Tanenbaum OS

A mű eredeti címe: Computer Networks. Third Edition.

Authorized translation from the English language edition published by Prentice-Hall, Inc. Simon & Schuster / A Viacom Company Upper Saddle River, New Jersey 07458 Copyright © 1996 by Prentice-Hall, Inc. All rights reserved!

Hungarian language edition Copyright © Panem Könyvkiadó Kft. 1999

A kiadásért felel a Panem Könyvkiadó Kft. ügyvezetője, Budapest. 1999

Panem Kft.

1385 Budapest, Pf. 809Hungary

Ez a könyv a Művelődési és Közoktatási Minisztérium támogatásával a Felsőoktatási Pályázatok Irodája által lebonyolított felsőoktatási tankönyvtámogatási program keretében jelent meg.

Nyomta és kötötte a Szekszárdi Nyomda Kft. Felelős vezető: Vadász József igazgató

ISBN 963 545 213 6

Lektorálta és szerkesztette: Dr. Harangozó JózsefA nyolcadik fejezetet írta: Dr. Harangozó József; lektorálta: Ercsényi András

Fordította: Balogh Zoltán, Bámer Balázs, Harangozó Gábor, Korossy Khayll Balázs, Orvos Péter. Sági Péter, Völgyesi Péter Műszaki szerkesztő: Érdi Júlia Borítóterv: Érdi Júlia

A Panem könyvek megrendelhetők az (1) 340-1515 hívószámú telefonon, illetve az 1385 Budapest, Pf. 809levélcí[email protected]://www.panem.hu

Minden jog fenntartva. Jelen könyvet, illetve annak részeit tilos reprodukálni, adatrögzítő rendszerben tárolni, bármilyen formában vagy eszközzel - elektronikus úton vagy más módon - közölni a kiadók engedélye nélkül.

mailto:[email protected]

http://www.panem.hu/

Tartalomjegyzék

Előszó a magyar kiadáshoz...................................................................................... 13

Előszó ......................................................................................................................... 15

1. fejezet. Bevezetés................................................................................................... 19

1.1. A számítógép-hálózatok használata.............................................................. 201.1.1. Vállalati hálózatok........................................................................................ 211.1.2. Közhasznú hálózatok.................................................................................... 221.1.3. Társadalmi vonatkozások.............................................................................. 241.2. Hálózati hardver ........................................................................................... 251.2.1. Lokális hálózatok.......................................................................................... 271.2.2. Nagyvárosi hálózatok ................................................................................... 291.2.3. Nagy kiterjedésű hálózatok .......................................................................... 291.2.4. Vezeték nélküli hálózatok ............................................................................ 321.2.5. Összekapcsolt hálózatok............................................................................... 341.3. Hálózati szoftver........................................................................................... 351.3.1. Protokollhierarchiák ..................................................................................... 351.3.2. A rétegek tervezési kérdései......................................................................... 391.3.3. Interfészek és szolgálatok............................................................................. 411.3.4. Összeköttetés alapú és összeköttetés nélküli szolgálatok.............................. 421.3.5. Szolgálatprimitívek....................................................................................... 441.3.6. A szolgálatok kapcsolata a protokollokkal................................................... 471.4. Hivatkozási modellek................................................................................... 471.4.1. Az OSI hivatkozási modell........................................................................... 471.4.2. A TCP/IP hivatkozási modell....................................................................... 551.4.3. Az OSI és a TCP/IP hivatkozási modell összehasonlítása............................ 581.4.4. Az OSI hivatkozási modell és protokolljainak értékelése............................ 601.4.5. A TCP/IP hivatkozási modell értékelése...................................................... 631.5. Hálózati példák............................................................................................. 651.5.1. Novell NetWare............................................................................................ 651.5.2. ARPANET.................................................................................................... 67

6 TARTALOMJEGYZÉK

1.5.3. NSFNET.........................................................................................................711.5.4. Internet ...........................................................................................................731.5.5. Gigabites kísérleti hálózatok .........................................................................751.6. Példák adatkommunikációs szolgáltatásokra................................................781.6.1. SMDS - Switched Multimegabit Data Service...............................................781.6.2. X.25 hálózatok ...............................................................................................811.6.3. Frame relay.....................................................................................................821.6.4. Szélessávú ISDN és ATM..............................................................................831.6.5. A szolgáltatások összehasonlítása..................................................................881.7. A hálózatok szabványosítása.........................................................................891.7.1. Ki kicsoda a távközlés világában?..................................................................891.7.2. Ki kicsoda a nemzetközi szabványosítás világában?.....................................921.7.3. Ki kicsoda az Internet szabványosítási világában? .......................................931.8. Röviden a továbbiakról ..................................................................................951.9. Összefoglalás..................................................................................................96

Feladatok.......................................................................................................96

2. fejezet. A fizikai réteg..........................................................................................100

2.1. Az adatátvitel elméleti alapjai ..................................................................... 1002.1.1. Fourier-analízis............................................................................................1002.1.2. Sávkorlátozott jelek......................................................................................1012.1.3. A csatorna maximális adatátviteli sebessége...............................................1042.2. Az átviteli közeg..........................................................................................1052.2.1. Mágneses hordozó....................................................................................... 1052.2.2. Csavart érpár ...............................................................................................1062.2.3. Alapsávi koaxiális kábel..............................................................................1072.2.4. Szélessávú koaxiális kábel ..........................................................................1082.2.5. Fényvezető szálak ........................................................................................1102.3. Vezeték nélküli adatátvitel .........................................................................1172.3.1. Az elektromágneses spektrum.....................................................................1182.3.2. Rádiófrekvenciás átvitel...............................................................................1202.3.2. Mikrohullámú átvitel...................................................................................1222.3.4. Infravörös és milliméteres hullámú átvitel..................................................1232.3.5. Látható fényhullámú átvitel ........................................................................1242.4. A távbeszéló'rendszerek...............................................................................1252.4.1. A távbeszélőrendszer felépítése ..................................................................1262.4.2. Távközlési politika......................................................................................1302.4.3. Az előfizetői hurok.......................................................................................1322.4.4. Trönkök és multíplexelés ........................................................................... 1422.4.5. Kapcsolási módok ......................................................................................1552.5. Keskenysávú ISDN ....................................................................................1652.5.1. ISDN szolgáltatások...............1662.5.2. Az ISDN rendszer architektúrája ...............................................................166

TARTALOMJEGYZÉK 7

2.5.3. Az ISDN interfész ...................................................................................... 1682.5.4. Az N-ISDN jövője...................................................................................... 1692.6. A szélessávú ISDN és az ATM .................................................................. 1702.6.1. Virtuális áramkörök és vonalkapcsolás ...................................................... 1712.6.2. Adatátvitel ATM hálózatokban .................................................................. 1722.6.3. ATM kapcsolók........................................................................................... 1742.7. Celluláris rádió ........................................................................................... 1822.7.1. Személyhívó rendszerek.............................................................................. 1822.7.2. Vezeték nélküli telefon................................................................................ 1842.7.3. Analóg celluláris telefon............................................................................. 1842.7.4. Digitális celluláris telefon........................................................................... 1892.7.5. Személyi hírközlő szolgáltatás ................................................................. 1902.8. Távközlési műholdak.................................................................................. 1912.8.1. Geoszinkron műholdak............................................................................... 1922.8.2. Alacsony röppályás műholdak ................................................................... 1952.8.3. A műholdas és a fényvezető szálas átvitel összehasonlítása....................... 1962.9. Összefoglalás.............................................................................................. 198

Feladatok .................................................................................................... 199

3. fejezet. Az adatkapcsolati réteg........................................................................ 204

3.1. Az adatkapcsolati réteg tervezési szempontjai ........................................... 2043.1.1. A hálózati rétegnek nyújtott szolgálatok..................................................... 2053.1.2. Keretezés .................................................................................................... 2073.1.3. Hibavédelem............................................................................................... 2103.1.4. Forgalomszabályozás ................................................................................. 2113.2. Hibajelzés és -javítás .................................................................................. 2123.2.1. Hibajavító kódok ........................................................................................ 2123.2.2. Hibajelző kódok.......................................................................................... 2153.3. Elemi adatkapcsolati protokollok................................................................ 2193.3.1. Korlátozás nélküli szimplex protokoll........................................................ 2233.3.2. Szimplex megáll-és-vár protokoll .............................................................. 2253.3.3. Szimplex protokoll zajos csatornához........................................................ 2273.4. Csúszóablakos protokollok......................................................................... 2303.4.1. Egybites csúszóablakos protokoll............................................................... 2333.4.2. Az n visszalépést alkalmazó protokoll ....................................................... 2363.4.3. Szelektív ismétlést alkalmazó protokoll..................................................... 2413.5. Protokollok specifikációja és verifikációja ................................................ 2473.5.1. Véges állapotú automata modellek............................................................. 2473.5.2. Petri-gráf modellek..................................................................................... 2513.6. Példák adatkapcsolati protokollokra........................................................... 2533.6.1. HDLC - magas szintű adatkapcsolat-vezérlés

(High-level Data Link Control) ................................................................. 2533.6.2. Az Internet adatkapcsolati rétege .............................................................. 256

8 TARTALOMJEGYZÉK

3.6.3. Az ATM adatkapcsolati rétege....................................................................2623.7. Összefoglalás...............................................................................................266

Feladatok.....................................................................................................267

4. fejezet. A közegelérési alréteg.............................................................................271

4.1. A csatornakiosztás problémája....................................................................272

4.1.1. Statikus csatornakiosztás LAN-ok és MAN-ok esetén ...............................2724.1.2. Dinamikus csatomakiosztás LAN-ok és MAN-ok esetén............................2734.2. Többszörös hozzáférésű protokollok ..........................................................2754.2.1. ALOHA........................................................................................................2754.2.2. Vivőjel-érzékeléses többszörös hozzáférésű protokollok ...........................2794.2.3. Ütközésmentes protokollok..........................................................................2824.2.4. Korlátozott versenyes protokollok ..............................................................2854.2.5. Hullámhosszosztásos többszörös hozzáférésű protokollok..........................2894.2.6. Vezeték nélküli LAN protokollok...............................................................2914.2.7. Digitális cellarádió ......................................................................................2954.3. Szabványos LAN-ok és MAN-ok ...............................................................3054.3.1. Az IEEE 802.3 szabvány és az Ethernet .....................................................3064.3.2. Az IEEE 802.4 szabvány: vezérjeles sín......................................................3184.3.3. Az IEEE 802.5 szabvány: vezérjeles gyűrű.................................................3244.3.4. A helyi hálózatok összehasonlítása..............................................................3314.3.5. Az IEEE 802.6 szabvány: kettős sín osztott várakozási sorral ....................3334.3.6. Az IEEE 802.2 szabvány: logikai kapcsolatvezérlés ..................................3354.4. Hidak............................................................................................................3364.4.1. Hidak 802.x és 802.y hálózatok között .......................................................3394.4.2. Transzparens hidak......................................................................................3424.4.3. Forrás által irányított hidak .........................................................................3464.4.4. A 802-es hidak összehasonlítása..................................................................3484.4.5. Távoli hidak................................................................................................3504.5. Nagy sebességű hálózatok...........................................................................3514.5.1. FDDI............................................................................................................3514.5.2. Gyors Ethernet.............................................................................................3544.5.3. HIPPI - Highy-Performance Parallel Interface

(Nagy teljesítményű párhuzamos interfész)................................................3574.5.4. Fibre Channel...............................................................................................3594.6. Műholdas hálózatok ......................................................•............................3604.6.1. Lekérdezés (Polling) ...................................................................................3614.6.2. ALOHA.......................................................................................................3624.6.3. FDM ............................................................................................................3634.6.4. TDM............................................................................................................3634.6.5. CDMA.........................................................................................................3664.7. Összefoglalás...............................................................................................366

Feladatok.....................................................................................................368

TARTALOMJEGYZÉK 9

S. fejezet. A hálózati réteg...................................................................................... 374

5.1. A hálózati réteg tervezési kérdései ............................................................. 374

5.1.1. A szállítási rétegnek nyújtott szolgálatok.................................................... 3745.1.2. A hálózati réteg belső' szervezése ............................................................... 3775.1.3. A virtuális áramkör és a datagram alapú alhálózatok összehasonlítása .... 3795.2. Forgalomirányító algoritmusok................................................................... 3815.2.1. Az optimalitási elv....................................................................................... 3835.2.2. Legrövidebb útvonal alapú forgalomirányítás............................................ 3845.2.3. Elárasztás..................................................................................................... 3875.2.4. Folyamalapú forgalomirányítás................................................................... 3885.2.5. Távolságvektor alapú forgalomirányítás ..................................................... 3905.2.6. Kapcsolatállapot alapú forgalomirányítás .................................................. 3945.2.7. Hierarchikus forgalomirányítás .................................................................. 4005.2.8. Forgalomirányítás mozgó hosztok esetében................................................ 4025.2.9. Adatszóró forgalomirányítás ...................................................................... 4055.2.10. Többesküldéses forgalomirányítás ............................................................. 4075.3. Torlódásvédelmi algoritmusok.................................................................... 4095.3.1. A torlódásvédelem alapelvei ...................................................................... 4115.3.2. Torlódásmegelőző módszerek..................................................................... 4135.3.3. Forgalomformálás....................................................................................... 4145.3.4. Folyammeghatározások............................................................................... 4205.3.5. Torlódásvédelem virtuális áramkör alapú alhálózatokban ......................... 4215.3.6. Lefojtó csomagok ....................................................................................... 4225.3.7. Terhelés eltávolítása.................................................................................... 4265.3.8. Dzsitter szabályozás ................................................................................... 4285.3.9. Torlódásvédelem többesküldés esetén........................................................ 4285.4. Hálózatok összekapcsolása......................................................................... 4315.4.1. Miben különböznek a hálózatok?................................................................ 4355.4.2. Egymás után kapcsolt virtuális áramkörök................................................. 4365.4.3. Hálózatok összeköttetés nélküli kapcsolódása........................................... 4375.4.4. Alagút típusú átvitel .................................................................................. 4395.4.5. Forgalomirányítás összekapcsolt hálózatokban........................................... 4415.4.6. Darabokra tördelés...................................................................................... 4425.4.7. Tűzfalak...................................................................................................... 4455.5. Hálózati réteg az Internetben...................................................................... 4475.5.1. Az IP protokoll ........................................................................................... 4495.5.2. IP címek...................................................................................................... 4525.5.3. Alhálózatok................................................................................................. 4535.5.4. Az Internet vezérlő protokolljai.................................................................. 4555.5.5. A belső átjáró protokoll: az OSPF.............................................................. 4605.5.6. A külső átjárók router protokollja: a BGP.................................................. 4655.5.7. Többesküldés az Interneten ....................................................................... 4675.5.8. Mobil IP...................................................................................................... 4685.5.9. Osztálynélküli körzetek közötti forgalomirányítás: CIDR.......................... 470

10 TARTALOMJEGYZÉK

5.5.10. IPv6 .............................................................................................................4735.6. Hálózati réteg az ATM hálózatokban..........................................................4855.6.1. Cellaformátumok.........................................................................................4875.6.2. Összeköttetés létesítése ...............................................................................4895.6.3. Forgalomirányítás és kapcsolás...................................................................4915.6.4. Szolgálati osztályok.....................................................................................4955.6.5. A szolgálat minősége ..................................................................................4975.6.6. Forgalomformálás és forgalmi politika.......................................................5005.6.7. Torlódásvédelem..........................................................................................5045.6.8. ATM LAN-ok .............................................................................................5085.7. Összefoglalás...............................................................................................510

Feladatok.....................................................................................................510

6. fejezet. A szállítási réteg......................................................................................517

6.1. A szállítási szolgálat.....................................................................................5176.1.1. A fölső rétegeknek nyújtott szolgálatok......................................................5176.1.2. A szolgálat minősége .................................................................................5196.1.3. Szállítási szolgálati primitívek ....................................................................5216.2. A szállítási protokollok elemei....................................................................5256.2.1. Címzés..........................................................................................................5266.2.2. Összeköttetés létesítése ...............................................................................5306.2.3. Az összeköttetés bontása.............................................................................5356.2.4. Forgalomszabályozás és pufferelés.............................................................5396.2.5. Nyalábolás...................................................................................................5436.2.6. Összeomlás utáni helyreállítás ....................................................................5456.3. Egyszerű szállítási protokoll .......................................................................5476.3.1. A példa szolgálati primitívjei ......................................................................5476.3.2. Egy példa szállítási entitásra .......................................................................5496.3.3. A példa, mint véges állapotú gép ................................................................5576.4. Internet szállítási protokollok (TCP és UDP) .............................................5606.4.1. A TCP szolgálati modell .............................................................................5606.4.2. A TCP protokoll .........................................................................................6526.4.3. A TCP szegmens fejrésze............................................................................5636.4.4. TCP összeköttetések kezelése ....................................................................5666.4.5. TCP átviteli politika ....................................................................................5706.4.6. A TCP torlódásvédelme .............................................................................5746.4.7. TCP időzítő kezelése...................................................................................5776.4.8. UDP.............................................................................................................5796.4.9. Vezeték nélküli TCP és UDP......................................................................5806.5. Az ATM AAL rétegének protokolljai.........................................................5826.5.1. Az ATM adaptációs réteg felépítése ..........................................................5846.5.2. AAL 1 ..........................................................................................................5856.5.3. AAL 2..........................................................................................................5866.5.4. AAL 3/4.......................................................................................................587

TARTALOMJEGYZÉK 1 1

6.5.5. AAL 5 ......................................................................................................... 5896.5.6. Az AAL protokollok összehasonlítása ....................................................... 5916.5.7. SSCOP - szolgálatspecifikus összeköttetés alapú protokoll ...................... 5926.6. Teljesítőképesség........................................................................................ 5926.6.1. A számítógép hálózatok teljesítőképesség-problémái.................................. 5936.6.2. A hálózat teljesítőképességének mérése...................................................... 5966.6.3. Rendszertervezés a teljesítőképesség növelésére ....................................... 5996.6.4. Gyors TPDU feldolgozás ........................................................................... 6026.6.5. Gigabites hálózatok protokolljai................................................................. 6066.7. Összefoglalás.............................................................................................. 610

Feladatok .................................................................................................... 611

7. fejezet. Az alkalmazási réteg............................................................................... 616

7.1. Hálózati biztonság ...................................................................................... 6167.1.1. Hagyományos kriptográfia.......................................................................... 6197.1.2. Két alapvető kriptográfiai elv...................................................................... 6257.1.3. Titkos kulcsú algoritmusok ........................................................................ 6267.1.4. Nyilvános kulcsú algoritmusok .................................................................. 6377.1.5. Hitelességvizsgáló protokollok .................................................................. 6417.1.6. Digitális aláírások (Digital Signatures) ...................................................... 6537.1.7. Társadalmi kérdések.................................................................................... 6607.2. DNS -Körzeti névkezelő rendszer ............................................................. 6617.2.1. A DNS név tér ............................................................................................ 6627.2.2. Erőforrás-nyilvántartás .............................................................................. 6647.2.3. Név szerverek.............................................................................................. 6677.3. SNMP-egyszerű hálózatfelügyelő protokoll............................................... 6707.3.1. Az SNMP modell ....................................................................................... 6707.3.2. ASN.l - Absztrakt szintaxis jelölés 1 ......................................................... 6737.3.3. SMI - Felügyeleti adatok struktúrája ......................................................... 6797.3.4. Az MEB - Felügyeleti adatbázis ................................................................. 6817.3.5. Az SNMP Protokoll.................................................................................... 6837.4. Elektronikus levél....................................................................................... 6847.4.1. Architektúra és szolgáltatások.................................................................... 6857.4.2. A felhasználói ügynök................................................................................ 6877.4.3. Üzenet formátumok.................................................................................... 6917.4.4. Üzenetkézbesítés ........................................................................................ 6987.4.5. E-levéllel kapcsolatos személyiségi jogok ................................................ 7037.5. USENET hírek............................................................................................ 7107.5.1. A USENET felhasználói szemszögből....................................................... 7117.5.2. A USENET megvalósítása ........................................................................ 7157.6. A Világháló (World Wide Web) ............................................................... 7217.6.1. Az ügyfél oldala ......................................................................................... 7227.6.2. A kiszolgáló oldala (szerver)...................................................................... 7257.6.3. Egy Háló-oldal megírása HTML-ben......................................................... 732

12 TARTALOMJEGYZÉK

7.6.4. A Java...........................................................................................................7477.6.5. Információ megtalálása a Hálón..................................................................7607.7. Multimédia...................................................................................................7647.7.1. A hang (audio)..............................................................................................7657.7.2. A mozgókép (video).....................................................................................7677.7.3. Adattömörítés...............................................................................................7717.7.4. Hálózati videózás ........................................................................................7847.7.5. MBone - Digitális adatszóró gerinchálózat .................................................7977.8. Összefoglalás...............................................................................................801

Feladatok.....................................................................................................802

8. fejezet. Osztott alkalmazások .............................................................................808

8.1. Bevezetés.....................................................................................................8088.2. TCP/IP és OSI alkalmazások ......................................................................8118.2.1. Terminálkezelés ..........................................................................................8128.2.2. Fájlátvitel......................................................................................................8188.2.3. Elektronikus üzenetkezelés és levelezés .....................................................823

9. fejezet Ajánlott olvasmányok és irodalomjegyzék ...........................................827

9.1. Javaslatok a továbbolvasáshoz ..................................................................8279.1.1. Bevezetés és általános művek ....................................................................8289.1.2. A fizikai réteg ..............................................................................................8289.1.3. Az adatkapcsolati réteg .............................................................................8309.1.4. A közeghozzáférési alréteg .......................................................................8309.1.5. A hálózati réteg .........................................................................................8319.1.6. A szállítási réteg ........................................................................................8329.1.7. Az alkalmazási réteg .................................................................................8329.1.8. Osztott alkalmazások ..................................................................................8349.2. Irodalomjegyzék .........................................................................................835

FÜGGELÉK ..........................................................................................................853

Egyedi és összekapcsolt X.25 hálózatok ................................................................855

F.l. Bevezetés.....................................................................................................855F.2. X.25 ajánlás..................................................................................................855F.2.1. Fizikai réteg..................................................................................................856F.2.2. Adatkapcsolati réteg..................................,.................................................857F.2.3. Csomag (hálózati) réteg ..............................................................................857F.3. Terminál hozzáférés ....................................................................................865F.4. X.25 hálózatok összekapcsolása..................................................................866

Tárgymutató ..........................................................................................................869

Előszó a magyar kiadáshoz

Az olvasó A. S. Tanenbaum Computer Networks című könyvének egy újabb magyar nyelvű fordítását tartja a kezében. E könyv több vonatkozásban eltér a korábbi fordítástól.

Az eltérések egyik oka a mű szemléletének változása. A korábbi kiadás ISO-OSI alapú szolgálatok és protokollok, illetve ezek alkalmazási rendszereinek ismertetése helyett a sokkal divatosabb és a szélesebb körben elterjedt és használt TCP/IP alapú architektúrához kapcsolódó ismeretanyagot közli. Másik ok, hogy maga az eredeti is különbözik az előzőtől, hiszen a fordítás alapja a mű harmadik kiadása, amit a szerző erősen átdolgozott, s az előzőnek csak kb. egyharmadát hagyta meg. A téma felfrissí -téseként számos új technológiai elemet vett fel a tárgyalandók listájára (Internet, ATM), sok újfajta alkalmazást ismertet (hírcsoportok, Világháló, multimédia).

A fordítás tankönyvként használatos a felsőoktatási intézményekben folyó informati-kus képzésben. Bár az oktatás szempontjából hasznos, hogy e könyv a legújabb hálózati technológiai ismereteket hordozza, nem nélkülözhetők azok a korábbi könyvben is meg-található ismeretek sem, amelyek napjaink hálózati technológiájának részét képezik. Így a magyar kiadásban vannak olyan részek is, amelyek az eredetiben nem szerepelnek, mint pl. az X.25 hálózatok ismertetése. Egy másik, az előző kiadásban szereplő, de innen ki-maradt, ugyanakkor alapvető fontosságúnak ítélt alkalmazást szintén visszahoztunk, a fájlátvitelt és a terminálkezelést. A szerző új koncepcióját követve e két alkalmazást elő-ször TCP/IP alapon, majd - a régi koncepciónak megfelelően - OSI alapon ismertetjük.

Speciális helyzete van a levelező rendszereknek, mivel az eredeti mű a TCP/IP ala-pú levelező rendszerrel foglalkozik, de az OSI alapúval nem. Mivel az utóbbi években jelentős erőfeszítések történtek az X.400 alapú levelező és üzenetkezelő rendszerek bevezetésére, s jelenleg is használnak ilyen rendszereket, jónak láttuk e rendszert is az anyagba felvenni.

Meggyőződésem, hogy e könyvet haszonnal forgatják az egyetemi hallgatók és a végzett szakemberek is, akik a számítógép-hálózatok egyes részletkérdései iránt ér-deklődnek. Az új kiadás Internet és ATM hálózati platformja minden bizonnyal nép-szerű lesz.

Dr. Harangozó József, docens Budapesti Műszaki Egyetem

Előszó

A könyv most jelenik meg harmadik kiadásban. A számítógép-hálózatok használatát tekintve valamennyi kiadás más és más fázisnak felel meg. Az első kiadás megjelené-sekor, 1980-ban, a számítógép-hálózat még csak tudományos érdekesség volt. 1988-ban, a második kiadás megjelenésekor a számítógép-hálózatokat már széles körben használták az egyetemeken és a nagyobb cégeknél. 1996-ban, a harmadik kiadás meg-jelenésekor pedig a számítógép-hálózatok - különös tekintettel a világméretű Internet-re - emberek milliói számára váltak a mindennapok valóságává.

A hálózati hardver és szoftver a második kiadás megjelenése óta teljesen megválto-zott. 1988-ban még szinte az összes hálózat rézvezetéken alapult. Mára a rézvezetékek nagy része lecserélődött, és a hálózatok fényvezető szálon vagy vezeték nélküli átvite-len alapulnak. A magánhálózatok (pl. SNA) elvesztették jelentőségüket a nyilvános hálózatokhoz (pl. Internet) képest. Az OSI protokollok lassan eltűntek, és a TCP/IP protokollok kezdtek meghatározóvá válni. Szóval annyi minden megváltozott, hogy a könyvet szinte teljesen át kellett írni.

Bár az első fejezet célja a korábbiakhoz hasonlóan továbbra is a bevezetés, a tartal-mát azonban teljesen átírtam és naprakésszé tettem. Például a hétrétegű OSI hivatko-zási modell helyett a könyv egy ötrétegű hibrid modellt (lásd 1.21. ábra) vesz alapul, amelyet az első fejezetben mutatok be. Ez a modell nem teljesen ugyanaz, mint a TCP/IP hivatkozási modell, mégis, lényegét tekintve sokkal közelebb áll hozzá, mint a második kiadásban használt OSI modell. Egy-két gigabites hálózat és más népszerű hálózat mellett az első fejezetben bemutatok még két olyan hálózati alkalmazást, amelyek az egész könyvet végigkísérik: ez az Internet és az ATM.

A második fejezetben a rézvezetékről áthelyeződik a hangsúly a fényvezető szálakra és a vezeték nélküli átvitelre, mivel ezek a jövő technológiái. A távbeszélőrendszerek teljesen digitálissá váltak az elmúlt évtizedben, így az erről szóló anyagot is teljesen átdolgoztam, és kiegészítettem a széles sávú ISDN-nel. A celluláris rádióról szóló rész jelentősen kibővült. Uj anyagrész foglalkozik az alacsony röppályás műholdakkal.

Az adatkapcsolati réteg és a MAC alréteg tárgyalásának sorrendjét megcseréltem, mivel diákjaim körében az volt a tapasztalat, hogy jobban megértik a MAC alréteg működését, ha már ismerik az adatkapcsolati réteget. A protokoll példák itt megma-radtak, lévén hogy ezek rendkívül népszerűeknek bizonyultak, azonban újraírtam őket

16 SZÁMÍTÓGÉP-HÁLÓZATOK

C programozási nyelven. Új anyagrész foglalkozik az Internet és az ATM adatkapcso-lati rétegével.

A MAC alréteg elveit átdolgoztam a negyedik fejezetben, így azok hűen követik az új protokollokat, beleértve a hullámhosszosztásos multiplexelést, a vezeték nélküli LAN-okat és a digitális rádiózást. A hidakról szóló részt szintén átírtam, és külön alfe-jezetben foglalkozom a nagy sebességű LAN-okkal.

Az ötödik fejezetben található forgalomirányító algoritmusokat korszerűbb algorit-musokkal helyettesítettem. Ilyen például a távolságvektoron és a kapcsolatállapoton alapuló forgalomirányító algoritmus. A torlódásvédelemmel foglalkozó alfejezeteket teljesen átírtam. Az Internettel és az ATM-mel kapcsolatos példák szintén újak.

A hatodik fejezet továbbra is a szállítási rétegről szól, de itt is lényeges változások történtek, ugyanis bekerült egy nagy terjedelmű rész az Internetről, az ATM~ről és a hálózatok teljesítőképességéről.

Az alkalmazási rétegről szóló hetedik fejezet lett a könyv leghosszabb fejezete. A hálózatok biztonságával kapcsolatos rész kétszer olyan hosszú, mint korábban, vala-mint új anyagrészek kerültek bele, amelyeknek témája a DNS, az SNMP, az elektroni-kus levelezés, a USENET, a Világháló (World Wide Web), a HTML, a Java, a multi-média, a hálózati videózás és az MBone.

A harmadik kiadásban található 395 ábrából 276 (70%) teljesen új. A megmaradt ábrák közül is jó néhányat módosítottam. A 371 irodalmi hivatkozásból 282 (76%) olyan könyvre vagy cikkre utal, amely a második kiadás megjelenése óta keletkezett. Ezek közül is több mint 100 jelent meg 1995-ben és 1996-ban. Egy szó, mint száz, a könyvnek nagyjából a háromnegyede teljesen új, és a maradék egynegyede is alapos átdolgozásra került

A számítógépes könyvek tele vannak rövidítésekkel. Ez alól e könyv sem kivétel. Mire végigolvassuk a könyvet, a következő rövidítések közül mindegyik ismerősen fog csengeni: AAL, AMPS, ARP, ASN, ATM, BGP, CDMA, CDPD, CSMA, DQDB, DNS, FAQ, FDM, FTP, FTTC, FTTH, GSM, HDLC, HEC, HIPPI, IAB, ICMP, IDEA, IETF, IPv6, ISO, ITU, LATA, MAC, MACA, MAN, MIB, MIME, NAP, NNTP, NSA, NSAP, OSI, OSPF, PCM, PCN, PCS, PEM, PGP, PPP, PSTN, PTT, PVC, QAM, RARP, RFC, RSA, SABME, SAP, SAR, SDH, SDLC, SHA, SMI, SNA, SNMP, SNRME, SPX, TCP, UDP, VHF, VLF, VSAT, WARC, WDM, WWV és WWW. De senki ne aggódjon! Mindegyiküket pontosan definiálni fogjuk használat előtt.

Annak érdekében, hogy az oktatók a könyv szövegét használni tudják a tanórákon, a szerző három különböző oktatási segédeszközt készített el:

• egy feladatmegoldási kézikönyvet,

• az ábrákat tartalmazó PostScript fájlokat (illusztráció céljából) és

• egy szimulátorprogramot (C nyelven) a harmadik fejezet protokoll példái számára.

A feladatmegoldási kézikönyvet a Prentice-Hall Kiadónál lehet beszerezni (de csak oktatók igényelhetik). Az ábrákat tartalmazó fájlok és a szimulátor megtalálhatók az Interneten. Letölteni a szerző honlapjáról lehet őket: http://www.cs.vu.nl/~ast/.

A harmadik kiadás megjelentetésében nagyon sokan segítettek nekem. Külön kö-

http://www.cs.vu.nl/~ast/

ELŐSZÓ 17

szönetet szeretnék mondani a következőknek: Chase Bailey, Saniya Ben Hassen, Nathaniel Borenstein, Ron Cocchi, Dave Crocker, Wiebren de Jonge, Carl Ellison, M. Rasit Eskicioglu, John Evans, Mario Gerla, Mike Goguen, Paul Green, Dick Grune, Wayne Hathaway, Franz Hauck, Jack Holtzman, Gerard Holzmann, Philip Homburg, Peter Honeyman, Raj Jain, Dave Johnson, Charlie Kaufman, Vinay Kumar, Jorg Liebeherr, Paul Mockapetris, Carol Orange, Craig Partridge, Charlie Perkins, Thomas Powell, Greg Sharp, Anne Steegstra, George Swallow, Mark Taylor, Peter van der Linden, Hans van Staveren, Maarten van Steen, Kees Verstoep, Stephen Walters, Michael Wcintraub, Joseph Wilkes és Stephen Wolff. Külön köszönet illeti Radia Perlmant a rengeteg hasznos tanácsáért. Diákjaim is sok mindenben segítettek nekem. Szeretném közülük is kiemelni Martijn Botot, Wilbert de Graafot, Flavio del Pornót és Arnold de Witet.

Mary Franz, aki szerkesztőm volt a Prentice-Hallnál, annyi olvasnivalóval látott el, amennyit az elmúlt tíz évben összesen sem olvastam el. Számos más módon is sok kis, közepes, nagy és óriási segítségei kaptam tőle. Camille Trentacoste, a tördelőszer-kesztő számos, a könyv előállításával kapcsolatos fogalmat tanított meg nekem.

Végül elérkeztünk a legfontosabb emberekhez. Suzanne, Barbara, Marvin és persze a kis Bram is részesei voltak ennek a munkának. Végtelen türelemmel és megértéssel viselték. Köszönet mindannyiuknak.

Andrew S. Tanenbaum

1. Bevezetés

Az elmúlt három évszázad mindegyikét egy-egy technológia uralta: a 18. századot az ipari forradalom során megjelenő nagy mechanikai rendszerek, a 19, századot a gőz-gép, a 20. századot pedig az információgyűjtés, az információfeldolgozás és az infor-mációterjesztés. Egyebek között részesei lehettünk a telefonhálózatok világméretű elter-jedésének, a rádió, a televízió feltalálásának, valamint a számítástechnikai iparág meg-születésének és példátlan fejlődésének, továbbá a távközlési műholdak felbocsátásának.

A gyors technikai fejlődésnek köszönhetően e területek egyre jobban közelednek egymáshoz, miközben az információ gyűjtése, továbbítása, tárolása és feldolgozása közti különbségek egyre inkább megszűnnek. A nagy földrajzi kiterjedésű, több száz hivatalból álló szervezetek ma már egyetlen gombnyomásra képesek tájékozódni akár a legtávolabbi részlegeik aktuális helyzetéről is. Minél több információt tudunk össze-gyűjteni, feldolgozni és terjeszteni, annál nagyobb mértékben nő az az igényünk, hogy még hatékonyabban dolgozzuk fel a rendelkezésünkre álló információmennyiséget.

Bár a számítástechnikai iparág a többi iparághoz (pl. autógyártás, légi közlekedés) képest viszonylag fiatal, a számítógépek rövid időn belül mégis látványos fejlődést ér-tek el. Létezésük első két évtizedében a számítógépes rendszerek erősen egy helyre koncentrálódtak, ami általában agy nagy terem volt. Ezeknek a termeknek sokszor üvegablakai voltak, amelyeken keresztül a látogatók megbámulhatták a nagy elektro-nikus csodát. A közepes méretű vállalatok vagy egyetemek még csak egy-két számító-géppel rendelkeztek, de a legnagyobbaknak is legfeljebb csak néhány tucat volt belő-lük. Akkoriban egyszerűen tudományos fantasztikus volt a gondolat, hogy 20 éven be-lül egy azonos teljesítményű, de a bélyegnél is kisebb központi egységből több milliót gyártanak majd a tömegtermelésben.

A számítógépek és a távközlés egybeolvadása alapvetően befolyásolta a számítógé-pes rendszerek szervezését. Régen a felhasználók egy nagyméretű számítógépet tartal-mazó terembe, a „számítóközpont"-ba vitték a futtatandó programjaikat. A „számító-központ" mint fogalom ma már teljesen kihalt. A régi modell az volt, hogy egy intéz-mény teljes számítástechnikai igényét egyetlen gép szolgálta ki. Ezt a modellt felvál-totta az, hogy a feladatokat sok-sok különálló, de egymással összekapcsolt számítógép látja el. Az ilyen rendszereket számítógép-hálózatoknak (computer networks) nevezzük. Könyvünk ezeknek a hálózatoknak a tervezéséről és kialakításáról szól.

A könyvben a „számítógép-hálózat" kifejezésen mindvégig autonóm számítógépek


összekapcsolt rendszerét értjük. Két számítógépet akkor nevezünk összekapcsoltnak, ha azok információcserére képesek. Az összekapcsolást nem feltétlenül rézhuzallal kell megoldani, ez történhet lézersugárral, mikrohullámmal vagy távközlési műhol-dakkal is. A számítógép autonómiájának megkövetelése miatt vizsgálódásainkból ele-ve kizárjuk azokat a rendszereket, amelyekben egyértelmű mester-szolga viszony fe-dezhető fel. Ha egy számítógép egy másik számítógép vezérlésére képes, tehát pl. el -indulásra, megállásra kényszerítheti azt, akkor az ilyen számítógépeket nem tekintjük autonómnak. Az egyetlen vezérlőegységből és több szolgából álló rendszer nem háló-zat, és ugyanígy nem hálózat egy olyan rendszer sem, amelyben egy erőforrásgéphez nyomtatók és terminálok kapcsolódnak.

A szakirodalomban gyakran összekeverik a számítógép-hálózat és az elosztott rendszer (distributed system) fogalmát. Az alapvető különbség a kettő között az, hogy az elosztott rendszerekben a felhasználó számára az autonóm számítógépek transzpa-rensek (tehát nem láthatók). A felhasználó begépel egy parancsot, és a program máris fut. Az már az operációs rendszer dolga, hogy kiválassza a legmegfelelőbb procesz-szort, megtalálja és a kiválasztott processzorhoz továbbítsa a bemeneti fájlokat, vala-mint az, hogy az eredményt a megfelelő helyre eljuttassa.

Magyarán egy elosztott rendszer felhasználója nem tud arról, hogy több processzor is van, neki az egész rendszer egyetlen virtuális processzorként jelenik meg. A mun-kák processzoroknak történő kiosztása, a fájlok hozzárendelése lemezekhez, a fájlok mozgatása a tárolási és a rendeltetési hely között, továbbá minden más rendszerfunk-ció automatikus.

A hálózatoknál a felhasználónak kifejezetten be kell jelentkeznie egy gépre, ha azon dolgozni akar, kifejezetten el kell indítania egy távoli programot, kifejezetten to-vábbítania kell a fájlokat, és a hálózat irányítását általában közvetlenül magának kell végeznie. Egy elosztott rendszerben semmit sem kell kifejezett módon végezni, a rendszer a felhasználó tudta nélkül mindent automatikusan elvégez.

Az elosztott rendszer tulajdonképpen egy olyan szoftver rendszer, amely egy háló-zat fölé épül, és amelyből a hálózat átlátszóvá válik. Így tehát az elosztott rendszerek és a hálózatok közötti különbség nem a hardverben, hanem a szoftverben (elsősorban az operációs rendszerben) nyilvánul meg.

Ugyanakkor jelentős átfedés van a két dolog között. Például mind az elosztott rend-szerekben, mind a hálózatokban szükség van fájlok továbbítására. A különbség csak ab-ban rejlik, hogy ki kezdeményezi a továbbítást: a rendszer vagy a felhasználó. Bár ebben a könyvben elsősorban a hálózatokra összpontosítunk, azonban sok minden az elosztott rendszerek témakörében is fontos. Az elosztott rendszerekről bővebben (Coulouris és mások, 1994; Mullender, 1993 és Tanenbaum, 1995) műveiben olvashatunk.

1.1. A számítógép-hálózatok használata

Mielőtt a technikai kérdések részletes tanulmányozásába kezdenénk, érdemes egy ki-csit azzal foglalkozni, hogy miért érdekeltek az emberek a számítógép-hálózatok al-kalmazásában, és hogy mire is használhatók a hálózatok.

BEVEZETÉS 21

1.1.1. Vállalati hálózatok

Sok szervezet rendelkezik nagyszámú, egymástól távol eső helyeken működő számí-tógéppel. Ilyen például egy több üzemből álló vállalat, amely minden egyes üzemében működtet egy árunyilvántartó, termelést felügyelő, valamint bérszámfejtést végző szá-mítógépet. Kezdetben valószínűleg minden számítógép önállóan dolgozott, de aztán egyszer csak valamelyik vállalat vezetése úgy gondolta, hogy a számítógépeket össze-köti annak érdekében, hogy begyűjthesse és összehasonlíthassa az egyes üzemekre vo-natkozó információkat.

Kicsit általánosabban megfogalmazva azt mondhatjuk, hogy a fenti példa probléma az erőforrás-megosztásra. Az erőforrás-megosztás célja az, hogy a hálózatban levő programok, adatok és eszközök - az erőforrások és a felhasználók fizikai helyétől füg-getlenül - bárki számára elérhetők legyenek. Magyarán, ha egy felhasználó története-sen 100 km-re van az általa elérni kívánt adatok fizikai helyétől, akkor pusztán ez a tény ne akadályozza meg abban, hogy az adatokhoz ugyanúgy hozzáférjen, mintha azok helyben lennének. Az előzőekben megfogalmazott célt úgy is mondhatnánk, hogy megkísérlünk véget vetni a „földrajzi távolság zsarnokságának".

Egy másik cél a nagyobb megbízhatóság, amit alternatív erőforrások alkalmazá-sával érhetünk el. Például legyen minden fájl két vagy több gépen is megtalálható, így ha valamelyik fájlhoz nem férünk hozzá az egyik gépen (pl. hardverhiba következté-ben), akkor ugyanannak egy másolatát elérhetjük egy másik gépen. Egyszerre több központi egység (CPU) alkalmazása is növelheti a megbízhatóságot. Az egyik CPU leállása esetén ugyanis a többi még átveheti a kiesőre jutó feladatokat, így a teljes rendszer üzemképes marad, bár igaz, a teljesítőképessége csökkenni fog. A folyamatos működés - akár hardverhiba esetén is - kulcsfontosságú a katonai, a banki, a légi irányítási és más egyéb alkalmazásokban.

Egy újabb cél a takarékosság. A kis számítógépek sokkal jobb ár/teljesítmény aránnyal rendelkeznek, mint nagyobb testvéreik. Az erőforrásgépek kb. tízszer gyor-sabbak, mint az egyetlen chipből álló mikroprocesszorok, ugyanakkor kb. ezerszeres az áruk. Ez az aránytalanság arra késztette a rendszertervezőket, hogy olyan rendsze-reket építsenek ki, amelyekben minden felhasználónak saját személyi számítógépe van, és az adatokat egy vagy több, közösen használt szerveren tárolják. Ebben a mo-

Kliens gép Szerver gép

Szerver folyamat

Hálózat

Kliens folyamat

1.1. ábra. A kliens-szerver modell


deliben, a felhasználót kliensnek hívják, az ilyen rendszert pedig kliens-szerver mo-dellnek (client-server model) nevezik. A kliens-szerver modell az 1.1. ábrán látható.

A kliens-szerver modellben a kommunikáció alapja általában az, hogy a kliens üze-netet küld a szervernek, amelyben valamilyen feladat elvégzését kéri tőle. Miután a szerver elvégezte a feladatot, visszaküld egy válaszüzenetet. Általában sok kliens léte-zik, és ezek kisszámú szervert használnak.

A hálózatok egy további célja a skálázhatóság, tehát annak a biztosítása, hogy a rendszer teljesítményét a terhelés növekedésével oly módon lehessen fokozatosan nö-velni, hogy újabb processzorokat adunk hozzá. Központi erőforrásgépek esetén általá-ban komoly költséggel és a felhasználók számára kellemetlenséggel jár az, amikor a rendszer telítődik, és emiatt ki kell cserélni a meglevő erőforrásgépet egy nagyobbra. A kliens-szerver modellben szükség szerint növelhető a kliensek és a szerverek száma.

Egy további, egyáltalán nem technológiai jellegű cél az, hogy egymástól nagy tá-volságra levő alkalmazottak a számítógép-hálózatok segítségével egy hatékony kom-munikációs eszköz birtokába jussanak, és például könnyen megírhassanak egy közös cikket. Amikor az egyik szerző valamit on-line változtat egy szövegen, a többiek azt azonnal látják, és nem kell napokig várniuk a változásokat tartalmazó levélre. Ez a se-bességnövekedés olyan helyeken is megkönnyíti az egymástól távol dolgozó csopor-tok együttműködését, ahol az korábban lehetetlen volt. Hosszabb távon a hálózatok felhasználása az emberek közötti kommunikációban bizonyára sokkal fontosabb lesz az olyan műszaki szempontoknál, mint amilyen a nagyobb megbízhatóság.

1.1.2. Közhasznú hálózatok

A számítógép-hálózatok építését kiváltó fent említett összes motiváció lényegében gazdasági és műszaki jellegű. Ha megfizethető áron rendelkezésre állnának elegen-dően nagy kapacitású és teljesítményű erőforrásgépek, a legtöbb vállalat egyszerűen azokon tartaná összes adatát, és az alkalmazottakat az erőforrásgéphez kapcsolódó ter-minálok elé ültetné. A 70-es években és a 80-as évek elején a legtöbb vállalat ezt az utat követte. A számítógép-hálózatok akkor váltak népszerűvé, amikor a személyi szá-mítógépekből felépített hálózatok már jóval kedvezőbb ár/teljesítmény aránnyal ren-delkeztek, mint az erőforrásgépek.

A 90-es évek elejétől kezdődően a számítógép-hálózatok elkezdtek szolgáltatásokat nyújtani magánszemélyeknek otthon. Ezek a szolgáltatások és a használatukat ösztönző tényezők már egészen mások, mint az előző bekezdésben leírt „vállalati hatékonyság" modell. Az alábbiakban három ilyen tényezőt ismertetünk a legérdekesebbek közül:

1. hozzáférés távoli információkhoz,

2. személyek közötti kommunikáció,

3. interaktív szórakoztatás.

BEVEZETÉS 23

A távoli információkhoz való hozzáférésnek számos formája van. Az egyik ilyen terület, amely már manapság is működik, a pénzintézetekhez való hozzáférés. Sok ember fizeti a számláit elektronikus úton, sokan kezelik a bankszámlájukat vagy a be-fektetéseiket elektronikusan. Az otthoni vásárlás (home shopping) szintén egyre nép-szerűbb, mivel ma már több ezer vállalat on-line katalógusa tekinthető' meg a hálóza-ton keresztül. Ezek közül néhány hamarosan arra is képes lesz, hogy azonnal lejátsz-szon egy videofilmet arról a termékről, amelyikre rákattintottunk a képernyőn.

Az újságok közvetlenül elérhetővé és személyhez szólóvá válnak. Megmondhatjuk majd egy újságnak, hogy mindent tudni szeretnénk a korrupt rendőrökről, a nagy tűz-esetekről, híres emberek botrányairól és a járványokról, ugyanakkor a futballról hallani sem akarunk. Éjszaka, amíg alszunk, az újság letöltődik a számítógépünk diszkjére, vagy kinyomtatódik a lézernyomtatónkon. Alacsony fejlettségi szinten ugyan, de ilyen szolgáltatás már létezik. Az újságok, illetve a folyóiratok és a tudományos szaklapok után a következő lépés az on-line digitális könyvtár lesz. A könyvméretű notebook számítógépek árát, méretét és súlyát tekintve a nyomtatott könyvek könnyen elavul-hatnak. Aki kételkedik ebben, az gondoljon csak bele, hogy milyen következménnyel járt a középkori cirádás kódexekre nézve a könyvnyomtatás kialakulása.

Egy másik alkalmazás, amely szintén ebbe a kategóriába tartozik, az olyan infor-mációs rendszerekhez való hozzáférés, mint amilyen a Világháló (World Wide Web). Ez a rendszer rengeteg információt tartalmaz a művészetekről, az üzleti életről, a fő-zésről, a kormányról, az egészségről, a történelemről, a hobbikról, a szórakozásról, a tudományról, a sportokról, az utazásról, és még számos olyan témáról, amelyeket fel sem tudunk itt mind sorolni.

A fent említett alkalmazások mindegyike egy személy és egy távoü adatbázis kö-zötti párbeszédet foglal magába. A hálózatok alkalmazási lehetőségének a második nagy csoportja a személyek közötti párbeszéd. Ez tulajdonképpen nem más, mint a 21. század válasza a 19. század telefonjára. Az elektronikus levelet (e-levelet vagy idegen szóval e-mailt) már ma is sok millió ember használja, és ezek a levelek a szövegen kívül hamarosan hangokat és mozgóképeket is gond nélkül továbbítanak majd. A szagok küldése egy darabig még biztosan nem lesz tökéletes.

A valós idejű elektronikus levelezés lehetővé teszi majd azt, hogy az egymástól tá-vol levő felhasználók késleltetés nélkül tudjanak kommunikálni, és lehetőleg lássák is és hallják is egymást. Ez a technológia virtuális találkozókat, ún. videokonferenci-ákat hozhat létre egymástól távol levő emberek között. Azt szokták mondani, hogy a közlekedés és a távközlés állandóan versenyez egymással, és ha valamelyikük győzne, akkor a másik biztos, hogy elavulna. A virtuális találkozókat sok mindenre lehetne használni: többek közt távoktatásra vagy egy messze levő orvos szakvéleményének megkérdezésére.

A minden elképzelhető témáról beszélgetést folytató világméretű hírcsoportok (newsgroups) közös találkozóhelynek számítanak számtalan azonos érdeklődésű csoport számára. A hírcsoportok száma rohamosan növekszik. Ezek a beszélgetések, amelyek során egy valaki által postázott üzenet a hírcsoport minden előfizetőjéhez eljut, a leg-különbözőbb stílusban folynak a humorostól a türelmetlenig terjedően.

Harmadik kategóriánk a szórakoztatás, amely egy óriási és gyorsan fejlődő iparág. Itt a legkellemetlenebb alkalmazás a hálózati videózás (video on demand), amely az


összes többi alkalmazást ellehetetleníti. Talán egy évtized sem keli hozzá, és lehetővé válik, hogy saját képernyőnkön azonnal megnézhessünk egy bármelyik országban készített, tetszőlegesen régi filmet. Az új filmek interaktívvá válnak, azaz a felhaszná-ló időnként saját maga is megváltoztathatja a történet menetét, amit persze egy minden lehetséges esetre felkészített forgatókönyv tesz lehetővé. Az élő adások szintén interaktívvá válhatnának azáltal, hogy a nézők részt vehetnének vetélkedő műsorok-ban, vagy hogy kiválaszthatnák a vetélkedő személyeket stb.

Másfelől viszont lehet, hogy mégsem a hálózati videózás lesz a legkellemetlenebb alkalmazás, hanem a játékok. Már vannak valós idejű szimulációs társasjátékok, mint például a bújócska egy virtuális bunkerben, vagy egy olyan repülőgép-szimulátor, amelyben az egyik csapatnak le kell lőnie az ellenséges csapat tagjait. Ha mindezt egy speciális szemüveggel és 3 dimenziós, valós idejű, fénykép minőségű mozgóképekkel tesszük, akkor egyfajta világméretű, elosztott virtuális valóságba jutunk.

Röviden arról van szó, hogy az információ, a kommunikáció és a szórakoztatás összekapcsolásának lehetősége bizonyosan előidézi egy számítógép-hálózaton alapuló új és erőteljes iparág kifejlődését.

1.1.3. Társadalmi vonatkozások

A hálózatok széles körű megjelenése új társadalmi, etikai és politikai problémákat vet fel (Laudon, 1995). Hadd említsünk meg csak néhányat közülük tekintettel arra, hogy egy alaposabb tanulmány legalább egy teljes könyvet kitenne. Az egyik legnépszerűbb hálózati alkalmazás a hírcsoport vagy hirdetőtábla, ahol a hasonló gondolkodású emberek kicserélhetik véleményüket. Amíg a témák a műszaki dolgokról vagy a hob-bikról, mondjuk, a kertészkedésről szólnak, addig nincs is túl sok probléma.

A gond akkor kezdődik, amikor olyan témákra épül egy hírcsoport, amelyekre az emberek érzékenyek. Ilyen például a politika, a vallás vagy a szex. Az ilyen hírcso-portokban közzétett vélemények mélyen megsérthetnek másokat. Ráadásul az üzenetek nem feltétlenül korlátozódnak csak szövegre. Nagyfelbontású színes fényképeket, de akár még rövid videoklipeket is könnyű a számítógép-hálózaton keresztül elküldeni. Vannak, akik követik az „élni és élni hagyni" szemléletet, de vannak olyanok is akik úgy gondolják, hogy bizonyos anyagok (pl. gyermekpornográfia) továbbítása teljesen elfogadhatatlan. Ezért a viták könnyen eldurvulnak.

Voltak, akik beperelték a hálózatok üzemeltetőit, mivel szerintük hasonlóan az új-ságokhoz és a folyóiratokhoz, ők a felelősek a rajtuk keresztül továbbított anyagok tartalmáért. A nyilvánvaló válasz az volt, hogy a számítógép-hálózat olyan, mint a te-lefonhálózat vagy a postahivatal, azaz nem várható el tőle, hogy felügyeljen arra, mit mondanak a felhasználók. Ugyanakkor, ha a hálózatok üzemeltetőit arra kényszeríte-nék, hogy cenzúrázzák az üzeneteket, akkor valószínűleg minden olyat kitörölnének, ami alapot adhatna a beperelésükre. Ez viszont sértené a felhasználók szólásszabad-ságát. Szinte bizonyosak vagyunk afelől, hogy ez a vita még eltart egy darabig.

Egy másik mókás terület az alkalmazottak és a munkaadók ellentétes érdekei. Sokan olvasnak és írnak elektronikus levelet munka közben. Néhány munkaadó köve-telte magának azt a jogot, hogy elolvashassa és esetleg meg is cenzúrázhassa az alkal-

BEVEZETÉS 2:

mazottak üzeneteit, beleértve a munka után, otthoni terminálról elküldött üzeneteket is. Nem minden munkavállaló ért ezzel egyet (Sipior és Ward, 1995).

Még ha a munkaadóknak van is hatalmuk az alkalmazottak felett, jó-e, ha ilyen viszony áll fenn, mondjuk egy egyetem és a diákjai között? Mi lesz így az egyetemis-tákkal és a középiskolásokkal? 1994-ben a Carnegie-Mellon Egyetemen úgy határoz-tak, hogy visszafordítják a szexszel foglalkozó hírcsoportokhoz érkező üzeneteket, mivel az egyetem úgy érezte, hogy ezek az anyagok nemkívánatosak a fiatalkorú, azaz 18 évesnél fiatalabb hallgatók számára. Az esemény kapcsán kipattant indulatok még sokáig nem fognak elcsitulni.

A számítógép-hálózatok lehetőséget adnak névtelen levelek küldésére. Bizonyos esetekben ez hasznos. A diákok, a katonák, a beosztottak és az állampolgárok számára lehetővé teszi például azt, hogy nyilvánosságra hozzák a tanárok, a hivatalnokok, a fe-letteseik vagy a politikusok által elkövetett szabálytalanságokat anélkül, hogy megtor-lástól kéne tartaniuk. Ugyanakkor az Egyesült Államokban és sok más demokratikus országban a törvények kifejezetten lehetővé teszik azt, hogy a bíróság előtt a vádlott szembesülhessen a vádlójával. Névtelen vádaskodás nem tekinthető bizonyítéknak.

Összegezve a fentieket elmondható, hogy a számítógép-hálózatok, akárcsak a nyomdászat 500 évvel ezelőtt, az átlagpolgárok számára lehetővé teszi, hogy új eszközök segítségével olyanokkal is megoszthassák véleményüket, akikkel eddig nem volt lehetőségük. Ez az újfajta szabadság számos egyelőre megoldatlan társadalmi, politikai és morális problémát vet fel. Ezen problémák megoldását az olvasóra bízzuk.

1.2. Hálózati hardver

Itt az ideje, hogy figyelmünket a hálózatok alkalmazási és társadalmi vonatkozásai után a hálózattervezés műszaki problémáira irányítsuk. Nincs egy olyan általánosan elfogadott osztályozás, amelybe az összes hálózatot be lehetne sorolni, azonban van két fontosnak tűnő szempont: az átviteli technológia és a méret. A továbbiakban ezt a kettőt vizsgáljuk.

Az átviteli technológiának tágabb értelemben két típusa van:

1. adatszóró hálózatok,

2. kétpontos hálózatok,

Az adatszóró hálózatok egyetlen kommunikációs csatornával rendelkeznek, és ezen osztozik a hálózat összes gépe. Ha bármelyik gép elküld egy rövid üzenetet, azt az összes többi gép megkapja. Ezeket a rövid üzeneteket bizonyos körülmények között csomagoknak (packets) is szokták hívni. A feladót a csomagon belüli címmezőben lehet megjelölni. Amikor egy gép csomagot kap, megnézi a címmezőt. Ha a csomagot neki szánták, akkor feldolgozza azt, ha pedig nem neki szánták, akkor figyelmen kívül hagyja.

Az analógia kedvéért képzeljük el, hogy valaki egy sokajtós folyosó végén elkiáltja


magát: „Pista, gyere ide! Beszélni akarok veled." Bár a felszólítást mindenki hallja, mégis csak Pista fog válaszolni. A többiek egyszerűen nem vesznek róla tudomást. Egy másik jó példa az, amikor a repülőtéren felszólítják a 644-es járat utasait, hogy fáradjanak a 12-es kapuhoz.

Az adatszóró rendszerek általában lehetó'vé teszik, hogy a csomag címmezőjében egy speciális kód beállításával minden gép megcímezhető legyen. Ha az ilyen kóddal ellátott csomagot elküldjük, akkor a hálózat összes gépe megkapja és feldolgozza azt. Ezt a működési módot adatszórásnak (broadcasting) nevezzük. Néhány adatszóró rendszerben arra is lehetőség nyílik, hogy a gépeknek csak egy meghatározott csoport-ját címezzük meg. Ez a többesküldés (multicasting). A többesküldés jelölésére az egyik lehetséges megoldás az, hogy fenntartunk neki egy bitet az n bites címzési me-zőben. A maradék n-1 címbit pedig azonosíthat egy csoportot. Bármelyik gép „előfi-zethet" egy tetszőleges csoportra, de akár az összesre is. Ha a csomagot egy adott cso-portnak küldjük, akkor azt az összes olyan gép megkapja, amely arra a csoportra előfi-zetett.

Ellentétben az adatszóró hálózatokkal, a kétpontos hálózatokban a gépek párosá-val kapcsolódnak egymáshoz. Ilyen hálózatban a csomagok egy vagy több közbülső állomás érintésével jutnak el a forrásállomástól a célállomásig. Mivel gyakran több le-hetséges útvonal is létezik, és azok hossza különböző lehet, a kétpontos hálózatokban különösen fontos szerep jut a forgalomirányítási algoritmusoknak. Bár vannak kivéte-lek, mégis az általános szabály az, hogy a kisebb, földrajzi helyhez kötött hálózatok inkább adatszóró hálózatok, míg a nagyobb kiterjedésű hálózatok rendszerint két pont közötti összeköttetéseken alapuló hálózatok.

A hálózatokat kiterjedtségük szerint is osztályozhatjuk. Az 1.2. ábra a többprocesz-szoros rendszerek ilyen csoportosítását mutatja. A legfelső szinten az adatfolyamgé-pek (data flow mashincs) találhatók. Ezekben a számítógépekben számos funkcioná-

Processzorok Processzorokközötti távolság elhelyezkedése ugyanazon

0.1 m Nyomtatott áramkörön

1 m Rendszerben

10 m Szobában

100 m Épületben

1 km Egyetemen

10 km Városban

100 km Országban

1 000 km Földrészen

10 000 km Bolygón

Példa

Adatfolyamgép

Többprocesszoros rendszer

Lokális hálózat

Nagyvárosi hálózat

Nagykiterjedésű hálózat

Internet

1.2. ábra. Összekapcsolt processzorok osztályozása kiterjedés szerint

BEVEZETÉS 27

lis elem dolgozik ugyanazon a feladaton, így nagyfokú párhuzamosság jellemzi őket. A következő szint a több számítógépes rendszerek (multicomputers), amelyek na-gyon rövid és rendkívül gyors síneken küldenek üzeneteket egymásnak. A több számí-tógépes rendszerek után jönnek a valódi hálózatok, amelyekben a számítógépek hosz-szú vezetékeken küldik egymásnak üzeneteiket. A hálózatokat három csoportra oszt-hatjuk: lokális, nagyvárosi és nagy kiterjedésű hálózatokra. Végül, két vagy több háló-zat összekapcsolása esetén pedig összekapcsolt hálózatokról (Internetwork) beszélünk. A hálózat mérete azért fontos osztályozási szempont, mert az áthidalt távolságtól függően különböző műszaki megoldásokat kell alkalmazni. Ebben a könyvben csak a valódi hálózatokkal és azok összekapcsolásával fogunk foglalkozni. A továbbiakban rövid ismertetést adunk a hálózatok hardver eszközeiről.

1.2.1. Lokális hálózatok

A lokális hálózat (Local Area Network, LAN) olyan magánhálózat, amely egyetlen épületen belül vagy egy legfeljebb néhányszor tíz kilométer kiterjedésű területen talál-ható. Széles körben használják őket hivatalokban és gyárakban személyi számítógé-pek, valamint munkaállomások összekapcsolására, lehetővé téve ezzel a közös erőfor-rások (pl. nyomtatók) megosztását és az üzenetküldést. A lokális hálózatokat három dolog különbözteti meg a többi hálózattól: (1) a kiterjedésük, (2) az átviteli módjuk és (3) a topológiájuk.

A LAN-ok mérete szigorúan korlátos, így az átviteli idő a legrosszabb esetben is korlátos és előre ismert. Az időkorlát ismerete lehetővé teszi azt, hogy olyan rendsze-reket valósítsanak meg, amelyek máskülönben nem volnának lehetségesek. Az idő-korlát ezen kívül a hálózat felügyeletét is egyszerűbbé teszi.

A LAN-ok gyakran használnak olyan átviteli technikát, amely egyetlen kábelen alapul, és amely kábelre az összes gép rácsatlakozik. Ez hasonlít azokhoz a telefonvo-nalakhoz, amelyeket régen vidéken használtak. A hagyományos LAN-ok 10 Mb/s és 100 Mb/s közötti sebességgel működnek, kicsi a késleltetésük (néhányszor tíz mikro-szekundum), és nagyon keveset hibáznak. Az újabb LAN-ok még nagyobb, eseten-

1.3. ábra. Két adatszóró hálózat: (a) Sín. (b) Gyűrű


ként több száz Mb/s-os sebességgel működnek. Ebben a könyvben követjük azt a ha-gyományt, hogy a vonali sebességet megabit/másodpercben (Mb/s), és nem pedig megabájt/másodpercben (MB/s) adjuk meg. Esetünkben egy megabit az 1 000 000 bi-tet és nem 1 048 576 (220) bitet jelent.

Az adatszóró LAN-ok különféle topológiával rendelkezhetnek. Az 1.3. ábra kettőt mutat ezek közül. A sín topológiájú hálózatban bármelyik gép lehet master és küldhet üzenetet. A többi gépnek ezalatt tartózkodnia kell az üzenetküldéstől. Abban az eset-ben, ha egyszerre két vagy több gép is adni szeretne, akkor ezt a konfliktust valami-lyen vezérlési mechanizmussal fel kell oldani. A vezérlési mechanizmus lehet köz-pontosított vagy elosztott. Az IEEE 802.3-es szabvány - vagy népszerűbb nevén az Ethernet™ - például egy sín topológiájú, elosztott vezérlésű hálózatot definiál, amelynek sebessége 10 Mb/s vagy 100 Mb/s. Egy Ethernet hálózatban levő számító-gép bármikor adhat, ha azonban két vagy több csomag ütközik, akkor mindkét számí-tógépnek várni kell véletlen hosszú ideig az újraátvitel megkezdéséig.

Az adatszóró rendszerek második típusa a gyűrű topológiájú LAN. A gyűrűben minden egyes bit a saját sebességével halad, és nem várja meg a csomagjához tartozó többi bitet. Tipikus jelenség az, hogy az egyes bitek olyan rövid idő alatt érnek körbe a gyűrűn, hogy azalatt csak néhány újabb bitet lehet elküldeni, vagyis gyakran a teljes csomag elküldése előtt körbeérnek. Akárcsak más adatszóró rendszereknél, a gyűrű topológiájú hálózatok esetén is szükség van valamilyen vezérlésre a többszörös hozzá-férés miatt. Erre különböző módszereket használnak, amelyeket később be is muta-tunk. Ilyen például az IEEE 802.5 szabvány szerinti (az IBM vezérjeles gyűrű) 4 Mb/s-os és 16 Mb/s-os sebességű, népszerű, gyűrű topológiájú LAN.

Az adatszóró hálózatokat két csoportra oszthatjuk aszerint is, hogy a csatornahoz-zárendelés hogyan megy végbe. Ez alapján megkülönböztetünk statikus és dinamikus hálózatokat. A statikus lefoglalás egyik tipikus esete az, amikor diszkrét időintervallu-mokat definiálunk körforgó prioritással. Ennél a megoldásnál minden gép csak akkor küldhet adatszórással üzenetet, amikor elérkezett az ő időszelete. Ha egy gépnek nincs továbbítandó üzenete a neki szánt időszelet alatt, akkor a csatorna kihasználatlanul marad. Emiatt a legtöbb rendszer inkább a csatornák dinamikus (azaz kérés alapján történő) hozzárendelésével próbálkozik.

A közös csatorna dinamikus hozzárendelésekor központosított és elosztott módsze-rek léteznek. Centralizált csatornahozzárendelés esetén mindig van egy olyan egység - például egy sínvezérlő egység -, amely meghatározza, hogy ki adhat a következőnek. Egyik lehetséges módja ennek, hogy miután megkapta a kéréseket, valamilyen belső algoritmus alapján hoz döntést. Elosztott csatornahozzárendelés esetén nincs központi egység, hanem mindegyik gépnek magának kell eldöntenie, hogy ad-e vagy sem. Azt gondolhatnánk, hogy ez folyton káoszt eredményez, pedig még sincs így. A későbbiekben látni fogunk olyan algoritmusokat, amelyeket arra találtak ki, hogy káoszveszély esetén rendet teremtsenek.

A lokális hálózatok másik típusa két pont közötti összeköttetésekből épül fel, azaz meghatározott gépeket külön vezetékekkel kapcsolnak össze. Az ilyen LAN-ok minia-tűr nagy kiterjedésű hálózatok. Ezekről később lesz szó.

BEVEZETÉS 29

1.2.2. Nagyvárosi hálózatok

A nagyvárosi hálózat (Metropolitan Area Network, MAN) lényegében a lokális hálózat nagyobb változata, és általában hasonló technológiára épül. Összeköthet egy-máshoz közel fekvő vállalati irodákat vagy akár egy egész várost. Lehet magánhálózat vagy nyilvános hálózat. A MAN támogatja mind az adat-, mind a hangátvitelt, sőt még a helyi kábeltelevízió-hálózathoz is kapcsolódhat. Az egy- vagy kétkábeles MAN nem tartalmaz kapcsolóelemeket, amelyek a csomagokat a lehetséges kimeneti vonalak közül valamelyiken továbbítanák. Az, hogy nem kell kapcsolni, leegyszerűsíti a tervezést.

A MAN-okat azért soroljuk mégis külön kategóriába, mert kidolgoztak számukra egy szabványt, amelyet mostanában implementálnak. Ez a hálózat a DQDB (Distri-buted Queue Dual Bus), vagy aki jobban szereti a számokat, mint a betűket, azoknak az IEEE 802.6. A DQDB két egyirányú sínből (kábelből) áll, ezekhez csatlakozik valamennyi számítógép, ahogy mindez az 1.4. ábrán is látható. Mindkét sín rendelke-zik egy főállomással (head-end), amely az átviteli tevékenységeket kezdeményezi. A küldőtől jobbra eső gépeknek szánt üzenetek a felső sínt, az attól balra levő gépeknek szánt üzenetek pedig az alsó sínt használják.

1.4. ábra. A DQDB nagyvárosi hálózat architektúrája

A MAN-ok esetében kulcsfontosságú az, hogy legyen egy olyan adatszóró közeg (a 802.6 esetén ez két kábelt jelent), amelyhez az összes gép csatlakozni tud. Ez ugyanis nagymértékben leegyszerűsíti a tervezést a többi hálózathoz képest. A DQDB-vel részletesebben is foglalkozunk majd a 4. fejezetben.

1.2.3. Nagy kiterjedésű hálózatok

A nagy kiterjedésű hálózat (Wide Area Network, WAN) nagy földrajzi kiterjedésű területeket, általában egy országot vagy egy földrészt fed le. Olyan gépeket foglal ma-gába, amelyeket felhasználói (azaz alkalmazói) programok futtatására terveztek. Ezeket a gépeket a hagyományoknak megfelelően hosztoknak (hosts) fogjuk nevezni, bár a szakirodalomban a végrendszer (end system) kifejezés is előfordul néha. A hosztokat egy kommunikációs alhálózat (communication subnet) vagy röviden alhálózat

BEVEZETÉS 31

router egy vagy több közbülső routeren keresztül küld el egy csomagot egy másik routernek, akkor mindegyik közbülső router megvárja a teljes csomagot, tárolja azt, amíg a megfelelő kimeneti vonal szabaddá nem válik, majd azon továbbküldi a cso-magot. Az ilyen alhálózatot két pont közötti (point-to-point), tárol-és-továbbít (store-and-forward) vagy csomagkapcsolt (packet-switched) alhálózatnak nevez-zük. Szinte az összes nagy kiterjedésű hálózat (kivéve a műholdas hálózatokat) tárol-és-továbbít típusú alhálózattal rendelkezik. Abban az esetben, ha a csomagok rövidek és azonos méretűek, gyakran celláknak (cells) is nevezik őket.

A tárol-és-továbbít típusú alhálózatok esetén fontos tervezési kérdés, hogy a routerek milyen topológia szerint kapcsolódjanak. Néhány lehetséges topológia az 1.6. ábrán látható. Az ily módon tervezett lokális hálózatok rendszerint szimmetrikus topo-lógiával rendelkeznek. Ellentétben velük, a nagy kiterjedésű hálózatoknak tipikusan szabálytalan topológiájuk van.

A nagy kiterjedésű hálózatok másik jelentős csoportja a műholdas vagy földi rádiós rendszerek. Ezekben a rendszerekben minden routernek antennája van, amelyen ke-resztül adni és venni tud. A műhold kimenő adását minden router hallja, de az is elő-fordul, hogy egy router a szomszédos routerek műholdnak szánt adásait is hallja. Van-nak esetek, amikor a routerek olyan alhálózathoz kapcsolódnak, amelyben csak né-hány router rendelkezik műholdas antennával. A műholdas hálózatok ennek megfele-lően adatszóró rendszerek, és akkor a leghasznosabbak, amikor az adatszórás lehető-sége fontos szempont.

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

1.6. ábra. Néhány lehetséges két pont közötti alhálózati topológia, (a) Csillag, (b) Gyűrű, (c) Fa. (d) Teljesen összekötött, (e) Egymást metsző gyűrűk, (f) Szabálytalan


1.2.4. Vezeték nélküli hálózatok

A hordozható számítógépek, mint például a notebookok és a menedzserkalkulátorok (personal digital assistants, PDA), a számítástechnikai iparág leggyorsabban fejlődő területéhez tartoznak. Ezeknek az eszközöknek a tulajdonosai közül soknak van olyan számítógépe, amely valamilyen munkahelyi lokális vagy nagyvárosi hálózatra kapcso-lódik, ezért akkor is szeretnének a hálózathoz hozzáférni saját eszközeikkel, amikor távol vannak az otthonuktól, vagy éppen utaznak valahova. Mivel az autókban és a re-pülőgépeken a vezetékes összeköttetés nem megoldható, komoly érdeklődés alakult ki a vezeték nélküli hálózatok iránt. Ebben a bekezdésben erről a témáról lesz szó. (Meg-jegyzés: bekezdés alatt a könyv három számjeggyel jelölt alfejezeteit értjük. Ilyen pl. az 1.2.4.)

A digitális vezeték nélküli kommunikáció tulajdonképpen nem új ötlet. Már 1901-ben Guglielmo Marconi olasz fizikus bemutatott egy olyan vezeték nélküli távírót, amely a Morse-kódot használta hajóról a szárazföldre küldött távirataihoz. (A pontok és a vonalak tulajdonképpen digitális jeleknek tekinthetők.) A mai digitális, vezeték nélküli rendszerek ennél ugyan jóval hatékonyabbak, de a lényegük továbbra is ugyanaz. Ezekről a rendszerekről további részleteket tudhatunk meg az alábbi szerzők műveiből: Garg és Wilkes, 1996; Pahlavan és mások, 1995.

A vezeték nélküli hálózatokat sok helyen lehet alkalmazni. Az egyik legelterjedtebb alkalmazás a hordozható iroda. Az úton levő emberek gyakran szeretnének a saját kis hordozható elektronikus eszközükkel telefonálni, faxot vagy e-levelet küldeni, távoli fájlokat elolvasni, bejelentkezni egy távoli gépre stb., és ezt akár a tengerről, akár egy repülőgépről is szeretnék megtenni.

A vezeték nélküli hálózatoknak nagy jelentősége van az árufuvarozásnál, a taxizás-nál, a tömegközlekedésben és a szervizelésnél, mivel lehetővé teszi a központtal való folyamatos kapcsolattartást. Nagy segítséget jelent a mentőosztagok számára azokon a katasztrófa (tűzvész, árvíz, földrengés stb.) sújtotta területeken, ahol a telefonhálózat megrongálódott.

Végül a vezeték nélküli hálózatok fontos szerepet játszanak a hadseregben is. Ha gyorsan meg kell vívnunk egy háborút valahol a nagyvilágban, akkor nem igazán jó ötlet a helyi hálózati infrastruktúrára támaszkodni. Érdemesebb odavinni a sajátunkat.

Bár a vezeték nélküli hálózatok és a mobil számítástechnika szorosan kapcsolódnak egymáshoz, azért nem teljesen ugyanaz a kettő. Az 1.7. ábrán példákat is látha-

Vezeték nélküli

Mobil Alkalmazás

Nem Nem Telepített irodai munkaállomások

Nem IgenHordozható számítógép egy szállodában;

vonalkarbantartás

Igen Nem LAN a régi, kábelezetlen épületekben

Igen Igen Hordozható iroda; PDA árunyílvántartáshoz

1.7. ábra. A vezeték nélküli hálózatok és a mobil számítástechnika társítása

BEVEZETÉS 55

tunk erre. Hordozható számítógépek néha vezetéken keresztül kommunikálnak. Ilyen az a hordozható számítógép, amit az utazó a szállodai szobájában levő telefonaljzat-hoz csatlakoztathat. Ez tehát hordozható, mégsem vezeték nélküli. Egy másik példa az olyan hordozható számítógép, amelyet valaki egy vonat műszaki ellenó'rzése céljából visz magával. Ilyenkor az illető egy hosszú kábelt húz maga után (porszívó modell).

Másfelől viszont vannak olyan vezeték nélküli számítógépek, amelyek nem hor-dozhatók. Érdemes megemlíteni azt az esetet, amikor egy vállalat egy olyan régebbi épülettel rendelkezik, amelyben nincs kialakítva hálózat, és mégis össze szeretnénk kapcsolni a bent levő számítógépeket. Egy vezetékes LAN kiépítése valamivel drá-gább volna, mint megvenni egy kisméretű elektronikus berendezést, és felszerelni né-hány antennát. Ez a megoldás olcsóbb lehet, mint az épület bekábelezése.

Igaz ugyan, hogy egy vezeték nélküli LAN kiépítése egyszerű, azonban vannak ne-ki hátrányai is. A sebességük tipikusan 1-2 Mb/s, ami jóval kisebb, mint a vezetékes LAN-oké. A hibaarány általában szintén sokkal magasabb, és a különböző számítógé-pek zavarhatják egymás adásait.

De természetesen léteznek valódi mobil, vezeték nélküli alkalmazások is, amelyek között a hordozható irodától kezdve az áruházban PDA-val leltározó dolgozókig sok minden megtalálható. Számos nagy forgalmú repülőtéren az autókölcsönző ügyintézője vezeték nélküli számítógép segítségével veszi át a gépkocsikat a parkolóban. A visszahozott autó rendszámát begépeli a hordozható számítógépbe, amely felhívja a központi számítógépet, lekérdezi a kölcsönzésre vonatkozó információkat, majd egy beépített nyomtató segítségével a helyszínen kinyomtatja a számlát. A valódi mobil számítógépekről további részletek találhatók az alábbi szerzők műveiben: Forman és Zahorjan, 1994.

A vezeték nélküli hálózatoknak számos változata van. Néhány egyetemen már fel-szereltek olyan antennákat, amelyek lehetővé teszik a diákok számára, hogy akár a parkban ülve is kapcsolatba kerülhessenek a könyvtár katalógusával. Ebben az esetben a számítógépek közvetlenül egy vezeték nélküli LAN-on keresztül kommunikálnak, természetesen digitális formában. Egy másik lehetőség a hagyományos analóg mo-demmel kombinált celluláris (azaz hordozható) telefon. Egyre több városban jelenik meg a celluláris datagram szolgálat (Cellular Digital Packet Data, CDPD). Ezt a 4. fejezetben tanulmányozzuk részletesebben.

(a) (b)

1.8. ábra. A mobil kommunikáció változatai, (a) Önálló mobil számítógépek, (b) Repülő LAN


Végül arra is lehetőség nyílik, hogy különböző módon ötvözzük a vezetékes és a vezeték nélküli hálózatokat. Az 1.8.(a) ábrán például olyan repülőgépet láthatunk, amelyen az utasok egy része modemet és fedélzeti telefont használ ahhoz, hogy fel-hívja az irodáját. A hívások teljesen függetlenek egymástól. Az 1.8.(b) ábrán egy sok-kal hatékonyabb megoldást láthatunk, ami nem más, mint egy repülő LAN. Ezen a re-pülőn minden ülés mellett található egy Ethernet csatlakozás, amelyhez az utasok a számítógépüket csatlakoztathatják. A repülőn van egy router is, amely állandó rádió-kapcsolatot tart fenn a földi routerekkel. Ahogy a gép halad, mindig más routerrcl ke-rül kapcsolatba. Ez a konfiguráció tulajdonképpen egy hagyományos LAN, leszámítva azt, hogy a külvilággal nem vezetéken keresztül, hanem rádióhullámú összeköttetéssel tartja a kapcsolatot.

A legtöbben azt hiszik, hogy a hordozható számítógépek jelentik a jövőt, azonban van, akinek erről más a véleménye. Bob Metcalfe, az Ethernet megalkotója ugyanis a következőket írta: „A vezeték nélküli mobil számítógép olyan, mint a lefolyó nélküli, mozgó fürdőszoba és WC. Megtalálhatók lesznek a közlekedési eszközökön, az épít-kezéseken és a rockkoncerteken. Én mégis azt tanácsolom, hogy húzasson ki egy ká-belt a lakásához, és maradjon otthon." (Metcalfe, 1995). Vajon sokan fogják követni Metcalfe javaslatát? Az idő majd eldönti.

1.2.5. Összekapcsolt hálózatok

A világon számos hálózat létezik, és ezek hardvere, valamint szoftvere sok esetben eltér egymástól. Azok a felhasználók, akik egy adott hálózathoz kapcsolódnak, gyak-ran szeretnének más hálózatokhoz kapcsolódó felhasználókkal is kommunikálni. Ez az igény váltotta ki a különböző, egymással sokszor nem kompatíbilis hálózatok összekapcsolását, amit általában egy átjárónak (gateway) nevezett számítógép segít-ségével valósítanak meg. Az átjáró feladata az, hogy két hálózat között biztosítsa az átjárhatóságot mind hardver, mind szoftver szempontjából. Az ily módon össze-kapcsolt hálózatokat együttesen internetworknek vagy röviden internetnek hívjuk.

Az internet nem más, mint a lokális hálózatoknak egy olyan csoportja, amelyet egy nagy kiterjedésű hálózat fog össze. Ha az 1.5. ábrán semmi mást nem változtatnánk meg azon kívül, hogy az „alhálózat" feliratot kicserélnénk „WAN"-ra, akkor az ábra tulajdonképpen egy internetet ábrázolna. Az egyetlen különbség az alhálózat és a nagy kiterjedésű hálózat között az, hogy a nagy kiterjedésű hálózatban vannak hosz-tok, az alhálózatban pedig nincsenek. Amennyiben a folytonos görbe vonallal határolt rendszerben csak routerek vanak, akkor az egy alhálózat. Ha viszont a routereken kí-vül felhasználókkal rendelkező hosztok is vannak benne, akkor az viszont már egy nagy kiterjedésű hálózat.

A félreértések elkerülése érdekében felhívjuk az olvasó figyelmét arra, hogy az „internet" szót ezentúl mindig általános értelemben fogjuk használni. Ezzel szemben az Internet (nagy kezdőbetűvel) azt a világméretű internetet jelöli, amely az egyete-meket, a kormányhivatalokat, a vállalatokat - és hamarosan a magánszemélyeket is -összeköti. Mind az internetről, mind pedig az Internetről később még bőven lesz szó ebben a könyvben.

BEVEZETÉS 35

Az alhálózatot, a hálózatot és az összekapcsolt hálózatot (internetwork) gyakran összekeverik. Az alhálózat a nagy kiterjedésű hálózatok esetén a routerek és az átviteli vonalak együttesét jelenti. Az alhálózat a hálózat üzemeltetőjének a tulajdonát képezi. Ilyen üzemeltető' például az America Online vagy a CompuServe. A számítógép-háló-zatokhoz hasonlóan, a telefonhálózatban is vannak nagy sebességű vonalak, amelyek a telefonközpontokat kötik össze, és vannak kis sebességű vonalak, amelyekre a lakások és a cégek vannak rákötve. Ezek a vonalak és központok a telefontársaság tulajdonát képezik, és az felügyeli a működésüket. A telefonhálózatban az átviteli vonalak és a telefonközpontok alkotják az alhálózatot. A telefonkészülékek, akárcsak a hosztok, nem képezik részét az alhálózatnak. Az alhálózat és a hosztok együttesen hálózatot al-kotnak. LAN-ok esetén a kábel és a hosztok alkotják a hálózatot, így ezekben egyálta-lán nincs alhálózat.

Összekapcsolt hálózatról akkor beszélünk, amikor különböző hálózatokat kapcso-lunk össze. A mi szemszögünkből nézve összekapcsolt hálózat az is, amikor egy LAN-t és egy WAN-t, illetve amikor két LAN-t kapcsolunk össze, azonban ezen a területen a szakmában még nem alakult ki egyetértés az elnevezéseket illetően.

1.3. Hálózati szoftver

Az első számítógép-hálózatoknál a legfőbb tervezési szempont a hardver volt, és csak azután jött a szoftver. Ez a módszer ma már nem működik. A hálózati szoftverek nagymértékben strukturálódtak. A következő alfejezetekben a szoftverek strukturálási módját fogjuk részletesen megvizsgálni. Az itt leírt módszer kulcsfontosságú a könyv további részei szempontjából, és többször is vissza fogunk még térni rá.

1.3.1. Protokollhierarchiák

Annak érdekében, hogy csökkentsék a hálózatok bonyolultságát, a legtöbb hálózatot rétegekbe (layers) vagy szintekbe (levels) szervezik. Minden réteg vagy szint az alatta levőre épül. A rétegek száma, neve, tartalma és funkciója minden hálózatban más és más. Az egyes rétegek célja viszont minden hálózatban az, hogy a felettük levő réteg számára szolgálatokat nyújtson oly módon, hogy közben a szolgálatok imple-mentálásának részleteit azok elől elrejtse.

Az egyik gép n-edik rétege párbeszédet folytat egy másik gép n-edik rétegével. A párbeszéd írott és íratlan szabályait együttesen az n-edik réteg protokolljának (proto-col) nevezzük. A protokoll lényegében olyan megállapodás, amely az egymással kom-munikáló felek közötti párbeszéd szabályait rögzíti. Egy analóg példával élve, amikor egy nőt bemutatnak egy férfinak, akkor a nőn múlik, hogy kinyújtja-e a kezét, a férfi pedig eldöntheti, hogy kezet fog vele, vagy pedig kezet csókol neki. Hogy mi történik, az attól függ, hogy a hölgy egy üzleti tárgyaláson részt vevő amerikai ügyvédnő, vagy egy bálon megjelenő európai hercegnő. A protokoll megsértése nagyban megnehezíte-né, sőt akár lehetetlenné is tudná tenni a kommunikációt.


Az 1.9. ábrán egy ötrétegű hálózatot láthatunk. Azokat az entitásokat, amelyeket a különböző gépek azonos rétegei tartalmaznak, társentitásoknak (peers) nevezzük. Más szóval a társentitások azok az entitások, amelyek a protokoll segítségével kom-munikálnak egymással.

A valóságban az egyik gép n-edik rétegéből az adatok nem közvetlenül jutnak át egy másik gép n-edik rétegébe, hanem valamilyen vezérlő információval kiegészítve mindegyik réteg közvetlenül az alatta levőnek továbbítja az adatokat egészen addig, amíg azok a legalsó rétegig el nem jutnak. Az első réteg alatt a fizikai közeg (physi-cal medium) található, amelyen a valódi kommunikáció zajlik. Az 1.9. ábrán a virtuá-lis kommunikációt szaggatott vonalakkal, a fizikai kommunikációt pedig folytonos vonalakkal jelöltük.

Az egymással szomszédos rétegek között interfész (interface) található. Az inter-fész azt definiálja, hogy az alacsonyabban levő réteg milyen elemi műveleteket és szolgálatokat nyújt a magasabban levő réteg számára. Amikor a hálózattervezők el-döntik, hogy hány réteget tartalmazzon egy hálózat, és hogy mi legyen az egyes réte-gek feladata, akkor a legfontosabb szempont az, hogy a rétegek közötti interfész minél világosabb legyen. Ehhez persze az szükséges, hogy minden réteg jól definiált felada-tokkal rendelkezzen. Ezenkívül, ha a rétegek között átadandó információk mennyisé-gét a lehető legkisebbre csökkentjük, akkor a tiszta és egyszerű interfészek nagyban megkönnyítik egy adott réteg implementációjának lecserélését egy teljesen új imple-mentációra (pl. amikor a telefonhálózatot felváltjuk műholdas csatornákkal), ugyanis az új implementációval szemben csak annyi az elvárás, hogy pontosan ugyanazokat a szolgálatokat nyújtsa a felette levő rétegnek, mint az előző implementáció.

A rétegek és protokollok halmazát hálózati architektúrának (network architec-ture) nevezzük. Az architektúra specifikációjának elegendő információt kell tartal-

1.9. ábra. Rétegek, protokollok és interfészek

maznia ahhoz, hogy az implementálást végző szakember minden réteghez meg tudja írni a programot, illetve meg tudja építeni a hardvert úgy, hogy az helyesen alkalmaz-za a megfelelő protokollt. Az implementáció részletei és az interfészek specifikációja nem része az architektúrának, mivel ezek a gép belsejében rejtve maradnak, tehát kí -vülről nem láthatók. Az sem szükséges, hogy a hálózat összes gépén ugyanazok az in-terfészek legyenek, feltéve, hogy az összes gép helyesen használja a protokollokat. Ha egy adott rendszerben minden réteg egyetlen protokollal rendelkezik, akkor a rendszer protokolljainak összességét protokollkészletnek (protocol stack) nevezzük. A háló-zati architektúrák, a protokollkészletek és maguk a protokollok alkotják a könyv leglé-nyegesebb témáit.

A következő analógia talán segít a többréteges kommunikáció elvének megértésé-ben. Képzeljünk el két filozófust (ők a 3. réteg társfolyamatai), akik közül az egyik ur-du nyelven és angolul beszél, a másik pedig kínaiul és franciául. Mivel nincs közös nyelvük, ezért mindkettőjük egy-egy tolmácsot alkalmaz (ők a 2. réteg társfolyama-tai). Mindkét tolmácsnak van egy titkárnője (ők az 1. réteg társfolyamatai). Az 1 -es fi-lozófus az oryctolagus cuniculus iránti ragaszkodását szeretné kifejezni a társának.

1.10. ábra. A filozófusból, tolmácsból és Titkárnőből álló architektúra


Ahhoz, hogy ezt megtehesse, elküld egy üzenetet (angolul) a 2/3 interfészen keresztül a tolmácsának, ahogy ez az 1.10. ábrán is látható. Az üzenet tartalma a következő: „Szeretem a nyulakat." A tolmácsok megegyeztek egy semleges nyelvben, a holland-ban, így tehát az üzenet a következőképpen hangzik: „Ik hou van konijnen." A nyelv megválasztása a 2. réteg protokolljának a feladata, és kizárólag ennek a rétegnek a társfolyamataitól függ. A tolmács ezek után átadja az üzenetet a titkárnőnek, hogy továbbítsa azt, mondjuk faxon (1. réteg protokollja). Amikor a másik félhez megérke-zik az üzenet, akkor azt lefordítják franciára, majd pedig tovább kerül a 2/3 interfészen keresztül a 2-es filozófushoz. Vegyük észre, hogy az egyes protokollok teljesen függetlenek egymástól, amennyiben az interfészek nem változnak. A tolmács holland-ról átválthat mondjuk finnre, ha akar, feltéve, hogy megegyeztek benne, és egyikük sem változtatja meg az interfészt az 1. vagy a 3. réteg felé. Hasonlóképpen, a titkárnők fax helyett e-levelet vagy telefont is használhatnak anélkül, hogy megzavarnák (sőt anélkül, hogy egyáltalán tájékoztatnák) a többi réteget. További információkat mind-egyik folyamat csak a saját társfolyamatának küldhet. Ezek az információk már nem jutnak el az eggyel magasabb réteghez.

Nézzünk meg most egy sokkal inkább műszaki jellegű példát. A kérdés az, hogy hogyan tegyük lehetővé a kommunikációt az 1.11. ábrán látható ötrétegű hálózat leg-felső rétege számára. Az 5. rétegben egy alkalmazói folyamat létrehoz egy üzenetet (jelöljük ezt M-mel), majd átadja a 4. rétegnek, hogy továbbítsa azt. A 4. réteg az üze-net azonosítása céljából egy fejrészt (header) illeszt az üzenet elejére, és továbbadja a 3. rétegnek. A fejrész vezérlő információkat tartalmaz, ami lehet például az üzenet

Forrásgép Célgép

H: fejrész (header); M: üzenet (message); T: farokrész (tailer) 1.11. ábra.

Példa az. 5. réteg virtuális kommunikációját megvalósító információáramlásra

BEVEZETÉS 39

sorszáma is. Ha az alacsonyabb rétegek nem foglalkoznak az üzenetek sorrendben tör-ténő továbbításával, akkor a sorszámozás lehetőséget biztosít arra, hogy a 4. réteg mégis a helyes sorrendben kaphassa meg az üzeneteket. Egyes rétegeknél a fejrészben méret, idő és más vezérlési információk is megtalálhatók.

A 4. réteg által elküldött üzenetek mérete sok hálózatban tetszőlegesen nagy lehet, ugyanakkor a 3. réteg protokollja szinte minden hálózatban meghatároz egy maximá-lis üzcnethosszt. Következésképpen a 3. rétegnek kisebb egységekre, csomagokra kell bontania a felülről hozzá érkező üzeneteket, és minden csomagot ki kell egészítenie egy fejrésszel. Példánkban az M üzenetet két részre osztottuk: M1-re és M2-re.

A 3. réteg kiválasztja a megfelelő kimeneti vonalat, majd továbbadja a csomagot a 2. rétegnek. A 2. réteg nem csak fejrészt, hanem egy farokrészt (trailer) is hozzácsatol a csomaghoz, és az így kapott egységet adja át az 1. rétegnek a fizikai továbbítás céljából. A vevő oldalon az üzenet rétegről rétegre felfelé halad, miközben a fejrészek leválnak róla. Az n-edik réteg alatti rétegek fejrészei sosem juthatnak el az n-edik rétegig.

Az 1.11. ábrán látható rajz kapcsán a legfontosabb az, hogy megértsük a különbsé-get a virtuális és a valódi kommunikáció, illetve a protokoll és az interfész között. Pél -dául a 4. réteg társfolyamatai a saját kommunikációjukat következetesen „horizontá-lis"-nak tekintik, hiszen a 4. réteg protokollját használják. Valószínűleg mindkét fo-lyamatnak van egy KüldésATúloldalra és egy VételATúloldalról nevű eljárása még akkor is, ha valójában nem közvetlenül egymással, hanem a 3/4 interfészen keresztül az alsóbb rétegekkel kommunikálnak.

A társfolyamat-absztrakció alapvetően fontos a hálózat tervezéséhez. Ez teszi ugyanis lehetővé, hogy a teljes hálózat megtervezésének átláthatatlanul bonyolult fel-adatát több kisebb, jól kezelhető tervezési feladatra osszuk, azaz, hogy az egyes réte-geket külön-külön tervezhessük meg.

Bár az 1.3. alfejezet címe „Hálózati szoftver", érdemes megjegyezni, hogy a proto-koll hierarchia alacsonyabb szintjeit gyakran hardvereszközökkel vagy firmware-rel valósítják meg. Még bonyolult algoritmusokat is implementálnak hardverben.

1.3.2. A rétegek tervezési kérdései

A számítógép-hálózatok tervezésének legfontosabb kérdéseivel több réteg is foglal-kozik. Az alábbiakban a legfontosabbak közül emelünk ki néhányat.

Minden rétegben kell lennie egy olyan mechanizmusnak, amely egy üzenet küldő-jét és vevőjét azonosítja. Mivel a hálózatokban általában sok számítógép van össze-kötve, és a számítógépek között akad olyan is, amelyiken egyszerre több folyamat fut, ezért a folyamatoknak minden gépen szükségük van egy olyan eszközre, amely meg-mondja nekik, hogy kivel akarnak párbeszédet folytatni. Miután több célállomás is szóba jöhet, szükség van valamilyen címzésre annak érdekében, hogy meghatározzuk a célállomást.

A tervek elkészítésekor az adatok továbbításának szabályaival is foglalkozni kell. Vannak olyan rendszerek, amelyek az adatokat csak egy irányban szállítják (szimplex átvitel). Más rendszerekben az adatok időben váltakozva mindkét irányban mozoghat-nak (fél-duplex átvitel). Végül vannak olyan rendszerek is, amelyekben az adatok


egyszerre mindkét irányban továbbíthatók (duplex átvitel). A protokollnak meg kell tudnia határozni, hogy az összeköttetés hány logikai csatornának felel meg, és hogy azok milyen prioritással rendelkeznek. A legtöbb hálózat összeköttetésenként legalább két logikai csatornával rendelkezik, amelyek közül az egyiket a rendes adatok hasz-nálják, a másikat pedig a sürgős adatok.

A hibavédelem szintén fontos kérdés, ugyanis a fizikai átvitelt megvalósító áram-körök nem tökéletesek. Számos hibajelző és hibajavító kódolás létezik, de a két oldal-nak meg kell egyeznie abban, hogy ezek közül melyiket használja. Ezenkívül a vevő-nek azt is meg kell tudnia mondani az üzenetek küldőinek, hogy melyik üzenetet kapta meg jól, és melyiket hibásan.

Nem minden kommunikációs csatorna tartja meg a rajtuk elküldött üzenetek eredeti sorrendjét. Tekintettel arra, hogy az üzenetek sorrendje megváltozhat, a protokollnak külön gondoskodnia kell arról, hogy a vevőnek legyen lehetősége az üzenetek helyes sorrendbe történő visszarendezésére. Az egyik magától értetődő megoldás az, hogy az üzeneteket sorszámmal látjuk el.

Kérdés az is, hogy az egyes szinteken hogyan akadályozzuk meg azt, hogy a gyor-sabban adó gépek elárasszák adatokkal a lassabban vevőket. Ennek elkerülésére kü-lönböző módszereket dolgoztak ki, amikről később lesz szó. Egy részük a vevő és az adó közötti visszacsatoláson alapul, ami a vevő állapotától függően lehet közvetett vagy közvetlen. Más módszerek lényege az, hogy valamilyen megállapodás alapján korlátozzák az adó átviteli sebességét.

Sok szinten további megoldandó problémát jelent az, hogy nem minden folyamat képes tetszőlegesen hosszú üzeneteket fogadni. Ez a tény olyan mechanizmusokat tett szükségessé, amelyek szétdarabolják, továbbítják, majd újra összerakják az üzenete-ket. Idetartozik az a kérdés is, hogy mit lehet tenni abban az esetben, amikor egy fo-lyamat olyan kisméretű adategységek egyenkénti továbbításához ragaszkodik, ame-lyek mellett az átvitel egyáltalán nem lenne hatékony. Erre egy lehetséges megoldás az, hogy összegyűjtjük a sok kis üzenetet, és egy nagyméretű üzenet formájában küld-jük el őket a közös célállomásnak, majd a vonal másik végén szétszedjük a hosszú üzenetet.

Ha kényelmetlen vagy drága minden párbeszédet folytató folyamatpár számára külön összeköttetést létrehozni, akkor az alacsonyabb rétegek ugyanazt az összekötte-tést több, egymástól független párbeszéd lebonyolításához is felhasználhatják. Amennyiben a multiplexelés és a demultiplexelés transzparens módon megoldható, akkor bármelyik réteg használhatja azt. A fizikai rétegben például szükség is van mul-tiplexelésre, mivel ott az összeköttetések teljes forgalma legfeljebb néhány fizikai vo-nalon bonyolítódik le.

Amikor egy forrásállomás és egy célállomás között több lehetséges útvonal is létezik, akkor valahogyan ki kell választani az egyiket. Az útvonal kiválasztását álta-lában két vagy több réteg végzi. Ha például Londonból Rómába akarunk adatokat kül-deni, akkor az államérdektől függően egy magasabb szintű döntésre van szükség ah-hoz, hogy az adatok Németországon vagy Franciaországon keresztül menjenek-e, il-letve egy alacsonyabb szintű döntésnek pedig azt kell megmondania, hogy az aktuális forgalom intenzitása mellett melyik lehetséges útvonalon továbbítódjanak az adatok.

BEVEZETÉS

1.3.3. Interfészek és szolgálatok

Az egyes rétegek feladata az, hogy szolgálatokat nyújtsanak a felettük levő rétegnek. Ebben a bekezdésben pontosan és részletesen megmagyarázzuk, hogy mi a szolgálat, de előtte még tekintsük át a téma legfontosabb kifejezéseit.

Az egyes rétegekben levő aktív elemeket általában entitásoknak (entities) vagy funkcionális elemeknek nevezzük. Egy entitás lehet szoftver-entitás (mint például egy folyamat), vagy hardver-entitás (mint például egy intelligens B/K chip). Az azonos ré-tegben, de különböző gépeken levő entitásokat társcntitásoknak (peer entities) ne-vezzük. Az n-edik réteg entitásai az (n + l)-edik réteg számára nyújtanak szolgálato-kat. Ebben az esetben az n-edik réteget szolgáltatónak (service provider), míg az (n + l)-edik réteget szolgálatfelhasználónak (service user) nevezzük. Az n-edik réteg a saját szolgálataihoz az (n - l)-edik réteg szolgálatait veszi igénybe. A nyújtott szolgálatokat különböző osztályokba sorolhatjuk: ilyen például a gyors és drága, vagy a lassú és olcsó kommunikáció.

A szolgálatokat a szolgálatelérési pontokon (Service Access Points, SAP) ke-resztül lehet igénybe venni. Az n-edik réteg szolgálatelérési pontjai azok a helyek, ahol az (n + l)-edik réteg igénybe veheti a rendelkezésére álló szolgálatokat. Minden szolgálatelérési pontot egyértelműen azonosít egy cím. Például telefonhálózat esetén a szolgálatelérési pontok a fali csatlakozók, amikhez a telefonkészüléket csatlakoztatni lehet, a szolgálatelérési pontok címei pedig a telefonszámok. Ahhoz, hogy valakit fel-hívjunk, ismernünk kell a szolgálatelérési pontjának a címét (azaz a telefonszámát). Levélkézbesítés esetén a szolgálatelérési pont címe a levélcím vagy a postafiók száma. Ha el akarunk küldeni egy levelet, tudnunk kell a címzett szolgálatelérési pontjának a címét (azaz a postai címét).

1.12. ábra. A rétegek közötti kapcsolat egy interfészen

Ahhoz hogy két réteg között információcsere valósulhasson meg, az szükséges, hogy előzőleg megegyezzenek az interfész szabályait illetően. Egy tipikus interfész esetén az in + l)-edik réteg entitása a szolgálatelérési ponton keresztül átad egy inter-fész adategységet (Interface Data Unit, IDU) az n-edik réteg entitásának, ahogy ez az 1.12. ábrán is látható. Az IDU valamilyen vezérlő információból és egy szolgálati

A lektor megjegyzése: Az angol service szónak a magyar nyelvben számítógépes és kommunikációs környezetben mind a szolgálat, mind a szolgáltatás megfelelője használatos.


adategységből (Service Data Unit, SDU) áll. Az SDU olyan információ, ami a háló-zaton keresztül előbb a társentitáshoz jut, majd az (n + l)-edik réteghez kerül. A vezérlő információ az eggyel alacsonyabb réteg munkáját segíti (például megadja az SDU-ban levő bájtok számát), de magának az adatnak nem része.

Az SDU továbbítása érdekében az n-edik réteg entitása az SDU-t több részre darabolhatja szét, és fejrésszel ellátva egyenként elküldheti az egyes darabokat. Az így kialakított adategységeket protokoll adategységeknek (Protocol Data Units, PDU) nevezzük. Ilyen protokoll adategység például a csomag. A protokoll adategységek fej-részét a társentitások használják fel. Ezekből tudják meg, hogy mely protokoll adategy-ségek tartalmaznak adatot, melyek vezérlési információt, melyek sorszámozást stb.

1.3.4. Összeköttetés alapú és összeköttetés nélküli szolgálatok

A rétegek két különböző szolgálatot nyújthatnak a felettük levő rétegek számára: összeköttetés alapú és összeköttetés nélküli szolgálatot. Ebben a bekezdésben ezt a két szolgálattípust vizsgáljuk meg, és ismertetjük a kettő közötti különbségeket is.

Az összeköttetés alapú szolgálat (connection-oriented service) a távbeszélőrend-szerrel modellezhető. Ahhoz, hogy valakivel beszélni tudjunk, fel kell emelnünk a telefonkagylót, tárcsázni kell a számot, ezután beszélgethetünk, majd végül le kell ten-nünk a telefont. Hasonló módon, egy összeköttetés alapú hálózati szolgálat igénybevé-teléhez a szolgálatot igénybe vevő felhasználó először létrehozza az összeköttetést, majd felhasználja, végül pedig lebontja azt. Az összeköttetés lényege az, hogy úgy működik, mint egy cső: az adó a cső egyik végén belerakja a dolgokat (biteket), a ve-vő pedig a másik végén ugyanabban a sorrendben kiveszi azokat.

Ezzel szemben az összeköttetés nélküli szolgálat (connectionless service) a levél-továbbító postai rendszerrel modellezhető. Minden egyes üzenet (levél) rendelkezik egy teljes célcímmel, és minden üzenet az összes többitől független útvonalon továb-bítódik. Ha két üzenetet küldünk ugyanarra a címre, akkor általában az ér oda előbb, amelyiket előbb küldtük el. Persze az is lehetséges, hogy az elsőnek elküldött üzenet anynyit késik, hogy a második ér oda előbb. Egy összeköttetés alapú szolgálat esetén ez teljesen elképzelhetetlen.

Minden szolgálat jellemezhető egy szolgálati minőséggel (quality of service). Van-nak megbízható szolgálatok, amelyek sosem vesztenek el adatot. Egy megbízható szolgálatot rendszerint úgy valósítanak meg, hogy a vevőnek minden megkapott üze-netet nyugtáznia kell, így a küldő biztos lehet abban, hogy az üzenet megérkezett. A nyugtázási folyamat pluszidőt és késleltetést jelent, ami legtöbbször megéri, de persze van, amikor nemkívánatos.

A megbízható összeköttetés alapú szolgálat egyik tipikus alkalmazása a fájlátvitel (file transfer). A fájl tulajdonosa biztos szeretne lenni abban, hogy az összes bit rend-ben megérkezik, és ráadásul ugyanabban a sorrendben, ahogy elküldte. Kevés olyan felhasználó van, aki fájlátvitelnél olyan szolgálatot részesítene előnyben, amelyik időnként összekever vagy elveszt néhány bitet. Még akkor sem vennének igénybe olyat, ha az sokkal gyorsabb lenne.

A megbízható összeköttetés alapú szolgálatoknak két altípusa van: az üzenetsoro-

BEVEZETÉS

zat és a bájtfolyam. Az első esetben megmaradnak az üzenethatárok. Ha elküldünk két 1 KB-os üzenetet, akkor azok mindig két különálló 1 KB-os üzenet formájában érkez-nek meg, és sohasem egy 2 KB-os üzenetként. (Megjegyzés: a KB kilobájtot jelent, a kh pedig kilobitet.) A második esetben viszont az összeköttetés egyszerűen csak egy bájtfolyam, és nincsenek üzenethatárok. Ha egy 2 KB-os üzenet érkezik a vevőhöz, akkor sehogy sem tudja megállapítani, hogy azt két 1 KB-os üzenet, egy 2 KB-os üze-net vagy 2048 egybájtos üzenet formájában küldték-e el. Ha egy könyv oldalait a há-lózaton egyenként, külön üzenetek formájában küldjük el egy fényszedő gépre, akkor fontos, hogy megmaradjanak az üzenethatárok. Amikor viszont egy terminálról távoli bejelentkezést hajlunk végre egy időosztásos rendszerbe, akkor csak arra van szüksé-günk, hogy a terminálunkról a számítógépbe jusson egy bájtfolyam.

Mint korábban már említettük, bizonyos alkalmazások esetén a nyugtázásból adódó késleltetés elfogadhatatlan. Ilyen alkalmazás például a digitalizált hangok átvitele. A telefonon beszélgetők számára sokkal inkább elfogadható az, hogy egy kis zajt hall-janak a vonalon, vagy néha egy-egy szónak csak egy töredékét hallják, mint az, hogy a nyugtázások miatt késleltetés jelenjen meg a vonalon. Egy másik jó példa erre az, amikor videofilmet továbbítunk. Ilyenkor néhány hibás pixel nem jelent problémát, viszont annál idegesítőbb, amikor a film a képhibák kijavítása miatt folyton megakad.

Nem minden kapcsolat igényel összeköttetést. Például az elektronikus levelezés elterjedése vajon háttérbe szorítja-e a sok elektronikus kacatlevelet? Az elektronikus kacatleveleket küldő felhasználók valószínűleg nem akarnak azzal küszködni, hogy minden egyes levél elküldésekor felépítsenek, majd lebontsanak egy összeköttetést. Még csak a 100%-os kézbesítési arány sem fontos, különösen akkor nem, ha még drá-gább is. Csak arra van szükség, hogy egy olyan lehetőség nyíljon az üzenetek elküldé-sére, ami nagy valószínűséggel célba juttatja azokat, de erre garanciát nem vállal. A nem megbízható (tehát nem nyugtázott) összeköttetés nélküli szolgálatot gyakran datagram szolgálatnak (datagram service) is hívják a távirat analógiájára, amelynél szintén nem lehet nyugtát küldeni a feladónak.

Vannak olyan esetek, amikor kényelmesebb az, ha nem létesítünk összeköttetést egy rövidebb üzenet továbbításához, de a megbízhatóság alapvető fontosságú. Ezekben az esetekben nyugtázott datagram szolgálatot (acknowledged datagram service)

Összeköttetés alapú

Összeköttetés nélküli

Szolgálat Példa

Megbízható üzenetfolyam Könyvlapok sorozata

Megbízható bájtfolyam Távoli bejelentkezés

Megbízhatatlan összeköttetés Digitalizált hang

Megbízhatatlan datagram Elektronikus kacatlevelezés

Nyugtázott datagram Tértivevényes levélküldés

Kérés-válasz Adatbázis-lekérdezés

1.13. ábra. Hat különböző típusú szolgálat


Primitív Jelentés

Kérés Egy funkcionális elem azt akarja, hogy a szolgáltató tegyen valamit

Bejelentés A szolgáltató tájékoztatja a funkcionális elemet egy eseményről

Válasz A funkcionális elem válaszolni akar egy eseményre

MegerősítésEgy funkcionális elem korábbi kérésére adott válasz megérkezett,

és erről tájékoztatja őt a szolgáltató

1.14. ábra. A szolgálatprimitívek négy osztálya

érdemes igénybe venni, ami olyan, mint a tértivevényes levélkézbesítés. Amikor a fel-adó megkapja a tértivevényt, akkor teljesen biztos lehet abban, hogy a levelet kikézbe-sítették a címzettnek, és nem veszett el útközben.

Egy újabb szolgálat a kérés-válasz szolgálat (request-reply service). Ennél a szol-gálatnál az adó datagram formájában elküld egy kérést, amire érkezik a válasz. Ebbe a kategóriába tartozik például az, amikor a helyi könyvtár adatbázisából lekérdezzük azt, hogy hol beszélik az uighur nyelvet. A kérés-válasz szolgálatot általában a kliens-szerver modellben használják: a kliens kér valamit, a szerver pedig válaszol a kérésre. Az eddig tárgyalt szolgálattípusokat az 1.13. ábrán látható táblázatban foglaltuk össze.

1.3.5. Szolgálatprímitívek

A szolgálatot formálisan olyan primitívek (primitives), azaz elemi műveletek (ope-rations) halmazával írhatjuk le, amelyek a szolgálatot elérhetővé teszik a felhasználó vagy más entitások számára. Ezek a primitívek utasítják a szolgáltatót arra, hogy hajt-son végre egy feladatot, vagy számoljon be egy társentitás tevékenységéről. A szolgá-latprímitívek osztályozásának egyik lehetséges módját az 1.14. ábrán láthatjuk, ahol négy osztályba soroltuk őket.

A primitívek használatának megértéséhez gondoljuk végig, hogy hogyan épül fel és bomlik le egy összeköttetés. A kezdeményező entitás generál egy CONNECT.request primitívet, ami egy csomag elküldését eredményezi. A vevő entitás ennek hatására kap egy CONNECT.indication bejelentést, ami arról tájékoztatja, hogy valahol egy entitás összeköttetést kezdeményezett. Az az entitás, amelyik a CONNECT.indication jelzést kapta, válaszol egy CONNECT.response primitívvel, amivel azt mondja meg, hogy elfogadja vagy visszautasítja a kért összeköttetést. Bármelyiket is választja, a CONNECT.request primitívet kibocsátó entitás a CONNECT.confirm primitív tájékoztatá-sa alapján megtudja a választ.

A primitíveknek lehetnek paramétereik, és a legtöbbnek van is. A CONNECT.request paramétere azonosíthatja az összeköttetésre kiválasztott gépet, és megadhatja a kívánt szolgálat típusát vagy például az összekötetés során megengedett maximális üzenet-hosszt. A CONNECT.indication paraméterei között szerepelhet például a hívó fél azono-sítója, a kívánt szolgálat típusa vagy a javasolt maximális üzenethossz. Ha a hívott en-titás nem ért egyet a javasolt maximális üzenethosszal, akkor előterjeszthet egy újabb javaslatot a saját response primitívjében, amiről a hívó felet az ő confirm primitívje tá-

BEVEZETÉS 45

jékoztatja. Ennek az egyeztetésnek (negotiation) a részleteit a protokoll tartalmazza. Például a maximális üzenethosszt érintő két ellentétes javaslat esetén a protokoll meg-mondhatja, hogy ilyenkor mindig a kisebb értéket kell választani.

Ami a terminológiát illeti, gondosan kerüljük az olyan kifejezéseket, mint „meg-nyitni egy összeköttetést" vagy „lezárni egy összeköttetést", ugyanis a villamosmér-nökök számára a „nyitott áramkör" valamiféle szakadást jelent. Az elektromos áram csak „zárt áramkör" esetén folyhat. A számítástechnikával foglalkozó szakemberek sosem fogják elfogadni azt, hogy az információ egy zárt áramkörben áramoljon. An-nak érdekében, hogy mindkét tábor megnyugodhasson, a „felépít egy összeköttetést" és a „lebont egy összeköttetést" kifejezéseket fogjuk használni.

A szolgálat lehet megerősített (confirmed) vagy megerősítetlen (unconfirmed). Megerősített szolgálat esetén van request, indication, response és confirm primitív. Megerősítetlen szolgálat esetén csak request és indicalion primitív van. A CONNECT mindig egy megerősített szolgálat, mivel a távoli társfolyamattal meg kell egyezni az összeköttetés felépítéséről. Az adatátvitel viszont lehet megerősített és megerősítetlen is attól függően, hogy a küldőnek szüksége van-e nyugtára. A hálózatokban mindkét típusú szolgálatot használni szokták.

Annak érdekében, hogy a szolgálat fogalmát pontosabban megértsük, vizsgáljunk meg egy nyolc szolgálatprimitívből álló, egyszerű összeköttetés alapú szolgálatot. A szolgálatprimitívek a következők:

1. CONNECT.request - összeköttetés létesítésére irányuló kérés.

2. coNNECT.indication - a kérés bejelentése a hívott fél számára.

3. CONNECT.response - az összeköttetés elfogadása/elutasítása a hívott fél részéről.

4. CONNECT.confirm - a hívó fél tájékoztatása az összeköttetés elfogadásáról/elutasí-tásáról.

5. DATA.request - adatküldés kérése.

6. DATA.indication - adat megérkezésének bejelentése.

7. DlSCONNECT.request - az összeköttetés lebontására irányuló kérés.

8. DISCONNECT.indication - az összeköttetés lebontására vonatkozó kérés bejelentése a hívott fél számára.

Ebben a példában a CONNECT egy megerősített szolgálat (amelyre kifejezetten vála-szolni kell), míg a DISCONNECT egy megerősítetlen szolgálat (nincs szükség válaszra).

Talán hasznos, ha a primitívek használatára bemutatunk egy olyan példát is, amely a távbeszélőrendszerrel analóg. A következő példában nézzük meg lépésről lépésre, hogy hogyan hívjuk meg telefonon Mari nénit egy teadélutánra.


1. CONNECT.request - tárcsázzuk Mari néni telefonszámát.

2. CONNECT.indication - kicsöng a telefonja.

3. CONNECT.response - felveszi a telefont.

4. CONNECT.confirm - halljuk, hogy véget ér a csöngetés.

5. DATA.request - meghívjuk a teadélutánra.

6. DATA.indication - hallja a meghívásunkat.

7. DATA.request - örömmel elfogadja a meghívást.

8. DATA.indication - halljuk, hogy elfogadja a meghívást.

9. DISCONNECT .request - letesszük a telefont.

10. DISCONNECT.indication - hallja, hogy letesszük a telefont, és ő is leteszi.

Az 1.15. ábra ugyanezt a lépéssorozatot ábrázolja, csak éppen szolgálatprimitívek sorozatával, ami többek közt az összeköttetés lebontásának a végső megerősítését is tartalmazza. Minden lépés két szomszédos réteg közötti kölcsönhatást takar. Az egyik oldalon végrehajtott request és a response primitívek kis késleltetéssel indication, illetve confirm primitíveket indítanak el a másik oldalon. Példánkban a szolgálatfel-használók (mi és Mari néni) az (N + 1 )-edik rétegben vannak, míg a szolgáltató (a táv-beszélőrendszer) az N-edik rétegben van.

1.15. ábra. Ahogyan Mari nénit meghívjuk a teadélutánra. A nyilak végénél levő számok a szövegben tárgyalt nyolc sz.olgálatprimitívet jelölik

BEVEZETÉS 47

1.3.6. A szolgálatok kapcsolata a protokollokkal

A szolgálat és a protokoll, különböző fogalmak, mégis gyakran összekeverik őket. A kettő közötti különbség nagyon fontos, ezért ismételten szeretnénk azt kihangsúlyozni. A szolgálat nem más, mint olyan primitívek (elemi műveletek) halmaza, amelyet egy adott réteg a felette levő rétegek számára biztosít. A szolgálat azt definiálja, hogy egy réteg a felhasználó nevében milyen műveleteket képes végrehajtani, de arról nem mond semmit, hogy mindezt hogyan kell implementálni. A szolgálat két szomszédos réteg közötti interfésszel kapcsolatos, ahol az alsó réteg a szolgáltató, a felső réteg pe-dig a szolgálat felhasználója.

Ezzel szemben a protokoll olyan szabályok halmaza, amelyek azt mondják meg, hogy milyen legyen a formátuma, és mi legyen a jelentése azoknak a kereteknek, cso-magoknak és üzeneteknek, amelyeket egy adott rétegen belül a társentitások küldöz-getnek egymásnak. Az entitások a protokollokat használják arra, hogy a szolgálatdefi-níciókat implementálják. Ha akarják, szabadon megváltoztathatják a protokolljaikat, feltéve, hogy a felhasználó számára látható szolgálatok ettől nem változnak meg. Ily módon a szolgálatot és a protokollt teljesen ketté lehet választani.

Érdemes egy összehasonlítást tenni a programozási nyelvekkel. A szolgálat olyan, mint egy absztrakt adattípus vagy egy objektum egy objektumorientált nyelvben. De-finiálja azokat a műveleteket, amelyeket az objektumon végre lehet hajtani, de nem mondja meg, hogy a műveleteket hogyan kell implementálni. A protokoll a szolgálat implementációjának felel meg, és mint ilyen, láthatatlan a szolgálatot igénybe vevő számára.

Sok régebbi protokoll nem tett különbséget a szolgálat és a protokoll között. Ezek-ben egy tipikus réteg akár egy olyan SEND PACKET szolgálatprimitívvel is rendelkez-hetett volna, amelyet a felhasználónak egy teljesen összeállított csomagra mutató pointer biztosít. Ez azt jelenti, hogy a protokoll minden változása azonnal látható volt a felhasználó számára. A legtöbb hálózattervezéssel foglalkozó szakember az ilyen protokollokat nagy baklövésnek tartja.

1.4. Hivatkozási modellek

Most, hogy elvonatkoztatott módon megismertük a rétegekből álló hálózatokat, elérkezett az idő, hogy megvizsgáljunk néhány konkrét példát. A következő két bekezdésben két fontos hálózati architektúrát láthatunk majd: az egyik az OSI hivatkozási modell, a másik pedig a TCP/IP hivatkozási modell.

1.4.1. Az OSI hivatkozási modell

Az OSI hivatkozási modell - az átviteli közeg ábrázolása nélkül - az 1.16. ábrán látható. Ez a modell a Nemzetközi Szabványügyi Szervezet (International Standards Organization, ISO) ajánlásán alapul, és a különböző rétegekben használt protokollok


nemzetközi szabványosítása terén az első lépésnek tekinthető (Day és Zimmermann, 1983). Ezt a modellt hivatalosan ISO OSI (Open System Interconnection) hivatkozási modellnek nevezik, mivel nyílt rendszerek összekapcsolásával foglalkozik. A nyílt rendszerek olyan rendszerek, amelyek képesek más rendszerekkel való kommuniká-cióra. Az egyszerűség kedvéért mi csak OSI modellnek nevezzük a továbbiakban.

Az OSI modellnek hét rétege van. A hét rétegre történő felosztás elvei a követke-zők voltak:

1. A rétegek különböző absztrakciós szinteket képviseljenek.

2. Minden réteg jól definiált feladatot hajtson végre.

3. A rétegek feladatának definiálásakor a nemzetközileg szabványosított protokollokat kell figyelembe venni.

1.16. ábra. Az OSI hivatkozási modell

BEVEZETÉS 49

4. A rétegek határait úgy kell meghatározni, hogy a rétegek közötti információcsere minimális legyen.

5. A rétegek számának elég nagynak kell lenni ahhoz, hogy eltérő feladatok ne kerül-jenek szükségtelenül ugyanabba a rétegbe, viszont elég kicsinek kell lennie ahhoz, hogy az architektúra ne váljon kezelhetetlenné.

A továbbiakban a modell egyes rétegeit fogjuk egyenként bemutatni úgy, hogy a legalsóval kezdjük. Ne felejtsük el, hogy az OSI modell nem hálózati architektúra, mivel nem specifikálja az egyes rétegek által használt szolgálatokat és a protokollokat. Csak annyit mond, hogy mit kell csinálniuk a rétegeknek. Ugyan az ISO az egyes ré-tegekhez szabványokat is kidolgozott, azonban magának a hivatkozási modellnek ezek nem részei. Viszont valamennyit közzétették mint különálló nemzetközi szabványt.

A fizikai réteg

A fizikai réteg (physical layer) feladata az, hogy továbbítsa a biteket a kommuniká-ciós csatornán. A rétegnek biztosítania kell azt, hogy az egyik oldalon elküldött l-es bit a másik oldalon is 1-ként érkezzen meg, és ne pedig 0-ként. Ez a réteg tipikusan olyan kérdésekkel foglalkozik, hogy mekkora feszültséget kell használni a logikai 1, és mekkorát a logikai 0 reprezentálásához, mennyi ideig tart egy bit továbbítása, az át-vitel megvalósítható-e egyszerre mindkét irányban, miként jön létre az összeköttetés, hogyan bomlik le az összeköttetés, ha már nincs szükség rá, hány érintkezője van a hálózati csatlakozóknak, mire lehet használni az egyes érintkezőket stb. A tervezési szempontok itt főleg az interfész mechanikai, elektromos és eljárási kérdéseire, vala-mint a fizikai réteg alatt elhelyezkedő fizikai átviteli közegre vonatkoznak.

Az adatkapcsolati réteg

Az adatkapcsolati réteg (data link layer) legfontosabb feladata az, hogy a fizikai szint szolgálatainak igénybevételével a hálózati réteg számára fel nem ismert átviteli hibáktól mentes átvitelt biztosítson. Ez úgy valósul meg, hogy a küldő a bemenő ada-tokat feldarabolja adatkeretekre (data frames) - amelyek tipikusan néhány száz vagy néhány ezer bájtból állnak -, sorrendben elküldi a kereteket, majd végül (eldolgozza a vevő által visszaküldött nyugtázó kereteket (acknowledgement frames). Mivel a fizikai réteg pusztán csak elküldi és fogadja a bitfolyamot anélkül, hogy figyelné annak jelentését vagy szerkezetét, így az adatkapcsolati réteg feladata az, hogy létrehozza, illetve felismerje a kerethatárokat. Ezt úgy éri el, hogy a keretek elejére és végére egy speciális bitmintát illeszt. Ha ezek a bitminták véletlenül megjelennek az adatmezőben, akkor gondoskodni kell arról, nehogy a vevő hibásan keret-vége jelzés-ként étrelmezze. A vonalon megjelenő zajok teljesen tönkre tehetnek egy keretet. Eb-ben az esetben a forrásgép adatkapcsolati szoftverének újból el kell küldenie a keretet.


Az ismétlés viszont megnöveli annak a valószínűségét, hogy egy keret megkettőződik. Keretkettőzés akkor történik, ha a vevő által a küldő állomásnak elküldött nyugtázó keret elvész. A keretek sérüléséből, elvesztéséből és megkettőződéséből adódó problé-mákat mind ennek a rétegnek kell megoldania. Az adatkapcsolati réteg különböző tí -pusú szolgálatokat nyújthat a hálózati rétegnek. Ezek a szolgálatok mind minőségük-ben, mind árukban eltérők lehetnek.

Az adatkapcsolati rétegnél (akárcsak a legtöbb felette levő rétegnél is) felmerül az a probléma, hogy miként lehet megakadályozni azt, hogy egy gyors adó adatokkal árasz-szon el egy lassúbb vevőt. Ilyenkor valamilyen forgalomszabályozási mechanizmust kell alkalmazni annak érdekében, hogy az adó megtudja, mennyi szabad pufferrel ren-delkezik egy adott pillanatban a vevő. A forgalomszabályozás és a hibakezelés rend-szerint eleme az adatkapcsolati rétegnek.

Ha az átviteli vonalon mindkét irányban lehet adatokat továbbítani, akkor ez egy olyan további problémát vet fel, amivel az adatkapcsolati rétegnek szintén foglalkoz-nia kell. A gondot az okozza, hogy az A-ból B-be irányuló adatforgalom nyugtázó ke-retei és a B-ből az A-ba irányuló adatkeretek egymással versenyeznek az átviteli vonal megszerzéséért. Persze erre is kitaláltak egy okos megoldást (piggybacking), amiről később még részletesen is lesz szó.

Az adatszóró hálózatok esetén felmerül még egy kérdés az adatkapcsolati réteget illetően. Ez pedig az, hogy hogyan szabályozzuk az osztott csatornához való hozzáfé-rést. Ezzel a problémával az adatkapcsolati rétegnek egy speciális alrétege, a közeg-hozzáférési alréteg foglalkozik.

A hálózati réteg

A hálózati réteg (network layer) az alhálózat működését irányítja. A legfontosabb kérdés itt az, hogy milyen útvonalon kell a csomagokat a forrásállomástól a célállo-másig eljuttatni. Az útvonalak meghatározása történhet statikus táblázatok felhaszná-lásával, amelyeket „behuzaloznak" a hálózatba, és csak nagyon ritkán változtatnak. Az útvonalat minden egyes párbeszéd (pl. terminálviszony) előtt külön is meghatároz-hatjuk. Végül az útvonal kiválasztása lehet kifejezetten dinamikus: ilyenkor minden csomag számára a hálózat aktuális terhelésének ismeretében egyenként kerül kijelö-lésre az útvonal.

Ha egyszerre túl sok csomag tartózkodik az alhálózatban, akkor egymást akadá-lyozzák a továbbhaladásban, és ilyenkor torlódás alakul ki. A torlódások kivédése szintén a hálózati réteg feladata.

Mivel az alhálózatok üzemeltetői joggal várhatnak valamilyen ellenszolgáltatást a fáradozásaikért, ezért gyakran számlázási eljárást építenek be a hálózati rétegbe. A legegyszerűbb esetben az ügyfél által elküldött csomagokat, bájtokat vagy biteket egy szoftver számolja, és az alapján történik a számlázás. Persze amikor a csomag átlépi egy ország határát, és olyan országban halad tovább, ahol mások a tarifák, akkor a számlázás bizony kezd egy kicsit bonyolultabb lenni.

Ha viszont a csomagnak az egyik hálózatból át kell mennie egy másikba ahhoz, hogy elérje a célállomást, akkor még több probléma jelentkezik: az első hálózatban

BEVEZETÉS 51

használt címzési mód más, mint a második hálózatban; a második hálózat egyáltalán nem fogadja a csomagot, mert az túl hosszú; a két hálózat protokollja különbözik és így tovább. A hálózati rétegnek a feladata az, hogy legyőzze ezeket az akadályokat, és lehetővé tegye az egymástól eltérő hálózatok összekapcsolását.

Az adatszóró hálózatokban az útvonalválasztás viszonylag egyszerű feladat, így ezekben a hálózatokban a hálózati réteg gyakran elég vékony, sőt van, amikor nem lé-tezik.

A szállítási réteg

A szállítási réteg (transport layer) legfontosabb feladata az, hogy adatokat fogadjon a viszony rétegtől, feldarabolja azokat kisebb egységekre - ha szükséges -, továbbítsa ezeket a hálózati rétegnek és biztosítsa azt, hogy minden kis egység hibátlanul megér-kezzen a másik oldalra. Ráadásul, mindezt hatékonyan kell elvégezni és oly módon, hogy a felsőbb rétegek számára rejtve maradjanak a hardver technológiában jelentkező változások.

Normális körülmények között a szállítási réteg a viszony réteg által igényelt min-den egyes szállítási összeköttetéshez külön hálózati összeköttetést hoz létre. Ha a szál-lítási összeköttetés nagy átbocsátóképességet igényel, akkor a szállítási réteg létrehoz-hat több hálózati összeköttetést is, amelyek között az áteresztőképesség növelése érde-kében szétosztja az adatokat. Ha viszont egy hálózati összeköttetés kialakítása vagy fenntartása költséges, akkor a szállítási réteg a költségek csökkentése érdekében egy hálózati összeköttetésen belül több szállítási összeköttetést is nyalábolhat (multi-plexelhet). Mindenesetre a szállítási rétegnek a multiplexelést a viszony réteg számára transzparens módon kell végrehajtania.

A szállítási réteg azt is meghatározza, hogy milyen szolgálatokat kell a viszony rétegnek, és végső soron a hálózat felhasználóinak nyújtani. A szállítási összeköttetés legnépszerűbb típusa a hibamentes két pont közötti összeköttetés, amelynél az üzene-tek vagy bájtok az elküldés sorrendjében érkeznek meg. Van viszont olyan szállítási összeköttetés is, amely az egymás után elküldött üzenetek sorrendben történő megér-kezését nem garantálja, vagy amelyik több célállomásnak adatszórással küld üzenete-ket. A szolgálat típusa akkor dől el, amikor az összeköttetés felépül.

A szállítási réteg egy valódi végpontok közötti réteg, tehát a forrásállomás és a célállomás között jön létre. Magyarán, a forrásgép egyik programja párbeszédet folytat a célállomás egyik hasonló programjával, és ehhez felhasználják az üzenetek fejrészeit, illetve vezérlő üzeneteket vesznek igénybe. Az alacsonyabb rétegek esetén a protokoll mindig egy adott gép és annak közvetlen szomszédja közötti információcserét határozza meg, míg a szállítási réteg protokollja a végpontok közötti párbeszédet határozza meg függetlenül attól, hogy közöttük hány router van. Az 1., 2. és 3. rétegek láncolt, a 4., 5., 6. és 7. rétegek pedig csak végpontok közötti összeköttetést valósíta-nak meg. Mindezt jól illusztrálja az 1.16. ábra.

A legtöbb hoszt multiprogramozott, ami azt jelenti, hogy minden egyes hoszt egy-szerre több összeköttetésbe is beléphet, és egyszerre többől is kiszállhat. Ezért szükség van egy olyan módszerre, amivel megmondhatjuk, hogy melyik üzenet melyik össze-

5: SZÁMÍTÓGÉP-HÁLÓZATOK

köttetéshez tartozik. A szállítási fejrész (H4 az 1.11. ábrán) kiválóan alkalmas arra, hogy ilyen információt beletegyünk.

Amennyiben több üzenetsorozatot egy csatornára multiplexelünk, akkor a szállítási rétegnek óvatosan kell bánnia a hálózaton belüli összeköttetések felépítésével és le-bontásával. Ehhez szükség van valamilyen névadási mechanizmusra, amelynek segít-ségével az egyik gépen futó folyamat megmondhatja, hogy melyik másik folyamattal akar párbeszédet folytatni. Az információ áramlásának szabályozására is kell valami-lyen mechanizmus, amely arra ügyel, hogy a gyorsabb hosztok ne árasszák el a lassab-bakat. Ezt a mechanizmust forgalomszabályozásnak (flow control) nevezzük, és kulcsfontosságú szerepet játszik a szállítási rétegben (és más rétegekben is). A hosztok közötti forgalomszabályozás nem ugyanaz, mint a routerek közötti forgalomszabá-lyozás, bár később látni fogjuk, hogy mindkettő hasonló elveken alapul.

A viszony réteg

A viszony réteg (session layer) feladata az, hogy a felhasználók között viszony (session) létesítéséi tegye lehetó'vé. A viszony réteg a szállítási réteghez hasonlóan a szokásos adatok átviteléről gondoskodik, de ezen kívül még olyan értéknövelt szolgá-latokat is nyújt, amelyek bizonyos alkalmazások számára hasznosak lehetnek. A vi-szony révén a felhasználó beléphet egy távoli, időosztásos rendszerbe, vagy fájlokat mozgathat különböző gépek között.

A viszony rétegnek van olyan szolgálata, amely a párbeszéd irányítását végzi. A viszony egyidejűleg vagy kétirányú adatforgalmat, vagy csak egyirányú adatforgalmat tesz lehetővé. Ha az adatok egyszerre csak az egyik irányba mehetnek (az egy nyom-távú vasúti sín analógiájára), akkor a viszony rétegnek kell figyelemmel kísérni, hogy éppen melyik irány járható.

A viszony réteg feladata a vezérjelkezelés (token management) is. Egyes proto-kolloknál fontos lehet az, hogy a két oldal ne próbálja meg ugyanazt a műveletet egy-szerre végrehajtani. Az ilyen eseteket a viszony réteg vezérjelek segítségével oldja meg. A kritikus műveleteket mindig az végezheti el, akinél a vezérjel van.

A viszony réteg szinkronizálást (synchronization) is végez. Gondoljuk csak meg, mi történik akkor, amikor két gép között egy kétórás fájlátvitelt akarunk elvégezni, miközben átlagosan egyóránként megszakad a kapcsolat. Miután a kapcsolat megsza-kad, az egész átvitelt újra meg kell ismételnünk, ami alatt a kapcsolat valószínűleg ismét meg fog szakadni. Ahhoz hogy ezt a problémát kivédjük, a viszony rétegnek ellenőrzési pontokat kell az adatfolyamba beszúrni, így a kapcsolat megszakadása esetén csak azokat az adatokat kell újból elküldeni, amelyek az ellenőrzési pont után következtek.

A megjelenítési réteg

A megjelenítési réteg (presentation layer) olyan feladatokkal foglalkozik, amelyek elég gyakran fordulnak elő ahhoz, hogy megérje azokra egy általános megoldást ki-dolgozni, és így ne kelljen a felhasználóknak minden alkalommal maguknak megol-

BEVEZETÉS 53

dani azt. Pontosabban, az alacsonyabb rétegekkel szemben a megjelenítési rétegnek a továbbítandó információk szintaktikájával és szemantikájával kell foglalkoznia.

A megjelenítési réteg egyik tipikus feladata az adatok szabványos módon történő kódolása. A legtöbb felhasználói program nem véletlenszerű adatokkal dolgozik, ha-nem nevekkel, dátumokkal, pénzösszegekkel és számlákkal. Ezeket az adatokat a szá-mítógép karaktersorozatok, egész számok, lebegőpontos számok és egyszerű adattípu-sokból felépített adatszerkezetek formájában ábrázolja. Különböző gépeken más és más kódot használunk karaktersorozatok megjelenítésére (pl. ASCII vagy Unicode), az egész számok megjelenítésére (pl. egyes komplemens vagy kettes komplemens) stb. Annak érdekében, hogy az adatokat eltérő módon ábrázoló számítógépek is tudjanak egymással kommunikálni, az elküldendő adatok struktúráját absztrakt módon kell definiálni, és olyan szabványos kódolási eljárást kell kidolgozni, amit használni lehet a „dróton". A megjelenítési réteg ezeket az absztrakt adatstruktúrákat kezeli, valamint oda-vissza megfelelteti egymásnak a számítógép belső ábrázolását és a hálózati szabvány által előírt ábrázolást.

Az alkalmazási réteg

Az alkalmazási réteg (application layer) számos olyan protokollt tartalmaz, amelyet széles körben használnak. Például a világon több száz egymással nem kompatíbilis terminál létezik. Képzeljük el azt a helyzetet, amikor szövegszerkesztővel dolgozunk egy olyan hálózaton, amelyben különböző típusú terminálok vannak, és mindegyik terminál képernyője máshogyan néz ki, mindegyiken másképpen kell karaktereket beszúrni vagy törölni, másképpen kell a kurzort mozgatni stb.

A fenti problémára az egyik lehetséges megoldás az, hogy definiálunk egy virtuális hálózati terminált (network virtual terminal), és minden programot úgy írunk meg, hogy képes legyen ezen dolgozni. A különböző termináltípusok kezeléséhez egy olyan kis programot kell írni, amely a virtuális hálózati terminál funkcióit leképezi a valódi terminálra. Amikor például a virtuális terminál ablakában a kurzort a képernyő bal felső sarka felé mozgatjuk, akkor ennek a programnak a valódi terminál számára ki kell adnia egy olyan utasítássorozatot, ami szintén odamozgatja a kurzort. Az összes virtuális terminál szoftver az alkalmazási rétegben található.

Az alkalmazási réteg egy másik feladata a fájlátvitel (file transfer). A különféle fájlrendszerek más és más módon nevezik el a fájlokat, eltérő módon ábrázolják a szövegsorokat stb. Ezeknek és más hasonló inkompatibilitási problémáknak a megol-dásáról az alkalmazási réteg gondoskodik. Idetartozik még többek között az elektroni-kus levelezés, a távoli gépre történő bejelentkezés, a könyvtárakban való keresés, va-lamint még sok más általános és speciális alkalmazás.

SZÁMÍTÓGÉP-HÁLÓZATOK

Adatátvitel az OSI hivatkozási modellben

Az 1.17. ábrán arra láthatunk példát, hogy miként lehet adatokat továbbítani az OSI modellben. A küldő folyamat adatokat akar küldeni a vevő folyamatnak. A küldő fo-lyamat odaadja az adatokat az alkalmazási rétegnek, amely az adatok elé beilleszti az AH alkalmazási fejrészt (ami üres is lehet), majd az így kapott egységet továbbadja a megjelenítés' rétegnek.

A megjelenítési réteg, különböző módon átalakíthatja ezt az egységet, esetleg ő is kiegészíti egy fejrésszel, majd továbbadja a viszony rétegnek. Fontos, hogy megértsük, a megjelenítési réteg nem tudja, hogy az alkalmazási rétegtől kapott adatok mely része az AH, ha egyáltalán van olyan, és melyik a valódi felhasználói adat.

Ez a folyamat egészen addig ismétlődik, amíg az adatok el nem jutnak a fizikai ré-tegig, ahol aztán valóban továbbítódnak a vevő géphez. Ahogy az üzenet az egyre ma-gasabb rétegekhez kerül a másik gépen, a különböző fejrészek leválasztódnak róla, végül megérkezik a vevő folyamathoz.

A dolog lényege az, hogy amíg a tényeleges adatátvitel az 1.17. ábrán függőleges irányban történik, addig az egyes rétegek úgy működnek, mintha vízszintes irányban továbbítanák az adatokat. Amikor például a küldő szállítási réteg kap egy üzenetet a viszony rétegtől, akkor hozzáteszi a fejrészét, és elküldi a vevő szállítási rétegnek. Az a tény, hogy az üzenetet valójában a saját gépén levő hálózati rétegnek kell odaadnia,

1.17. ábra. Példa az OSI hivatkozási modell használatára. Némelyik fejrész üres is lehet (Forrás: H. C. Folts: Használata engedélyezve.)

BEVEZETÉS 55

a saját szempontjából teljesen érdektelen. Egy analóg példa az lehet, hogy amikor egy tagalog nyelven beszélő diplomata felszólal az ENSZ-ben, akkor ő azt hiszi, hogy a többi jelenlevő diplomatához szól. Az, hogy ő valójában csak a tolmácsához beszél, pusztán részletkérdés.

1.4.2. A TCP/IP hivatkozási modell

A továbbiakban térjünk át az OSI hivatkozási modellről a számítógép-hálózatok ősének tekintett ARPANET, illetve annak leszármazottja, a világméretű Internet hi-vatkozási modelljére. Bár később lesz még szó az ARPANET történetéről, azonban elöljáróban érdemes néhány dolgot megemlíteni. Az ARPANET az amerikai védelmi minisztérium (U.S. Department of Defense, DoD) által támogatott kísérleti hálózat volt. Alkalmanként több száz egyetemi és kormányzati számítógépet kötött össze bé-relt telefonvonalak segítségével. Miután később műholdas és rádiós hálózatokat is hozzákapcsoltak, és az akkori protokollok csak nehezen tudtak együttműködni, egy új hivatkozási modell vált szükségessé. Ezért már a kezdetektől fogva az volt a legfőbb tervezési szempont, hogy lehetővé tegyék tetszőlegesen sok hálózat zökkenőmentes összekapcsolását. Később ez az architektúra - a két legjelentősebb protokollja alapján - TCP/IP hivatkozási modell néven vált ismertté, amelyet elsőként (Cerf és Kahn, 1974) definiált, majd (Leiner és mások, 1985) is behatóan foglalkozott vele. A modell mögött rejlő tervezési problémákról (Clark, 1988) munkájában olvashatunk.

Mivel a DoD erősen aggódott amiatt, hogy akármelyik nagyértékű hoszt, router vagy hálózatok közötti átjáró (gateway) egy szempillantás alatt megsemmisülhet, ezért egy másik lényeges tervezési szempont az volt, hogy a hálózat az éppen folyó beszélgetések megszakítása nélkül át tudja vészelni az alhálózat esetleges veszteségeit. Más szóval, a DoD azt akarta, hogy amíg a forrás- és célállomások jól működnek, a kapcsolatok ne szakadjanak meg még akkor sem, ha egy köztük levő másik gép vagy valamelyik átviteli vonal hirtelen meghibásodik. Ráadásul, egy flexibilis hálózatra volt szükség, mivel az alkalmazások a fájlátviteltől kezdve a valós idejű beszédátvitelig bezárólag rendkívül eltérő igényeket támasztottak.

Az internet réteg

Mindezek az elvárások olyan csomagkapcsolt hálózathoz vezettek, amely egy össze-köttetés nélküli internetwork rétegen alapult. Ez a réteg az internet réteg, amely az egész architektúrát összefogja. Ennek a rétegnek az a feladata, hogy egy hoszt bármi-lyen hálózatba csomagokat tudjon küldeni, illetve a csomagokat a célállomástól füg-getlenül (lehetőleg egy másik hálózaton) képes legyen továbbítani. Az sem gond, ha a csomagok nem az elküldés sorrendjében érkeznek meg, ugyanis, ha erre van szükség, akkor a magasabb rétegek visszarendezik őket a megfelelő sorrendbe. Ne felejtsük el, hogy itt az „internet" szót most általános értelemben használjuk annak ellenére, hogy ez a réteg az Internetben is jelen van.

Vegyünk egy hasonló példát, mondjuk a (csigalassúságú) postát. Ha valaki bedob


1.18. ábra. A TCP/IP hivatkozási modell

egy adag külföldre szóló levelet a postaládába, akkor kis szerencsével azok jó része meg is érkezik a helyes külföldi címre. Útjuk során a levelek nagy valószínűséggel ke-resztül mennek egy-két nemzetközi postaközponton, azonban ebből a feladó semmit nem vesz észre. Ráadásul, minden országnak (azaz hálózatnak) saját bélyege és saját szabványos méretű borítékja van. Ezenkívül a kézbesítés szabályai is rejtve maradnak az ügyfelek elől.

Az internet réteg meghatároz egy hivatalos csomagformátumot, illetve egy proto-kollt, amelyet internet protokollnak (Internet Protocol, IP) hívnak. Az internet ré-teg feladata az, hogy ahová csak lehetséges, kézbesítse az IP csomagokat. A csomagok útvonalának meghatározása, valamint a torlódások elkerülése itt most a legfontosabb feladat. Ezért nyugodtan mondhatjuk, hogy a TCP/IP modell internet rétege funkcióját tekintve nagyon hasonlít az OSI modell hálózati rétegére. Ezt a megfeleltetést láthatjuk az 1.18. ábrán.

A szállítási réteg

A TCP/IP modellben az internet réteg fölötti réteget általában szállítási rétegnek nevezik. Feladata az OSI modell szállítási rétegéhez hasonlóan az, hogy lehetővé tegye a forrás- és célállomásokban található társentitások közötti párbeszédet. Két különböző szállítási protokollt definiálunk a következőkben. Az egyik az átvitelvezérlő protokoll (Transmission Control Protocol, TCP), amely egy megbízható összeköt-tetés alapú protokoll. Feladata az, hogy hibamentes bájtos átvitelt biztosítson bármely két gép között az interneten. A beérkező bájtos adatfolyamot diszkrét méretű üzene-tekre osztja, majd azokat egyesével továbbítja az internet rétegnek. A célállomás TCP folyamata összegyűjti a beérkezett üzeneteket, és egyetlen kimeneti adatfolyamként továbbítja őket. A TCP forgalomszabályozást is végez annak érdekében, hogy egy gyors forrásállomás csak annyi üzenetet küldjön egy lassabb célállomásnak, amennyit az fogadni képes.

57

1.19. ábra. Protokollok és hálózatok a kezdeti TCP/IP hivatkozási modellben

A másik protokoll ebben a rétegben a felhasználói datagram protokoll (User Datagram Protocol, UDP), amely egy nem megbízható, összeköttetés nélküli protokoll. Jelentősége akkor van, amikor nem szükséges sem az üzenetek TCP-féle sorba rendezése, sem a forgalomszabályozás. Elsősorban olyan egylövetű, kliens-szerver típusú kérés-válasz alkalmazásokban terjedt el, ahol a gyors válasz sokkal fonto-sabb, mint a pontos válasz. Ilyen alkalmazás például a beszéd- vagy videoátvitel. Az IP, a TCP és az UDP kapcsolatát az 1.19. ábra szemlélteti. Mivel az itt látható modell fejlesztés eredménye, ezért az IP protokollt még sok más hálózat is használja.

Az alkalmazási réteg

A TCP/IP modellben nincs viszony és megjelenítési réteg. Azért nem kerültek bele a modellbe, mert nem volt rájuk szükség. Az OSI modellel kapcsolatos tapasztalok is azt mutatják, hogy a legtöbb alkalmazás nemigen használja ki e két réteget.

A szállítási réteg fölött az alkalmazási réteg található. Ez tartalmazza az összes magasabb szintű protokollt. Eredetileg csak a virtuális terminál (TELNET), a fájltranszfer (FTP) és az elektronikus levelezés (SMTP) protokolljait tartalmazta, amelyeket az 1.19. ábrán is feltüntettünk. A virtuális terminál lehetővé teszi, hogy bejelentkezzünk egy távoli gépre, és azon dolgozzunk. A fájltranszfer protokoll segítségével hatékonyan tudunk adatokat átvinni egyik gépről a másikra. Az elektronikus levelezés kezdetben a fájltranszfer egyik változata volt, azonban később külön protokollt fejlesztettek ki a számára. Az évek során aztán számos más protokollal bővítették az alkalmazási réteget. Ilyen például a Domain Name Service (DNS), amely a hosztok nevét képezi le a hálózati címükre; az NNTP, amely hírlevelek szétküldését teszi lehetővé; vagy a HTTP, amely a World Wide Web oldalak letöltését segíti.


A host-to-network réteg

Az internet réteg alatt egy nagy űr tátong. A TCP/IP hivatkozási modell ugyanis nem mondja meg, hogy mi legyen itt, csak annyi megkötést tesz, hogy a hosztnak egy olyan hálózathoz kell csatlakozni, amely az IP csomagok továbbítására alkalmas pro-tokollal rendelkezik. Ez a protokoll hosztonként, illetve hálózatonként más és más le-het. Ezzel a TCP/IP modellről szóló könyvek és cikkek nemigen foglalkoznak.

1.4.3. Az OSI és a TCP/IP hivatkozási modell összehasonlítása

Az OSI és a TCP/IP hivatkozási modellnek sok közös tulajdonsága van. Mindkettő' hierarchikusan egymásra épülő, de egymástól független protokollokon alapul. Az egyes rétegek funkciója is nagyjából megegyezik. Például a szállítási és az alatta levő többi réteg azért van benne mindkét modellben, hogy hálózatfüggetlen, végpontok kö-zötti szállítási szolgálatot nyújtson az egymással kommunikálni szándékozó folyama-tok számára. Ezek a rétegek alkotják a szállítási szolgáltatót. A szállítási réteg feletti rétegek mindkét modellben a szállítási réteg alkalmazásorientált felhasználói.

Mindezen alapvető hasonlóságok ellenére a két modell sok eltérést is mutat. Ebben a bekezdésben most csak a leglényegesebb különbségekről ejtünk néhány szót. Fon-tosnak tartjuk megjegyezni, hogy a hivatkozási modelleket hasonlítjuk össze és nem pedig a protokollkészleteket. Maguk a protokollok később kerülnek tárgyalásra. A TCP/IP és az OSI modell összehasonlításával egyébként egy teljes könyv foglalkozik (Piscitello és Chapin, 1993).

Az OSI modell három fogalom köré összpontosul:

1. szolgálatok,

2. interfészek,

3. protokollok.

Az OSI modellnek az a legnagyobb vívmánya, hogy éles különbséget tesz e három fogalom között. Mindegyik réteg szolgálatokat nyújt a felette levő rétegnek. A szolgá-lat azt definiálja, hogy egy réteg mit csinál, és nem pedig azt, hogy a felette levő enti-tások hogyan érik el az adott szolgálatot, illetve, hogy a réteg hogyan működik.

A réteg interfésze megmondja a felette levő folyamatoknak, hogy hogyan vehetik igénybe az adott réteg szolgálatait. Megadja a lehetséges paramétereket és azt, hogy milyen eredményt vár. Ez sem tartalmaz semmit arról, hogy a réteg hogyan is műkö-dik belül.

Egy adott rétegben található társprotokollok működése csak a rétegre tartozik. Egy konkrét feladat elvégzéséhez (tehát szolgálatnyújtáshoz) a réteg olyan protokollt hasz-nál, amilyet csak akar. Tetszése szerint válthat egyikről a másikra anélkül, hogy a fe-lette levő rétegek szoftvereinek működését befolyásolná.

BEVEZETÉS 59

Ez a koncepció igen közel áll az objektumorientált programozás koncepciójához. Egy objektum, mint például egy réteg, számos olyan metódussal (működéssel) rendel-kezik, amelyeket az objektum kívülről meghívhat. Ezeknek a metódusoknak a sze-mantikája határozza meg azoknak a szolgálatoknak a halmazát, amelyet az objektum felkínál. A metódusok paraméterei és az eredményei az objektum interfészét alkotják. Az objektumon belül található kód az ő saját protokollja, és az a külvilág számára lát-hatatlan.

A TCP/IP modell kezdetben nem tett ilyen világos különbséget a szolgálat, az in-terfész és a protokoll között, bár később voltak rá kísérletek, hogy kicsit OSI-szembbé tegyék a modellt. Például az Internet rétegben csak a SEND IP PACKET és a RECEIVE IP PACKET tekinthető' valódi szolgálatnak.

Következésképpen, az OSI modell protokolljai jobban el vannak rejtve, mint a TCP/IP modellé, és emiatt viszonylag könnyebben lehet őket módosítani a technoló-giai fejlődés előrehaladtával. A protokollok rétegezésével az egyik legfőbb célunk ép-pen az, hogy az ilyen változtatásokat el tudjuk végezni.

Az OSI modellt még a protokollok kidolgozása előtt találták ki. Ennek köszönhető-en a modellt nem befolyásolta egyetlen konkrét protokollkészlet sem, és emiatt kel-lően általános tudott maiadni. Gondot csak az jelentett, hogy a tervezőknek kevés ta-pasztalata volt ezen a szakterületen, és nemigen tudták, hogy melyik funkciót melyik réteghez rendeljék.

Például az adatkapcsolati réteg eredetileg csak a kétpontos hálózatokkal foglalko-zott. Amikor megjelentek az adatszóró hálózatok, a modellbe egy új alréteget kellett bepréselni. Amikor aztán az OSI modell alapján elkezdtek hálózatokat építeni (csodák csodája) rájöttek arra, hogy azok nem felelnek meg a szolgálatok specifikációinak, ezért az eltérésekből fakadó problémák megoldására konvergencia alrétegeket illesz-tetlek a modellbe. Ráadásul, kezdetben a bizottság arra számított, hogy minden or-szágban csak egyetlen hálózat lesz, amelyet az adott ország kormánya tart majd fenn, és ez a hálózat az OSI protokollt fogja majd használni. Akkoriban még senki nem gondolt a hálózatok összekapcsolására. Röviden szólva a dolgok másképp alakultak.

A TCP/IP modellel viszont pont a fentiek ellenkezője történt: először megvolt a protokoll, majd a modell tulajdonképpen a meglevő protokollok leírását adta meg. A protokolloknak a modellbe történő beillesztésével nem is volt semmi gond, tökéletesen ment. Az egyetlen bökkenő csak az volt, hogy ez a modell semelyik más proto-kollrendszerhez nem illeszkedett. Következésképpen alkalmatlan volt arra, hogy más, nem TCP/IP hálózatokat leírjunk vele.

Hogy a filozofikus hangvétel helyett kicsit közérthetőbben fogalmazzunk, a két modell között a legnyilvánvalóbb különbség a rétegek számában van. Az OSI modell-ben hét réteg van, míg a TCP/IP modellben csak négy. Mindkettőben van hálózati (vagy internetwork), szállítási és alkalmazási réteg, de a többi réteg már nem egyezik meg.

További különbség jelentkezik az összeköttetés alapú, illetve az összeköttetés nél-küli kommunikáció területén. Az OSI modell mindkettőt támogatja a hálózati réteg-ben, a szállítási rétegben viszont már csak az összeköttetés alapú kommunikációi tá-mogatja. (Ez azért lényeges, mert a szállítási réteg szolgálatai a felhasználó számára is


láthatók.) A TCP/IP modell a hálózati rétegében csak összeköttetés nélküli átviteli mód létezik, ugyanakkor a szállítási réteg mindkét változatot támogatja, és a választást a felhasználóra bízza. Az összeköttetés típusának kiválasztása különösen fontos az egyszerűbb kérés-válasz protokollok esetén.

1.4.4. Az OSI hivatkozási modell és protokolljainak értékelése

Sem az OSI, sem a TCP/IP modell és azok protokolljai nem tökéletesek. Mindkettőt lehet bizonyos mértékig bírálni, és ezt meg is szokták tenni. Ebben és a következő be-kezdésben ismertetünk néhány ilyen bírálatot. Először az OSI modellel kezdjük, és az-tán térünk majd rá a TCP/IP modellre.

1989-ben, a könyv második kiadásának megjelenésekor még a témával foglalkozó legtöbb szakembernek úgy tűnt, hogy az OSI modell és protokolljai meghódítják majd a világot és minden mást elsöpörnek az útjukból. Mégsem ez történt. Vajon miért nem? Egy kis kitekintés a tanulságokra biztosan nem hiábavaló. Az okok ugyanis a következők voltak:

1. rossz időzítés,

2. rossz technológia,

3. rossz implementálás,

4. rossz üzletpolitika.

Rossz időzítés

Először vizsgáljuk meg az első okot, a rossz időzítést. Egy szabvány megjelentetésé-nek időpontja rendkívül erősen befolyásolhatja annak sikerét. David Clark, az M.I.T. munkatársa kidolgozott egy elméletet a szabványokról, amelyet ő „a két elefánt apokalipszise" névvel illetett. Hogy mit is jelent ez, azt az 1.20. ábra szemlélteti.

Az ábra azt mutatja be, hogy egy új dolog megvalósítása mennyi munkát igényel. A dolog felfedezése után óriási munka következik, viták zajlanak, cikkek jelennek meg, találkozókra kerül sor. Aztán hamarosan egy kis szünet következik, majd a vál-lalatok is felfedezik maguknak a dolgot, és több millárd dolláros beruházások indulnak el.

Nagyon fontos, hogy a szabványosítást a két „elefánt" közötti időben kell elvégez-ni. Ha túl korán, még a kutatások befejezése előtt készül el, akkor az újdonságról még keveset tudunk, ami rossz szabványt eredményez. Ha viszont túl későn írjuk meg, akkor addigra már számos vállalat, különböző irányokban nagy beruházásokba kez-dett, és ezért nagyrészt figyelmen kívül hagyják a szabványt. Ha a két elefánt közötti idő nagyon szűkös (mert mindenki igyekszik minél előbb elkészülni vele), akkor a szabvány kifejlesztésén dolgozó emberek könnyen összeroppanhatnak.

BEVEZETÉS

1.20. ábra. „A két elefánt apokalipszise"

Sajnos úgy tűnik, hogy az OSI protokollok bizony összeroppantak. Mire az OSI protokollok megjelentek, addigra a versenytárs TCP/IP protokollok már széles körben elterjedtek a kutatóegyetemeken. Ugyan a több milliárd dolláros beruházások még nem érték el a csúcsot, az oktatási szférában a piac már olyan nagy volt, hogy egy cso-mó kereskedő cég elkezdte óvatosan árusítani a TCP/IP termékeket. Amikor az OSI megjelent a piacon, nem akart támogatni egy második protokollkészletet egészen ad-dig, amíg rá nem kényszerítették erre, így kezdetben nem tudta eladnia a termékeit. A vállalatok egymásra vártak az első lépés megtételét illetően, így aztán mivel egyikük sem lépett, az OSI-nál semmi nem történt.

Rossz technológia

A második probléma az volt az OSI-val, hogy sem a modell, sem a protokollok nem voltak tökéletesek. A hétrétegű modellel kapcsolatos vitákból az tűnik ki, hogy a réte-gek számának és tartalmának ez a fajta megválasztása az egyetlen lehetséges út volt, vagy legalábbis az egyetlen ésszerű út. Azért ez távolról sem igaz. A viszony réteget alig használja a legtöbb alkalmazás, a megjelenítési réteg pedig szinte teljesen üres. Az ISO-nak benyújtott angol tervezet egyébként is csak öt réteget tartalmazott és nem hetet. A viszony- és a megjelenítési réteggel szemben az adatkapcsolati és a hálózati rétegnek viszont olyan sok feladata van, hogy több alrétegre kellett mindkettőt bonta-ni. Természetesen valamennyi alrétegnek különböző funkciói vannak. Ugyan a nyil-vánosság előtt szinte senki nem meri bevallani, de az OSI modellnek azért van hét ré-tege, mert a tervezés időszakában az IBM-nek már volt egy saját hétrétegű protokoll-modellje, amit hálózati rendszer architektúrának (System Network Architecture, SNA™) hívtak. Azokban az időkben az IBM annyira meghatározó volt a számítás-technikai iparban, hogy mindenki - beleértve a telefontársaságokat, az egymással ver-senyző számítógépgyártókat, sőt még egyes kormányzatokat is - halálosan rettegtek attól, nehogy az IBM kihasználja piaci befolyását, és mindenkire rákényszerítse az SNA-t, amelyet bármikor önkényesen megváltoztathatott volna. Az OSI-val az volt te-

Dollármilliárdos beruházásKutatás

Idő


hát a cél, hogy az IBM modelljéhez hasonlóan létrehozzanak egy másik hivatkozási modellt és egy másik protokollkészletet, amelyek aztán nemzetközi szabvánnyá vál-nak, és nem egyetlen vállalat, hanem egy független szervezet, az ISO felügyeli azokat.

Az OSI modell a hozzá tartozó szolgálatdefiníciókkal és protokollokkal együtt rendkívül bonyolult. Amikor a szabvány kinyomtatott fejezeteit egymásra pakolták, akkor az többarasznyi vastagságú volt. A szabvány nehezen implementálható és nem működik elég hatékonyan.

Szintén érthetetlen az is, hogy miért jelennek meg újra és újra az OSI egyes réte-geiben olyan funkciók, mint amilyen a címzés, a forgalomszabályozás vagy a hibaja-vítás. Saltzer és mások (1984) a könyvében rámutatott arra, hogy a hatékonyság érde-kében a hibajavítást a legfelső rétegbe kell tenni, tehát gyakran teljesen fölösleges és gazdaságtalan az alacsonyabb rétegekben többször megismételni.

Egy másik probléma az, hogy az egyes rétegekhez nem mindig lettek ésszerűen hozzárendelve a különböző funkciók. A szabvány fejlődése során a virtuális terminál-kezelés, ami most az alkalmazási rétegben van, sokáig a megjelenítési rétegben volt. Végül azért került át az alkalmazási rétegbe, mert a bizottság nem tudta eldönteni, hogy mire is jó a megjelenítési réteg. Erősen vitatható volt az, hogy az adatbiztonságot és a titkosítást melyik rétegben célszerű elhelyezni, így mindkét funkció kimaradt a modellből. A hálózatmenedzsment szintén hasonló okok miatt maradt ki az OSI mo-dellből.

Amiatt is bírálják az eredeti szabványt, hogy teljesen figyelmen kívül hagyja az összeköttetés nélküli szolgálatokat és protokollokat, miközben a lokális hálózatok ezen az elven működnek. Később egy kiegészítést csatoltak a szabványhoz, amiben kijavították ezt a hibát.

A legsúlyosabb kritika talán mégis az, hogy a modellt a kommunikációs szemlélet uralja. A számítástechnika és a kommunikáció kapcsolatáról alig esik szó benne, de még ha van is valamilyen választási lehetőség, akkor az teljesen használhatatlan mind a hardver, mind a szoftver számára. Tekintsünk csak vissza például az 1.14. ábrán felsorolt OSI primitívekre. Nézzük meg konkrétan az egyes primitíveket, és próbáljuk meg leírni őket valamilyen programozási nyelven.

A CONNECT.request primitív viszonylag egyszerű. Elképzelhető egy olyan könyvtári függvényként (connect), amelyet a programok meghívnak, ha összeköttetést akarnak létesíteni. Vegyük következőnek a CONNECT.indication primitívet. Ha üzenet érkezett, akkor azt jelezni kell a vevő folyamat számára. Ez csak megszakításkéréssel oldható meg, ami nem éppen a legkedvezőbb megoldás egy magas szintű programozási nyelven megírt program számára. Persze a legalsó rétegben sor kerül valamilyen jelzésre (megszakításra).

Ha a program egy beérkező hívást várna, akkor meghívhatná a könyvtári receive eljárást, hogy blokkolja saját magát. Azonban ebben az esetben, miért nem a receive eljárást használjuk az indication primitív helyett? A receive eljárás a számítógépek működésének a koncepcióját követi, míg az indication a primitív telefonét. A számító-gép és a telefon persze nem ugyanaz. A telefon csöng. A számítógép nem csöng. A lé-nyeg tehát az, hogy egy megszakításkéréssel vezérelt rendszer szemantikus modellje nem igazán jó ötlet, és igencsak hadilábon áll a strukturált programozás modern szem-léletével. Ilyen és ehhez hasonló problémákat tárgyal (Langsford, 1984).

BEVEZETÉS

Rossz implementálás

A modell és a protokollok rendkívüli bonyolultsága miatt nem csoda, hogy az imple-mentációk kezdetben terjedelmesek, kezeihetetlenek és lassúak voltak. Mindenki megbukott, aki próbálkozott vele. Nem telt bele sok idő, és az „OSI"-ról mindenkinek a „gyenge minőség" jutott az eszébe. Bár az idők során egyre jobbak lettek a termé-kek, a kialakult kép nem változott.

Ugyanakkor a TCP/IP egyik első implementációja a Berkeley-féle UNIX® része volt, és nem csak nagyon jó, de még ingyenes is volt. Az emberek gyorsan rászoktak, így komoly felhasználói tábora alakult ki. Ennek köszönhetően egyre jobb lett a ter-mék, ami tovább növelte a felhasználók körét. Ebben az esetben tehát a spirális pálya felfelé irányult, nem pedig lefelé.

Rossz üzletpolitika

A kezdeti implementációk miatt különösen az oktatási szférában sokan azt hitték a TCP/IP-ról, hogy a UNIX része, márpedig ott a UNIX igen népszerű volt a '80-as években.

Az OSI-ra ugyanakkor mindenki úgy tekintett, mintha az európai távközlési mi-nisztériumok, az Európai Gazdasági Közösség, és az amerikai kormány alkotása lett volna. Ez csak részben volt igaz, és az sem segített a helyzeten, hogy kormányhivatal-nokok egy csoportja megpróbálta a szerencsétlen kutatók és programozók nyakába varrni a kudarcot. Voltak néhányan, akik ezt az esetet hasonlóan ítélték meg ahhoz, mint amikor a 60-as években az IBM bejelentette, hogy a PL/I lesz a jövő programo-zási nyelve, vagy amikor a DoD később ezt úgy módosította, hogy az Ada® lesz az.

Annak ellenére, hogy az OSI modell és az OSI protokollok nem hoztak átütő sikert, mégis van néhány olyan cég, amelyik továbbra is érdeklődik iránta. Ezek közé tartozik néhány európai távközlési szolgáltató, amelyek még mindig monopóliummal rendelkeznek a távközlés területén. Ennek következtében még tettek kisebb erőfeszíté-seket az OSI fejlesztése érdekében, így 1994-ben megjelentettek egy javított modellt. Hogy mennyi minden változott (nem sok), és hogy mennyi mindent kellett volna meg-változtatni (sok mindent), arról (Day, 1995) művében olvashatunk.

1.4.5. A TCP/IP hivatkozási modell értékelése

A TCP/IP modellnek és protokolljainak szintén megvannak a maga hibái. Először is a modell nem tesz világos különbséget a szolgálat, az interfész és a protokoll fogalma között. Megfelelő szoftvermérnöki tapasztalat kell ahhoz, hogy különbséget ludjunk tenni specifikáció és implementáció között, amit az OSI nagyon óvatosan kezel, és amivel a TCP/IP pedig egyáltalán nem foglalkozik. Így tehát a TCP/IP modell aligha használható irányadóként új technológiákon alapuló hálózatok tervezésénél.

Másodsorban, a TCP/IP modell egyáltalán nem általános érvényű, és a TCP/IP-n kívül más protokollkészletek leírására nem igazán alkalmas. Például a TCP/IP modell segítségével szinte lehetetlen lenne leírni az SNA-t.


5 Alkalmazási réteg4 Szállítási réteg

3 Hálózati réteg

2 Adatkapcsolati réteg

1 Fizikai réteg

1.21. ábra. A könyvben használt hibrid hivatkozási modell

Harmadsorban, a host-to-network réteg a hagyományos értelemben véve nem is va-lódi réteg - legalábbis abban az értelemben nem, ahogyan azt a protokollok kapcsán gondolnánk -, hanem csak interfész (a hálózati és az adatkapcsolati réteg között). Márpedig döntő fontosságú, hogy különbséget tudjunk tenni az interfész és a réteg kö-zött. E tekintetben nem szabad felületesnek lennünk.

Negyedsorban, a TCP/IP modell nem különbözteti meg (sőt, meg sem említi) a fi-zikai és az adatkapcsolati réteget, pedig ez két teljesen különböző dolog. A fizikai ré-tegnek a rézvezeték, az optikai kábel és a vezeték nélküli kommunikáció átviteli jel-lemzőivel kell foglalkoznia. Az adatkapcsolati réteg feladata pedig a keretek elejének és végének jelzése, valamint a keretek megbízható továbbítása két gép között. Egy jó mo-dellnek külön rétegként kell kezelnie e kettőt. A TCP/IP modell sajnos nem ezt teszi.

Végül meg kell említeni, hogy bár az IP és a TCP protokollt alaposan átgondolták, és jól implementálták, a többi protokoll nagy része ad hoc jellegű volt. Emiatt egy csomó egyetemista azzal foglalkozott, amíg csak bele nem fáradt, hogy megpróbálja megfejteni a működésüket. Mivel a protokollimpleiTientációk ingyenesek voltak, ezért széles körben elterjedtek, mélyen beépültek a rendszerekbe, és emiatt nehezen lehetett őket lecserélni, ami még ma is kisebb-nagyobb problémákhoz vezet. Például a virtuális terminál protokollt, a TELNET-et egy másodpercenként tíz karaktert feldolgozó mechanikus Teletype terminálhoz tervezték, és egyáltalán nem is ismeri a grafikus ter-minált, valamint az egeret. Mindezek ellenére, 25 év eltelte után még mindig rengete-gen használják.

Összefoglalva az eddigieket, a következőket mondhatjuk. A felmerült problémák ellenére az OSI modell kifejezetten alkalmas a számítógép-hálózatok elemzésére. Ez-zel szemben az OSI protokollok nem lettek népszerűek. A TCP/IP-ra viszont ennek pont az ellentéte igaz: a modell gyakorlatilag nem létezik, a protokollok ugyanakkor rendkívüli módon elterjedtek. Mivel a számítógépes szakemberek is szeretik azt meg-enni, amit maguk főztek, a továbbiakban az OSI modellnek egy módosított változatá-val fogunk foglalkozni. Ez a hibrid modell, amely az 1.21. ábrán látható, elsősorban a TCP/IP-ra, valamint az újabb protokollokra, az SMDS-re, a frame relay-re, a SONET-re és az ATM-re összpontosít.

BEVEZETÉS 6.5

1.5. Hálózati példák

Napjainkban számtalan hálózat működik világszerte. Ezek közt megtalálhatók a köz-szolgáltatók vagy PTT-k által üzemeltetett nyilvános hálózatok, a kutatói hálózatok, a magánhálózatok, valamint a kereskedelmi és üzemi hálózatok is. A következő alfeje-zetekben megvizsgálunk néhány történelmi jelentőségű, valamint néhány ma is műkö-dő hálózatot. Megpróbáljuk bemutatni a főbb jellemzőiket, illetve azt, hogy miben kü-lönböznek egymástól.

A hálózatok sok mindenben eltérnek egymástól; ilyen a fejlődési történetük, a nyil-vántartásuk, a szolgáltatásuk, a műszaki megvalósításuk és a felhasználói körük. A fejlődési történet és az adminisztráció területén óriásiak az eltérések. Vannak olyan hálózatok, amelyeket egy adott szervezet meghatározott céllal és nagy gondossággal tervezett meg, de vannak olyanok is, amelyekben a gépeket mindenféle tervezés és központi nyilvántartás nélkül véletlenszerűen kapcsolták össze. A hálózatok által nyújtott szolgáltatások szintén széles skálát ölelnek fel; a tetszőlegesen megválasztott két pont közötti összeköttetéstől kezdve az elektronikus levelezésen, a fájltranszferen és a távoli bejelentkezésen át egészen a távoli gépen való programfuttatásig sok min-dent lehetővé tesznek. A műszaki megvalósítás szempontjából különbözők lehetnek a felhasznált átviteli közegek, a névképzési és forgalomirányítási algoritmusok, a meg-valósított rétegek száma és tartalma, valamint az alkalmazott protokollok. Végül a fel-használói kör a kisebb cégektől kezdve az oktatásban dolgozó számítástechnikai szak-emberekig sok mindenkit magába foglal ebben az eliparosodott világban.

A következő alfejezetekben példaként bemutatjuk a kereskedelmi forgalomban oly népszerű LAN hálózati programcsomagot, a Novell NetWare®-t, a világméretű Inter-netet (elődeivel az ARPANET-tel és az NSFNET-tel együtt), valamint az első gigabi-tes hálózatokat.

1.5.1. Novell NetWare

A PC-s világ legnépszerűbb hálózati rendszere a Novell NetWare, amelyet elsősorban azon cégek számára terveztek, amelyek az erőforrásgépek helyett PC-s hálózatot használnak. Ezekben a rendszerekben minden felhasználónak saját PC-je van, amely kliensként működik. Ezenkívül van néhány nagyobb teljesítményű PC, amelyik szer-verként üzemel, és amelyek fájlszerverként, adatbázisszerverként és más szerverként szolgáltatásokat nyújtanak kliensek egy csoportjának. Más szóval a Novell NetWare a kliens-szerver modell alapján működik.

A NetWare saját protokollkészlettel rendelkezik, amely az 1.22. ábrán látható. A protokollkészlet a Xerox egykori Network System (XNS™) rendszerén alapul, azon-ban számos változtatáson esett keresztül. A Novell NetWare korábban jelent meg, mint az OSI, ezért nincs is sok köze hozzá. Ha valamihez egy kicsit is hasonul, akkor az inkább a TCP/IP, mint az OSI.

66

SZÁMÍTÓGÉP-HÁLÓZATOKRéteg:

Alkalmazási

Szállítási

Hálózati

Adatkapcsolati

Fizikai

SAP Fájlszerver ….

NCP SPX

IPX

Ethernet Token ring ARCnet

Ethernet Token ring ARCnet

1.22. ábra. A Novell NetWare hivatkozási modell

A fizikai és az adatkapcsolati réteg bármelyik ipari szabvány lehet, beleértve az Ethernetet, az IBM vezérjeles gyűrűt és az ARCnetet is. A hálózati réteg egy nem megbízható, összeköttetés nélküli hálózati protokollt tartalmaz, amit IPX-nek (Inter-net Packet eXchange) hívnak. Ez a protokoll a csomagokat transzparens módon to-vábbítja a forrásállomástól a célállomásig még akkor is, ha azok különböző hálózatok-ban találhatók. Funkcióit tekintve az IPX az IP-hez hasonlít. Az egyetlen különbség az, hogy 4 bájtos címzés helyett 12 bájtos címzést használ. Hogy ez miért volt rendkí -vül bölcs döntés, azt az 5. fejezetben majd látni fogjuk.

Az IPX felett egy összeköttetés alapú szállítási réteg áll, ez a hálózati mag protokoll (Network Core Protocol, NCP). Az NCP a felhasználói adatok átvitelén kívül még számos más szolgálatot is nyújt, és tulajdonképpen ez a protokoll a NetWare lelke. Létezik egy másik protokoll is, az SPX (Sequenced Packet eXchange), amely azonban csak a szállítási funkciókat képes ellátni. A TCP/IP pedig egy harmadik lehetséges választás. Az alkalmazások bármelyiket választhatják ezek közül. A fájlrendszerek például az NCP-t használják, míg a Lotus Notes® az SPX-et. A viszony réteg és a megjelenítési réteg hiányzik. Az alkalmazási réteg sokféle proto-kollt használhat.

Akárcsak a TCP/IP esetén, az egész architektúra alapját itt is az internetes datagram csomag jelenti, mivel minden arra épül. Az IPX csomag felépítése az 1.23. ábrán látható. Az Ellenőrző összeg (Checksum) mezőt ritkán használják, mivel az adat-kapcsolati réteg szintén képez ellenőrző összeget. A Csomaghossz (Packet length) me-ző a fejrészt és az adatokat magába foglaló teljes csomag méretét adja meg. A Szállí-tásvezérlés (Transport control) mezőben azt számolják, hogy a csomag hány hálóza-ton haladt keresztül. Ha ez a számláló elért egy maximális értéket, akkor a csomagot

1.23. ábra. A Novell NetWare IPX csomagja

BEVEZETF-S 67

figyelmen kívül kell hagyni. A Csomagtípus (Packet type) mező a különböző vezérlő-csomagok megjelölésére szolgál. Mind a Forráscím (Source address), mind a Célállo-máscím (Destination address) egy 32 bites hálózati címből, egy 48 bites gépcímből (ez a 802-es LAN cím) és egy 16 bites, az adott géphez tartozó helyi címből (socket) áll. Végül a csomag hátralevő részét az adatok töltik ki. Az adatmező maximális hosz-szát az alacsonyabb szintű hálózat határozza meg.

Mindegyik szerver nagyjából egy másodpercenként szétküld egy olyan csomagot, amiben megadja a saját címét, valamint azt, hogy milyen szolgáltatásokat nyújt. Ezek az adatszórással szétküldött üzenetek az SAP protokollt (Service Advertising Proto-col) használják. A csomagokat a router gépeken futó speciális ágens folyamatok felis-merik és összegyűjtik, majd tartalmuk alapján létrehoznak egy olyan adatbázist, amely a szerverekről vezet nyilvántartást.

Amikor egy kliens gép bootol, akkor adatszórással szétküld egy olyan üzenetet, amelyben a legközelebbi szerver után érdeklődik. A helyi router gép ágens folyamata észreveszi ezt az üzenetet, belenéz a szervereket nyilvántartó adatbázisába, és az üze-net alapján kikeresi a legjobb szervert, amelynek az azonosítóját egy üzenetben aztán el is küldi a kliensnek. A kliens most már felveheti az NCP kapcsolatot a megfelelő szerverrel. A kapcsolatot felhasználva a kliens és a szerver megegyezik a csomagok maximális méretében. Ettől kezdve a kliens hozzáfér a fájlrendszerhez és mindazok-hoz a szolgáltatásokhoz, amelyeket az adott összeköttetés lehetővé tesz. Akár bele is nézhet a szerver adatbázisába, hogy egy távolabbi szervert keressen.

1.5.2. ARPANET

Térjünk most át a lokális hálózatokról a nagy kiterjedésű hálózatokra. A 60-as évek közepén, a hidegháborús korszak csúcsán az amerikai védelmi minisztérium (DoD) egy olyan parancsközlő és irányító hálózatot szeretett volna, amely képes lett volna egy atomháborút túlélni. A hagyományos vonalkapcsolt távbeszélőrendszert túlságo-san sebezhetőnek tartották, mivel egy vezeték vagy egy kapcsoló elvesztése esetén az összes rajtuk keresztül folyó beszélgetés megszakadt volna, sőt még a hálózat is ketté-szakadhatott volna. Ennek a problémának a megoldása érdekében a védelmi miniszté-rium a kutatási részlegéhez (ARPA, később DARPA, újabban pedig megint ARPA) fordult.

Az ARPA-t a Szovjetunió által 1957-ben fellőtt Szputnyik műholdra tett válaszlé-pésként hozták létre, és célja az volt, hogy ösztönözze a hadiiparban hasznosítható technológiák fejlődését. Az ARPA-nak tulajdonképpen nem voltak sem tudósai, sem laboratóriumai, csak egy irodája és - a Pentagon mércéjével mérve - kis költségvetése. Az ARPA úgy működött, hogy ösztöndíjakat és szerződéseket ajánlottak fel azoknak az egyetemeknek és cégeknek, amelyek jó ötletekkel álltak elő.

Kezdetben sok olyan ösztöndíjas került be az egyetemekre, akik az akkoriban szél-sőséges elképzelésnek tartott csomagkapcsolást kutatták; azt a valamit, amiről Paul Baran a 60-as évek elején számos jelentést írt a RAND Corporationnél Különböző szakemberekkel folytatott megbeszélések után az ARPA úgy döntött, hogy egy alhá-lózatból és hosztokból álló csomagkapcsolt hálózatra lenne szüksége.


Az alhálózatnak átviteli vonalakkal összekapcsolt miniszámítógépekből, ún. cso-móponti gépekből (Interface Message Processors, IMP) kellene felépülnie. A na-gyobb megbízhatóság érdekében mindegyik csomóponti gépnek legalább két másik csomóponti géphez kéne csatlakoznia. Az alhálózat egy datagramos alhálózat lenne, így néhány vezeték vagy csomóponti gép elpusztítása esetén az üzeneteket automati-kusan más alternatív útvonalakon lehetne továbbítani.

Minden hálózati csomópontban kell lennie egy csomóponti gépnek és egy hoszt-nak, lehetőleg ugyanabban a szobában és rövid vezetékekkel összekötve. A hoszt leg-feljebb 8063 bites üzeneteket küldhetné a hozzá csatlakozó csomóponti gépnek, amely legfeljebb 1008 bites csomagokra darabolná fel azokat, majd egymástól függetlenül továbbítaná a csomagokat a célállomás felé. Továbbítás előtt minden csomag esetén meg kellene várni, amíg a teljes csomag megérkezik, tehát ez az alhálózat az első elektronikus, tárol-és-továbbít típusú csomagkapcsolt hálózat lenne.

Az ARPA tendert írt ki az alhálózat megépítésére, amire 12 cég jelentkezett. A be-adott pályázatok kiértékelése után az ARPA a cambridge-i BBN tanácsadó céget vá-lasztotta ki a munka elvégzésére. 1968 decemberében a BBN-nel megkötötték a szer-ződést az alhálózat kiépítésére és az alhálózat szoftverének megírására. A csomóponti gépek a Honeywell DDP-316 miniszámítógép egy speciálisan módosított változatai voltak. Ezek a gépek 12 K 16 bites szót tartalmazó memóriával rendelkeztek. A cso-móponti gépekben nem volt diszk, mert a mozgó alkatrészeket nem tartották elég megbízhatóknak. A csomóponti gépeket a telefontársaságoktól bérelt 56 kb/s-os vona-lak segítségével kapcsolták egymáshoz.

A szoftvert az alhálózatnak és a hosztoknak megfelelően két részre osztották. Az alhálózati szoftver egyrészt a hoszt-csomóponti gép kapcsolatnak a csomóponti gép felőli protokollját és a csomóponti gép-csomóponti gép protokollt tartalmazta, vala-mint a nagyobb megbízhatóság érdekében a forrás csomóponti gép és a cél csomópon-ti gép közötti protokollt. Az ARPANET eredeti tervét az 1.24. ábra mutatja.

Az alhálózaton kívül szintén szükség volt bizonyos protokollokra. Idetartozott a hoszt-csomóponti gép kapcsolat hoszt felőli oldala, a hoszt-hoszt protokoll és az al-kalmazás szoftvere. Hamarosan kiderült, hogy a BBN befejezettnek tekintette a fel-

Alhálózat

Hoszt-IMP protokoll

Hoszt-hoszt protokollHoszt

IMP

1.24. ábra. A kezdeti ARPANET hálózat

BEVEZETÉS 69

adatát azzal, hogy a hoszttól a csomóponti géphez érkező üzeneteket egyszerűen csak áttette a cél csomóponti gép és a cél hoszt közötti vonalra.

A hoszt szoftverproblémáinak megvitatására Larry Roberts, az ARPA munkatársa 1969 nyarán a Utah állambeli Snowbirdben szervezett egy találkozót a hálózatos szak-emberek - elsősorban egyetemisták - részére. Az egyetemisták arra számítottak, hogy a szakemberek majd bemutatják nekik a hálózatot és annak szoftverét, illetve, hogy részfeladatokat kapnak a szoftver megírásából. Igencsak meglepődtek azon, hogy nem jött el egy hálózatos szakember sem, és a hálózatról sem érkezett semmi hír. Így kény-telenek voltak saját maguk kitalálni a feladatokat.

Ugyanakkor 1969 decemberében kezdett kibontakozni egy olyan kísérleti hálózat, amelynek négy csomópontja volt; egy az UCLA-n, egy az UCSB-n, egy az SRI-n és egy a Utahi Egyetemen. Azért került ez a négy hely kiválasztásra, mert mind a négy-nél igen sokan dolgoztak ARPA-szerződéssel, továbbá mindegyiküknél különböző tí-pusú és egymással inkompatíbilis számítógépek voltak (csak hogy még viccesebb le-gyen a helyzet). A hálózat gyorsan terebélyesedett, és hamarosan behálózta az egész országot. Az 1.25. ábra azt mutatja be, hogy hogyan terjeszkedett az ARPANET az el-ső három évben.

A csomóponti gépek szoftverét később megváltoztatták, és a terminálok számára lehetővé tették egy speciális csomóponti géphez, a csomóponti számítógéphez (Ter-minal Interface Processor, TIP) történő csatlakoztatást, így nem kellett a hosztokon keresztülmenni. Más változtatások is történtek a későbbiekben. Például egy csomó-ponti géphez több hoszt is csatlakozhatott (takarékossági okokból), a hosztok több csomóponti géppel is társaloghattak (a csomóponti gépek meghibásodásából eredő problémák kivédése érdekében), illetve a hosztok és a csomóponti gépek közötti tá-volságot megnövelték (annak érdekében, hogy a hosztokat az alhálózattól távol is el lehessen helyezni).

A még gyerekcipőben járó ARPANET fejlődése érdekében, az ARPA kutatásokba kezdett a műholdas hálózatok és a mobil csomagkapcsolású rádiós hálózatok területén is. Az egyik híres demonstrációs kísérletben egy Kaliforniában közlekedő teherautó a cso-magkapcsolású rádiós hálózat segítségével üzeneteket küldött az SRI-nek, ahonnan az ARPANET-en továbbították azokat a keleti partra. Onnan az üzenetek a műholdas háló-zaton keresztül jutottak el a londoni University College-be. Ezáltal lehetőség nyílt arra, hogy Kaliforniában egy teherautón utazó kutató egy londoni számítógépet használhasson.

Ez a kísérlet ugyanakkor azt is világossá tette, hogy az ARPANET protokolljai nem igazán megfelelőek több hálózatból álló rendszerek esetén. Ez az észrevétel a protokollok további fejlesztéséhez vezetett, aminek csúcspontja a TCP/IP modell és a TCP/IP protokollok kifejlesztése volt (Cerf és Kahn, 1974). A TCP/IP-t kifejezetten az internet hálózatokon való kommunikációra tervezték, amire egyre nagyobb szükség is volt, miután az ARPANET-hez kapcsolódó hálózatok száma rohamosan nőtt.

Annak érdekében, hogy ösztönözzék az új protokollok beilleszkedését a Berkeley-féle UNIX-ba, az ARPA rengeteg szerződést ajánlott fel a BBN és a kaliforniai Berkeley Egyetem munkatársai számára. A Berkeley kutatói kifejlesztettek egy ké-nyelmes hálózati (socket) interfész programot, és számos alkalmazást, segédprogra-mot, valamint hálózati menedzsment programot írtak annak érdekében, hogy a hálóza-tok felhasználását még könnyebbé tegyék.


1.25. ábra. Az ARPANET fejlődése, (a) 1969. december, (b) 1970. július, (c) 1971. március, (d) 1972. április, (e) 1972. szeptember

BEVEZETÉS 71

Az időzítés tökéletes volt. Sok egyetem pont akkoriban rendelte meg második vagy harmadik VAX számítógépét egy LAN-nal együtt, ami összekapcsolta a számítógépe-ket, viszont nem volt hozzá hálózati szoftverük. Amikor a 4.2BSD megjelent a TCP/IP-val, a socketekkel és számos hálózati segédprogrammal, a teljes programcso-magot pillanatok alatt átírták. Ráadásul a TCP/IP segítségével könnyű volt a LAN-okat az ARPANET-hez csatlakoztatni, és ezt a lehetőséget sokan ki is használták.

1983-ra a több mint 200 csomóponti gépet és több száz hosztot tartalmazó ARPANET már stabil és igencsak sikeres volt. Ekkor az ARPA a hálózat irányítását átadta a DCA-nak (Defense Communications Agency), hogy az üzemeltesse tovább a hálózatot. A DCA első lépése az volt, hogy leválasztotta a katonai részt (kb. 160 cso-móponti gépet, amiből 110 az Egyesült Államokban volt, a többi pedig külföldön), és egy külön alhálózatot hozott létre MILNET néven. A MÍLNET és a megmaradt kuta-tói hálózat közé szigorúan ellenőrzött átjárókat építettek be.

A 80-as években további hálózatokkal, főleg LAN-okkal bővült az ARPANET. Ahogy a gépek száma nőtt, egyre költségesebbé vált egy bizonyos hoszt megkeresése, ezért létrehozták a DNS (Domain Naming System) rendszert. A DNS rendszer célja az, hogy a gépeket domainekbe szervezze, és a hosztok neveit leképezze az IP címük-re. Azóta a DNS egy olyan általánosított, elosztott adatbázisrendszerként működik, amelyben az elnevezésekkel kapcsolatos mindenféle információt eltárolnak. Ezzel részletesebben is foglalkozunk majd a 7. fejezetben.

1990-re az ARPANET-et megelőzték újabb hálózatok, olyanok, amelyek pont be-lőle fejlődtek ki. Így az ARPANET elhalt és szétdarabolódott, de a hálózat kutatóinak szívében tovább él, és emlékeikben örökre megmarad.

1.5.3. NSFNET

A 70-es évek vége felé az egyesült államokbeli Nemzeti Kutatási Alap (U.S. National Science Found, NSF) felismerte, hogy az ARPANET-nek óriási hatása van az egyete-mi kutatásokra, és ez tette lehetővé, hogy a kutatók országszerte hozzáférhessenek bármilyen adathoz, és közös projekteken dolgozhassanak. Ugyanakkor ahhoz, hogy egy egyetem az ARPANET-tel foglalkozhasson, kutatási szerződést kellett kötnie a Védelmi Minisztériummal (a DoD-vel), amit azonban sok egyetem nem tudott elérni. Az egyetemi hozzáférésnek ez a hiánya késztette az NSF-et arra, hogy létrehozzon egy virtuális hálózatot, a CSNET-et. A CSNET központja egy olyan gép volt a BBN-nél, amely a telefonvonalakon keresztül lehetővé tette az ARPANET-hez és más háló-zatokhoz való kapcsolódást. A CSNET-et az egyetemi kutatóknak csak fel kellett hív-niuk, és elküldhették e-leveleiket másoknak. A rendszer egyszerű volt ugyan, de mű-ködött.

1984-ben az NSF az ARPANET-ből kiindulva, elkezdett kifejleszteni egy olyan nagy sebességű hálózatot, amely minden egyetemi kutatócsoport számára nyitott volt. Hogy rögtön egy konkrét lépést is tegyen, az NSF elhatározta, hogy a hat szuperkom-puter központjának (San Diego, Boulder, Champaign, Pittsburgh, Ithaca, Princeton) összekapcsolásához gerinchálózatot épít ki. Mindegyik szuperkomputer kapott egy kistestvért, egy LSI-11 mikroszámítógépet. Ezt fuzzballnak hívták. A fuzzballokat


56 kb/s-os bérelt telefonvonalak kötötték össze. Ezáltal egy ugyanolyan alhálózat jött létre, mint amilyet az ARPANET használt. A szoftver technológia viszont más volt; a fuzzballok TCP/IP nyelven beszéltek kedettó'l fogva, így ez volt az első TCP/IP-s nagy kiterjedésű hálózat.

Az NSF is letette az alapjait jó néhány (kb. 20) regionális hálózatnak, amelyeket rákapcsolt a gerinchálózatra. Ez több ezer egyetem, kutatóintézet, könyvtár és múze-um számára elérhetővé tette a szuperkomputereket, és lehetőséget biztosított arra, hogy az emberek kommunikálni tudjanak egymással. A gerinchálózatot és a regionális hálózatokat magába foglaló teljes hálózatot NSFNET-nek hívták. Az NSFNET egy csomóponti gép és egy fuzzball közötti összeköttetéssel kapcsolódott ARPANET-hez a Carnegie-Mellon Egyetem számítóközpontjában. Az első NSFNET gerinchálózat az 1.26. ábrán látható.

1.26. ábra. Az NSFNET gerinchálózat 1988-ban

Az NSFNET azonnal nagy siker lett, és mindenki várta a folytatást. Az NSF ezért hamarosan elkezdte tervezni a következő hálózatot, amelynek üzemeltetésére szerző-dést kötött a michigani székhelyű MERIT konzorciummal. A 2-es számú gerincháló-zathoz már 448 kb/s-os optikai kábeleket béreltek az MCI-től. A routerek IBM PC-RT számítógépek voltak. Azonban hamarosan ez is kevésnek bizonyult, így 1990-re a 2-es számú gerinchálózat sebességét megnövelték 1,5 Mb/s-ra.

Ahogy a fejlődés folytatódott, az NSF rájött arra, hogy a kormány nem tudja a vég-telenségig támogatni a hálózatok fejlődését. Ráadásul, kereskedelmi szervezetek is rá akartak kapcsolódni az NSFNET-re, azonban az NSF bérlői ehhez nem járultak hozzá. Ezért az NSF arra ösztönözte a MERIT-et, az MCI-t és az EBM-et, hogy hozzanak létre egy non-profit szervezetet, amely megnyitná az utat a hálózatok kereskedelmi for-galomba helyezéséhez. Ez a szervezet, az ANS (Advanced Networks and Services)

BEVEZETÉS 73

1990-ben átvette az NSFNET-et, az 1,5 Mb/s-os vonalak sebességét megnövelte 45 Mb/s-ra, és a hálózat új neve ANSNET lett.

1991 decemberében az amerikai törvényhozás törvényjavaslatot terjesztett elő arra, hogy a Nemzeti Kutatási és Oktatási Hálózatnak (National Research and Educa-tional Network, NREN), az NSFNET utódszervezetének csak gigabit sebességű vo-nalak használatát engedélyezzék. Céljuk ugyanis az volt, hogy még az ezredforduló előtt elérjék a 3 Gb/s-os sebességet, mivel ezt a hálózatot a sokat vitatott információs szupersztráda prototípusának szánták.

1995-re a regionális NSF hálózatok összekapcsolásához már nem volt szükség az NSFNET gerinchálózatra, mivel a legtöbb cég a kereskedelmi forgalomban levő EP háló-zatokat használta. Miután 1995-ben az Amerika Online megvásárolta az ANSNET-et, a regionális NSF hálózatoknak ki kellett lépniük a hálózatból, és így csak internet szolgáltatókon keresztül tudtak összekapcsolódni.

Az átalakulás megkönnyítése érdekében az NSF szerződést kötött négy hálózatüze-meltetővel, amelyek hálózat elérési pontokat (Network Access Points, NAP) alakítot-tak ki. A négy cég a következő volt: a PacBell (San Fancisco), az Ameritech (Chicago), az MFS (Washington, D. C.) és a Sprint (New York). A NAP valamennyi regionális hálózat számára biztosította a többi regionális hálózat elérését. Az összes olyan háló-zatüzemeltetőnek, amelyik a regionális NSF hálózatoknak akart szolgáltatni, hozzá kel-lett kapcsolódni valamennyi NAP-hez. Ez az elrendezés azt jelentette, hogy egy regio-nális hálózatban elküldött üzenet szabadon választhatott, hogy a forrás NAP és a cél NAP között melyik gerinchálózaton halad. Ennek köszönhetően a gerinchálózatok üze-meltetői versenyezni kezdtek egymással a regionális hálózatok megszerzéséért, ami a szolgáltatások minőségét és az árakat is jelentősen befolyásolta. Ez volt természetesen a dolog lényege. Az NSF NAP-eken kívül a kormány is létrehozott számos NAP-et (pl. FIX-E, FIX-W, MAE-East és MAE-West), így az egy gerinchálózatos rendszer terve átalakult egy olyan versenyképes infrastruktúrává, amelyet a piac irányított.

Más országok és régiók is építenek az NSFNET-hez hasonló hálózatokat. Ilyen például Európában az EuropaNet, amely egy kutatóintézeteket összekötő IP gerinchá-lózat, vagy az EBONE, amely egy kereskedelmi célú hálózat. Mindkét hálózat számos európai várost köt össze 2 Mb/s-os vonalakkal. Jelenleg már folyamatban van a vona-lak sebességének 34 Mb/s-ra történő növelése. Minden európai országban van leg-alább egy olyan országos hálózat, amely az NSF regionális hálózatokhoz hasonlít.

1.5.4. Internet

Miután 1983. január l-jétől az ARPANET hivatalos protokollja a TCP/IP lett, az ARPANET-hez kapcsolódó hálózatok, gépek és felhasználók száma ugrásszerűen megnőtt. Az NSFNET és az ARPANET összekapcsolásával ez a szám exponenciáli-san nőtt tovább. Sok-sok regionális hálózat kapcsolódott a gerinchálózathoz Kanadá-ból, Európából és a Csendes-óceán vidékéről.

Valamikor a 80-as évek közepe táján a sok egymáshoz kapcsolódó hálózatot egy internetnek kezdték tekinteni, ebből lett később az Internet. Igaz, erről hivatalosan még nem beszéltek, azonban néhány politikus már pezsgőt bontott egy fuzzball fölött is.


A fejlődés exponenciális jelleggel folyt tovább, és 1990-re az Internet már közel 3000 hálózatot és 200 000 számítógépet foglalt magába. 1992-ben a hosztok száma el-érte az egymilliót. 1995-re számos gerinchálózat, több száz középszintű (azaz regioná-lis) hálózat, több tízezer LAN, több millió hoszt és több tízmillió felhasználó alkotja az Internetet. Ezek a számok majdhogynem megduplázódnak minden évben (Paxson, 1994).

A rendkívüli mértékű növekedés abból fakad, hogy rengeteg már létező hálózat kapcsolódik rá az Internetre. Az elmúlt időszakban ilyen volt például a SPAN, a NASA űrfizikai hálózata, a HEPNET, a nagyenergiájú részecskefizikai hálózat, a BITNET, az IBM erőforrásgép-hálózata és az EARN, az európai egyetemi hálózat, amelyet ma már csak Európa keleti részén használnak. Mindezeken kívül még számos tengerentúli vonal működik, amelyek sebessége 64 kb/s és 2 Mb/s között mozog.

Az Internetet a TCP/IP hivatkozási modell és a TCP/IP protokollkészlet tartja össze. A TCP/IP egy olyan egységes szolgáltatást tesz lehetővé világszerte, amelyet leginkább a telefonhálózathoz vagy a 19. században egységesített vasúti nyomtávhoz lehetne hasonlítani.

Mit is jelent valójában az Interneten lenni? A mi definíciónk szerint egy gép akkor kapcsolódik az Internetre, ha ismeri a TCP/IP protokollt, van IP címe, illetve az Inter-neten levő bármely másik gépnek képes IP csomagokat küldeni. Pusztán az, hogy egy gép elektronikus leveleket tud elküldeni és fogadni, még nem jelenti azt, hogy az In-ternethez kapcsolódik, mivel e-levelet egy átjárón keresztül az Interneten kívüli háló-zatokra is el lehet küldeni. Sajnos a dolog nem ilyen egyszerű, ugyanis nagyon sok személyi számítógép képes arra, hogy modem segítségével felhívjon egy Internet-szolgáltatót, amelytől kap egy ideiglenes IP címet, és más Internetes hosztoknak máris küldheti az IP csomagokat. Amíg ezek a gépek az Internet-szolgáltató routeréhez kap-csolódnak, joggal tekinthetjük őket is úgy, mintha az Interneten lennének.

A robbanásszerű fejlődés miatt az Internetet már nem lehet a régi módszerekkel használni. 1992 januárjában megelakult az Internet Társaság (Internet Society), amely elősegíti az Internet felhasználását, és talán átveszi annak irányítását is.

Hagyományos értelemben véve az Internetnek négy fő alkalmazási területe van, amelyek a következők:

1. E-Ievél. Az elektronikus levelek szerkesztése, elküldése és fogadása az ARPANET kezdeti korszakában vált lehetővé, és azóta is hihetetlen népszerűségnek örvend. Sokan kapnak naponta több tucat levelet, és a külvilággal való kapcsolattartás szempontjából sokkal inkább ezt az utat tekintik elsődlegesnek, mint a telefont vagy a csigalassúságú postát. Manapság már mindenfajta számítógéphez van levelező program.

2. Hírek. A hírcsoportok olyan speciális fórumok, amelyek az azonos érdeklődésű emberek számára lehetővé teszik véleményük kicserélését. Több ezer hírcsoport létezik műszaki és nem műszaki témákban. Ilyen például a számítástechnika, a tu-dományok, a szórakozás vagy a politika. Minden hírcsoportnak saját etikai szabá-lyai, saját stílusa és szokásai vannak, és jaj annak, aki megszegi ezeket.

BEVEZETÉS 75

3. Távoli bejelentkezés. A Telnet, a Rlogin és más hasonló programok segítségével bárki bejelentkezhet az Interneten egy olyan gépre, amelyhez hozzáférési joga (account) van.

4. Fájltranszfer. Az FTP program lehetó'séget biztosít arra, hogy bármelyik, Interne-ten levő gépről fájlokat másolhassunk egy másik gépre. Tömérdek mennyiségű cikk, adatbázis és rengeteg egyéb információ érhető el ily módon.

A 90-es évek kezdetéig az Internetet főleg oktatási és kormányzati intézmények, valamint ipari kutatóintézetek használták. Egy új alkalmazás, a Világháló (World Wide Web, WWW) ezt a helyzetet gyökeresen megváltoztatta, és több millió új, az oktatástól független felhasználót vont be a hálózatba. A CERN-es fizikus, Tim Bemers-Lee által kifejlesztett alkalmazás nem változtatott semmit a rendelkezésre álló eszközökön, hanem egyszerűen csak könnyebbé tette a használatukat. A NCSA (National Center for Supercomputer Applications) által írt Mosaic nevű böngészőnek köszönhetően lehetőség nyílt arra, hogy olyan szövegeket, képeket, hangokat, sőt akár még mozgóképeket is tartalmazó információs oldalakat hozzunk létre, amelyekről más oldalakra is el lehet jutni. Ha rákattintunk egy linkre, pillanatok alatt az általa mutatott oldalon találjuk magunkat. Sok cég honlapja tartalmaz olyan linkeket, amelyek segít-ségével további oldalakra juthatunk el. Olyanokra, mint például termékismertetők, ár-listák, vásárlási feltételek, műszaki terméktámogatás, kapcsolattartás az alkalmazot-takkal, részvényesek tájékoztatása stb.

Rövid időn belül rengeteg új oldal született; térképek, részvénypiaci táblázatok, könyvtári katalógusok, rögzített rádióadások. Még azoknak a könyveknek a teljes szö-vegei is felkerültek az Internetre, amelyek szerzői jogai már lejártak (pl. Mark Twain, Charles Dickens stb.). Sok embernek saját oldala (honlapja) is van.

A Mosaic megjelenését követően a WWW szerverek száma egy év alatt 100-ról 7000-re emelkedett. Ez az elképesztő növekedés a következő években bizonyára to-vább folytatódik, és nagy valószínűséggel ez lesz az az erő, amely az Internet techno-lógiáját és használatát átvezeti a jövő évezredbe.

A Internetről és protokolljairól számos könyv íródott. További részletek találhatók (Black, 1995; Carl-Mitchell és Quaterman, 1993; Comer 1995; és Santifaller, 1994) műveiben.

1.5.5. Gigabites kísérleti hálózatok

Az Internet gerinchálózatai jelenleg a megabites sebességtartományban működnek, így a fejlesztéssel foglalkozó szakemberek számára a következő lépést a gigabites há-lózatok jelenük. A hálózatok sávszélességének növelése új alkalmazásokat tesz lehe-tővé, és ez alól a gigabites hálózatok sem jelentenek kivételt. Ebben a bekezdésben a gigabites alkalmazásokról ejtünk néhány szót, ezek közül kettőt konkrétan is megvizs-gálunk. A bekezdés második részében pedig felsorolunk néhány már létező gigabites kísérleti hálózatot.


A gigabites hálózatok nagyobb sávszélességgel rendelkeznek, mint a megabitesek, azonban ez nem jelenti azt, hogy a késleltetések is minden esetben kisebbek lennének. Például ha New York-ból egy 1 kilobites csomagot küldünk San Franciscóba 1 Mb/s-os sebességgel, akkor 1 ms alatt kerülnek a bitek az átviteli vonalra, és 20 ms kell ne -kik ahhoz, hogy átérjenek a kontinens másik felére, tehát összesen 21 ms az átviteli késleltetés. Egy 1 Gb/s-os hálózat ezt az értéket 20,001 ms-ra csökkenti. Ugyan a bi-tek gyorsabban kerülnek rá az átviteli vonalra, a transzkontinentális késleltetés azon-ban nem változik, mivel az optikai kábelben, a fény terjedési sebessége (akárcsak réz-vezetékben az elektromos jelé) a jelzési sebességtől függetlenül kb. 200 000 km/s. Ezért azokban a nagy kiterjedésű hálózati alkalmazásokban, amelyekben a kis késlel-tetés fontos szempont, nincs túl nagy jelentősége a nagyobb átviteli sebességnek. Sze-rencsére azonban vannak olyan alkalmazások, amelyekben igenis számít a sávszéles-ség, és ezeknél az alkalmazásoknál a gigabites hálózatok komoly szerephez jutnak.

Az egyik ilyen alkalmazás a távgyógyítás. Sokan úgy vélik, hogy a családorvosi és a családi klinikai rendszer újbóli bevezetése csökkenthetné az egészségügyi ellátás költségeit, és mindenki kényelmesen juthatna hozzá magas színvonalú orvosi ellátás-hoz. Súlyosabb betegség esetén, a családorvos laborvizsgálatokra, röntgenre, CAT-vagy MRI-felvételek készítésére utalhatná be a beteget. A vizsgálatok eredményeit és a különböző felvételeket egy megfelelő szakorvoshoz lehetne elküldeni, aki felállítaná a diagnózist.

Az orvosok általában nem szeretnek számítógépes képek alapján diagnosztizálni, hacsaknem az elküldött kép minősége az eredeti kép minőségével azonos. Ennek a kö-vetelménynek akkor lehet eleget tenni, ha a képek mérete legalább 4 K x 4 K pixel, és fekete-fehér kép esetén pixelenként 8 bit, színes kép esetén pedig pixelenként 24 bit a felbontása. Mivel vannak olyan vizsgálatok, amelyekhez 100 felvétel is szükséges le-het (pl. a kérdéses szervről történő metszetek készítésekor), így egy páciens anyaga akár 40 gigabitet is kitehet. A mozgóképek (pl. egy dobogó szív) ennél jóval több ada-tot jelentenek. A tömörítés valamelyest segíthet ezen a problémán, azonban az orvosok tartanak ettől a megoldástól, mivel a leghatékonyabb tömörítési eljárások is rontanak a kép minőségén. Ráadásul, a felvételeket több évig meg kell őrizni, sőt mi több, vészhelyzet esetén pillanatok alatt elő kell tudni keresni őket. A kórházak nem akar-nak számítógép-központokká válni, ezért az off-line adattárolás és a nagy sávszélessé-gű elektronikus adatlekérdezés alapvető igény.

Egy másik gigabites alkalmazás a virtuális tárgyalás. Mindegyik tárgyalóteremben van egy nagylátószögű kamera és néhány ember. A kamerák képeit számítógép segít-ségével úgy vágják össze, hogy az egész azt a látszatot keltse, mintha mindenki ugyan-abban a teremben lenne. Ezt a képet mindenki a virtuális valóság szemüvegén keresz-tül látja. A tárgyalások így utazás nélkül megtarthatók, de még egyszer hangsúlyoz-zuk, hogy mindez elképesztően nagy adatátviteli sebességeket igényel.

1989-ben az ARPA és az NSF megállapodtak abban, hogy hozzájárulnak néhány közös egyetemi-ipari kísérleti hálózat kifejlesztésének költségeihez. Később ezek a hálózatok az NREN projekt részét képezték. Néhányukban az adatátviteli sebesség irányonként 622 Mb/s volt, tehát a kétirányú adatforgalom meghaladta az egy gigabi-tet. Ezt a gigabitet időnként „állami gigabit"-nek is szokták hívni. (A cinikusok inkább adózás utáni gigabitnek hívják.) Az alábbiakban az első öt ilyen projektet mutatjuk be

BEVEZETÉS 77

röviden. Mindegyik elvégezte a feladatát, és már véget ért, azonban mint az ARPANET-hez hasonló úttörő próbálkozásoknak, nekik is kijár egy kis elismerés.

1. Az Aurora egy olyan kísérleti hálózat volt, amely négy észak-keleti pontot kötött össze: az M.I.T.-t, a Pennsylvania-i Egyetemet, az IBM T.J. Watson Laboratóriu-mát és a New Jersey állambeli Morristownban található Bellcore-t. A 622 Mb/s-os vonalakat az MCI-től, a Bell Atlantictól és a NYNEX-től bérelték. Az Aurorát el-sősorban azért fejlesztették ki, hogy leteszteljék vele a Bellcore's Sunshine nevű kapcsolóberendezését, illetve az IBM (saját tulajdonú) plaNET kapcsolóberendezé-sét. A kutatás főbb területei a következők voltak: kapcsolástechnika, gigabites pro-tokollok, forgalomirányítás, hálózatirányítás, elosztott virtuális memóriák, valamint az együttműködés támogatása videokonferenciákkal. További részleteket (Clerk és mások, 1993) művében olvashatunk erről.

2. Az eredetileg XUNET-nek nevezett Blanca kutatási projektben az AT&T Bell La-boratóriumok, a Berkeley Egyetem és a Wisconsini Egyetem vett részt. 1990-ben további intézmények kapcsolódtak be (LBL, Cray Research és az Illinois-i Egyetem), és kérték az NSF/ARPA támogatását. Egyes részei 622 Mb/s-os sebes-séggel működtek, a többi ennél kisebb sebességgel. A Blanca volt az egyetlen or-szágos hálózat, míg a többi csak regionális hálózat volt. Ennek tudható be, hogy a kutatások elsősorban a fénysebességgel terjedő jelek késleltetésének hatásaira irá-nyultak. Az érdeklődés középpontjában a protokollok, főleg a hálózatirányító pro-tokollok, a hoszt interfészek és olyan gigabites alkalmazások álltak, mint például az orvosi képfeldolgozás, az időjárás modellezés és a rádiós űrkutatás. Mindezekről bővebben (Catlett, 1992; és Fraser, 1993) műveiben olvashatunk.

3. A CASA projekt célja elsősorban azoknak a szuperszámítógépes alkalmazásoknak a kutatása volt, amelyekben egy bizonyos részfeladat vagy csak egy adott típusú gépen (pl. egy Cray vektor szuperszámítógépen) vagy csak különböző típusú gépe-ken (pl. párhuzamosan futó szuperszámítógépeken) végezhető el a legjobban. Ilyen alkalmazások voltak a geológiai kutatások (műholdfelvételek elemzése), az időjárás modellezése és egyes kémiai reakciók megértése. Ez a hálózat Kaliforniában és Új-Mexikó államban működött. A projektben Los Alamos, a Cal Tech, a JPL és a San Diegó-i Szuperszámítógép Központ vett részt.

4. A Nectar projekt abban különbözött az előző háromtól, hogy ez egy kísérleti gigabites nagyvárosi hálózat volt. Egyik vége a CMU-nál, másik vége pedig a pittsburghi Szuperszámítógép-központban volt. A kutatások a vegyi folyamatokhoz kapcsolódó folyamatábrák kidolgozására és operációkutatásra, továbbá ezen folya-matok hibáinak a feltárására irányultak.

5. A VISTAnet egy kisméretű gigabites kísérleti hálózat volt, amely az észak-karoli-nai Research Triangle Parkban működött. Ez a hálózat az Észak-karolinai Egyete-met, az Észak-karolinai Állami Egyetemet és az MCNC-t kapcsolta össze. Az ér-deklődés középpontjában egy olyan nyilvános, kapcsolt, gigabites hálózat prototí-


pusának elkészítése volt, amelyhez több száz gigabites vonal csatlakozott. Ez a há-lózat másodpercenként terrabit nagyságrendű adatmennyiséget lett volna képes fel-dolgozni. A kutatások célja rákos betegek sugárterápiájának megtervezése volt 3 dimenziós képek segítségével. Mindezt úgy akarták megvalósítani, hogy az orvo-sok folyamatosan tudják változtatni a besugárzás különböző paramétereit, és azon-nal láthassák a daganatot és a környező szöveteket ért sugárzás mennyiségét (Ransom, 1992).

1.6. Példák adatkommunikációs szolgáltatásokra

A telefontársaságok és más cégek különböző hálózati szolgáltatásokat kínálnak az elő-fizetőiknek. Az alhálózat, amely az ügyfelek hosztjait és termináljait kiszolgálja, az üzemeltető tulajdonában van. Az ilyen rendszert nyilvános hálózatnak hívják. Ez ha-sonlít a nyilvános telefonhálózathoz, sőt gyakran részét is képezi annak. Az 1.14. áb-rán már láthattunk egy ilyen újfajta szolgáltatást: ez volt a DQDB. A továbbiakban még négy szolgáltatásra mutatunk be példát, amelyek a következők: az SMDS, az X.25, a frame relay és a szélessávú ISDN.

1.6.1. SMDS - Switched Multimegabit Data Service

Az első szolgáltatás, amit bemutatunk, a kapcsolt, több megabites adatátviteli szol-gáltatás (Switched Multimegabit Data Service, SMDS). Ezt arra fejlesztették ki, hogy lokáüs hálózatokat kapcsoljanak össze vele. Tipikusan akkor alkalmazzák, ami-kor egy vállalat gyártelepe és irodái között kell kapcsolatot létesíteni. Ezt a szolgálta-tást a 80-as években a Bellcore tervezte meg, és a 90-es évek elején már regionális és nagy kiterjedésű hálózatokban is használták. A tervezők célja az volt, hogy nagy se-bességű adatszolgáltatást hozzanak létre, és azt a lehető legkevesebb zavar okozásával

1.27. ábra. LAN-ok összekapcsolása, (a) Négy LAN összekapcsolása bérelt vonalakkal, (b) LAN-ok összekapcsolása SMDS segítségével

BEVEZETÉS 79

világméretűvé terjesszék ki. Az SMDS az első nyilvános, szélessávú (azaz nagy se-bességű) kapcsolt szolgáltatás.

Annak érdekében, hogy az SMDS hasznosságát bemutathassuk, képzeljünk el egy vállalatot, amelyiknek van négy irodája négy különböző városban, és mindegyik iro-dájában van egy lokális hálózat. A vállalat össze szeretné kapcsolni a lokális hálóza-tait, hogy csomagokat tudjon küldeni egyikről a másikra. Az egyik lehetséges megol-dás az, hogy bérel hal nagy sebességű vonalat, és mindegyik hálózatot összeköti az összes többivel. Ez a megoldás látható az 1.27.(a) ábrán. Ez persze járható út, csak ép-pen költséges.

Egy másik lehetséges megoldás az, hogy SMDS-t használunk. Ezt az 1.27.(b) ábra szemlélteti. A SMDS hálózat úgy működik, mint egy nagy sebességű gerinchálózat. Lehetővé teszi, hogy bármelyik LAN-ról bármelyik LAN-ra csomagokat küldhessünk. Az ügyfél irodájában levő LAN és a telefontársaság irodájában levő SMDS hálózat között egy (rövid) bérelt vonal biztosítja az összeköttetést. Ez a vonal általában egy DQDB-alapú nagyvárosi hálózat része, de persze más megoldások is lehetségesek.

Míg a telefontársaságok legtöbb szolgáltatását állandó intenzitású adatforgalomhoz tervezték, addig az SMDS-t löketszerű forgalomhoz fejlesztették ki. Ez azt jelenti, hogy egy csomagot gyorsan kell eljuttatni az egyik LAN-tól a másikig, ugyanakkor az idő nagyobbik részében meg semmilyen forgalom nincs a két LAN között. Az 1.27.(a) ábrán látható bérelt vonalas megoldásnak az a baja, hogy magas telefonszámlát ered-ményez, ugyanis ha felépül az összeköttetés, akkor attól a pillanattól kezdve fizetni kell érte függetlenül attól, hogy használjuk-e azt vagy sem. Ha gyakran megszakad a vonal, akkor a bérelt vonalak drágák lesznek. Az SMDS árait viszont úgy alakították ki, hogy ilyen esetekben is versenyképes legyen. Ha n számú LAN-t akarunk össze-kapcsolni, akkor a teljes összeköttetést megvalósító hálózathoz n{n - l)/2 nagytávol-ságú (azaz drága) vonalat kell bérelnünk, míg az SMDS esetén csak n rövid vezeték szükséges a legközelebbi SMDS forgalomirányítóhoz való csatlakozáshoz.

Mivel az SMDS célja a lokális hálózatok közötti forgalom biztosítása, ezért elég gyorsnak kell lennie. A szabványos sebesség 45 Mb/s, de néha ennél kisebb sebesség is megengedett. A nagyvárosi hálózatok is képesek 45 Mb/s-os sebességgel működni, de azok nem kapcsolt hálózatok, ezért ha négy LAN-t össze akarunk kötni egy nagy-városi hálózattal, akkor a telefontársaságnak egy vezetékre kell felfűznie a négy LAN-t. Ez viszont csak akkor lehetséges, ha azok egy városban vannak. Az SMDS révén mindegyik LAN a telefontársaság egyik kapcsolóberendezésével van csak összekötve, és a kapcsolók továbbítják a csomagokat az SMDS hálózaton keresztül a célállomás felé. Útja során a csomag több kapcsolón is áthaladhat.

Az alap SMDS szolgáltatás egy egyszerű összeköttetés nélküli csomagkézbesítő szolgáltatás. A csomag felépítését az 1.28. ábrán láthatjuk. A csomag három mezőt tartalmaz, melyek a következők: a célállomás címe (ahová a csomagnak el kell jutnia), a forrásállomás címe (aki küldi) és egy változó hosszúságú adatmező, amely maximá-lisan 9188 bájtot tartalmazhat. Miután a küldő LAN-hoz kapcsolódó forrásállomás rá-teszi a csomagot a vonalra, az SMDS minden tőle telhetőt elkövet, hogy a csomagot a megfelelő irányba továbbítsa, persze ezt garantálni nem tudja.

A forrásállomás és a célállomás címe egy 4 bites kódból és egy azt követő telefon-számból áll. A telefonszám legfeljebb 15 számjegyet tartalmazhat. Minden számjegyet


Bájt 8 8 9188

Rendeltetési cím

Forráscím Felhasználói adat

1.28. ábra. Az SMDS csomag felépítése

egy 4 bites mező kódol. A telefonszámok országhívó számot, körzetszámot, és előfi-zetői számot tartalmaznak, így a szolgáltatást nemzetközi szinten is igénybe lehet ven-ni. A hálózati címeket azért rendelték hozzá tízes számrendszerben megadott telefon-számokhoz, hogy a türelmetlen felhasználók számára is könnyen használhatók legyenek.

Amikor egy csomag az SMDS hálózathoz érkezik, akkor a számlacsalások kivédé-se érdekében az első router leellenőrzi, hogy a forrásállomás valóban a bejövő vonalon van-e. Amennyiben a forrásállomás címe nem megfelelő, akkor a csomagot eldobja. Ha viszont a cím rendben van, akkor a csomagot továbbítja a célállomás felé.

Az SMDS egyik hasznos tulajdonsága, hogy alkalmas adatszórásra. Az ügyfél meghatározhat egy SMDS telefonszámokat tartalmazó listát, és az egész listához hoz-zárendelhet egy speciális telefonszámot. Az erre a számra elküldött csomagok a listán szereplő valamennyi számra eljutnak. A National Association of Securities Dealers szervezet az MCI SMDS szolgáltatásának ezt a tulajdonságát használja fel arra, hogy adatszórással tájékoztassa a tőzsdei árfolyamokról mind az 5000 tagját.

Az SMDS egy másik, szintén hasznos tulajdonsága, hogy mind a kimenő, mind a beérkező csomagokban monitorozni tudja a címeket (address screening). Kimenő cso-magok esetén az ügyfél meghatározhatja azt, hogy kizárólag milyen telefonszámokra juthassanak el a csomagjai. A bejövő csomagok esetén pedig előre megmondhatja, hogy melyek azok a telefonszámok, amelyről csomagokat kíván fogadni. Ha mindkét monitorozási módra lehetőség van, akkor az ügyfél tulajdonképpen kialakíthat magá-nak egy olyan hálózatot, amelynek semmilyen SMDS kapcsolata nincs a külvilággal. Olyan cégeknek, amelyek bizalmas adatokkal dolgoznak, ez egy rendkívül értékes jellemző.

Az adatmező tetszőleges bájtsorozatot tartalmazhat, de hossza legfeljebb 9188 bájt lehet. Az SMDS nem foglalkozik az adatmező tartalmával. Lehet benne Ethernet csomag, IBM vezérjeles gyűrubeli csomag, IP csomag, vagy bármilyen más csomag. Akármi is van az adatmezőben, az egy az egyben eljut a forrás LAN-tól a cél LAN-ig.

Az SMDS a löketszerű adatforgalmat a következő módon kezeli. A bérelt vonalak-hoz kapcsolódó routerek tartalmaznak egy olyan számlálót, amelyik állandó időkö-zönként, mondjuk 10 -onként lép egyet. Amikor egy csomag a routerhez érkezik, a router megvizsgálja, hogy a számláló értéke nagyobb-e, mint a csomag hossza bájtban kifejezve. Ha nagyobb, akkor a csomagot késleltetés nélkül továbbküldi, és a számláló értékét annyival csökkenti, amennyi a csomag hossza volt. Ha viszont a csomag hosz-sza nagyobb, mint a számláló állása, akkor a csomagot eldobja.

A felhasználó így tulajdonképpen átlagosan 100 000 bájt/s-os sebességgel küldhet üzenetet, de a löketek alatt ez az érték jóval magasabb is lehet. Ha például a vonal 10 ms-ig nyugalomban volt, akkor a számláló 1000-en fog állni, és a felhasználó egy 1 kilobájtos löketszerű üzenetet a maximális 45 Mb/s-os átviteli sebességgel tud elkül-

BEVEZETÉS 81

deni, tehát kb. 180 alatt megy el az üzenet. Egy 100 000 bájt/s-os bérelt vonalon ugyanez az adatmennyiség kb. 10 ms alatt továbbítódna. Az SMDS tehát kis késlelte-téssel képes átvinni a ritkán előforduló, egymástól független löketeket, miközben az átlagos átviteli sebesség a fenti érték alatt marad. Ez a mechanizmus szükség esetén gyors válaszadást tesz lehetővé, ugyanakkor megakadályozza azt, hogy a felhasználó nagyobb sávszélességet használjon fel, mint amennyiért fizet.

1.6.2. X.25 hálózatok

Számos régebbi hálózat, főleg az Egyesült Államokon kívül, az X.25 szabványt köve-ti. Ezt a szabványt az CCITT fejlesztette ki a 70-es években azzal a céllal, hogy inter-fészt biztosítson a nyilvános csomagkapcsolt hálózatok és az ügyfelei között.

A fizikai réteg protokollja, amit X.21-nek hívnak, a hoszt és a hálózat közötti fizi-kai, elektromos és eljárási interfészt specifikálja. Igen kevés hálózat támogatja ezt a szabványt, ugyanis az analóg jelzés helyett digitális jelzést igényel a telefonvonala-kon. Közbülső lépésként ezért olyan analóg interfészt definiáltak, amely a közkedvelt RS-232 szabványhoz hasonlít.

Az adatkapcsolati rétegnek számos (egymással nem igazán kompatíbilis) változata van. Mindegyik a felhasználói készülék (hoszt vagy terminál) és a nyilvános hálózat (router) közti telefonvonalak átviteli hibáival foglalkozik.

A hálózati réteg protokollja címzéssel, forgalomszabályozással, nyugtázással, meg-szakításkéréssel és más ehhez hasonló feladatokkal foglalkozik. Ez a réteg a felhasz-náló számára egy olyan virtuális áramkör felépítését teszi lehetővé, amelyen maximá-lisan 128 bájtos csomagokat lehet elküldeni. Ezeknek a csomagoknak az átvitele meg-bízható, és sorrendtartó. A legtöbb X.25 hálózat sebessége 64 kb/s, ami sok szempont-ból használhatatlanná teszi őket. Ennek ellenére igencsak elterjedtek, amit azért nem árt tudni.

Az X.25 összeköttetés alapú szolgáltatást nyújt, és mind a kapcsolt virtuális, mind pedig az állandó virtuális áramköri működést támogatja. Kapcsolt virtuális áramkör (switched virtual circuit) akkor jön létre, amikor egy számítógép úgy küld el egy csomagot a hálózatban, hogy felhívja a távoü gépet. Ha létrejött az összeköttetés, ak-kor a csomagokat el lehet küldeni. A csomagok mindig sorrendben érkeznek meg. Az X.25 forgalomszabályozással is rendelkezik, ami biztosítja, hogy a gyorsabb forrásál-lomások ne árasszák el a lassúbb vagy foglalt célállomásokat.

Az állandó virtuális áramkör (permanent virtual circuit) ugyanúgy működik, mint a kapcsolt virtuális áramkör, csak ilyenkor az összeköttetés már előzőleg létrejön a felhasználó és a szolgáltató közötti megállapodás alapján. Az összeköttetés állandó-an él, így nincs szükség kapcsolatfelvételre. Ez a működési mód hasonlít a bérelt vo-nalak működéséhez.

Mivel a világ tele van olyan terminálokkal, amelyek nem beszélik az X.25 nyelvét, ezért létrehoztak olyan szabványokat, amelyek segítségével a rendes (nem intelligens) terminálok kommunikálni tudnak az X.25 nyilvános hálózatokkal. A felhasználó vagy a hálózat üzemeltetője lényegében egy olyan „fekete doboz"-t használ erre a célra, amelyhez ezeket a terminálokat hozzá lehet csatlakoztatni. A fekete doboz neve cso-


magösszerakó/szétszabdaló (Packet Assembler Disassembler, PAD), és működését az X.3 szabvány írja le. A terminál és a PAD közötti szabványos protokoll neve X.28, míg a PAD és a hálózat közötti protokollt X.29-nek hívják. Az előző három ajánlást együttesen három X (triple X) néven is szokták emlegetni.

1.6.3. Frame relay

A frame relay olyan szolgáltatás, amely azoknak lett kitalálva, akiknek teljesen le-egyszerűsített, összeköttetés alapú átvitelre van szükségük ahhoz, hogy adataikat egy A helyről egy B helyre továbbítsák elfogadható sebességgel és kis költséggel (Smith, 1993). Kialakulása az elmúlt két évtizedben bekövetkezett technológiai változásoknak köszönhető. Húsz évvel ezelőtt a telefonvonalon keresztül történő adatátvitel még las-sú, analóg és megbízhatatlan volt, a számítógépek pedig szintén lassúak és drágák. A hibák kiküszöbölésére bonyolult protokollokra volt szükség, mivel a felhasználók szá-mítógépei még túl drágák voltak ahhoz, hogy ezt a feladatot azokkal végeztessék el.

A helyzet azóta gyökeresen megváltozott. A bérelt telefonvonalak ma már gyorsak, digitálisak és megbízhatók, miközben a számítógépek is gyorsak lettek, viszont az áruk jelentősen lecsökkent. Így most már egyszerűbb protokollok is elegendőek, mivel a feladatok jelentős részét a hálózat helyett a felhasználó számítógépe is el tudja vé-gezni. Ez az a környezet, amelyre a frame relay-t kitalálták.

A frame relay leginkább egy virtuális, bérelt vonalhoz hasonlítható. Az ügyfél egy állandó virtuális áramkört bérel két pont között, és azon keresztül küldhet kereteket (azaz csomagokat) egyik helyről a másikra. A keret maximális mérete 1600 bájt lehet. Arra is van mód, hogy az állandó virtuális áramkört egy adott hely és több másik hely között béreljük, ugyanis minden keret tartalmaz egy 10 bites mezőt annak kiválasztá-sára, hogy melyik virtuális áramkört használjuk.

A valódi és a virtuális bérelt vonal között az a különbség, hogy valódi bérelt vonal esetén a felhasználó egész nap maximális sebességgel küldhet adatot, míg virtuális vo-nal esetén csak a löketszerű adatokat lehet maximális sebességgel elküldeni, viszont hosszabb távon az átlagos kihasználtságnak egy előre meghatározott szint alatt kell maradnia. Ugyanakkor a virtuális vonalért sokkal kevesebbet kell fizetni, mint a való-di, fizikai vonalért.

A frame relay a bérelt vonalakon túl még az X.25 állandó virtuális áramkörével is versenyképes, igaz, ez utóbbi nagyobb sebességgel, általában 1,5 Mb/s-mal dolgozik, viszont kevesebb opciót tartalmaz.

A frame relay minimális szolgáltatást nyújt. Feladata elsősorban az, hogy meghatá-rozza a keretek elejét és végét, és felismerje az átviteli hibákat. Ha egy hibás keret ér-kezik, a frame relay egyszerűen eldobja. Ha hiányzik egy keret, akkor azt a felhaszná-lónak kell észrevennie, és a pótlásához szükséges lépéseket neki kell megtennie. Az X.25-tel szemben a frame relay nem foglalkozik nyugtázással és a hagyományos for-galomszabályozással. Ellenben van egy bit a fejrészben, amellyel a kapcsolat végén jelezni lehet a másik oldalnak, hogy hiba történt. Ennek a bitnek az álh'tása szintén a felhasználó dolga.

BEVEZETÉS 83

1.6.4. Szélessávú ISDN és ATM

Bár az előbb említett szolgáltatások igen népszerűek, a telefontársaságoknak továbbra is szembesülniük kell egy alapvető problémával: a többszörös hálózatokkal. A hagyo-mányos telefon (Plain Old Telephone Service, POTS) és a telex a régi vonalkapcsolt hálózatokat használja. Az összes új adatszolgáltatás, mint például az SMDS vagy a frame relay, már a saját csomagkapcsolt hálózatát használja. A DQDB szintén egy kü-lön típus, akárcsak a telefontársaságok belső használatú hívásmenedzsment-hálózata (SSN 7). Ezeknek a különálló hálózatoknak a fenntartása komoly fejfájást okoz a szakembereknek, ráadásul itt vannak a kábeltelevíziós hálózatok is, amelyeket a tele-fontársaságok akaratuk ellenére sem tudnak irányításuk alá vonni.

Ésszerű meglátásnak tűnik egy olyan hálózat kidolgozása a jövő számára, amely a teljes telefonhálózatot és az összes speciális célú hálózatot egyetlen integrált hálózattal helyettesítené, és amely mindenféle információ továbbítására alkalmas lenne. Ez a hálózat jóval nagyobb sebességgel üzemelne, mint a jelenlegi hálózatok és szolgáltatá-sok, továbbá egy csomó új szolgáltatást is nyújtana. Ez persze nem kis munka, és bi -zonyára nem megy egyik napról a másikra, de már dolgoznak rajta.

Az új nagy kiterjedésű szolgáltatás a szélessávú ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network, B-ISDN). A B-ISDN lehetőséget biztosít majd a hálózati videózásra, élő televíziós adásokra különböző helyszínekről, mozgóképes multimédiás elektronikus levelek küldésére, CD minőségű zenék hallgatására, LAN-ok össze-kapcsolására, nagy sebességű adatátvitelre a tudományos területeken és az iparban, valamint még számos olyan dologra, amire gondolni sem merünk - persze mindezt a telefonvonalakon keresztül.

Azt a technológiát, ami a B-ISDN megvalósítását lehetővé teszi, aszinkron transzfer módnak (Asynchronous Transfer Mode, ATM) hívják, mivel nem szink-ron (tehát master órajelhez kötött) átvitelt valósít meg, akárcsak a legtöbb nagytávol-ságú telefonvonal. Fontosnak tartjuk megjegyezni, hogy ennek az ATM betűszónak semmi köze az ATM-ként (Automated Teller Machine) ismert bankautomatákhoz (bár a bankautomata igénybe vehet egy ATM hálózatot arra, hogy a központtal tartsa a kapcsolatot).

Már eddig is rengeteget dolgoztak az ATM és az arra épülő B-ISDN rendszer ki -dolgozásán, azonban a munka nagy része még hátra van. Mindezekről további részle-teket olvashatunk az alábbi szerzők műveiben: (Fischer et al., 1994; Gasman, 1994; Goralski, 1995; Kim és mások, 1994; Kyas, 1995; McDysan és Spohn, 1995 és Stallings, 1995a).

Az ATM alapgondolata az, hogy az információt kisméretű, fix hosszúságú csoma-gok, ún. cellák formájában továbbítják. Minden cella 53 bájt hosszú, ebből 5 bájt a fejrész és 48 bájt az adatmező, ahogy ez az 1.29. ábrán is látható. Az ATM egyszerre

Bájt

5 48

Fejrész Felhasználói adat

1.29. ábra. Az ATM cella felépítése


technológia (ami a felhasználó elől rejtve marad) és egy lehetséges szolgáltatás (ami viszont látható a felhasználó számára). A szolgáltatást néha cellakapcsolásnak (cell relay)-nek is hívják a frame relay mintájára.

A cellakapcsolási technológia nagy áttörést jelent a 100 éves hagyománnyal ren-delkező telefonos vonalkapcsoláshoz képest (amikor is rézvezetéken jön létre a kap-csolat). A cellakapcsolás kialakulásának számos oka van, amelyek közül csak néhá-nyat említenénk meg. Először is, a cellakapcsolás rendkívül flexibilis, és mind az ál -landó sebességű (audio, video), mind a változó sebességű (adat) forgalmat könnyen kezeü. Másodszor, a rendkívül nagy (másodpercenként akár több gigabites) átviteli sebesség miatt a cellák digitális kapcsolása könnyebb feladat, mint a hagyományos multiplexelés, különösen optikai kábelek esetén. Harmadsorban, a televíziós műsor-szórás szempontjából az adatszórásnak óriási jelentősége van, mivel azt a vonalkap-csolás nem teszi lehetővé, a cellakapcsolás viszont igen.

Az ATM hálózatok összeköttetés alapúak. Az összeköttetés létesítéséhez először el kell küldeni egy üzenetet, ami a kapcsolat felépítését kezdeményezi. Ha a kapcsolat felépült, akkor a cellák mindig ugyanazon az útvonalon továbbítódnak a célállomás felé. A cellák megérkezését semmi nem garantálja, viszont a cellák mindig az elküldés sorrendjében érkeznek meg. Ha az l-es és a 2-es cellát ebben a sorrendben küldjük el, és mindkettő meg is érkezik, akkor biztos, hogy ugyanebben a sorrendben érkeztek meg, és nem előbb a 2-es, aztán az l-es.

Az ATM hálózatok a hagyományos nagy kiterjedésű hálózatokhoz hasonlóan vo-nalakból és kapcsolóberendezésekből (router) épülnek fel. A tervezett átviteli sebes-ség 155 Mb/s és 622 Mb/s, de gigabites nagyságrendű sebességekre is lehetőséget biz-tosít. Azért esett a 155 Mb/s-os alapsebességre a választás, mert nagyjából enynyi szükséges a nagyfelbontású televíziós képek átviteléhez. A pontosan 155,52 Mb/s-os se-bességet az AT&T SONET adatátviteü rendszerrel való kompatibilitás miatt válasz-tották. A 622 Mb/s-os sebességet pedig úgy határozták meg, hogy az négy 155 Mb/s-os csatornát tudjon kiszolgálni. Most már mindenki számára világos, hogy miért is mű-ködnek egyes gigabites kísérleti hálózatok 622 Mb/s-os sebességgel: ugyanis ATM-et használnak.

Amikor az ATM-et tervezték, a viták látszólag az otthoni hálózati videózásról és a telefonhálózat lecseréléséről folytak. Azóta viszont más fejlesztések váltak fontossá. Sok intézménynél kevésnek bizonyult a területükön vagy az épületeikben levő lokális hálózatok sávszélessége, és arra kényszerültek, hogy egy olyan hálózatot hozzanak létre, amelynek a sávszélessége meghaladja egy önálló LAN sávszélességét. Ezen kí-vül a kliens-szerver alapú rendszerekben egyes alkalmazásoknak igen nagy sebességű kommunikációra van szükségük a szerverrel. Ezekre a feladatokra minden bizonnyal az ATM a legmegfelelőbb. Ugyanakkor kicsit gyanús, hogy miért változott meg a kezdeti cél a kis sebességű analóg telefonhálózatok nagy sebességű digitális rendsze-rekre való teljes lecseréléséről az intézmények területén levő Ethernet-hálózatok összekapcsolására. Az ATM-mel összekapcsolt lokális hálózatokról (Kavak, 1995; Newman, 1994 és Truong és mások, 1995) műveiben olvashatunk.

Arra is érdemes egy kis figyelmet szentelni, hogy a különböző ATM-et használó intézményeknek különböző (főleg gazdasági) érdekeik vannak. Leginkább a nagytá-volságú telefonhálózatok üzemeltetői és a telefontársaságok érdekeltek a telefonháló-

BEVEZETÉS 85

zat ATM-es fejlesztésében, ugyanis a kábeltévés társaságokkal a tévéfilmek elektroni-kus terjesztéséért versenyeznek. A számítógép-kereskedők az intézmények területét lefedő ATM-es LAN hálózatokban nagy üzletet látnak (persze maguknak). Sajnos ezek az egymással versengő üzleti érdekek se nem könnyítik, se nem gyorsítják, de még csak nem is egységesítik a jelenleg is folyó szabványosítást. Ráadásul az ATM szabványügyi szerve, az ATM Forum is komoly politikai és hatalmi befolyással van arra, hogy az ATM milyen irányokba fejlődjön.

A B-ISDN ATM hivatkozási modell

Térjünk most vissza az ATM technológiára, főként arra, hogy miként használják majd (a jövőbeli) távbeszélőrendszerekben. Az ATM-en alapuló szélessávú ISDN-nek is van saját hivatkozási modellje, ami különbözik mind az OSI mind a TCP/IP modell-től. Ezt a modellt az 1.30. ábra szemlélteti. A modell három rétegből áll: a fizikai, az ATM és az ATM adaptációs rétegből. A legfelső réteg felett bármi lehet, amit csak a felhasználó akar.

A fizikai réteg a fizikai átviteli közeggel foglalkozik. Idetartoznak a feszültség-szintek, a bitidőzítések és még sok minden más. Az ATM nem ír elő szabályokat a fi -zikai közegre, hanem csak annyit mond, hogy az ATM cellákat elküldheti maga az ATM hálózat saját elektromos vagy optikai kábelein, de arra is van mód, hogy a cellá-kat becsomagoljuk egy másik adatátviteli rendszer csomagjának adatmezejébe. Ma-gyarán az ATM-et úgy tervezték, hogy független legyen az átviteli közegtől.

Az ATM réteg (ATM layer) a cellákkal és azok továbbításával foglalkozik. Defi-niálja a cella felépítését, és megadja a fejrész egyes mezőinek a jelentését. A virtuális áramkörök felépítése és lebontása szintén ennek a rétegnek a feladata, akárcsak a tor-lódásvédelem.

CS: Konvergencia alréteg SAR: Szegmentálási és

összerakási alréteg TC: Átviteli konvergencia

alréteg PMD: Fizikai közegtől függő

alréteg

1.30. ábra. A B-ISDN ATM hivatkozási modell


Mivel a legtöbb alkalmazás nem akar a cellákkal közvetlenül foglalkozni (bár né-hány alkalmazás megtehetné ezt), ezért az ATM réteg felett létrehoztak még egy réte-get, amely a felhasználó számára a cellánál nagyobb méretű csomagok elküldését teszi lehetővé. Az ATM interfész feldarabolja ezeket a csomagokat, az így kapott cellákat egyesével továbbítja, és a másik oldalon pedig újból összerakja őket egy csomagba. Ez a réteg az ATM adaptációs réteg (ATM Adaptation Layer, AAL).

Szemben a korábbi kétdimenziós modellekkel az ATM modell egy háromdimen-ziós modell, amint ez az 1.30. ábrán is látható. A felhasználói sík (user plane) az adatok továbbításával, forgalomszabályozással, hibajavítással és más felhasználói funkciókkal foglalkozik. A vezérlési sík (control plane) feladata a kapcsolatme-nedzsment. A rétegmenedzsment (layer management) és síkmenedzsment (plane man-agement) síkok célja az erőforrások kezelése, illetve a rétegek közötti koordináció.

A fizikai és az AAL réteg két alrétegre bomlik, amelyek közül az alsó a szükséges rétegfeladatokat látja el, a felső (konvergencia alréteg) pedig az eggyel feljebb levő

OSI ATM ATMréteg réteg alréteg Feladatok

1.31. ábra. Az ATM rétegei és alrétegei, valamint azok feladatai

BEVEZETÉS 87

réteg számára biztosít megfelelő interfészt. Az egyes rétegek és alrétegek funkcióit az 1.31. ábrán látható táblázat foglalja össze.

A fizikai rétegtől függő (Physical Medium Dependent, PMD) alréteg a valódi, fizikai vezetékkel áll kapcsolatban. Ez az alréteg továbbítja a biteket mindkét irányba, és kezeli a bitek idó'zítését. Különböző hálózatok és kábelek esetén ez az alréteg másés más.

A fizikai réteg másik alrétege az átviteli konvergencia (Transmission Conver-gence, TC) alréteg. A cellákat a TC alréteg egy bitsorozat formájában továbbítja a PDM alrétegnek. Ezt könnyű megcsinálni. A másik oldalon a TC alréteg egy sima bit-sorozatot kap az ottani PMD alrétegtől, és azt kell cellák sorozatává átalakítania, majd továbbítania az ATM rétegnek. A TC alréteg minden olyan feladatot ellát, ami a bitso-rozat alapján a cellák elejének és végének felismeréséhez szükséges. Az ATM modell-ben ez a funkció a fizikai rétegben található. Az OSI modellben és a legtöbb hálózat-ban viszont a keretezés, tehát egy bitfolyam átalakítása keretek vagy cellák sorozatára, az adatkapcsolati réteg feladata. Ezért ezt mi is az adatkapcsolati rétegnél fogjuk tár -gyalni, és nem pedig a fizikai rétegnél.

Mint korábban már említettük, az ATM réteg foglalkozik a cellákkal, beleértve azok előállítását és szállítását is. Az ATM legérdekesebb tulajdonságai is ezzel a ré -teggel kapcsolatosak. Ez az alréteg az OSI modell adatkapcsolati és hálózati rétegének a keveréke, de még sincs alrétegekre osztva.

Az AAL réteg két alrétegre bomlik, a szétbontás és összerakás (Segmentation And Reassembly, SAR) alrétegre és a konvergencia alrétegre (Convergence Sublayer, CS). Az alsó alréteg a forrásállomásban cellákra bontja a csomagokat, a célállomásban pedig újra összerakja azokat. A felső alréteg az ATM-es rendszereket alkalmassá teszi arra, hogy különböző alkalmazások számára különféle szolgáltatáso-kat nyújtsanak (pl. a fájlátvitel és a hálózati videózás különböző feladatokat jelent hi-bakezelés, időzítés stb. szempontjából).

Az ATM jövője

Bizonyos mértékig az ATM olyan projekt, amit a telefontársaságok kezdeményeztek. Az Ethernet elterjedése óta ugyanis a számítástechnikai ipar egyszer sem szánta rá magát arra, hogy egy nagyobb sebességű hálózati technológiát szabványosítson. A telefontársaságok ezt a hiányt pótolták az ATM-mel, és 1991 októberében jó néhány más cég is csatlakozott hozzájuk az ATM Forum felállításakor. Az ATM Forum egy olyan ipari csoportosulás, amely az ATM jövőjét fogja irányítani.

Bár az ATM ígéretet tett arra, hogy hamarosan bárhova képes lesz gigabites sebes-séggel adatokat továbbítani, azonban ennek az ígéretnek a betartása nem lesz könnyű feladat. Az ATM ugyanis egy olyan nagy sebességű csomagkapcsolt technológia, amelyet telefontársaságok még nem nagyon ismernek. A telefontársaságok hálózatai (vonalkapcsolt hálózatok) teljesen más technológián alapulnak, ráadásul azok egy olyan masszív rendszert alkotnak, amely Alexander Graham Bell kora óta koncepció-ját tekintve semmit nem változott. Szükségtelen elmondani, de ez a változás nem fog


gyorsan végbemenni, ugyanis forradalmi változásról van szó, nem pedig egy fejlődési folyamatról. Márpedig a forradalmak sosem mennek simán.

Az ATM világméretű elterjesztésének gazdasági vonatkozásait szintén figyelembe kell venni. A jelenlegi távbeszélőrendszerek jelentős részét ugyanis le kell majd cse-rélni. De vajon ki fogja mindezt finanszírozni? Mennyit akarnak majd fizetni a fel-használók a hálózati videózásért, amikor a szomszédos videokölcsönzőből néhány dollárért kivehetik ugyanazt a filmet? Végül az is alapvető kérdés, hogy hol érhetők majd el ezek az emelt szintű szolgáltatások. Ha a hálózat biztosítja ezeket a szolgálta-tásokat, akkor abból a telefontársaságok profitálnak, ha viszont a hálózathoz csatla-koztatott számítógépek biztosítják, akkor az a gépek gyártóinak és üzemeltetőinek jelent hasznot. A felhasználóknak nincs miért aggódniuk, annál inkább a telefontársa-ságoknak és a számítógép-forgalmazóknak, ami bizonyára befolyásolni fogja majd az érdekeiket abban, hogy mi történjen az ATM-mel.

1.6.5. A szolgáltatások összehasonlítása

Lehet hogy az olvasó eltöpreng azon, hogy miért van olyan sok inkompatíbilis és egy-mást átfedő szolgáltatás, mint például a DQDB, az SMDS, a frame relay, az ATM stb. Az alapvető oka ennek az, hogy 1984-ben feldarabolták az AT&T-t, és ezzel verseny-helyzetet teremtettek a távközlési iparban. A különböző érdekeltségekkel és technoló-giákkal rendelkező cégek ma már szabadon kínálhatnak bármilyen szolgáltatást, amire szerintük igény van, és sokan közülük ezt bosszúból teszik.

Visszatérve a fejezetben érintett szolgáltatásokhoz, célszerű megemlíteni, hogy a DQDB egy olyan nem kapcsolt, nagyvárosi hálózati technológia, amely 53 bájt hosz-szúságú cellák (amelyekben 44 bájtos az adatmező) hosszú vezetékeken történő to-vábbítását teszi lehetővé egy adott városon belül. Az SMDS egy kapcsolt datagram technológia, ami 45 Mb/s-os sebességgel továbbítja a datagramokat a hálózatban. Az

Jellemző DQDBM SMDS X.25Frame relay

ATM AAL

Összeköttetés Van Nincs Van Van Van

Normális sebesség (Mb/s)

45 45 .064 1.5 155

Kapcsolás Nincs Van Van Nincs Van

Fix méretű adatmező

Van Nincs Nincs Nincs Nincs

Adatmező maxi-mális hossza

44 9188 128 1600 Változó

Állandó virtuális áramkörök

Nincs Nincs Van Van Van

Többesküldés Nincs Van Nincs Nincs Van

1.32. ábra. Különböző hálózati szolgáltatások

BEVEZETÉS

X.25 egy régebbi összeköttetés alapú hálózati technológia, amely kisméretű, változó hosszúságú csomagok 64 kb/s-os sebességgel történő átvitelére alkalmas. A frame relay olyan szolgáltatás, amely virtuális bérelt vonalakon kb. 1,5 Mb/s-os adatátvitelt valósít meg. Végül az ATM célja pedig az, hogy cellakapcsolásra váltsa le a teljes vo-nalkapcsolt telefonhálózatot, és képes legyen mind adatokat, mind televíziós adásokat továbbítani. Az előbb felsorolt versenytársak közötti leglényegesebb különbségeket az 1.32. ábrán látható táblázatban foglaltuk össze.

1.7. A hálózatok szabványosítása

Számos hálózatépítéssel és hálózatüzemeltetéssel foglalkozó cég létezik, és mind-egyiknek saját elképzelése van arról, hogy hogyan kell a dolgokat csinálni. Koordiná-ció nélkül teljes káosz uralkodna, és a felhasználók semmihez nem jutnának hozzá. Az egyetlen kiút a hálózatok szabványosítása.

A szabványok nemcsak a különböző számítógépek közötti kommunikációt teszik lehetővé, hanem bővítik a szabványhoz kapcsolódó termékek piacát is, ami végül tö-megtermeléshez, gazdaságosabb gyártáshoz, VLSI implementációk megjelenéséhez vezet, és további olyan előnyökkel jár, amelyek az árakat csökkentik, a szabvány elfo-gadhatóságát pedig növelik. A következő alfejezetekben rövid bepillantást nyerünk a fontos, de alig ismert nemzetközi szabványosítás világába.

A szabványoknak két kategóriája van: a de facto és a de jure. A de facto (latinul „tényleges") szabványok azok a szabványok, amelyek hivatalos leírás nélkül maguk-tól alakultak ki. Az IBM PC és leszármazottai például a személyi számítógépek de facto szabványa, ugyanis több tucat gyártó kezdte el igencsak hűen másolni az IBM gépeit. A UNIX az egyetemek számítástechnikai tanszékein használt operációs rend-szerek de facto szabványa.

A de jure (latinul „törvényes") szabványok ezzel szemben olyan hivatalos szabvá-nyok, amelyeket bizonyos szabványosítási szervezetek elfogadtak. A nemzetközi szabványosítási szervezeteket általában két nagy csoportra oszthatjuk. Az egyik cso-portba azok tartoznak, amelyek államközi szerződések útján jöttek létre, a másik cso-portba pedig az önkéntesen, nem szerződéses alapon létrehozott szervezetek tartoznak. A számítógép-hálózatok szabványosításának világában mindkét típusú szervezetből van jó néhány. A továbbiakban ezekről lesz szó.

1.7.1. Ki kicsoda a távközlés világában?

A világ telefontársaságainak jogi helyzete igencsak eltérő az egyes országokban. Az egyik véglet az Egyesült Államok, ahol közel 1500 önálló, magántulajdonban levő te-lefontársaság működik. Az AT&T 1984-ben történt feldarabolása előtt, a világ akkori-ban legnagyobb telefontársaságaként egyedül uralta a piacot. Az amerikai telefonok 80%-át és az ország területének a felét ez a cég szolgálta ki, míg a fennmaradó területeken a többi (főleg vidéki) telefontársaság osztozott. A feldarabolódás óta az


AT&T továbbra is nagytávolságú szolgáltatásokkal foglalkozik, igaz, most már van-nak versenytársai is. Az AT&T-ből kialakított hét Regionális Bell Üzemeltető Vállalat (Regional Bell Operating Company), és 1500 független cég végzi ma a helyi és a cel-luláris telefonhálózatok üzemeltetését. A független cégek némelyike, mint például a GTE, igen nagy cég.

Azokat a cégeket, amelyek a nagyközönség számára nyújtanak szolgáltatásokat, közszolgáltatóknak (common carriers) nevezzük. A szolgáltatásokat és azok árait egy olyan díjszabási könyvben (tariff) adják meg, amelyet egyrészről a Szövetségi Távközlési Bizottságnak (Federal Communications Commission), másrészről pedig az egyes államok közszolgáltatói bizottságának kell jóváhagynia. Az előbbi az amerikai államok közötti, valamint a nemzetközi forgalmat, míg az utóbbi az államokon belüli forgalmat felügyeli.

A másik végletet azok az országok jelentik, amelyek kormánya a távközlés terüle-tén monopóliummal rendelkezik, és egyedül uralja a levélküldést, a távírást, a távbe-szélőrendszert, és sokszor a rádiót, valamint a televíziót is. A világ legtöbb országa ebbe a kategóriába esik. Vannak olyan esetek, amikor a távközlési felügyelőség egy külön állami cég, de van, amikor egyszerűen csak egy kormányszerv, amit rendszerint PTT-nek (Post, Telegraph & Telephone administration) hívnak. A fejlődés világ-szerte a liberalizáció és a szabadpiaci verseny irányába halad, nem pedig az állami monopólium felé.

Tekintettel az előbb említett különböző szolgáltatókra, nyilvánvalóan szükség van világméretű kompatibilitásra annak érdekében, hogy a különböző országokban élő emberek (illetve számítógépek) kapcsolatba kerülhessenek egymással. Ez az igény tu-lajdonképpen már régóta létezik. 1865-ben számos európai ország képviseletével megalakult a mai Nemzetközi Távközlési Egyesülés (International Telecommuni-cation Union, ITU) elődje. Az ITU feladata az volt, hogy szabványosítsa a nemzetközi távközlést, amely akkoriban még csak a távírást jelentette. Azonban már akkor is nyilvánvaló volt, hogy problémához fog vezetni az, ha az országok egyik fele a Morse-kódot használja, a másik fele meg valamilyen más kódot. Amikor a telefon nemzetközi szintű szolgáltatássá vált, az ITU magára vállalta a telefonrendszerek szabványosítását is. 1947-ben az ITU az ENSZ egyik ügynöksége lett.

Az ITU-nak három fő ágazata van:

1. Rádiókommunikációs ágazat (ITU-R).

2. Távközlési szabványosítási ágazat (ITU-T).

3. Fejlesztési ágazat (ITU-D).

Az ITU-R feladata a rádiófrekvenciák kiosztása a világszerte egymással versengő csoportoknak. Mi elsősorban az ITU-T ágazattal foglalkozunk majd, ami a távbeszélő-rendszereket és az adatátviteli rendszereket felügyeli. 1956 és 1993 között az ITU-T a francia nevéből képzett betűszó alapján CCITT (Comité Consultatif International Télégraphique at Téléphonique) néven volt ismert. 1993-ban a CCITT-t átszervez-ték, ennek köszönhetően csökkent a bürokratikus jellege, és az új szerepnek megfele-

BEVEZETÉS 91

lően új nevet kapott. A távbeszélőrendszerekkel és az adatátviteli rendszerekkel kap-csolatos ajánlásokat a CCITT, illetve az ITU-T adta ki. Még ma is léteznek CC1TT ajánlások, mint például az X.25, de 1993 óta ezek már az ITU-T neve alatt futnak. Az ITU-T tagsága öt különböző csoportba osztható:

1. Adminisztratív csoport (országos PTT-k).

2. Elismert magánszolgáltatók (pl. AT&T, MCI, British Telecom).

3. Regionális távközlési szervezetek (pl. az európai ETSI).

4. Távközlési eszközök forgalmazói és tudományos szervezetek.

5. Egyéb érdekelt szervezetek (pl. banki vagy légitársasági hálózatok).

Az ITU-T tagságát kb. 200 adminisztratív szervezet, 100 magánszolgáltató és több száz egyéb tag alkotja. Csak az adminisztratív tagoknak van szavazati joga, de a többi tag is részt vehet az ITU-T munkájában. Mivel az Egyesült Államokban nincs PTT, ezért valakinek képviselnie kell az állami érdekeket az ITU-T-ben. A választás az Egyesült Államok Külügyminisztériumára esett, valószínűleg azért, mert az ITU-T-nek különböző országokkal kell együttműködnie, és ezt a feladatot leginkább a kül-ügyminisztérium tudja ellátni.

Az ITU-T feladata az, hogy műszaki ajánlásokat dolgozzon ki a telefon, távíró és adatátviteli interfészekre. Ezek az ajánlások gyakran válnak nemzetközi szabvánnyá, akárcsak a V.24 esetében. A V.24, ami az Egyesült Államokban EIA RS-232 néven is ismert, az érintkezők kiosztását és jelentését specifikálja az aszinkron terminálok csat-lakozóinál.

Fontos megjegyezni, hogy az ITU-T ajánlásai csak műszaki javaslatokat tartalmaz-nak. Az, hogy azokat egy ország elfogadja-e vagy sem, az csak az adott országon mú-lik. Gyakorlatilag bármelyik ország szabadon kiépíthet egy olyan távbeszélőrendszert, amely a többi országétól különbözik, azonban ebben az esetben számolni kell azzal, hogy elvágja magát a külvilágtól. Ez működhet mondjuk Albániában, de más orszá-gokban komoly problémát jelentene. Arra, hogy az ITU-T szabványait „ajánlás"-ok-nak nevezik, azért volt és van szükség, mert így a nacionaüsta erőket sok országban le lehetett csitítani.

Az ITU-T-ben az igazi munkát a Tanulmányi csoport (Study Group) végzi, amely esetenként közel 400 embernek ad munkát. Ahhoz, hogy minden munkát el tudjanak végezni, a Tanulmányi csoportot felosztották Munkacsoportokra, amelyeket tovább osztottak Szakértői csoportokra (Expert Team). A szakértői csoportokat még tovább osztották ad hoc csoportokra. Ha valami egyszer bürokratikus volt, az mindig is az marad...

Mindezek ellenére az ITU-T valóban működik. Jelenleg körülbelül 5000 oldalnyi ajánlást ad ki évente. Az ITU-T költségeit a tagok fedezik. A nagy és gazdag országok akár 30 hozzájárulási egységet is fizethetnek évente, míg a kicsi és szegény országok-nak elegendő a hozzájárulási egység 1/16-át befizetni (egy hozzájárulási egység kb.


250 000 dollárnak felel meg). Az ITU-T jelentőségét bizonyítja az is, hogy a tagok rendesen fizetik a tagdíjat, annak ellenére, hogy a hozzájárulás teljesen önkéntes.

Azáltal, hogy lassan befejeződik a távközlés országos szintről globális méretűvé alakulása, a szabványoknak egyre fontosabb szerep jut, és ezért egyre több szervezet kíván részt venni a kialakításukban. Az ITU-ról további részleteket (Irmer, 1994) mű-vében olvashatunk.

1.7.2. Ki kicsoda a nemzetközi szabványosítás világában?

A nemzetközi szabványokat a Nemzetközi Szabványügyi Szervezet (International Standards Organization2, ISO) adja ki, amely egy 1946-ban alakult önkéntes, nem államközi szerződéseken alapuló szervezet. Az ISO tagságát 89 tagállam nemzeti szabványügyi szervezete alkotja. A tagok között megtalálható az ANSI (Egyesült Államok), a BSI (Nagy Britannia), az AFNOR (Franciaország), a DIN (Németország) és még további 85 szervezet.

Az ISO a legkülönbözőbb témákban ad ki szabványokat, a csavaroktól és a csavar-anyáktól (szó szerint) kezdve a telefonpóznák bevonatáig mindent ideértve. Több mint 5000 szabványt adtak eddig ki, beleértve az OSI szabványokat is. Az ISO-nak közel 200 Műszaki Bizottsága (Technical Committee) van, amelyeket a megalakulásuk sor-rendjében számoztak be. Ezek mindegyike külön szakterülettel foglalkozik. A TC1 bi-zottság például a csavarokkal és a csavaranyákkal foglalkozik, és a csavarok menet-emelkedését szabványosítja. A TC97 bizottság szakterülete a számítástechnika és az információfeldolgozás. A Műszaki Bizottságok albizottságokra (subcommittee, SC), azok pedig munkacsoportokra (working group, WG) vannak felosztva.

Az igazi munkát világszerte több mint 100 000 önkéntes végzi a munkacsoportok-ban. Ezek az „önkéntesek" legtöbbször olyan cégek megbízásából dolgoznak egy ISO anyagon, amelyeknek a termékei éppen szabványosítás alatt állnak. Mások kormány-hivatalnokként azon fáradoznak, hogy egy országukban elfogadott szabvány nemzet-közi szabvánnyá váljon. Sok munkacsoportban egyetemi szakemberek is dolgoznak.

A távközlési szabványok kibocsátása során az ISO és az ITU-T gyakran együttmű-ködik annak érdekében, hogy a két hivatalos szervezet szabványai lehetőleg egymás-sal kompatíbilisek legyenek.

Az Egyesült Államokat az ISO-ban az Amerikai Országos Szabványügyi Intézet (American National Standards Institute, ANSI) képviseli, amely szemben az elne-vezéssel egy civil, non-profit szervezet. Tagsága gyártókból, közszolgáltatókból és más érdekelt szervezetekből áll. Az ANSI szabványait gyakran fogadja el nemzetközi szabványnak az ISO.

A szabványok elfogadása az ISO-ban mindig a lehető legszélesebb körű egyetérté-sen alapul. A szabványosítási folyamat úgy indul, hogy valamelyik ország szabvány-ügyi szerve egy adott szakterületen nemzetközi szabványosítást lát szükségesnek. Ilyenkor megalakul egy új munkacsoport, amelynek feladata egy bizottsági javaslat (Committee Draft, CD) kidolgozása. A bizottsági javaslatot körbeadják a különböző

2 Igazság szerint az ISO valódi neve International Organization for Standardization.

BEVEZETÉS 93

tagszervezeteknek, amelyeknek 6 hónap áll a rendelkezésükre, hogy véleményezzék azt. Ha a nagy többség jónak találja, akkor egy átdolgozott dokumentumot, egy ún. nemzetközi szabványtervezetet (Draft International Standard, DIS) kell elkészíte-ni, amelyet ismét körbeadnak véleményezésre és szavazásra. Ennek a fordulónak az eredménye alapján elkészítik a nemzetközi szabványt (International Standard, IS), amelyet aztán jóváhagynak és kiadnak. Nagy viták esetén a bizottsági javaslat és a nemzetközi szabványtervezet számos változtatáson mehet keresztül, mire végre meg-szavazzák, és emiatt az egész folyamat akár évekig is elhúzódhat.

Az Országos Szabványügyi és Technológiai Intézet (National Institute of Stan-dards and Technology, NIST) az Egyesült Államok Kereskedelmi Minisztériumának hivatala. Ez korábban Országos Szabványügyi Hivatal (National Bureau of Standards) néven volt ismert. Ez a szervezet olyan szabványokat ad ki, amelyek az Egyesült Álla-mok kormányának beszerzéseinél kötelező érvényűek. Ez alól csak a Hadügyminisz-térium kivétel, amelynek saját szabványai vannak.

A szabványosítás világában van még egy meghatározó fontosságú szervezet, a Vil-lamos- és Elektronikai Mérnökök Szervezete, ismertebb nevén az IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), amely a világ legnagyobb szakmai szerve-zete. Azon kívül, hogy számos folyóiratot jelentet meg, és minden évben rengeteg nemzetközi konferenciát szervez, az IEEE-nek van egy olyan szabványosítási csoport-ja, amely villamosmérnöki és informatikai témákban dolgoz ki szabványokat. Az IEEE 802-es szabványa például kulcsfontosságú a lokális hálózatok területén. Ezt a szabványt vette az ISO is alapul az ISO 8802 szabványhoz.

1.7.3. Ki kicsoda az Internet szabványosítási világában?

A világméretű Internetnek is megvan a maga szabványosítási mechanizmusa, amely lényegesen különbözik mind az ITU-T, mind az ISO mechanizmusától. A különbséget azzal a durva hasonlattal írhatjuk le, miszerint az ITU-T és az ISO szabványosítási ér-tekezleteire az emberek öltönyben érkeznek, míg az Internet szabványosítási értekez-leteire vagy farmerban vagy katonai egyenruhában.

Az ITU-T és az ISO értekezletein olyan vállalati ügyintézők és közalkalmazottak ülnek, akiknek a szabványosítás a munkájuk. A szabványosítást jó dolognak tartják, és ennek szentelik életüket. Ezzel szemben az internetes szakemberek alapvetően az anarchiát részesítik előnyben, bár néha egyetértésre is szükségük van ahhoz, hogy a dolgok előre haladjanak. Így akármilyen fájdalmas is, időnként szükség van szabvá-nyokra.

Amikor az ARPANET-et kiépítették, a DoD létrehozott egy informális bizottságot a hálózat felügyeletére. 1983-ban ezt a bizottságot átnevezték Internet Koordinációs Testületnek (Internet Activities Board, IAB), és kissé kibővítették a hatáskörét is. Az lett a feladata, hogy az ARPANET és az Internet kutatóit többé-kevésbé ugyanab-ba az irányba terelje, akárcsak egy jó pásztor a nyájat. Az „IAB" betűszó jelentése ké-sőbb módosult, és ma az Internet Architektúra Testületet (Internet Architecture Board) jelöli.

Az IAB nagyjából tíz tagja létrehozott egy szakértői csoportot néhány fontos prob-


léma megoldására. Az IAB évente többször is összeül, hogy megvitassa az addigi eredményeket, és beszámoljon a DoD-nak és az NSF-nek arról, hogy melyik hálózat kapta a legtöbb támogatást a megeló'zó' időszakban. Ha új szabványra volt szükség (pl. egy új forgalomirányítási algoritmusra), akkor az IAB tagok megvitatták ezt, és javas-latot terjesztettek elő a változtatásokra. Ezután a szoftverek lelkivilágát ismerő egyete-misták nekiláthattak az implementálásnak. Az eredményeket műszaki jelentésekben, ún. RFC-kben (Request For Comments, RFC) tették közzé. Az RFC-ket on-line mó-don tárolják, és bárki hozzáférhet, akit érdekel. Keletkezésük szerint időrendi sorrend-ben vannak beszámozva, és közel a 2000. évhez még mindig születnek ilyen jelentések.

1989-re az Internet olyan méreteket öltött, hogy ez a nagyfokú informális stilus to-vább már nem állta meg a helyét. Akkoriban jó néhány forgalmazó kínált TCP/IP ter-mékeket, és nem akartak változtatni azokon csak azért, mert tíz kutatónak jobb ötlete támadt. 1989 nyarán az lAB-t újból átszervezték. A kutatókat az IRTF (Internet Research Task Force) szervezetbe tömörítették, amely a mérnököket összefogó IETF (Internet Engineering Task Force) szervezettel együtt az IAB részlege lett. Az IAB tagságát kibővítették, és a kutatócsoportok szakemberein kívül más szerveze-tek képviselői is helyet kaptak benne. Kezdetben az újjászervezett IAB egy állandóan megújuló csoport volt, amiben egy képviselő 2 évig dolgozhatott, és az új képviselő-ket a régiek javaslata alapján nevezték ki. Később aztán megalakult az Internet Tár-saság (Internet Society), amelyet az Internet iránt érdeklődő szakemberek hoztak lét-re. Az Internet Társaság hasonló szerepet tölt be, mint az ACM és az IEEE. Választott tisztségviselők irányítják, és azok jelölik ki az IAB képviselőket.

Az IAB kettéválasztásának célja az volt, hogy az IRTF-ben a hosszú távú kutatási célokra, míg az TETF-ben a rövid távú mérnöki kutatási célokra összpontosítsanak. Az IETF-et további munkacsoportokra osztották fel, és mindegyiknek saját feladatokat adtak. A munkacsoportok elnökeiből álló vezetőtestület eleinte sokszor összeült, hogy a mérnöki fejlesztéseket irányítsa. A munkacsoportok többek közt új alkalmazásokkal, felhasználói információkkal, OSI integrációval, forgalomirányítással és címzéssel, adatbiztonsággal, hálózatmenedzsmenttel és szabványokkal foglalkoztak. Időnként olyan sok munkacsoport dolgozott (néha több mint 70), hogy külön szakterületek jöt-tek létre, és csak a szakterületek elnökei ültek össze a vezetői értekezleteken.

Az eddigieken kívül az ISO mintájára kialakult egy sokkal formálisabb szabványo-sítási folyamat is. Ahhoz, hogy valamiből szabványtervezet (Proposed Standard) legyen, az alapelképzelést nagyon világosan el kell magyarázni egy RFC-ben, és szak-mai berkekben kellő érdeklődésnek kell lennie iránta. Ez biztosítja azt, hogy csak ala-posan átgondolt javaslatokkal álljanak elő. Ahhoz hogy a szabványtervezetből elő-zetes szabvány (Draft Standard) legyen, 4 hónapig legalább két különböző helyen alapos tesztelésnek kell alávetni egy működő implementációt. Ha az IAB meggyőző-dött arról, hogy az elképzelés jó és a szoftver működik, akkor az elképzelést ismertető RFC-t Internet Szabványnak (Internet Standard) nyilvánítja. Néhány Internet Szabvány DoD szabvány (MIL-STD) is lett, ami által kötelező érvényűvé vált a DoD beszállítói számára. David Clark egyszer a következő híressé vált megjegyzést tette az Internet szabványosítására: „döcögő egyetértés és futó programok".

BEVEZETÉS 95

1.8. Röviden a továbbiakról

Ez a könyv a számítógépes hálózatok elméletét és gyakorlatát tárgyalja. A legtöbb fe-jezet az elmélet áttekintésével kezdődik, amelyet néhány konkrét példa bemutatásával folytatunk. Két hálózati példa kísér minket végig a könyvön, az egyik az ATM, a má-sik az Internet. Bizonyos szempontból a kettő kiegészíti egymást, mivel az ATM in-kább az alsó rétegeket érinti, míg az Internet inkább a felsőket. Lehetséges, hogy a jö-vőben az Internet nagyrészt ATM gerinchálózatokon fog működni, szóval a kettő el-választhatatlan lesz egymástól. E kettőn kívül még más példák is bemutatásra kerül-nek ott, ahol az szükséges.

A könyv szerkezete az 1.21. ábrán látható hibrid modellt követi. A 2. fejezetben alulról fölfelé haladva felépítjük a protokollhierarchiát. Bemutatjuk az adatátvitel el-méleti hátterét, ami magában foglalja az analóg és digitális átvitelt, a multiplexelést, a kapcsolást, a telefonhálózatok múltját, jelenét és jövőjét. Ez az anyagrész a fizikai réteget tárgyalja, bár igazából inkább az architekturális kérdésekkel foglalkozik, mint a fizikai réteg hardver vonatkozásaival. A fizikai rétegre számos példát mutatunk be, köztük a SONET-et és a celluláris rádiót.

A 3. fejezet az adatkapcsolati rétegről és annak protokolljairól szól, amit egyre összetettebb példákon keresztül mutatunk be. Az adatkapcsolati réteg protokolljainak elemzéséről szintén szólunk. Ezek után néhány valós protokollt mutatunk be. Ezek közt szerepel a HDLC (amit kis és közepes sebességű hálózatok használnak), a SLIP, a PPP (amit az Internet is használ) és az ATM (amit a B-ISDN használ).

A 4. fejezet a közeghozzáférési alréteget, az adatkapcsolati réteg egyik alrétegét tárgyalja. A legfontosabb kérdés itt az, hogy ki használhatja következőnek a hálózatot akkor, amikor a hálózatot egyetlen osztott sín alkotja, mint a legtöbb LAN vagy mű-holdas hálózat esetén. Számos példa szerepel itt a LAN-ok, az optikai szálas hálózatok és a műholdas hálózatok területéről. A LAN-ok összekapcsolására használt hidakról is ebben a fejezetben lesz szó.

Az 5. fejezet a hálózati réteggel foglalkozik, különös tekintettel a forgalomirányí-tásra, a torlódásvédelemre és a hálózatok összekapcsolására. Mind a statikus, mind pe-dig a dinamikus forgalomirányítási algoritmusok bemutatásra kerülnek, de az adatszóró forgalomirányításról is lesz szó ebben a fejezetben. Bizonyos részletességgel elemezni fogjuk az egyszerűbb forgalomirányítási és torlódásvédelmi módszerek hatásait. A különböző típusú hálózatok összekapcsolása számos problémát vet fel, ezeket szintén itt tárgyaljuk majd. Az Internet és az ATM hálózati rétegét részletesen is be fogjuk mutatni.

A 6. fejezet a szállítási réteggel foglalkozik. A legnagyobb hangsúlyt itt az össze-köttetés alapú protokollokra helyezzük, mivel a legtöbb alkalmazás ezt használja. A szállítási réteg szolgálataira és azok implementációjára részletesen is bemutatunk egy példát. Mind az Internet szállítási protokolljait (a TCP és az UDP), mind pedig az ATM szállítási protokolljait (AAL 1-5) részletesen ismertetjük.

Az OSI modell viszony rétegéről és megjelenítési rétegéről nem lesz szó ebben a könyvben, mivel szélesebb körben aüg használják ezeket.

A 7. fejezet az alkalmazási réteggel foglalkozik, annak protokolljaival és az alkal-


mazásokkal. Az alkalmazásoknál többek közt szó lesz az adatbiztonságról, az elneve-zésekről, az elektronikus levelezésről, a hálózati hírcsoportokról, a hálózatmenedzs-mentről, a World Wide Web-ről és a multimédiáról.

A 8. fejezet egy magyarázatokkal ellátott irodalomjegyzéket tartalmaz fejezeten-kénti bontásban. Ezt azoknak szántuk, akik a későbbiekben még szeretnének a hálóza-tokkal foglalkozni. E fejezet második részében pedig név szerinti sorrendben felsorol-juk azokat a műveket, amelyekre könyvünkben hivatkoztunk.

1.9. ÖsszefoglalásAz üzleti élet és a magánszemélyek számára egyaránt hasznos számítógép-hálózatokat sokféle szolgáltatáshoz lehet felhasználni. A vállalatoknál közös szerverre csatlakozó személyi számítógépekből álló hálózatok rugalmasságot és jó teljesítmény/ár arányt biztosítanak. A magánszemélyek pedig a hálózat révén különböző információkhoz és szórakozási lehetőségekhez juthatnak.

A hálózatoknak négy nagy csoportja van: a lokális, a nagyvárosi és a nagy kiterje-désű hálózatok, valamint az internet. Ezek közül mindegyiknek megvan a maga fizikai jellemzője, technológiája, sebessége és helye. A lokális hálózatok épületen belül működnek, a nagyvárosi hálózatok egy városnyi területet fednek le, a nagy kiterjedésű hálózatok pedig egy egész országot vagy földrészt hálóznak be. A LAN-ok és a MAN-ok nem kapcsolt hálózatok (azaz nincsen bennük router), a WAN-ok viszont kapcsolt hálózatok.

A hálózati szoftvereket olyan protokollok, azaz szabályok alkotják, amelyek segít-ségével a folyamatok kommunikálni tudnak egymással. A protokollok lehetnek össze-köttetés alapúak vagy összeköttetés nélküliek. A legtöbb hálózat támogat valamilyen protokollhierarchiát, ami azt jelenti, hogy minden réteg szolgálatokat nyújt a felette álló rétegnek, és elrejti azok elől az alacsonyabb rétegek működésének részleteit. A protokollkészletek tipikusan az OSI vagy a TCP/IP modellen alapulnak. Mindkét mo-dellben megtalálható a hálózati, a szállítási és az alkalmazási réteg, a többi rétegnél viszont már különbségek vannak.

A legismertebb hálózatok közé tartozik a Novell NetWare-je, az ARPANET (már nem működik), az NSFNET, az Internet és számos gigabites kísérleti hálózat. A háló-zati szolgáltatások közül a DQDB-t, az SMDS-t, az X.25-öt, a frame relay-t és a széles-sávú ISDN-t érdemes megemlíteni, amelyek mind beszerezhetők a számos forgalmazó valamelyikétől. A piac majd eldönti, hogy ezek közül melyik fut be és melyik nem.

Feladatok

1. A jövőben, amikor már mindenkinek az otthonában lesz egy olyan terminál, amely a számítógép-hálózathoz csatlakozik, lehetővé válnak az azonnali népsza-vazások egy fontos törvényjavaslattal kapcsolatban. Végül is a parlamentet fel le-

BEVEZETÉS 97

hetne oszlatni, hiszen mindenki közvetlenül is ki tudná nyilvánítani az akaratát. Egy ilyen közvetlen módon gyakorolt demokráciának az előnyei mindenki számá-ra nyilvánvalóak. Vitassuk meg a hátrányait is!

2.A lokális hálózatok egyik lehetséges változata egy olyan nagyméretű időosztásos rendszer, amelyben minden felhasználónak van egy terminálja. Ismertessük két előnyös tulajdonságát egy lokális hálózatot használó kliens-szerver rendszernek!

3.Egy két pont közötti összeköttetéseken alapuló alhálózatban öt routert kell össze-kapcsolni. A tervező az egyes routerek közé nagy sebességű, közepes sebességű vagy kis sebességű vonalakat tehet, de arra is van lehetősége, hogy ne kösse össze azokat. Ha egy számítógépnek 100 ms-ra van szüksége ahhoz, hogy kiépítsen és megvizsgáljon egy adott topológiát, akkor mennyi ideig tart az összes végigvizs-gálása annak érdekében, hogy megtaláljuk azt az egyet, amelyik a leginkább meg-felel a kívánt terhelésnek?

4.2"-l routert egy olyan központosított bináris fatopológiába rendezünk, amelynek minden csomópontjában van egy router. Az i-edik router úgy tud kommunikálni a j-edik routerrel, hogy a fa gyökeréhez küld egy üzenetet. Ezt követően a fa gyökere az üzenetet leküldi a j-edik routernek. Találjunk egy közelítőleg helyes képletet arra, hogy nagy n esetén egy üzenet átlagosan hány csomópontot érint a fában, ha azt feltételezzük, hogy a router párok közötti kommunikáció egyenlő valószínűségű.

5.Az adatszóró alhálózatok nagy hátránya, hogy kihasználatlan marad a sávszélesség egy része, amikor egyszerre több hoszt is ugyanahhoz a csatornához akar hoz-záférni. Az egyszerűség kedvéért tegyük fel, hogy a rendelkezésre álló időt diszkrét időrésekre osztjuk fel, és ugyanazt az időrést mind az n hoszt p valószínűséggel akarja egyszerre használni. Az időrések mekkora hányada lesz kihasználatlan az ütközések miatt?

6.Mik a szolgálatelérési pontok címei az FM rádiós műsorszórásban?

7.Mi a leglényegesebb elvi különbség az összeköttetés alapú és az összeköttetés nélküli kommunikáció között?

8.Adott két megbízható összeköttetés alapú szolgálatot biztosító hálózat. Az egyik bájtfolyamokat, a másik pedig üzenetsorozatokat továbbít megbízhatóan. Azonos-e a két hálózat? Ha igen, akkor miért különböztetjük meg Őket? Ha pedig nem, ak-kor mondjuk meg, hogy mi a különbség a kettő között!

9.Mi a különbség a megerősített és a megerősítetlen szolgálat között? A következő szolgálatok közül melyik megerősített, melyik megerősítetlen, melyik mindkettő, illetve van-e olyan szolgálat, amelyik egyik sem a kettő közül?

(a) Összeköttetés létesítése.


(b) Adatátvitel.

(c) Összeköttetés lebontása.

10. Mit jelent az „egyeztetés" (negotiation) a hálózati protokolloknál? Mutassunk rá példát!

11. Mondjunk két okot arra, hogy miért érdemes protokollrétegeket használni!

12. Mondjunk két olyan dolgot, ami az OSI hivatkozási modellben és a TCP/IP hivat-kozási modellben ugyanaz! Ezek után mondjunk két olyat is, ami különböző!

13. A Különleges Festők nevű cég igazgatójának az az ötlete támad, hogy a helyi sör-főzdével együttműködve kifejleszthetnének egy láthatatlan sörösdobozt (környe-zetvédelmi okokból). Az igazgató megkéri a jogi osztályt, hogy tanulmányozza a tervet, a jogi osztály pedig továbbítja azt a mérnöki csoporthoz. Ezt követően a főmérnök felhívja telefonon a másik céget, hogy megbeszéljék a részleteket. A mérnökök az eredményről tájékoztatják a saját jogi osztályaikat, amelyek ezután telefonon tisztázzák egymás közt a jogi kérdéseket. Végül a két cég igazgatója megvitatja egymással a terv pénzügyi vonatkozásait. Vajon ez a példa többrétegű protokollnak számít-e az OSI modell értelmében?

14. A legtöbb hálózatban az adatkapcsolati réteg feladata az, hogy átviteli hiba esetén a hibás keretek újraadásáról gondoskodjon. Ha egy keret meghibásodásának való-színűsége p, és a nyugtázó keretek sosem vesznek el, akkor átlagosan hányszor kell elküldeni egy keretet?

15. Melyik OSI réteg foglalkozik a következőkkel?

(a) A továbbítandó bitsorozat tördelése keretekre.

(b) Az útvonal kijelölése az alhálózatban.

16. Beágyazzák-e a TPDU-k a csomagokat vagy másképpen továbbítják? Vitassuk meg a kérdést!

17. Adott egy rendszer, aminek n rétegű protokollhierarchiája van. Az alkalmazások M bájt hosszúságú üzeneteket állítanak elő. Minden rétegben egy h bájt hosszúsá-gú fejrész adódik az üzenethez. Mekkora hányadát foglalják le a hálózat sávszé-lességének a fejrészek?

18. Mi a leglényegesebb különbség a TCP és az UDP között?

19. Melyikhez hasonlít a Novell NetWare jobban, az X.25-höz vagy az Internethez? Indokoljuk meg a választ!

BEVEZETÉS 99

20. Az Internet mérete 18 hónaponként nagyjából megduplázódik. Bár senki nem tud pontos értéket mondani, egyes becslések szerint 1996 januárjában közel 7 millió hoszt kapcsolódott az Internetre. Ezeknek a számoknak az alapján próbáljuk meg kiszámítani, hogy 2008-ra várhatóan hány hoszt kapcsolódik majd az Internetre!

21. Miért tervezték az SMDS-t összeköttetés nélkülire, és a frame relay-t pedig össze-köttetés alapúra?

22. Tegyük fel, hogy Bundás névre hallgató bernáthegyi kutyánkat arra képeztük ki, hogy az unicumosüveg helyett egy 8 mm-es Exabyte kazettákat tartalmazó dobozt cipeljen a nyakában. (A balesetet esetünkben most az jelenti, hogy megtelik a diszkünk.) A kazetták mindegyike 7 gigabájtos. Akárhol is vagyunk, a kutya 18 km/h sebességgel jut el hozzánk. Mekkora az a távolság, amelyen Bundás na-gyobb sávszélességet biztosít, mint egy 155 Mb/s-os ATM vonal?

23. Amikor egyik számítógépről a másikra viszünk át egy fájlt, akkor (legalább) két nyugtázási stratégia lehetséges. Az első változatban a fájlt csomagokra osztjuk fel, és azokat a vevő egyenként nyugtázza, de az egész átviteli folyamatra nem ad nyugtát. A másik változatban a vevő a csomagokra nem ad nyugtát, viszont az egész fájl átvitelét nyugtázza, amikor az teljesen megérkezett. Vitassuk meg a két változatot!

24. Tegyük fel, hogy az 1.28. ábrán látható SMDS csomagot be kell illeszteni az OSI protokollhierarchiába. Melyik rétegbe tennénk?

25. Adjuk meg egy előnyös és egy hátrányos tulajdonságát a bérelt vonalon alapuló frame relay-nek.

26. Miért használ az ATM kisméretű, fix hosszúságú cellákat?

27. Adjuk meg két előnyét és két hátrányát annak, hogy a hálózati protokollokat nem-zetközileg szabványosítják!

28. Amikor egy rendszer egy rögzített és egy elmozdítható részből épül fel (mint például a lemezmeghajtó és a mágneslemez), fontos, hogy az ilyen rendszert szab-ványosítsuk, ugyanis csak így érhető el, hogy a különböző gyártók által forgalom-ba hozott rögzített és elmozdítható részek együtt is működőképesek legyenek. So-roljunk fel három olyan dolgot a számítástechnika területén kívül, amelynél nem-zetközi szabvány létezik! Ezek után soroljunk fel három olyat is, amelynél nem létezik ilyen szabvány!

•

2. A fizikai réteg

Ebben a fejezetben az 1.21. ábrán látható hierarchia legalsó rétegével foglalkozunk. Először az adatátvitel elméleti alapjait tárgyaljuk, csak hogy lássuk, milyen gátakat szabott a természet annak, hogy mennyi adatot lehet egy adatcsatornán továbbítani.

Ezek után az átviteü közegekről lesz szó, ismertetjük a vezetékes (réz- és üvegszá-las), illetve a vezeték nélküli közegeket. Ez az anyagrész betekintést nyújt a modern hálózatok átviteli technológiájába.

A fejezet hátralevő része olyan kommunikációs rendszereket mutat be, amelyek az ismertetett átviteli közegeket alkalmazzák. A távbeszélőrendszerrel kezdjük, ennek is három változatát mutatjuk majd be: a jelenlegi (részben) analóg rendszert, a közeljövő egyik lehetséges digitális rendszerét (a keskenysávú ISDN-t), végül pedig a távolabbi jövő bizonyosan digitális rendszerét, az ATM-et. A példák sorát két vezeték nélküli rendszer, a celluláris rádió és a távközlési műholdak bemutatásával zárjuk.

2.1. Az adatátvitel elméleti alapjai

Információt úgy lehet vezetéken továbbítani, hogy valamilyen fizikai jellemzőt, példá-ul feszültséget vagy áramerősséget megváltoztatunk rajta. Ha a feszültség vagy az áramerősség változását egy egyváltozós időfüggvénnyel, f(t)-vel írjuk le, akkor mo-dellezni tudjuk a jelek viselkedését, és így lehetőség nyílik a jelek matematikai eszkö-zökkel történő elemzésére. A következő bekezdésekben ezzel az elemzéssel foglalko-zunk majd.

2.1.1. Fourier-analízis

A 19. század elején Jean-Baptiste Fourier francia matematikus bebizonyította, hogy bármely T periódusidővel rendelkező, periodikus g(t) függvény előállítható szinuszos és koszinuszos tagok (általában végtelen) összegeként:

A FIZIKAI RÉTEG 101

(2.1)

ahol f= 1/T az alapfrekvencia, an és bn pedig az n-edik harmonikus (tag) szinuszos, illetve koszinuszos amplitúdója. Ezt a felbontást Fourier-sornak nevezzük. A Fourier-sor alapján az eredeti függvény visszaállítható, azaz a T periódusidő és az amplitúdók ismeretében az eredeti időfüggvény meghatározható a (2.1) összeg alapján.

Egy időkorlátos adatjel (az összes valódi jel ilyen) tárgyalásakor azt feltételezzük, hogy a teljes jelalak örökké ismétlődik (azaz a T és 2T közötti intervallumbeli viselke-dés ugyanaz, mint a 0 és T közötti intervallumban).

Az an amplitúdót bármilyen g(t) függvényhez ki tudjuk számolni, ha a (2.1) egyenlet mindkét oldalát megszorozzuk sin(2pikft)-vel, majd az így kapott kifejezést integráljuk 0 és T között. Mivel

ezért az összegnek csak egyetlen tagja marad: an. A bn-es kifejezések összege kiesik. Hasonlóan, ha a (2.1) egyenlet mindkét oldalát cos(2pikft)-vel szorozzuk meg, majd 0 és T között integrálunk, akkor megkapjuk bn-t. Ha viszont az egyenlet mindkét oldalát egyből integráljuk, akkor megkaphatjuk a c-t. Az előbb említett műveletek végrehajtá-sa után a következőket kapjuk:

2.1.2. Sávkorlátozott jelek

Azt, hogy az eddigiek mire használhatók az adatátvitel területén, azonnal megértjük a következő példán keresztül. Tegyük fel, hogy egy 8 bites bájt formájában kódolt ASCII „b" karaktert akarunk elküldeni. A továbbítandó bitminta a 01100010. A 2.1.(a) ábra bal oldalán azt láthatjuk, hogy a számítógép kimenetén hogyan változik a feszültség értéke. A jel Fourier-sora az alábbi együtthatókat tartalmazza:


2.1. ábra. (a) Ljel sorozatos hr-

us jel és Fourier-együtthatóinak négyzetes középértéke, (b)-(e) Az eredeti ítése


A 2.1.(a) ábra jobb oldalán az első néhány harmonikus amplitúdójának négyzetes

középértékét, azaz -et láthatjuk. Ezek az értékek azért érdekesek, mert

négyzetösszegük arányos az adott frekvencián továbbított energiával. Nincs olyan adatátviteli eszköz, amely a jeleket energiaveszteség nélkül tudná továbbítani. Ha a Fourier-sor összes tagja azonos mértékben csillapodna, akkor az elküldött jelnek csak az amplitúdója csökkenne le, de a jelalak nem torzulna (tehát ugyanolyan szép négy-szögletű hullámalak lenne, mint amilyet a 2.1.(a) ábrán láthatunk). Sajnos a valós átvi-teli közegek a Fourier-sor egyes tagjait különböző' mértékben csillapítják, így a jelalak mindig torzul. Általában 0 és egy bizonyos fc frekvencia között a komponensek lénye-gében csillapítás nélkül terjednek, míg efelett az fc vágási frekvencia felett a kompo-nensek erősen csillapodnak. [A frekvencia mértékegysége egyébként rezgés/másod-perc vagy Hertz (Hz)]. Bizonyos esetekben az átviteli közeg fizikai jellemzői, más esetekben viszont az áramkörökbe szándékosan beépített szűrők korlátozzák az egyes felhasználók számára rendelkezésre álló (sokszor túl keskeny) sávszélesség nagyságát.

Most vizsgáljuk meg, hogy hogyan nézne ki a 2.1.(a) ábrán látható jelalak, ha a sávszélesség olyan kicsi lenne, hogy csak a legalacsonyabb frekvenciákat lehetne to-vábbítani (vagyis a jelalak időfüggvényét a (2.1) összeg első néhány tagjával közelíte-nénk). A 2.1. (b) ábrán az a jelalak látható, amelyet akkor kapnánk, ha a csatorna csak az első harmonikust (az alapharmonikust) továbbítaná. A 2.1.(c)-(e) ábrákon a továb-bított jel spektruma és visszaállítás utáni jelalakja látható a nagyobb sávszélességű csatornák esetén.

Egy karakter T átviteli ideje függ a kódolás módjától és a jelzési sebességtől (sig-naling rate). A jelzési sebesség a másodpercenkénti jelváltások (pl. feszültségszint-változások) száma. A jelzési sebesség mértékegysége a baud. Egy b baud-os vonal nem biztos, hogy b bitet visz át másodpercenként, ugyanis egy jelváltás akár több bitet is jelenthet. Ha a 0, 1,2, 3, 4, 5, 6 és 7 feszültségszinteket használnánk, akkor minden jelváltással 3 bitet tudnánk átvinni, tehát a bitsebesség háromszorosa lenne a jelzési sebességnek. A fenti példában csak 0-t és 1-et használtunk jelszintként, így a bitsebes-ség megegyezik a jelzési sebességgel.

Ha a bitsebesség b b/s lenne, akkor mondjuk 8 bit elküldése 8/b másodpercig tarta-na, tehát az alapharmonikus frekvenciája b/8 Hz lenne. A hagyományos telefonvona-lat, amelyet gyakran hangminőségű vonalnak (voice-grade line) is hívnak, szándé-kosan úgy alakították ki, hogy 3000 Hz körül legyen a vágási frekvenciája. Ez a korlá-tozás azt jelenti, hogy a legmagasabb áteresztett felharmonikus frekvenciája durván 3000/(b/8) Hz-es, azaz 24 000/b Hz-es, tehát a levágás nem túl éles.

A 2.2. ábrán az áteresztett harmonikusok számát adtuk meg egy táblázatban külön-böző adatsebességek esetén. Ezekből a számokból kiderül, hogyha egy 9600 b/s-os te-


b/s T(ms) Atapharmonikus (Hz)

Elküldött harmonikusok száma

300 26,67 37,5 80

600 13,33 75 40

1 200 6.67 150 20

2 400 3,33 300 10

4 800 1,67 600 5

9 600 0,83 1200 2

19 200 0,42 2400 1

38 400 0,21 4800 0

2.2. ábra. Az adatátviteli sebesség és a harmonikusok közötti kapcsolat

lefonvonalon akarunk adatokat továbbítani, akkor a 2.1.(a) ábrán látható jelekből a 2.1.(c) ábrán látható jelek lesznek. Ez viszont az eredeti bináris jelek pontos vételét igen megnehezíti. Nyilvánvaló, hogy 38,4 kb/s-nál jóval magasabb adatátviteli sebes-ség esetén semmi esélyünk nincs arra, hogy digitális jeleket továbbítsunk, még akkor sem, hogyha az átviteli eszköz teljesen zajmentes. Magyarán a sávszélesség korlátozá-sa korlátozza az adatátviteli sebességet is, és ez még zajmentes csatorna esetén is igaz. Persze vannak olyan ügyes kódolási eljárások, amelyek több különböző feszültség-szintet használnak, és jóval nagyobb adatátviteli sebességet lehet velük elérni. Ezekről az eljárásokról később még lesz szó ebben a fejezetben.

2.1.3. A csatorna maximális adatátviteli sebessége

H. Nyquist már 1924-ben rájött az említett sávkorlát létezésére, és felállított egy kép-letet a véges sávszélességű, zajmentes csatornán másodpercenként átvihető maximális adatmennyiség kiszámítására. Aztán 1948-ban Claude Shannon kiterjesztette Nyquist elméletét a véletlenszerű (azaz termodinamikus) zajjal terhelt csatornákra (Shannon, 1948). A következőkben ezeket a már klasszikusnak számító eredményeket foglaljuk össze röviden.

Nyquist bebizonyította, hogy ha egy tetszőleges jelet egy H sávszélességű alulát-eresztő szűrőn bocsátunk át, akkor a szűrt jelből másodpercenként vett (pontosan) 2H minta alapján az eredeti jel helyreállítható. Másodpercenként 2H mintánál többet nem érdemes venni a jelből, mivel a szűrő kiszűrné azokat a magasabb frekvenciájú kom-ponenseket, amelyeket a mintavételezéssel helyre tudnánk állítani. Ha a jelnek V kü-lönböző diszkrét szintje van, akkor a Nyquist-tétel a következőt mondja ki:

maximális adatsebesség = 2H log2 V [b/s]

Például egy zajmentes, 3 kHz sávszélességű csatornán bináris (azaz kétszintű) jelek továbbítása esetén nem lehet 6000 b/s-nál nagyobb adatsebességet elérni.


Eddig csak a zajmentes csatornákkal foglalkoztunk. Ha a csatorna véletlenszerű zajjal terhelt, akkor a helyzet sokkal rosszabb. A csatorna zajának mértékét a jel és a zaj teljesítményének arányával, vagy más szóval a jel-zaj viszonnyal (signal-to-noise ratio) jellemezhetjük. Ha a jel teljesítményét S-sel, a zaj teljesítményét pedig N-nel je-löljük, akkor a jel-zaj viszony S/N. Általában nem a teljesítmények hányadosát szok-ták megadni, hanem a 10 log10 S/N értéket, aminek a mértékegysége a decibel (dB). Ha az S/N hányados 10, akkor az 10 dB-t jelent, ha a hányados 100, akkor az 20 dB, ha a hányados 1000, akkor az 30 dB stb. A sztereó erősítők gyártói általában két 3 dB-es frekvenciapont megadásával jelölik meg azt a sávszélességet (frekvenciatartományt), amelyben a készülékük lineárisan működik. Ezek ugyanis azok a pontok, amelyeknél az erősítési tényező nagyjából a felére csökken.

Shannon legjelentősebb eredménye az az összefüggés, amelyben a maximális adat-átviteli sebességet egy olyan zajos csatornára adja meg, amelynek sávszélessége H, jel-zaj viszonya pedig SIN:

maximális adatsebesség = H log2 (1+ S/N) [b/s]

Például egy 3000 Hz sávszélességű csatornán 30 dB jel-zaj viszony esetén (ami a táv-beszélőrendszerek analóg részében egy tipikus érték) az adatátviteli sebesség sosem lehet több, mint 30 000 b/s. Itt most nem számít sem az, hogy a jelnek hány szintje van, sem az, hogy milyen gyakorisággal veszünk mintát belőle. Shannon képlete in-formációelméleti megfontolásokon alapul, és minden olyan csatornára érvényes, amelyben Gauss-zaj (termikus zaj) van jelen. Az ellenpéldák ugyanabba a kategóriába esnek, mint az örökmozgók. Meg kell azonban jegyeznünk, hogy a fenti képlet az adatátviteli sebességnek csak felső korlátot szab. Ezt a felső korlátot a valóságos rend-szerek csak nagyon ritkán érik el.

2.2. Az átviteli közeg

Mindegyik közegnek megvan a maga sajátossága a sávszélességet, a késleltetést, az árát, a kiépítés nehézségeit és az üzemeltetést illetően. Az átviteli közegeknek két nagy csoportja van: az egyik a vezetékes közegek csoportja (idetartozik a rézvezeték és az optikai kábel), a másik pedig a vezeték nélküli közegek csoportja (ilyen a leve-gőben terjedő rádióhullám és a lézersugár). Ebben és a következő alfejezetben ezekről a közegekről lesz szó.

2.2.1. Mágneses hordozó

Két számítógép között az adatátvitel legelterjedtebb módja az, amikor az adatokat az egyik gépen mágnesszalagra vagy mágneslemezre írjuk fel, és a szalagot vagy a lemezt fizikailag átvisszük a másik gépre, ahol újból beolvassuk azt. Bár ez a módszer nem olyan elmés, mint egy geostacionárius pályára állított műhold, mégis legtöbbször


igen gazdaságos, különösen az olyan alkalmazásoknál, amelyeknél a nagy sávszéles-ség vagy a bitenkénti átviteli költség lényeges szempont.

A következő egyszerű számítási példa jól szemlélteti a problémát. Egy szabványos 8 mm-es videokazetta (pl. az Exabyte) 7 GB tárolására alkalmas. Egy 50 x 50 x 50 cm-es ládába kb. 1000 ilyen kazettát tehetünk, így a ládakapacitás kb. 7000 gigabájt lesz. A Federal Express vagy más cég bármilyen dobozt 24 órán belül elszállít az Egyesült Államok bármely pontjára. Ennek az adatátvitelnek az effektív sávszélessége 56 000 Gb/86 400 s, azaz 648 Gb/s, ami 1000-szer nagyobb, mint az ATM nagy sebességű (622 Mb/s-os) változatának az átviteli sebessége. Ha a célállomás csak egyórányi tá-volságra van, akkor ez a sávszélesség 24-szeresére, azaz 15 Gb/s-ra no'.

Egy olyan bank esetében, amely naponta több gigabájtnyi adatot ment el egy tarta-lék számítógépre (így a bank még árvíz vagy földrengés esetén is tud dolgozni), aligha van más adatátviteli technológia, amely egyáltalán megközelítené a mágnesszalagok teljesítményét.

Ha a költségeket nézzük, akkor hasonló a helyzet. Ezer darab videokazetta ára mondjuk 5000 dollár, ha nagy tételben vesszük. Mivel egy ilyen videokazetta legalább tízszer felhasználható, a kazetták ára 500 dollárra tehető. Adjunk ehhez hozzá még kb. 200 dollár szállítási költséget. így durván 700 dollárt kapunk, amiből 7000 gigabájtot szállítottunk el. Ez gigabájtonként 10 centnek felel meg. Ezzel az árral egyetlen háló-zati szolgáltató sem tudna versenyezni. A történet tanulsága tehát a következő:

Sose becsüljük le egy autópályán száguldó, kazettákkal megrakott furgon sávszéles-ségét!

2.2.2. Csavart érpár

Bár sávszélesség szempontjából a mágnesszalag kiváló, sajnos igen jelentős késlelte-téssel rendelkeznek. Az adatátviteli időt percekben vagy órákban lehet mérni, nem pe-dig milliszekundumokban. A legtöbb alkalmazás esetén on-line összeköttetésre van szükség. A legrégebbi, de még ma is a legelterjedtebb átviteli közeg a csavart érpár (twisted pair). A csavart érpár két szigetelt rézhuzalból áll, melyek tipikusan 1 mm vastagságúak. A rézhuzalok a DNS-hez hasonlóan spirálszerűen egymás köré vannak tekerve. A két eret azért sodorják össze, hogy csökkentsék a kettő közötti elektromág-neses kölcsönhatást. (Ugyanis két párhuzamos huzal antennaként működik, szemben a csavart érpárral.)

A csavart érpárt leggyakrabban a távbeszélőrendszerekben használják. Szinte majdnem minden telefonkészüléket csavart érpár köt össze a telefonközponttal. A csa-vart érpárt akár több kilométeres szakaszon is erősítés nélkül lehet használni, de na-gyobb távolságok esetén már szükség van erősítőkre. Amikor hosszabb távolságon ke-resztül több csavart érpár fut egymás mellett (például amikor egy épületből az összes vezeték a telefonközpontba megy), akkor a csavart érpárokat egy kötegbe fogják, és ezt a köteget mechanikai védelemmel látják el. Ha az érpárok nem lennének csavarva, akkor a kötegen belül biztosan zavarnák egymás forgalmát. A világ azon részein, ahol a telefonvonalakat telefonpóznákon vezetik, még ma is gyakran láthatunk ilyen több centiméter átmérőjű érpárkötegeket.


A csavart érpár alkalmas mind analóg, mind digitális jelátvitelre. A vezetékek sáv-szélessége a vastagságától és az áthidalt távolságtól függ, de sok esetben néhány Mb/s sebességet is cl lehet velük érni pár kilométeres távolságon belül. Megfelelő teljesít-ményüknek és alacsony áruknak köszönhetően a csavart érpárokat széles körben hasz-nálják, és ez várhatóan így marad még jó néhány évig.

A csavart érpárnak számos változata van, de a számítógép-hálózatok szempontjából ezek közül csak kettőnek van jelentősége. A 3-as kategóriájú csavart érpár két fi-noman egymás köré tekert, szigetelt vezetékből áll. Általában négy ilyen érpárt fognak össze egy műanyag köpennyel, ami védi, és egyben tartja a nyolc vezetéket. 1988 előtt a legtöbb irodaházban minden emeleten volt egy 3-as kategóriájú kábel, amely egy központi elosztódobozból kiindulva az összes irodahelyiségbe vezetett. Ez lehetővé tette, hogy minden hivatalban négy rendes telefon vagy két többvonalas telefon mű-ködhessen. 1988 után a fejlettebb, 5-ös kategóriájú csavart érpárt kezdték el használ-ni. Ez lényegében megegyezett a 3-as kategóriájú vezetékkel, a különbség csak annyi volt, hogy egységnyi hosszon többet csavarodott, és teflonos szigeteléssel látták el. Ez a megoldás a vezetékek között kisebb áthallást, és nagyobb távolság esetén is jobb minőségű jelátvitelt eredményezett. Ennek köszönhetően ezek sokkal jobban meg-feleltek a nagy sebességű számítógépes adatátvitel követelményeinek. Ezt a két ká-belfajtát gyakran árnyékolatlan csavart érpárnak (Unshielded Twisted Pair, UTP) is hívják, így különböztetve meg az IBM által a 80-as évek elején kifejlesztett vastag és drága árnyékolt csavart érpártól, ami az IBM hálózatain kívül nemigen terjedt el.

2.2.3. Alapsávi koaxiális kábel

Egy másik, széles körben használt átviteli közeg a koaxiális kábel (coaxial cable), amit a kedvelői egyszerűen csak „koax"-nak hívnak. Mivel ez jobb árnyékolással ren-delkezik, mint a csavart érpár, ezért nagyobb sebességgel nagyobb távolságot lehet vele áthidalni. Kétfajta koaxiális kábel létezik. Az egyik az 50 -os kábel, amelyet el-sősorban digitális átvitelhez használnak. Ebben a bekezdésben erről lesz szó. A másik a 75 Q-os kábel, amelyet viszont elsősorban analóg átvitel esetén használnak. Erről a kábelről a következő bekezdésben szólunk majd. A kettő közötti eltérésnek inkább történelmi, semmint műszaki okai vannak. (Például a korai dipól antennáknak 300 Q-os impedanciájuk volt, és könnyű volt hozzájuk 4:1 arányú impedanciaillesztő transzfor-mátort építeni.

2.3. ábra. Koaxiális kábel


A koaxiális kábel közepén tömör rézhuzalmag van, amelyet szigetelő vesz körül. A szigetelő körül sűrű szövésű hálóból álló vezető található. A külső vezetőt mechanikai védelmet is biztosító műanyag burkolattal vonják be. A koaxiális kábel szerkezetét a 2.3. ábrán láthatjuk.

A koaxiális kábel szerkezetének és árnyékolásának köszönhetően kifejezetten alkal-mas nagy sávszélességű jelek továbbítására, miközben a zajérzékenysége igen csekély. Az elérhető sávszélesség a kábel hosszától függ. Egy 1 km-es kábellel akár 1-2 Gb/s-os átviteli sebességet is elérhetünk. Hosszabb kábeleket is használhatunk ugyan, de ilyenkor vagy lecsökken az átviteli sebesség, vagy rendszeresen fel kell erősíteni a jelet. A koaxiális kábeleket széles körben alkalmazzák a telefonhálózatoknál, bár az utóbbi időkben a nagy távolságú átviteli rendszerekben egyre inkább optikai kábelekre cserélik le azokat. Csak az Egyesült Államokban naponta 1000 km optikai kábelt fek-tetnek le (amennyiben egy 100 km-es szakaszon 10-es kötegekben lefektetett kábelt 1000 km-nek vesszük). A Sprint nevű cégnek már csak optikai kábelei vannak, de a többi nagy szolgáltató is gyorsan közelít ehhez az állapothoz. Ugyanakkor a koaxiáüs kábel még mindig nagyon elterjedt a kábeltelevíziózásnál és néhány lokális hálózatnál.

2.2.4. Szélessávú koaxiális kábel

A másikfajta koaxiális kábeles rendszer analóg átvitelt valósít meg a szabványos ká-beltelevíziós kábelezésben. Ezt a kábelt szélessávú (broadband) koaxiális kábelnek nevezzük. Bár a „szélessávú" kifejezés a telefonos világból származik, ahol a 4 kHz-nél szélesebb sávokat már szélessávnak nevezik, azonban a számítógép-hálózatok vi-lágában ez azokra a vezetékes hálózatokra vonatkozik, amelyekben analóg módon tör-ténik az adatátvitel (Cooper, 1986).

Mivel a szélessávú hálózatok a szabványos kábeltelevíziós technikát használják, így a kábelek 300 MHz (sőt, gyakran 450 MHz) sávszélességet biztosítanak, és az analóg átvitelnek köszönhetően közel 100 km-es távolság áthidalására képesek, ugyanis az analóg jelátvitel sokkal kevésbé kritikus, mint a digitális. Ahhoz, hogy egy analóg hálózaton digitális adatokat továbbíthassunk, valamennyi hálózati interfésznek olyan elektronikával kell rendelkeznie, amely a kimenő bitfolyamot analóg jelekké, a be-érkező analóg jeleket pedig bitfolyammá alakítja át. Az elektronikus áramkörök típu-sától függően 1 b/s adatsebesség durván 1 Hz sávszélességet igényel. Fejlettebb mo-dulációs eljárásokkal magasabb frekvencián több bit is átvihető másodpercenként.

A szélessávú rendszereket általában több csatornára osztják fel. A televíziós mű-sorszórásban rendszerint 6 MHz-es csatornákat használnak. Minden egyes csatornát a többitől függetlenül lehet használni analóg televíziós jelek, CD-minőségű hangok (1,4 Mb/s) vagy mondjuk 3 Mb/s-os sebességei digitális adatok átvitelére. A televíziós je-leket és az adatokat ugyanazon a kábelen egyszerre is lehet továbbítani.

Az alapsávú és a szélessávú rendszerek között az a leglényegesebb különbség, hogy a szélessávú rendszerek általában nagy területet fednek le, ezért szükség van a jelek rendszeres analóg erősítésére. Ezek az erősítők a jeleket csak egy irányba tudják továbbítani, így a számítógép nem tudja elküldeni a csomagjait egy „fölötte" levő má-sik gépnek, amennyiben a két számítógép között csak egy erősítő van. Ennek a prob-


lémának a megoldására két különböző szélessávú rendszert fejlesztettek ki: a kétkábe-les és az egykábeles rendszert.

A kétkábeles rendszerben két azonos kábel fut párhuzamosan egymás mellett. Ada-tok küldésekor a számítógép az l-es kábelre teszi ki az adatokat, amelyek a fa topoló-giájú kábelezés gyökerénél található főállomáshoz (head-end) jutnak el. Ezt követő-en a főállomás a jeleket a 2-es kábelen lefelé továbbítja a fában. Minden számítógép az l-es kábelen küldi, és a 2-es kábelen veszi az adatokat. A kétkábeles rendszer a 2.4.(a) ábrán látható.

Az egykábeles rendszerben egyetlen kábelen különböző frekvenciasávokban történik az adatok elküldése, illetve vétele (lásd 2.4.(b) ábra). A számítógépek az ala-csonyabb frekvenciájú sávban küldik el üzeneteiket a főállomáshoz, amely áthelyezi a jeleket a magasabb frekvenciasávba, majd adatszórással újraadja azokat. Alsómetszé-sű (subsplit) rendszerekben az adás az 5 és 30 MHz közötti frekvenciasávban törté-nik, míg a vétel a 40 és 300 MHz közötti frekvenciasávban.

A középmetszésű (midsplit) rendszerekben az adósávok 5 és 116 MHz között vannak, míg a vevősávok 168 és 300 MHz között. Ezek a frekvenciasávok történelmi okokból alakultak így ki, ugyanis a szélessávú rendszereket a televíziós műsorszórás-hoz fejlesztették ki, és az Egyesült Államok Szövetségi Kommunikációs Bizottsága (U.S. Federal Communications Commission) ezeket a frekvenciatartományokat osz-totta ki. Minkét rendszer esetén szükség van egy aktív főállomásra, amely az egyik vezetéken fogadja a bejövő jeleket, a másikon pedig adatszórással szétküldi azokat. Ezeket a technikákat és frekvenciasávokat a kábeltelevíziózás számára fejlesztették ki, és a számítógép-hálózatok változtatás nélkül átvették, tekintettel arra, hogy a megbíz-ható és viszonylag nem túl drága hardver már rendelkezésre állt.

A szélessávú rendszereket sokféle módon lehet felhasználni. Bizonyos számítógép párok egy állandó csatornát kaphatnak kizárólagos használatra. Más számítógépek a vezérlő csatornán kérhetnek maguknak egy olyan csatornát, amelyen ideiglenes össze-

2.4. ábra. Szélessávú hálózatok, (a) Kétkábeles. (b) Egykábeles

110 SZÁM [TÓGÉP-HÁLÓZATOK

köttetést létesíthetnek egy másik géppel. Miután megkapták a csatornát, az összekötte-tés ideje alatt annak a frekvenciáját használják. Van olyan rendszer is, amelyben a szá-mítógépek egy vagy több csatornához való hozzáférésért versenyeznek. Ezekről a rendszerekről a 4. fejezetben lesz szó.

Műszaki szempontból a szélessávú koaxiális kábel kevésbé alkalmas digitális ada-tok továbbítására, mint az alapsávi (tehát egycsatornás) kábel, viszont nagy előnye, hogy már igen nagy mennyiségben telepítettek ilyeneket. Például Hollandiában a ház-tartások 90 százalékában van kábeltévé-csatlakozó. Az Egyesült Államokban is a ház-tartások több mint 80 százalékában található ilyen, és ezeknek kb. 60 százalékát való-ban használják. A telefontársaságok és a kábeltelevíziós szolgáltató cégek közötti ver-seny egyre élesebb, és várhatóan egyre több kábeltelevíziós hálózat kezd majd el nagy kiterjedésű hálózatként üzemelni. Ez azt jelenti, hogy számos más szolgáltatás mellett telefonálni is lehet majd ezeken a hálózatokon. A kábeltelevíziós hálózatok számító-gép-hálózatként történő alkalmazásáról (Karshmer és Thomas, 1992) művében olvas-hatunk bővebben.

2.2.5. Fényvezető szálak

A számítógép-iparban sokan rendkívül büszkék arra, hogy milyen gyorsan fejlődik a számítástechnika. A 70-es években egy gyors számítógép (pl. a CDC 6600) 100 ns alatt tudott végrehajtani egy utasítást. Húsz évvel később egy gyors Cray számítógép már 1 ns alatt képes volt egy utasítás végrehajtására, tehát évtizedenként 10-szeres a gyorsulás. Nem is olyan rossz.

Ugyanebben az időszakban az adatátvitel sebessége 56 kb/s-ról (ARPANET) 1 Gb/s-ra (mai optikai adatátvitel) ugrott, ami évtizedenként 100-szoros gyorsulásnak felel meg. Ugyanakkor a hibaarány 10-5-ről gyakorlatilag nullára csökkent.

Mindezeken túl a CPU-k kezdik elérni teljesítményük fizikai határait, legalábbis ami a fénysebességet és a disszipáció problémáját illeti. A jelenlegi fényvezető szálas technológiával elérhető sávszélesség viszont már több mint 50 000 Gb/s (50 Tb/s), és sokan még ennél is jobb anyagok után kutatnak. A gyakorlatban a jelenleg elérhető legnagyobb jelzési sebesség 1 Gb/s körül van. Ennek az az oka, hogy az elektromos jelek optikai jelekké történő átalakítását egyelőre nem tudjuk gyorsabbá tenni. Labo-ratóriumi körülmények között rövid távolságon belül már a 100 Gb/s-os sebességet is elérték. Az 1 Tb/s-os sebesség pedig csak évek kérdése. Teljesen optikai rendszerek -beleértve a fény bejutását a számítógépbe, illetve kijutását onnan - fejlesztésén is már dolgoznak (Miki, 1994a).

A számítástechnika és a kommunikáció versenyét a kommunikáció nyerte. Egy lé-nyegében végtelen sávszélességű vezeték létrehozását (persze nem nulla költség mel-lett) még mindig lehetetlennek tartják azok a számítástechnikai szakemberek, akik a rézvezeték sávszélességét korlátozó Nyquist- és Shannon-tétel szellemében nevelked-tek. Az új konvencionális bölcsesség az kell legyen, hogy az összes számítógép re-ménytelenül lassú, ezért a hálózatoknak mindenáron el kell kerülniük a rajtuk végzett számítást, és ilyenkor még az így elpazarolt sávszélesség sem számít. Ebben a bekez-désben arról lesz szó, hogy a fényvezető szálon történő adatátvitel hogyan működik.


A fényvezető szálas adatátviteli rendszernek három fő komponense van: a fényfor-rás, az átviteli közeg és a fényérzékelő (detektor). A fényimpulzus megléte szokás szerint a logikai 1 bitet jelenti, míg az impulzus hiánya a logikai 0 bitet. Az átviteli közeg egy rendkívül vékony üvegszál. Ha a detektorba fény jut, akkor a detektor villa-mos jelet állít elő. Ha az üvegszál egyik végére fényforrást, a másik végére pedig de-tektort teszünk, akkor egy olyan egyirányú adatátviteli rendszert kapunk, amely villa-mos jeleket fogad, átalakítja azokat fényimpulzusokká, továbbítja a fényimpulzusokat, majd a kábel másik végén a fényimpulzusokat visszaalakítja villamos jelekké.

Az ilyen adatátviteli rendszerek a fény elszivárgása miatt csak a fizikusok számára jelentenek érdekességet, a gyakorlati életben azonban használhatatlanok. Amikor a fény egyik közegből átlép egy másik közegbe, mondjuk üvegből a levegőbe, akkor az üveg és a levegő találkozásánál a fény megtörik, ahogy ez a 2.5.(a) ábrán is látható. Az ábra egy olyan fénysugarat mutat, amely 1 szögben érkezik meg a határfelülethez, és1 szögben halad tovább. A visszaverődés mértéke függ a két közeg fizikai jel-lemzőitől (elsősorban azok törésmutatójától). Ha a beesési szög nagyobb egy bizonyos határértéknél, akkor a fény nem lép ki a levegőre, hanem visszaverődik az üvegbe. Így ha a fénysugár beesési szöge egyenlő a határszöggel vagy nagyobb annál, akkor a fénysugár az üvegszálon belül marad, ahogy ezt a 2.5.(b) ábra is szemlélteti, és akár több kilométert is megtehet gyakorlatilag veszteség nélkül.

A 2.5.(b) ábrán csak egyetlen fénysugár látható, de mivel a határszöggel azonos vagy annál nagyobb szögben beeső sugarak mind az üvegszálon belül maradnak, ezért egyszerre sok, különböző szögben visszaverődő fénysugár halad az üvegszálban. Min-den egyes sugárnak más és más az ún. módusa, ezért az ilyen üvegszálat többmódu-sú szálnak nevezik.

Ha viszont az üvegszál átmérőjét néhány fényhullámhossznyira lecsökkentjük, ak-kor az üvegszál hullámvezetőként viselkedik, és a fény visszaverődés nélkül, egyenes vonal mentén terjed a vezetékben. Az ilyen üvegszálat egymódusú szálnak nevezik. Az egymódusú szálak jóval drágábbak, viszont nagyobb távolságok áthidalására hasz-nálhatók. A jelenleg kapható egymódusú üvegszálak másodpercenként néhány gigabi-tet képesek 30 km-re továbbítani. Laboratóriumi körülmények között még ennél is na-

2.5. ábra. (a) Egy üvegszál belsejében a fénysugár három különböző szögben érkezik az üveg és a levegő határához. (b) A teljes belső visszaverődés miatt a fénysugár az üvegszálon belül marad


gyobb sebességeket értek el rövidebb távolságok esetén. Tapasztalat szerint a nagyobb teljesítményű lézerek erősítés nélküli akár 100 krn-re is képesek adatot továbbítani, igaz, kisebb sebességgel. Az erbiumalapú optikai szálak várhatóan még az eddigieknél is nagyobb távolságot hidalnak majd át erősítés nélkül.

Fény továbbítása fényvezető szálon

A fényvezető szál üvegből készül, az üveg pedig homokból. A homok olcsó és a ter-mészetben korlátlan mennyiségben fellelhető anyag. Az üveggyártást már az egyipto-miak is ismerték, bár ők még nem tudtak 1 mm-nél vékonyabb átlátszó üveget készí -teni. Az ablaknak is alkalmas, átlátszó üveget a reneszánsz korban fejlesztették ki. A mai fényvezető szálakban az üveg annyira átlátszó, hogy ha az óceánt víz helyett ezzel az üveggel töltenénk meg, akkor a tenger fenekét olyan tisztán lehetne látni, mint ahogy tiszta időben a földfelszínt egy repülőgép fedélzetéről.

A fényerősség csökkenését az üvegben a fény hullámhossza határozza meg. Az optikai kábelnek használt üvegben a csillapítás a 2.6. ábrán látható módon alakul. A csillapítást decibelben, míg a távolságot hneáris skála mentén, kilométerben adtuk meg. A decibelben mért csillapítást a következő képlet alapján számolhatjuk ki:

Ha például a fényerősség a felére csökken, akkor a csillapítás értéke 10 log10 2 = 3 dB. Az ábrán látható hullámhosszak az infravörös tartomány közelében vannak, mivel a gyakorlatban is ezt a tartományt használják. A látható fénynek valamivel rövidebb a hullámhossza, azaz nagyjából 0,4 és 0,7 mikron közé esik (1 mikron az 10-6 méter).

2.6. ábra. Fényvezető szálban terjedő fény csillapítása az infravörös tartományban


Három hullámhossztartományt használnak adatátvitelre. A három tartomány a 0,85 mikronos, az 1,3 mikronos és az 1,55 mikronos hullámhossz köré esik. Az utóbbi kettőnél elég kicsi a csillapítás: kilométerenként kevesebb, mint 5%. A 0,85 mikronos tartomány esetén nagyobb a csillapítás, azonban ennek a hullámhossznak az az óriási előnye, hogy a lézert és az elektronikát ugyanabból az anyagból (gallium-arzenidből) lehet készíteni. Mindhárom sáv 25 000-30 000 GHz széles.

A fényvezető szálon továbbított fényimpulzusok terjedés közben szétterülnek. Ezt a jelenséget szóródásnak nevezzük. A szóródás mértéke függ a hullámhossztól. A szóródó impulzusok átlapolódásának megakadályozására az egyik módszer az, hogy megnöveljük az impulzusok közötti távolságot, ami viszont a jelzési sebesség csökke-nésével jár. Szerencsére felfedezték, hogy a szóródási hatások kioltják egymást, ha az impulzusok alakja a cosinus hyperbolicus függvény reciprokának az alakjára hasonlí-tanak. Így lehetőség nyílik arra, hogy észrevehető torzulás nélkül továbbítsunk fény-impulzusokat több ezer kilométer távolságra. Az ilyen impulzusokat szolitonoknak hívják. Jelentős kutatásokat végeznek annak érdekében, hogy a szolitonokat a labora-tóriumból át tudják vinni a gyakorlatba.

Fénykábelek

A fényvezető kábel a fonott árnyékolástól eltekintve hasonlít a koaxiális kábelre. A 2.7.(a) ábra oldalnézetben mutat egy fényvezető szálat. Középen található az üveg-mag, amiben a fény terjed. Többmódusú szál esetén a mag 50 mikron átmérőjű, azaz körülbelül olyan vastag, mint egy emberi hajszál. Egymódusú szál esetén a mag 8-10 mikron átmérőjű.

Az üvegmagot olyan üvegköpeny veszi körül, amelynek a törésmutatója kisebb, mint a magé, így a fénysugár a magon belül marad. A szálat kívülről műanyag védő-burkolattal látják el a köpeny védelme érdekében. A fényvezető kábelben általában több szálat fognak össze, és azokat egy műanyag csőbe helyezve védik a külső behatá-soktól. A 2.7.(b) ábrán egy háromszálas kábel keresztmetszetét láthatjuk.

A szárazföldi fénykábeleket általában egy méter mélyre fektetik, ahol gyakran

2.7. ábra. (a) Fényvezető szál oldalnézetben. (b) Három fényvezető szálból álló kábel keresztmetszete


okoznak kárt a markológépek és a rágcsálók. A tengeri kábeleket a partok közelében vízi eke segítségével beszántják a tengerfenék alá, míg a mélyebb vizekben pedig egy-szerűen csak leengedik a kábeleket a tengerfenékre, ahol a halászhajók és a cápák időnként megtépázzák azokat.

A fényvezető szálakat háromféleképpen lehet egymáshoz csatlakoztatni. Az egyik módszer az, hogy a fényvezető szál végeit megfelelő csatlakozókkal látjuk el, és eze-ket dugjuk össze. A csatlakozók 10-20% veszteséget okoznak, viszont megkönnyítik a rendszer újrakonfigurálását.

A második lehetőség, hogy a szálakat mechanikusan egymáshoz illesztjük. Ennek a módszernek az a lényege, hogy mindkét szálat meghatározott szögben óvatosan le-nyessük, majd a nyesett végeket összeillesztjük, és egy szorítóval összefogjuk. Az illesztés pontossága úgy javítható, hogy az egyik üvegszálba belevilágítunk, és a kél szálat finoman addig mozgatjuk, amíg a kijövő jel intenzitása a lehető legnagyobb nem lesz. A mechanikai összeillesztést egy rutinos szakember akár 5 perc alatt is el tudja végezni, és ez a csatlakoztatási mód csak 10% veszteséget okoz.

A harmadik lehetőség az, hogy a két kábelt összeforrasztjuk. A forrasztott szál majdnem olyan jó, mint egy gyárilag húzott szál, de azért még itt is van némi csillapí-tás. Mindhárom csatlakoztatási mód esetén van egy kis visszaverődés az illesztésnél, és a visszaverődött fény interferálhat az eredeti jellel.

A fényimpulzusok előállítására kétféle fényforrást használnak: az egyik a LED (Light Emitting Diode), a másik pedig a félvezető lézer. A két fényforrás sok minden-ben különbözik egymástól. A 2.8. ábrán látható táblázatban a leglényegesebb különb-ségeket foglaltuk össze. A fény hullámhosszát a forrás és a fényvezető szál között el-helyezkedő Fabry-Perot- vagy Mach-Zehnder-interferométerrel lehet változtatni. A Fabry-Perot-interferométer egy olyan rezonanciaüregből áll, amelyet két egymással párhuzamos tükör határol. A fény merőlegesen esik be a tükrökbe. Az üreg hosszának változtatásával a fény hullámhosszának egész számú többszöröseit lehet előállítani. A Mach-Zehnder-interferométer a fénysugarakat két olyan nyalábra osztja, amelyek az interferomcteren belül közel azonos távolságot tesznek meg, majd a kimeneti ponton összefokuszálják őket, így csak bizonyos hullámhosszak esetén lesznek azonos fázis-ban.

A fényvezető szál másik végén egy fotodióda található, amely elektromos impulzu-sokat állít elő, ha fény esik rá. A fotodióda tipikus késleltetése 1 ns körül van, ez kor-

Jellemző LED Félvezető lézer

Adatátviteli sebesség Alacsony Magas

Módus Többmódusú Többmódusú vagy egymódusú

Távolság Kicsi Nagy

Élettartam Hosszú Rövid

Hőmérsékletérzékenység Kicsi Jelentős

Ár Olcsó Drága

2.8. ábra. Fényforrásként szolgáló félvezető diódák és LED-ek összehasonlítása


látozza az adatsebességet kb. 1 Gb/s-ra. A termikus zaj szintén problémát jelent, ezért a fénysugárnak elegendő energiával kell rendelkeznie ahhoz, hogy detektálni lehes-sen. Ha a fényimpulzusok elég nagy energiával rendelkeznek, akkor a hibaarány tet-szőlegesen kicsi lehet.

Fényvezető szálas hálózatok

A fényvezető szálas kábeleket mind a lokális, mind pedig a nagy kiterjedésű hálóza-tokban jól lehet alkalmazni, bár az ilyen hálózatokhoz történő csatlakozás korántsem olyan egyszerű, mint az Ethernet esetében. A probléma megoldását az a felismerés könnyíti meg, hogy egy gyűrű topológiájú hálózat valójában két pont közötti össze-köttetésekből áll, ahogy ezt a 2.9. ábrán is láthatjuk. A fényimpulzusok sorozatát mindegyik számítógép interfésze átengedi magán, és a következő adatvonalon továb-bítja. Az interfész egyben T csatlakozóként is működik, és lehetővé teszi a számítógép számára, hogy üzeneteket küldjön és fogadjon.

Az interfészeknek két típusa van. A passzív interfész két csatlakozóval kapcsolódik a főszálhoz. Az egyik csatlakozó egy LED-et vagy egy lézerdiódát tartalmaz a végén (adattovábbítás céljából), míg a másik egy fotodiódát (vétel céljából). A csatlakozók teljesen passzívak, így rendkívül megbízhatóak. Ha például a LED vagy a fotodióda meghibásodik, akkor a gyűrű nem szakad meg, csak a számítógép kapcsolódik le a gyűrűről.

Az interfészek másik típusát a 2.9. ábrán látható aktív ismétlő (active repeater) jelenti. Az aktív ismétlő a beérkező fényjelet villamos jellé alakítja, szükség szerint felerősíti, ha gyenge, majd visszaalakítja fényjellé, és úgy továbbítja. A számítógép és a jelgenerátor közötti interfész egy hagyományos rézvezeték. Manapság már tisztán optikai ismétlőket is alkalmaznak. Ezekben az ismétlőkben nincs szükség optikai-villamos-optikai átalakításra, ezért rendkívül nagy adatátviteli sebességet tesznek lehetővé.

Ha egy aktív ismétlő meghibásodik, akkor a gyűrű megszakad, és a hálózat műkö-

2.9. ábra. Fényvezető szálas gyűrű aktív ismétlővel


Minden kimenő fényvezető szálon megjelenik az összes bemenő fényvezető szál fénye

2.10. ábra. Passzív csillag egy fényvezető szálas hálózatban

dése leáll. Ugyanakkor, mivel a jelet mindegyik interfész előállítja, két összekapcsolt számítógép között akár több kilométer is lehet, miközben gyakorlatilag semmi nem korlátozza a gyűrű teljes méretét. A passzív interfészek minden csatlakozásnál elvesz-tenek valamennyi fényt, ezért az ilyen gyűrűre kapcsolódó számítógépek száma, illet-ve a gyűrű mérete erősen korlátozott.

Egy fényvezető szálas lokális hálózat nem csak gyűrű topológiájú lehet. A 2.10. ábrán látható passzív csillag (passive star) topológia segítségével hardver alapú adat-szórást is meg lehet valósítani. Ebben a hálózatban az interfészek adóegységeiből fényvezető szálak futnak egy üveghenger egyik végébe, ahogy ez a 2.10. ábrán is lát -ható. Hasonló módon, az üveghenger másik végéből optikai szálak jönnek ki, és mennek az összes interfész vevő egységéhez. Amikor valamelyik interfész kiad egy fényimpul-zust, akkor az a passzív csillagban szétterjed, és eljuttatja a fényimpulzust az összes vevő egységhez. Így jön létre az adatszórás. A passzív csillag a beérkező fényjeleket tulajdonképpen összekeveri, és az így kapott vegyes jelet az összes kimeneti vonalon továbbítja. Mivel a beérkező energia szétoszlik a kimeneti vonalak között, ezért az ilyen hálózatokon a számítógépek számát a fotodiódák érzékenysége határozza meg.

A fényvezető szál és a rézvezeték összehasonlítása

Igencsak tanulságos lehet az optikai szál és a rézvezeték összehasonlítása. Az optikai szálnak rengeteg előnye van. Rögtön azzal kezdjük, hogy a fényvezető szálnak jóval nagyobb a sávszélessége, mint a rézvezetéknek. Ez önmagában véve még csak a nagy sebességű hálózatok esetén jelentene előnyt. Tekintettel azonban a kis csillapításra, a


hosszú vonalakon csak 30 km-enként van szükség ismétlőkre, szemben a rézvezeték-kel, ahol kb. 5 km-enként. Ez bizony jelentős megtakarítást jelent. A fényvezető szál egy másik nagy előnye, hogy nem érzékeny az áramimpulzusokra, az elektromágneses zavarokra és az elektromos hálózati kimaradásokra. A levegőben található korrodáló hatású vegyületek sem ártanak neki, ezért ideális megoldást jelent erősen korrodáló ipari környezetben.

A telefontársaságok rendkívüli módon kedvelik a fényvezető szálakat, méghozzá két dolog miatt: egyrészt mert vékonyak, másrészt mert pehelykönnyűek. Számtalan kábelcsatorna már most is teljesen tele van, így nincs hely újabb vezetékek számára. Az összes rézvezeték fényvezető kábelre történő kicserélésével ki lehetne üríteni a ká-belcsatornákat, és színesfém-feldolgozóknak jó pénzért el lehetne adni a rézvezetéke-ket, tekintettel a magas réztartalmukra. A fényvezető szál könnyebb is, mint a rézve-zeték. Ezer darab 1 km hosszú csavart érpár súlya 8000 kg. Két optikai szálnak na-gyobb a kapacitása, ugyanakkor csak 100 kg-ot nyom. Ez jelentősen csökkenti a szál-lítás költségeit, mivel kevesebb szállítóeszközt kell fenntartani. Új routerek üzembe helyezésének költségei is jóval alacsonyabbak optikai szálas hálózatokban.

Végül a fényvezető szálból nem szivárog el fény, és megcsapolni is igen nehéz azt. Ez kiváló védelmet jelent a potenciális lehallgatók ellen.

Az, hogy a fényvezető szál sokkal előnyösebb tulajdonságokkal bír, mint a rézve-zeték, a mögöttük rejlő fizikai jelenségekből következik. Amikor az elektronok egy vezeték belsejében mozognak, akkor kölcsönhatásba kerülnek egymással, illetve a vezetéken kívüli elektronok is hatnak rájuk. A fényvezető szálban a fotonok nincsenek hatással egymásra(mivel nincs elektromos töltésük), és a külső szórt fények sem za-varják a szálban haladó fénysugarakat.

A fényvezető szál egyik nagy hátránya az, hogy viszonylag bonyolult a technoló-giai háttere, és emiatt olyan szakképzettséget igényel, amivel a legtöbb mérnök nem rendelkezik. Mivel az optikai átvitel alapvetően egyirányú, a kétirányú kommuniká-cióhoz vagy két fényvezető szálra van szükség, vagy egy szálon belül két frekvencia-sávra. Végül az optikai interfészek drágábbak, mint az elektromos interfészek. Mind-ezek ellenére, a jövőben nyilvánvalóan csak fényvezető kábeleket használnak majd a néhány méternél nagyobb távolságot áthidaló adatátviteli rendszerekben. A fényveze-tő szálas hálózatokról részletesen (Green, 1993) művében olvashatunk.

2.3. Vezeték nélküli adatátvitel

Napjainkban egyre több olyan ember van, aki az információ megszállottjaként folyton a hálózaton lóg. Az ilyen embereknek persze a csavart érpár, a koaxiális kábel vagy a fényvezető kábel szóba sem jöhet. Ők az adataikat laptopon, notebookon, zsebszámo-lógépen, palmtopon vagy karórába beépített számítógépen tárolják, és eszük ágában sincs a szárazföldi kommunikációs infrastruktúrát használni. Nekik találták ki a veze-ték nélküli adatátvitelt. Ebben az alfejezetben a vezeték nélküli adatátvitelről általá-nosságban lesz szó, mivel ez a téma nem csak arról szól, hogy hogyan lehet kapcsolat-ba kerülni olyan valakivel, aki egy repülőgép fedélzetén olvassa az e-leveleit.


Vannak, akik azt hiszik, hogy a jövőben csak kétféle kommunikáció lesz: a fényve-zető szálas és a vezeték nélküli. Minden helyhez kötött (tehát nem elmozdítható) szá-mítógép, telefon, fax stb. fényvezető szálas lesz, míg az összes mobil eszköz vezeték nélküli.

Persze bizonyos körülmények között a vezeték nélküli átvitel előnyösebb lehet a helyhez kötött berendezések esetén is. Ha például egy vezeték kihúzása nehézségekbe (pl. magas hegy, őserdő, folyó stb.) ütközik, akkor a vezeték nélküli megoldás jobbnak tűnhet. Itt érdemes megjegyeznünk, hogy a modern vezeték nélküli digitális adatátvitel a Hawaii-szigeteken jelent meg először, ugyanis itt a Csendes-óceán óriási vízfelületei teljesen elszigetelték egymástól a felhasználókat, és így a hagyományos telefonhálózat alkalmatlan volt adatátviteü célokra.

2.3.1. Az elektromágneses spektrum

Amikor mozognak az elektronok, elektromágneses hullámokat keltenek maguk körül. Ezek az elektromágneses hullámok a szabad térben (sőt még a vákuumban is) tovater-jednek. Az elektromágneses hullámok létezését elsőként James Clerk Maxwell angol fizikus ismerte fel 1865-ben, majd később, 1887-ben Heinrich Hertz német fizikus el-sőként állított elő, és figyelt meg ilyen hullámokat. Az elektromágneses hullám má-sodpercenkénti rezgésszámát frekvenciának (f) nevezzük. A frekvencia mértékegysége - Heinrich Hertz tiszteletére - a Hertz (Hz). Két egymást követő hullámcsúcs (vagy hullámvölgy) közötti távolságot hullámhossznak hívunk, és a görög A (lambda) betűvel jelölünk.

Ha egy elektronikus áramkörhöz megfelelő méretű antennát csatlakoztatunk, akkor az elektromágneses hullámokat szét lehet úgy szórni, hogy kicsivel arrébb venni le-hessen őket. Az összes vezeték nélküli átviteli mód ezen az elven alapul.

A vákuumban minden elektromágneses hullám a frekvenciájától függetlenül ugyanazzal a sebességgel terjed. Ezt a sebességet fénysebességnek (c) hívjuk, és érté-ke kb. 3 x 108 m/s, azaz kb. 30 cm/ns. Rézben és üvegszálban ez a sebesség nagyjából a 2/3-ára csökken, és kismértékben frekvenciafüggővé válik. A fénysebesség egyben a végső sebességhatár is. Semmilyen tárgy vagy jel nem képes ennél gyorsabban haladni.

Az f, a és a (vákuumbeli) c között az alábbi összefüggés áll fenn:

f=c

(2.2)

Mivel c konstans,/ismeretében meghatározhatjuk A-t. Ez persze fordítva is igaz. Pél-dául egy 1 MHz-es hullám hullámhossza kb. 300 m, míg egy 1 cm hullámhosszú hul-lám frekvenciája pedig 30 GHz.

Az elektromágneses spektrumot a 2.11. ábrán láthatjuk. A rádióhullám, a mikro-hullám, az infravörös hullám és a látható fény a spektrumnak az a része, amely ampli-túdó-, frekvencia- vagy fázismoduláció révén alkalmas információtovábbításra. Az ultraibolya, a röntgen- és a gamma-sugarak a nagyobb frekvencia miatt még jobbak lennének, de ezeket nehéz előállítani és modulálni, nem terjednek jól az épületekben, és veszélyesek az élővilágra. A 2.11. ábra alján található sávokat az ITU által meg-


2.11. ábra. Az elektromágneses spektrum és felhasználása a távközlésben

adott hivatalos elnevezésekkel illettük. Az LF sáv hullámainak hullámhossza 1 és 10 km között van (a megfelelő frekvenciatartomány kb. 30 MHz-től 300 MHz-ig terjed). Az LF, az MF és a HF rövidítés az alacsony frekvenciájú (Low Frequency), a közepes frekvenciájú (Medium Frequency), illetve nagyfrekvenciás (High Frequency) hullá-mokat jelenti. Persze, amikor az elnevezések születtek, akkor még senki nem gondolt arra, hogy a 10 MHz-es tartomány fölé menjen, így az ennél magasabb sávokat Very, Ultra, Super, Extremely és Tremendously High frekvenciasávoknak nevezték cl. Ezek fölött már nincsen neve a sávoknak, pedig a hihetetlenül (Incredibly), a megdöbbentően (Astonishingly) és a bámulatosan (Prodigiously) magas frekvencia (IHF, AHF és PHF) elnevezések nem hangzanának rosszul.

Az elektromágneses hullámmal továbbítható információ mennyisége a sávszéles-ségtől függ. A technika mai állása szerint alacsonyabb frekvenciákon másodpercen-ként néhány bitet tudunk kódolni, de magasabb frekvenciákon akár 40-et is, azaz egy 500 MHz sávszélességű kábelen több gigabitnyi adatot tudunk továbbítani másodper-cenként. A 2.11. ábrából kiderül, hogy a hálózatos szakemberek miért szeretik annyira a fényvezető szálakat.

Ha a (2.2) egyenletből kifejezzük f-et, és szerint deriváljuk, akkor a következőt kapjuk:

Ha a differenciálhányados helyett a differenciahányadost vesszük, és csak az abszolút változást nézzük, akkor a következőt kapjuk:


Tehát, ha adott a hullámhossztartomány szélessége (), akkor kiszámolhatjuk a meg-felelő frekvenciatartomány szélességét (f), és abból pedig az adott sáv adatátviteli sebességét. Minél szélesebb a frekvenciatartomány, annál nagyobb az adatátviteli se-besség. Nézzük meg például a 2.6. ábrán látható 1,3 mikronos sávot. Itt a = 1,3 x 10-6 és a = 0,17 x 10-6, azaz a A/körülbelül 30 THz.

A teljes káosz megeló'zése érdekében országon belüli és nemzetközi megállapodá-sok szabályozzák, hogy ki milyen frekvenciasávot használhat. Mivel mindenki nagy adatsebességet szeretne, ezért mindenkinek nagy sávszélességre van szüksége. Az Egyesült Államokban az FCC osztja ki a sávokat az AM és FM rádióadóknak, a tele -vízióadóknak és a celluláris telefonhálózatokat üzemeltető' cégeknek, továbbá a veze-tékes telefontársaságoknak, a rendőrségnek, a tengerjáró hajóknak, a légiirányításnak, a hadseregnek, a kormánynak és még sok más igénylőnek. Nemzetközi szinten az ITU-R egyik hivatala (WARC) foglalkozik ezzel. Például 1991-ben egy spanyolországi ülésén az ARC engedélyezett egy keskeny frekvenciasávot a kézben is elférő személyi hívók számára. Sajnos az FCC-t nem kötelezik a WARC ajánlásai, ezért ugyanerre a célra más sávot engedélyezett. (Ennek az az oka, hogy az Egyesült Államokban a személyi hívók más sávot használtak, mint a WARC ajánlása, és tulajdonosaik nem akarták visszaadni ezt a sávot, amihez persze megvolt a kellő politikai befolyásuk.) Következésképpen azok a személyi hívók, amiket az Egyesült Államokban gyártanak, nem használhatók Európában és Ázsiában. Ez persze fordítva is igaz.

A lehető legjobb vétel (néhány W/Hz) érdekében a legtöbb átvitelnél keskeny sávot használnak (tehát f/f << 1). Egyes adóegységek meghatározott sorrend szerint frek-venciáról frekvenciára ugrálnak, vagy az átvitelt szándékosan szétszórják valamilyen széles frekvenciasáv mentén. Ezt az eljárást szórt spektrumnak (spread spectrum) hívják (Kohno és mások, 1995). Ez az eljárás a hadseregben közkedvelt átviteli technika, mivel az ilyen adásokat igen nehéz fogni, és szinte lehetetlen torlódást okoz-ni. A frekvenciaugrásos módszer minket kevésbé érdekel, bár annyit érdemes róla tud-ni, hogy Hedy Lamarr mozisztár volt az egyik feltalálója. Az üzleti életben egyre nép-szerűbb, valódi szórt spektrumra, amit néha közvetlen sorozatú szórt spektrumnak (direct sequence spread spectrum) is neveznek, a 4. fejezetben még visszatérünk. A szórt spektrumos kommunikáció történetéről (Scholtz, 1982) művében olvashatunk el-bűvölő részleteket.

A továbbiakban egyelőre azzal a feltételezéssel fogunk élni, hogy minden átvitel keskeny frekvenciasávot használ. A következő bekezdésekben arról lesz szó, hogy mi-re használják a spektrum különböző részeit. Ennek tárgyalását a rádiófrekvenciás átvi-tellel kezdjük.

2.3.2. Rádiófrekvenciás átvitel

A rádióhullámok egyszerűen előállíthatók, nagy távolságra jutnak el, és könnyen átha-tolnak az épületek falain, így széles körben használják ezeket mind kültéri, mind bel -téri alkalmazásokban. A rádióhullámok minden irányba terjednek, így az adót és a ve-vőt nem kell fizikailag precízen egymáshoz illeszteni.

Legtöbbször jó, hogy a rádióhullámok minden irányba terjednek, de van, amikor ez


problémát jelent. A 70-es években a General Motors elhatározta, hogy az új Cadillac-ek fékrendszerébe számítógéppel vezérelt blokkolásgátlót épít be. Amikor az autó ve-zetője rálépett a fékpedálra, a számítógép folyamatosan megnyomta és elengedte a fé-ket, így az autó kerekei nem blokkoltak. Egy szép napon egy ohiói autópályarendőr rádiótelefonján felhívta a központot, és arra lett figyelmes, hogy a mellette haladó Cadillac hirtelen úgy elkezdett ugrálni, mint egy bakkecske. Amikor a rendőr félreállí-totta az autót, a sofőr mentegetőzött, hogy ő nem csinált semmit, a kocsija viszont meghibbant.

Végül kezdett tisztázódni a kép: a Cadillacek időnként megvadultak, de csak Ohio jelentősebb autópályáin, és csak akkor, amikor az autópályarendőr szolgálatban volt. A General Motors sokáig nem értette, hogy miért nincs semmi gond a Cadillacekkel más államokban és Ohio alacsonyabb rendű útjain. Hosszas kutatás után rájöttek arra, hogy a Cadillacben levő vezetékek olyan antennaként működnek, amelyek az ohiói autópálya-rendőrség új rádiós rendszerének frekvenciájára érzékenyek.

A rádióhullámok terjedési tulajdonságai frekvenciafüggők. Alacsony frekvencián a rádióhullámok minden akadályon áthatolnak, viszont a teljesítményük a forrástól tá-volodva erősen - a levegőben nagyjából 1/r3 szerint - csökken. A nagyfrekvenciás rá-dióhullámok egyenes vonal mentén terjednek, és a tárgyakról visszaverődnek. Az eső elnyeli a nagyfrekvenciás rádióhullámokat. A rádióhullámokat a villamos motorok és más elektronikus berendezések minden frekvenciatartományban zavarják.

Mivel a rádióhullámok nagyon messzire eljutnak, ezért komoly problémát jelent a felhasználók közötti interferencia. Emiatt minden országban szigorúan engedélyhez kötik a rádióadóval ellátott eszközök használatát. Egy eset azonban kivétel ez alól (lásd később).

A VLF, LF és MF frekvenciasávokban a rádióhullámok a 2.12.(a) ábrán látható módon a földfelszínt követik. Ezeket a hullámokat akár 1000 km távolságra is venni lehet alacsonyabb frekvenciák esetén. Magasabb frekvenciákon a hatótávolság csök-ken. Az AM rádióadások az MF sávot használják, ezért nem lehet tisztán fogni a bos-toni rádiók adásait New York-ban. Ebben a sávban a rádióhullámok átjutnak az épüle-tek falain, ezért tudjuk a zsebrádiót lakásunkban is hallgatni. Ezek a sávok azért nem alkalmasak adatkommunikációra, mert viszonylag kicsi az általuk biztosított sávszé-lesség (lásd (2.2) egyenlet).

A HF és a VHF sávokban a földközeli hullámokat a földfelszín kezdi elnyelni. Azok a hullámok viszont, amelyek eljutnak az ionoszféráig, a 2.12.(b) ábrán látható

2.12. ábra. (a) A VLF, a VF és az MF sávban a rádióhullámok követik a Földfelszínének görbületét. (b) A HF sávban a rádióhullámok visszaverődnek az ionoszféráról

122 SZÁMÍTÓGÉP- HÁLÓZATOK

módon visszaverődnek a földre. (Az ionoszféra a földfelszín felett 100 és 500 km kö-zötti magasságban található légréteg, amelyben elektromosan töltött részecskék mo-zognak.) Bizonyos légköri feltételek mellett a hullámok többször is visszaverődhet-nek. Az amatőr rádiósok ezeket a sávokat használják nagy távolságú beszélgetéseik-hez. A hadsereg szintén használja a HF és a VHF sávot.

2.3.3. Mikrohullámú átvitel

100 MHz felett az elektromágneses hullámok egyenes vonal mentén terjednek, és ezért jól fókuszálhatók. Ha e hullámokat egy parabolaantenna (amilyen a házakon lát-ható műholdas televízióantenna) segítségével egy keskeny nyalábba lógjuk össze, ak-kor a jel-zaj viszony sokkal jobb lesz, viszont ehhez az adó és vevő antennáját nagyon pontosan egymáshoz kell igazítani. Ráadásul, ez az irányítottság lehetővé teszi azt, hogy több, egymás mellé helyezett adóegység interferencia nélkül tudjon kommuni-kálni az egymás közelében levő vevőegységekkel. Az optikai kábelek megjelenése előtt évtizedeken keresztül ilyen mikrohullámú rendszerek jelentették a nagytávolságú távbeszélőrendszerek alapját. A nagytávolságú szolgáltató MCI neve eredetileg Microwave Communications Inc. volt, mivel kezdetben az egész rendszer mikrohullá-mú adótornyokból állt. (Azóta persze a hálózat nagy részét lecserélték optikai kábe-lekre.)

Mivel a mikrohullámok egyenes vonal mentén terjednek, ezért a földfelszín görbü-lete problémát jelent, ha az adótornyok túlságosan messze vannak egymástól. (Gon-doljunk csak egy San Francisco és Amsterdam közötti kapcsolatra.) Ezért meghatáro-zott távolságonként ismétlőkre van szükség. Minél magasabbak az adótornyok, annál messzebbre lehetnek egymástól. Az ismétlők egymástól mért távolsága durván az adótornyok magasságának négyzetgyökével egyenlő. Ez azt jelenti, hogy 100 m ma-gas tornyok esetén az ismétlőket egymástól 80 km távolságra lehet telepíteni.

Az alacsony frekvenciás rádióhullámokkal szemben a mikrohullámok nem képesek áthatolni az épületek falain. Ráadásul, az adóegység hiába fókuszálja jól a mikrohullá-mú sugarakat, azok a levegőben mindenképpen szóródnak valamennyire. A hullámok egy kis része megtörhet az alacsonyabb légköri rétegeknél, ezek a hullámok valamivel később érnek célba, mint a közvetlen beérkező hullámok. A megtört hullámok fázisa nem egyezik meg a közvetlen beérkező hullámokéval, így ezek akár ki is olthatják egymást. Ez a jelenség, az elhalkulás (multipath fading), sokszor komoly gondot okoz. Az elhalkulás függ az időjárástól és a frekvenciától. Egyes szolgáltatók a csator-náik 10%-át készenlétben tartják arra az esetre, ha az elhalkulás időlegesen tönkreten-né valamelyik frekvenciasávot.

Az egyre növekvő frekvenciaigény a műszaki fejlesztést arra sarkallja, hogy az át-vitelt egyre magasabb frekvenciákon is lehetővé tegye. Ma már otthonosan mozgunk 10 GHz-es tartományban is, bár igaz, hogy 8 GHz környékén új problémával találjuk magunkat szemben, ez pedig az, hogy a víz elnyeli a mikrohullámú sugarakat. Ezek hullámhossza csak pár centiméter, és az esőben teljesen elnyelődnek. Ez a jelenség hasznos lenne akkor, ha valaki egy óriási szabadtéri mikrohullámú sütőt szeretne épí-teni magának, de az adatátvitel szempontjából ez sajnos egy igen komoly probléma.


Ahogy azt az elhalkulásnál is tettük, a jelenséget úgy lehet kivédeni, hogy kikap-csoljuk azokat a vonalakat, amelyek esős területeken mennek keresztül, és megkerül-jük az esőzónát.

Összefoglalva az eddigieket, a mikrohullámú átvitelt olyan széles körben használ-ják a nagytávolságú távbeszélőrendszerekben, a celluláris telefonhálózatokban, a tele-víziós műsorszórásban és még sok más területen, hogy komoly frekvenciahiány lépett fel. Az optikai kábellel szemben ugyanis számos előnye van. A legfontosabb talán az, hogy a vezetékek nem igényelnek útvonalat. Bőven elég 50 km-enként egy kis földda-rabot megvenni, egy mikrohullámú adótornyot ráépíteni, és a telefonrendszert átvezetve rajta közvetlenül is tudunk kommunikálni. Ennek a módszernek köszönheti az MCI, hogy olyan gyorsan fejlődött, amikor nagytávolságú telefonszolgáltatással kezdett el foglalkozni. (A Sprint más utat választott. Ezt a céget a Southern Pacific Railroad hozta létre, amely nagy mennyiségű útvonal birtokában volt, és a fényvezető kábeleket egyszerűen az utak mellé a földbe fektette.)

A mikrohullámú technológia viszonylag nem drága. Két egyszerű adótorony fel-építése (ami akár egy négy huzallal kifeszített oszlop is lehet) és egy-egy antenna rá-helyezése olcsóbb lehet, mint 50 kilométernyi fényvezető kábel lefektetése egy zsúfolt városrészben vagy a hegyekben. Még a telefontársaságoktól bérelt fényvezető kábe-leknél is olcsóbb, különösen akkor, ha a telefontársaságnak még nem fizették ki azok-nak a rézvezetékeknek az árát, amelyeket fényvezető kábelekre cserélt le.

A nagytávolságú adatátvitelen kívül a mikrohullámoknak van még egy fontos fel-használási területe, nevezetesen az ipari/tudományos/orvosi célra használható sávok. Ezek a sávok nem tartoznak állami felügyelet alá, így használatukhoz nincs szükség hivatalos engedélyekre. Egyetlen nemzetközileg elfogadott ilyen sáv van, ez a 2,400-2,484 GHz-es tartomány. Ezenkívül az Egyesült Államokban és Kanadában még to-vábbi két ilyen sáv létezik, a 902-928 MHz-es tartomány, illetve az 5,725-5,850 GHz-es tartomány. Ez utóbbi tartomány sávjait vezeték nélküli telefonoknál, garázsajtónyi-tókban, HIFI-készülékek távirányítóiban, biztonsági bejáratoknál stb. használják. A legjobb, 900 MHz-es sáv, ma már igen zsúfolt. Az ebben a frekvenciasávban működő készülékeket csak Észak-Amerika területén szabad használni. A magasabb frekven-cián működő berendezések sokkal drágább elektronikát igényelnek, és működésüket a mikrohullámú sütők, valamint a radarállomások megzavarhatják. Mindezek ellenére ezek a sávok a kistávolságú, vezeték nélküli hálózati alkalmazásokban rendkívül nép-szerűek, mivel a frekvenciák engedélyeztetésével nincs gond.

2.3.4. Infravörös és milliméteres hullámú átvitel

A vezeték nélküli infravörös és milliméteres hullámokat elsősorban a kistávolságú adatátvitelben használják előszeretettel. A televíziók, a videomagnók és a HIFI-készü-lékek távirányítóiban mind infravörös hullámú adóegység található. Az infravörös hullám viszonylag jól irányítható, olcsó és könnyen előállítható. Azonban van egy óri-ási hátránya; szilárd testeken nem képes áthatolni. (Próbaképpen álljunk be a távirá-nyító és a tévékészülék közé, és nézzük meg, hogy működik-e a távirányító.) Általá-nosságban azt mondhatjuk, hogy minél jobban közeledünk a kisfrekvenciás rádióhul-


lámoktól a látható fény felé, a hullámok annál inkább fényhullámként, és annál ke-vésbé rádióhullámként viselkednek.

Másfelől persze előnynek is vehetjük, hogy az infravörös hullámok nem hatolnak át a falakon. Ez ugyanis azt jelenti, hogy az egyik szobában levő infravörös rendszer nem zavarja a szomszédos szobában levő másik ilyen rendszert. Pontosan emiatt az infra-vörös rendszerek biztonsági szempontból nagyobb védelmet jelentenek, mint a rádió-hullámú rendszerek. Ennek köszönhető, hogy szemben a rádióhullámú rendszerekkel az infravörös rendszerek üzemeltetéséhez nincs szükség hivatalos engedélyeztetésre.

Az infravörös hullámok - a fent említett tulajdonságaik miatt - jó eséllyel pályáz-nak az épületen belüli vezeték nélküli lokális hálózatok átviteli rendszerének szerepé-re. Például az épületben található számítógépeket és irodákat fel lehetne szerelni vi-szonylag kis fokuszáltságú (azaz valamennyire minden irányba terjedő) infravörös hullámú adókkal és vevőkkel. Ily módon az infravörös adó-vevővel ellátott hordoz-ható számítógépeket nem kéne fizikailag is a közelben levő lokális hálózatra csatla-koztatni. Ha az emberek a hordozható számítógépükkel együtt mennek el egy értekez-letre, akkor egyszerűen csak le kell ülniük a tárgyalóteremben, és mindenki minden-kivel kapcsolatba kerül anélkül, hogy hálózatra csatlakoznának. Az infravörös kom-munikációs rendszereket nem lehet a szabadban használni, mert a Nap ugyanolyan erősen süt az infravörös tartományban, mint a látható fény tartományában. Az infravö-rös kommunikációról (Adams és mások, 1993; valamint Bantz és Bauchot, 1994) mű-veiben olvashatunk bővebben.

2.3.5. Látható fényhullámú átvitel

A vezeték nélküli fényjelzést már évszázadok óta használják. Paul Revere nevezetes útja előtt bináris fényjeleket küldött a bostoni Old North Church tornyából. Ennek egy modern változata az, amikor két épület lokális hálózatát a tetejükre szerelt lézerek se-gítségével kapcsoljuk össze. A lézert alkalmazó koherens optikai adatátvitel alapvető-en egyirányú, így mindkét épületnek külön lézerforrásra és fényérzékelőre van szük-sége. Ez a megoldás igen nagy sávszélességgel rendelkezik, és nagyon olcsó. Vi-szonylag egyszerű egy ilyen rendszert kiépíteni, és szemben a mikrohullámmal, nincs szükség hivatalos engedélyeztetésre.

A nagyon keskeny lézersugár nem csak előnyös, hanem bizonyos tekintetben hátrá-nyos is. Ahhoz, hogy egy 1 mm széles lézersugarat egy 500 m-re levő, 1 mm széles célra irányítsunk, Annie Oakley célzóképességére lenne szükségünk. Annak érdeké-ben, hogy a lézersugarak kissé szórjanak, lencséket helyeznek a fény útjába.

A lézer egyik nagy hátránya, hogy esőn és sűrű ködön nem képes áthatolni, napsü-tésben viszont remekül működik. Persze ez sem mindig igaz. A szerző volt egyszer egy modern szállodában megrendezett európai konferencián, ahol a szervezők gondo-san előkészítettek egy terminálszobát a résztvevők számára, hogy az unalmas előadá-sok alatt e-leveleiket tudják olvasgatni. Mivel a helyi telefontársaság nem volt hajlan-dó 3 napra egy csomó vonalat kiépíteni, ezért a szervezők egy lézert tettek föl a tetőre, és megcélozták vele a néhány kilométerre levő egyetem számítógép-központjának épületét. A konferencia előtti estén az egészet kipróbálták, és tökéletesen működött.


2.13. ábra. A hőáramlások megzavarhatják a lézeres távközlési rendszerek működését. Az ábra olyan kétirányú rendszert mutat, amelyben két lézerforrás található

Másnap reggel 9 órakor, verőfényes napsütésben a kapcsolat teljesen megszűnt, és nem működött egész nap. Aznap este a szervezők megint kipróbálták, és akkor újból minden tökéletesen működött. Ez a jelenség a következő két napon ugyanúgy megis-métlődött.

A konferencia után a szervezők rájöttek a probléma nyitjára. A tűző nap annyira felmelegítette a tetőt, hogy megindult egy felfelé irányuló hőáramlás, ahogy ez a 2.13. ábrán látható. Ez a turbulens áramlás eltérítette a lézersugarakat, és a detektor előtt táncoltatta azokat. Ilyen légköri jelenség játszódik le a csillagok esetén is, amikor csil-logni látjuk őket. (A csillagászok is azért viszik fel a távcsöveiket a hegytetőkre, hogy minél jobban a légkör fölé emelkedjenek velük.) Szintén ezzel a jelenséggel magya-rázható a tükröződő aszfalt, továbbá az is, amikor egy meleg fűtőtest fölött átnézve re-megni látjuk a fűtőtest környezetét.

2.4. A távbeszélőrendszerek

Amikor két olyan számítógép között kell kapcsolatot teremteni, amelyek ugyanahhoz a céghez vagy szervezethez tartoznak, és elég közel vannak egymáshoz, akkor a leg-egyszerűbb megoldás az, ha a két gépet egy vezetékkel közvetlenül összekötjük. Így működnek a lokális hálózatok. Ha viszont a távolságok már nagyok, több gépről van szó, vagy a vezetékeknek közutakat, közterületeket kellene keresztezniük, akkor a ma-gánvezetékek lefektetése szinte megfizethetetlenül drága. Ráadásul, a legtöbb ország-


ban tilos magánvezetékeket köztulajdonban levő kábeleket keresztezve vagy azok alatt vezetni. Következésképpen a hálózattervezők kénytelenek igénybe venni a már meglevő távközlési eszközöket.

Ezeket az eszközöket - kiváltképp a nyilvános kapcsolt telefonhálózatot (Public Switched Telephone Network, PSTN) - rendszerint korábban tervezték egy célra, mégpedig emberi beszéd többé-kevésbé felismerhető módon történő továbbítására. Ezek számítógépek közötti kommunikációra való alkalmassága gyenge, viszont a fényvezető szálak és a digitális technika megjelenése következtében a helyzet roha-mosan kezd megváltozni. Bizonyos esetekben a távbeszélőrendszer annyira összefo-nódik a (nagytávolságú) számítógép-hálózatokkal, hogy érdemes egy kis időt szentelni a bemutatásukra.

Annak érdekében, hogy lássuk a probléma nagyságát, illusztrációként hasonlítsuk össze az összeköttetést két számítógép között abban az esetben, amikor egy lokális há-lózati kábellel vannak összekapcsolva, illetve, amikor a telefonhálózaton keresztül. Két számítógép között egy kábel memóriaolvasási sebességgel tud adatokat továbbítani. Ez tipikusan 107-108 b/s adatátviteli sebességet jelent. A hibaarány olyan kicsi, hogy gyakorlatilag nem lehet megmérni, de ha naponta történik egy hiba, akkor az már elég rossz eredménynek számít a legtöbb esetben. Az előbb említett adatátviteli sebességek mellett napi egy hiba az kb. 1012-1013 bitenként felel meg egy bithibának.

Ezzel szemben egy telefonvonalon az adatátviteli sebesség nagyságrendileg 104 b/s, a hibaarány pedig nagyjából 10 5, attól függően, hogy milyen régi az igénybe vett telefonközpont. Ha az adatátviteli sebességet és a hibátlanul átvitt bitek arányát össze-szorozzuk, akkor azt kapjuk, hogy a lokális hálózati kábel 11 nagyságrenddel jobb, mint a telefonvonal. Vegyünk egy analóg példát a közlekedésből. Az embert a Holdra feljuttató Apolló projekt költsége és egy városi buszjegy ára között van 11 nagyság-rend (1965-ben az Apolló projekt 40 milliárd dollárba került, míg egy városi buszjegy ára 40 cent volt).

A gond persze az, hogy a számítógép-hálózatok tervezői számítógépes rendszerek-kel szoktak dolgozni, és amikor hirtelen egy olyan rendszerrel találják magukat szem-ben, amelynek a teljesítménye (az ő szempontjukból) 11 nagyságrenddel kisebb, akkor nem meglepő, ha azon kezdenek el töprengeni, hogy miként lehetne az adott rendszert hatékonyan felhasználni. Ugyanakkor az elmúlt évtizedben a telefontársaságok határozott lépéseket tettek annak érdekében, hogy bizonyos területeken korszerűsítsék berendezéseiket, és javítsák szolgáltatásaik színvonalát. A következő bekezdésekben a távbcszélőrendszerekről lesz szó. Bemutatjuk, hogy általában hogyan néz ki egy ilyen rendszer, illetve azt, hogy a jövőben mi várható ezen a területen. A távbeszélőrendsze-rek rejtelmeiről további részleteket olvashatunk (Bellamy, 1991) művében.

2.4.1. A távbeszélőrendszer felépítése

Amikor Alexander Graham Bell 1876-ban feltalálta a telefont (éppen pár órával ve-télytársa, Elisha Gray előtt), már óriási szükség volt a találmányára. Kezdetben az üz-letet csak a párosával árusított telefonkészülékek jelentették. A készülékek közötti ve-zeték kihúzása a felhasználó feladata volt. Az áramkör a földben zárult. Ha egy tele-


fontulajdonos n számú másik telefontulajdonossal akart beszélni, akkor mind az n házhoz külön vezetéket kellett kihúznia. Egy év múlva a városokat vadul behálózták a háztetők és a fák között kifeszített vezetékek. Hamarosan nyilvánvalóvá vált, hogy a 2.14.(a) ábrán bemutatott modell, amelyben minden egyes telefon az összes többi tele-fonnal össze van kötve, nem fog működni.

Bell felismerte ezt a problémát, és megalapította a Bell Telefontársaságot, amely 1878-ban létrehozta az első telefonközpontot (a connecticuti New Havenben). A társa-ság minden ügyfél házához vagy irodájához kihúzott egy vezetéket. Telefonálás előtt az ügyfélnek meg kellett forgatnia egy kart a készüléken. Ennek hatására a telefon-központban megszólalt egy csengő, ami a telefonkezelőnek jelzett. Ezt követően a ke-zelő egy kapcsolókábel (jumper cable) segítségével manuálisan összekötötte a hívó és a hívott fél vezetékét. Egy ilyen kezdetleges távbeszélőrendszer modelljét láthatjuk a 2.14.(b)ábrán.

Rövid időn belül mindenfelé megjelentek a Bell System telefonközpontjai. Az em-berek hamarosan már városok közötti távolsági hívásokat akartak lebonyolítani, így a telefontársaságnak össze kellett kapcsolnia a telefonközpontokat is. A korábbi problé-ma azonban újra előkerült; a telefonközpontok között kihúzott vezetékek hamarosan teljesen kezelhetetlenné váltak, ezért egy másodszintű telefonközpontot kellett kiala-kítani. Kis idő múlva már több másodszintű telefonközpontra volt szükség, ahogy ez a 2.14.(c) ábrán is látható. Végül is a távbeszélőrendszer hierarchiája ötszintű lett.

1890-re a távbeszélőrendszer három fő része - a kapcsolóközpontok, az ügyfelek és a kapcsolóközpontok közti vezetékek (amik ma már kiegyenlített, szigetelt csavart érpárok szemben a régi egyvezetékes, földben záródó áramkörökkel), valamint a tele-fonközpontok közötti nagytávolságú vezetékek - már mind a helyükön voltak. Bár mindhárom területen történtek azóta fejlesztések, a Bell System eredeti hálózata lé-nyegében érintetlen maradt az elmúlt 100 év során. A távbeszélőrendszerről rövid tör-ténelmi áttekintést kaphatunk (Hawley, 1991) művében.

Jelenleg a távbeszélőrendszer egy rendkívül redundáns, többszintű hierarchikus rend-szer. A következő leírást igencsak leegyszerűsítettük, de azért így is jól szemlélteti a valóságot. Minden telefonkészülékből közvetlenül két rézvezeték megy a telefontársaság legközelebbi végközpontjába (end office), amit gyakran helyi központnak (local cent-ral office) is hívnak. A készülék és a központ közötti távolság 1 km-től 10 km-ig terjed-het. Ez a távolság a városokban általában kisebb, vidéken pedig nagyobb.

(a) (b) (c)

2.14. ábra. Különböző távbeszélőrendszer topológiák. (a) Teljesen összekapcsolt hálózat. (b) Központosított kapcsoló. (c) Kétszintű hierarchia


Csak az Egyesült Államokban megközelítőleg 19 000 ilyen helyi központ van. A körzetszám és a hívószám első három számjegye egyértelműen meghatároz egy helyi központot, ezért használják fel a díjszabásnál ezt az információt. Az előfizetők készü-léke és a helyi központ közötti kétvezetékes összeköttetést előfizetői huroknak (local loop) nevezik. Ha a világ összes előfizetői hurokját egymáshoz fűznénk, akkor a Föld és a Hold közötti távolság 2000-szeresét kapnánk.

Volt idő, amikor az AT&T vagyonának 80%-át tették ki az előfizetői hurkok réz-vezetékei. Akkoriban tulajdonképpen az AT&T volt a világ legnagyobb „rézbányája". Szerencsére ez a tény nem volt túl ismert a befektetői világban. Ugyanis, ha ezt meg-tudta volna valamelyik cégbefektető, akkor az megvette volna az AT&T-t, felszámolta volna a telefonszolgáltatást, kiszedte volna a vezetékeket a földből, és gyors haszon reményében eladta volna azokat egy színesfém-feldolgozónak.

Ha egy adott helyi központhoz kapcsolódó állomásról olyan állomást hívunk, ame-lyik ugyanahhoz a helyi központhoz kapcsolódik, akkor a kapcsolás során a két előfi-zetői hurok között közvetlen elektromos kapcsolat jön létre a helyi központon belül. Ez a kapcsolat a hívás ideje alatt végig fennmarad.

Ha viszont a hívott fél készüléke egy másik végközponthoz kapcsolódik, akkor az előző módszer nem használható. Minden végközpont kapcsolatban áll egy vagy több közeli ún. távhívó központtal (toll office), amit tandem központnak (tandem office) is hívnak, ha ugyanazon a körzeten belül helyezkedik el, mint a helyi központ. A helyi központ és a távhívó központ közötti vonalakat helyközi trönköknek (toll connecting trunk) hívják. Amennyiben a hívó és a hívott fél helyi központja ugyan-ahhoz a távhívó központhoz csatlakozik a helyközi trönkön keresztül (ami az egymás-hoz közeli helységek közötti távolsági hívásoknál gyakran megesik), akkor az össze-köttetés a távhívó központon belül jön létre. A 2.14.(c) ábrán egy olyan telefonháló-zatot láthatunk, amely csak telefonkészülékeket (kis pontok), helyi központokat (nagy pontok) és távhívó központokat (üres négyszögek) tartalmaz.

Ha a hívó és a hívott fél nem ugyanahhoz a távhívó központhoz tartozik, akkor a kapcsolási hierarchiában egy még magasabb szinten jön létre az összeköttetés. A táv-hívó központok elsődleges, körzeti és regionális kapcsolóközpontokból álló hálózaton keresztül, nagy sávszélességű központközi trönkök (intertoll trunk vagy interoffice trunk) segítségével kapcsolódnak egymáshoz.

A különböző kapcsolóközpontok száma és topológiája (például az, hogy két körzeti központ közvetlenül van-e Összekapcsolva, vagy pedig egy regionális központon ke-

2.15. ábra. Tipikus áramköri út egy közepes távolságú hívás esetén


resztül) a telefonhálózat sűrűségétől függően minden országban más és más. A 2.15. ábra egy közepes távolságú összeköttetés lehetséges útvonalát mutatja.

A távközlésben igen sokféle átviteli közeget használnak. Az előfizetői hurkok ma-napság csavart érpárból állnak, bár a távbeszélőrendszerek kezdeti korszakában a tele-fonpóznákon egymástól 25 cm-re futó, szigetelt vezetékek voltak általánosak. A kap-csolóközpontok között koaxiális kábeleket, mikrohullámú összeköttetést, leggyakrab-ban pedig fényvezető kábeleket használnak.

A múltban a távbeszélőrendszerekben az átvitel analóg módon történt. Az aktuális hangjeleket változó villamos feszültségjel formájában juttatták el a forrásállomástól a célállomásig. A digitális elektronika és a számítógépek kifejlődése lehetővé tette a di-gitális átvitelt. A digitális rendszerekben csak két feszültségszint megengedett, például a-5 Vés a +5 V.

A digitális átvitelnek számos előnye van az analóg átvitellel szemben. Először is, könnyebben kiszámítható, hogy milyen távolságra lehet a jeleket úgy elküldeni, hogy a vevőoldalon azok még felismerhetők maradjanak, annak ellenére, hogy a csillapítás és a jeltorzulás sokkal jelentősebb a kétszintű jeleknél, mint a modem segítségével előállított jeleknél. Így meghatározott távolságonként digitális jelismétlőket (digital regenerator) kell a vonalra tenni, amelyek helyreállítják az eredeti jelet. Ezt nagyban megkönnyíti az, hogy csak két lehetséges jelalak van. A digitális jel tetszőleges számú jelismétlőn mehet keresztül anélkül, hogy veszteséget szenvedne, így nagy távolságok esetén sem vész el az információ. Az analóg jelek viszont erősítéskor mindig veszíte-nek valamennyi információt, ráadásul, ez a veszteség halmozódik. A lényeg tehát az, hogy digitális adatátvitelnél a hibaarány alacsony szinten tartható.

Egy másik nagy előnye a digitális átvitelnek, hogy beszéd, adat, zene és kép (pl. televízió, fax, video) együttes továbbítását is lehetővé teszi, így az áramkörök és a be-rendezések kihasználtsága tovább javulhat. Szintén előnyt jelent az is, hogy a jelenlegi vonalakon jóval nagyobb adatsebességet lehet elérni ezzel a módszerrel.

További előny még, hogy a digitális átvitel sokkal olcsóbb, mint az analóg, ugyanis tengerentúli hívás esetén nem szükséges az esetleg több száz erősítőn átjutott analóg hullámformát pontosan helyreállítani. Ha a 0-t és az 1-et meg tudjuk különböztetni egymástól, az bőven elég.

Végül az is fontos szempont, hogy egy digitális rendszer üzemeltetése egyszerűbb, mint egy analóg rendszeré, ugyanis egy elküldött bit vagy helyesen, vagy hibásan ér-kezik meg, így a hibás átvitel felismerése könnyebbé válik.

Ennek köszönhetően az összes nagytávolságú trönköt folyamatosan lecserélik digitális vonalakra. A régi rendszerek analóg átvitelt valósítottak meg rézvezetékeken, a mai rendszerek digitális átvitelt valósítanak meg fényvezető kábeleken.

Összefoglalva az eddigieket, a távbeszélőrendszernek három fő komponense van:

1. Előfizetői hurkok (csavart érpár, analóg átvitel).

1. Trönkök (fényvezető kábel vagy mikrohullámú összeköttetés, legtöbbször digitális átvitel).

3. Kapcsolóközpontok.


A következő bekezdésben kis kitérőt teszünk a telefon politikai vonatkozásaira, de az-tán visszatérünk a fent említett három komponens részletes tárgyalására. Az előfizetői hurkok esetén azt fogjuk megnézni, hogy miként lehet rajtuk digitális adatokat továb-bítani. (A gyors válasz: modem segítségével.) A nagytávolságú trönkök esetén a fő kérdés az, hogy hogyan gyűjtsünk össze hívásokat, és hogyan továbbítsuk együtt őket. Ezt a feladatot multiplexelésnek hívjuk, és három különböző módját fogjuk bemutatni. Végül a két alapvető kapcsolási módot fogjuk ismertetni.

2.4.2. Távközlési politika

1984 előtt évtizedekig a Bell System látta el mind a helyi, mind a nagytávolságú szol -gáltatásokat az Egyesült Államok legnagyobb részén. A 70-es években az amerikai kormány kezdte úgy érezni, hogy a Bell System utódja, az AT&T jogtalan monopó-liumra tör, ezért pert indított ellene, és a feldarabolását kezdeményezte. A kormány megnyerte a pert, és 1984. január l-jétől az AT&T-t felosztották több részre. Létrejött az AT&T Long Lines, megalakult 23 Bell Üzemeltető Vállalat (Bell Operating Company, BOC) és még néhány kisebb cég. A 23 BOC több regionális BOC-ba (RBOC) tömörült a gazdaságosabb üzemeltetés érdekében. Az Egyesült Államok táv-közlési rendszerének jellege egy bírósági ítélet (és nem pedig a törvényhozás döntése) következtében pillanatok alatt megváltozott.

A jogfosztás pontos részleteit az ún. MFJ (Modified Final Judgment) dokument

2.16. ábra. A helyi körzetek, a helyi szolgáltatók és a közvetítő távbeszélő szolgáltatók közötti kapcsolat. A körök helyi szolgáltatók telefonközpontjait jelölik. A számozott hatszögek a közvetítő távbeszélő szolgáltatókat jelölik


tartalmazza. Mindenesetre ez az ítélet versenyhelyzetet teremtett, javult a szolgáltatá-sok minősége, az árak mind az egyéni felhasználók, mind a cégek számára csökken-tek. Sok más országban is azt fontolgatják, hogy versenyhelyzetet teremtenek a távbe-szélőrendszerek területén.

Hogy világos legyen, ki mit tehet, az Egyesült Államok területét kb. 160 helyi kör-zetre (Local Access and Transport Areas, LATA) osztották fel. A helyi körzet nagyjából akkora terület, mint amennyit egy körzetszám lefed. Minden helyi körzeten belül van általában egy helyi szolgáltató (Local Exchange Carrier, LEC), amely a helyi körzeten belül a hagyományos telefonhálózatok felett monopóliummal bír. A legfontosabb helyi szolgáltatók a Bell Üzemeltető Vállalatok, de van olyan helyi kör-zet, amelyikben a helyi szolgáltatóként üzemelő 1500 telefontársaságból is van egy-kettő. A nagy kiterjedésű helyi körzetekben (főleg a nyugati országrészben) a helyi szolgáltatók a helyi körzeten belüli nagytávolságú hívásokat is kezelheti, de más helyi körzetekbe történő hívásokkal már nem foglalkozhat.

A helyi körzetek közötti összes forgalom lebonyolítását a közvetítő távbeszélő szolgáltatók (IntereXchange Carriers, IXC) végzik. Kezdetben az AT&T Long Lines volt az egyetlen jelentős közvetítő távbeszélő szolgáltató, de ma már az MCI és a Sprint a két legtőkeerősebb versenytárs ezen a területen. Az AT&T feldarabolásakor az egyik cégnek az volt a feladata, hogy egyenlő feltételeket biztosítson valamennyi közvetítő távbeszélő szolgáltatónak a vonalak minőségét, a tarifákat és az őket hívó telefonszámok számjegyeit illetően. A rendszer felépítését a 2.16. ábra szemlélteti. Az ábrán három helyi körzetet láthatunk, mindhárom több helyi központtal rendelkezik. A 2-es és 3-as helyi körzetben a tandem központok hierarchikusan épülnek egymásra (ezek a helyi körzeten belüli helyi központok).

Ha egy közvetítő távbeszélő szolgáltató valamelyik helyi körzetből szeretne hívá-sokat kezdeményezni, akkor egy POP (Point of Presence) központot kell kiépítenie. Minden közvetítő távbeszélő szolgáltatót és valamennyi helyi központot össze kell kötnie egy helyi szolgáltatónak. Ez vagy közvetlenül történik, mint az l-es, 3-as helyi körzetben, vagy közvetve, mint a 2-es helyi körzetben. Ráadásul az összes közvetítő távbeszélő szolgáltató esetén a felépített kapcsolatnak mind technikailag, mind pénz-ügyileg azonos paraméterekkel kell rendelkeznie. Ily módon egy előfizető mondjuk az l-es helyi körzetben tetszőlegesen megválaszthatja, hogy melyik közvetítő távbeszélő szolgáltatót használja, amikor egy 3-as helyi körzetbeli előfizetőt akar felhívni.

Az MFJ dokumentum azt is tartalmazta, hogy a közvetítő távbeszélő szolgáltatók-nak tilos a helyi telefonszolgáltatásban részt venni, míg a helyi szolgáltatóknak tilos a helyi körzetek közötti telefonszolgáltatásban részt venni. Ugyanakkor bármilyen más üzleti tevékenységet (pl. rántott csirkét forgalmazó étteremhálózat üzemeltetése) egyaránt végezhettek. 1984-re a kép teljesen letisztult. Szerencsére azonban a techno-lógia fejlődése túllépett a jogon. Sem a kábeltelevízióról, sem a celluláris telefonról nem szólt a dokumentum. Ahogy a kábeltelevíziózás fejlődött, és a celluláris telefon-rendszer népszerűsége robbanásszerűen nőtt, mind a helyi szolgáltatók, mind a közve-títő távbeszélő szolgáltatók elkezdték felvásárolni a kábeltévés és a celluláris hálóza-tok üzemeltetőit, vagy egyszerűen csak egyesültek azokkal.

1995-ben az amerikai törvényhozás felismerte, hogy a különböző szolgáltatások szétválasztása tovább már nem tartható fenn, ezért rendeletet adott ki arról, hogy a ká-


beltévés társaságok, a helyi telefontársaságok, a nagytávolságú szolgáltatók és a cellu-láris hálózatok üzemeltetői részt vehetnek egymás üzleti vállalkozásaiban. Az volt az elképzelés, hogy minden cégnek legyen lehetősége egy olyan integrált szolgáltatás-csomagot nyújtani az ügyfeleinek, amely tartalmazza a kábeltévét, a telefont és egyéb informatikai szolgáltatásokat. Cél volt még az is, hogy a különböző cégek árban és a szolgáltatások minőségében egymással versenyezzenek. A rendeletet 1996 februárjá-ban iktatták törvénybe. A végeredmény az lett, hogy az Egyesült Államok távközlési térképe mostanában igencsak átrajzolódott.

2.4.3. Az előfizetői hurok

Az elmúlt 100 év során a távközlésben az analóg átvitel játszott meghatározó szerepet. A távbeszélőrendszer például teljesen analóg átvitelen alapult. Míg a fejlettebb orszá-gokban a nagytávolságú trönkök többnyire már digitálisak, addig az előfizetői hurkok nagy része ma még mindig analóg, és valószínűleg még legalább egy-két évtizedig az is marad, tekintettel az átállás óriási költségeire. Következésképpen, ha egy számító-gép digitális adatot akar elküldeni a telefonhálózaton keresztül, akkor az előfizetői hurkon történő átvitelhez egy modem segítségével analóg jelekké kell átalakítani a digitális jeleket, majd a nagytávolságú trönkökön való továbbításhoz ezeket az analóg jeleket megint digitális jelekké kell alakítani. A másik oldalon ugyanezt visszafelé kell elvégezni, tehát a trönkökön továbbított digitális jeleket analóg jelekké, majd modem segítségével ismét digitális jelekké kell alakítani ahhoz, hogy a továbbított adatokat a számítógép tárolni tudja. Ez az elrendezés látható a 2.17. ábrán.

Ez a helyzet korántsem ideális, de sajnos egyelőre ez van. A hálózatokkal foglalko-zó diákoknak meg kell ismerkedniük mind az analóg, mind a digitális adatátvitellel, valamint az oda-vissza történő átalakításokkal. Bérelt vonalak esetén lehetőség van arra, hogy elejétől a végéig digitálisan továbbítsuk adatainkat, de ez sokba kerül, és

2.17. ábra. Analóg és digitális adatátvitel két számítógép között. Az átalakításokat a modemek és a kodekek végzik


csak azoknak a cégeknek éri meg, amelyek az épületükön belül magánhálózatot tarta-nak fenn.

A következő bekezdésben arról lesz szó, hogy milyen problémákat jelent az analóg átvitel, és elmondjuk, hogy miként lehet digitális adatokat továbbítani analóg áramkö-rökkel. Ismertetünk majd két általánosan használt modem interfészt is, az RS-232-C-t és az RS-449-et.

Átviteli hibák forrásai

Az analóg jelzés a feszültség időbeli változását használja fel az információ továbbítá-sához. Ha az átviteli közegek tökéletesek lennének, akkor a vevő ugyanazt a jelet kap-ná, mint amit az adó elküldött. Sajnos azonban az átviteü közegek nem tökéletesek, ezért a vett jel nem ugyanaz, mint az elküldött jel. Digitális adatok esetén ez az eltérés nem okoz gondot.

Az adatátviteli vonalak három fő problémával küzdenek: a csillapítással, a vonal-késleltetésből adódó jeltorzulással és a zajokkal. Csillapítás alatt azt az energiaveszte-séget értjük, amit a jel a terjedése során elszenved. Vezetékes átviteli közegek (pl. réz-vezeték vagy fényvezető szál) esetén a jel intenzitása a távolság szerint logaritmikusan csökken. A veszteséget decibelben adják meg kilométerenként. Az energiaveszteség mértéke a frekvenciától függ. Ahhoz, hogy a veszteség frekvenciafüggését megvizs-gálhassuk, vegyünk egy nem túl egyszerű hullámot, azaz egy olyat, amely több szinu-szos komponensből áll. Minden komponens különböző mértékben csillapodik, ezáltal a vevő oldalon más lesz a jel Fourier-spektruma, ami értelemszerűen más jelet ered-ményez.

Ha a csillapítás túl nagy, akkor a vevő képtelen detektálni a jelet, de az is előfor-dulhat, hogy a jelszint a zajszint alá csökken. Az átviteli közeg csillapítási jellemzőit legtöbbször ismerjük, így erősítőket tehetünk a vonalra annak érdekében, hogy meg-próbáljuk kompenzálni a frekvenciafüggő csillapítást. Ez a módszer sokat segít, de so-hasem lesz képes az eredeti jelalakot tökéletesen helyreállítani.

A következő átviteli hiba a vonalkésleltetésből adódó késleltetési torzítás. Ez an-nak a következménye, hogy az egyes szinuszos komponensek különböző sebességgel terjednek. Digitális adatoknál egy adott bit gyorsabb komponensei utolérhetik az előző bit lassabb komponenseit, ami megnöveli a hibás vétel valószínűségét.

Az átviteli hibák harmadik forrása a zaj, ami olyan nemkívánatos energiatöbbletet jelent, amely nem a forrásállomástól származik. A termikus zajt a vezetékben vélet-lenszerűen mozgó elektronok okozzák, így az sajnos elkerülhetetlen. Az áthallás olyan zaj, amely az egymáshoz közeli vezetékek között fellépő induktív csatolás következ-ménye. Amikor telefonon beszélünk, akkor időnként más beszélgetést is hallunk a háttérben, ez az áthallás. Végül vannak impulzusszerű zajok, amiket a villamos veze-téken megjelenő tüskék vagy más jelenségek okoznak. Digitális adatok esetén az im-pulzusszerű zajok egy-két bitet ki is olthatnak.


Modemek

A fenti problémák - különösen a csillapítás és a terjedési sebesség frekvenciafüggése - miatt nem túl szerencsés, ha a jel széles frekvenciatartománnyal rendelkezik. Sajnos azonban a négyszöghullámok, tehát a digitális jelek spektruma igen széles, ezért ezek-nél jelentős a csillapítás és a vonalkésleltetésből adódó jeltorzulás. Emiatt az alapsávú (egyenáramú, DC) jelzés digitális átvitel esetén nem járható út, legfeljebb kis adatátvi-teli sebességnél és kis távolságon belül használható.

Az egyenáramú átvitel problémáját a telefonvonalak esetében úgy oldották meg, hogy váltakozó áramú jelzést használtak. Bevezettek egy szinuszos vivőjelet (sine wave carrier), ami egy 1000 Hz és 2000 Hz közötti folytonos jel. A szinuszos vivőjel amplitúdójának, frekvenciájának vagy fázisának változtatása információ továbbítását teszi lehetővé. Amplitúdómoduláció (amplitude modulation) esetén két feszültség-szintet használnak a logikai 0 és 1 ábrázolására. Frekvenciamodulációnál (frequen-cy modulation) - amit frekvenciabillentyűzésnek (frequency shift keying) is ne-

2.18. ábra. A moduláció formái. (a) Digitális jel. (b) Amplitúdómoduláció. (c) Frekvenciamoduláció. (d) Fázismoduláció


veznek - két vagy több különböző frekvenciát használnak. A fázismoduláció (phase modulation) legegyszerűbb változatánál a vivőjel fázisát egyenlő időközönként szisz-tematikusan 45, 135, 225 vagy 315 fokkal eltolják. Minden egyes fázistolással 2 bitel lehet továbbítani. A 2.18. ábrán az előbb említett modulációs eljárások láthatók. Azt az eszközt, amely a bemenetére érkező bitfolyamból modulált jeleket állít elő a kime-netén (vagy fordítva), modemnek (modulátor-demodulátor) nevezzük.

Ahhoz, hogy egyre nagyobb sebességeket érhessünk el, nem elegendő csak a min-tavételi frekvencia növelése. A Nyquist-tétel értelmében egy tökéletes 3000 Hz-es vonal (ami a telefonvonalakra biztosan nem igaz) esetén sincs értelme 6000 Hz-nél nagyobb frekvenciával mintavételezni. Ezért az újabb modemekben már inkább arra töreked-nek, hogy az egy jelváltással átvitt bitek számát (tehát a baud-értéket) növeljék.

A legtöbb korszerű modemben különböző modulációs technikákat ötvöznek annak érdekében, hogy több bitet is át tudjanak vinni egy jelváltással. A 2.19.(a) ábrán a pontokkal jelölt 0, 90, 180, 270 fokos fázisok mindegyikéhez két különböző amplitú-dó tartozik. Az amplitúdó esetünkben az origótól mért távolság. A 2.19.(b) ábrán egy ettől eltérő modulációs sémát láthatunk, amely 16 különböző amplitúdójú és fázisú ér-téket használ. A 2.19.(a) ábrán látható megoldás 8 érvényes kombinációt tartalmaz, amivel jelváltásonként 3 bitet lehet továbbítani. A 2.19.(b) ábrán látható megoldás vi-szont 16 érvényes kombinációt tartalmaz, és ezzel jelváltásonként már 4 bitet lehet to-vábbítani. Amikor 2400 baud-os vonalon 9600 b/s-mal továbbítanak adatokat, akkor a 2.19.(b) ábrán látható kvadratúra amplitúdómodulációt (Quadrature Amplitude Modulation, QAM) alkalmazzák.

Azokat a 2.19. ábrához hasonló diagramokat, amelyek az érvényes amplitúdó- és fázisértékeket mutatják, amplitúdó-fázis diagramnak, vagy csillagkép mintázatnak (constellation pattern) nevezzük. A korszerűbb modemek mind rendelkeznek ilyen csillagkép mintázattal, és csak olyan modemekkel tudnak kapcsolatba lépni, amelyek ugyanazt a mintázatot használják (bár a legtöbb modem képes arra, hogy a lassúbb modemeket emulálja). Az ITU V.32 9600 b/s-os szabványos modemje például a 2.19.(b) mintázatot használja.

2.19. ábra. Kombinált moduláció. (a) 3 bit/baud-os moduláció. (b) 4 bit/baud-os moduláció


A 9600 b/s után a 14 400 b/s következik. Ezt a szabványt V.32 bis-nek hívják. A 14 400 b/s-os sebességet úgy érik el, hogy egy 2400 baud-os vonalon 6 bitet visznek át egy jelváltással. Egy V.32 bis szabvány szerinti modem csillagkép mintázata 64 pontot tartalmaz. A fenti sebességet a faxmodemek használják bittérkép formájában előállított képek továbbítására. A V.32 bis után a V.34 jön, ami már 28 800 bitet to-vábbít másodpercenként.

Amikor már ilyen sok pont van a csillagkép mintázatban, akkor elég egy kis zaj az amplitúdó vagy a fázis detektálásakor, és máris hibás lesz a vétel, ráadásul egyszerre 6 bit megy tönkre. A hibák valószínűségének csökkentése érdekében sok modem egy paritás bitet ad a mintához, ezáltal 128 pontos lesz a csillagkép mintázatuk. Az egyes pontokat úgy kódolják, hogy minél könnyebben felismerhessük a hibás vételt. Az ilyen kódolást rácsos kódolásnak (trellis coding) hívják.

Az eddigiektől lényegesen eltérő megoldást alkalmaznak a nagy sebességű adatát-vitelnél. Az itt rendelkezésre álló 3000 Hz-es sávszélességet 512 keskeny - mondjuk 20 b/s-os - csatornára osztják fel. Ez a megoldás azt feltételezi, hogy a modem saját processzorral rendelkezik. Előnye viszont, hogy lehetőséget biztosít a túlságosan zajos csatornák kiiktatására. Az ilyen elven működő modemek általában kompatíbilisek a V.32 és V.34 modemekkel, így tehát alkalmasak arra, hogy a szabványos modemekkel kommunikáljanak.

Ma már sok modembe beépítenek adattömörítő és hibajavító eljárásokat. Ennek az a nagy előnye, hogy a meglevő szoftverek megváltoztatása nélkül is lehetőség nyílik nagyobb adatátviteli sebességre. Az egyik legnépszerűbb tömörítési eljárás, az MNP 5 futás-hossz alapú (run-length) kódolással tömöríti össze az egymást követő azonos bájtokat. A faxmodemek is futás-hossz alapú kódolást alkalmaznak, ugyanis faxolás során gyakori az egymást követő 0-k sorozata (üres papír). Szintén elterjedt tömörítési eljárás a V.42 bis szabványban leírt Ziv-Lempel-féle algoritmus, amit a Compressben és más programokban is használnak (Ziv és Lempel, 1977).

Még modemek használata esetén is fellép a telefonvonalakon a visszhanghatás. Egy hosszú vonal végén a jel megérkezésekor valamennyi visszaverődik belőle, és ez pont olyan hatást kelt, mint a magas hegyekben megfigyelhető akusztikus visszhang. Az elektromágneses hullámok visszaverődésére jó példa az, amikor egy sötét szobában este az ablak felé vakuzunk. Ilyenkor az ablakról visszaverődik a vaku fénye. (Ennek az a magyarázata, hogy az ablaküveg és a levegő találkozásánál az energia egy része visszaverődik felénk.) Az adatátviteli vonalak esetében - leggyakrabban a helyi központban az előfizetői hurok lezárásánál - ugyanez a jelenség játszódik le.

A visszhanghatás miatt van az, hogy telefonálás közben kis késleltetéssel a saját hangunkat halljuk vissza. Pszichológiai tanulmányok szerint ez sok embert kifejezet-ten zavar, emiatt dadogni kezdenek, vagy teljesen összezavarodnak. A probléma kikü-szöbölése érdekében a 2000 km-nél hosszabb vezetékeknél visszhangelnyomókat építettek be a rendszerbe. (Rövidebb vonalaknál a visszhang olyan gyorsan ér vissza, hogy az embereket általában nem zavarja.) A visszhangelnyomó olyan berendezés, amely érzékeli az egyik irányból érkező emberi hangokat, és ilyenkor a másik irányba haladó jeleket teljesen kiszűri. A visszhangelnyomó tehát lényegében egy olyan erősí-tő, amit egy beszédérzékelő áramkör vezérlő jele ki-be kapcsolgat.

Amikor az egyik fél abbahagyja a mondandóját, és a másik fél kezd el beszélni, ak-


kor a visszhangelnyomó irányt vált. Egy jobb visszhangelnyomó kapcsolási ideje 2 és 5 ms között van. Ha egy hálózatban visszhangelnyomó működik, akkor csak az egyik irányban lehet információt továbbítani, így a visszhang nem jut vissza a beszélőhöz. A 2.20.(a) ábra a visszhangelnyomónak azt az esetét mutatja, amikor az A személy be-szél a B-hez. A 2.20.(b) ábrán a B személy kezd el beszélni az A-hoz.

A visszhangelnyomónak több olyan tulajdonsága is van, amely adatátvitel szem-pontjából nemkívánatos. Először is, ha nem lenne az áramkörbe beépítve, akkor egy-szerre mindkét irányban lehetne adatot továbbítani, méghozzá oly módon, hogy a két irány különböző frekvenciasávot használhatna. Ezt az átviteli módot duplex átvitel-nek nevezik. Visszhangelnyomók alkalmazása esetén a duplex átvitel nem megvaló-sítható. Egy lehetséges megoldás a fél-duplex átvitel, ami azt jelenti, hogy az adatok mindkét irányba mehetnek, de egyidejűleg csak az egyik irányba. Az egyvágányú va-sút tipikusan fél-duplex megoldás. Még ha a fél-duplex átvitel meg is felelne, a kelle-metlen az, hogy az irányok kapcsolgatása rengeteg időt vesz igénybe. Ráadásul, a visszhangelnyomókat arra fejlesztették ki, hogy emberi hangot és nem pedig digitális adatokat felismerve váltsanak irányt.

A gondok enyhítésére a visszhangelnyomóval rendelkező telefonvonalakat mene-külőretesszel látták el. Amikor a visszhangelnyomó egy tiszta 2100 Hz-es hangot ér-zékel, akkor leáll, és addig nem lép működésbe, amíg nem érzékeli a vivőjelet. Ez az eljárás a sávon belüli jelzés (in-band signaling) számtalan változata közül csupán az egyik. Nevét onnan kapta, hogy a belső vezérlési feladatokat elindító és leállító vezér-lő jel a felhasználó által elérhető frekvenciasávban van. A gyakorlat azt mutatja, hogy egyre kevésbe használnak átvivő sávon belüli jelzést, nehogy a felhasználó megzavarja a rendszer működését. Az Egyesült Államokban a legtöbb ilyen rendszert már fel-számolták, azonban más országokban még mindig vannak ilyenek.

Visszhangeln

yomó (a)

(b) 2.20. ábra.

Visszhangelnyomó. (a) A beszél B-hez. (b) B beszél A-hoz


A visszhangelnyomó helyett visszhangtörlőt (echo canceler) is használhatunk. A visszhangtörlő olyan áramkör, amely szimulálja a visszhangot, megbecsüli annak nagy-ságát, és az eredeti jelből levonja a szimulált jelet. Mindehhez nincs szükség semmiféle mechanikus kapcsolóra. Visszhangtörlők alkalmazása esetén lehetőség nyílik a duplex átvitelre. Ennek köszönhetően az Egyesült Államokban és más nagyobb országokban gyors ütemben cserélik le a visszhangelnyomókat visszhangtörlő áramkörökre.

RS-232-C és RS-449

A számítógép vagy a terminál, valamint a modem közötti interfész jó példa a fizikai réteg protokolljára. Részletesen meghatározza a mechanikai, a villamos, a funkcioná-lis és az eljárási interfészt. A következőkben a fizikai réteg két jól ismert szabványát, az RS-232-C és az azt követő RS-449 szabványt fogjuk közelebbről megismerni.

Kezdjük az RS-232-C szabvánnyal, ami az eredeti RS-232 szabvány harmadik javított változata. Ezt a szabványt az Electronic Industries Association (EIA) nevű szervezet dolgozta ki, amely az elektronikus berendezéseket gyártó cégeket fogja össze. A szabvány pontos elnevezése tehát EIA RS-232-C. A nemzetközileg elfoga-dott változatot a CCITT V.24 szabványa tartalmazza, amely csak egy-két ritkán hasz-nált áramkör leírásában különbözik az RS-232-C szabványtól. Ezekben a szabvá-nyokban a számítógépet vagy terminált hivatalosan adatvég-berendezésnek (Data Terminal Equipment, DTE), a modemet pedig adatáramkört lezáró berendezés-nek (Data Circuit-Terminating Equipment, DCE) nevezik.

A mechanikai leírás egy 25 tűs csatlakozót ad meg, amelynek szélessége (csavar-középtől csavarközépig) 47,04 ±0,13 mm. A csatlakozó többi méretét is hasonló pon-tossággal határozták meg. A felső sor tűinek számozása (balról jobbra) 1-től 13-ig terjed, míg az alsó sor tűinek számozása (szintén balról jobbra) 14-től 25-ig.

2.21. ábra. Néhány alapvető RS-232-C áramkör. A zárójelbe tett számok az érintkezők sorszámát adják meg


Az RS-232-C villamos leírása szerint a -3 V és -15 V közötti feszültség a bináris 1-et, míg a +3 V és +15 V közötti feszültség a bináris 0-t jelenti. Az adatátviteli sebesség legfeljebb 20 kb/s lehet, a kábel maximális hossza pedig 15 méter.

A funkcionális leírás azt tartalmazza, hogy milyen áramkör kapcsolódik az egyes tűkhöz, és hogy mi azoknak a funkciója. A 2.21. ábrán 9 tűhöz tartozó áramkör funk-ciója látható. Ezeket az áramköröket szinte mindig megvalósítják, míg a többi tűt gyakran elhagyják. Amikor a számítógépet vagy a terminált bekapcsoljuk, akkor az aktiválja (azaz logikai l-re állítja) az Adatterminál kész (Data Terminal Ready) jelet (20-as tű). Amikor a modem bekapcsolódik, akkor a Modem kész (Data Set Ready) je-let (6-os tű) aktiválja. Ha a modem vivőjelet érzékel a telefonvonalon, akkor a Vivőér-zékelés (Carrier Detect) jelet (8-as tű) aktiválja. Az Adáskérés (Request to Send) jel (4-es tű) azt jelzi, hogy a terminál adatot akar küldeni. Az Adásra kész (Clear to Send) jel (5-ös tű) azt jelzi, hogy a modem felkészült az adatok fogadására. Az adatok elkül-dése az Adatadás (Transmit) áramkörön (2-es tű), míg az adatok vétele az Adatvétel (Receive) áramkörön (3-as tű) történik.

A többi áramkör funkciója többek közt az adatátviteli sebesség kiválasztása, a mo-dem tesztelése, az adatok ütemezése, csengető jelek érzékelése vagy adatok ellentétes irányú továbbítása egy másodlagos csatornán. Ezeket a funkciókat a gyakorlatban szinte sosem használják.

Az eljárási interfész nem más, mint maga a protokoll, amely az események sor-rendjét határozza meg. A protokoll akció-reakció eseménypárokon alapul. Amikor például egy terminál kiadja az Adáskérés jelet, akkor a modem az Adásra kész jellel válaszol, amennyiben képes az adatok fogadására. A többi áramkör számára is hason-ló akció-reakció eseménypárokat határoztak meg.

Gyakran előfordul, hogy két számítógépet RS-232-C interfészen keresztül kell összekapcsolni. Mivel egyik számítógép sem modem, ezért közvetlenül nem csatla-koztathatók. A probléma egy null modem segítségével oldható meg, ami az egyik gép adási vonalát a másik gép vételi vonalával köti össze. Hasonlóképpen, a null modem más vezetékeket is keresztbe köt. A null modem rendszerint nem más, mint egy rövid kábel.

Az RS-232-C interfészeket már évek óta használják. Az adatátviteli sebesség kor-látozása 20 kb/s-ra, és a kábel hosszának korlátozása 15 m-re lassan kezd egyre zava-róbbá válni. Az EIA-ban sokáig azon vitatkoztak, hogy egy olyan szabványt dolgoz-zanak-e ki, amely a korábbi szabvánnyal kompatíbilis (de műszakilag nem jelent nagy előrelépést), vagy egy olyan teljesen újat, ami az elkövetkezendő évek igényeit is ki tudja majd elégíteni. Végül egy kompromisszumos megoldást választottak, amely mindkét irányt magába foglalja.

Az RS-449 elnevezésű új szabvány tulajdonképpen három különböző szabványt tartalmaz. A mechanikai, a funkcionális és az eljárási interfészt az RS-449 szabvány tar-talmazza, míg az elektromos interfészt két másik szabvány írja le. Ezek közül az egyik az RS-423-A, amely abban hasonlít az RS-232-C szabványhoz, hogy minden áramkör ugyanazt a közös földelést használja. Ezt a megoldást aszimmetrikus átvitelnek (unba-lanced transmission) nevezzük. A másik elektromos szabvány az RS-422—A, amely az előbbivel ellentétben szimmetrikus átvitelt (balanced transmission) valósít meg. Szimmetrikus átvitel esetén minden fontosabb áramkör két vezetékkel rendelkezik,


tehát a földelésük nem közös. Az eredmény az lett, hogy az RS-422-A szabvány 2 Mb/s-os adatátvitelt tesz lehetővé egy legfeljebb 60 m-es kábelen.

Az RS-449 szabvány áramköreit a 2.22. ábra szemlélteti. Ezek között számos olyan új áramkör szerepel, amely az RS-232-C szabványban nem volt benne. Elsősorban olyan áramkörökkel bővült a szabvány, amelyek lehetővé teszik a modem helyi és távoli tesztelését. A kétvezetékes áramkörök miatt (az RS-422-A esetén) az új szabványban több tűre volt szükség, így a megszokott 25 tűs csatlakozót elvetették, és helyette egy 9 tűs és egy 37 tűs csatlakozót vezettek be. A 9 tűs csatlakozó akkor használható, amikor csak a másodlagos (ellentétes irányú) csatornán továbbítunk ada-tokat.

RS-232-C ccrr v .24 RS-449

Kód Tű Áramkör Kód Tű Áramkör Kód Tű Áramkör

AA

AB

1

7

Védőföld

Jelföld

101

102

1

7

Védőföld

Jelföld

SG

SC

RC

1

19

37

20

Jelföld Adási

közös vételi

közös

BABB

2

3

Adatadás

Adatvétel

103

1042

3

Adatadás

AdatvételSD

RD

4,22

6,24Adatadás

Adatvétel

CA

CB

CC

CD

CE

CF

CG

CH

Cl

4562022

8

21

23

18

Adáskórós Adásra kész Modem kész Adatterminál kész

Csengetésjelzés

Vonaltigyelós

Jelminöség

DTE-sebesség

DCE-sebesség

105

106

107

108

125

109

110

111

112

136

126

4

5

6

20

22

8

21

23

1811

Adáskérés Adásra

kész Modem kész

Adatterminál kész

Hívásjelzés

Vonalfigyelés

Jelminőség DTE-

sebesség DCE-

sebességÚj jelFrekvenciakiválasztás

RS

CS

DM

TR

IC

RR

SQ

SR

Sl

IS

NSSF

7,25

9,27

11,29

12,30

15

13,31

33

16

2

28

34

16

Adáskérés Adásra

kész Adatüzemmód

Terminál kész Bejövő

hívás Vevő kész

Jelminőség Jelzési

sebesség Jelzés

indikátorok Terminál

szolgálatban Új jel

Frekvenciakiválasztás

DA

DBDD

24

15

17

DTE-időzítés

DCE-időzítés

Vevőidőzítés

113

114

115

24

15

17

DTE-időzítés

DCE-időzítés

Vevőidőzítés

TT

ST

RT

17,25

5,238, 26

Terminálidőzítés

Adásidőzítés

Vételidőzítés

SBA

SBB

SCA

SCB

SCF

14

16

19

13

12

Adatadás

Adatvétel

Adáskérés

Adásra kész

Vonalfigyelés

118

119

120

121

122

14

16

19

13

12

Adatadás

Adatvétel

Vonaljel

Csatorna kész

Vonalfigyelés

SSD

SRD

SRS

SCSSRR

3

4

7

8

2

Adatadás

Adatvétel

Adáskérés

Adásra kész

Vevő kész

LL

RL

TM

10

14

18

Helyi visszahurkolás

Távoli visszahurkolás

Teszt üzemmód

SS

SB

32

36

Készenlét választás

Készenlétjelzés

2.22. ábra. Az RS-232-C, a V.24 és az RS-449 szabvány összehasonlítása


Fényvezető szálas előfizetői hurok

A jövőben várható korszerű hálózati szolgáltatások (pl. a hálózati videózás) számára, a jelenlegi 3 kHz-es sávszélesség nem lesz elegendő. Ennek a problémának a kiküszö-bölésére két megoldás tűnik jónak. A jövőbe mutató megoldást a helyi központok és a háztartások között kihúzott fényvezető kábelek jelentik. Ezt rövidítve FTTH-nak (Fiber To The Home) nevezik. Ez a megoldás a jelenlegi rendszerekhez jól illeszke-dik, de pénzügyileg aligha tartható fenn évtizedekig. Egyszerűen túl drága.

Egy másik megoldás a sokkal olcsóbb FTTC (Fiber To The Curb). Ebben a mo-dellben a telefontársaság a helyi központokból csak azokba a körzetekbe (curb) húz ki fényvezető kábelt, amelyeket kiszolgál (Paff, 1995). A fényvezető kábelek egy olyan kábelrendező dobozban (junction box) végződnek, amelybe az előfizetői hurkok jön-nek be. Mivel az előfizetői hurkok sokkal rövidebbek (mondjuk 3 km helyett csak 100 méter), nagyobb sebességgel, akár 1 Mb/s-mal is működhetnek, ami már elegendő lenne tömörített videoképek átvitelére. Ennek a rendszernek a vázlatos rajza látható a 2.23.(a) ábrán.

Ily módon egyszerre több képcsatornát (vagy más információs csatornát) lehetne nagy sebességgel letölteni az optikai szálon, és szétválogatva tovább küldeni a csavart érpárokon. Ha egy optikai szálon a felhasználók száma 100 és 1000 között van, akkor az egy felhasználóra jutó költség csökkenthető, és vélhetően a jelenleginél nagyobb sávszélesség jut mindenkinek. A meglevő csavart érpárokkal nagytávolságú átvitel esetén az 1 Mb/s-os adatsebesség jelentősen nem léphető túl. Ezért az összes nagytá-volságú csavart érpárt optikai szálra fogják lecserélni. Arról még folyik a vita a tele-fontársaságokon belül, hogy érdemes-e egyelőre ideiglenesen az FTTC megoldást megvalósítani, vagy egyből az FTTH megoldást kövessék.

A meglevő kábeltévés infrastruktúra felhasználására a 2.23.(b) ábrán láthatunk egy lehetséges megoldást. Ebben a rendszerben a távbeszélőrendszerre jellemző két pont között összeköttetések helyett egyetlen többpontos kábelt használnak. Valószínű, hogy a jövőben mind a 2.23.(a), mind a 2.23.(b) ábrán látható megoldás megvalósul, ugyanis a telefontársaságok és a kábeltelevíziók üzemeltetői közvetlen versenytársak-ká váltak a hang, az adat, sőt még a televíziós szolgáltatások területén is. Erről a témá-ról bővebben (Cook és Stern, 1994; Miki, 1994; és Mochida, 1994) műveiben olvas-hatunk.

2.4.4. Trönkök és multiplexelés

A gazdaságosság ma már egyre fontosabb szerepet játszik a távbeszélőrendszerek te-rületén is. Egy szélessávú és egy keskenysávú telefonvezeték két kapcsolóközpont kö-zötti lefektetése ugyanannyiba kerül (ugyanis a költségek legnagyobb része az árkok kiásásából és nem pedig a rézvezetékek vagy fényvezető kábelek árából tevődik össze). Következésképpen a telefontársaságok olyan módszereket fejlesztettek ki, amelyek segítségével egyetlen telefonvezetéken egyszerre több beszélgetés is lebo-nyolítható. Ezeket a multiplexelési eljárásokat két fő csoportra oszthatjuk; az egyik a frekvenciaosztásos multiplexelés (Frequency Division Multiplexing, FDM), a


másik az időosztásos multiplexelés (Time Division Multiplexing, TDM). Frekven-ciaosztásos multiplexelésnél a frekvenciatartományt logikai csatornákra osztják fel, és minden felhasználónak kizárólagos joga van valamelyik csatorna használatára. Idő-osztásos multiplexelés esetén a felhasználók periodikusan egymás után (körforgó pri-oritással) adhatnak, és minden felhasználó a teljes sávszélességet kihasználhatja a rá-eső' igen rövid idő alatt.

Az AM rádiós műsorszórás mindkét multiplexelési eljárást jól szemlélteti. A ren-delkezésre álló frekvenciatartomány a kb. 500 és 1500 kHz közé eső, nagyjából 1 MHz-es sáv. A különböző logikai csatornákhoz (állomásokhoz) különböző frekvenciákat rendelnek hozzá oly módon, hogy minden csatorna a rendelkezésre álló frekvenciatar-tománynak csak egy kis részét veszi igénybe, és a csatornák frekvenciája között elég

2.23. ábra. Fényvezető szál az otthonokba. (a) A telefonhálózaton keresztül. (b) A kábeltelevíziós hálózaton keresztül

A FIZIKAI RÉTEG

nagy a távolság ahhoz, hogy ne zavarják egymás adásait. Ez a rendszer a frekvencia-osztásos multiplexelésre példa. Ezenkívül (néhány országban) minden állomásnak van két logikai alcsatomája is; az egyiket zene sugárzására, a másikat hirdetésre használja. A két alcsatorna egymást váltogatja ugyanazon a frekvencián. Először egy kis zene, aztán egy kis reklám, aztán megint zene és így tovább. Ez a fajta működés pedig az időosztásos multiplexelésre példa.

A továbbiakban a frekvenciaosztásos multiplexelésről lesz szó, majd azt követően bemutatjuk, hogy hogyan lehet használni a frekvenciaosztásos multiplexelést fényve-zető kábelek esetén (ez a hullámhosszosztásos multiplexelés). Ezután visszatérünk az időosztásos multiplexelésre, végül bemutatunk egy korszerű, fényvezető szálas idő-osztásos rendszert (SONET).

Frekvenciaosztásos multiplexelés

A 2.24. ábrán azt láthatjuk, hogy frekvenciaosztással hogyan lehet három beszédátvi-telre szánt telefonvonalat egy csatornára multiplexeim. Hangcsatornák esetén a szűrők a rendelkezésre álló sávszélességet körülbelül 3000 Hz-re korlátozzák. Ha több csa-tornát multiplexeinek össze, akkor a csatornák megfelelő szétválasztása érdekében 4000 Hz-et biztosítanak minden csatorna számára. Először a hangcsatornák frekven-ciáját tolják el, mindegyiket különböző mértékben. Ezt követően összefogják a csator-

2.24. ábra. Frekvenciaosztásos multiplexelés. (a) Az eredeti sávszélességek. (b) A frekvenciatartományban eltolt sávszélességek. (c) A multiplexeit csatorna


nákat, mivel minden csatorna máshol helyezkedik el a frekvenciatartományban. Meg kell azonban jegyeznünk, hogy bár a sávok között van valamekkora távolság (védő-sáv), a szomszédos csatornák mégis átlapolódnak egy kicsit, mivel a szűrők nem vág-nak élesen. Ez az átlapolódás azt jelenti, hogy ha az egyik csatorna szélén megjelenik egy nagy tüske, akkor a szomszédos csatorna azt nem termikus zajnak fogja érzékelni. A világszerte használt frekvenciaosztásos rendszerek bizonyos fokig szabványosí-tottak. Széles körben elterjedt az a szabvány, amelyiknél tizenkét 4000 Hz-es csatornát (3000 Hz-es felhasználói sávszélesség és két 500 Hz-es védősáv) multiplexeinek a 60 kHz és 108 kHz közötti frekvenciasávba. Ezt az egységet csoportnak (group) ne-vezik. A 12 kHz és 60 kHz közötti sávot általában egy másik csoport használja. Sok olyan szolgáltató van, amelyik a csoport frekvenciatartománya alapján 48-56 kb/s-os bérelt vonalakat biztosít az ügyfeleinek. Öt csoport (tehát 60 hangcsatorna) multi-plexelése főcsoportot (super group) eredményez. A következő egység a mestercso-port (master group), ami öt főcsoportot (CCITT) vagy tíz főcsoportot (Bell-rendszer) tartalmaz. Vannak olyan szabványok is, amelyek akár 230 000 hangcsatornát is képesek multiplexeim.

Hullámhosszosztásos multiplexelés

Fényvezető szálaknál a frekvenciaosztásos multiplexelés egy speciális változatát hasz-nálják. Ez a hullámhosszosztásos multiplexelés (Wavelength Division Multiplex-ing, WDM). Fényvezető szálakkal az FDM eljárás megvalósításának legegyszerűbb módja a 2.25. ábrán látható. Itt két fényvezető szál csatlakozik egy prizmához (vagy jobb esetben egy optikai rácshoz). Mindkét szál más frekvenciasávban továbbítja a

2.25. ábra. Hullámhosszosztásos multiplexelés


fényenergiát. A két sugár áthalad a prizmán vagy az optikai rácson, és azt követően együtt haladnak tovább a távoli célpontig, ahol aztán újból szétválasztják őket.

Ebben semmi újdonság nincs. Miután mindegyik csatorna saját frekvenciatarto-mánnyal rendelkezik, és ezek a tartományok nem lapolódnak át, a csatornákat egyet-len nagytávolságú fényvezető szálra lehet multiplexeim. A villamos FDM-től mind-össze annyiban különbözik, hogy az optikai rácsnak köszönhetően ez az optikai rend-szer teljesen passzív, ezért rendkívül megbízható.

Meg kell jegyeznünk, hogy a WDM azért olyan népszerű, mert egy fényvezető szá-lon tipikusan csak néhány GHz-es hullámok továbbíthatók. Ennek az az oka, hogy je-lenleg a villamos-optikai átalakítók nem tudnak nagyobb sebességgel működni. Mivel egy fényvezető szál teljes sávszélessége 25 000 GHz körül van (lásd a 2.6. ábrát), ezért lehetőség kínálkozik arra, hogy több csatornát egy nagytávolságú vonalra multi-plexelve továbbítsunk. Ehhez viszont az szükséges, hogy az összes bejövő csatorna különböző frekvenciát használjon.

A WDM eljárás egyik lehetséges alkalmazási területe a korábban ismertetett FTTC rendszer. Kezdetben a telefontársaság a helyi központból kihúzhatna egy fényvezető szálat a körzeti kábelrendező dobozba, amelyben a fényvezető szál a háztartásokba vezető csavart érpárokhoz kapcsolódna. Aztán évekkel később, amikor a fényvezető szál már olcsóbb lesz, és nőnek az igények, akkor a csavart érpárokat ki lehetne cse-rélni fényvezető szálakra, és az előfizetői hurkok hullámhosszosztásos multiplexelés-sel jutnának el a fényvezető szálakon a helyi központba.

A 2.25. ábrán látható rendszer fix hullámhosszokkal dolgozik. Az l-es szál bitjei a 3-ashoz mennek, a 2-es szál bitjei pedig a 4-es szálhoz. Az l-es szálról nem lehet adatot küldeni a 4-es szálra. Viszont lehet kapcsolt hullámhosszosztásos rendszert is építeni. Egy ilyen berendezés több bemenő és több kimenő fényvezető szálat tartal-maz, és bármelyik bemenő szálról bármelyik kimenő szálra lehet adatot küldeni. A kapcsoló általában egy passzív csillag, amit az összes bejövő fényvezető szál fénye megvilágít. Bár a fény ereje n-ed részére csökken, ha a passzív csillagnak n kimenő vonala van, mégis az ilyen rendszerek akár több száz csatorna működtetésére is alkal -masak.

Természetesen, ha az egyik bejövő szálon érkező fény hullámhossza 1,50206 mik-ron, és elvileg bármelyik kimenő szálon továbbítódhat, akkor az összes kimenő szál esetén szükség van egy hangolható szűrőre, amely rá tud hangolódni az 1,50206 mik-ronos hullámhosszra. Ilyen optikailag hangolható szűrőket a Fabry-Perot-féle és a Mach-Zehnder-féle interferométerből lehet előállítani. Az is egy lehetséges megoldás, hogy a bemenő szálaknál alkalmazunk hangolható szűrőket, és a kimenő szálak hul-lámhosszát rögzítjük. Mindkét oldalt túl drága lenne hangolhatóvá tenni, és amúgy sincs túl sok értelme.

Időosztásos multiplexelés

A frekvenciaosztásos multiplexelés analóg áramköröket igényel, így ez az eljárás szá-mítógépekkel nemigen végezhető el. Ugyanakkor a frekvenciaosztásos multiplexelést még ma is használják rézvezetékes és mikrohullámú összeköttetések esetén. Szemben


a frekvenciaosztásos multiplexeléssel, az időosztásos multiplexelés elvégezhető tisztán digitális elektronikus áramkörökkel, ezért az utóbbi években egyre inkább elterjedt. Kár, hogy csak digitális adatok továbbítására alkalmas. Mivel az előfizetői hurkok analóg átvitelt valósítanak meg, ezért a helyi központban, ahol az előfizetői hurkok je-leit egyetlen trönkön továbbítják, az analóg jeleket digitális jelekké kell átalakítani. A következőkben ismertetni fogjuk, hogy az analóg hangjeleket hogyan lehet digitalizál-ni, és egyetlen digitáüs trönkön továbbítani. (Ne felejtsük el, hogy a modemen keresztül elküldött számítógépes adatok is analóg jelek formájában érkeznek meg a helyi központba.)

Az analóg jeleket a helyi központban található speciális berendezés, a kodek (kó-doló-dekódoló) segítségével digitalizálják. A kodek 7 vagy 8 bites számot állít elő (lásd a 2.17. ábrát). A kodek másodpercenként 8000 mintát vesz az analóg jelből (125 s/minta), mivel a Nyquist-tétel értelmében ennyi kell ahhoz, hogy minden informá-ciót kinyerjünk egy 4 kHz sávszélességű telefoncsatornából. Kisebb mintavételi frek-vencia esetén elveszne információ, viszont nagyobb mintavételi frekvencia esetén sem jutnánk több információhoz. Ezt az eljárást impulzuskód-modulációnak (Pulse Code Modulation, PCM) nevezik. A mai távbeszélőrendszereknek a PCM a lelke. Ebből következik az, hogy a távbeszélőrendszerekben látszólag minden időköz a 125 S többszöröse.

Amikor a digitális átvitel már kezdett megfizethető technológiává válni, a CCITT még akkor sem volt képes arra, hogy az impulzuskód-modulációt nemzetközi szinten szabványosítsa. Így ma világszerte számos egymással nem kompatíbilis változatát használják ennek az eljárásnak. Az egymással nem kompatíbilis országok között kap-csolat létrehozásához (sokszor igen drága) „fekete doboz"-okra van szükség, ugyanis a hívást kezdeményező ország rendszerének jeleit át kell alakítani a hívott ország rendszerének megfelelően.

Az Egyesült Államokban és Japánban használt T1 vivőt a 2.26. ábrán láthatjuk. (Valójában a formátumot DS1-nek hívják, és csak a vivőt hívják Tl-nek, de mi nem fogunk különbséget tenni a kettő között.) A T1 vivő 24 hangcsatornát multiplexei

2.26. ábra. A T1 vivő (1,544 Mb/s)


egybe. Az analóg jeleket általában előbb körforgó prioritással mintavételezik, és aztán küldik az analóg bitfolyamot a kodek bemenetére, és nem pedig 24 különböző kodek kimenetét multiplexelik egyetlen digitális kimenetre. A 24 csatorna mindegyike 8 bitet továbbít a kimeneti adatfolyamban. Ebből hét bit adatbit, egy bit pedig vezérlésre szolgál, így csatornánként összesen 7 x 8000 = 56 000 bit adatot és 1 x 8000 = 8000 bit vezérlő információt lehet másodpercenként továbbítani.

A keret 24 x 8 = 192 bitből, plusz egy keretszinkronizáláshoz használt bitből áll, tehát 193 bitet kell továbbítani 125 s-onként. Ez tulajdonképpen végeredményben 1,544 Mb/s-os adatátviteli sebességet jelent. A keretszinkronizálásra használt bit az alábbi minta szerint változik: 0101010101... A vevő normális körülmények között fo-lyamatosan ellenőrzi ezt a bitet, és így győződik meg arról, hogy nem esett-e ki a szinkronból. Ha kiesik a szinkronból, akkor ezt a bitmintát keresi az újraszinkronizá-lódás érdekében. Analóg eszközök egyáltalán nem képesek ilyen bitsorozatok előállí-tására, ugyanis ez egy 4000 Hz-es szinusz jelnek felel meg, amit viszont a szűrők ki-szűrnének. A digitális eszközök viszont természetesen elő tudnak állítani ilyen bitmin-tát, de jelenlétük ellenére nem valószínű, hogy sikerül ez nekik, amikor a keret elcsú-szik. Amikor a T1 rendszert teljes egészében adatok továbbítására használják, akkor csak 23 csatornát vesznek igénybe adatátvitelre, a 24. csatornán pedig egy speciális szinkronizáló bitsorozatot továbbítanak, amely a keretek szétcsúszása esetén a gyor-sabb újraszinkronizálódást teszi lehetővé.

Amikor a CCITT-nek végül sikerült megegyezésre jutnia, akkor úgy vélték, hogy a 8000 b/s-os jelzési információ túl sok, ezért az 1,544 Mb/s-os szabványában 7 bites adategységek helyett 8 bites adategységeket használ. Ez azt jelenti, hogy az analóg jelet 128 helyett 256 diszkrét szinten lehet kvantálni. Így két egymással inkompatíbilis változat született. Közös csatornás jelzés (common-channel signaling) esetén az extra bit (amely a 193 bites keretek végére és nem pedig az elejére kerülnek) a párat-lan keretekben az 10101010... értékeket követi, míg a páros keretekben az összes csa-tornára együttesen vonatkozó jelzési információt hordoz.

A másik változat a csatornához kapcsolódó jelzés (channel associated signal-ing). Ennél a jelzési módnál minden csatornának saját jelzési alcsatornája van. Ezt az alcsatornát úgy alakították ki, hogy minden hatodik keretben a 8 felhasználói bitből egyet jelzési célokra használnak, így tehát minden hat mintából öt minta 8 adatbitet, egy minta pedig csak 7 adatbitet tartalmaz. A CCITT-nek van egy olyan ajánlása is, amelyben a PCM vivő sebessége 2,048 Mb/s; ez a vivő az El. Az El vivő az alapnak tekintett 125 s-os keretben 32 darab 8 bites mintát továbbít. Ebből 30 csatorna adat-átvitelre, 2 csatorna pedig jelzésre szolgál. Minden négy keretből álló csoport 64 jelző bitet tartalmaz, amelyeknek az egyik fele csatornafüggő jelzésre szolgál, a másik felét pedig vagy keretszinkronizálásra, vagy kívánság szerint szabadon lehet felhasználni. Észak-Amerika és Japán kivételével a világon szinte mindenütt a 2,048 Mb/s-os vivőt használják.

A hangjelek digitalizálása után nagy a kísértés, hogy a csatornánként továbbítandó bitek számát megpróbáljuk valamilyen statisztikai módszerrel csökkenteni. Ezek a módszerek nemcsak a beszéd kódolására, hanem bármilyen analóg jel digitalizálására alkalmasak. Az összes tömörítési eljárás azon az elven alapul, hogy a jel viszonylag


2.27. ábra. Deltamoduláció

lassan változik a mintavételi frekvenciához képest, így a 7 vagy 8 bites digitalizált mintákban tárolt információ nagy része redundáns.

A különbségi impulzuskód-moduláció (differential impulse code modulation)olyan eljárás, amelynél a kimenetre nem a digitalizált jel amplitúdója kerül, hanem az aktuális jel és az azt megelőző jel amplitúdójának különbsége. Mivel egy 128 kvantá-lási szinttel rendelkező skálán a ±16 szintes vagy annál nagyobb ugrások nem túl valószínűek, ezért 7 bit helyett 5 is elegendő lehetne. Ha a jel alkalmanként mégis na-gyobbat ugrik, akkor a kódoló logika csak több mintavételi periódus után éri utol a jelet. Beszéd esetén az ilyen hibák elhanyagolhatók.

Ennek a tömörítési eljárásnak van egy olyan változata, amelynél az egymást követő minták között a különbség vagy +1 vagy -1 lehet. Ilyenkor elegendő egyetlen bitet el -küldeni, amely azt mondja meg, hogy az új minta az előzőnél nagyobb-e, vagy annál kisebb. Ez az eljárás a 2.27. ábrán látható deltamoduláció (delta modulation). Ha-sonlóan az összes többi olyan tömörítési eljáráshoz, amely az egymást követő jelek közötti kis eltérésen alapul, a deltamoduláció esetében is gondot okoz az, hogyha a jel túl gyorsan változik, miként ezt a 2.27. ábrán is láthatjuk. Ilyen esetekben információ-vesztés történik.

A különbségi impulzuskód-moduláció egyik továbbfejlesztett változata a korábbi minták értékét extrapolálva megjósolja a következő minta értékét, és a valódi érték, valamint a megjósolt érték közötti eltérést kódolja. Természetesen az adó és a vevő ol-dalnak ugyanazt a jóslási algoritmust kell használnia. Az ilyen kódolási eljárásokat prediktív kódolásnak (predictive encoding) nevezik, és azért hasznosak, mert le-csökkentik a kódolandó számok nagyságát, és ennek köszönhetően kevesebb bitet kell továbbítani.

Bár az impulzuskód-modulációt széles körben alkalmazzák a központok közötti trönkökön, a számítógép felhasználója nem sok hasznát látja ennek, ha a helyi köz-


2.28. ábra. 77 vivők multiplexelése magasabb vivőkre

pontba az összes adat egy 28,8 kb/s-os modulált analóg szinuszos jel formájában jut el. Az lenne az igazi, ha a szolgáltató az előfizetői hurkot közvetlenül az impulzus-kód-modulációval működő trönkökhöz tudná kapcsolni, és így a számítógépek a digi-tális adatokat egyből az 1,544 vagy 2,048 Mb/s-os előfizetői hurkokra tudnák kikül-deni. Sajnos az előfizetői hurkok még sokáig nem fognak tudni ilyen sebességgel mű-ködni.

Az időosztásos multiplexelés lehetővé teszi, hogy a T1 vivőket egy magasabb ren-dű vivőbe multiplexeljük. Ennek módja a 2.28. ábrán látható. A bal oldalon látható négy T1 vivőt egy T2 vivőre multiplexeljük. Míg a 24 hangcsatorna T1 keretté történő átalakításakor bájt alapon végzik a multiplexelést, addig a T2 és a felette levő szin-teken a multiplexelést bitenként hajtják végre. A négy 1,544 Mb/s-os T1 bitfolyam 6,176 Mb/s-os bitfolyamot jelentene, azonban a T2 vivő valójában 6,312 Mb/s-os. Ennek az az oka, hogy keretezéshez és a vivő elcsúszásából adódó hibák helyreállítá-sához extra bitekre van szükség.

A következő szinten hat T2 bitfolyam alkot egy T3 bitfolyamot, majd pedig hét T3 bitfolyamot egyesítenek egy T4 bitfolyamba. Keretezéshez és a hibák korrigálásához minden szinten valamennyivel több adatot továbbítanak az eredetinél.

Ahogy kicsi az egyetértés az Egyesült Államok és a világ többi országa között az alapvivőt illetően, úgy abban sincs egyetértés, hogy a vivőket hogyan multiplexeljék magasabb frekvenciájú vivőkre. Mivel az Egyesült Államokban használt multiplexelé-si mód - azaz először 4, majd 6, végül 7 csatorna összefogása - nem nyerte el a többi ország tetszését, ezért a CCITT ezt úgy szabványosította, hogy minden szinten 4 csa-tornát kell összefogni. Ezenkívül a keretezést és a hibajavítást is másképpen definiálta. A 32, 128, 512, 2048 és 8192 csatornából álló CCITT hierarchia megfelelő sebességei a következők: 2,048; 8,848; 34,304; 139,264 és 565,148 Mb/s.

SONET/SDH

A fényvezető szálas rendszerek megjelenésekor minden telefontársaságnak saját opti-kai TDM rendszere volt. Miután 1984-ben az AT&T feldarabolódott, a helyi telefon-társaságoknak több olyan nagytávolságú szolgáltatóhoz kellett kapcsolódniuk, ame-lyek mind különböző fényvezető szálas TDM rendszert használtak. Így nyilvánvalóan


elkerülhetetlenné vált a szabványosítás. 1985-ben a Bellcore, az RBOC kutatási rész-lege elkezdett dolgozni egy szabványon, amit szinkron optikai hálózatnak (Synch-ronous Optical NETwork, SONET) neveztek el. Később a CCITT is csatlakozott hozzájuk, és 1989-ben megszületett a SONET szabvány és ezzel egyidejűleg egy sor CCITT ajánlás (G.707, G.708 és G.709). A CCITT ajánlásokat szinkron digitális hierarchiának (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) nevezték el. Az SDH csak kicsit különbözik a SONET-től. Egyelőre úgy tűnik, hogy az Egyesült Államokban és sok más országban a nagytávolságú telefonhálózatok fizikai rétege olyan trönkökből áll, amely a SONET-et használja. Ahogy egyre olcsóbbak a SONET chipek, egyre jobban elterjednek a számítógépes SONET interfészkártyák, és így a cégeknek egy-szerűbbé válik a számítógépeiket speciális bérelt vonalak segítségével egyből a tele-fonhálózathoz kapcsolni. A továbbiakban a SONET céljait és működését ismertetjük röviden. Minderről bővebben (Bellamy, 1991; valamint Omidyar és Aldridge, 1993) műveiben olvashatunk.

A SONET-nek négy fő célja volt. Az első és legfontosabb az volt, hogy a SONET segítségével lehetőség nyíljon különböző vivők együttműködésére. Ennek a célnak az eléréséhez egy olyan közös jelzésrendszer kialakítására volt szükség, amely a hullám-hosszakat, az időzítéseket, a keretek szerkezetét stb. szabványosította.

Másodszor, szükség volt egy olyan eszközre, amely egységessé tette az Egyesült Államok, Európa és Japán digitális rendszereit, ugyanis mindhárom rendszer 64 kb/s-os PCM csatornákon alapult, azonban mindegyik másképpen (egymással inkompatíbilis módon) kombinálta ezeket a csatornákat

Harmadrészt, a SONET-nek lehetővé kellett tennie több digitális csatorna multi-plexelését. Amikor a SONET-et kidolgozták, akkor az Egyesült Államokban a legna-gyobb sebességű vivő a 44,736 Mb/s-os T3 volt. A T4 vivő ugyan elméletileg már lé-tezett, azonban még nem használták. A T4 vivő fölött pedig még definiálva sem volt további sebesség. A SONET egyik küldetése pont az volt, hogy folytassa a hierarchiát a Gb/s-os, továbbá az afölötti tartományokba. A SONET-nél alacsonyabb frekvenciájú vivők SONET csatornákba történő multiplexelésére is egységes eljárást kellett ki-dolgozni.

Negyedrészt, a SONET-nek üzemeltetési, adminisztrációs és karbantartási felada-tokat is el kellett látnia. A korábbi rendszerek ugyanis nemigen jeleskedtek ebben.

Eredetileg a SONET-et egy hagyományos TDM rendszernek szánták, amiben az optikai szál teljes sávszélességét egy csatornának tekintették, és ez a csatorna időrése-ket biztosított a különböző alcsatornáknak. Mint ilyen, a SONET szinkron rendszer. Működéséi egy olyan master órajel vezérli, amelynek pontossága kb. 10 -9. A bitek master órajel segítségével a SONET vonalakon rendkívül pontos időközönként kerül-nek továbbításra.

Később, amikor a szélessávú ISDN alapjának a cellakapcsolást javasolták, akkor a szabálytalan időközönként megérkező cellák miatt az új módszert aszinkron átviteli módnak (asynchronous transfer mode, ATM) nevezték el, ezzel különböztetve meg a szinkron működésű SONET-től.

A SONET rendszer fényvezető szálakkal összekötött kapcsolókból, multiplexerek-ből és ismétlőkből épül fel. A 2.29. ábrán egy olyan rendszer vázlatát láthatjuk, amelyben a forrásgép és célgép között egyetlen közbülső multiplexer és egyetlen köz-


bülső ismétlő található. A SONET terminológiája szerint szakasznak (section) nevez-zük azt a fényvezető' kábelt, amely két eszközt más eszközök közbeiktatása nélkül, közvetlenül köt össze. Két multiplexer között az összeköttetést vonalnak (line) hívjuk. (A vonalon lehet egy vagy több közbülső ismétlő.) A forrásgép és a célgép közötti összeköttetést (ami egy vagy több multiplexeit és ismétlőt is tartalmazhat) elérési útnak (path) nevezzük. A SONET hálózat topológiája teljesen összekötött vagy kettős gyűrű lehet, bár ez utóbbi a tipikusabb.

A SONET keret alapja egy 810 bájtos blokk, ami 125 s-onként kerül ki az átviteli vonalakra. Mivel a SONET szinkron rendszer, ezért a kereteket attól függetlenül el-küldi, hogy van-e bennük hasznos adat, vagy nincs. A másodpercenként elküldött 8000 keret pontosan illeszkedik a digitális távbeszélőrendszerekben használt PCM csatornák mintavételi frekvenciájához.

A 810 bájtos SONET keret a legjobban egy olyan bájtmezővel írható le, amelynek 90 oszlopa és 9 sora van. Ez azt jelenti, hogy 8 x 810 = 6480 bit továbbítódik má-sodpercenként 8000-szer, azaz a teljes adatátviteli sebesség 51,84 Mb/s. Ez a sebesség a SONET alapcsatornája, az l-es számú szinkron szállító jel (Synchronous Trans-port Signal-1, STS-1). Az összes SONET trönk sebessége az STS-1 sebesség több-szöröse.

Az első három oszlop minden keretben rendszermenedzsment-információk számára van fenntartva, ahogy ez a 2.30. ábrán is látható. Ebből az első három sor a szekció fejrészét tartalmazza, a következő hat sor pedig a vonalét. A szekció fejrésze mindig a szekció adatai előtt generálódik, és a szekció végén kerül ellenőrzésre, míg a vonal fejrésze mindig a vonal elején képződik, és a vonal végén kerül ellenőrzésre.

A maradék 87 oszlop 87 x 9 x 8 x 8000 = 50,112 Mb/s felhasználói adatot tartal-mazhat. Persze az adatmező, amit szinkron adatokat tartalmazó borítéknak (Synchronous Payload Envelope, SPE) hívnak, nem mindig az első sor negyedik oszlopában kezdődik. Az SPE bárhol kezdődhet a kereten belül. Az első bájtra mutató pointert a vonal fejrészének első sora tartalmazza. Az SPE első oszlopa az elérési út fejrésze (tehát a végpontok közötti elérési út alréteg protokolljának a fejrésze).

Az a lehetőség, hogy az SPE adatmezőt bárhol elkezdhetjük a SONET kereten be-lül, és így akár két keretre is széttörhetjük az adatmezőt, ahogy ezt a 2.30. ábrán is lát-hatjuk, további flexibilitást jelent a rendszer részéről. Például, ha éppen egy üres keret

2.29. ábra. SONET elérési út


elküldése közben kap a forrásállomás hasznos adatokat, akkor nem kell megvárnia, amíg a következő keret elkezdődik, hanem az aktuális keretbe beillesztheti az adato-kat. A SONET-nek ez a tulajdonsága akkor is hasznos lehet, amikor az adatok nem férnek bele pontosan egy keretbe. Ez történik például az 53 bájtos ATM cellákkal. A vonal fejrészének első sora az első teljes cella elejére mutat, így biztosítja a szinkroni-zációt.

A szekció, a vonal és az elérési út fejrésze bőségesen tartalmaz olyan bájtokat, amelyek az üzemeltetés, az adminisztráció és a karbantartás céljait szolgálják. Mivel minden bájt 8000-szer fordul elő másodpercenként, ezért ezek egy külön PCM csator-nát adnak ki. A bájtok közül három hangcsatornaként szolgál a szekciókat, a vonalakat és az elérési utakat karbantartó személyzet számára. A többi bájtot keretezésre, pa-ritásvizsgálatra, hibamonitorozásra, azonosításra, órajelre, szinkronizációra és egyéb más feladatokra tartják fenn. Bellamy (1991) részletesen ismerteti az összes mező je-lentését.

A becsatlakozó adatfolyamok (tributaries) multiplexelése fontos szerepet játszik a SONET-ben. A multiplexelés menetét a 2.31. ábra mutatja. A bal oldalon különböző kis sebességű adatfolyamokkal kezdünk, ezeket konvertáljuk át a SONET STS-1 adatsebességére. Sokszor az adatfolyamot ki kell egészíteni jelentés nélküli adatokkal, hogy kiadódjon az 51,84 Mb/s-os sebesség. A következő lépésben három adatfolya-mot multiplexelünk össze egy 155,52 Mb/s-os STS-3 kimeneti adatfolyamba, amely-ből négyet összefogva végül az STS-1 alapsebesség 12-szeresét kapjuk. Ekkor össze-tömörítjük az adatokat, hogy megakadályozzuk a szinkronból való kiesést a sok egy-mást követő 0 vagy 1 miatt, és a villamos jeleket optikai jelekké alakítjuk.

A multiplexelés bájtonként történik. Például, amikor három 51,48 Mb/s-os STS-1

2.30, ábra. Két egymást követő SONET keret


adatfolyamot egyetlen 155,52 Mb/s-os STS-3 adatfolyamba multiplexelünk, akkor a multiplexer először az első adatfolyamból, majd a második adatfolyamból, végül a harmadik adatfolyamból vesz egy-egy bájtot, és továbbítja a kimenetén. Csak ezután tér vissza az első adatfolyamhoz. Az STS-3 szint a 2.30. ábrát alapul véve úgy műkö-dik, hogy először mindhárom bejövő adatfolyamból - tehát az első, majd a második, végül a harmadik adatfolyamból - a keret első oszlopát továbbítjuk, aztán mindhárom adatfolyamból a keret második oszlopát és így tovább. Így összesen 270 x 9 bájtot to-vábbítunk 125 s alatt, ebből adódik ki a 155,52 Mb/s-os adatsebesség.

A SONET multiplexelési hierarchiája a 2.32. ábrán látható. Az adatsebességeket az STS-1 és az STS-48 között definiálták. Az STS-n adatsebességnek megfelelő optikai vivőt OC-n-nek nevezik. Optikai vivő esetén a 2.31. ábrán látható multiplexelés biten-ként történik. Az SDH elnevezések ettől annyiban térnek el, hogy az OC-3-nál kez-dődnek, mivel a CCITT szerinti rendszerekben nincsen 51,84 Mb/s-hoz közel eső se-besség. Az OC-9 vivő azért van benne a hierarchiában, mert megfelel a Japánban használt nagy sebességű trönkök adatsebességének. Az OC-18-at és az OC-36-ot ha-marosan bevezetik Japánban is. Az adatsebességek magukba foglalják az összes fej-részt. A SPE adatsebességekben nincs benne a vonal- és szekciófejrész. A felhasználói adatsebesség a fejrész nélküli adatmezőt tartalmazó 86 oszlopra vonatkozik.

Egyébként, amikor az egyik vivőt, mondjuk az OC-3-at nem implementálják, és mégis adatokat továbbítanak ilyen adatsebességgel egy adott forrásgépből, akkor a je-lölést egy c betűvel (az angol concatenated szónak megfelelően) egészítik ki. Tehát a 155,52 Mb/s-os OC-3 vivő három különböző OC-1 vivőből áll, míg az OC-3c pedig egy olyan vivőt jelöl, amely egyetlen forrásgép adatait továbbítja 155,52 Mb/s-os se-bességgel. Az OC-3c adatfolyamban összefogott OC-1 adatfolyamok oszloponként át-

2.31. ábra. Multiplexelés a SONET-ben


lapolják egymást, tehát először az első adatfolyam első oszlopa, majd a második adat-folyam első oszlopa, végül a harmadik adatfolyam első oszlopa, ezt követően pedig az első adatfolyam második oszlopa stb. kerül továbbításra, ami egy 270 oszlop széles és 9 sor magas keretet jelent.

Az OC-3c adatfolyamban az aktuális felhasználói adatok mennyisége valamivel nagyobb, mint az OC-3 adatfolyamban (148,608 Mb/s helyett 149,760 Mb/s), ugyanis az SPE csak egyszer tartalmazza az elérési út fejrészét, míg három különböző OC-1 adatfolyam multiplexelése esetén az OC-3 adatfolyam háromszor tartalmazza azt. Magyarán az OC-3c vivővel a 270 oszlopból 260-at lehet elküldeni, míg az OC-3 vi-vővel csak 258-at. A keretek magasabb rendű összefűzésére (pl. OC-12c) szintén van lehetőség.

Ezek után talán már világos, hogy miért használ az ATM 155 Mb/s-os adatátviteli sebességet: azért, hogy az ATM cellákat a SONET OC-3c trönkökön is továbbítani le-hessen. Azzal is tisztában kell lennünk, hogy a 155 Mb/s-os sebesség bruttó sebesség, mivel magába foglalja a SONET fejrészeket. Ráadásul, az idők során valaki a 155,52 Mb/s-ot hibásan 155 Mb/s-ra kerekítette, és ma már mindenki ezt az értéket használja - hibásan.

A SONET fizikai rétegét négy alrétegre osztották, ahogy ez a 2.33. ábrán is látható. A legalsó alréteg a foton alréteg (photonic sublayer). Ez az alréteg a felhasznált fényvezető szál és az azon továbbított fény fizikai tulajdonságait specifikálja. A mara-dék három alréteg megfelel a szekciónak, a vonalnak és az elérési útnak. A szekció al-réteg a fényvezető szálakkal történő két pont közötti összeköttetésekkel foglalkozik. Az egyik oldalon szabványos kereteket állít elő, a másik oldalon pedig feldolgozza azokat. A szekciók az ismétlőknél kezdődnek, és ott is érnek véget. Az ismétlők fel -erősítik a jeleket és újra előállítják a biteket, de az adatokat nem változtatják meg és nem is dolgozzák fel.

A vonal alréteg a becsatlakozó adatfolyamok multiplexelésével és demultiplexelé-sével foglalkozik. A vonal alréteg számára az ismétlők transzparensek. Amikor egy multiplexer biteket továbbít egy optikai szálon, akkor elvárja, hogy a bitek a közbülső ismétlők számától függetlenül változatlanul eljussanak a következő multiplexerig. A

SONET SDH Adatsebesség (Mb/s)

Villamos Optikai Optikai Bruttó SPE Felhasználói

STS-1 OC-1 51,84 50,112 49,536

STS-3 OC-3 STM-1 155,52 150,336 148,608

STS-9 OC-9 STM-3 466,56 451,008 445,824

STS-12 OC-12 STM-4 622,08 601,344 594,432

STS-18 OC-18 STM-6 933,12 902,016 891,648

STS-24 OC-24 STM-8 1244,16 1202,688 1188,864

STS-36 OC-36 STM-12 1866,24 1804,032 1783,296

STS-48 OC-48 STM-16 2488,32 2405,376 2377,728

2.32. ábra. A SONET és az SDH adatsebességek


2.33. ábra. A SONET architektúrája

vonal alréteg tehát a multiplexerek közötti kapcsolatot felügyeli, és elsősorban azzal foglalkozik, hogy hány bemenő vonalat és hogyan multiplexeljünk. Az elérési út alré-teg és protokollja a végpontok közötti kapcsolattal foglalkozik.

2.4.5. Kapcsolási módok

Egy átlagos távközlési mérnök szempontjából a telefonhálózatnak két fő része van: a külső berendezések (az előfizetői hurkok és a trönkök, amelyek a telefonközponton kívül vannak) és a belső berendezések (a kapcsolók). Eddig csak a külső berendezé-sekkel foglalkoztunk, ezért itt az ideje, hogy a belső berendezéseket is szemügyre ve-gyük.

A távbeszélőrendszerekben két különböző kapcsolási technikát alkalmaznak: a vo-nalkapcsolást és a csomagkapcsolást. A továbbiakban először röviden bemutatjuk a két technikát, majd elkezdjük részletesen tárgyalni a vonalkapcsolást, lévén hogy a je-lenlegi telefonközpontok ezen az elven működnek. A fejezet későbbi részeiben a cso-magkapcsolást fogjuk behatóbban tanulmányozni, mivel a távbeszélőrendszerek kö-vetkező generációja, a szélessávú ISDN már ezt a kapcsolási módot alkalmazza.

Vonalkapcsolás

Amikor felhívunk valakit, vagy a számítógép végrehajt egy telefonhívást, akkor a táv-beszélőrendszer kapcsolóberendezése keres egy olyan fizikai vonalat vagy áramkört (ami lehet rézvezeték, fényvezető szál vagy akár rádióhullám), amelynek segítségével a saját telefonkészülékünket a hívott fél készülékével összekapcsolja. Ezt a kapcsolási módot vonalkapcsolásnak vagy áramkör kapcsolásnak (circuit switching) nevez-zük. A vonalkapcsolást vázlatosan a 2.34.(a) ábrán láthatjuk. A hat négyszög mind-egyike egy-egy telefonközpontot jelent (helyi központ, távhívó központ stb.). Ezen az ábrán minden központnak három bemenő és három kimenő vonala van. Amikor a központon keresztül létrejön egy összeköttetés, akkor a hívást kezdeményező bemenő


vonal és valamelyik kimenő vonal között fizikai kapcsolat létesül. Ezt jelképezik a szaggatott vonalak.

A távbeszélőrendszerek kezdeti időszakában a kapcsolat úgy jött létre, hogy a tele-fonkezelő a hívó és a hívott fél vezetékét egy kapcsolóvezetékkel (jumper cable) kö-tötte össze. Ezzel kapcsolatban van egy érdekes kis történetünk az automata telefon-központról, amit a 19. században egy Almon B. Strowger nevű temetkezési vállalkozó fejlesztett ki. Nem sokkal a telefon feltalálása után, amikor valaki meghalt, valamelyik hozzátartozó felhívta a telefonközpontot, és a következőt mondta a kezelőnek: „Ké-rem, kapcsoljon egy temetkezési vállalkozót!" Mr. Strowger legnagyobb sajnálatára azonban két ilyen vállalkozó is volt a városban, és pont a másik vállalkozó felesége volt a telefonkezelő. Hamar rájött tehát arra, hogy vagy feltalálja az automata telefon-központot vagy tönkremegy. Végül az első utat választotta. Még közel 100 évvel a történet után is világszerte Strowger-kapcsolónak nevezték a telefonközpontot. (Arról már nem szól a történet, hogy a munkanélkülivé vált központos kapott-e állást a tuda-kozóban, ahol olyan kérdésekre kellett válaszolnia, mint például: „Meg tudná adni, kérem, egy temetkezési vállalkozó telefonszámát?"

A 2.34.(a) ábrán látható elrendezés persze nagyon leegyszerűsített, hiszen két te-lefonkészülék között a „rézvezetékes" kapcsolat egyes részei akár olyan mikrohullá-

2.34. ábra. Kapcsolási módok. (a) Vonalkapcsolás. (b) Csomagkapcsolás


mú összeköttetések is lehetnek, amelyek több ezer telefonhívást multiplexeinek össze. Az alapelképzelés viszont továbbra is érvényes: ha egyszer létrejön egy összeköttetés, akkor a két végpont között dedikált kapcsolat létesül, és az folyamatosan fennáll ad-dig, amíg a hívás véget nem ér.

A vonalkapcsolás egyik fontos tulajdonsága, hogy a végpontok közötti összekötte-tést még az adatok továbbítása előtt kell létrehozni. A tárcsázás és a kicsengetés között akár 10 másodperc is eltelhet, sőt távolsági vagy nemzetközi hívásoknál még több is. Ezalatt az idő alatt a távbeszélőrendszer egy rézvezetékes összeköttetést keres. A hívás eseményeit a 2.35.(a) ábra szemlélteti. Ne felejtsük el, hogy mielőtt az adatátvi-tel megkezdődhetne, a híváskezdeményező jelzésnek el kell jutnia egészen a hívott készülékig, és a nyugtának vissza kell érkeznie. Sok olyan számítógépes alkalmazás van (pl. hitelkártya ellenőrzése vásárláskor), amelynél a hosszú kapcsolatfelépítési idő megengedhetetlen.

2.35. ábra. Események időzítése. (a) Vonalkapcsolásnál. (b) Üzenetkapcsolásnál. (c) Csomagkapcsolásnál


Ha viszont a kapcsolat felépült, akkor a telefonáló felek között létrejött rézvezeté-kes összeköttetésnek köszönhetően az adatok késleltetése lényegében csak az elektro-mágneses hullámok terjedési sebességéből adódik, ami 1000 km-enként kb. 5 ms. Ugyancsak a felépített kapcsolatnak köszönhető, hogy nincs torlódásveszély, tehát ha megtörtént a kapcsolás, akkor azt követően már sosem kapunk foglalt jelet. A kap-csolás létrejötte előtt persze kaphatunk foglaltsági jelzést, amennyiben a telefonköz-pont vagy a trönk túlterhelt.

Egy másik kapcsolási módszer a 2.35.(b) ábrán látható üzenetkapcsolás (message switching). Ennél a kapcsolási módnál a küldő és a vevő között nem jön létre fizikai rézvezetékes összeköttetés, hanem amikor a küldő egy adatblokkot akar továbbítani, akkor azt az első kapcsoló központ (azaz router) eltárolja, majd valamikor később to-vábbküldi a következő központnak és így tovább. A központok minden adatblokknak megvárják a végét, csak ezután vizsgálják meg, hogy van-e bennük hiba, majd továbbküldik az adatblokkokat. Azokat a hálózatokat, amelyek ezt az eljárást használ-ják, tárol-és-továbbít (store-and-forward) hálózatoknak nevezzük, ahogy ezt az 1. fejezetben már említettük.

Az első olyan elektromechanikus távközlési rendszer, amely üzenetkapcsolást al-kalmazott, a távíró volt. Az üzenetet a feladó központban lyukasztással felvitték egy papírszalagra, majd beolvasták és továbbították a vonalon a következő központba, ahol az üzenetet egy másik lyukszalagra írták át. Itt a kezelő letépte a lyukszalagot, és beolvasta valamelyik szalagolvasó berendezéssel, amelyből minden trönkhöz tartozott egy. Az ilyen központot tépőszalagos központnak (torn tape office) hívták.

Üzenetkapcsolás esetén az adatblokkok méretét semmi nem korlátozza, tehát a routereknek (egy mai rendszerben) elegendően nagy tárolókapacitással kell rendelkez-niük a nagyméretű adatblokkok tárolásához. Ez persze azt is jelenti, hogy egyetlen adatblokk a routereket Összekötő vonalakat akár több percre is lefoglalhatja, így az üzenetkapcsolás nem használható interaktív adatátvitelre. Az említett problémák kikü-szöbölésére fejlesztették ki a csomagkapcsolást (packet switching). Csomagkapcsolt hálózatban az adatblokkok méretének szigorú felső korlátja van, így a csomagokat a routerben nem kell diszken tárolni, hanem elegendő hozzá az operatív tár is. Mivel biztos, hogy hosszabb időre (milliszekundumokra) senki nem tudja kisajátítani az adatátviteli vonalakat, a csomagkapcsolt hálózatok kifejezetten alkalmasak interaktív adatforgalom lebonyolítására. A csomagkapcsolásnak más előnyei is vannak az üzenetkapcsolással szemben. Ezek láthatók a 2.35.(b) és (c) ábrán. Egy több csomag-ból álló üzenet első csomagját már akkor továbbítani lehet, amikor a második csomag még meg sem érkezett teljesen. Ezáltal a csomagok késleltetése lecsökken, a hálózat átbocsátóképessége pedig megnő. Ennek tulajdonítható, hogy a hálózatok általában csomagkapcsoltak, néha vonalkapcsoltak, de sohasem üzenetkapcsoltak.

A vonalkapcsolás és a csomagkapcsolás sok mindenben különbözik egymástól. A leglényegesebb különbség az, hogy a vonalkapcsolás a szükséges sávszélességet stati-kusan, előre lefoglalja, míg a csomagkapcsolás igény szerint lefoglalja, majd felszaba-dítja azt. Vonalkapcsolás esetén egy lefoglalt áramkörön a kihasználatlan sávszélesség kárba vész. Ugyanakkor csomagkapcsolás esetén ezt a sávszélességet felhasználhatják olyan csomagok, amelyeket egy másik forrástól egy másik célállomáshoz küldtek, mi-vel az áramkörök sohasem dedikáltak. Viszont pontosan emiatt a bemenő adatforga-


lom ugrásszerű növekedése oly mértékben eláraszthat egy routert, hogy annak megtel-het a memóriája, és ezáltal elveszhetnek csomagok.

A vonalkapcsolással ellentétben csomagkapcsolásnál a routernek lehetősége van a sebesség és a kódkonverzió megválasztására, sőt bizonyos fokig hibajavítást is képe-sek végezni. Mindezek ellenére egyes csomagkapcsolt hálózatokban előfordul, hogy a csomagok rossz sorrendben érkeznek meg a célállomáshoz. Vonalkapcsolt hálózatban az üzenetek sorrendje sohasem rendeződik át.

További különbség, hogy a vonalkapcsolás teljesen transzparens. Az adó és a vevő olyan adatsebességet, formátumot és keretezési módot használhat, amilyet csak akar. Mindezekről a szolgáltató nem tud, és nem is érdekli őt. Csomagkapcsolásnál viszont a szolgáltató meghatároz bizonyos alapparamétereket. A különbség majdnem az, mint az autóút és a vasút között. Az elsőnél a felhasználótól függ, hogy milyen méretű, se-bességű és típusú járművel közlekedik, míg a második esetben az üzemeltető határoz-za azt meg. Ez a transzparens tulajdonság az, ami lehetővé teszi hangok, adatok és faxok együttes továbbítását a telefonhálózaton.

Végül van még egy különbség a vonalkapcsolt és a csomagkapcsolt hálózatok kö-zött, ez pedig a számlázás algoritmusa. A csomagkapcsolt szolgáltatók általában a to-vábbított bájtokat (vagy csomagokat), és az összeköttetések időtartamát egyaránt fi-gyelembe veszik számlázáskor. Az átviteli távolság viszont nem számít, kivéve persze a nemzetközi összeköttetéseket. Vonalkapcsolt hálózatoknál a díjak csak a távolságtól és az összeköttetések időtartamától függenek, és függetlenek a forgalom nagyságától. A két kapcsolási mód közötti különbségeket a 2.36. ábrán látható táblázat tartalmazza.

Mind a vonalkapcsolás, mind a csomagkapcsolás olyan fontos dolog, hogy hama-rosan visszatérünk rájuk, és részletesen is bemutatjuk a különböző használatos mód-szereket.

Jellemző Vonalkapcsolás Csomagkapcsolás

Dedikált vezetékes útvonal Van Nincs

Rendelkezésre álló sávszélesség Állandó Dinamikusan változó

Kihasználatlan sávszélesség Van Nincs

Tárol-és-továbbít típusú adatátvitel Nem Igen

Minden csomag ugyanazon az útvonalon halad

Igen Nem

Kapcsolatfelépítés Szükséges Nem szükséges

Torlódás lehetséges idejeKapcsolatfelépítés

soránBármelyik csomagnál

Számlázás alapja Hívás időtartamaElküldött csomagok

száma

2.36. ábra. A vonalkapcsolt és a csomagkapcsolt hálózatok összehasonlítása


Kapcsolóhierarchia

Érdemes egy pár szót ejteni arról, hogy a mai vonalkapcsolt távbeszéló'rendszerben hogyan valósul meg a kapcsolók közötti forgalomirányítás. A következőkben az AT&T rendszerét fogjuk bemutatni, de más telefontársaságok és országok ugyanezt az elvet követik. A távbeszélőrendszer központjait öt osztályba lehet sorolni. Ezeket a 2.37. ábrán láthatjuk. Van 10 regionális kapcsolóközpont, amelyek teljes összekötte-tésben állnak egymással 45 nagy sávszélességű fényvezető szálas trönkön keresztül. A regionális központok alatt 67 szekció központ, 230 primer központ, 1300 távhívó köz-pont és 19 000 helyi központ található. Az alsó négy szintet eredetileg fastruktúrába szervezték.

2.37. ábra. Az AT&T telefonhálózatának hierarchiája. A szaggatott vonalak közvetlen trönköket jelölnek


A hívások általában a lehető' legalacsonyabb szintű központba futnak be. Így pél-dául ha egy eló'fizető, aki az l-es helyi központhoz kapcsolódik, felhív egy másik elő-fizetó't, aki szintén az l-es helyi központhoz kapcsolódik, akkor a hívás abban a köz-pontban fog lezajlani. Ha viszont az l-es helyi központhoz kapcsolódó előfizető' egy olyan előfizetőt hív fel, aki a 2-es helyi központhoz csatlakozik, akkor a kapcsolást az l-es távhívó központ végzi (lásd 2.37. ábra). Ugyanakkor, ha valaki az l-es helyi központból a 4-es helyi központba akar telefonálni, akkor a kapcsolat az l-es primer központban jön létre és így tovább. Egy egyszerű fastruktúra segítségével csak egyet-len legrövidebb út létezik, és a kapcsolat általában e mentén jön létre.

Az évek során a telefontársaságok felfigyeltek arra, hogy vannak olyan utak, ame-lyek a többinél jobban le vannak terhelve. Például rengeteg hívás zajlott le New York és Los Angeles között. Ahelyett, hogy a kapcsolási hierarchiát használták volna, egy-szerűen kiépítettek egy közvetlen trönköt (direct trunk) a leterhelt vonalak mentesí-tésére. A 2.37. ábrán az ilyen összeköttetésekből láthatunk néhányat szaggatott vonal-lal jelölve. A következmény az lett, hogy számos hívás ma már több lehetséges kap-csolási útvonal mentén is megvalósulhat. A kiválasztott útvonal általában a közvetlen összeköttetés mentén jön létre, de ha az ehhez szükséges trönk teljesen telített, akkor egy másik útvonalon valósul meg. Ez a bonyolult forgalomirányítás ma már nem je-lent problémát, ugyanis egy korszerű kapcsológép, mint amilyen az AT&T 5 ESS gé-pe, lényegében nem más, mint egy olyan általános célú számítógép, amely óriási meny-nyiségű speciális B/K eszközzel rendelkezik.

Keresztrudas kapcsoló

A kapcsológépek közötti forgalomirányításról most térjünk át arra, hogy valójában hogyan is működnek a kapcsológépek. A távbeszélőrendszerben a kapcsológépeknek számos változata van (volt). A legegyszerűbb a keresztrudas (crossbar) kapcsoló, amit kereszteződéses kapcsolónak (crosspoint switch) is hívnak. Ezt a kapcsolót a 2.38. ábrán láthatjuk.

Egy n bemeneti és n kimeneti vonallal (tehát n duplex vonallal) rendelkező kapcso-ló esetén a keresztrudas kapcsolóban n2 kereszteződésnek (cross point) nevezett met-széspont található, amelyek a 2.38.(a) ábrán látható módon egy bemeneti és egy kimeneti vonalat tudnak egy félvezető kapcsoló segítségével összekötni. A 2.38.(b) ábrán azt az esetet láthatjuk, amikor a 0-s vonal a 4-es vonallal, az l-es vonal a 7-es vonallal és a 2-es vonal a 6-os vonallal van összekötve. A 3-as és az 5-ös vonal nincs összekötve. Az összes bit, ami mondjuk a 4-es vonalon érkezik a kapcsolóhoz, rögtön továbbítódik a 0-s vonalon. Így tehát a keresztrudas kapcsolók a vonalkapcsolást ugyanúgy közvetlen villamos összeköttetés formájában valósítják meg, mint ahogy az összekötő kábelt használó első generációs kapcsolók, csak éppen automatikusan és a másodperc néhány milliomod része alatt.

A keresztrudas kapcsolóval az a gond, hogy a kereszteződések száma a kapcsoló bemeneteinek számával négyzetesen nő. Ha feltételezzük azt, hogy az összes vonal duplex, és nincsenek önkapcsolások, akkor csak az átló felett levő kereszteződésekre van szükség. Még így is n(n-l)/2 kereszteződés kell. Ha n = 1000, akkor ez 499 500


2.38. ábra. Keresztrudas kapcsoló. (a) Összeköttetések nélkül, (b) Három összeköttetéssel (0-s vonal és 4-es vonal, 1-es vonal és 7-es vonal, illetve 2-es vonal és 6-os vonal)

kereszteződést jelent. Bár ennyi tranzisztorkapcsolót be lehet építeni egy VLSI chip-be, azonban 1000 lábat már nem lehet egy ilyen eszközön kialakítani. Így a keresztru-das kapcsolók inkább csak viszonylag kis helyi központok esetén használhatók.

Térosztásos kapcsolók

Ha a keresztrudas kapcsolót kisebb egységekre osztjuk, és azokat összekötjük egy-mással, akkor olyan többfokozatú kapcsolót kapunk, amelyben több kisebb kereszt-rudas kapcsoló van. Az ilyen kapcsolót térosztásos kapcsolónak (space division switch) nevezzük. Két lehetséges változatát láthatjuk a 2.39. ábrán.

Hogy ne bonyolítsuk túl a helyzetet, csak a háromfokozatú kapcsolókat fogjuk megvizsgálni, bár ennél többfokozatú kapcsolók is lehetségesek. A most következő példában összesen N bemenettel és N kimenettel számolunk. Egy N x N-es keresztru-das kapcsoló helyett, a kapcsolót több kisebb és nem szimmetrikus keresztrudas kap-csolóból fogjuk felépíteni. Az első fokozatban minden kapcsolónak n bemenete van, így tehát N/n darab kell belőlük ahhoz, hogy az N bemenő vonalat ki tudjuk szolgálni.

A második fokozatban k darab keresztrudas kapcsoló helyezkedik el, és mindegyik N/n bemenettel, illetve ugyanennyi kimenettel rendelkezik. A harmadik fokozat meg-egyezik az első fokozattal azzal a különbséggel, hogy fordítva áll. Az összes közbülső keresztrudas kapcsoló összeköttetésben áll valamennyi bemeneti és kimeneti kereszt-rudas kapcsolóval. Ennek következtében bármelyik bemenetet bármelyik kimenettel össze lehet úgy kötni, hogy a közbülső keresztrudas kapcsolók közül a 2.39.(a) ábrán akár az elsőt, akár a másodikat vesszük igénybe. Lényegében két különböző útvonal

2.39. ábra. Térosztásos kapcsolók különböző paraméterekkel. (a) k = 2. (b) k = 3

létezik minden bemenet és kimenet között attól függően, hogy melyik közbülső ke-resztrudas kapcsolót használjuk. A 2.39.(b) ábrán minden bemenet-kimenet párhoz három lehetséges útvonal tartozik. Ha a középső fokozat k keresztrudas kapcsolót tar-talmaz (ahol k egy tervezési paraméter), akkor k különböző útvonal lehetséges.

Számoljuk most ki azt, hogy egy háromfokozatú kapcsoló esetén hány keresztező-désre van szükség. Az első fokozatban Nln keresztrudas kapcsoló van, és mindegyik nk kereszteződéssel rendelkezik. Ez eddig Nk kereszteződés. A második fokozatban k keresztrudas kapcsoló van, és ezek mindegyike (Nln)2 kereszteződést tartalmaz. A harmadik fokozat megegyezik az elsővel. A három szint kereszteződéseit összeadva a következőt kapjuk:

kereszteződések száma = 2kN + k (N/n)2

Ha N = 1000, n = 50 és k= 10, akkor ez összesen 24 000 kereszteződést jelent, szem-ben a 499 500-zal, ami egy 1000 x 1000-es egyfokozatú keresztrudas kapcsolóban van.

Sajnos, szokás szerint, semmi nincs ingyen. Ez a kapcsoló ugyanis blokkolódhat. Vegyük szemügyre megint a 2.39.(a) ábrát. A második fokozatnak nyolc bemenete van, így egyszerre nyolc hívást tud fogadni. Amikor a kilencedik hívást kapja, akkor foglalt jelzést fog adni, pedig lehet, hogy a hívott fél szabad. A 2.39.(b) ábrán látható kapcsoló valamivel jobb, ugyanis az 8 helyett 12 hívást tud egyszerre fogadni, igaz, ez viszont több kereszteződést tartalmaz. Időnként előfordul, hogy még a tárcsázás befe-

A FIZIKAI RÉTEG


jezése előtt foglalt jelzést kapunk. Ennek valószínűleg az az oka, hogy az összekötte-tés a blokkolás miatt nem tud létrejönni.

Nyilvánvaló, hogy minél nagyobb a k, annál drágább a kapcsoló, de persze annál kisebb a blokkolás valószínűsége. 1953-ban Clos bebizonyította, hogy k = 2n- 1 ese-tén a kapcsoló soha nem blokkol (Clos, 1953). Más kutatók a hívások jellemzőit ta-nulmányozták annak érdekében, hogy olyan kapcsolót tudjanak építeni, amely elméle-tileg ugyan blokkoló, a gyakorlatban azonban szinte sohasem.

Időosztásos kapcsoló

A 2.40. ábrán egy teljesen másfajta kapcsolót, egy időosztásos kapcsolót (time divi-sion switch) láthatunk. Az időosztásos kapcsoló az n bemeneti vonalat sorban egymás után megvizsgálja, és egy n időrésből álló bemeneti keretet hoz létre. Mindegyik idő-rés k bitből áll. T1 sebességű kapcsolók esetén az időrések 8 bitesek, és a kapcsolók másodpercenként 8000 keretet dolgoznak fel.

2.40. ábra. Időosztásos kapcsoló

Az időosztásos kapcsoló lelke az időréscserélő (time slot interchanger), amely a bemeneti keretek alapján olyan kimeneti kereteket állít elő, amelyekben az időrések fel vannak cserélve. A 2.40. ábrán a 4-es időrés kerül az első helyre, aztán jön a 7-es időrés és így tovább. A kapcsoló kimenetén a kimeneti keret szétbomlik, és a 0-s idő-rés (a 4-es bemeneti vonal tartalmával) a 0-s kimeneti vonalra kerül, az l-es időrés (a 7-es bemeneti vonal tartalmával) az l-es kimeneti vonalra és Így tovább. Valójában a kapcsoló a 4-es bemeneti vonalról a 0-s kimenetre, a 7-es bemeneti vonalról az l-es kimenetre stb. továbbítja a bájtokat. Kívülről szemlélve a kapcsoló működése olyan, mintha vonalkapcsolt lenne, pedig nincs is benne fizikai összeköttetés.

Az időréscserélő a következőképpen működik. Amikor egy bemeneti keret készen áll a feldolgozásra, akkor minden egyes időrés (tehát a bemeneti keret valamennyi


bájtja) beíródik az időréscserélőben található RAM-ba. Az időrések beírása sorrend-ben történik, tehát az i-edik pufferhely az i-edik időrést tartalmazza.

Miután a bemeneti keret összes időrése bekerült a pufferbe, a pufferhelyek kiolva-sásával megkezdődik a kimeneti keret összeállítása. A kiolvasás azonban nem sor-rendben történik. Egy számláló 0-tól (n - l)-ig számlál. A j-edik lépésben a RAM-ból kiolvasandó szót egy leképzési táblázat j-edik szavának tartalma határozza meg. Így ha a leképzési táblázat 0-dik szava egy 4-est tartalmaz, akkor először a RAM 4. szavát kell kiolvasni, és ennek következtében a kimeneti keret első időrésére a 4. bemeneti időrés tartalma kerül. Így a leképzési táblázat tartalma meghatározza, hogy a bemeneti keret mely permutációja fogja a kimeneti keretet alkotni, azaz melyik bemeneti vonal melyik kimeneti vonalhoz kapcsolódik.

Bár az időosztásos kapcsolókban a táblázatok mérete lineárisan, nem pedig négyze-tesen függ a bemeneti vonalak számától, azonban ezeknek a kapcsolóknak is vannak bizonyos korlátjaik. Egy keretnyi periódusidő alatt, azaz 125 us-onként n időrést kell a RAM-ban eltárolni, és abból kiolvasni. Ha minden egyes memóriaművelet T s-ig tart, akkor egy keret feldolgozásához 2nT s-ra van szükség, tehát 2nT = 125, azaz n = 125/2T. Egy 100 ns hozzáférési idejű memória esetén legfeljebb 625 vonalat használhatunk. Persze meg is fordíthatjuk az egyenlőséget, és akkor azt határozhatjuk meg, hogy adott vonalszám esetén mekkorának kell lennie a memóriahozzáférési idő-nek. Akárcsak a keresztrudas kapcsolóknál, itt is érdemes olyan többfokozatú kapcso-lókat kialakítani, amelyek nagyobb vonalszám esetén a kapcsolási feladatot kisebb részfeladatokra dekomponálják.

2.5. Keskenysávú ISDN

Több mint száz évvel ezelőtt az elsődleges nemzetközi távközlési infrastruktúra a nyilvános vonalkapcsolt távbeszélőrendszer volt. Ezt a rendszert analóg hangátvitelre tervezték, így a modern kommunikáció igényeinek nem felel meg. A két végpont kö-zötti digitális szolgáltatások (tehát nem a 2.17. ábrán látható részben digitális, részben analóg szolgáltatások), iránt mutatott egyre növekvő igény következtében a világ tele-fontársaságai és PTT-jei 1984-ben a CCITT támogatásával összefogtak, és megegyez-tek abban, hogy a 21. század elejére kiépítenek egy teljesen digitális vonalkapcsolt távbeszélőrendszert. Az új rendszer, az integrált szolgáltatási nyújtó digitális háló-zat (Integrated Services Digital Network, ISDN) elsődleges célja az, hogy integrálja a hang és nem hangátviteli szolgáltatásokat. Ezt a rendszert ma már sok helyen hasz-nálják, és a felhasználók köre egyre bővül.

Ebben a bekezdésben arról lesz szó, hogy mire jó és hogyan működik a keskenysá-vú ISDN. Bővebben (Dagdeviren és mások, 1994; és Kessler, 1993) műveiben olvas-hatunk minderről.


2.5.1. ISDN szolgáltatások

Az ISDN leglényegesebb szolgáltatása továbbra is a hangátvitel lesz, igaz, sok újdon-sággal kiegészítve. Például sok vállalatvezetőnek már ma is van olyan gomb a telefon-ján, amivel azonnal (tehát kapcsolatfelépítési idő nélkül) hívni tudja a titkárnőjét. Az ISDN egyik jellemzője, hogy olyan telefonokat tesz lehetővé, amelyek több ilyen gomb segítségével tetszőleges másik készüléket tudnak azonnal felhívni a világ bár-mely részén. Szintén az ISDN teszi lehetővé azt is, hogy csengetéskor a telefon kijel-zőjén megjelenjen a hívó fél telefonszáma, neve és címe. Ennek a megoldásnak egy bonyolultabb változata lehetőséget biztosít arra, hogy a telefont és a számítógépet összekapcsoljuk, és így a hívás beérkezésekor a telefon kijelzőjén megjelenhet a hívó fél adatbázisának egy adott része. Például egy bróker megtehetné azt, hogy mire felve-szi a telefont, addigra az ügyfél portfoliója az egyes részvények aktuális árával együtt már meg is jelenik a telefon kijelzőjén. Az új hangszolgáltatások között szerepel a hí-vásátirányítás és a nemzetközi konferenciakapcsolás.

A nem hangátvitelt megvalósító szolgáltatások közül a villamos fogyasztásmérő távoli leolvasását, és az olyan azonnali riasztásokat érdemes megemlíteni, amelyek or-vosi esetben a kórházat, betörés esetén a rendőrséget, tűz esetén pedig a tűzoltókat hívják automatikusan, miközben a gyorsabb reagálás érdekében a helyszín pontos cí-mét is megadják.

2.5.2. Az ISDN rendszer architektúrája

Itt az ideje, hogy részletesen is megvizsgáljuk az ISDN architektúráját, különös tekin-tettel a felhasználói végberendezésre, valamint a telefontársaság, illetve PTT és az ügyfél közötti interfészre. Az ISDN alapja a digitális bitcső (digital bit pipe), ami nem más, mint egy olyan képzeletbeli cső az ügyfél és a szolgáltató között, amelyen keresztül bitek áramlanak. Az, hogy az adatok egy digitális telefonkészülékről, digi-tális terminálról, digitális faxról, vagy valamilyen más berendezésből lettek-e elküld-ve, teljesen lényegtelen. Csak az a lényeg, hogy a csövön mindkét irányban áramlanak a bitek.

A digitális bitcső időosztásos multiplexeléssel egyszerre több független csatorna bitfolyamát is képes továbbítani, és ezt általában meg is teszi. A bitfolyam pontos for-mátumát és a multiplexelés folyamatát a digitális bitcső interfészének leírása pontosan meghatározza. A digitális bitcsőhöz két alapvető szabványt dolgoztak ki: otthoni hasz-nálatra egy kisebb sávszélességűt és üzleti célokra egy nagyobb sávszélességűt. Ez utóbbi az otthoni használatra szánt csatornákkal azonos csatornákból többet is használ. Ezenkívül üzleti célokra egyszerre több digitális bitcső is felhasználható, amennyiben az üzleti célra szánt szabványos bitcsőn túl továbbiakra is szükség van a nagyobb ka-pacitás érdekében.

A 2.41.(a) ábrán otthoni használatra és kisebb üzletek számára kialakított rendszer látható. A szolgáltató az ügyfél épületében elhelyez egy NT1 hálózati végberendezést, és egy csavart érpár segítségével hozzákapcsolja a több kilométer távolságra levő szolgáltatói ISDN központhoz. Az NT1 dobozán van egy olyan csatlakozó, amelyre


2.41. ábra. Példa az ISDN rendszer felhasználására. (a) Magáncélra. (h) Üzleti célokra PBX igénybevételével


egy passzív busz kábele köthető rá. A kábelre legfeljebb nyolc ISDN telefon, terminál, riasztó és egyéb eszköz fűzhető fel a lokális hálózatokhoz hasonló módon. Az ügyfél szempontjából a hálózat határát az NT1 berendezés csatlakozója jelenti.

A komolyabb üzleti vállalkozások számára a 2.41.(a) ábrán látható modell nem igazán megfelelő, ugyanis gyakran egyszerre több telefonbeszélgetést folytatnak, mint amennyit a sín kezelni képes. Ezért ilyen esetekben a 2.41.(b) ábrán látható modellt használják. Ebben a modellben az NT1 berendezéshez egy NT2 jelű alközpont (Pri-vate Branch eXchange, PBX) kapcsolódik, és ez szolgál valódi interfészként a tele-fonok, terminálok és egyéb berendezések felé. Az ISDN alközpont nem sokban külön-bözik az ISDN központtól, bár általában kisebb, és csak kevesebb beszélgetést tud egyszerre kezelni.

A CCITT négy referenciapontot határozott meg a különböző berendezések között. Ezek az R, S, T és U referenciapontok, amelyek a 2.41. ábrán is láthatók. Az U refe-renciapont a szolgáltató ISDN központja és az NT1 berendezés között van. Napjaink-ban ez kétvezetékes csavart érpár, de a későbbiekben valószínűleg már fényvezető szál lesz. A T referenciapont az, amit az NT1 berendezés csatlakozója az ügyfeleknek nyújt. Az S referenciapont az ISDN alközpont és az ISDN terminálok közötti inter-fész. Az R referenciapont a termináladapterek és a nem ISDN terminálok között te-remt kapcsolatot. Az R referenciapontnál sokféle interfész használható.

2.5.3. Az ISDN interfész

Az ISDN bitcső több csatornát is képes kezelni időosztásos multiplexeléssel. A csator-náknak számos szabványosított típusa van:

A - 4 kHz-es analóg telefoncsatorna

B - 46 kb/s-os PCM csatorna hang- és adatátviteli célokra

C - 8 kb/s-os vagy 16 kb/s-os digitális csatorna

D - 16 kb/s-os vagy 64 kb/s-os digitális csatorna sávon kívüli jelzésre

E - 64 kb/s-os digitális csatorna belső ISDN jelzésre

H - 384 kb/s-os, 1536 kb/s-os vagy 1920 kb/s-os digitális csatorna

A CCITT-nek nem állt szándékában, hogy a fenti csatornákat tetszés szerint lehessen kombinálni a digitális bitcsövön. Eddig három kombinációt szabványosítottak:

1. Alapsebesség: 2B + 1D

2. Primer sebesség: 23B + 1D (Egyesült Államok, Japán) vagy 30B + 1D (Európa)

3. Hibrid sebesség: 1A + 1C

Az alapsebességű és a primer sebességű csatornákat a 2.42. ábra szemlélteti.


2.42. ábra. Digitális bitcső. (a) Alapsebességnél. (b) Primer sebességnél

Az alapsebességű csatornát az otthonokban és a kisebb üzleti vállalkozásoknál a hagyományos telefonszolgáltatás (Plain Old Telephone Service, POTS) utódjának tekinthetjük. Egy 64 kb/s-os B csatorna egyetlen PCM hangcsatornát képes kezelni, amely a 8 bites mintákból másodpercenként 8000-et továbbít (ne feledjük, hogy a 64 kb/s esetünkben 64 000 bitet jelent másodpercenként és nem pedig 65 536 bitet). A jelzés egy külön 16 kb/s-os D csatornán történik, így a teljes 64 kb/s-os sávszélesség a felhasználók rendelkezésére áll (hasonlóan a CCITT 2,048 Mb/s-os rendszeréhez, de eltérően az Egyesült Államok és Japán T1 rendszerétől).

Mivel az ISDN 64 kb/s-os csatornákon alapul, ezért keskenysávú ISDN (Narrow-band ISDN, N-ISDN) névvel illetjük, és így különböztetjük meg a szélessávú ISDN-től (ez az ATM), amiről később lesz szó.

A primer sebességű interfészt a T referenciapontnál üzleti célokra használt PBX-hez tervezték. Egy ilyen interfész 23 B csatornával és 1 D csatornával rendelkezik az Egyesült Államokban és Japánban, míg Európában 30 B csatornával és 1 D csator-nával. Azért esett a választás a 23B + 1D kombinációra, mert így egy ISDN keret pon-tosan beleillik az AT&T T1 rendszerébe. A 30B + 1D kombinációt pedig azért válasz-tották ki, mert azzal a CCITT 2,048 Mb/s-os rendszerébe illeszkednek az ISDN kere-tek. A CCITT rendszerében a 32. időrést keretezésre és általános hálózatüzemeltetési célokra használják. Megjegyezzük, hogy primer sebesség esetén a D csatornák és a B csatornák számának hányadosa jóval kisebb, mint alapsebességnél, tekintettel arra, hogy primer sebességnél nem várható túl sok távmérés vagy kis sávszélességigényű adatátvitel.

2.5.4. Az N-ISDN jövője

Az N-ISDN komoly előrelépést jelentett abból a szempontból, hogy az analóg távbe-szélőrendszereket olyan digitális rendszerekre cserélték le, amelyek mind a hang, mind a nem hang jellegű adatforgalmat kezelni tudják. Az alapsebességű interfész nemzetközileg elfogadott kialakítása feltételezhetően az ISDN eszközök iránti nagy érdeklődéshez, és ezáltal tömegtermeléshez, gazdaságosabb üzemeltetéshez és olcsó VLSI chipek megjelenéséhez fog vezetni. Sajnos a szabványosítási eljárás még éveket vehet igénybe, miközben a technológia rohamléptekkel fejlődik, így könnyen lehet, hogy mire a szabvány megszületik, addigra már el is avul.

Az otthonokban a legnagyobb érdeklődés kétségtelenül a hálózati videózás iránt lesz. Sajnos azonban az ISDN alapsebessége két nagyságrenddel kisebb a szükséges-nél. Az üzleti életben a helyzet még szomorúbb. A jelenleg kapható LAN-ok sebessé-


ge legalább 10 Mb/s, és már ezeket is cserélik le 100 Mb/s-os LAN-okra. A 80-as években egy 64 kb/s-os vonalon nyújtott szolgáltatás még komoly dolognak számított. A 90-es években már viccnek is rossz...

Elég meglepő, de a keskenysávú ISDN-t talán még meg lehet menteni, méghozzá egy teljesen váratlan alkalmazás számára, ami nem más, mint az Internet-hozzáférés. Számos cég kínál olyan ISDN adaptereket, amelyek a 2B+D csatornákat egyetlen 144 kb/s-os digitális csatornára alakítják át. Az Internet-szolgáltatók közül sokan tá-mogatják az ilyen adaptereket. A végeredmény az, hogy az emberek a 28,8 kb/s-os analóg modemes kapcsolat helyett egy 144 kb/s-os, teljesen digitális kapcsolat segítsé-gével férhetnek hozzá az Internethez. Sok Internetező' számára ez a lehetőség a képek-kel teli Világháló oldalainak letöltésekor ötszörös sebességnövekedést jelent, amiért már megéri foglalkozni vele. Bár a 155 Mb/s-os B-ISDN még gyorsabb, a 144 kb/s-os N-ISDN egyelőre mindenki számára megfizethető, és lehet, hogy ez lesz a nagy elő-nye a következő néhány évben.

2.6. A szélessávú ISDN és az ATM

Amikor a CCITT végre rájött arra, hogy a keskenysávú ISDN nem fogja megváltani a világot, megpróbált kitalálni egy olyan új szolgáltatást, aminek talán sikerül majd. Így született meg a szélessávú ISDN (Broadband ISDN, B-ISDN), amely alapjában véve egy olyan digitális virtuális áramkör, amely a forrásállomás és a célállomás közölt 155 Mb/s-os sebességgel (valójában 156 Mb/s-os sebességgel, mint korábban említettük) fix hosszúságú csomagokat (cellákat) szállít. Mivel ez az adatsebesség még a (tö-mörítetlen) HDTV-hez is elegendő, ezért várhatóan a legnagyobb sávszélesség igényű bolondságoknak is meg fog felelni az elkövetkezendő néhány évben.

Míg a keskenysávú ISDN egy félénk első lépés volt a digitális korba, addig a szé-lessávú ISDN egy merész ugrás az ismeretlenbe. Az eredmény elképesztő, ha csak arra gondolunk, hogy a keskenysávú ISDN sávszélessége 2500-szorosára nőtt, de per-sze a kihívás is óriási volt (Armbruster, 1995).

Kezdjük azzal, hogy a szélessávú ISDN az ATM technológián alapul. Mint az 1. fejezetben már említettük, az ATM lényegében csomagkapcsolt technológia, nem pedig vonalkapcsolt (bár elég jól tudja emulálni a vonalkapcsolást is). Ezzel szemben a meg-levő PSTN és keskenysávú ISDN vonalkapcsolt technológia. A vonalkapcsolást illetően óriási mérnöki szaktudás válik elavulttá a változások következtében. A vonalkapcsolás átalakulása csomagkapcsolássá valójában egy rendszerváltásnak tekinthető.

Mintha csak ez nem lenne elég, nagyobb távolságok esetén a szélessávú ISDN nem tud adatokat küldeni a meglevő csavart érpáros hálózaton. Ez azt jelenti, hogy a leg-több előfizetői hurok vezetékeit ki kell tépkedni, és vagy 5-ös kategóriájú csavart ér-párt vagy fényvezető kábelt kell a helyükre tenni (Stephens és Banwell, 1995). Ráadá-sul, a térosztásos és az időosztásos kapcsolókat csomagkapcsolás esetén nem lehet használni. Ezeket is mind ki kell majd cserélni olyan új kapcsolókra, amelyek egészen más elven működnek, és jóval nagyobb adatsebességeket tesznek lehetővé. Az egyet-len dolog, ami maradhat, a nagytávolságú trönkök hálózata.


Röviden arról van tehát szó, hogy 100 év összegyűjtött tapasztalatainak a kihajítása és a külső, valamint belső berendezések dollármilliárdokba kerülő lecserélése nem ép-pen egy olyan kis lépés, amit lazán meg lehetne tenni. Ugyanakkor a telefontársaságok számára nyilvánvaló, hogy ha nem teszik meg ezt a szükséges lépést, akkor a ká-beltévés cégek bizonyára meg fogják tenni helyettük, gondoljunk csak a hálózati vi-deózásra. Bár nagyon valószínű, hogy a meglevő PSTN és keskenysávú ISDN még legalább egy évtizeden át jelen lesz, a távolabbi jövőt minden bizonnyal az ATM je-lenti, ezért a könyv további részeiben behatóan fogjuk tanulmányozni azt. Rögtön eb-ben a fejezetben el is kezdjük a fizikai réteggel.

2.6.1. Virtuális áramkörök és vonalkapcsolás

A szélessávú ISDN alapszolgáltatása kompromisszum a hagyományos vonal kapcsolás és a hagyományos csomagkapcsolás között. A szélessávú ISDN szolgáltatásai össze-köttetés alapúak, azonban az összeköttetést vonalkapcsolás helyett csomagkapcsolás-sal valósítják meg. Kétféle összeköttetésre van lehetőség: állandó virtuális áramkörre (permanent virtual circuit), és kapcsolt virtuális áramkörre (switched virtual circuit). Az állandó virtuális áramkört a felhasználó kézileg állítja be (pl. küld egy faxot a szolgáltatónak), és az tipikusan hónapokig vagy évekig fennáll. A kapcsolt vir-tuális áramkör a telefonhíváshoz hasonlítható: a kapcsolat szükség esetén dinamikusan felépül, és a beszélgetés után azonnal lebomlik.

Vonalkapcsolt hálózatban a kapcsolat felépítése azt jelenti, hogy a forrásállomás és a célállomás között fizikai összeköttetés jön létre. Tipikusan ez történik a térosztásos kapcsolók esetén is. (Időosztásos kapcsolók esetén a „fizikai összeköttetés" fogalma már nem ilyen kristálytiszta.) Virtuális áramköri hálózatokban, mint amilyen az ATM is, a kapcsolat felépítésekor valójában az történik, hogy kiválasztódik az útvonal a for-rásállomás és a célállomás között, és az útvonalat érintő valamennyi kapcsoló (azaz router) bejegyzi magának az útvonalat, így az adott virtuális áramkör valamennyi cso-magját a megfelelő irányba tudja továbbítani. A kapcsolóknak arra is van lehetőségük, hogy erőforrásokat foglaljanak le az új virtuális áramkör számára. A 2.43. ábra egy olyan virtuális áramkört ábrázol, amelyben a csomagok az A, E, C és D kapcsolón (routeren) keresztül jutnak el a H1 hoszttól a H5 hoszthoz.

Amikor csomag érkezik, akkor a kapcsoló megvizsgálja a csomag fejrészét, hogy kiderítse, melyik virtuális áramkörhöz tartozik. Ezután kikeresi a virtuális áramkört a táblázatában, hogy megtudja, melyik adatvonalon kell a csomagot továbbküldenie. Ezt a folyamatot részletesen is tanulmányozni fogjuk az 5. fejezetben.

Most már csak azt kell tisztáznunk, hogy mit jelent a 2.43. ábrán látható H1 és H5

hoszt közötti állandó virtuális áramkör. Ez nem más, mint egy olyan megállapodás a felhasználó és a szolgáltató között, amiben a szolgáltató azt biztosítja, hogy a kapcso-lók táblázataiban mindig benne maradnak azok a bejegyzések, amelyek a célállomá-sokra vonatkoznak. Még akkor sem törlődnek ezek az adatok, ha hónapokig nincs adatforgalom az adott áramkörön. Nyilvánvaló, hogy egy ilyen megállapodás erőfor-rásokat köt le (például táblázati helyeket a kapcsolókban, esetleg sávszélességet vagy akár puffereket is), ezért az állandó virtuális áramkörért mindig havi díjat kell fizetni.


2.43. ábra. A szaggatott vonal egy virtuális áramkört jelöl. A virtuális áramköröket a kapcsolókban található táblázatok bejegyzései határozzák meg

A kapcsolt virtuális áramkörrel szemben az a nagy előnye, hogy nincs kapcsolatfelépí-tési idő, tehát a csomagokat azonnal el lehet küldeni. Bizonyos alkalmazásokban, mint amilyen a hitelkártya ellenőrzése is, a tranzakciónkénti néhány másodperc megtakarí-tása miatt megéri állandó virtuális áramkört kiépíteni.

Szemben az eddigiekkel, a 2.43. ábrán látható elrendezésben vonalkapcsolt hálózat esetén a H1 és H5 hoszt közötti bérelt vonalak, illetve a térosztásos kapcsolók keresz-teződései akár hónapokig is foglaltak lehetnek. Ezenkívül a trönkökön is le lehet fog-lalva valamekkora sávszélesség FDM csatornák vagy időrések formájában (egy bérelt „vonal" több kapcsolón is átmehet, ha közvetlen összeköttetés nem áll rendelkezésre). Amikor nincs adatforgalom, akkor egy ilyen megállapodás nyilván sokkal nagyobb pazarlást jelent, mint egy virtuális áramkör használata.

2.6.2. Adatátvitel ATM hálózatokban

Mint korábban már említettük, az ATM aszinkron transzfer módot jelent. Ezt az átvi-teli módot a szinkron T1 vivővel érdemes szembeállítani. Ezt az összehasonlítást szemlélteti a 2.44.(a) ábra. Egy T1 keret mindig pontosan 125 us-onként generálódik. Ezt a frekvenciát egy master órajel biztosítja. Minden keret k-adik időrése egy adott (k-adik) forrásállomásnak az adataiból tartalmaz egy bájtot. A T1 rendszer szinkron működésű.

Ezzel szemben az ATM-nél nincs szükség arra, hogy a cellák a különböző forrásál-lomásoktól szigorúan meghatározott sorrendben továbbítódjanak. A 2.44.(b) ábra


2.44. ábra. Átviteli módok. (a) Szinkron. (b) Aszinkron

olyan adatvonalat ábrázol, amelyen a különböző forrásoktól származó cellák rendezet-lenül továbbítódnak, és véletlenszerű sorrendben érkeznek meg.

Az ATM-nél még csak arra sincs szükség, hogy a számítógépből kijövő ccllafo-lyam folyamatos legyen. Az adatokat tartalmazó cellák között szünetek is lehetnek. Az ilyen szüneteket speciális nyugalmi (idle) cellákkal töltik ki.

Az ATM nem határozza meg, hogy miként kell a cellákat továbbítani. Csak annyit mond, hogy a cellákat egyenként kell elküldeni, de a továbbításhoz igénybe lehet ven-ni más vivőket is. Így például T1 vagy T3 vivő, továbbá SONET vagy FDDI (optikai szálas LAN) segítségével lehet cellákat továbbítani. Ezekben az esetekben a szabvány azt írja elő, hogy hogyan kell a cellákat az adott rendszer kereteibe beágyazni.

Az eredeti ATM szabványban az alapsebesség 155,52 Mb/s volt, de ennek a négy-szeresét (622,08 Mb/s-ot) is megengedték benne. Ezeket az adatsebességeket úgy ala-kították ki, hogy kompatíbilisek legyenek a SONET adatsebességeivel. Mint tudjuk, a SONET olyan adatátviteli szabvány, amelyet a telefonhálózaton megvalósuló fényve-zető szálas összeköttetésekhez lehet használni. Az ATM átvitel várhatóan a T3 vivő (44,736 Mb/s) és az FDDI (100 Mb/s) felhasználásával is megoldható lesz.

Az ATM átviteli közege általában fényvezető szál, de 100 méternél rövidebb távol-ságok esetén koaxiális kábelt vagy 5-ös kategóriájú csavart érpárt is megenged a szab-vány. A fényvezető szálak több kilométer hosszúak lehetnek. Az összeköttetés mindig egy számítógép és egy ATM kapcsoló vagy két ATM kapcsoló között valósul meg. Magyarán minden ATM összeköttetés két pont közötti összeköttetést jelent (szemben a LAN-okkal, ahol egy kábelen több adó vagy vevő is lehet). Az ATM-nél többeskül-désre (multicasting) is van mód, ilyenkor a kapcsoló egyik bemenetére érkező cella több kimeneti vonalon halad tovább. Minden két pont közötti összeköttetés egyirányú. Duplex összeköttetéshez egyidejűleg két egyirányú vezeték szükséges.

Az ATM fizikai közegtől függő (Physical Medium Dependent, PMD) alrétege gondoskodik a bitek adatvonalon történő elküldéséről, illetve fogadásáról. A különbö-ző villamos vezetékekhez és fényvezető szálakhoz az adatsebességtől és a vonali kó-dolástól függően más és más hardverre van szükség. Az átviteli konvergencia alréteg


feladata az, hogy mindkét irányba egységes interfészt szolgáltasson az ATM réteg számára, Kifelé menet az ATM réteg a cellákat szép sorban elküldi, a PMD alréteg szükség esetén kódolja, majd egyetlen bitfolyamként továbbítja azokat.

Befelé jövet a PMD alréteg leveszi a vonalról a biteket, és továbbítja a bitfolyamot a TC alrétegnek. A cellahatárok sehogyan nincsenek megjelölve. A TC alréteg felada-ta az, hogy kiderítse, hol kezdődnek, és hol végződnek a cellák. Ez a feladat nem csak nehéz, de elméletileg lehetetlen is. Így a TC alrétegnek nincs könnyű dolga. Mivel a TC alréteg feladata a cellák keretezése, és ez adatkapcsolati szintű funkció, ezért erről a 3. fejezetben lesz szó. Az ATM fizikai rétegéről bővebben (Rao és Hatamian, 1995) művében olvashatunk.

2.6.3. ATM kapcsolók

A szakirodalomban igen sokféle ATM cellakapcsoló tervével találkozhatunk. Ezek közül néhányat meg is építettek és le is teszteltek. Ebben a fejezetben röviden ismer-tetjük az ATM cellakapcsolók főbb működési elveit, és példaként bemutatunk közülük néhányat. A témáról további részleteket (De Prycker, 1993; Garcia-Haro és Jajszczyk, 1994; Handel és mások, 1994; és Partridge, 1994) műveiben olvashatunk. Egy IP protokollra optimalizált ATM kapcsolóról olvashatunk (Paruikar, 1995) munkájában.

A 2.45. ábrán az ATM cellakapcsoló általános modelljét láthatjuk. Vannak beme-neti és kimeneti vonalai, ezeknek a száma szinte mindig megegyezik (mivel az össze-köttetések kétirányúak). Az ATM kapcsolók általában szinkron működésűek, ami ebben az esetben azt jelenti, hogy ciklusonként minden bemeneti vonalról elvesz egy cellát (ha egyáltalán van ott), továbbadja azt a belső kapcsológépnek (switching fab-ric), végül a megfelelő kimeneti vonalon továbbküldi.

A kapcsolók csővonalként (pipeline) is működhetnek, azaz előfordulhat, hogy egy beérkezett cella csak néhány ciklus múlva jelenik meg valamelyik kimeneti vonalon. A cellák aszinkron módon érkeznek a bemeneti vonalakra, ezért szükség van egy mas-ter órajelre, amely jelzi a ciklusok elejét. Egy adott ciklusban csak azokat a cellákat lehet kapcsolni, amelyek az órajelig teljes hosszukban megérkeztek. Azok a cellák, amelyek nem érkeztek meg teljesen, kénytelenek várni a következő órajelre.

2.45. ábra. Általános ATM kapcsoló


A cellák az ATM sebességével, tehát általában kb. 150 Mb/s-os sebességgel érkez-nek a kapcsolóba. Ez másodpercenként valamivel több, mint 360 000 cellát jelent, amiből az következik, hogy a kapcsoló egy ciklusának kb. 2,7 us-ig kell tartania. A kereskedelmi forgalomban kapható kapcsolók bemeneteinek száma 16 és 1024 között van, tehát a kapcsolónak 2,7 s-onként 16... 1024 cellából álló csoportot kell tudnia fo-gadni és kapcsolni. 622 Mb/s-os adatsebesség mellett a kapcsolószerkezet 700 ns-on-ként kap egy új cellacsoportot. Ilyen kapcsolók megépítését az teszi lehetővé, hogy a cellák rövidek és fix (53 bájt) hosszúságúak. Nagyobb méretű és változó hosszúságú csomagok nagy sebességű kapcsolása ennél sokkal bonyolultabb lenne. Ezért használ tehát az ATM rövid és fix méretű cellákat.

Az ATM kapcsolókat a következő két szempont vezérli:

1. a cellákat a lehető' legkisebb eldobási aránnyal (discard rate) kapcsolja, és

2. soha ne rendezze át egy virtuális áramkörön a cellák sorrendjét.

Az első szempont azt jelenti, hogy vészhelyzetben a cellákat el lehet dobni, de a cellavesztési arányt a lehető legkisebb szinten kell tartani. A 10-12 cellavesztési arány általában még elfogadható. Nagy kapcsolók esetén ez az arány óránként egy-két cella elvesztését jelenti. A második szempont pedig azt takarja, hogy egy virtuális áramkö-rön meghatározott sorrendben beérkező cellákat mindig ugyanabban a sorrendben kell továbbítani. Ez a megszorítás viszonylag megnehezíti a kapcsolók tervezését, de az ATM szabvány sajnos ezt követeli meg.

Az összes ATM kapcsoló esetén felmerül az a probléma, hogy mit tegyenek akkor, ha két vagy több bemenetre olyan cella érkezik, amelyek ugyanabban a kapcsolási ciklusban ugyanazon a kimeneti vonalon akarnak továbbmenni. Ennek a problémának a megoldása minden ATM kapcsoló esetén kulcskérdés. Egy nem túl jó megoldás az lehetne, hogy ezek közül egy cellát továbbít, a többit pedig eldobja. Ez a módszer azonban nem felel meg az első szempontnak, ezért nem is alkalmazzák.

2.46. ábra. Sorbanállás az ATM kapcsoló bemenetein


A következő lehetőség az, hogy minden bemeneti vonalhoz puffert teszünk. Ha két vagy több cella ütközik, akkor az egyiket továbbítjuk, a többit pedig tároljuk a követ-kező órajelig. A továbbítandó cella kiválasztása történhet véletlenszerűen vagy cikli-kusan, de arra mindig ügyelni kell, hogy ne részesüljön valamelyik - mondjuk a leg-kisebb sorszámú - vonal szisztematikusan előnyben, ugyanis ezzel az alacsonyabb sorszámú vonalak gyakrabban lennének kiszolgálva, mint a magasabb sorszámúak. A 2.46.(a) ábra egy kapcsoló első ciklusának az elejét mutatja, amikor a négy bemenetre érkező cella sorrendben a 2-es, 0-s, 2-es és l-es kimentre akar eljutni. Mivel a 2-es kimenet esetén ütközés lenne, ezért csak az egyik cella mehet tovább. Tegyük fel, hogy ez a 0-s bemenetre érkező cella. A második ciklus kezdetén, amit a 2.46.(b) ábra mutat, három cella eljutott a kimenetekre, a 2-es vonalon levő cella tárolódott, és to-vábbi két cella érkezett még a kapcsolóhoz. Csak a negyedik ciklus elejére ürül ki a kapcsoló bemenete, ahogy ezt a 2.46.(d) ábrán is láthatjuk.

A bemeneti sorbaállítással (input queueing) az a gond, hogy egy cella feltartózta-tása esetén az adott cella megakadályozza a mögötte álló cellák továbbjutását, pedig nem kizárt, hogy azokat egyébként lehelne kapcsolni. Ezt a jelenséget soreleji blokkolásnak (head-of-line blocking) nevezzük. A példában bemutatott esetnél a va-lóság általában sokkal bonyolultabb, ugyanis egy 1024 bemenettel rendelkező kapcso-lónál az ütközést addig nem lehet felismerni, amíg a cellák valójában át nem jutottak a kapcsolószerkezeten, és nem versenyeznek egy adott kimeneti vonalért. Az, hogy a cellákat bemenő sorban várakoztatjuk, amíg nem érkezik egy olyan jelzés, hogy átme-hetnek a kapcsolón, külön vezérlő logikát és ellentétes irányú jelzéseket tesz szüksé-gessé, továbbá megnöveli a késleltetést. Van egy olyan megoldás is, hogy a visszauta-sított cellák egy visszaforgató sínre (recirculating bus) kerülnek, amely a következő ciklusokban újra a bemenetekre küldi a cellákat. Azonban a kapcsolónak vigyáznia kell arra, hogy melyik cellát melyik bemenetre teszi, ugyanis a virtuális áramkörökön belül nem rendezheti át a cellák eredeti sorrendjét.

Szintén egy lehetséges megoldás az is, hogy a kimeneti oldalon képezünk várakozó sorokat (output queueing), ahogy ezt a 2.47. ábrán is láthatjuk. Ezzel kivédhetjük a soreleji blokkolást. Ezen az ábrán ugyanaz a bemeneti elrendezés látható, mint az elő-zőn, de most az egy cikluson belül ugyanarra a kimenetre igyekvő cellák átmehetnek a

2.47. ábra. Sorbanállás az ATM kapcsoló kimenetein


kapcsolón. Az egyik közülük rákerül a kimeneti vonalra, a többi viszont bekerül a ki-meneti sorba. Ez látható a 2.47.(b) ábrán. Ennél a megoldásnál a négy ciklus helyett három is elég az összes cella továbbításához. Karol és mások (1987) bebizonyította, hogy a kimeneti sorbaállítás általában hatékonyabb, mint a bemeneti sorbaállítás.

A kiütő kapcsoló

Most vizsgáljunk meg alaposabban is egy olyan ATM kapcsolót, amelyik kimeneti sorbaállítást alkalmaz. Ez a kiütő kapcsoló (knockout switch) (Yeh és mások, 1987), amelynek egy nyolc bemenettel és nyolc kimenettel rendelkező változatát a 2.48. áb-rán láthatjuk. Minden bemenet egy olyan belső sínre csatlakozik, amelyen az adott ciklusban beérkező cellák azonnal megjelennek. Nagymértékben leegyszerűsíti az esz-közt és az időzítéseket, ha sínenként csak egy meghajtó van.

A kiütő kapcsoló minden cella megérkezésekor hardveresen megvizsgálja a cella fejrészét, és megkeresi benne a virtuális áramkörre vonatkozó információkat, majd a forgalomirányító táblázat alapján kiválasztja a megfelelő kapcsolási kereszteződést. A cella ezután megindul a sínen, és amikor elért a megfelelő kereszteződéshez, akkor rá-fordul a kimeneti vonalra. Egyszerre több cella, vagy adott esetben az összes cella rá-kerülhet ugyanana a kimenetre. Sőt, arra is van lehetőség, hogy a sínen egyszerre több kereszteződés kiválasztásával egy cella több kimenetre is eljusson.

Az ütközések kivédésének legegyszerűbb módja az, hogy a cellákat a kimeneti ol-dalon puffereljük. Egy 1024 kimenettel rendelkező kapcsoló esetén a legrosszabb esetre méretezve ez 1024 kimeneti puffert jelentene. A gyakorlatban azonban kicsi a

2.48. ábra. A kiütő kapcsoló egyszerűsített rajza


valószínűsége annak, hogy ennyi pufferre van szükség. Ésszerű kialakítás esetén ennél jóval kevesebb (n) kimeneti puffer is elegendő'.

Abban a nem túl valószínű esetben, amikor egy cikluson belül több cella érkezik, mint amennyit a kapcsoló kezelni tud, a kimeneti vonalakhoz tartozó koncentrátorok n cellát kiválasztanak, a többit pedig eldobják. A koncentrátor egy intelligens áramkör, amely a kiválasztást igazságosan hajtja végre. Ugyanazt a kieséses módszert alkal-mazza, mint amilyen sportversenyeken a negyeddöntő, az elődöntő és a döntő.

Elméletileg minden cella külön kimeneti sorba kerül (hacsak nem valamelyik teli van, és emiatt az adott cellát el kell dobni). Azonban a rendelkezésre álló idő alatt az összes cellát nem lehet egyetlen sorba betenni, ezért minden kimeneti sort több sorral szimulálnak. A kiválasztott cellák egy shifterbe kerülnek, amely egyenletesen szét-osztja őket az n kimeneti sor között. Mindez egy vezérjel segítségével történik oly módon, hogy a vezérjel mindig kijelöli a következő sort, így a virtuális áramkörökön belül megmarad a cellák eredeti sorrendje. Az n értékének változtatásával a tervező a megkívánt cellavesztési arány függvényében tudja kialakítani a kapcsoló piaci árát.

A Batcher-banyan kapcsoló

A kiütő kapcsolóval az a gond, hogy lényegében keresztrudas kapcsoló, így a benne levő kereszteződések száma négyzetesen függ a bemeneti vonalak számától. Ahogy ez az összefüggés problémát jelentett a vonalkapcsolásnál, úgy a csomagkapcsolásnál is gondot okoz. Vonalkapcsolásnál a megoldást a térosztásos kapcsolók jelentették, ame-lyek nagymértékben csökkentették a szükséges kereszteződések számát, bár ennek az volt az ára, hogy többszintű kapcsolókat kellett kialakítani. A csomagkapcsolásnál is lehet hasonló megoldást választani.

A probléma megoldását a Batcher-banyan kapcsoló jelenti. A kiütő kapcsolókhoz hasonlóan a Batcher-banyan kapcsolók szintén szinkron működésűek, tehát a cellákat (bemenetenként nullát vagy egyet) ciklusonként tudja továbbítani. Mivel egy egyszerű Batcher-banyan kapcsoló is sokkal bonyolultabb, mint a 2.39. ábrán látható térosztásos kapcsolók bármelyike, ezért működésüket lépésről lépésre fogjuk ismer-tetni. A 2.49.(a) ábrán egy 8 x 8-as háromfokozatú banyan kapcsolót láthatunk. Nevét onnan kapta, hogy huzalozása nagyon hasonlít az indiai fügefa (banyan) gyökereire. A banyan kapcsolók jellegzetessége, hogy mindig csak egyetlen út létezik egy adott be-menet-kimenet pár között. A cellák irányítása úgy történik, hogy minden cellához ki-keressük a hozzá tartozó kimenetet. (Ez a cellához tartozó virtuális áramkör és a for -galomirányító táblázat alapján történik.) A kimenetet azonosító 3 bites sorszámot a cella elejére tesszük, ugyanis ez fogja irányítani a cellát a kapcsoló belsejében.

A banyan kapcsoló mind a 12 kapcsolóelemének két bemenete és két kimenete van. Amikor egy cella megérkezik egy kapcsolóelemhez, akkor a kimenetet azonosító sorszám meghatározott bitje alapján a cella vagy a 0-s (felső) porton, vagy az l-es (alsó) porton halad tovább. Ütközés esetén az egyik cella továbbmegy, a másikat a kapcsoló eldobja.

A banyan kapcsoló a kimenet sorszámát balról jobbra olvassa; az első szinten a bal oldali (tehát legmagasabb helyértékű) bitet, a második szinten a középső bitet, míg a


2.49. ábra. (a) 8 bemenettel és 8 kimenettel rendelkező banyan kapcsoló. (b) Két cella útvonala a banyan kapcsoló belsejében

harmadik szinten a jobb oldali (tehát a legkisebb helyértékű) bitet vizsgálja meg. A 2.49.(b) ábrán két cellát láthatunk, ezek közül az egyik a 0-s bemenetre érkezett, és a 6-os kimenetre megy, míg a másik a 3-as bemenetre érkezett, és az l-es kimenetre megy. Az első cella esetében a kimenet bináris címe 110, tehát az első és a második szintet az alsó, a harmadik szintet pedig a felső porton hagyja el. Hasonló módon, a másik cella, ami a 001 címet kapta, az első és a második szintet a felső, míg a har-madik szintet az alsó porton hagyja el.

Sajnos a banyan kapcsolóban is történhet ütközés, méghozzá akkor, amikor két cella egyszerre szeretné egy kapcsolóelemnek ugyanazt a portját elhagyni. Ilyen ütközések sorozatát láthatjuk a 2.50.(a) ábrán. Az első szinten a következő kimenet párok esetén ütköznek cellák: (5, 7); (0, 3); (6, 4) és (2, 1). Tegyük fel, hogy ezeknél az üt-közéseknél az 5-Ös, a 0-s, a 4-es és az l-es kimenetre igyekvő cella jut tovább. A má-sodik szinten a (0, 1) és az (5, 4) kimenet párok esetén ütköznek a cellák. Győzzön most az l-es és az 5-ös kimenet, ezekre tehát eljutottak a cellák.

Vegyük most szemügyre a 2.50.(b) ábrát. Itt mind a nyolc cella ütközés nélkül eljut a megfelelő kimenetre. Levonhatjuk tehát a következtetést: a bemenetektől függően a banyan kapcsoló jól is meg rosszul is csinálhatja a forgalomirányítást.

A Batcher-banyan kapcsoló lényege az, hogy olyan kapcsolót teszünk a banyan kap-csoló elé, amely úgy permutálja a cellákat, hogy a banyan kapcsolóban ne legyen cella-vesztés. Például, ha a beérkező cellákat a kimenetek alapján úgy csoportosítjuk, hogy


2.50. ábra. (a) Egymással ütköző cellák a banyan kapcsolóban. (b) Ütközésmentes forgalomirányítás a banyan kapcsolóban

- amennyiben a cellák számától függően szükséges - a bemenetekre a 0, 2, 4, 6, 1, 3, 5, 7 sorrendben érkezzenek meg, akkor a banyan kapcsoló nem fog cellát veszteni.

A beérkező cellák rendezéséhez használhatjuk a Batcher-kapcsolót, amit K. E. Batcher fejlesztett ki (Batcher, 1968). A banyan és a kiütő kapcsolókhoz hasonlóan ez is szinkron működésű, azaz diszkrét ciklusai vannak. A Batcher-kapcsoló is 2 x 2-es kapcsolóelemekből épül fel, azonban ezek működése más, mint a banyan kapcsolóban levőké. Amikor egy kapcsolóelemhez két cella érkezik, akkor számszerűen összeha-sonlítja a kimeneti címüket (tehát nem csak 1 bitet vizsgál), és a nagyobb című cellát a nyíl irányába eső porton, míg a kisebb című cellát a másik porton továbbítja. Ha csak egy cella érkezik a kapcsolóelemhez, akkor az a nyíl irányával ellentétes porton halad tovább.

2.51. ábra. A Batcher-banyan kapcsoló belső felépítése


2.52. ábra. Példa négy cella továbbítására a Batcher-banyan kapcsolóban

A 2.51. ábra bal oldalán egy nyolc bemenettel rendelkező Batcher-kapcsolót ábrá-zoltunk. Az első fokozat páronként rendezi a cellákat. A következő két fokozat 4 utas fűzést valósít meg, míg az utolsó három fokozat 8 utas fűzést végez. Általánosítva azt mondhatjuk, hogy n bemenet esetén a Batcher-kapcsoló komplexitása nlog2n-nel ará-nyos. Ha k cella érkezik a bemenetekre, akkor a Batcher-kapcsoló az első k kimenetre rendezi sorba a cellákat.

Miután a cellák elhagyják a Batcher-kapcsolót, kissé átrendeződnek, majd megje-lennek a banyan kapcsoló bemenetein. Végeredményként az összes cella a banyan kapcsoló megfelelő kimenetére jut.

Az összetett Batcher-banyan kapcsoló belső működésére egy konkrét példát látha-tunk a 2.52. ábrán. Itt a cellák a 2-es, 3-as, 4-es és 5-ös bemenetekre érkeztek, és sor-rendjüknek megfelelően a 6-os, 5-ös, l-es, illetve 4-es kimenetekre szeretnének eljutni. Először az 5-ös, a 6-os cella lép be ugyanabba a kapcsolóelembe. A 6-os cella címe nagyobb, ezért a nyíl irányába eső porton halad tovább, míg az 5-ös cella a másik porton. Itt most nem volt csere. Az l-es és a 4-es cella esetén csere történik, ugyanis az alul érkező 4-es cella felül megy tovább. A vastag vonalak a cellák útját jelzik a kapcsoló belsejében egészen a kimenetekig.

Figyeljük meg, hogy a négy cella nagyság szerinti sorrendben érkezik meg a Batcher-kapcsoló felső négy kimenetére. Ezt követően a cellák átmennek egy rendező hálózaton (shuffle network), majd bekerülnek a banyan kapcsolóba, amely már ütkö-zések nélkül továbbíthatja őket.

Elvileg a Batcher-banyan kapcsoló ideális lenne ATM kapcsolónak, azonban két dolgot eddig figyelmen kívül hagytunk: a kimeneti vonalakon történő ütközéseket, és a többesküldést. Ha két vagy több cella ugyanarra a kimeneti vonalra akar eljutni, ak-kor a Batcher-banyan kapcsoló ezt nem tudja kezelni, így ismét elő kell venni a puffe-relést. Az egyik lehetséges megoldás az, hogy a Batcher- és a banyan kapcsoló közé egy csapdahálózatot (trap network) helyezünk. A csapdahálózat feladata az, hogy ki-szűrje az azonos kimenetre igyekvő cellákat, és visszaforgassa őket a későbbi ciklu-sokban, miközben persze ügyel arra, hogy a virtuális áramkörökön ne rendezze át a


cellák eredeti sorrendjét. (Most már az is tisztán látszik, hogy a cellák sorrendjének megtartása sokkal bonyolultabb feladat, mint amilyennek első ránézésre tűnik.) A ke-reskedelemben kapható kapcsolóknak a többesküldést meg kell tudniuk valósítani.

Az első Batcher-banyan ATM kapcsolót Huang és Knauer (1984) tervezte, és a neve Starlite2 volt. A következő modellek a Moonshine3 (Hui, 1987) és a Sunshine4

(Giacopelli és mások, 1991) nevet viselték. El kell ismerni, hogy az ezeket kifejlesztő szakembereknek volt némi humorérzékük. A Starlite, a Moonshine és a Sunshine elsősorban a csapdahálózat kialakításában és a többesküldés kezelésében különböz-nek.

2.7. Celluláris rádió

A hagyományos telefonhálózat továbbra sem győzi kiszolgálni az egyre növekvő igé-nyeket. Még úgy sem, hogy a szélessávú ISDN is teljes kapacitással működik. Így egyre jobban kiéleződik a verseny a villamos vezetékes és a fényvezető szálas rend-szerek, valamint a rádióhullámú rendszerek között. Az elkövetkezendő években ezek a rendszerek egyre fontosabb szerepet fognak játszani a notebookok, a mobiltelefonok és a menedzserkalkulátorok hálózatba kapcsolásánál. A következő bekezdésekben a műholdas személyhívó rendszerekkel, a vezeték nélküli telefonokkal, a celluláris tele-fonhálózatokkal és más hasonló technológiákkal foglalkozunk majd. Ezek az eszközök ma már kezdenek összeolvadni, és olyan hordozható számítógépek jönnek létre, amelyek egyszerre képesek telefonálni, faxolni, elektronikusan levelezni, továbbá tá-voli adatbázisokban kutatni. Persze mindezt bárhol a világon megtehetik.

Az ilyen berendezéseknek már ma is óriási piaca van. Számtalan cég foglalkozik számítógépekkel, telefonokkal, műholdas rendszerekkel és egyéb termékekkel. A vég-eredmény pedig az, hogy teljes káosz uralkodik a piacon, a termékek és a szolgáltatá-sok nagy része átfedi egymást, ugyanakkor sok esetben egymással nem kompatíbili-sek. Igen gyors a fejlődés, és minden országban tipikusan más irányba halad. A követ-kezőkben legalább az alapjait megpróbáljuk összefoglalni a jelenleg ismert technoló-giáknak, amikről bővebben (Bates, 1994; Goodman, 1991; Macario, 1993; Padgett és mások, 1995; és Seybold, 1994) műveiben olvashatunk.

2.7.1. Személyhívó rendszerek

Az első személyhívó rendszerek (paging system) az épületen belüli hangosbeszélők voltak. A kórházakban gyakran hallhatjuk, hogy a hangszórókon keresztül közlemé-nyeket mondanak be, például olyasmit, hogy: „Kérjük, Dr. Kovács Emőke hívja fel a 432l-es melléket." Akiknek manapság személyhívóra van szükségük, azok egy pará-

2 magyarul „csillagfény" (szerk.)3 magyarul „holdfény" (szerk.)* magyarul „napfény" (szerk.)


nyi csipogót tartanak maguknál. A csipogóknak általában van egy kis képernyőjük is, amire rövid üzeneteket tudnak kiírni.

Ha fel akarunk hívni valakit a személyhívóján, akkor először fel kell hívni a szol-gáltatót, meg kell adni egy biztonsági kódot, majd a hívott csipogó számát, és ezután vagy a saját telefonszámunkat hagyjuk meg, vagy egy rövid üzenetet küldünk el. A hí-vást fogadó számítógép vezetékes vonalon továbbítja azt egy hegytetőn levő antenná-nak, amely vagy egyből szétsugározza a hívást (helyi személyhívás), vagy továbbítja egy központi műholdnak (távolsági személyhívás), és az sugározza szét. Amikor a csi-pogó a saját számát érzékeli a beérkező rádióhullámokon, akkor jelez, és kiírja a visszahívandó telefonszámot. Arra is van lehetőség, hogy egy hívással egyszerre több ember személyhívójára is üzenjünk.

A korszerűbb személyhívó rendszerek már közvetlenül a számítógéphez csatlakoz-nak, és nem csak telefonszámok, hanem hosszabb üzenetek fogadására is alkalmasak. A számítógép a beérkező adatokat egyből feldolgozza. Egy ilyen rendszerrel például egy kereskedelmi cég naprakészen tudná tartani az árait az utazó ügynökei hordozható számítógépében.

Jelenleg a legtöbb személyhívó rendszer egyirányú adatátvitelt valósít meg a köz-ponti számítógép és a sok-sok vevőkészülék között. Nincs gond azzal, hogy ki beszél-het következőnek, és a felhasználók nem versenyeznek egymással a csatornákért, mi-vel az egész rendszerben csak egyetlen adó van.

A személyhívó rendszerek sávszélességigénye kicsi, ugyanis minden üzenet legfel-jebb 30 bájtot tesz ki. A régebbi személyhívó rendszerek különböző frekvenciákon üzemelnek a 150-174 MHz-es sávban. A mai korszerűbb rendszerek már a 930-932 MHz-es sávot használják. Ezen a frekvencián egy 1 Mb/s-os műholdas sáv percenként több mint 240 000 személyhívót tud kiszolgálni. A 2.53.(a) ábra egy egyirányú sze-mélyhívó rendszer működését szemlélteti, ahol az összes üzenet egy adott frekvencián egy irányba halad. Később látni fogjuk, hogy ez miben különbözik a mobiltelefon-rendszertől, ahol az üzenetek két irányba mennek, a két irány különböző frekvenciát használ, és hívásonként más és más frekvenciapár kerül kiosztásra. Ennek a rendszer-nek a működését a 2.53.(b) ábra szemlélteti. Az itt felsorolt különbségek miatt sokkal egyszerűbb egy személyhívó rendszer, és jóval olcsóbb üzemeltetni, mint egy mobil-telefon-rendszert.

2.53. ábra. (a) A személyhívó rendszer egyirányú. (b) A mobiltelefon-rendszer kétirányú


2.7.2. Vezeték nélküli telefon

A vezeték nélküli telefon eredeti célja az volt, hogy lehetővé tegye a telefonálást ak-kor is, amikor az ember a ház körül van. A vezeték nélküli telefon két részből áll: egy alapállomásból (base station) és egy telefonkészülékből. A kettőt mindig együtt áru-sítják. Az alapállomás hátlapján szabványos csatlakozó aljzat van, így az alapállomást (vezeték segítségével) a telefonhálózathoz lehet csatlakoztatni. A telefonkészülék kis teljesítményű rádióhullámokon keresztül kommunikál az alapállomással. A hatótávol-ság tipikusan 100 és 300 méter között van.

Mivel az első vezeték nélküli telefonok csak a saját alapállomásukkal kommunikál-tak, ezért nem volt szükség szabványosításukra. Az olcsóbb készülékek egy része fix frekvenciát használt, amit a gyártó határozott meg. Ha véletlenül a szomszéd vezeték nélküli készüléke is ugyanazt a frekvenciát használta, akkor mindketten hallhatták a másiknak érkező hívásokat is. A drágább készülékek lehetővé tették, hogy a felhasz-náló maga állítsa be a kívánt frekvenciát.

A vezeték nélküli telefonok első generációja, amit az Egyesült Államokban CT-1, míg Európában CEPT-1 néven ismertek, még teljesen analóg volt. Gyakran előfordult, hogy ezek a készülékek zavarták egymást a rádióval vagy a tévével. A gyenge vételi lehetőség és a biztonság hiánya arra késztette a gyártókat, hogy kifejlesszenek egy szabványos digitális rendszert. Így született meg Angliában a CT-2. Az első CT-2 készülékek csak kezdeményezni tudták a hívásokat, fogadni nem. Ezért miután az első néhány darabot eladták, a gyártót erős kritika érte a hiányosság miatt, így gyorsan át-tervezte a készülékeket. A CT-1 változathoz hasonlóan, a telefonkészüléknek ennél is az alapállomás néhány száz méteres körzetében kellett lennie, ami alkalmassá tette a ház körüli vagy irodán belüli használatra, de nem tette lehetővé a használatát autóban és városi séta közben.

1992-ben megjelent a vezeték nélküli telefonok harmadik generációja, a CT-3, ami már lehetőséget biztosított az alapállomástól távoli barangolásra is. Ez a technológia már közel áll a celluláris telefon technológiájához, amiről a következő bekezdésekben lesz szó.

2.7.3. Analóg celluláris telefon

A mobil rádiótelefonokat a tengerhajózás és a hadsereg a 20. század első évtizedeiben még csak hellyel-közzel használta. Az első autós mobiltelefon-rendszert 1946-ban építették ki St. Louisban. A rendszer egy magas épület tetején álló adótoronyból állt, és mind az adáshoz, mind a vételhez ugyanazt az egy csatornát használta. Beszélgetés-kor a készüléktulajdonosnak le kellett nyomnia egy gombot, ami engedélyezte az adást, és egyidejűleg kikapcsolta a vételt. Az ilyen átkapcsolásos rendszereket (push-to-talk system) nagyon sok városban használtak az 50-es évek elején. Gyakran látjuk a tévéfilmekben, hogy a taxisok és a rendőrök is ilyen CB-adó-vevőt használ-nak.

A 60-as években aztán jött a javított mobiltelefon-szolgáltatás (Improved Mobile Telephone System, IMTS). Ez is nagy teljesítményű (200 W-os), hegytetőn


levő adókat használt, azonban az adáshoz és a vételhez külön frekvencia állt rendelke-zésre, így a beszélgetésekhez többet már nem kellett az átkapcsoló gombot használni. Mivel a mobiltelefonokról kimenő hívások más frekvenciát vettek igénybe, mint a be-érkező hívások, ezért a telefonálók nem hallhatták egymás beszélgetéseit (szemben a taxisok által használt CB-adó-vevőkkel).

Az IMTS 23 csatornát tartott fenn a 150 MHz és 450 MHz közötti frekvenciatarto-mányban. A csatornák kis száma miatt a felhasználóknak gyakran hosszú ideig vára-kozniuk kellett a tárcsahangra. A nagy teljesítményű hegyi adótornyok miatt pedig a szomszédos rendszereket több száz kilométer távolságra lehetett csak telepíteni az in-terferenciák elkerülése érdekében. A lényeg az, hogy ez a rendszer nem volt praktikus a korlátozott kapacitása miatt.

Korszerű mobiltelefon-rendszerek

Mindez alaposan megváltozott a korszerű mobiltelefon-rendszer (Advanced Mobile Phone System, AMPS) megjelenésével, amit először 1982-ben az Egyesült Álla-mokban helyeztek üzembe. Ugyanezt a rendszert Angliában TACS néven, Japánban pedig MCS-L1 néven ismerik. A korszerű mobiltelefon-rendszerekben a földrajzi te-rületet cellákra osztják, minden cella tipikusan 10-20 km átmérőjű területet fed le, és mindegyik más frekvenciakészlettel rendelkezik. A korszerű mobiltelefon-rendszer alapötlete az, hogy viszonylag kis cellák vannak, és az átviteli frekvenciákat többször is felhasználja az egymáshoz közeli (persze nem a szomszédos) cellákban. Ez az eddi-gi rendszerekhez képest nagyban megnöveli a kapacitását. Amíg a javított mobiltele-fon-szolgáltatásnál 100 km-es körzetben csak egy hívást lehet egy adott frekvencián lebonyolítani, addig a korszerű mobiltelefon-rendszerben ugyanekkora területen 100

2.54. ábra. (a) A szomszédos cellák különböző frekvenciát használnak. (b) Több felhasználó esetén csökkenteni lehet a cellák méretét


különböző, 10 km átmérőjű cella fér el, és egy frekvenciát az egymástól távolabb eső cellákban összesen 5-10 hívásra lehet felhasználni. Ráadásul, a kisebb méretű cellák miatt kisebb sugárzási teljesítményre van szükség, ami lehetővé teszi kisebb és ol-csóbb eszközök előállítását. A kézben is elférő mobiltelefonok sugárzási teljesítménye 0,6 W, az autókban található mobiltelefonoké pedig tipikusan 3 W, ami az FCC elő-írásaiban a legmagasabb megengedett érték.

A frekvenciák többszörös felhasználásának elvét a 2.54.(a) ábra szemlélteti. A cel-lák általában nagyjából kör alakúak, de most az egyszerűség kedvéért hatszögekkel ábrázoljuk őket. A 2.54.(a) ábrán látható cellák mérete megegyezik. A cellák hetesé-vel egy-egy csoportot alkotnak. Az ábrán látható betűk a frekvenciacsoportokat jelö-lik. Vegyük észre, hogy az azonos frekvenciacsoportok között mindig kétcellányi tá-volság van, így a frekvenciacsoportok jól elkülönülnek egymástól, és csak kismérték-ben zavarják egymást.

Sokszor komoly gondot jelent a bázisállomás antennájának a földfelszín felett lehe-tőleg minél magasabban történő elhelyezése. Ennek a problémának a megoldása né-hány távközlési szolgáltató céget arra késztetett, hogy tető alá hozzon egy megállapo-dást a római katolikus egyházzal, lévén hogy az egyháznak az antennák elhelyezésére kifejezetten alkalmas épületei vannak világszerte, és ezeknek az épületeknek egy kö-zös gazdája van.

Azokon a területeken, ahol a felhasználók száma már olyan nagy, hogy a rendszer kezd túlterhelt lenni, csökkentették a sugárzási teljesítményt, és a túlterhelt cellákat további még kisebb cellákra osztották fel. Ezzel a módszerrel a frekvenciákat még többször lehet felhasználni, ahogy ezt a 2.54,(b) ábra is mutatja. A cellák méretének meghatározása igen bonyolult feladat, amiről többek közt (Hac, 1995) művében olvas-hatunk.

Minden cella közepén van egy bázisállomás, amely a cellában tartózkodó mobilte-lefonok adásait veszi. A bázisállomás számítógépből és egy antennához csatlakozó adó-vevőből áll. Kisebb rendszerek esetén az összes bázisállomás egyetlen mobiltele-fon-központtal (Mobile Telephone Switching Office, MTSO) vagy mobil kapcso-lóközponttal (Mobile Switching Center, MSC) áll összeköttetésben. Nagyobb rend-szereknél több mobiltelefon-központra van szükség, amelyek aztán egy másodszintű mobiltelefon-központhoz kapcsolódnak, és így tovább. A mobiltelefon-központok lé-nyegében olyan helyi központok, mint amilyenek a vezetékes telefonhálózatban van-nak, és legalább egy ilyen központ valóban össze is van kötve egy vezetékes helyi központtal. A mobiltelefon-központok egymással, a bázisállomásokkal és a nyilvános kapcsolt telefonhálózattal csomagkapcsolt hálózaton keresztül kommunikálnak.

A mobiltelefonok mindig valamelyik meghatározott cellában tartózkodnak, és az adott cella bázisállomásának felügyelete alá esnek. Amikor a mobiltelefon elhagy egy cellát, akkor a cella bázisállomása érzékeli a telefon jelének gyengülését, és körbekér-dezi az összes szomszédos cellát, hogy azok mekkora teljesítményt érzékelnek a kér-déses telefonnál. A bázisállomás ezek után átadja a mobiltelefon felügyeletét annak a cellának, amelyik a legerősebb jelet veszi a telefontól, azaz ahol a telefon éppen tar-tózkodik. Ezt követően a mobiltelefon tájékoztatást kap az új központról, és ha éppen telefonbeszélgetés zajlik, akkor át kell térnie egy másik csatornára, ugyanis a régit


nem lehet használni egyik szomszédos cellában sem. Ez a folyamat, az átadás (hand-off), ami kb. 300 ms-ig tart. A csatornakiosztást a mobiltelefon-központ végzi, amely egyben a rendszer irányítóközpontja is. A bázisállomások igazából csak rádiós relé ál-lomások.

Csatornák

A korszerű mobiltelefon-rendszer 832 duplex csatornát használ, amelyek közül mind-egyik két egyirányú csatornából áll. A 824 MHz-től 849 MHz-ig terjedő' frekvencia-tartományban 832 szimplex adócsatorna, míg a 869 MHz-től 894 MHz-ig terjedő' frekvenciatartományban 832 szimplex vevőcsatorna van. Mindegyik szimplex csa-torna sávszélessége 30 kHz. Így tehát a korszerű mobiltelefon-rendszer frekvenciaosz-tásos multiplexelést (FDM) használ a csatornák szétválasztására.

A 800 MHz-es sávban a rádióhullámok kb. 40 cm hosszúak, és egyenes vonal men-tén terjednek. A fák és a növények elnyelik ezeket a hullámokat, viszont a földről és az épületekről visszaverődnek. Megeshet, hogy a mobiltelefon egy jelzése többször is megérkezik a bázisállomáshoz: egyszer közvetlen egyenes úton, később pedig a föld-ről vagy egy épületről visszaverődve. Ez visszhanghatáshoz vagy a jel torzulásához vezethet. Néha még az is előfordul, hogy egy távoli beszélgetés hangjait halljuk a többszörös visszaverődések következtében.

Az Egyesült Államokban a 832 csatornát minden városban az FCC osztja ki. Ezek-nek felét a helyi telefontársaság kapja, amelyet vezetékes szolgáltatónak (wireline carrier), vagy más néven B oldali szolgáltatónak (B-side carrier) neveznek. A csa-tornák másik felét a mobil távközlésbe újonnan belépett cégek, az ún. A oldali szol-gáltatók (A-side carrier) kapják. Ez azért van így, hogy biztosan legyen legalább két konkurens celluláris telefonszolgáltató a piacon, amelyek egymással versenyeznek mind a szolgáltatások minőségében, mind pedig az árakban.

Kissé zavaros a telefontársaságok és a celluláris telefonszolgáltatók szétválasztása, ugyanis a legtöbb telefontársaságnak van celluláris telefonhálózatot üzemeltető part-nere, ráadásul, 1994-ben az AT&T egyesült a legnagyobb celluláris telefonszolgálta-tóval, a McCaw Cellularral. Gyakori, hogy egy cég valahol A oldali szolgáltató, más-hol pedig B oldali szolgáltató. A helyzetet tovább bonyolítja az, hogy a celluláris tele-fonszolgáltatók a 416 csatorna bármelyikének használati jogát eladhatják, üzletelhet-nek vele.

A 832 csatornát négy kategóriába lehet sorolni, amelyek a következők:

1. Vezérlés (az alapállomástól a mobiltelefonhoz) - a rendszer felügyelete.

2. Hívás (az alapállomástól a mobiltelefonhoz) - a mobiltelefon használójának értesí-tése a neki szóló hívásokról.

3. Hozzáférés (kétirányú) - hívás felépítése és csatorna hozzárendelése.

4. Adat (kétirányú) - hang, fax és adatok továbbítása.


A rendszer irányítására 21 csatornát foglalnak le, amelyek minden telefonban egy PROM-ba vannak beégetve. Mivel ugyanazt a frekvenciát nem lehet használni a szomszédos cellákban, a hangátvitelre alkalmas csatornák száma jóval kevesebb, mint 832; ezek száma általában 45 körül van.

Hívásmenedzsment

A korszerű mobiltelefon-rendszerben minden mobiltelefon egy 32 bites sorszámmal és egy 10 számjegyű hívószámmal rendelkezik. Ezek a számok a mobiltelefon PROM-jába vannak beégetve. A telefon hívószáma egy 10 biten tárolt 3 számjegyű körzetszámból, és egy 24 biten tárolt 10 számjegyű előfizetői számból áll. Amikor a mobiltelefont bekapcsoljuk, az végignézi a 21 előre beprogramozott vezérlési csator-nát, és megkeresi közülük a legnagyobb teljesítménnyel adót. A mobiltelefonok úgy vannak beállítva, hogy vagy csak az A oldali szolgáltatók csatornáit nézze végig, vagy csak a B oldali szolgáltatókét, vagy az A oldal által kedvezményezett szolgáltatókét, vagy a B oldal által kedvezményezettekét attól függően, hogy a felhasználó milyen szolgáltatásokra fizetett elő. A személyhívó és a hozzáférési csatornák számait a ve-zérlési csatornán tudja meg.

Ezek után a telefon szétküldi a 32 bites sorszámát és a 34 bites hívószámát. Mint minden vezérlési információ a korszerű mobiltelefon-rendszerben, ez a csomag is di-gitálisan, egymás után többször, és hibajavító kódolással továbbítódik annak ellenére, hogy a hangcsatornákon analóg átvitel valósul meg.

Amikor egy bázisállomás meghallja a bejelentkezést, akkor ezt közli a mobiltele-fon-központtal, amely nyilvántartásba veszi az új ügyfelet, és tájékoztatja az ügyfél saját mobiltelefon-központját az ügyfél aktuális pozíciójáról. Normális működés ese-tén a mobiltelefon kb. 15 percenként újraregisztráltatja magát.

Telefonáláshoz be kell kapcsolni a telefont, beütni a felhívandó telefonszámot, majd megnyomni a SEND (küldés) gombot. A telefon a hozzáférési csatornán elküldi a hívott számot és a saját azonosítóját. Ha a csatornán ütközés van, akkor később újra próbálko-zik. Amikor a bázisállomás megkapja az üzenetet, tájékoztatja arról a mobiltelefon-köz-pont. Amennyiben a hívó fél az MTSO üzemeltetőjének (vagy egyik partnerének) ügy-fele, akkor az MTSO keres egy üres csatornát a hívásnak. Ha talál ilyet, akkor a csatorna számát visszaküldi a vezérlési csatornán. A mobiltelefon ezután automatikusan átkapcsol a kiválasztott hangcsatornára, és megvárja, hogy a hívott fél felvegye a telefont.

A beérkező hívások máshogyan működnek. Az egész úgy kezdődik, hogy a telefon folyamatosan figyeli a hívó csatornákat, és várja a neki szóló üzeneteket. Amikor be-fut egy hívás (akár egy vezetékes, akár egy másik mobiltelefonról érkező hívás), akkor a telefon elküld egy csomagot a saját mobiltelefon-központjának, hogy kiderítse, hol van. Aztán elküld egy csomagot az aktuális cella bázisállomásának, amely a hívó csatornán szétküld egy olyan üzenetet, mint amilyen például a következő: „14-es egy-ség, ott vagy?" Erre a hívott készülék a következőt válaszolja a vezérlési csatornán: „Igen!" A bázisállomás ezek után valami olyasmit mond, hogy: „14-es egység, hívás érkezett neked a 3-as csatornán." Ekkor a hívott készülék átkapcsol a 3-as csatornára, és csöngető hangot kezd generálni.


A biztonság kérdései

Az analóg mobiltelefonok egyáltalán nem biztonságosak. Bárki megteheti, hogy egy, az összes sáv vételére alkalmas rádióvevővel (scanner) ráhangolódik egy adásra, és máris mindent hall az adott cellában. Így hallgatták le egyszer Diana hercegnő és sze-retője beszélgetését is, amiből aztán világra szóló címlap sztori lett. Mivel a legtöbb mobiltelefon-tulajdonos nem is sejti, hogy mennyire nem biztonságos a rendszer, gyakran közöl azon keresztül hitelkártyaszámot vagy más bizalmas információt.

Egy másik komoly probléma a vonalak lopása. A tolvaj egy olyan rádióvevőt csat-lakoztat a számítógépéhez, amely az összes sáv vételére alkalmas, majd elkezdi moni-torozni a vezérlő csatornát, és rögzíti magának a hallható mobiltelefonok 32 bites sor-számát és a 34 bites hívószámát. Néhány órányi hallgatózás után egy egész nagy adat-bázist tud felépíteni. Ezek után a tolvaj kiválaszt egy számot, és azt használja a hívá-saihoz. Ez a trükk addig működik, amíg az áldozat hetekkel később meg nem kapja a telefonszámláját. Ekkor a tolvaj egy másik számot vesz elő.

Vannak olyan tolvajok, akik a lopott számok felhasználásával olcsó telefonálást kí-nálnak másoknak. Aztán vannak olyanok is, akik lopott számokkal újraprogramozzák a mobiltelefonokat, és eladják azokat. Így a vevő ingyen telefonálhat.

Az előbb említett problémák egy részére megoldást jelenthetne a titkosítás, de ak-kor a rendőrség nem tudná könnyen leleplezni a vezeték nélküli összeköttetést használó bűnözőket. Ez a terület rendkívül problematikus. Részletesebben a 7. fejezetben tár-gyaljuk majd.

Szintén a biztonság általános kérdéséhez tartozik az antennákat és a bázisállomáso-kat sújtó vandalizmus és károkozás. Ezek bizony komoly problémák, ugyanis évente több százmillió dollár kár éri a mobiltelefon-hálózatok üzemeltetőit.

2.7.4. Digitális celluláris telefon

Az első generációs celluláris telefonhálózatok analóg elven működtek. A második ge-neráció már digitális. Az Egyesült Államokban régen lényegében egyetlen rendszer volt: a korszerű mobiltelefon-rendszer (AMPS). Amikor elérkezett a digitális rendsze-rek ideje, megjelent három vagy négy konkurens cég, és megkezdődött a harc a túl-élésért. Most egyelőre úgy néz ki, hogy két rendszer marad életben. Az egyiket, ame-lyik felülről kompatíbilis a korszerű mobiltelefon-rendszer frekvenciáival, az IS-54 és az IS—135 szabvány specifikálja. A másik rendszer közvetlen sorszámkiosztáson (di-rect sequence spread) alapul. Ezt a rendszert az IS-95 szabvány írja le.

Az IS-54 rendszer kettős (analóg és digitális) működésű, és ugyanazokat a 30 kHz-es csatornákat használja, mint amiket a korszerű mobiltelefon-rendszer is használ. Egy csatorna adatátviteli sebessége 48,6 kb/s, és ezen egyszerre három felhasználó oszto-zik. Mindhárom felhasználónak 13 kb/s jut, a maradékot a vezérlés és a plusz időzí-tések veszik igénybe. A cellák, a bázisállomások és a mobiltelefon-központok ugyan-úgy működnek, mint a korszerű mobiltelefon-rendszernél. Csak a digitális jelzés és a digitális hangkódolás más. Az IS-95 rendszer egészen új. Erről majd akkor lesz szó, amikor a 4. fejezetben a csatomakiosztásról szóló részhez érünk.


Európában az előzőeknek pont az ellenkezője történt. A különböző országokban öt-féle analóg rendszert használtak, így például egy angol gyártmányú készüléket nem lehetett Franciaországban használni. Ez a tapasztalat ösztönözte az európai PTT-ket arra, hogy kialakítsanak egy közös digitális rendszert. Ez lett a globális mobilkom-munikációs rendszer, vagy ismertebb nevén a GSM (Global System for Mobile Communications). A GSM rendszer bevezetése megelőzte a konkurens amerikai rendszerek ottani bevezetését. A japán rendszer az eddig ismertetett valamennyi rend-szertől különbözik.

Mivel az európai rendszerek mind különbözőek voltak, ezért az tűnt a legegysze-rűbbnek, hogy a tisztán digitális rendszer egy új frekvenciasávot (1,8 GHz) kap, per-sze megtartva a 900 MHz-es sávot is, ahol lehet. A GSM egyszerre használ frekven-ciaosztásos és időosztásos multiplexelést. A rendelkezésre álló sávszélesség 50 darab 200 kHz-es csatornára van felosztva. Egy csatornát egyszerre több felhasználó is igénybe vehet időosztásos multiplexeléssel.

Vannak olyan mobiltelefonok, amelyek egy CPU-t tartalmazó ügyes kis kártyát5

használnak. A telefon sorszámát és a hívószámát is ez tárolja, nem pedig a telefon, így nagyobb a fizikai biztonság, ugyanis a telefonkészülék ellopása esetén a tolvaj nem jut hozzá sem a sorszámhoz, sem a hívószámhoz. Titkosítást szintén alkalmaznak. A GSM-ről a 4. fejezetben lesz még szó.

2.7.5. Személyi hírközlő' szolgáltatás

A telefonos világ álma egy olyan kisméretű, vezeték nélküli telefon, amelyet a ház kö-rül is lehet használni, és a világon mindenhova el lehet vinni. Mindig ugyanaz lenne a hívószáma attól függetlenül, hogy éppen hol van, így az embereknek csak egy telefon-számra lenne szükségük. (A korszerű mobiltelefon-rendszerben az otthoni vezetékes telefonnak és a mobiltelefonnak más a száma.) Már jelenleg is nagy erőkkel dolgoz-nak egy ilyen rendszer kifejlesztésén (Lipper és Rumsewicz, 1994), amelyet az Egye-sült Államokban személyi hírközlő szolgáltatásnak (Personal Communications Services, PCS), míg Európában személyi hírközlő hálózatnak (Personal Commu-nications Network, PCN) hívnak. A távbeszélőrendszerek világában az Egyesült Ál-lamok mindig egy kicsit különcködik. Szerencsére a műszaki megoldások nagy része megegyezik.

A személyi hírközlő szolgáltatás szintén a celluláris technológián alapul, de itt olyan mikrocellákat alkalmaznak, amelyeknek az átmérője csak 50 és 100 méter kö-zött van. Ez rendkívül kis sugárzási teljesítményt (1/4 W) tesz lesz lehetővé, aminek köszönhetően nagyon kicsi és könnyű készülékek jelentek meg a piacon. Ugyanakkor sokkal több cellára van szükség, mint a korszerű mobiltelefon-rendszerben, ahol egy cella átmérője 20 km. Ha úgy számolunk, hogy egy mikrocella átmérője 1/200-a a korszerű mobiltelefon-rendszerben használt celláénak, akkor egy ugyanakkora terület lefedéséhez 40 000-szer több cella kell. Egy teljesen új személy hírközlő rendszer ki -építése persze nyilvánvalóan sokkal nagyobb infrastrukturális beruházást jelent, mint

Magyaroszágon SIM kártya néven ismert.


egy korszerű mobiltelefon-rendszer kiépítése, még akkor is, ha a mikrocellák jóval ol-csóbbak, mint a korszerű mobiltelefon-rendszerben használt cellák. Néhány telefon-társaság rájött arra, hogy a telefonpóznák kiváló helyet biztosítanak a kenyérpirító mé-retű bázisállomásoknak, így jelentó'sen csökkenlek a beruházás költségei. A póznákra szerelt bázisállomásokat idó'nként telepontoknak (telepoints) is hívják. Az, hogy há-nyat és hová tegyenek belőlük, igen bonyolult kérdés, amiről többek közt (Steele és mások, 1995a, 1995b) műveiben olvashatunk.

Az Egyesült Államok kormánya (pontosabban az FCC) a személyi hírközlő szol-gáltatás révén még a levegőből is pénzt csinált. 1994 és 1995 folyamán árverésre bo-csátotta a személy hírközlő szolgáltatás frekvenciatartományát (1,7-2,3 GHz). Az ár-verés 7,7 milliárd dollárt hozott az amerikai kormánynak. Ez az árveréses módszer a korábbi sorsolásos frekvenciakiosztási módszert váltotta le, ugyanis régebben azok a cégek, amelyek nem voltak érdekeltek a távközlésben, üzérkedtek a sávokkal. Amikor egy ilyen cég hozzájutott egy frekvenciasávhoz, akkor rögtön eladta több millió dol-lárért egy olyan cégnek, aki nem nyert a sorsoláson.

Azonban semmi nincs ingyen, még a kormánynak sem. Az 1,7 GHz és 2,3 GHz közötti frekvenciatartományt már teljes egészében kiosztották. Ezek a felhasználók kapnak majd egy másik sávot, és a kormány felszólította őket, hogy térjenek át arra a sávra. Igen ám, csakhogy az antennák mérete függ a frekvenciától, és emiatt a felhasz-nálóknak most sok milliárd dolláros beruházásaikról (antennák, adókészülékek stb.) kellene egy csapásra lemondaniuk. Különböző érdekcsoportok javaslatokat terjesztet-tek elő az amerikai kormánynak arról, hogy ki fedezze mindezeknek a költségeit. A végeredmény az, hogy az ezredforduló előtt a PCS már valószínűleg nem terjed el széles körben. A frekvenciák felhasználásáról bővebben (Youssef és mások, 1995) művében olvashatunk.

2.8. Távközlési műholdak

Az 50-es években és a 60-as évek elején olyan fémbevonatú meteorológiai léggöm-bökkel kísérleteztek, amelyekről az elektromágneses hullámok visszaverődtek. Sajnos a visszavert hullámok olyan gyengék voltak, hogy gyakorlatilag semmire nem lehetett használni őket. Ekkor az amerikai haditengerészet észrevett egy állandó meteorológiai légballont az égen - ez a Hold volt -, és a hajók, valamint a szárazföld közötti kom-munikáció céljára kiépítettek egy olyan működő rendszert, amely a Holdról visszave-rődő hullámokat használta fel.

Az égi kommunikáció akkor kezdett el újból fejlődni, amikor 1962-ben fellőtték az első távközlési műholdat. Egy mesterséges műhold és a Hold között az alapvető kü-lönbség az, hogy a műhold a visszasugárzott jelet fel tudja erősíteni, s ez egy igen kü-lönleges jelenség a hatékony hírközlő rendszerek szempontjából.

A távközlési műholdaknak van néhány érdekes tulajdonsága, ami vonzó lehet bizo-nyos alkalmazások számára. A távközlési műholdat felfoghatjuk úgy, mint egy világ-űrben levő óriási mikrohullámú ismétlőt. A műhold számos transzponderrel (trans-ponder) rendelkezik, amelyek közül mindegyik a frekvenciatartomány egy meghatá-


Feladatok

1. Adjuk meg az f(t) = t függvény Fourier-együtthatóit (0 <= t <= 1)!

1. Egy 4 kHz-es zajmentes csatornát 1 ms-onként mintavételezünk. Mekkora a maximális adatátviteli sebesség?

2.A televíziós csatornák 6 MHz sávszélességűek. Hány bitet lehet rajtuk másodper-cenként továbbítani, ha négyszintű digitális jeleket használunk? Feltételezhetjük, hogy a csatornák zajmentesek.

3. Ha bináris jeleket továbbítunk egy 20 dB jel-zaj viszonnyal rendelkező 3 kHz-es csatornán, akkor mekkora az elérhető maximális adatátviteli sebesség?

4.Mekkora jel-zaj viszony szükséges ahhoz, hogy egy T1 vivőt egy 50 kHz-es vo-nalon továbbítsunk?

5. Mi a különbség a passzív csillag és az aktív ismétlő között egy fényvezető szálas hálózatban?

6. Mekkora sávszélesség van egy 0,1 mikronos spektrumban, ha a hullámhossz 1 mikrométer?

7.A számítógép képernyőjéről optikai szálon keresztül szeretnénk képeket továbbí-tani. A képernyő mérete 480 x 640 pixel, és minden pixel 24 bites. Másodpercen-ként 60 képünk van. Mekkora sávszélesség kell ehhez, illetve hány mikrométeres hullámhossz szükséges ennél a sávnál 1,3 mikron esetén?

2. Igaz-e a Nyquist-tétel az optikai szálra is, vagy csak a rézvezetékre?

10. A 2.6. ábrán a bal oldali sáv keskenyebb, mint a másik kettő. Miért?

11. A rádióantennák vételi jellemzői akkor a legjobbak, ha az átmérőjük megegyezik a rádióhullámok hullámhosszával. A szokásos antennák átmérője 1 cm és 5 m kö-zé esik. Milyen frekvenciatartománynak felel ez meg?

12. Az elhalkulás akkor a legnagyobb, amikor két hullám egymáshoz képest 180 fo-kos fáziskéséssel esik be. Mekkora útkülönbséggel kell rendelkeznie két 1 GHz-es hullámnak ahhoz, hogy egy 50 km-es összeköttetés esetén az elhalkulás maximá-lis legyen?

i


13. Egy 1 mm széles lézersugárral becélozunk egy 1 mm széles detektort, ami tőlünk 100 méterre van egy háztetőn. Mekkora szögeltérése lehet (fokban) a lézersugár-nak, hogy még eltalálja a detektort?

14. Egy egyszerű távbeszélőrendszer két helyi központból és egy olyan távhívó köz-pontból áll, amelyhez mindkét helyi központ egy 1 MHz-es duplex trönkön ke-resztül kapcsolódik. Egy átlagos telefonkészüléken egy 8 órás munkanapon 4 hí-vást bonyolítanak le. Egy hívás átlagosan 6 percig tart. A hívások 10%-a távhívás (tehát a távhívó központon keresztül zajlik le). Maximálisan hány telefont tud ke-zelni egy helyi központ, ha 4 kHz-es áramköröket feltételezünk?

15. Egy helyi telefontársaságnak 10 millió előfizetője van. Minden készüléke rézve-zetékkel kapcsolódik a telefonközponthoz. A vezetékek átlagos hossza 10 km. Mennyit ér az előfizetői hurkokban található réz? Tegyük fel, hogy a vezetékek keresztmetszete kör, átmérője pedig 1 mm. A réz sűrűsége 9 g/cm3, és kilogram-monként 3 dollárt adnak érte.

16. A nagy teljesítményű mikroprocesszorok ára annyira lecsökkent, hogy már megéri őket beépíteni a modemekbe. Hogyan befolyásolhatja ez a telefonvonal hibáinak kezelését?

17. A 2.19. ábrán látható modemhez hasonlóan egy másik modem csillagkép mintá-zatának adatpontjai a következők: (1, 1), (1, -1), (-1, 1), (-1, -1). Mekkora adat-átviteli sebesség érhető el egy ilyen modemmel 1200 baud esetén?

18. A 2.19. ábrán látható modemhez hasonlóan egy másik modem csillagkép mintá-zatának adatpontjai a következők: (0, 1), (0, 2). Fázismodulációt vagy amplitúdó-modulációt használ a modem?

19. Beleillik-e az FTTH a végközpontokból, távhívó központokból stb. álló távbeszé-lőrendszer modellbe, vagy alapjaiban meg kell változtatni a modellt? Indokoljuk meg a válaszunkat!

20. Az előfizetői oldalon a távbeszélőrendszer csillag topológiájú, azaz egy körzet összes előfizetői hurokja egy helyi központba fut be. Ezzel szemben a kábeltele-víziós hálózat egyetlen hosszú vezetékből áll, ami végigkígyózik a körzeten, és az összes házat érinti. Tegyük fel, hogy a jövőben a kábeltévés vezeték 10 Gb/s-os fényvezető szál lesz, szemben a mostani rézvezetékkel. Képes lenne-e ez a kábel a telefonhálózatot oly módon szimulálni, hogy mindenkinek saját vonala legyen a helyi központig? Ha igen, akkor hány egytelefonos házat lehetne felfűzni egy ilyen kábelre?

21. Egy kábeltelevíziós rendszerben 100 kereskedelmi csatorna van, és mindegyik felváltva sugároz filmeket és reklámokat. Melyikhez hasonlít ez jobban, a TDM-hez vagy az FDM-hez?


22. Miért 125 s a PCM rendszer mintavételi periódusideje?

23. Hány százalékos rátartással rendelkezik egy T1 vivő; azaz mennyi jut valójában az 1,544 Mb/s-os adatátviteli sebességből a felhasználónak?

24. Hasonlítsuk össze annak a két 4 kHz-es zajmentes csatornának a maximális adat-átviteli sebességét, ahol az egyik analóg kódolással mintánként 2 bitet továbbít, a másik pedig a T1 PCM rendszerét használja!

25. Ha egy T1 vivőfrekvenciás rendszerben csúszás van, és a vevő kiesik a szinkron-ból, akkor a keretek első bitje segítségével megpróbál újraszinkronizálódni. Átla-gosan hány keretet kell megvizsgálnia az újraszinkronizálódáshoz, ha a sikertelen újraszinkronizálódás valószínűsége 0,001 ?

26. Mi a különbség - ha van ilyen - egy modem demodulátor része és egy kodek kó-doló része között? (Végül is mindkettő analóg jeleket alakít át digitális jelekké.)

27. Analóg jeleket egy 4 kHz-es csatornán 125 s-onként mintavételezve digitálisan továbbítunk. Másodpercenként hány bitet tudunk valójában elküldeni a következő kódolási eljárásokkal:

(a) CCITT 2,048 Mb/s-os szabvány.

(b) 4 bit relatív jelszintű DPCM.

(c) Deltamoduláció.

28. Egy A amplitúdójú szinusz jelet deltamodulációval x minta/s mintavételi frek-venciával kódolunk. A +1 kimenet +A/8 jelszintváltozásnak felel meg, a -1 kime-net pedig -A/8 jelszintváltozásnak. Mekkora az a legnagyobb mintavételi frekven-cia, amely mellett még nem keletkezik halmozott hiba?

29. A SONET órajelének pontossága kb. 10-9. Mennyi idő alatt csúszik el az óra egy bitidőnyit? Mi következik a számításokból?

30. A 2.32. ábrán látható OC-3 felhasználói adatsebesség 148,608 Mb/s. Mutassuk meg, hogyan jön ki ez az érték a SONET OC-3 paramétereiből!

31. Milyen sávszélesség áll a felhasználó rendelkezésére az OC-12c csatorna esetén?

32. Adott három n csomópontból álló csomagkapcsolt hálózat. Az első egy olyan csillag topológiájú hálózat, amelyben van egy központi kapcsoló. A második há-lózat egy (kétirányú) gyűrű, míg a harmadik egy olyan teljesen összekapcsolt há-lózat, amelyben minden csomópont minden csomóponttal össze van kötve. Me-


lyik a legjobb, az átlagos, illetve a legrosszabb átviteli útvonal az átlépések száma szempontjából?

33. Hasonlítsuk össze egy x bites, k darab csomóponton átjutott üzenet késleltetését egy vonalkapcsolt és egy (alig terhelt) csomagkapcsolt hálózatban! Ha a kapcso-latfelépítés ideje s másodperc, a terjedési idő csomópontonként d másodperc, a csomagméret p bit és az adatátviteli sebesség b b/s, akkor milyen feltételek esetén lesz a csomagkapcsolt hálózat késleltetése kisebb?

34. Tegyük fel, hogy x bitnyi felhasználói adatot csomagok sorozataként továbbítunk egy csomagkapcsolt hálózatban úgy, hogy a csomagok k darab csomóponton mennek keresztül. Tegyük fel továbbá, hogy minden csomag p adatbitet és h fej-részbitet tartalmaz, ahol x>>p + h. Az adatvonalak átviteli sebessége b b/s, a vo-nali késleltetés pedig elhanyagolható. A p mely értékénél lesz a teljes késleltetés a legkisebb?

35. Hány kereszteződése van a 2.39.(a) és 2.39.(b) ábrán látható kapcsolóknak? Ha-sonlítsuk össze ezt az értéket egy 16 × 16-os, egyfokozatú keresztrudas kapcsoló kereszteződéseinek számával!

36. A 2.39.(a) ábrán látható térosztásos kapcsolónál mennyi az a legkevesebb kapcso-lat, amennyinél egy újabb kimenő hívás már blokkolódna?

37. A 2.39.(a) ábrán látható kapcsoló egy lehetséges változata az, amikor a négy darab négyes kapcsoló helyett két darab nyolcas kapcsolót veszünk (tehát n = 4 és helyett n = 8). Egy ilyen kapcsoló csökkentené a hardverköltségeket, mivel csak két koncentrátorra lenne szükség a bemeneten és a kimeneten. Mi a legerősebb el-lenérv egy ilyen kapcsoló megépítése ellen?

38. Hány vonalat tud egy időosztásos kapcsoló kezelni, ha a RAM hozzáférési idő 50 ns?

39. Hány bites RAM-pufferre van szüksége egy időréscserélőnek, ha a bemeneti min-ták 10 bitesek, és 80 bemeneti vonal van?

40. Jelent-e az időosztásos kapcsoló egy minimális késleltetést az egyes kapcsolási szinteken? Ha igen, akkor mennyit?

41. Mennyi ideig tart egy A/4-es (21 cm x 30 cm) kép elfaxolása az ISDN B csator-nán, ha a faxgép 118 pixel/cm felbontással digitalizál, és egy pixelt 4 biten ábrá-zol? A mai faxgépek ennél még a hagyományos telefonvonalakon is gyorsabbak. Hogyan lehetséges ez?

42. Adjuk meg az ISDN hálózatban használt NT12 berendezés előnyeit és hátrányait az NT1 és NT2 berendezésekkel szemben!


43. A 2.50.(a) ábrán cellák ütközését láthatjuk, amint egy banyan kapcsolón áthalad-nak. Az ütközések az első és a második fokozatban történnek. Lehet-e ütközés a harmadik fokozatban? Ha igen, akkor milyen feltételek esetén?

44. A következő feladat megoldásához lépésről lépésre kell követnünk néhány cellát egy Batcher-banyan kapcsolóban. A 0-tól 3-ig terjedő bemeneti vonalakra négy cella érkezik. A cellák sorrendben a 3-as, 5-ös, 2-es és l-es kimenetekre akarnak eljutni. Határozzuk meg a továbbjutó cellákat a Batcher-kapcsoló mind a hat szintjén, és a banyan kapcsoló mind a négy szintjén! Amelyik vonalon nincs cella, oda tegyünk egy „-" jelet!

45. Ismételjük meg az előző feladatot úgy, hogy a bemenetekre érkező cellák sorrend-ben az alábbi kimenetekre akarnak eljutni: (7, -, 6, -, 5, -, 4, -).

46. Egy ATM kapcsoló 1024 bemenettel és 1024 kimenettel rendelkezik. A vonalak 622 Mb/s-os SONET sebességgel rendelkeznek, tehát a felhasználó számára kb. 594 Mb/s-os átvitelt tesz lehetővé. Mekkora teljes sávszélességre van szüksége a kapcsolónak ahhoz, hogy ekkora terhelést kezelni tudjon? Másodpercenként hány cellát kell tudnia feldolgozni?

47. Egy tipikus, hatszögletű cellákból felépülő mobiltelefon-rendszerben tilos egy adott frekvenciát a szomszédos cellában újra felhasználni. Ha összesen 480 frek-vencia áll a rendelkezésünkre, akkor mennyit használhatunk egy cellában?

48. Becsüljük meg azt, hogy nagyjából hány 100 m átmérőjű PCS cellára van szükség ahhoz, hogy San Franciscot (120 km2) lefedjük!

49. Amikor mobiltelefonon beszélünk, és egyik cellából átlépünk egy másik cellába, akkor időnként hirtelen megszakad a vonal, még akkor is, ha egyébként az adó és vevő berendezések tökéletesen működnek. Vajon miért?

50. Az Iridium projekt 66 alacsony röppályás műholdja hat láncot alkot a Föld körül. Abban a magasságban, ahol tartózkodnak, a periódusidő 90 perc. Egy helyhez kö-tött földi adóállomás számára átlagosan mennyi ideig „látható" egy ilyen műhold?

3. Az adatkapcsolati réteg

Ebben a fejezetben a 2. - adatkapcsolati - réteg tervezését fogjuk tanulmányozni. A vizsgálódás tárgya az lesz, hogy hogyan lehet megbízható, hatékony kommunikációt megvalósítani két szomszédos gép között. A szomszédosságon azt értjük, hogy a két gép fizikailag össze van kötve egy olyan kommunikációs csatornával, amely elméleti-leg vezetékként működik (pl. koaxiális kábel vagy telefonvonal). Az alapvető tulaj-donság, ami egy csatornát „vezetékszerűvé" tesz az, hogy a rajta továbbított bitek a küldés sorrendjében érkeznek meg.

Elsőre azt gondolná az ember, hogy ez a probléma olyan egyszerű, hogy nincs is mit tanulmányozni - az A gép csak a vezetékre teszi a biteket, a B pedig veszi azokat. Sajnos, a kommunikációs áramkörök időnként hibáznak, ráadásul véges az adatátviteli sebességük és nem nulla késleltetéssel továbbítják a biteket. Ezekből a korlátokból fontos következtetéseket lehet levonni az adatátvitel hatékonyságára vonatkozóan. Az alkalmazott kommunikációs protokolloknak figyelembe kell venniük az összes ilyen tényezőt. Ezek a protokollok képezik e fejezet tárgyát.

Az adatkapcsolati szinten előforduló fő tervezési szempontok megismerése után el-kezdjük tanulmányozni a réteg protokolljait: megnézzük a hibák természetét, kialakulá-suk okait és hogy hogyan lehet jelezni, illetve javítani őket. Ezután egy sor egyre növek-vő bonyolultságú, több és több, az adatkapcsolati rétegben jelenlevő problémát megoldó protokollt vizsgálunk meg. Végül a fejezetet a protokollmodellezéssel és protokollhe-lyesség-vizsgálattal, valamint az adatkapcsolati protokollokra adott néhány példával zárjuk.

3.1. Az adatkapcsolati réteg tervezési szempontjai

Az adatkapcsolati rétegnek számos speciális funkciót kell megvalósítania: jól definiált szol-gálati interfészt kell nyújtania a hálózati rétegnek, meg kell határoznia, hogy a fizikai réteg-ben továbbított bitek hogyan legyenek keretekbe csoportosítva, foglalkoznia kell az átviteli hibákkal, és szabályoznia kell a keretek forgalmát, hogy a gyors adók ne tudják elárasztani a lassú vevőket. A következő szakaszokban ezeket a szempontokat vesszük sorra.

AZ ADATKAPCSOLATI RÉTEG

3.1.1. A hálózati rétegnek nyújtott szolgálatok

Az adatkapcsolati réteg feladata az, hogy szolgálatokat nyújtson a hálózati rétegnek. A legfőbb szolgáltatás az adatok átvitele a küldő gép hálózati rétegétől a célgép hálózati rétegéig. A küldő gépen van egy funkcionális egység - nevezzük folyamatnak - a hálózati rétegben, amely átad néhány bitet az adatkapcsolati rétegnek, hogy az továb-bítsa a célhoz. Az adatkapcsolati réteg feladata az, hogy továbbítsa a biteket a célgép-hez, hogy ott át lehessen azokat adni a hálózati rétegnek, ahogyan a 3.1.(a) ábrán lát-ható. A valódi átvitel a 3.1.(b) ábra szerint megy végbe, de egyszerűbb két adatkap-csolati rétegbeü folyamatot elképzelni, melyek adatkapcsolati protokollal kommuni-kálnak. Emiatt ebben a fejezetben hallgatólagosan a 3.1.(a) ábra szerinti modellt fog-juk használni.

Az adatkapcsolati réteget különféle szolgálatok megvalósítására készíthetik fel. A ténylegesen megvalósított szolgálatok rendszerről rendszerre változhatnak. Három ésszerű, általánosan megvalósított lehetőség:

1. Nyugtázatlan összeköttetés nélküli szolgálat.

2. Nyugtázott összeköttetés nélküli szolgálat.

3. Nyugtázott összeköttetés alapú szolgálat.

Vizsgáljuk meg ezeket sorjában!

Nyugtázatlan összeköttetés nélküli szolgálat esetén a forrásgép egymástól függet-

3.1. ábra. (a) Látszólagos (virtuális) kommunikáció. (b) Tényleges kommunikáció


len kereteket küld a célgép felé, amely nem nyugtázza a keretek megérkezését. Sem-miféle kapcsolatot nem építenek fel előzetesen, illetve nem bontanak le az átvitel után. Ha egy keret a vonali zaj miatt elveszik, nem történik kísérlet a helyreállítására az adatkapcsolati rétegben. Ez a szolgálati osztály abban az esetben megfelelő, ha a hiba-arány nagyon alacsony, így a hibák javítása a felsőbb rétegekre hagyható, valamint valós idejű forgalom esetén (pl. beszédátvitel), amikor a későn érkező adat rosszabb, mint a hibás adat. A legtöbb lokális hálózat nyugtázatlan összeköttetés nélküli szolgá-latot alkalmaz az adatkapcsolati rétegben.

A következő lépés a megbízhatóság irányába a nyugtázott összeköttetés nélküli szolgálat. Ezen szolgáltatás esetén sincs felépített kapcsolat, de minden egyes elkül-dött keret megérkezését nyugtázza a célállomás, így a küldő értesül arról, hogy a keret megérkezett-e, vagy sem. Ha egy keret nem érkezik meg meghatározott időn belül, újra lehet küldeni. Ez a szolgálat megbízhatatlan csatornák (pl. vezeték nélküli rend-szerek) esetén hasznos.

Talán érdemes hangsúlyozni, hogy a nyugtázás megvalósítása az adatkapcsolati ré-tegben sohasem elvárás, csak optimalizáció. A szállítási rétegben mindig meg lehet várni az elküldött üzenet nyugtázását. Ha a nyugta az időzítő lejárta előtt nem érkezik meg, a küldő újraküldheti az üzenetet. A probléma ezzel a stratégiával az, hogy ha az átlagos üzenet mondjuk 10 keretből áll, és általában a keretek 20 százaléka elveszik, nagyon sokáig tarthat, anüg az üzenet hibátlanul érkezik meg. Ha minden keretet egyenként nyugtázunk, és szükség esetén újraküldünk, sokkal gyorsabban jut át az egész üzenet. Megbízható csatornákon, mint például az üvegszál, a többletköltség mi-att a bonyolult adatkapcsolati protokoll használata szükségtelen, de vezeték nélküli át-viteli csatornákon a csatorna megbízhatatlansága miatt nagyon megéri.

Visszatérve a szolgálatokhoz, a legkifinomultabb szolgálat, amit az adatkapcsolati réteg a hálózati rétegnek nyújthat az összeköttetés alapú szolgálat. Ezt alkalmazva a forrás- és a célszámítógép felépít egy összeköttetést, mielőtt az adatátvitelt megkezde-

3.2. ábra. Az adatkapcsolati protokoll elhelyezkedése

AZ ADATKAPCSOLATI RÉTEG 207

nék. Minden elküldött keret sorszámozott, és az adatkapcsolati réteg garantálja, hogy a keretek valóban meg is érkezzenek, továbbá, hogy minden keret pontosan egyszer, és a megfelelő sorrendben érkezzen meg. Az összeköttetés nélküli szolgálatnál - ezzel ellentétben - elképzelhető, hogy egy elveszett nyugta a keret többszöri elküldését és így többszöri megérkezését okozza. Az összeköttetés alapú szolgálat megbízható ke-retfolyamot biztosít a hálózati réteg folyamatai számára.

Amikor összeköttetés alapú szolgálatot alkalmazunk, az átvitel három jól elkülönít-hető fázisra bontható. Az első fázisban az összeköttetés felépül; mindkét oldalon ini-cializálódnak azok a változók és számlálók, melyek ahhoz szükségesek, hogy számon tarthassuk, hogy mely keretek érkeztek meg és melyek nem. A második fázisban egy vagy több keret tényleges továbbítása történik. A harmadik - egyben utolsó - fázisban az összeköttetést lebontjuk felszabadítva a változókat, puffereket és egyéb erőforrá-sokat, melyeket a kapcsolat karbantartásához használtunk.

Tekintsünk egy tipikus példát: egy WAN alhálózat routerekből és két pont közötti bérelt telefonvonalakból áll. Amikor egy keret megérkezik, a hardver megvizsgálja az ellenőrző összeget, majd továbbítja a keretet az adatkapcsolati réteg szoftverének (amely pl. egy chipbe lehet beágyazva a hálózatiadapter-kártyán). Az adatkapcsolati réteg szoftvere ellenőrzi, hogy ez-e a várt keret, és ha igen, a keret adat mezőjében levő csomagot átadja a router szoftvernek. Ez kiválasztja a megfelelő kimenő vonalat, és visszaadja a csomagot az adatkapcsolati rétegnek, amely elküldi azt. A két router közötti átvitel a 3.2. ábrán látható.

A forgalomirányító kód gyakran igényli, hogy a munka rendesen legyen elvégezve azaz megbízható sorrendhelyes átvitelt feltételez minden két pont közötti (point-to-point) kapcsolaton, és nem szereti, ha gyakran kell foglalkozni az útközben elveszett csomagokkal. A szaggatott téglalapban látható adatkapcsolati protokoll feladata, hogy a megbízhatatlan kommunikációs vonalakat látszólag tökéletessé, vagy legalábbis elég jóvá tegye. Az adatkapcsolati protokoll ezen tulajdonsága különösen fontos vezeték nélküli kapcsolatok esetén, melyek természetüknél fogva nagyon megbízhatatlanok. Eltekintve attól, hogy az ábrán minden routerben több másolata látható az adatkapcso-lati szoftvernek, egyetlen példány kezeli az összes vonalat, minden vonalhoz külön táblázatokkal és adatszerkezetekkel.

Bár ez a fejezet kimondottan az adatkapcsolati rétegről és az adatkapcsolati proto-kollokról szól, sok itt tanulmányozott elv, mint például a hibavédelem és a forgalom-szabályozás, szintén megtalálható a szállítási és egyéb protokollokban.

3.1.2. Keretezés

Alihoz, hogy az adatkapcsolati réteg szolgálatot nyújthasson a hálózati rétegnek, a fizikai réteg szolgálatát kell igénybe vennie. A fizikai réteg nem tesz mást, mint a kapott bitsorozatot megpróbálja továbbítani a célhoz. Az érkező bitsorozat hibamentességét a fizikai réteg nem garantálja. A bitek száma lehet kevesebb, azonos, vagy több mint az elküldötteké, és a bitek értéke is különbözhet az eredetitől. Az adatkapcsolati réteg feladata, hogy jelezze, illetve - ha szükséges - kijavítsa a hibákat.

A szokásos megoldás az, hogy az adatkapcsolati réteg különálló keretekre tördeli a


bitfolyamot, és minden kerethez kiszámolja az ellenőrző összeget. (Az ellenőrző-összeg-képző algoritmusokat a fejezet későbbi részében tárgyaljuk.) Amikor a keret megérkezik a célhoz, az ellenőrző Összeget újra kiszámolja az adatkapcsolati réteg. Ha ez különbözik attól, amit a keret tartalmaz, a réteg tudja, hogy hiba történt, és lépése-ket tesz ennek kezelésére (pl. eldobja a rossz keretet és hibajelzést küld vissza).

A bitfolyam keretekre tördelése sokkal bonyolultabb feladat, mint amilyennek első ránézésre tűnik. Egyik módja lehet a keretezésnek az, hogy szüneteket szúrunk be a bitfolyamba nagyon hasonlóan egy közönséges szövegben levő szavak közötti szókö-zökhöz. A hálózatok azonban ritkán nyújtanak garanciát az időzítéssel kapcsolatosan, így ezek a szünetek lerövidülhetnek, vagy újabb szünetek jelenhetnek meg az átvitel során.

Mivel túl kockázatos a keretek kezdetének és végének megjelölését az időzítésre bíz-ni, más módszereket kellett kitalálni. Ebben a szakaszban négy módszert nézünk meg:

1. Karakterszámlálás.

2. Kezdő- és végkarakterek karakterbeszúrással.

3. Kezdő- és végjelek bitbeszúrással.

4. Fizikai rétegbeli kódolássértés.

Az első keretezési módszer a keretben levő karakterek számának megadására egy a keret fejrészében levő mezőt használ. Amikor a célállomás adatkapcsolati rétege meg-kapja a keretben levő karakterek számát, tudni fogja, hogy mennyi karakternek kell érkeznie, és így azt is, hogy hol van a keret vége. Ennek a technikának az alkalmazása a 3.3.(a) ábrán látható négy keretre, melyek mérete 5, 5, 8 és 8 karakter.

3.3. ábra. Egy karakterfolyam. (a) Hiba nélkül. (b) Egy hibával


Ezzel az algoritmussal az a baj, hogy egy átviteli hiba elronthatja a karakterszám-mezőt. Például, ha egy 5-ös karakterszám a 3.3.(b) ábra második keretében 7-té válik, a célállomás kiesik a szinkronból, és képtelen lesz megtalálni a következő keret elejét. Még ha az ellenőrző összeg hibás, a cél tudja, hogy a keret rossz, akkor sincs mód arra, hogy megmondjuk, hol kezdődik a következő keret. Szintén nem segít a keret újrakül-désének kérése, hiszen a cél nem tudja, hogy hány karaktert kell átlépnie ahhoz, hogy az újraküldött keret elejéhez érjen. A fentiek miatt a karakterszámlálásos módszert ma már ritkán használják.

A második keretezési módszer megoldja az újraszinkronizálás problémáját: minden keret a DLE STX ASCII karaktersorozattal kezdődik, és a DLE ETX-szel fejeződik be. (DLE: Data Link Escape - adatkapcsolati ESC karakter, STX: Start of TeXt - szö-veg kezdete, ETX: End of TeXt - szöveg vége.) Így, ha a célállomás szem elől téveszti a kerethatárokat, nem kell mást tennie, mint a DLE STX vagy DLE ETX karaktereket figyelnie, és így újra megtalálja.

Komoly probléma jelentkezik ezzel a módszerrel bináris adatok (tárgykódú progra-mok, lebegőpontos számok stb.) továbbításakor. Könnyen előfordulhat, hogy a DLE STX vagy a DLE ETX karaktersorozat megtalálható az adatok között, és így megza-varja a keretezést. Egyik módja a probléma megoldásának az, hogy a küldő adatkap-csolati rétege ASCII DLE karaktert szúr be minden, az adatfolyamban „véletlenül" előforduló DLE karakter elé. A vevő adatkapcsolati rétege eltávolítja a beszúrt DLE karaktereket, mielőtt az adatot továbbadná a hálózati rétegnek. Ezt a technikát karak-terbeszúrásnak (character stuffing) nevezik. A keretező DLE STX vagy DLE ETX elkülöníthető az átviendő adatban levőktől az alapján, hogy a DLE egyedül áll-e, vagy sem. Az adatban levő DLE karakterek mindig meg vannak kettőzve. A 3.4. ábra egy példa adatfolyamot mutat beszúrás előtt, beszúrás után, és a beszúrt karakterek eltávo-lítása után.

A fő hátránya ennek a keretezési módszernek az, hogy szorosan kötődik a 8 bites, ezen belül az ASCII karakterkódokhoz. A hálózatok fejlődése során nyilvánvalóvá váltak a hátrányai annak, hogy a keretezés függjön a karakterkészlet kódolási eljárásá-tól, így egy új módszert kellett kidolgozni, amely megengedi tetszőleges méretű (és kódolású) karakterek használatát.

Ez az új módszer lehetővé teszi, hogy tetszőleges számú bit legyen egy keretben, és az alkalmazott karakterkódok is tetszőleges számú bitet tartalmazzanak. A módszer az

3.4. ábra. (a) A hálózati réteg által küldött adat. (b) A karakterbeszúrás utáni adat. (c) A vevőoldali hálózati rétegnek továbbadott adat


3.5. ábra. Bitbeszúrás. (a) Az eredeti adat. (b) Az átviteli vonalon megjelenő adat. (c) A vevő memóriájában megjelenő, a beszúrt bitek törlése utáni adat

alábbiak szerint működik: minden keret egy speciális, jelző (flag) bájtnak nevezett bitmintával kezdődik. Ez a 01111110. Amikor az adó adatkapcsolati rétege öt egymást követő 1 -es bitet talál az adatok között, automatikusan beszúr egy 0-t a kimenő bitfolyamba. Ez a bitbeszúrás (bit stuffing) analóg a karakterbeszúrással, amelyben egy DLE-t szúrtunk be a kimenő karakterfolyamba az adatok között levő DLE elé.

Amikor a vevő öt egymást követő 1 -es bitet talál, melyet egy 0-s követ, automati-kusan törli a 0-s bitet. Ahogyan a karakterbeszúrás teljesen átlátszó a hálózati réteg számára mindkét számítógépben, a bitbeszúrás is az. Ha a felhasználói adat tartalmaz-za a jelző bájt bitmintáját (01111110), ez 011111010-ként továbbítódik, de a vevő me-móriájában már 01111110 jelenik meg. A 3.5. ábra egy példát mutat a bitbeszúrásra.

A bitbeszúrásos módszer segítségével egyértelműen felismerhetők a kerethatárok: ha a vevő szem elől téveszti a határokat, semmi mást nem kell tennie, mint a bemeneti bitfolyamban a jelző mintát keresnie, hiszen a minta csak kerethatárokon fordulhat elő, az adatok között sohasem.

Az utolsó keretezési eljárás olyan hálózatokban használható, ahol a fizikai rétegbeli kódolás redundanciát tartalmaz. Például néhány LAN egy adatbitet két fizikai szinten kódol: az l-es bit egy fizikai magas-alacsony pár, a 0-s pedig egy alacsony-magas. A magas-magas és alacsony-alacsony kombinációk nem használatosak adatbitek kódolá-sára (ezeket lehet a kerethatárok jelzésére használni). Az elgondolás azon alapul, hogy minden bit tartalmazzon átmenetet a közepénél, így a vevő könnyedén megtalálhatja a bithatárokat. Az érvénytelen fizikai kódok ilyetén alkalmazása része a 802-es LAN szabványnak, melyet a 4. fejezetben fogunk tanulmányozni.

Végül megjegyezzük, hogy sok adatkapcsolati protokoll a nagyobb biztonság érdekében a karakterszámlálás és valamelyik másik módszer kombinációját alkalmaz-za. Amikor egy keret megérkezik, a protokoll a karakterszámmező alapján keresi meg a keret végét. Csak akkor fogadja el a keretet érvényesnek, ha a megfelelő határoló jel a megfelelő helyen megvan, és az ellenőrző összeg is helyes. Ellenkező esetben a be-meneti adatfolyamban megkeresi a következő határoló jelet.

3.1.3. Hibavédelem

Miután megoldottuk a keretek kezdetének és végének jelzését, szembekerülünk a kö-vetkező problémával: hogyan bizonyosodjunk meg arról, hogy minden keret ténylege-sen megérkezik-e a célállomás hálózati rétegéhez, és hogy helyes sorrendben érkezik-e


meg. Tételezzük fel, hogy az adó folyamatosan bocsátotta ki a kereteket attól függet-lenül, hogy azok megfelelően megérkeztek-e. Ez jó lehet a nyugtázatlan összeköttetés nélküli szolgálathoz, de bizonyára nem lenne jó a megbízható, összeköttetés alapú szolgálathoz.

A biztonságos átvitel megvalósításának általános módja az, hogy az adónak vala-milyen visszacsatolást biztosítunk arról, hogy mi történik a vonal másik végén. Tipi-kusan az adó megköveteli a vevőtől, hogy speciális vezérlő kereteket küldjön vissza, melyek pozitív vagy negatív nyugtát hordoznak a bejövő keretekről. Ha a küldő pozitív nyugtát kap egy keretről, tudja, hogy a keret rendben megérkezett. A negatív nyugta ellenben azt jelenti, hogy valami nincs rendben, és a keretet újra kell adni.

További komplikáció származik abból, hogy hardver hibák (pl. zaj) okozhatják egy keret teljes eltűnését. Ebben az esetben az adó egyáltalán nem reagál, mivel nincs is mire reagálnia. Tisztán látszik, hogy az a protokoll, amelyben a küldő a keret elküldé-se után vár a pozitív vagy negatív nyugtára, örökre felfüggesztődne, ha egy keret egy-szer teljesen elveszne a hibásan működő hardver miatt.

Ezt a lehetőséget az adatkapcsolati rétegben időzítők bevezetésével küszöbölik ki. Amikor az adó továbbít egy keretet, általában egy időzítőt is elindít. Az időzítő úgy van beállítva, hogy lejártáig legyen elég idő arra, hogy a keret elérje a célt, ott feldol -gozásra kerüljön és a nyugta visszatérjen az adóhoz. Normális esetben a keret helyesen megérkezik, és a nyugta visszaér, mielőtt az időzítő lejárna. Ekkor az időzítő törlődik.

Ha viszont a keret vagy a nyugta elveszik, az időzítő lejár, és jelzi az adónak, hogy valószínűleg hiba történt. A nyilvánvaló megoldás: egyszerűen újra elküldeni a keretet. Ha azonban a kereteket többször továbbítjuk, fennáll a veszélye annak, hogy a vevő többször veszi ugyanazt a keretet, és többször adja át a hálózati rétegnek. Hogy ezt megakadályozzuk, általában a kimenő kereteknek sorszámot adunk, hogy a vevő meg tudja különböztetni az újraadott kereteket az eredetiektől.

Az adatkapcsolati réteg feladatának fontos része az, hogy az időzítőket és a számlá-lókat úgy kezelje, hogy biztosítani tudja, a keretek pontosan egyszeri (nem több és nem kevesebb) megérkezését a célállomás hálózati rétegéhez. E fejezet egy későbbi részében részletesen tanulmányozni fogjuk egy sor egyre bonyolultabb példán keresz-tül, hogy hogyan lehet ezt megvalósítani.

3.1.4. Forgalomszabályozás

Egy másik fontos tervezési kérdés, amely megjelenik az adatkapcsolati rétegben (és a felsőbb rétegekben is) az, hogy mit tegyünk azzal az állomással, amelyik rendszeresen gyorsabban akarja adni a kereteket, mint a vevő azokat fogadni tudná. Ez a szituáció könnyen előállhat akkor, ha az adó egy gyors (vagy kevéssé terhelt) számítógép, a vevő pedig egy lassú (vagy erősen leterhelt) gép. Az adó folyamatosan pumpálja kifelé a kereteket egészen addig, míg a vevőt teljesen el nem árasztja. Még ha az átvitel hibamentes is, a vevő egy bizonyos ponttól kezdve nem lesz képes kezelni a folyton érkező kereteket, és néhányat el fog veszíteni. Világos, hogy valamit tenni kell, hogy megakadályozzuk ennek kialakulását.


A szokásos megoldás a forgalomszabályozás (flow control) bevezetése, melynek segítségével az adót olyan mértékben visszafogjuk, hogy a vevő már tudja kezelni az általa generált forgalmat. Ez a lassítás általában valamilyen visszacsatolási mechaniz-must igényel azért, hogy az adónak tudomására jusson, hogy a vevő tudja-e folytatni tevékenységét.

Különféle forgalomszabályozási elgondolások ismertek, de legtöbbjük ugyanazt az alapelvet alkalmazza. A protokoll jól definiált szabályokat tartalmaz arra vonatkozóan, hogy a következő' keretet mikor küldheti el az adó állomás. Ezek a szabályok általában megtiltják egy keret elküldését, amíg a vevő - akár implicit, akár explicit módon - engedélyt nem ad rá. Például, amikor egy kapcsolat felépül, a vevő mondhatja a következőt: „Most küldhetsz nekem n keretet, de ha ezeket elküldted, ne küldj többet addig, amíg nem szólok." Ebben a fejezetben különféle forgalomszabályozási mecha-nizmusokat fogunk tanulmányozni, melyek ezen az elven alapulnak. A későbbi fejeze-tekben másféle mechanizmusokat is megvizsgálunk.

3.2. Hibajelzés és -javítás

Ahogyan a második fejezetben láttuk, a telefonrendszer három részből áll: a telefon-központokból, a központok közötti trönkökből és az előfizetői hurkokból. Az első két rész ma már majdnem teljesen digitális az Egyesült Államokban és néhány más or-szágban (pl. Magyarországon is - a fordító megj.). Az előfizetői hurkok még mindig analóg, csavart érpáros rézvezetékek, és a jövőben is azok maradnak lecserélésük ha-talmas költsége miatt. A digitális részen a hibák ritkák, viszont az előfizetői hurkokon még mindennaposak. Ráadásul a vezeték nélküli kommunikáció egyre hétköznapibbá válik, és itt a hibaarányok nagyságrendekkel nagyobbak, mint a központok közötti üvegszálas trönkökön. Ebből az következik, hogy az átviteli hibákkal még sok éven át együtt kell élnünk.

Néhány átviteli közegre (pl. rádió) jellemző, hogy a hibák - az őket előidéző fizikai folyamatok természete miatt - jóval gyakrabban fordulnak elő csoportosan, mint egyesével. A csoportosan jövő hibáknak megvan az előnyük és a hátrányuk is a külön-álló, csupán egy bitet érintőekkel szemben. Az előny a következő: a számítógépes adatok bitjei mindig blokkokban kerülnek elküldésre. Tételezzük fel, hogy a blokkmé-ret 1000 bit, és átlagosan 0,001 hiba van bitenként. Ha a hibák függetlenek lennének, a legtöbb blokk tartalmazna hibát. Ha a hibák 100-as csoportokban jönnek, 100 közül átlagosan csak egy vagy két blokkot érintenek. A hátránya a csoportos hibáknak az, hogy sokkal nehezebb jelezni és kijavítani őket, mint a különállóakat.

3.2.1. Hibajavító kódok

A hálózattervezők két alapvető stratégiát fejlesztettek ki a hibák kezelésére. Az egyik szerint annyi redundáns információt teszünk minden továbbítandó adatblokkhoz, hogy hiba esetén a vevő ki tudja következtetni, hogy minek kellene a továbbított karakter-

FÜGGELÉK

Documents

Tanenbaum OS