A rádióamatőr számítógéphálózat működése és lehetőségei

Az alábbiakban a packetrádió hálózat működési rejtelmeibe vezetünk be, méghozzá a számítógéphálózatok tárgyalásánál megszokott elméleti séma (OSI modell) alapján. Azonban mindenhol részletesen kitérünk a gyakorlati lehetőségekre, hogy ez alapján képes legyen az olvasó egy packetrádiós csomópont működésének megértésére.
A cikk véges terjedelme érdekében feltételezünk egy minimális TCP/IP alapú számítógéphálózati ismeretet.

Az OSI elvi rétegei és megfeleltetésük a gyakorlatban

1. Fizikai réteg

• rádiófrekvencia (modulált jellel)
• ethernet hálózat felett (BPQether)
• TCP/IP hálózat felett (axip tunnel, ipip tunnel, vtund tunnel)
• vezetékes összeköttetés egy másik ott lévő berendezéssel (pl. SLIP - soros vonali IP kapcsolat)

• AFSK (Audio Frekvency ShiftKeying), amelynél a rádió mikrofonjába jutó jelét moduláljuk 1200 és 2200 Hz-es vivővel.
• FSK (Frekvency Shift Keying). Ennél a modulációnál általában kis átalakítást kell végeznünk a rádión, mivel itt közvetlenül moduláljuk a rádió frekvenciáját.
• Egy OFDM-hez hasonló moduláció kifejlesztése (HG2ECZ), amely sokkal nagyobb átviteli sebességre lesz alkalmas ugyanazon sávszélességben ( Mindkét verziónál javulás várható: a.) a rádió átalakítása nélkül; b.) célrádió felhasználásával; ) azonban szükség esetén robusztusabb a jelenlegi modulációnál (OFDM, hibajavító kódolás és adaptív technológiák felhasználásával)

• Rádió adó-vevőbe gyárilag beépítve (néhány drágább új típusban AFSK-1200 és FSK-9600 helyet kapott).
• Külső modem használata, amely a számítógépből kapja a bináris bitfolyamot (pl. a soros vagy párhuzamos port vezérlővonalain keresztül).
• Intelligens kártya (pl. USCC) beépítése, amely a teljes csomagot át tudja venni az operációs rendszertől és önállóan ki tudja sugározni.
• Intelligens külső modul, amely RS232-n keresztül kapja a kiküldendő csomagot.
• Hangkártya végzi a hangfrekvenciás jel előállítását. Ennek a megoldásnak a legszembetűnőbb előnye, hogy a meglévő rádiónkon és a meglévő számítógépünkön kívül nem igényel jelentős beruházást, se jelentős munkát. További előnye, hogy bármilyen bonyolultságú modulációt képes ez a rendszer kisugározni (gyorsabb, megbízhatóbb modulációk: a jövő várható útja)

2. Adatkapcsolati réteg

Amióta megjelent az AX.25 2.0-ás verziója (1984), azóta ez a szabvány az alapja a rádióamatőr hálózat adatkapcsolati rétegének.

• Első időkben TNC-ket (Terminal Node Controller) építettek. Ez teljes egészében tartalmazta az AX.25 alapú adatkapcsolati réteget és általában ebben a dobozban kapott helyet a modem is. A legérdekesebb viszont az, hogy a megjelenítő vezérlésének is sok elemét ide építették be (például hogy hány karakter után emeljen sort). Később az egyre olcsóbbá váló személyi számítógépekre egyre több mindent bíztunk.
• A PC-kre az AX.25 implementációját portolták át a TNC-ből, így már csak a modem illetve az összeállított csomag sorosító egysége (pl. USCC kártya) kellett a packetrádiózáshoz. Utóbbit leginkább csak a forgalmasabb node-okban használják. Otthon már csak a modemet illesztették külső hardverként a PC-hez.
• Itt jegyeznénk meg, hogy jelenleg már a modem is PC-ben van implementálva. A jel kiadását a hangkártyán keresztül végezzük, ezáltal csak a rádió adó-vevő van külső hardverként rácsatlakoztatva az új fejlesztésű otthoni végpontoknál.

Az adatkapcsolati réteg működéséről dióhéjban:

• Az adatkapcsolati réteg a csomag levételekor addig vár, amíg 6 egymást követő bitet nem talál a keretban. Tehát a csomag 0111 1110 fejléccel indul, és ezzel is záródik.
• Ez rögtön feltételezi azt, hogy a keret belsejében semmiképp sem fordulhat elő egymás után 6 darab 1-es bit. Ezt úgy érik el, hogy ha a küldendő adatban 5 egymás után lévő 1-est találnak, akkor azonnal beszúrnak utána egy 0-át, így a 111110 helyett 1111100, a 111111 helyett 1111101 lesz elküldve. Természetesen vételkor ha 5 db 1-es után 0 jön, akkor azt a 0-át eldobják és így visszakapják az eredetit; ha az 5 db 1-es után egy 1-es majd egy 0-ás érkezik, akkor az keretvéget jelent, egyébként kerethibát.
• A keret bájtjaiból levétele során ellenőrző kódot (CRC 16) generálnak, amit a csomag végén lévő utolsó 2 bájttal hasonlítanak össze. Ha nem egyezik, akkor a hibás keretet eldobják.
• Eldobott keret esetén, ha az I keret (nyugtázott információ szállító keret) volt, akkor REJ (visszautasítás) nyugtacsomagot küld vissza a vevő, ami keretismétlést fog kiváltani, egyébként meg RR (vételkész) nyugtát küld.

Az AX.25 keretek felépítése

1. U keret: sorszámozatlan keret, amely az I típusú kapcsolat felépítését, kontrollálását és bontását végzi. Speciális U keret (UI keret) nyugtázatlan információtovábbítására is alkalmas. Ilyen UI keretben továbbítódnak az IPv4 csomagok és az APRS datagramja.
   
2. I keret: sorszámozott keret, információtovábbításra
3. S keret: alacsony szintű nyugtázásra szolgáló kerettípus

• Flag mező értéke a 0111 1110, tehát a 0 után a 6 db 1-es majd a 0. Erről ismerhető meg a csomagkezdet és a csomagvég.
• Address mező tartalmazza a cél címet az esetleges közbenső node-okkal együtt és a feladó címét, méghozzá 7-7 bájt-on. A cím első 6 bájtját a nagybetűvel írt hívójel foglalja el, ha a hívójel rövidebb 6 karakternél, akkor szóköz van utánna. A hetedik bájtban van többek közt egy 0-15-ig terjedő kapcsolat azonosító (SSID, pl. HG2ECZ-5 esetén az 5). Aminek kétféle felhasználása lehetséges: egyrészt néhányat statikusan kiosztva ugyanarra használhatjuk, mint a TCP/IP-ben a portokat. Másrészt én így több kapcsolatot (session) létesíthető ugyanazzal a szolgáltatással.
  A 112-560 bites hossz attól függ, hogy használ-e közbenső node-ot az átvitelhez vagy sem. Ugyanis az AX.25 maximálisan 8 közbenső node-ot képes átjátszóként használni. Átjátszó használatakor a cél címmezője után benne van az összes közbenső állomás hívójele.
  
• Control: Adatkapcsolat vezérlésére alkalmas flagek. (Lásd: Control táblázat).
• PID: Protokoll azonosító, amely megadja, hogy milyen típusú adat található az info mezőben (Lásd: PID táblázat).
• Info: A felsőbb réteg adatai.
• FCS: CRC-16 alapú ellenőrző összeg.

Az alábbi táblázatban megismerkedhetünk a Control mező adatainak jelentésével U, I és S keretek esetén.

• N(R): Vett keret sorszáma (0..7, tehát alacsony szinten max 8 nyugtázatlan keret lehet kiküldve, utána kell mindenképp nyugta)
• N(S): Adott keret sorszáma (0..7, tehát alacsony szinten max 8 nyugtázatlan keret lehet kiküldve, utána kell mindenképp nyugta)
• SS: AX.25 vezérlőparancs (link control)
  • 00: RR = vételkész,
  • 01: RNR = foglalt, teli az RX buffer,
  • 10: REJ = CRC hiba, ..., tehát meg kell ismételni a küldést
• P: Nyugtakérés (S és U keret parancsának nyugtakérésére)
• F: Nyugta (S és U keret parancsának nyugtázására)
• M: ezek a bitek az U keret típusát határozzák meg ( SABM / DISC / DM / UA / FRMR / UI )

3. Hálózati réteg

AX.25 hálózati rétege lehet: Egyrészt az AX.25 fölé tervezett NETROM alapú, másrészt IPv4 alapú vagy kimaradhat. Az IPv4 alapú teljes egészében megegyezik a normál IPv4 hálózatok hálózati rétegével, ezért ezt a továbbiakban nem tárgyaljuk.

A netrom feladata, hogy automatikus útvonalválasztást biztosítson, tehát, ha például az otthoni QTH-mról (HG2ECZ) be szeretnék jutni a HA5KFU-ra, akkor vagy beírom azt, hogy

    call 2m ha5kfu via hg2ptb hg5bdu

    call nr1 ha5kfu

és a hálózatban el fogok jutni a ha5kfu-ra a topológia ismerete nélkül is.

A netrom működése során megjegyzi, hogy mely állomás milyen útvonalon keresztül jutott el hozzám, így olyan útvonalon kell megpróbálnom nekem is visszaküldenem a válaszomat, illetve a legközelebbi kérésemet. Ahhoz, hogy a netrom jól működjön, periodikusak küldött QST csomagok szükségesek, ami által mindenki tudomásul veszi, hogy kit és melyik irányból hall.

4. Szállítási réteg

5. Viszonyréteg

6. Megjelenítési réteg

7. Alkalmazási réteg

• A csomagrádió
• Az APRS

Bővebb információ:

• AX.25 howto, illetve egyben, tömörítve innen letölthető (50 kB)
• Netrom howto, illetve egyben, tömörítve innen letölthető (50 kB)

Összeállította: HG2ECZ - 2003.