Fizikai réteg

Az információ kódolása

Az információt kódolni lehet a kettes számrendszer szerint, ezeket a jeleket továbbítja a fizikai réteg. Egy szöveg például egy karaktersorozat, ahol az egyes karakterek kódolhatók 0 és 1 számokkal. Egy képet sakktáblaként értelmezhetünk, ahol a mezők a képpontok, és ahol minden mezőnek megvan a saját kódja (a színe szerint). Hangok esetén a megfelelő számérték a hangmagasságból és hangerőből tevődik össze. A film egy kép-, és egy hangsorozat együttese.
Az információt digitális és analóg módon lehet továbbítani.
Digitális adatátvitel: sebességét bizonyos idő alatt továbbított bitek számával határozhatjuk meg, mértékegysége bit/s. Használatos a baud mértékegység, amely a másodperc alatt bekövetkezett változások számát adja meg.
Analóg adatátvitel: a sávszélesség a legfontosabb jellemzője a közegen átvihető jel maximális és minimális frekvenciájának különbsége, mértékegysége Hz.

A vonalak megosztása

A vonalakat, ahol az adatokat továbbítják, gyakran nem használják ki maximálisan, ezért egy-egy vonalat kisebb csatornákra osztanak. A vonalakat háromféleképp lehet felosztani:
  1. Multiplexelés: egy információs vonal felosztása úgy, hogy a vonalon egymástól függetlenül több információt lehessen szállítani.
    Frekvenciaosztásos multiplexelés: analóg átvitelben használatos, a nagy sávszélességű vonalat kisebb frekvenciatartományú csatornákra osztják, így egyszerre több jel vihető át rajta.
    Időosztásos multiplexelés: a vonalat időben osztják több csatornára, így a vonalakon egyszerre több jel fut. A vevők oldalán a jeleket szétválasztják, és a megfelelő jel a megfelelő vevőhöz kerül.
  2. Üzenetkapcsolás: az adó oldal a teljes üzenetet elküldi a legközelebbi szabad hosztnak, amely tobvábbküldi ugyanúgy a következőnek, ez egészen így folytatódik a címzettig. Mivel a teljes információmennyiséget egyszerre küldi a rendszer, a vonal rövid ideig foglalt. Hátránya, hogy az információt fogadó hosztnak legalább akkora kapacitással kell rendelkeznie, amekkora a küldött üzenet.
    Csomagkapcsolás: az üzenetet kisebb részekre darabolják, ezeket mint önálló információt továbbítják különböző útvonalakon. A vevő oldal ismét sorrenbe állítja az információkat (előfordulhat, hogy azok nem az eredetinek megfelelő sorrendben érkeztek), létrehozza az eredeti üzenetet.
  3. Vonalkapcsolás: nem rendelhető hozzá egy adó és egy vevő, hanem az állomások és a kommunikáció szükséglete alapján jutunk hozzá. A kommunikáló felek ezt pont-pont kapcsolatként érzékelik.

Fizikai átviteli közegek

I. Koaxiális kábel

A koaxiális szó önmagában "közös tengelyű"-t jelent. A koaxiális vezeték felépítése bentről kifelé haladva: vezető ér-melegér, szigetelőanyag, árnyékolás(alumíniumfólia vagy sodrott háló), szigetelőanyag.




Két fő típusa van: Szélessávú koaxiális kábel: analóg átvitelt tesz lehetővé, 300-500 MHz-es jeleket akár 100 km-re is továbbít. GHz-es nagyságú jelek átvitelére is alkalmas, így a vonalat több, kisebb sávszélességű csatornákra osztják, így egymástól független információátvitelt tesznek lehetővé egy vonalon. Alapsávú koaxiális kábel: főleg a digitális adatátvitelben használják. Két típusa van, a vékony és a vastag koaxiális kábel. A vékony koaxiális kábelt az Ethernet hálózatokban használják adatátviteli sebessége 1 km-en 100Mbit/s- a távolság csökkenésével ez a szám nő és fordítva. A vastag koaxiális kábel lassan eltűnik, a vékony koaxnál vastagabb, nehezebben szerelhető, ugyanakkor nagyobb távolságok áthidalhatók ugyanakkora sebességgel-jobban kiküszöbölhetők ugyanis a környezeti hatások által okozott zavarok.

II. Csavart érpár

Két szigetelt, spirálisan egymásra csavart vezetékből áll. Az árnyékolással ellátott érpárt STP kábelnek, az árnyékolás nélkülit UTP kábelnek nevezzük. Az egymásra csavarással a jelkisugárzás minimálisra csökkenthető. Ha több érpárt fognak össze, általában egy szigeteléssel látják el őket, így tovább csökkentik a külvilág hatásait a kábelekre. A közepes méretű hálózatok az UTP kábeleket részesítik előnyben. Az UTP kábeleket több típusba osztják:
1. kategória - hangátvitel
2. kategória - 4 Mbit/s- os adatvonal
3. kategória - 10 Mbit/s- os adatvonal
4. kategória - 20 Mbit/s- os adatvonal
5. kategória - 100 Mbit/s- os adatvonal
Az UTP kábel 100 m-t képes erősítés nélkül áthidalni.





III. Optikai vezeték

Az optikai vezeték használatakor az információ fényimpulzusok formájában terjed a közegben- ez lehet levegő is, de csak kis távolságokon belül. Nagy távok esetén a fény optikai szálon keresztül terjed. Ez egy nagyon vékony cső, melynek belsejét speciális anyag tölti ki, amelyben halad a fény. Kétféle kábelen keresztül továbbítható az információ: a többmódusú és egymódusú kábelen. A többmódusú kábel esetében a fényvisszaverődés segítségével továbbítják az információt: ha a vezetőben a fény megfelelő szögben esik a cső felületére, teljes mértékben visszaverődik, így tud haladni az információ. Az egymódusú kábel esetében a cső átmérője megegyezik a fény hullámhosszával, így a fény visszaverődés nélkül haladhat, nagy távolságba juthat az információ erősítés nélkül.

IV. Földi mikrohullámú vonal

Nagy sebességű, nagy távolságok áthidalására is alkalmas. Időjárásfüggő.

V. Műholdas átvitel

Mikrohullámú átvitel a Föld és műholdak közt. Optimális az 1-10 GHz-s átvitel, bár az időjárás nagyban befolyásolja azt.

Hálózati eszközök

Hálózati kártya

A hálózati kártya a számítógépek hálózatra kapcsolódását és az azon történő kommunikációját lehetővé tevő bővítőkártya. Ez minden hálózatra kötött számítógépen megtalálható. Ezekbe lehet beledugni a szabványos hálózati kábelt. Léteznek vezeték nélküli kártyák is. Ezek rádióhullámokat vesznek/adnak, és ezzel kommunikálnak.

Sebességük: 10Mb/s-1Gb/s között mozog.

Modem

A modem egy olyan berendezés, ami egy vivőhullám modulálásával a digitális jelet analóg információvá, illetve a másik oldalon ennek demodulálásával újra digitális információvá alakítja. Az eljárás célja, hogy a digitális adatot analóg módon átvihetővé tegye. A telefonos modem például, a számítógép által használt digitális 1 és 0 jeleket úgy alakítja át hangfrekvenciává, hogy az telefon vonalon továbbítható legyen. Szabványos sebességei: 14kbps, 28,8kbps, 33,6kbps, 56kbps. Sebessége láthatóan nem nagy, viszont előnye, hogy ahol van telefon ott lehet internetezni is ennek segítségével.
Fajtái:
  1. Telefonos modem: Telefonvonalon való információtovábbításra ad lehetőséget. Hangfrekvenciás jelekké alakítja át az információt.
  2. Az ADSL modem: szintén telefonvonalon működik, azonban működése más, mint a telefonos modemé, az átvitelre nem hangfrekvenciát használ. Átviteli sebességei jellemzően: 512kbps, 1024kbps, 2048kbps, 4096kbps, 8192kbps
  3. Optikai modemek az adatokat optikai szálakon továbbítják. Az optikai szálakat optikai kábelekbe fogják össze. Az optikai modemek átviteli sebessége 109 bit per másodperc nagyságrendű (960Mbps).

Csomóponti eszközök

Rövid prezentáció a csomóponti eszközökről.

Repeater

A legegyszerűbb csomóponti eszköz, jelentése ismétlő, és valójában ennyit is csinál. A beérkező jelet megismétli, így az nem torzul el egy hosszú kábelben. Nem intelligens eszköz.

Hub

Ez már 2-nél több számítógép összekötésére is lehetőséget kínál. Viszont még mindig nem intelligens, tehát ha rá van kötve 4 számítógép és az 1-es küld egy adatcsomagot a 3-nak, akkor ezt az adatcsomagot megkapja mind a 2-es mind a 4-es számítógép is.

Switch

Már egy intelligens eszköz. Tehát, ha egy switch-el játszuk el a fenti példát, akkor az adatot csak a 3-as számítógépnek küldi tovább a switch. Így nem terheli le a hálózatot az adatforgalom, gyorsabb lesz.

Router

A router, vagy útválasztó a számítógép-hálózatokban egy forgalomirányítást végző eszköz, amelynek a feladata a helyi hálózatok összekapcsolása. A router akkor jön szóba, ha például van két darab 4 gépből álló hálózatunk (a 4-4 gép egy-egy switchel van összekötve). Az „A” csoport 1. gépe akar küldeni a „B” csoport 2-es gépének adatot. Itt jön szóba az „A” router, aki továbbítja a „B” routernek ,aki továbbküldi a Bcsoport 2-es gépnek egy switchen keresztül. Tehát, ha egy külső géppel akarunk kommunikálni, ami nincs összekötve a switchünkel (pl.: egy weblap szervergépe), akkor már kell egy router.

Topológiák

Csillag topológia

A csillag topológia a legidősebb módja egy hálózat kiépítésének. Központja a szerver, melyre minden kliens külön csatlakozik, egymást a szerveren keresztül érik el. A központi gépet HUB-nak (ez lehet egy hub, vagy egy switch), a hálózatba kapcsolt gépeket pedig NODE-nak nevezik. Minden node egyetlen kábellel csatlakozik a hubhoz. A csillag topológia legfőbb előnye az, hogy ha megszakad a kapcsolat a hub és bármelyik számítógép között, az nem befolyásolja a hálózat többi csomópontját, mert minden node-nak megvan a saját összeköttetése a hub-bal. A topológia hátránya az, hogy a központ meghibásodásával az egész hálózat működésképtelenné válik.

Gyűrű topológia

Minden állomás, beleértve a szervert is, két szomszédos állomással áll közvetlen kapcsolatban. Az összeköttetés körkörös gyűrű, ebből következően a hálózatnak nincs végpontja. Bármely pontról elindulva végül visszatérünk a kiindulóponthoz, hiszen az adat csak egy irányban halad. Az üzeneteket a gépek mindig a szomszédjuknak adják át, s ha az nem a szomszédnak szólt, akkor az is továbbítja. Addig vándorol az üzenet gépről gépre, amíg el nem érkezik a címzetthez. A csillag topológiától eltérően a gyűrű topológia folyamatos útvonalat igényel a hálózat összes számítógépe között. A gyűrű bármely részén fellépő meghibásodás hatására a teljes adatátvitel leáll. Ezenkívül hátránya még az is, hogy az adat a hálózat minden számítógépén keresztülhalad, és a felhasználók illetéktelenül is .hozzájuthatnak az adatokhoz.

Sín topológia

A sín topológia a legegyszerűbb hálózati elrendezés. Ez az elrendezés egyetlen, busznak nevezett átviteli közeget használ. A buszon lévő mindegyik számítógépnek egyedi címe van, ez azonosítja a hálózaton. Egy busz topológiájú hálózat esetén a számítógépeket az esetek többségében koaxiális kábellel csatlakoztatják Nem egyetlen hosszú kábel, hanem sok rövid szakaszból áll, amelyeket T-csatlakozók segítségével kötnek össze. Egy speciális hardverelemet kell használni a kábel mindkét végének lezárásához, hogy ne verődjön vissza a buszon végighaladó jel, azaz ne jelenjen meg ismételt adatként. Ahogy az adat végighalad a buszon, mindegyik számítógép megvizsgálja, hogy eldöntse, melyik számítógépnek szól az üzenet. A busz topológiával az a probléma, hogy ha a buszkábel bárhol megszakad, mindkét oldalon megszűnik a lezárás. A lezárás megszűnésének hatására a jel visszaverődik és meghamisítja a buszon lévő adatokat.