Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Kommunikációs hálózatok

    A tantárgy angol neve: Communication Networks

    Adatlap utolsó módosítása: 2022. november 29.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Mérnökinformatikus szak BSc

    BSc

    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VITMAB06 4 4/0/2/v 7  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Simon Vilmos,
    4. A tantárgy előadója

    Dr. Németh Krisztián, egyetemi adjunktus, TMIT 
    Dr. Simon Vilmos, egyetemi docens, HIT

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

    Fizika, digitális technika, kódolástechnika alapjai

    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    TárgyEredmény( "BMEVIMIAA03" , "aláírás" , _ ) = -1 VAGY
    TárgyEredmény( "BMEVIMIAA02" , "aláírás" , _ ) = -1

    VAGY EgyenCsoportTagja("Kreditpótlás_2023/24/2 ")

    A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

    A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

    Ajánlott:


    7. A tantárgy célkitűzése

    A tantárgy célja, hogy megismertesse a hallgatókkal a kommunikációs hálózatok felépítésének és működésének alapvető elveit, architektúráit és protokolljait. A tantárgy minden mérnökinformatikus-hallgató számára hasznos hálózati alapismereteket nyújt, és egyben megalapozza az érdeklődők számára a szakirányú specializációs tantárgyak felvételének lehetőségét. A témák a kommunikációs infrastruktúra teljes architektúráját felölelik a fizikai átviteltől az alkalmazásokig, melyben a TCP/IP hálózatok részletes ismertetése központi elem, de nem maradnak ki a vezetékes (Ethernet) és vezeték nélküli (WLAN/WiFi) helyi hálózatok sem. E tantárgyhoz tartozik továbbá a mobilhálózatok különböző generációinak ismertetése és a multimédia alkalmazások (ideértve a beszédátvitelt) bemutatása is. A különböző témakörök megértését és gyakorlati elsajátítását laboratóriumi mérések segítik.

    8. A tantárgy részletes tematikája

    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. 

     


    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

    Előadás, laboratóriumi gyakorlat

    10. Követelmények

    Szorgalmi időszakban:

    A félév során egy zárthelyi dolgozat lesz, a
    z aláírás feltétele ennek legalább elégségesre teljesítése, melyhez a pontok 50%-át kell megszerezni. Szintén kötelező az aláíráshoz az összes mérés (laborgyakorlat) legalább elégségesre teljesítése.
     

     

    A mérések részben jelenléti formában, részben távolléti formában lesznek megtartva.  

     

    A jelenléti mérésekre vonatkozó szabályok: 

    1.     A laboratóriumi foglalkozásokra előzetesen fel kell készülni a hallgatóknak. Ezt a mérésvezető a mérés elején ellenőrzi. Elégtelen felkészülés esetén mérés nem végezhető. 

    2.     A mérésvezető a mérés után értékeli a hallgató munkáját, melybe beleszámítanak az előzetes felkészülés ellenőrzésének az eredménye, a mérés során nyújtott teljesítmény, illetve az elkészített mérési jegyzőkönyv minősége. 

    3.      A laboratóriumi foglalkozásról való távolmaradás elégtelen laborgyakorlatnak minősül. 

     

    A távolléti mérésre vonatkozó szabályok: 

    1.    A szükséges felkészülést követően a hallgató a kihirdetett határidőig bármikor elvégezheti a mérést. 

    2.    Előre meghirdetett időben mérésvezető áll a hallgatók rendelkezésére, aki online megválaszolja a feltett kérdéseket. 

    3.    Az elkészült jegyzőkönyvet fel kell tölteni egy előre megadott helyre. A jegyzőkönyvet előre megadott időpontban személyesen is be kell mutatni, ekkor a mérésvezető kérdéseket tesz fel, mellyel meggyőződik arról, hogy a jegyzőkönyv a hallgató saját munkája-e. Mindezek alapján a mérésvezető leosztályozza a hallgató munkáját. Ha a hallgató nem jelenik meg a bemutatáson, vagy nem tud a feltett kérdésekre elégséges módon válaszolni, az adott mérés elégtelennek minősül. 

    Vizsgaidőszakban:

    Írásbeli vizsga. A vizsgába 10% súllyal beleszámít a zárthelyin (vagy pótzárthelyin vagy aláíráspótló vizsgán) szerzett jegy, továbbá 20% súllyal beszámít a mérések átlaga. Az elégséges vizsga feltétele azonban a vizsgadolgozat legalább 50%-ra történő megírása. 

    A zárthelyin megajánlott vizsgajegy szerzésére van a lehetőség (pótzárthelyin és aláíráspótló vizsgán nincs erre lehetőség). Ennek feltétele: a hallgató zárthelyi dolgozata kiváló szintű, és az összes mérést jeles érdemjeggyel elvégzi. A mérések elvégzése történhet a zárthelyi megírása után is.

    11. Pótlási lehetőségek

    Zárthelyit lehetséges pótolni egy alkalommal a tanulmányi időszakban (pótzárthelyi), illetve egy alkalommal a pótlási időszakban is (aláíráspótló vizsga). Az adatlap elkészítésekor érvényes TVSz szerint: „Az összegző teljesítményértékelések második ismétlési vagy javítási lehetőségével akkor élhet a hallgató, ha a teljesítményértékelésen vagy annak első alkalommal meghirdetett pótlási, ismétlési vagy javítási lehetőségén részt vett.” E tantárgy esetében tehát a hallgató akkor vehet részt az aláíráspótló vizsgán, ha vagy a zárthelyin, vagy a pótzárthelyin (vagy mindkettőn) részt vett. 

    A laboratóriumi foglalkozásokból egy jelenléti és egy távolléti labor pótolható a szorgalmi időszakban vagy a pótlási héten. 

    Távolléti mérés távollétben (otthon) pótolható és bemutatandó a kihirdetett határidőig és időpontokban. A távolléti pótmérés tehát ismételt bemutatási kötelezettséggel jár.

    12. Konzultációs lehetőségek

    Igény esetén a tantárgy oktatói szívesen állnak a hallgatók rendelkezésére. Ennek helyét, idejét, formáját közösen beszélik meg.

    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    Előadások anyaga és mérésekhez kiadott segédletek 

    Felhasználható irodalom: 

    James F. Kurose - Keith W. Ross: Számítógép-hálózatok működése, Panem, 2008 (ISBN 978-963-5454-98-3) 

    James F. Kurose, Keith W. Ross: Computer Networking, 8th Edition, Pearson, 2021 (ISBN-13: 9780135928615)

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra84
    Félévközi készülés órákra28
    Felkészülés zárthelyire10
    Házi feladat elkészítése0
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása48
    Vizsgafelkészülés40
    Összesen210
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Dr. Cinkler Tibor, egyetemi tanár, TMIT 

    Dr. Lencse Gábor, tudományos főmunkatárs, HIT 

    Dr. Németh Krisztián, egyetemi adjunktus, TMIT 

    Dr. Simon Vilmos, egyetemi docens, HIT

    IMSc tematika és módszer

    1. A tantárgy részét képező mérésekben emelt szintű többletfeladatok teljesíthetőek IMSc pontokért. A tárgy tematikájában meghatározott méréseket az IMSc-s hallgatók számára külön mérőcsoportokban szervezzük.  

    2. A zárthelyin, azok pótlásain és a vizsgákon emelt szintű többletfeladatok teljesíthetőek IMSc pontokért. 

    3. Az IMSc-s hallgatók számára órarenden kívüli, egyeztetett időpontban egy további, önkéntesen választható emelt szintű mérést is szervezünk, ahol hálózatszimulátor és hálózati eszközök felhasználásával egyszerű konfigurálási, hibakeresési feladatokat kell megoldaniuk IMSc pontokért. 
    Az emelt szintű mérési feladatokra előzetesen fel kell készülni, a felkészülést a mérésvezető ellenőrzi. A felkészüléshez igény szerint csoportos konzultációt biztosítunk.

    IMSc pontozás

    Legfeljebb 35 IMSc pont szerezhető hallgatónként az alábbiak szerint: 

     

    1. Sikeresen teljesített emelt szintű mérési feladatokért: max. 18 IMSc pont (minden mérésen 3 IMSc pont).  

     

    2. Az emelt szintű foglalkozásokon: összesen max. 5 IMSc pont 

     

    3. Sikeresen megoldott többletfeladat ZH-n (vagy a pótlásán): max. 6 IMSc pont. A többletfeladatokat csak akkor értékeljük, ha az összes többi feladat alapján jelest szerzett a hallgató az adott számonkérésen. Aki a ZH-n megajánlott vizsgajelest szerez, annak az IMSc feladatára adott pontot duplázzuk, hiszen nem kell, hogy vizsgát írjon. 

     

    4. Sikeresen megoldott többletfeladat vizsgán: max. 6 IMSc pont. A többletfeladatokat csak akkor értékeljük, ha az összes többi feladat alapján jelest szerzett a hallgató az adott számonkérésen. 

     

    Az IMSc pontokat az IMSc programban részt nem vevő hallgatók is elnyerhetik a fentiek szerint, viszont csak a tárgyból jeles érdemjegyet elért hallgatók számára kerül jóváírásra.