HÁLÓZAT_Tananyag_Alap_II.

Fizikai réteg

Az OSI modell fizikai rétege biztosítja a adatkapcsolati réteg kereteit alkotó bitek továbbítását a hálózati közegen. Ez a réteg egy teljes keretet fogad az adatkapcsolati rétegtől, és olyan jelek sorozatává alakítja, amelyek továbbíthatók az átviteli közegen. A keretet alkotó bitek származhatnak végberendezéstől vagy közvetítő eszköztől (switch, router) egyaránt. Az adatok forrásállomástól célállomásig tartó útjának folyamata a következő:

• A felhasználói adatokat a szállítási réteg részekre bontja (szegmentálja), az egyes részeket a hálózati réteg csomagokba helyezi, az adatkapcsolati réteg pedig keretekbe zárja.

• A fizikai réteg kódolja a kereteket és létrehozza azokat az elektromos, optikai vagy rádióhullám jeleket, amelyek a keret bitjeinek felelnek meg.

• Ezután a jelek egyesével elküldésre kerülnek az átviteli közegen.

• A célállomás fizikai rétege fogadja ezeket a jeleket a közegen, bitekké alakítja őket, majd a biteket keretként továbbítja az adatkapcsolati rétegnek

Fizikai réteg szabványai

1. Fizikai összetevők

Fizikai összetevők alatt olyan elektronikus hardvereszközöket, átviteli közegeket és csatlakozókat értünk, amelyek a biteket reprezentáló jelek továbbítását végzik. A hardverösszetevők, mint például a hálózati kártyák (NIC), a csatlakozófelületek és csatlakozók, a kábelezési anyagok és tervek leírásait a fizikai réteghez kapcsolódó szabványok tartalmazzák.

2. Kódolás

A kódolás vagy vonali kódolás bitek sorozatának előre meghatározott 'kóddá' történő átalakítási módszerét jelenti. A kódok bitek olyan csoportját jelentik, amelyek elősegítik egy meghatározott minta felismerését a küldő és a fogadó fél által egyaránt. Hálózatok esetében a kódolás során a feszültséget vagy az áramerősséget használjuk az alacsony (0) és a magas bitek (1) reprezentálására. Az adatok kódolása mellett, a fizikai réteg kódolási eljárásai vezérlési célokra is használhatók, például a keret kezdetének és végének jelölésére.

A leggyakoribb kódolási módszerek az alábbiak:

• Manchester-kódolás: A 0 a magas-alacsony, az 1 pedig az alacsony-magas feszültségátmenetet jelenti. Ezt a kódolási típust az Ethernet régebbi változataiban, az RFID azonosításnál és a rövid hatótávú kommunikációban használták.

• Nullára vissza nem térő (Non-Return to Zero, NRZ): Egy általánosan használt eljárás, amely az adatok kódolására két állapotot különböztet meg: a nullát és az egyet. A semleges vagy nyugalmi állapotot nem értelmezi. A 0 jelölésére meghatároz egy feszültségszintet a közegen, az 1-et pedig egy ettől különböző feszültségszint jelzi.

Jelzés (signaling)

A fizikai réteg feladata a közegen továbbított, 1-eseket és 0-kat ábrázoló elektromos, optikai vagy vezeték nélküli jelek létrehozása. A bitek ily módon történő megjelenítésére szolgáló módszert nevezzük jelzési módszernek. Az 1 és a 0 megjelenítésére használható jelek típusát a fizikai réteg szabványaiban kell meghatározni. Ezt a megfeleltetést akár olyan egyszerű dolog is jelentheti, mint az elektromos vagy optikai jelek szintjének megváltozása. A hosszú impulzus például jelentheti az 1-et, a rövid pedig a 0-t.

A Morse-kódot is hasonlóképpen használják a kommunikáció során. Ez egy olyan jelzési módszer, ahol a be- és kikapcsolt hang-, fény- vagy csettintésjelek sorozatát használják szöveges tartalom telefonvonalon keresztüli vagy tengeri hajók közötti továbbítására.

Sávszélesség

Az egyes átviteli közegek különböző sebességgel biztosítják a bitek továbbítását. Az adatátvitelt általában a sávszélességgel és az átbocsátóképességgel kapcsolatban emlegetik. A sávszélesség a közeg adatátviteli kapacitását jelenti. A digitális sávszélességet adott idő alatt egyik helyről a másikra átvitt adatmennyiséggel jellemezhetjük. Nagyságát általában kilobit per másodpercben (kb/s) vagy megabit per másodpercben (Mb/s) mérjük.

Egy hálózatban a sávszélesség tényleges értékét az alábbi tényezők kombinációja határozza meg:

• Az átviteli közeg jellemzői

• A jelátvitelre és jelfelismerésre használt módszerek

Az átviteli közeg tulajdonságai, az alkalmazott technológiák és a fizikai törvényszerűségek mind szerepet játszanak a rendelkezésre álló sávszélesség meghatározásában.

Sávszélesség

Sávszélesség-terminológia

Késleltetés (latency)

A késleltetés azt az időtartamot jelenti, amely az adatok egyik pontból a másikba történő eljutásához szükséges. Egy több szegmensből álló hálózatban az átbocsátóképesség nem lehet nagyobb, mint a forrástól a célig tartó útvonal leglassabb kapcsolatának sebessége. Ez akkor is igaz, ha az összes vagy majdnem az összes szegmens nagy sávszélességű. Elég mindössze egyetlen kis átbocsátóképességű szegmens, amely szűk keresztmetszetet képezhet az egész hálózaton.

Átbocsátóképesség

Az átbocsátóképesség a közegen adott idő alatt átvitt bitek mennyiségét jelenti.

Számos tényezőt figyelembe véve az átbocsátóképesség nem egyezik meg az adott fizikai közegre megadott sávszélesség értékével. A befolyásoló tényezők többek között az alábbiak:

• A forgalom nagysága

• A forgalom típusa

• A hálózati eszközök által létrehozott, a forrás és a cél között felmerülő késleltetés
  

Átviteli közegek

Galvanikus közeg - Rézkábel

A hálózatokban azért használunk rézkábelt, mivel olcsó, könnyen telepíthető és kicsi az ellenállása az elektromos árammal szemben. Hátránya viszont, hogy korlátozott a kábelhossz, és érzékeny az interferenciára.

A rézkábelben az adatok elektromos impulzusok formájában továbbítódnak. A vevőkészülék hálózati interfészének érzékelője fogadja azokat a jeleket, amelyekből sikeresen vissza tudja állítani az elküldött jelet. Azonban minél nagyobb távolságra továbbítódik a jel, annál inkább érvényesül a csillapításnak nevezett jelenség. Az elektromos érzékenyek:

• Elektromágneses interferencia (EMI) vagy rádiófrekvenciás interferencia (RFI) - torzíthatják és tönkretehetik a rézkábelben továbbított adatjeleket.eszközök, például a fluoreszkáló lámpák vagy az elektromos motorok.

• Áthallás - Áthallás alatt azt értjük, ha egy vezetéken haladó jel elektromos vagy mágneses mezője által keltett zavar átterjed a szomszédos vezetéken található jelre.

Rézkábel típusok

1. Árnyékolatlan csavart érpár (UTP)
A leggyakrabban használt hálózati átviteli közegtípus. Az UTP kábelek RJ-45-ös csatlakozókban végződnek, hálózati állomások és hálózati eszközök (pl.: kapcsolók,forgalomirányítók) közötti összeköttetés létrehozására használják.

A helyi hálózatokban (LAN-okban) használt UTP kábel négy pár, színkóddal jelölt, egymással összecsavart vezetékből áll, amely rugalmas műanyag köpenybe van befoglalva a fizikai károsodástól való védelem miatt. A vezetékek csavarása a más vezetékekről származó jelinterferencia elleni védelemre szolgál.

A színkódok az egyes vezetékpárok és a párokban található vezetékek azonosítására szolgálnak, valamint segítenek a kábelek végződéseinek létrehozásában.

Az UTP kábel nem használ árnyékolást ehelyett a következőkkel tudják ellensúlyozni az áthallás negatív hatásait:

-Önkioltás: A vezetékpárokat egy áramkörként hozzák létre. Ha az áramkörben ezt a két vezetéket közel helyezzük el egymáshoz, a két vezeték által keltett mágneses mező pontosan ellentétes irányú lesz. Emiatt a két mágneses mező kioltja egymást.

-A vezetékpárok csavarásszámainak változtatása: A kioltási effektus hatásának fokozása érdekében eltérő számú csavarást alkalmaznak az egyes vezetékpárokban. UTP kábel használatakor szigorú előírásokat kell követni a méterenkénti csavarások számát illetően. Mindegyik színezett vezetékpár eltérő számú csavarást tartalmaz.

Rézkábel típusok

Az UTP kábel végződéseit általában az ISO 8877 szabványú RJ-45 csatlakozóval zárjuk le. Ezt a csatlakozót használják számos fizikai réteg specifikációjában, amelyek egyike az Ethernet. A TIA/EIA 568 szabvány az Ethernet kábelben található vezetékek színkódjait és az aljzatok bekötését (lábkiosztást) írja le.

Egyeneskötésű kábel szerelése: Keresztkötésű kábel szerelése: Roll-over kábel szerelése:
1. - - - - - 1. 1. - - - - - 3. 1. - - - - - 8.
2. - - - - - 2. 2. - - - - - 6. 2. - - - - - 7.
3. - - - - - 3. 3. - - - - - 1. 3. - - - - - 6.
4. - - - - - 4. 4. - - - - - 4. 4. - - - - - 5.
5. - - - - - 5. 5. - - - - - 5. 5. - - - - - 4.
6. - - - - - 6. 6. - - - - - 2. 6. - - - - - 3.
7. - - - - - 7. 7. - - - - - 7. 7. - - - - - 2.
8. - - - - - 8. 8. - - - - - 8. 8. - - - - - 1.
7. - - - - - 2. 8. - - - - - 1.