Távközlő Hálózatok27. előadás10. Szemelvények a fizikai rétegből
11. Az információközlő hálózatok felépítésének elvei
Németh KrisztiánBME TMIT2006. dec. 13.
2
0.2 A tárgy felépítése 0. Bevezetés 1. Távközlő hálózati architektúrák 2. Kapcsolástechnika 3. Jelzésrendszerek
Előfizető és központ közötti, központok közötti, VoIP 4. Távközlési protokollok 5. Gerinchálózati technikák
PDH, ATM, MPLS, SDH, stb. 6. IP szélessávú hozzáférési technikák
Analóg vonali modem, ADSL, xDSL, kábel-TV, stb. 7. Beszédátvitel IP felett 8. Mobil távközlő rendszerek
GSM, UMTS, műholdas rendszerek, mobil számítógép hálózatok 9. Jelátviteli és forgalmi követelmények 10. Szemelvények a fizikai rétegből (bonus track :-) ) 11. Az információközlő hálózatok felépítésének elvei
Csopaki Gy.(6 ea.)
Cinkler T.(4 ea.)
Németh K.(12 ea.)
Németh K.(5 ea.)
3
6 témakör: visszhang elhalkulás (fading) mikrohullámú rádiós átvitel digitális jelek átvitele analóg csatornán illesztett lezárás
Javasolt irodalom: weblapon található Kovács-Ludányi jegyzet a weblap alján: korábbi félévek, majd ott a 2005.
tavasz kiválasztása
Szemelvények a fizikai rétegből
4
4/2 4/2
néhány km
néhány km
2/4 2/4
... ...... ...
...
...
f ldfelsz ni v. ö í műholdas rádiós kapcsolateredő csillapítás: 0 dB
táv: 10 - 20.000 km
Visszhang Több helyen keletkezhet, de a 2/4 huzalos
átalakításnál jellemző Példa átviteli út: (egy vonal egy vezeték)
önhangönhang
visszhang visszhang
hurok!
(műholdas átvitelnél akár ennél is több)
5
Visszhang Önhang:
hasznos! kb. 25 dB csillapítás
A hurkot ki kell küszöbölni, hogy: ne gerjedjen ne torzítsa az átvitelt ne legyen többszörös visszhang
Visszhang: 12,5 ms alatt nem különböztethető meg az önhangtól (nincs vele gond) kritikus táv, ha csak a terjedési késleltetést nézzük:
0,0125 s * 250 000 km/s = 3125 km 3000 km(közegbeli fénysebesség alacsonyabb c-nél)de ez oda-vissza értendő, tehát kb. 1500 km földrajzi táv a kritikus
felette valamit kezdeni kell vele 31 dB, vagy nagyobb csillapítás már jó
6
Visszhang kezelése Visszhangzár:
ugyanez a túloldalon is
VAD: Voice Activity Detector, beszéddetektor: észleli, hogy éppen beszél-e a távoli fél
beszéd esetén e kapcsolás lezárja a visszamenő erősítőt emiatt félduplex elavult
4/2
...
...VAD
7
Visszhang kezelése Visszhangtörlő (VT, echo canceller)
ugyanez a túloldalon is
feladata a visszhang modellezése megfelelő késleltetés megfelelő csillapítás megfelelő torzítás
ezek időben változhatnak, mert: környezeti hatások (pl. hő) változnak kihangosítást bekapcsolhatják menet közben
ezért adaptív eszköz a hibajel mérésével: visszhang felismerése és törlése
4/2
...
...VThibajel
8
Elhalkulás (fading) Oka: többutas terjedés (multipath propagation)
jel visszaverődik a földfelszínről, tereptárgyakról több jel szuperpozíciója jelenik meg, ezek gyengítik vagy
erősítik egymást megj.: visszaverődés: 180 fokos fázistolás
r hv
ha
Adótorony
vevõállomás
9
42
1r
c
vP
113m 225m 450m 900m
fading nélkül: 21
1r
c
21
1r
c 3
Elhalkulás (fading) Kioltási helyek:
k=1,2,...
GSM:
λkhh
r vak
2
m 1/s m/s
3
1
109
1038
8
λkk
rkm
m
m ,m 450
31
51502
10
Elhalkulás (fading) Hatásai:
mozgó adó: nagyobb adási teljesítmény szükséges akkumulátor merítése élettani hatás
mozgó vevő: rosszabb jel/zaj viszony
Mit tehetünk ellene? jel fókuszálása (pl. forgási paraboloid antenna) hibajavító kódolás (FEC) többféle átvitel (diversity)
időben: jel ismétlése (közben mozogni kell) térben: két vevőantenna (térben távolabb egymástól) frekvenciában: két frekvencia használata: más kioltási helyek
11
Gerinchálózat: rádiós ismétlő lánc
néhány GHz-es tartomány hurok kiiktatása: más frekvencián adás és vétel eső, köd, hó zavarja
Hozzáférői hálózat gyors telepítés ritkán lakott helyeken előnyös
Mikrohullámú rádiós átvitel
12
Digitális jelek átvitele analóg csatornán
Ennek van egyenáram (DC, Direct Current) komponense:
A nulla frekvencia közelében nem lehet információt átvinni
1+1V
-1V
1
U
1 1 1 10 00 0
t
frekv.
ampl.
13
Digitális jelek átvitele analóg csatornán A nulla frekvencia közelében nem lehet információt
átvinni, mert: fémvezető:
távtáplálás nagyfesz. védelem: transzformátoros leválasztás 50 Hz és felharmonikusai: 100, 150 Hz bezavarna koax 60 kHz alatt nem visz át
optikai kábel: csak az optikai tartományban visz át
rádiós átvitel: minimum kHz-es nagyságrend kell itt is
14
Digitális jelek átvitele analóg csatornán A nulla frekvencia közelében nem lehet információt
átvinni. Megoldások: vonali kódolás (pl. ugyanannyi +1V mint -1V)
pl. LAN, ISDN, PDH, SDH egyszerű de sávszélesség-pazarló: B>>1/T
B: sávszélesség T: bitidő
frekv.
ampl.
15
Digitális jelek átvitele analóg csatornán A nulla frekvencia közelében nem lehet információt átvinni.
Megoldások: moduláció/demoduláció
pl. frekvenciamoduláció, amplitúdómoduláció, fázismoduláció egy adott vivőfrekvencia (fv) környékére korlátozza a spektrumot bonyolultabb nem pazarolja a sávszélességet: B 1/T (adott jel/zaj viszony,
ld. Shannon-tételes megjegyzés korábban) használata:
erősen sávkorlátozott környezetben, illetve adott átviteli frekvenciatartomány esetén
pl. rádiós átv., optikai átvitel, telefonmodemek
frekv.
ampl.
fv
B
16
Digitális jelek átvitele analóg csatornán Másik probléma: szinkronitás fenntartása
elegendő nullátmenet kell. Ez biztosítható: megfelelő vonal kódolással modem: bitkeverővel (scrambler)
bináris álvéletlen sorozat ebben 0,5 valószínűsége a 0-nak és az 1-nek mod 2 hozzáadás az adó és vevő oldalon is
17
Illesztett lezárás Fémvezetékpár egy differenciálisan kicsi, δ hosszú
darabjának modellje:
R: ohmikus ellenállás [ohm/km] L: induktivitás [H/km] G: ohmos átvezetés [siemens/km] C: kapacitás [fahrad/km].
Egyik irányban végtelen szakasz: elemi szakaszon mért impedanciák összege véges lesz hullámimpedancia, Z0
18
Illesztett lezárás Véges esetben a végén visszaverődés lesz egyik felén végtelen esetben természetesen nem a véges szakaszt olyan impedanciával kell lezárni, hogy „úgy
tűnjön”, mintha végtelen vezeték lenne
CL
Z 0
CωjG
LωjRZ0
(valós!)
19
0.2 A tárgy felépítése 0. Bevezetés 1. Távközlő hálózati architektúrák 2. Kapcsolástechnika 3. Jelzésrendszerek
Előfizető és központ közötti, központok közötti, VoIP 4. Távközlési protokollok 5. Gerinchálózati technikák
PDH, ATM, MPLS, SDH, stb. 6. IP szélessávú hozzáférési technikák
Analóg vonali modem, ADSL, xDSL, kábel-TV, stb. 7. Beszédátvitel IP felett 8. Mobil távközlő rendszerek
GSM, UMTS, műholdas rendszerek, mobil számítógép hálózatok 9. Jelátviteli és forgalmi követelmények 10. Szemelvények a fizikai rétegből 11. Az információközlő hálózatok felépítésének elvei
Csopaki Gy.(6 ea.)
Cinkler T.(4 ea.)
Németh K.(12 ea.)
Németh K.(5 ea.)
20
Modellek, modellezés...
21
Az információközlő hálózatok topológiai modellezése Topológiai modellezés Különböző szinteken
3 alsó OSI szinten: fizikai: fizikai hálózat adatkapcsolati: adatkapcsolati hálózat hálózati: forgalmi hálózat
Mindig az ott megjelenő eszközöket Mindig azt használjuk, amelyik a legcélszerűbb Megj.: TH-ban nincs OSI, de lehet hasonlót definiálni Csak homogén (azonos technológiájú) hálózatra!
22
Fizikai hálózat Vezetékes hálózat(rész):
merre mennek a vezetékek, mik kapcsolódnak hozzájuk
Vezetéknélküli hálózat(rész): adó/vevő térbeli helye minden más, ami az átvitelt befolyásolja
23
Fizikai hálózat Útszakasz
irányított közeg egy adótól egy vevőig
osztott közeg: egy adótól sok vevőig
Csomópont minden ami a vezetékhez/adó-vevőhöz csatlakozik pl. csatlakozó, kábelrendező, jelerősítő, ill. magasabb rendű
eszközök: híd, útválasztó, nyaláboló, kapcsoló, végberendezés
Fontos a térbeli elhelyezkedés célszerű feltüntetni pl. kábelalagutakat, -aknákat bár ezek nem részei a fizikai hálózatnak
24
Adatkapcsolati hálózat TH esetén: szállító/transzport hálózat név is
használatos Csomópontok: 2. rétegbeli feldolgozást végző
elemek pl. SzgH: hidak, útválasztók, végberendezések pl. TH: nyalábolók, rendezők, kapcsolók,
végberendezések Csomópontok helye nem számít, csak az,
hogy mi mivel áll közvetlen kapcsolatban
25
Forgalmi hálózat OSI hálózati szint: forgalmi v. logikai hálózat Csomópontok:
csak 3. rétegbeli feldolgozást végző eszközök pl. útválasztó, kapcsoló
Útszakaszok: ezek közötti összeköttetések
26
Forgalmi hálózat Alsóbb rétegbeli „útszakasz” leképezése forgalmi hálózati „útszakaszra”:
B1A1irányított közeg
B1A1
A1
A3
B1
B3
B2A2osztott közeg
nyalábolás/bontás
A1
A3
B1
B3
B2A2
A C D EB
többszörös hozzáférésűosztott közeg
A
ED
B C
27
Példák a különböző hálózatmodellekre 1. példa: kis cég számítógép-hálózata
A fizikai hálózat:
IPC1 IPC2 IPC3
Iroda
MPC1 MPC2 MPC3
Műhely
kábelrendezőszekrény
HUB1 HUB2
Internet
útválasztó
vékonyEthernet
Sz1
Sz2ÚV
szerverszoba
szerverek
számítógépek számítógépek
sodortérpárasEthernet
sodortérpárasEthernet
: fali csatlakozó
28
Példák a különböző hálózatmodellekre
Az adatkapcsolati hálózat:
IPC1 IPC2 IPC3 MPC1 MPC2 MPC3
Internet
útválasztó szerverek
számítógépek számítógépek
sodortérpárasEthernet
sodortérpárasEthernetHUB1 HUB2
ÚVvékony
Ethernet
Sz1
Sz2
29
Példák a különböző hálózatmodellekre
A forgalmi hálózat:
Internet
útválasztó szerverek
számítógépek számítógépek
IPC3IPC1 MPC1 MPC2
MPC3
Sz1
Sz2ÚV
IPC2
30
Példák a különböző hálózatmodellekre 2. példa: (fiktív)
távbeszélő-hálózat részlet
A forgalmi hálózat: Debrecen
100 000 x…
…
132 Mbit/s
8 Mbit/s
2 Mbit/s
Szarvas
… 6000 x …
Szeged
100 000 x…
…
Kaba
… 1500 x …
8 Mbit/s
31
Példák a különböző hálózatmodellekre
Az adatkapcsolati hálózat:
nyaláboló/bontó
Kaba
Szeged Debrecen
Pernyéspuszta
100 000 x…
… 100 000 x…
…
Szarvas
… 6000 x …
… 1500 x …
2*140 Mbit/s 2*140 Mbit/s
2*34 Mbit/s
2*2 Mbit/s
32
*
nyaláboló/bontó
*
E
Erősítő
Kaba
Szeged Debrecen
Pernyéspuszta
*
*
*
* : kábelrendező : fali csatlakozó
: kapcsoló + nyaláboló/bontó
*100 000 x…
… 100 000 x…
…*
Szarvas
… 6000 x …
*
… 1500 x …
*
2*140 Mbit/s 2*140 Mbit/s
2*34 Mbit/s
2*2 Mbit/s
2*2 Mbit/s
Példák a különböző hálózatmodellekre
A fizikai hálózat:
33
Az információközlő hálózatok összekapcsolása Összekapcsolás előnyei:
sok kis hálózatból nagyot Internet eleve ilyen
különböző szolgáltatók ügyfelei kommunikálhatnak
inkrementális fejlesztés lehetséges pl. IPv4 IPv6, analóg digitális telefon
gazdasági előny, pl. VoIP stb., stb.
Ennek nézzük az elvi műszaki hátterét
34
Hordozó és távszolgáltató hálózatok (ism.) Hordozó hálózat (bearer network) :
Def: két vagy több pont közötti átlátszó – a hálózat által nem értelmezett, nem feldolgozott – adatátvitelt biztosít
nincs végberendezés nincs alkalmazás önmagában nem fordul elő a szolgáltatás neve: hordozó szolgáltatás pl. 64 kb/s átlátszó adatátvitel
Távszolgáltató hálózat (teleservice network) : létezik végberendezés létezik alkalmazás az átvitt információ ennek megfelelő, a hálózat a jelet
módosíthatja, amíg az alkalmazásnak ez megfelelő a szolgáltatás neve: távszolgáltatás pl. távbeszélő szolgáltatás
35
Hálózatok és összekapcsolásuk SzgH és TH is lehet hordozó, távszolgáltató
is
Két féle összekapcsolás lehetséges: egyenrangú hierarchikus
36
Hálózatok egyenrangú összekapcsolása Egyenrangú együttműködés 2 távszolgáltató vagy 2 hordozó hálózat között
V1 V2FTH1
H1, H2: hálózatokV1, V2: végberendezések
H1 H2
E FTH2 FTH1
FTH1, FTH2: forgalmi törzshálózatokE: együttműködtető egység
H1 H2
E FTH2
(a) (b)
E: SzgH: átjárónak (gateway) is nevezik FTH: kb. hálózat - (végberendezés + együttműködtető egység) Egyszerűbb jelölés: H1 H2
37
Hálózatok egyenrangú összekapcsolása Legfőbb okok: technológiai vagy igazgatási eltérés Technológiai eltérés, pl.:
(egy tulajdonban lévő) vezetékes és mozgó távbeszélő hálózat
Igazgatási eltérés, pl.: két telefontársaság céges Intranet és Internet. Ekkor átjáró pl. a tűzfal
Persze lehet a két eltéréstípus együtt is, pl: külön tulajdonban lévő vezetékes és mozgó távbeszélő
hálózat
38
Hálózatok hierarchikus összekapcsolása Hierarchikus együttműködés Egy távszolgáltató és egy hordozó vagy 2 hordozó hálózat között
Mindkét oldalon FTH1! Felső ráépített, alsó alaphálózat Egyszerűbb jelölés:
V1 V1FTH1
FTH2
E E
H1
H2
FTH1 FTH1
E E
H1
H2
FTH1
FTH2
H1, H2: hálózatokV1: végberendezés
FTH1, FTH2: forgalmi törzshálózatokE: együttműködtető egység
(a) (b)
H1
H2
39
Hálózatok hierarchikus összekapcsolása Ok: technológiai eltérés (Igazgatási eltérés is lehetséges, ezen felül) példák:
PDH SDH felett SDH: nagy adatsebesség, jól menedzselhető PDH: 64 kb/s közvetlenül felhasználható
IPv6 IPv4 felett IPv6 szigetek összekötése IPv4-gyel „alagutazás/tunneling”
sok variáció lehetséges, pl.:
PDH
SDH
IPv6
IPv4
IPv6
IPv4
ATM
SDH
40
Összekapcsolások kombinálása A különböző típusú összekapcsolások
kombinálhatóak. Pl.: IP hálózat adatainak átvitele egy SDH rendszer
felett, amely két szolgáltatóhoz tartozik:
azaz:
V1 V1
SDH1
E E
SDH2E
IPIP
IP
SDH1 SDH2
41
Technológiai modellezés A hierarchikus összekapcsolás tulajdonképpen
felfogható rétegmodellnek: minden réteg csak a szomszédaival kommunikál persze egy technológiai réteg több OSI réteget
tartalmazhat, ezekről majd később Pl.: IPv6
IPv4
ATM
SDH
42
Köszönöm az egész félévi figyelmet!A vizsgákhoz pedig: