Prenosni sistem T. Vidmar, IKS - 20. poglavje

Prenosni sistem Povezavna plast (OSI) Fizična plast (OSI) Prenosni kanal: naprava, ki lahko prenese paket (okvir) po mediju. Prenosna plast (TCP/IP)

Povezavna plast (OSI)

Fizična plast (OSI)

Prenosni kanal: naprava, ki lahko prenese paket (okvir) po mediju.

Tipi prenosnih sistemov 1/2 Prenosni kanal: smer Dvosmeren (sočasno ali izmenično) Enosmeren Prenosni kanal: zaporednost Serijski (bit za bitom) Paralelni (več bitov hkrati) Prenosni kanal: število točk Dvotočkovni Skupinski

Prenosni kanal: smer

Dvosmeren (sočasno ali izmenično)

Enosmeren

Prenosni kanal: zaporednost

Serijski (bit za bitom)

Paralelni (več bitov hkrati)

Prenosni kanal: število točk

Dvotočkovni

Skupinski

Tipi prenosnih sistemov 2/2 Prenosni kanal: kodiranje Digitalni : z diskretnimi vrednostmi (npr. dva napetostna nivoja) Analogni : z analognimi signali (zvezno spreminjanje vrednosti) Naprave: digitalne ali analogne Omrežja: digitalna ali analogna Kje nastopi potreba po konverziji?

Prenosni kanal: kodiranje

Digitalni : z diskretnimi vrednostmi (npr. dva napetostna nivoja)

Analogni : z analognimi signali (zvezno spreminjanje vrednosti)

Naprave: digitalne ali analogne

Omrežja: digitalna ali analogna

Kje nastopi potreba po konverziji?

Povezavna plast 1/2 Oblikovanje paketov - OKVIR Oznaka začetka in konca, npr. 01111110 Med podatki: oddajnik po vsaki 5. zaporedni enici vrine ničlo Sprejemnik: izloči ničlo za 5 enicami; če je 6 enic, je to začetek ali konec okvirja. Primer: 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0

Oblikovanje paketov - OKVIR

Oznaka začetka in konca, npr. 01111110

Med podatki: oddajnik po vsaki 5. zaporedni enici vrine ničlo

Sprejemnik: izloči ničlo za 5 enicami; če je 6 enic, je to začetek ali konec okvirja.

Primer:

Povezavna plast 2/2 Odkrivanje in odpravljanje napak Potrebni podatki se dodajo paketu v rep Mehanizmi potrjevanja! Kak bit se med prenosom lahko spremeni. Detekcija: Kontrola parnosti (1 bit): enojne napake CRC (16-32 bitov): enojne, dvojne, lihe napake Kontrola pretoka: drseče okno.

Odkrivanje in odpravljanje napak

Potrebni podatki se dodajo paketu v rep

Mehanizmi potrjevanja!

Kak bit se med prenosom lahko spremeni. Detekcija:

Kontrola parnosti (1 bit): enojne napake

CRC (16-32 bitov): enojne, dvojne, lihe napake

Kontrola pretoka: drseče okno.

Standardni protokoli povezavne plasti Dvotočkovni kanal: HDLC, SLIP, PPP, ATM, SDH, SONET, ISDN... Skupinski kanal: ALOHA, CSMA, CSMA/CD...

Dvotočkovni kanal: HDLC, SLIP, PPP, ATM, SDH, SONET, ISDN...

Skupinski kanal: ALOHA, CSMA, CSMA/CD...

Kolizijski: ALOHA Oddajnik odda paket. Če je prišlo do trka, počaka naključen časovni interval in prične ponovno oddajati. Preprost, a nizka prepustnost . Paket je ranljiv ves čas oddajanja.

Oddajnik odda paket.

Če je prišlo do trka, počaka naključen časovni interval in prične ponovno oddajati.

Preprost, a nizka prepustnost .

Paket je ranljiv ves čas oddajanja.

Kolizijski: razsekana ALOHA Določen je takt oddajanja (začetek oddaje ob začetku takta). Takt: max. dolžina paketa Dirigent usklajuje takt (šibka točka) Paket je ranljiv ob začetku oddajanja. Ob trku počakamo naključno št. taktov.

Določen je takt oddajanja (začetek oddaje ob začetku takta).

Takt: max. dolžina paketa

Dirigent usklajuje takt (šibka točka)

Paket je ranljiv ob začetku oddajanja.

Ob trku počakamo naključno št. taktov.

Kolizijski: CSMA Pred oddajo paketa preverimo, če je kanal prost. Paket, ki se že prenaša, je varen. Ni čakanja na oddajni takt! Vztrajni CSMA: če je kanal zaseden, ves poslušamo, kdaj bo spet prost. Nevztrajni : po določenem času spet prisluhnemo. P-vztrajni : ko je kanal spet prost, z verjetnostjo p oddamo paket (drugače pa počakamo).

Pred oddajo paketa preverimo, če je kanal prost.

Paket, ki se že prenaša, je varen.

Ni čakanja na oddajni takt!

Vztrajni CSMA: če je kanal zaseden, ves poslušamo, kdaj bo spet prost.

Nevztrajni : po določenem času spet prisluhnemo.

P-vztrajni : ko je kanal spet prost, z verjetnostjo p oddamo paket (drugače pa počakamo).

Kolizijski: CSMA/CD Vztrajni CSMA z zaznavanjem trka (neha oddajati, če se zgodi trk) Standardiziran kot IEEE 802.3 Komercialno ime: Ethernet.

Vztrajni CSMA z zaznavanjem trka (neha oddajati, če se zgodi trk)

Standardiziran kot IEEE 802.3

Komercialno ime: Ethernet.

Nekolizijski Faza rezervacije: v rezervacijski paket se prijavijo kandidati za oddajo Faza prenosa: po vrsti. Protokol z žetonom (“vagonček”) Obroč (token ring) IEEE 802.5 Vodilo (token bus) IEEE 802.4 Dobri za močan promet (kolizijski so boljši za šibak promet).

Faza rezervacije: v rezervacijski paket se prijavijo kandidati za oddajo

Faza prenosa: po vrsti.

Protokol z žetonom (“vagonček”)

Obroč (token ring) IEEE 802.5

Vodilo (token bus) IEEE 802.4

Dobri za močan promet (kolizijski so boljši za šibak promet).

Protokol z omejeno kolizijo Pri nizkem prometu se obnaša kolizijsko. Pri visokem prometu se obnaša rezervacijsko: ob trkih določenim udeležencem ukine pravico oddajanja. Ni komercialno razširjen.

Pri nizkem prometu se obnaša kolizijsko.

Pri visokem prometu se obnaša rezervacijsko: ob trkih določenim udeležencem ukine pravico oddajanja.

Ni komercialno razširjen.

Fizična plast Prenosni medij : naprava, ki omogoča razširjanje valovanja (el-mag, radijsko, svetloba – laser, IR). Prenos bitov v analogni ali digitalni obliki. Prenos signala (tok bitov) po mediju. Kodiranje bitov z neko fizikalno veličino (U, I). Pretvorba el. signalov v obliko za prenos po mediju (radijski, IR, optika...) Fizični vmesniki (konektorji)

Prenosni medij : naprava, ki omogoča razširjanje valovanja (el-mag, radijsko, svetloba – laser, IR).

Prenos bitov v analogni ali digitalni obliki.

Prenos signala (tok bitov) po mediju.

Kodiranje bitov z neko fizikalno veličino (U, I).

Pretvorba el. signalov v obliko za prenos po mediju (radijski, IR, optika...)

Fizični vmesniki (konektorji)

Prenosni medij Frekvenčna karakteristika : kakšne frekvence lahko prenese (od-do). Govor: 300 do 7000 Hz Telefonski kanal: 500 do 3600 Hz Hi-fi oprema: 100 do 20.000 Hz Prenos signala: Fourierova analiza (vsota osnovnega signala in višjih harmonskih komponent). Čimveč višjih komponent se lahko prenese, tem bolj lepo pravokoten bo signal (vsota).

Frekvenčna karakteristika : kakšne frekvence lahko prenese (od-do).

Govor: 300 do 7000 Hz

Telefonski kanal: 500 do 3600 Hz

Hi-fi oprema: 100 do 20.000 Hz

Prenos signala: Fourierova analiza (vsota osnovnega signala in višjih harmonskih komponent).

Čimveč višjih komponent se lahko prenese, tem bolj lepo pravokoten bo signal (vsota).

Prenos digitalnih podatkov po analognem kanalu Uporabniški vmesnik: tel. vtičnica Modem: pretvorba D ↔ A oblika. Modulacija: način prikaza razlike med ničlo in enico.

Uporabniški vmesnik: tel. vtičnica

Modem: pretvorba D ↔ A oblika.

Modulacija: način prikaza razlike med ničlo in enico.

Modulacija Amplitudna modulacija: Glasen pisk: 0 Tih pisk: 1 Frekven č na modulacija: Visok pisk: 0 Nizek pisk: 1 Fazna : sprememba faze za določen fazni kot pomeni spremembo signala. 180: 90:

Amplitudna modulacija:

Glasen pisk: 0

Tih pisk: 1

Frekven č na modulacija:

Visok pisk: 0

Nizek pisk: 1

Fazna : sprememba faze za določen fazni kot pomeni spremembo signala.

Kvadratna modulacija Kombinacija amplitudne in fazne. Več nivojev amplitude. 4 fazni koti (0, 90, 180, 270 stopinj) Posamezna sprememba signala (amplitude in faze) označuje skupino 3 do 6 bitov.

Kombinacija amplitudne in fazne.

Več nivojev amplitude.

4 fazni koti (0, 90, 180, 270 stopinj)

Posamezna sprememba signala (amplitude in faze) označuje skupino 3 do 6 bitov.

Prenos analognih podatkov po digitalnem kanalu Analogni signal vzorčimo z 2x max. frekvenco (Nyquist), beležimo amplitudo vzorcev. 8000 vzorcev/s PCM: 8 bitov za opis amplitude (to pomeni 64 kbps) Delta: za opis vzorca pošiljamo le razliko od prejšnje amplitude.

Analogni signal vzorčimo z 2x max. frekvenco (Nyquist), beležimo amplitudo vzorcev.

8000 vzorcev/s

PCM: 8 bitov za opis amplitude (to pomeni 64 kbps)

Delta: za opis vzorca pošiljamo le razliko od prejšnje amplitude.

Prenosni mediji 1/3 Fizični prenos pomnilnih medijev Kanal 512 kbps, 10 min hoje, 2 GB baza Omrežje: 8 ur, peš: 10 min! Parica in zvita parica (UTP) Dve vzporedni izolirani bakreni žici Zvita: manj interferenc, presluha ipd 1 Gbps na krajše razdalje Komutirane (običajne telefonske) in najete linije (rezrevirane za IK opremo)

Fizični prenos pomnilnih medijev

Kanal 512 kbps, 10 min hoje, 2 GB baza

Omrežje: 8 ur, peš: 10 min!

Parica in zvita parica (UTP)

Dve vzporedni izolirani bakreni žici

Zvita: manj interferenc, presluha ipd

1 Gbps na krajše razdalje

Komutirane (običajne telefonske) in najete linije (rezrevirane za IK opremo)

Prenosni mediji 2/3 Koaksialni kabel – do 2 Gbps Bakrena žica, izolacija, oklop – drugi vodnik, še ena izolacija. Odpornost proti motnjam, ni sevanja. Optično vlakno – Tera bps Do 100 km brez ponavljalnikov Mehanska občutljivost, zahtevno spajanje Veliko dobrih lastnosti

Koaksialni kabel – do 2 Gbps

Bakrena žica, izolacija, oklop – drugi vodnik, še ena izolacija.

Odpornost proti motnjam, ni sevanja.

Optično vlakno – Tera bps

Do 100 km brez ponavljalnikov

Mehanska občutljivost, zahtevno spajanje

Veliko dobrih lastnosti

Prenosni mediji 3/3 Brezžične povezave Radijske (WLAN, Bluetooth, GSM, ...) Mikrovalovne (usmerjene) IR (majhne razdalje) Satelitske (velike razdalje): Iridium, GPS...

Brezžične povezave

Radijske (WLAN, Bluetooth, GSM, ...)

Mikrovalovne (usmerjene)

IR (majhne razdalje)

Satelitske (velike razdalje): Iridium, GPS...

Wireless LAN Brezžična naprava - host: dlančnik, prenosnik, PC, mobilni telefon Brezžična povezava : na drugo napravo ali na infrastrukturo (AP) Ad hoc omrežja: brez infrastrukture, naprave morajo same skrbeti za naslavljanje, usmerjanje Infrastruktura: težave v zvezi z naslavljanjem, usmerjanjem, mobilnostjo ipd.

Brezžična naprava - host: dlančnik, prenosnik, PC, mobilni telefon

Brezžična povezava : na drugo napravo ali na infrastrukturo (AP)

Ad hoc omrežja: brez infrastrukture, naprave morajo same skrbeti za naslavljanje, usmerjanje

Infrastruktura: težave v zvezi z naslavljanjem, usmerjanjem, mobilnostjo ipd.

Značilnosti Pojemajoča moč signala (s kvadratom razdalje) Interferenca s signali drugih virov, šum Različne zakasnitve signala, ker gre po različnih poteh (odboji…)

Pojemajoča moč signala (s kvadratom razdalje)

Interferenca s signali drugih virov, šum

Različne zakasnitve signala, ker gre po različnih poteh (odboji…)

Brezžična omrežja 56 Kb/s 384 Kb/s 1 Mb/s 5-11 Mb/s 54 Mb/s stavba -do 30 m zunaj -do 200 m srednje razd. do 4 km velike razd. do 30 km 2G 3G CDMA, GSM UMTS/WCDMA 802.15 in Bluetooth 802.11 b 802.11 a,g 802.11 P2P link 802.16e WiMax

Wireless LAN Topologija Ad hoc omrežja Dostopne točke (access point) – povezava v fiksno omrežje (analogija z baznimi postajami GSM) Prihodnost: fiksna brezžična omrežja npr. WiMax- za last-mile širokopasovne povezave do 30 km, do 40 Mb/s Mobilni telefon z WLAN kartico + internetna telefonija (mimo operaterja 3G)!!!

Topologija

Ad hoc omrežja

Dostopne točke (access point) – povezava v fiksno omrežje (analogija z baznimi postajami GSM)

Prihodnost: fiksna brezžična omrežja

npr. WiMax- za last-mile širokopasovne povezave do 30 km, do 40 Mb/s

Mobilni telefon z WLAN kartico + internetna telefonija (mimo operaterja 3G)!!!

Wireless LAN ali Wi-Fi (IEEE 802.11) Uporaba na omejenih področjih (stavba) Radijski valovi, spread spectrum b in g: 2.4-2.485 GHz, a: 5.1-5.8 GHz, Frequency hopping – hitro in nepredvidljivo menjavanje frekvenc Kolizija: podobno kot pri ethernetu težave zaradi morebitne nedosegljivosti nekaterih vozlišč (algoritma MACA, MACAW: izmenjava kontrolnega okvirja pred oddajanjem)

Uporaba na omejenih področjih (stavba)

Radijski valovi, spread spectrum

b in g: 2.4-2.485 GHz, a: 5.1-5.8 GHz,

Frequency hopping – hitro in nepredvidljivo menjavanje frekvenc

Kolizija: podobno kot pri ethernetu

težave zaradi morebitne nedosegljivosti nekaterih vozlišč (algoritma MACA, MACAW: izmenjava kontrolnega okvirja pred oddajanjem)

CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance Vsak pred oddajo prisluhne mediju. Če je zaseden, počaka naključen interval in ponovi. Težko zaznavanje kolizij. Zaradi napak je potrjevanje že na 2.plasti Vsak pravilno prejet okvir potrdimo. Rezerviran dostop do medija z rezervacijskim okvirjem – zahteva + odgovor. A(RTS) B(CTS - A) C(RTS)

Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance

Vsak pred oddajo prisluhne mediju. Če je zaseden, počaka naključen interval in ponovi.

Težko zaznavanje kolizij.

Zaradi napak je potrjevanje že na 2.plasti

Vsak pravilno prejet okvir potrdimo.

Rezerviran dostop do medija z rezervacijskim okvirjem – zahteva + odgovor.

A(RTS) B(CTS - A) C(RTS)

Wireless LAN Postopek aktivne izbire AP – scanning : Probe ( Je v bližini kak AP? ) Probe response ( Jaz sem AP ) Association Request ( Rad bi se pridružil ) Association Response ( Kar izvoli ) Pasivna izbira (passive scanning) AP periodično oddaja beacon frame (Jaz sem AP in podpiram naslednje hitrosti prenosa…) Naprava lahko odgovori z Association Request

Postopek aktivne izbire AP – scanning :

Probe ( Je v bližini kak AP? )

Probe response ( Jaz sem AP )

Association Request ( Rad bi se pridružil )

Association Response ( Kar izvoli )

Pasivna izbira (passive scanning)

AP periodično oddaja beacon frame (Jaz sem AP in podpiram naslednje hitrosti prenosa…)

Naprava lahko odgovori z Association Request

Wireless LAN Format okvirja Kontrola, 16 bitov (ali je ad hoc omrežje?) Izvor in ponor, vsak do 48 bitov (ad hoc) Podatki, do 2312 bitov CRC, 32 bitov Če ni ad hoc omrežje, so 4 naslovi: N1: končni ponor N2: AP pred končnim ponorom N3: AP pri izvoru N4: izvor fiksno AP N2 AP N3 N1 N4

Format okvirja

Kontrola, 16 bitov (ali je ad hoc omrežje?)

Izvor in ponor, vsak do 48 bitov (ad hoc)

Podatki, do 2312 bitov

CRC, 32 bitov

Če ni ad hoc omrežje, so 4 naslovi:

N1: končni ponor

N2: AP pred končnim ponorom

N3: AP pri izvoru

N4: izvor

Digitalna telefonija PDH (skoraj sinhrona digitalna hierarhija) SDH (sinhrona) Sonet ISDN in B-ISDN (optika, ATM)

PDH (skoraj sinhrona digitalna hierarhija)

SDH (sinhrona)

Sonet

ISDN in B-ISDN (optika, ATM)

Mobilna telefonija Omrežje: bazna postaja pokriva svojo “celico” (uporablja okrog 200 kanalov) Telefon poišče celico z najmočnejšim signalom Bazna postaja obvesti o prijavi lokalno centralo , ta pa matično . Ko pride klic, se ta usmeri v ustrezno celico. Če jakost signala pade, se preklopi na drugo celico. Podatkovni prenos: še vedno drag in počasen.

Omrežje: bazna postaja pokriva svojo “celico” (uporablja okrog 200 kanalov)

Telefon poišče celico z najmočnejšim signalom

Bazna postaja obvesti o prijavi lokalno centralo , ta pa matično .

Ko pride klic, se ta usmeri v ustrezno celico.

Če jakost signala pade, se preklopi na drugo celico.

Podatkovni prenos: še vedno drag in počasen.

Generacije 1. generacija: NMT 2. generacija: GSM 2,5. generacija: GPRS, EDGE 3. generacija: UMTS, CDMA 2000 144kb/s med vožnjo, do 384 kb/s v mirovanju Standard: do 2Mb/s 4. generacija: vsepovsod brezžični dostop, nevidno preklapljanje med omrežji, brez prekinitve sej, visoke kapacitete (video, TV), brezplačno. 

1. generacija: NMT

2. generacija: GSM

2,5. generacija: GPRS, EDGE

3. generacija: UMTS, CDMA 2000

144kb/s med vožnjo, do 384 kb/s v mirovanju

Standard: do 2Mb/s

4. generacija: vsepovsod brezžični dostop, nevidno preklapljanje med omrežji, brez prekinitve sej, visoke kapacitete (video, TV), brezplačno. 