menu
shopping_cart
0
KOSÁR

1. lecke

Az internet fizikai felépítése

lightbulb_outlineMegismerjük az internet kialakulásának történetét, a hálózati eszközöket, az ISDN és ADSL működését.

Az infokommunkációs hálózatok története

  • kezdetben füstjelekkel, postagalambbal és tükrökről visszavert napfénnyel kommunikáltak az emberek
  • később a gyalogos majd a lovasfutár vált divattá
  • 1837-ben Samuel Morse feltalálta a távírót. Ez az elektromos áram segítségével továbbította az információt. A küldő oldalon volt egy nyomógomb, ami zárt egy áramkört, a fogadó oldalon ilyenkor megszólalt egy búgó hangot adó készülék. A betűkhöz kódszavakaat rendeltek, amit ma Morse kódoknak nevezünk. Ez különböző rövid illetve hosszú gombnyomás sorozatok egymásutánisága. A távíró 20-30 szó / perc sebességű információtovábbítást tett lehetővé.

  • 1854-ben Davis Hughes feltalálta a távgépírót, ami a Morse távíró továbbfejleszése. A távgépíró úgy nézett ki, mint egy írógép teljes billentyűzettel. Automatikusan generálta billentyűlenyomásonként a betűkódokat és a hozzá beérkező távoli üzenetet kinyomtatta a belehelyezett papírra. A távgépíró másik neve a telex, ami a Telepritner Exchange rövidítése. Magyarországon 2002-ig működött telexhálózat, amit aktívan használtak cégek. 2002-ben azonban lekapcsolták a szolgáltatást, mert csak 83 előfizető maradt.

  • 1876-ban Alexander Bell feltalálta a távbeszélőt, mai nevén a telefont. A szénmikrofonnal és egy hangszóróval felszerelt készülék már hangot is tudott továbbítani.
  • Ahogy a telefonhálózatok egyre terjedtek felmerült az igény az előfizetők egymáshoz kapcsolására, így 1878-ban a magyar származású Puskás Tivadar ötlete alapján elkészült az első kézi vezérlésű távbeszélőközpont.

  • 1889-ben Almon Strowger létrehozta az első automata telefonközpontot

Ezután a telefónia óriási fejlődésen ment keresztül. Többletszolágltatások jelentek meg, ami a kiépített telefonhálózatotot használta. Ilyen volt a Puskás Tivadar által kitalált telefonhírmondó, ami magyarországon 1983-tól 1930-ig működött és 10\'000 előfizetője volt, ami Európában egyedülálló volt. Ez volt akkoriban az információtovábítás lehető leggyorsabb módja. A híreket egy adott időpontban a központi mikrofonba olvasták, ami az előfizetői oldalon lehallgatható volt.

1969-ben az egyesült államokban létrehozták az ARPANETet, ami földrajzilag távol eső egyetemi számítógépek között teremtette meg a kapcsolatot. A hálózaton küldtek először e-mail üzenetet és nagy hatással volt az internet kialakulására. → lásd bővebben E-mail tétel

A telefonhálózatok egyre jobban elterjedtek. A kiépített rézvezetékek később nem csak beszédhívásokat közvetítettek, hanem az internetes kommunikáció is ezen zajlott. Manapság az internet kezdi kiszorítani a hagyományos telefonos kommunikációt a hálózatból.

Az ISDN

A 80-as évek közepéig az egyszerű analóg telefonhálózatot PSTN-nek vezeték, ami a Public Switched Telephone Network rövidítése. 1987-ben felmerült az igény a telefóniában többletszolgáltatások igénybevételére. Ilyen szolgáltatás volt a hívószámkijelzés, átirányítás, várakoztatás, konferenciahívás és az adatátvitel. Kidolgozták az ISDN-t.

Az ISDN az Integrated Services Digital Network (vagyis "integrált szolgáltatások digitális hálózaton") ami szolgáltatásokat digitális hálózaton nyújtotta. Míg eddig a telefonhálózaton egyszerű hanghullámok közlekedtek mostantól kezdve az információkat digitálisan kódolták és továbbították a vezetékeken. Kapcsolóközpontok azonban nem voltak erre felkészítve, ezért gyakran szükség volt az analóg-digitális átalakításra, amit a modem végzett.

Az adatátvitel digitálisan történik, a hálózat azonban csak az analóg jelet továbbította

A modem a modulator-demodulator rövidítése és elvégzi az analóg-digitális átalakítást (→ lásd bővebben Digitalizálás tétel)

A számítógépeket és az ISDN szolgáltatásokat nyújtó telefonokat egy modemen keresztül lehetett rákapcsolni a hálózatra. Az ISDN hálózat 2 db 64 kbit/sec sebességű csatornát biztosított az előfizetőknek.

  • Lehetőség volt mindkét csatornát beszédkommunikációra használni
  • vagy 1 adat + 1 beszéd csatornát kialakítani,
  • vagy mindkettőt adatkommunikációra használni.

Ez a technológia a 90-es években volt menő.

Kezdetben akusztikus modemek voltak amit később felváltottak a rendes csatlakozást biztosító modemek, vagy számítógépbe helyezhező bővítőkártyák.

Modem típusok:

A modemes kommunikáció nem tette lehetővé az egyszerre történő adat és beszédkomunikációt. Ez nem jó.

Az idő előrehaladtával és az adatmennyiségek megnövekedésével újabb és újabb technológiákat dolgoztak ki az adatsebesség megnövelésére. A 2000-es évek elején elterjed az ADSL.

ADSL

Az ADSL, ami az Asymmetric Digital Subsrciber Line (vagyis „aszimmetrikus digitális előfizetői vonal") rövidítése sokkal nagyobb sebességet tett lehetővé: 1 Mbit/sec feltöltési és 8 Mbit/sec letöltési sebességet. Innét is származik a neve, mivel a fel és a letöltés aránya aszimmetrikus. Egy felhasználónak kisebb feltöltési sebesség is elég, mivel többnyire csak adatot fogad. Sajnos ez a kijelentés most 2015-ben már nem állja meg a helyét a P2P kommunikáció korában, amikor az emberek videótelefonálnak, nagyméretű médiafájlokat küldenek egymásnak vagy éppen a felhőben tárolják az adataikat.

Mivel a telefonhálózat nem változott meg a kezdeti idők óta, még mindig ugyanazon a rézkábelen történik a kommunikáció, mint amit az ISDN használt, az ADSL-hez új technológiát kellett kidolgozni. Ez az OFDM. A technológia alkalmazásával a nagyobb adatsebességet lehet elérni. Hogy megértsük mi ez, előbb ismerjük meg az előfizetők vonalra kapcsolásának két módját:

TDM -- Time Division Multiplexing olyan technológia amikor az adatkommunikációra a felhasználónak a saját időrésében van lehetősége. A felhasználók egymás után küldhetnek és fogadhatnak adatot.

FDM -- Frequency Division Multiplexing olyan tecnhológia amikor az adatkommunikációt a felhasználók egyszerre végezetik a kommunikációs csatorna különböző frekvenciatartományaiban. FDM technológiát használ az ISDN-is.

Ahhoz, hogy még több adatot zsúfolhassunk a kommunikációs csatornába a felhasználókhoz tartozó sávokat "egymásra is lehet tolni" ha úgy vannak kialakítva a jelek, hogy ne hassanak egymásra. Az olyan jelakakokat amelyek nem hatnak egymásra, nem oltják ki egymást ortogonális jeleknek nevezzük. Az ADSL Ortogonális FDM technológiát alkalmaz (OFDM), amikor az egymásra ortogonális jelek a frekvenciatartományban egymásra vannak tolva és mégsem hatnak egymásra.

Íme egy példa pár egymásra ortogonális jelre, ahol látszik a jelalak. Semelyik nem tudja kioltani a másikat, így lehet az, hogy az ADSL nagyobb sebességet tud biztosítani ugyanazon a hálózaton, mert sokkal "több minden fér" a kommunikációs csatornába.

A hálózatok fejlődése

Az ADSL-nek további szabványait dolgozták ki:

  • ADSL2 → 1 Mbit/sec fel, 12 Mbit/sec le
  • ADSL2+ → 1 Mbit/sec fel, 24 Mbit/sec le

Mindezekkel párhuzamosan feljődött a kábelnet, ami nem a telefon hanem a kábeltelevíziós hálózaton keresztül biztosított szélessávú kapcsolatot. Míg az ADSL sodort értpáras vezetéken biztosít kommunikációt, addig a kábeltévés internet koaxiális kábelen jön, ami gyorsabb sebességet tesz lehetővé néhányszor 10 Mbit/sec-et.

A kábelnetet manapság kezdi leváltani az optikai kábeles optikai hálózat, ami még gyorsabb sebességet tesz lehetővé, akár az 1-10 Gbit/sec-et is. A felhasználók 120-240 Mbit/sec-es internetet is vásárolhatnak. Azért csak ennyit, mert az optikai hálózaton sok felhasználó van jelen egymás mellett. Az optikai hálózatra átállás nem azonnali:

  1. A hálózat mostani állapota HFC -- azaz Hybrid Fiber-Coax. A hálózat bizonyos részein optikai kábelek vannak, bizonyos részein edig koaxiális kábelek.
  2. A jövőbeli állapot az lesz amikor a központtól a felhaszálóig teljesen optikai a hálózat lesz kiépítve, amit az internetszolgáltatók FTTH -- Fiber To The Home tecnhológiának neveznek.

Kábel típusok

UTP kábel, azaz Unshielded Twisted Pair. Ez egy árnyékolatlan csavart érpár. Az árnyélolatlansága miatt kisebb távolságokon használható. A csavarás azért fontos, hogy az erek ne hassanak egymásra saját mágneses terükkel. ISDN-nél és ADSL-nél használják.

STP kábel, azaz Shielded Twisted Pair. Árnyékolva van egy fém réteggel, ami a külső elektromos behatásoktól véd, hosszabb ideig viszi a jelet, de drágább is.. Legkívül megtalálható a gumi szigeterlőréteg is.

Koaxiális kábel ami masszív rézvezeték sok réteggel ellátva, többek között egy fonott fémhálóból is, ami teljes elektromos árnyékolást biztosít. A kábelnet-nél használják.

A fém kábelek egyetlen hátránya az csillapítás. A fém ellenállása miatt az elektromos jel csillapodik, ezért gyakran erősítésre van szükség.

Az optikai kábel egy üvegszál, amiben az adat fény formájában utazik, teljes visszaverődésekkel. Míg a rézkábelben az elektromos áram a fénysebesség 2/3-ával közlekedik, addig itt teljes fénysebességet érhetünk el, szinte csillapítás nélkül, mivel a fény nem ütközik ellenállásba. Az egyetlen hátránya az optikai kábelnek az ára és a sérülékenysége.

Egy másik kommunikációs forma a rádiós kapcsolat: Antennák elektromágneses sugárzást bocsátanak ki, amit más antennák befognak. A legjobb kommunikáció akkor érhető el, ha az antennák egymásra látnak -- de az se baj ha nem, mert légkörben található részecskékről visszaverődik a rádióhullám, így például a Föld görbülete miatt egymásra nem látó adó és vevő is tud kommunikálni a troposzferikus szórás miatt.

A különböző csatlakozási technológiákkal különböző méretű hálózatok alakíthatók ki:

A hálózatoknak nem csak a mérete, hanem a felépítése is különböző lehet:

Hálózati Eszközök

Repeater

Más néven jelismétlő. A gyengülő hálózati jelet ismétli, legyen szó vezetékes vagy vezetéknélküli formáról. A vezetéknélküli jelismétlőket leggyakrabban a rálátás hiánya miatt alkalmaznak -- a vezetékes jelismétlők használatára pedig a vezeték ellenállása miatt van szükség: Egy rézvezeték saját ellenállása csillapítja a benne folyó áramerősséget, így nagy távokat (>100m) csak jelismétlők beiktatásával lehet áthidalni.

Hub

Buta hálózati eszköz, ami az egyik portján beérkező jelet továbbítja az összes többi kimeneti portja felé. Hálózatok megosztására használható azonban a céleszközöknek csak a saját csomagjukat kell feldolgozni. A mindenkihez történő továbbítás biztonsági kérdéseket vet fel.

Switch

Okos hálózati eszköz, ami az egyik portján beérkező jelet annak az eszköznek továbítja csak akinek tényleg szól. A beérkező hálózati csomagokat elemzi, innét tudja megállapítani, hogy kinek szól a csomag. Működésének elején tanuló üzemmódban tevékenykedik, először a csomagokat minden kimeneti portján továbbítja és a visszaérkező válaszokból tanulja meg hogyan kell viselkednie.

Router

A legokosabb hálózati eszköz. Míg a Hub és a Switch a hálózati eszközök számára transzparensen működnek (átlátszóak, működésüket a rájuk kapcsolt eszközök nem érzékelik) addig a router nem transzparens és sok feladatot ellát: Forgalomirányítás, forgalomszabályozás, IP cím kiosztás (DHCP segítségével, lásd később), tűzfal, Wlan megosztás...

Modem

Analóg-digitális átalakítást végez analóg és digitális hálózatrészek között

Bridge

Speciális hálózati eszköz amely két különböző hálóatot össze tud kapcsolni akkor is, ha a két hálózat más csomagméretekkel rendelkezik. A bridge eszköz újrakeretezi a csomagokat, hogy az új hálózatban megfelelőek legyenek.

Gerinchálózatok

A gerinchálózat (backbone) valamely távközlő hálózat fő részét képező nagy teljesítményű hálózat amelyhez kisebb alhálózatok csatlakoznak. Többnyire gigabit / sec sebességű adatáramlás folyik benne optikai kábeleken. A gerinchálózatnak lehet gyűjtőpontja, ahol a nemzetközi hálózatokra kapcsolódik. Az internetszolgáltatók is kiépíthetnek saját gerinchálózatot, a hivatalok is kiépíthetnek sajátot, vagy meglévőt bérelhetnek. Alább a legfontosabbak:

H-BONE

A magyar tudományos és hivatali szervek gerinchálózata. Kiszolgálja a hazai felsőoktatást, kutatás-fejlesztést, könyvtárakat és közgyűjteményeket, valamint számos egyéb közintézményt. Kutatási és hivatalos adatok megosztása történik rajta 1-10 Gbps sebességgel. Budapesten kapcsolódik a GEANT-hoz.

GEANT

Európai kutatói gerinchálózat. Kutatási adatok utaznak rajta, mint például időjárási egészségügyi, hatósági és egyéb nagy sebességet igénylő adatok: PL a CERN Nagy Hadronütköztetőkének adatai, amit pont itt Magyarországon dolgoznak fel.

Interkontinentális hálózat

Az első tenger alatti kábelt 1858-ban fektették le, és egy távíró kábel volt, ami Európa és Amerika között működött. Azóta 150-200 speciális optikai kábel került lefektetésre, amely a tenger mélyén ellenáll a nyomásnak, hidegnek, víznek, sodrásnak, földrengésnek, halászhálóknak és horgonyoknak és sok jelismétlőt tartalmaz a nagy távolság miatt.

BIX -- Budapest Internet Exchange

A Budapesti Adatcserélő Központ egy központi kapcsolódási lehetőség a magyarországi hálózatok számára, így közvetlenül tudnak egymással vagy nemzetközi hálózatokkal adatot cserélni.

(Az internet sok-sok szolgáltató saját távközlési hálózatának összekapcsolása. Természetesen nem kapcsolódik minden szolgáltató mindenki más hálózatához közvetlenül. A szolgáltatók között van egy bizonyos hierarchia a méretûk alapján. A piramis csúcsán kevés számú igen nagy világméretû hálózattal és kapcsolódási pontokkal rendelkezõ mamut cégek vannak. Egy szinttel lentebb vannak a még szintén nagynagy számító telecommunikációs cégek akik szolgáltatása egy adott régióra vagy országra korlátozódik.

A BIX elõtt a kevés számú hazai szolgáltató nem kapcsolódott egymáshoz csak azon a nagyobb szolgáltatókon keresztül tudták egymás elérni akihez kapcsolódtak -- aki legtöbbször külföldön helyezkedett el. Ez jellemzõen azt jelentettek hogy ha hazai A szolgáltató úgy érte egy hazai B-t hogy elõtt C vagy D nemzetközi szolgáltató hálózatán külföldet megjárva tudott csak kapcsolódni. A BIX központja ezt orvosolja. )

Magyarország napi internetes forgalmának alakulása. Átlag 100 Gigabit / sec: