Kommunikációs hálózatok

1.  hét: Bevezető 

Bemutatkozás, a tantárgy céljainak és követelményeinek ismertetése. Motivációk a tárgyhoz. 
Hálózatok és rendszerek bevezetése példákon, Internet és a távolsági kommunikáció története, alapjai, architektúra. Alkalmazások és szolgáltatások, példák. Követelmények a hálózattal szemben. Csomagvesztés és késleltetések. 

2. hét: Protokollarchitektúrák 

Protokollarchitektúrák, referenciamodellek: ISO OSI referenciamodell, TCP/IP protokoll-architektúra, áramkörkapcsolás, csomagkapcsolás, címzés. 

3. hét: Fizikai és adatkapcsolati réteg 

Átviteli közegek és tulajdonságaik. Rádiós kommunikáció fizikai alapjai. 

Ethernet. Áttekintés, verziók. Ethernet keretstruktúra. Ethernet kapcsolók: működése, tulajdonságai, menedzsmentje. Kapcsolás és útvonalválasztás összehasonlítása. Virtuális helyi hálózatok (VLAN). 
Vezeték nélküli helyi hálózatok (WLAN). Áttekintés. Vezeték nélküli összeköttetések jellemzői. IEEE 802.11 ajánlás szerinti vezeték nélküli helyi hálózatok: architektúra, frekvenciakiosztás, közeghozzáférés. A rejtett terminálok problémája. Keretszervezés. Kitekintés: Bluetooth és Zigbee. 

4. hét: Routing alapok 

A feladat értelmezése, útvonaltáblák, távolságvektor módszer, linkállapot módszer. Hierarchikus routing, autonóm rendszerek. 

5. hét

Multicast routing. 

Internet Protokoll: IP feladata, jellemzői, címzés (címosztályok, privát címtartományok, Classless Inter-Domain Routing, IPv4 címtartomány kimerülése), IP csomag szerkezete.  

6. hét 

IP routing (RIP, EIGRP, OSPF, IS-IS, BGP), Address Resolution Protocol, IP tördelés, IP jelzés- és menedzsmentüzenetei (ICMP és IGMP). 

MultiProtocol Label Switching (MPLS) 

7. hét

Forgalomszabályozás: forgalomszabályozás kívánatos jellemzői, fajtái. Szállítási réteg: socket fogalma, socket típusok, User Datagram Protocol (portkezelés, fejléc, alkalmazása) 

8. hét

Transmission Control Protocol (fő jellemzői, szegmensformátum, hívásfelépítés, sorszámok és nyugtaszámok használata, újraküldési esetek, fast retransmit). Forgalomszabályozás, torlódásvezérlés, AIMD, Slow Start, néhány gyakori alkalmazás és a használt transzportprotokollok, gyakorlati számítási példák. 

9. hét

Hálózati alkalmazások 
Infrastruktúrális szolgáltatások: DNS (névfeloldás szerepe és követelményei, névtér, zóna és névszerverek, névfeloldás menete, DNS üzenetek), Dynamic Host Configuration Protocol. 
Levelező rendszerek: Simple Mail Transfer Protocol, Post Office Protocol, Internet Message Access Protocol. 
Webes rendszerek: HyperText Transfer Protocol, perzisztens és nem perzisztens kapcsolat, üzenetformátumok, parancsok, fejlécek. 

10. hét

Vezeték nélküli és mobil hálózatok. Mobiltelefon rendszerek. Áttekintés, a cellás elv. A mobiltelefon rendszerek jellemzői, működése. Közeghozzáférés, hálózati architektúra, szolgáltatások, azonosítók, helyzetnyilvántartás, hívásátadás. 

Mobiltelefon-hálózatok generációi. 

11. hét

4G mobil hálózatok: LTE: Long Term Evolution: követelmények, közeghozzáférés, erőforrás-blokkok. Cellakapcitás. LTE architektúra, főbb protokollok. Beszédátvitel LTE felett. VoLTE. VoWiFi. 

5G mobilhálózatok. Követelmények. 5G architektúra, hozzáférési és gerinchálózatok. CUPS (Control and User Plane Separation). 

12. hét

Analóg és digitális beszédátvitel. A beszédjel tulajdonságai. A beszédjel digitalizálása: a PCM kódoló. Alkalmazási példák: telefonos beszédátvitel, hifi minőségű digitális hangkódolás. Kitekintés: egyéb beszédkódolók. Next Generation Networks (NGN, „következő generációs hálózatok”) áttekintése. 

13. hét

Beszédátvitel IP felett: Voice over IP, VoIP. A legjobb szándékú (best effort) továbbítás és az IP szolgáltatásminőség (QoS). A valósidejű adatátviteli protokoll (RTP): felépítése, működése és korlátai. A  Session Initiation Protocol (SIP) áttekintése. 

14. hét 

Multimédia hálózatok. Mozgóképek tulajdonságai. Multimédia hálózati alkalmazások típusai. Streaming UDP, HTTP felett. Tartalomelosztó hálózatok. IP Televízió (IPTV). IPTV és Internet-TV: hasonlóságok és különbségek. IPTV: fejállomás felépítése, a médiafolyam részletezése. MPEG-2 Transport Stream. H.264 kódolású adatfolyam felépítése. IPTV szolgáltatásminőség: mérése, fontosabb befolyásoló tényezők, minőségjavítási lehetőségek.

A laborok részletes tematikája:

1. mérés: TCP/IP protocol stack vizsgálata, jelenléti mérés 

Wireshark megismerése (maga a program, capture filter, display filter; Ethernet, IP, ICMP, TCP, UDP fejrészek áttekintő szinten). ARP megismerése: Request, Reply, Probe és Announcement. DHCP megismerése: cím visszaadása (Release, Ack), cím igénylésének folyamata (Discover, Offer, Request, Ack). ping és traceroute megismerése. TCP kapcsolat felépítése, bontása. TCP kapcsolatok megszámolása egy összetett weboldal letöltésénél. TCP congestion control vizsgálata. TCP opciók vizsgálata. 

2. mérés: Alkalmazások vizsgálata, jelenléti mérés 

DNS: „A”, „PTR” és „AAAA” rekord kérés és a válasz vizsgálata. SMTP: levélküldés „kézzel” az SMTP protokoll parancsaival, az envelope sender/recipient és a levélben megjelenő fejrész mezők megkülönböztetése. POP3: postafiók kezelése (USER, PASS, STAT, LIST, RETR, DELE, RSET, QUIT parancsok). FTP: kliens programmal adatátvitel, és közben: 

a)     aktív és passzív mód vizsgálata Wiresharkkal: honnan hova épül ki az adat kapcsolat? 

b)    BIN és ASCII átviteli módok vizsgálata szövegfájllal mi történik, jpg fájllal mi történik? 

FTP PASV módban adatátvitel vizsgálata telnet segítségével. 

HTTP: GET parancs 1.0 és 1.1 verzió (Host: megadása, virtuális webszerverek). ssh és scp vizsgálata: kulcsgenerálás, belépés kulcs alapú authentikációval, fájl másolás scp-vel. 

3. mérés: IPv6 működésének és IPv6 áttérési technológiáknak a vizsgálata, jelenléti mérés 

Állapotmentes automatikus címkonfiguráció (SLAAC) folyamatának vizsgálata (neighbor solicitation, router solicitation, router advertisement üzenetek tanulmányozása, link-lokális és globális unicast címek helyességének ellenőrzése, módosított EUI-64 számítás). DNS64: közös DNS64 szerver beállítása névkiszolgálónak, majd névfeloldás: IPv4-embedded IPv6 cím vizsgálata. Linux alatt DNS64 szerver konfigurálása és mérés azzal (a DNS64 szerver előtt és után megvizsgálni, hogy mi megy át). Közös NAT64 átjárón keresztül IPv4 only szerverek elérése: először HTTP-vel, majd FTP-vel passzív és módban vizsgálata. További alkalmazások tesztelése (SMTP, POP3). A traceroute kimenetében hogyan néznek ki az IPv4 routerek (IPv4-embedded IPv6 címmel). NAT64 átjáró használata helyi Linuxon (TAYGA + IPTABLES előre bekonfiguráltan), és Wiresharkkal megnézni, hogy mi megy a NAT64 átjáró előtt és után. 

4. mérés. Beszédátvitel IP felett (Voice over IP, VoIP), távolléti mérés. 

A laboratóriumi foglalkozás során a hallgató megismerkedik az IP feletti beszédátvitellel. Ehhez kapcsolódóan gyakorlatot szerez az alábbi témakörökben: IP alapú asztali és szoftveres telefonok, telefonos szolgáltatások, számítógép virtualizáció és a hálózati csomagelemzés. Minden hallgató egy virtualizált saját IP telefonközpontot is kipróbálhat. 

5. mérés. IP Televízió (IPTV), távolléti mérés 

A laboratóriumi foglalkozás célja, hogy a hallgatók megismerkedjenek az Internet Protocol Television (IPTV) technológia hálózati kontextusával, kiemelten fókuszálva a multicast alapú IP csomagtovábbításra és a szolgáltatásminőségi garanciák hálózati vonatkozásaira. A mérésen részt vevők megismerkednek a multicast IP átvitellel, az IPTV videófolyamok továbbítására alkalmazott módszerekkel és protokollokkal, valamint méréseket végeznek a szolgáltatást jellemző főbb hálózati paraméterek és a szolgáltatásminőség meghatározásához. 

6. mérés. Helyi hálózatok: Ethernet és WiFi, távolléti mérés 

A laboratóriumi mérés célja, hogy a hallgatók forgalmi vizsgálatokon keresztül a gyakorlatban is megismerkedjenek az Ethernet (IEEE 802.3) vezetékes és WiFi (IEEE 802.11) vezeték nélküli helyi hálózatok alapvető működési jellemzőivel. Az Ethernet protokollt protokollanalizátorral való vizsgálatát követően a résztvevő hallgatóknak lehetőségük nyílik dedikált WiFi bázisállomások konfigurációjára, a beállítások, paraméterek működésre gyakorolt hatásának megfigyelésére, miközben saját eszközeik (pl. mobiltelefon) felhasználásával is ellenőrizhetik a kapcsolati jellemzőket és az átvitelminőséget.