raČunalniŠki sistemi 10. komunikacije

RAČUNALNIŠKI SISTEMI10. Komunikacije

kib1.fov.uni-mb.si/RaSK

dr. Igor Bernik, docent

Univerza v MariboruFakulteta za organizacijske vede

Osnovni pojmi

Elementi komunikacije

Sintaksa, semantika, pragmatikaEnosmerna (simpleks) in dvosmerna

(dupleks) komunikacijaRačunalniški sistemi

Pošiljatelj

Kodiranje

Oddajnik

Prejemnik

Dekodiranje

Sprejemnik

Komunikacijski kanal

motnje

Vrste komunikacijskih kanalov

Žični vodnikiTelefonski parVečžični vodnikiKoaksialni kabel

Optični vodnikiBrezžične zveze

RadijskeUsmerjene

Računalniški sistemi

Prenos

Vzporedni (paralelni)

Zaporedni (serijski)

Asinhron

Sinhron

Računalniški sistemi

star

t

sto

p1. znak

110110 star

t

sto

p

2. znak

010111

1. znak

110110

2. znak

010111

3. znak

101100takttakt

11110011

1101

11110011

11

11 00 11

00 11

11 00 11

00sinhroniziranosinhronizirano

Hitrost prenosa podatkov

1 baud = 1 signal/sekunda [baud = sec -1] za binaren signal velja: 1 baud = 1bps (bit

per second)Bps, Kbps, Mbps, Gbpsb/s

3 signali / sekunda = 3 baud

6 bitov / sekunda = 6 bps

3 baud = 6 bps

Računalniški sistemi

11 S11 S44

10 S10 S33

01 S01 S22

00 S00 S11 0 1 t [s]0 1 t [s]

3 signali

Binaren zapis: 011110

Hitrost prenosa

se zmanjša zaradi kontrolnih bitov in protokolov.

TRIB (transport rate of info bits) BER (bit error rate) MTBF (mean time between failures) R (razpoložljivost; mera možnosti uporabe vira)

Računalniški sistemi

glavaglava info bitiinfo biti kontrolni bitikontrolni biti

potrdi. sprejempotrdi. sprejemTT

tt11 tt22

Napake pri prenosu podatkov

zaradi lastnosti vodnikovdušenje na linijizakasnitev na linijitoplotni šum (gibanje delcev v snovi)

zaradi zunanjih motenjpresluh (pojav signala, ki izvira iz sosednjih

vodnikov)odboj (neprilagojena linija)impulzne motnje (npr. močnostni vklopi, atmosferske

razelektritve)

zaradi šumaRačunalniški sistemi

Povezovanje računalnikov

Povezujemo se na ravni:Človek – človekAplikacija – aplikacijaNadzorni sistem – nadzorni sistemStrojna oprema – strojna opremaPrenosni sistemi – prenosni sistemi

Računalniški sistemi

najeta linijanajeta linija

modemmodemrač.rač. modemmodem rač.rač.

Modem

modulira / demodulira signale

Računalniški sistemi

Vrste modulacije:

izvorni signal

nosilna frekvenca

amplitudna

frekvenčna

fazna

0 1 0 1 1 0 1 0 0 1

Digitalizacija analognega signala

Računalniški sistemi

+8

+7

+6

+5

+4+3+2+1-1

-2-3-4

-5

-6

-7

-8

1111 +81110 +71101 +61100 +51011 +41010 +31001 +21000 +10000 - 10001 - 20010 - 30011 - 40100 - 50101 - 60110 - 70111 - 8

11001100111011101111111111111111111111111110111010111011100010000100010001010101010001000001000111001100

teorem vzorčenja:fs > 2 * fa

telefonija: fa = 300 - 3400 Hzfs = 8000 Hz

125 us8 bit * 8 KHz = 64 Kbps

t

125 us

Prenosni sistemi

Arhitektura IKS

uporabniško uporabniško poslovanjeposlovanje

ISIS

transportni sistemtransportni sistem

prenosni kanalprenosni kanal

prenosni medijprenosni medij

priklop na priklop na prenosni medijprenosni medij

priklop na priklop na prenosni medijprenosni medij

transporttransportpodatkovpodatkov

transporttransportpodatkovpodatkov

informacijskeinformacijskestoritvestoritve

informacijskeinformacijskestoritvestoritve

Računalniški sistemi

Struktura IKS

AA

BB

DD

CC

EE

HH

GG

FF

Računalniški sistemi

Krajevni obseg omrežij

lokalna (LAN) lokalna (LAN) do cca. 1kmdo cca. 1km mestna (Metropolitan Area Network) mestna (Metropolitan Area Network) do cca. 10kmdo cca. 10km omrežja velikega obsega (Wide Area Network)omrežja velikega obsega (Wide Area Network)

Računalniški sistemi

Topologija lokalnih omrežij

ETHERNET (vodilo)ETHERNET (vodilo) povezave različnih operacijskih sistemovpovezave različnih operacijskih sistemov

ARCNET (zvezda ali vodilo)ARCNET (zvezda ali vodilo) zanesljivost prenosa pri manjših hitrostih (npr. industrija)zanesljivost prenosa pri manjših hitrostih (npr. industrija)

TOKEN-RING (obroč)TOKEN-RING (obroč) topologija zvezdnih sistemov povezanih v krogtopologija zvezdnih sistemov povezanih v krog

min 0.5m

Računalniški sistemi

Topologija lokalnih omrežij

• do 10 Mbpsdo 10 Mbps• arcnet, ethernet, token-ringarcnet, ethernet, token-ring

• hitre komunikacije 100 in več Mbpshitre komunikacije 100 in več Mbps• fast ethernetfast ethernet• FDDI FDDI

fiber distributed data interface -fiber distributed data interface -optično porazdeljen podatkovni vmesnikoptično porazdeljen podatkovni vmesnik

Računalniški sistemi

aplikacijeaplikacije

Odprt komunikacijski sistem

operacijskioperacijskisistemsistem

strojnastrojnaopremaoprema

SUBPSUBP

BPBP

sistemski delsistemski delračunalnikaračunalnika

uporabniški deluporabniški delračunalnikaračunalnika

komunikacijski komunikacijski sistemsistem

Računalniški sistemi

Protokoli

OSI - open system interfaceOSI - open system interface IBMIBM DECDEC

??

TCP / IP - družina protokolovTCP / IP - družina protokolovTCP - upravljanje s celovitostjo prenosa TCP - upravljanje s celovitostjo prenosa

(Transmition Control Protocol)(Transmition Control Protocol)IP - logistika sporočil, paketov - po 1500 bytesIP - logistika sporočil, paketov - po 1500 bytes

(Internet Protocol)(Internet Protocol)

dogovor o harmonizaciji sodelovanja

Računalniški sistemi

Primerjava OSI in TCP/IPn

ivoj

in

ivoj

i ((p

rim

erp

rim

er))

TCP / IPTCP / IP

aplikacijski (aplikacijski (telnet, ftptelnet, ftp))

servisni (servisni (TCP, UDP*TCP, UDP*))

usmerjevalni (usmerjevalni (IPIP))

fizičnifizični

OSIOSI

aplikacijski (aplikacijski (x.400x.400))

predstavitvenipredstavitveni

nivo sejenivo seje

transportnitransportni

mrežnimrežni

podatkovne povezavepodatkovne povezave

fizičnifizični

*UDP - user datagram protocol

Računalniški sistemi

Aparaturna oprema

• most (most (bridgebridge) ) - naprava omogoča povezavo segmentov podobnega omrežja- naprava omogoča povezavo segmentov podobnega omrežja- deluje na podatkovno-povezovalnem nivoju OSI modela- deluje na podatkovno-povezovalnem nivoju OSI modela- v splošnem spušča vse pakete enega segmenta v drugo omrežje- v splošnem spušča vse pakete enega segmenta v drugo omrežje

internet

MOST

Računalniški sistemi

Aparaturna oprema

• usmerjevalnik (usmerjevalnik (routerrouter))- deluje na omrežnem nivoju OSI modela- deluje na omrežnem nivoju OSI modela- kot most, le da dodatno prepozna paket - kot most, le da dodatno prepozna paket in ga pošlje v tisti del omrežja, kamor je namenjen in ga pošlje v tisti del omrežja, kamor je namenjen

• pretvornik (pretvornik (gatewaygateway))- naprava za komunikacijo dveh tehnološko različnih omrežij- naprava za komunikacijo dveh tehnološko različnih omrežij- deluje lahko na vseh nivojih OSI modela- deluje lahko na vseh nivojih OSI modela- poskrbi, da preko prehajajo le paketi enega omrežja - poskrbi, da preko prehajajo le paketi enega omrežja namenjeni drugemu (lokalizira LAN)namenjeni drugemu (lokalizira LAN)

• požarni zid (požarni zid (firewallfirewall))- z definiranjem dovoljenih storitev in dostopov varuje LAN - z definiranjem dovoljenih storitev in dostopov varuje LAN pred napadi in vdori od zunajpred napadi in vdori od zunaj

Računalniški sistemi

Aparaturna oprema

LAN

internet

pretvornik rač. - požarni zid

usmerjevalnik

usmerjevalnik

usmerjevalnikdelovna postaja

osebni rač.

osebni rač.

tiskalnik

Računalniški sistemi

Multipleksiranje

Ena povezava za Ena povezava za več uporabnikovveč uporabnikov

pas

ovn

a ši

rin

a

časovno

t

M.

t

pas

ovn

a ši

rin

a

frekvenčno

Računalniški sistemi

Strojna oprema

Povezuje več ethernet omrežij, v vsakem se pojavlja kot 1 uporabnik, zaradi manjšega števila rač. na

enem vodilu pa je prenos hitrejši

Ethernet switchUTP povezave rač. - hub

Zvezdna topologija: HUBObroč v praksi

Povezave rač. - hub se ne upočasnijoob priključitvi dodatnih rač.

Računalniški sistemi

Strojna oprema

Računalniški sistemi

Brezžična omrežja

Opisano bo delovanje brezžičnih podatkovnih mrež.

Na tržišču je dostopnih veliko število naprav, različnih proizvajalcev.

Princip delovanja je enak za vse izdelke, razlike so le v izvedbi in podrobnostih.

Zgradba brezžične mreže

Sestavlja ga: fiksno omrežje, dostopne postaje in mobilni terminali (odjemalci).

Dostopne postaje morajo biti enakomerno razporejene po prostoru brezžičnega omrežja, tako da se polja sosednjih postaj prekrivajo.

Vse dostopne postaje morajo biti priključene na eno žično podomrežje (Podatki, ki jih prenašajo so lahko iz različnih podomrežij).

Vse dostopne postaje in vse mobilne postaje morajo imeti isto Ime omrežja in najmanj en enak kodirni ključ (če se uporablja enkripcija za zaščito podatkov).

Tehnologija Ne uporablja klasične modulacije za

podatkovne prenose (BPSK, QPSK, QAMn)

Spread spectrum modulacija (Modulacija z razširjenim spektrom) Frequency Hoping Spread Spectrum FHSS

uporabljen npr. v Blotooth tehnologiji Direct Sequence Spread Spectrum DSSS

znan tudi kot CDMA tehnologijo (GSM 3. Generacije)

Prednosti SS tehnologije: boljši izkoristek frekvenčnega spektra bolj odporna proti motnjam ne moti uporabnikov, ki uporabljajo klasične

modulacije (in obratno) Uporablja CSMA/CA protokol za dostop

do medija.

Frekvenčni spekter DSSS

Kodni Generator

11 x hitrost podatkovPodatki

+ +Nosilec Izhod

Generiranje DSSS signala

Nivo šuma okolja

Zakonodaja v Sloveniji Skladnost s standardom ETSI 300 328 Dovoljena frekvenčna področja: 2.4 GHz in 5.2 GHz Dovoljena modulacija samo DSSS, uporaba FHSS ni dovoljena

Maksimalna sevana moč: 100mW IERP Pri uporabi usmerjenih anten je potrebno radijsko dovoljene

za zveze z IERP >100mW, za IERP 100mW brez dovoljenja Potrebna dovoljenja:

Odobritev skladnosti naprave (z ETSI), ki jo zagotovi proizvajalec ali uvoznik

Npr. za Cabletron opremo: CSIBD-AB C227-179/99 C9904293 (DN: 99002207) in CSILD-AB C227-179/99 C9904293 (DN: 99002207)

Uporaba brez dodatnih dovoljenj in stroškov

Standard - IEEE 802.11 Možna uporaba naprav različnih proizvajalcev v enem omrežju Običajne hitrosti komercialnih naprav 1, 2, (5.5) in 11 Mbitov Možnost nadgradnje sistema na višje prenosne hitrosti

(802.11 HS - hitrosti od 8 do 25,5Mbit) Sobivanje s sistemi, ki delujejo z višjimi prenosnimi hitrostmi

na istem frekvenčnem prostoru Enostavno upravljanje brezžične mreže (nastaviti moramo le

ime omrežja) Standard podpirajo vsi večji proizvajalci in razvijalci brezžične

mrežne komunikacijske opreme, ki so združeni v združenja WLANA Wireless LAN Association in WECA Wireless Ethernet Compatibility Association

Ohranjanje vrednosti investicije IAPP ( Inter Acces Point Protocol ) za roming med celicami ni del IEEE 802.11 je pa potreben za združljivost

dostopnih postaj (Acces Point) različnih proizvajalcev

Uporaba brezžičnih mrež

Brezžični prenos podatkov za mobilne uporabnike na omejenem področju: bolnice, pisarne, skladišča, proizvodne

hale, šole …

Stare stavbe, spomeniško zaščiteni objekti

Začasne povezave

Povezava dveh lokalnih omrežij na razdaljah do 9km in več, kjer je vidna razdalja med objekti

Povezave “točka-več točk”

(“Point to multipoint”)

z možnostjo prehoda med celicami

Medomrežne ali “Point to point”

povezave

Zgradba brezžične mreže

Sestavlja ga: fiksno omrežje, dostopne postaje in mobilni terminali (odjemalci).

Dostopne postaje morajo biti enakomerno razporejene po prostoru brezžičnega omrežja, tako da se polja sosednjih postaj prekrivajo.

Vse dostopne postaje morajo biti priključene na eno žično podomrežje (Podatki, ki jih prenašajo so lahko iz različnih podomrežij).

Vse dostopne postaje in vse mobilne postaje morajo imeti isto Ime omrežja in najmanj en enak kodirni ključ (če se uporablja enkripcija za zaščito podatkov).

802.11 Access Point(Dostopna postaja)

802.11PCMCIA

Področjecelice 1

802.11 PCI ali ISA mrežna kartica + antena

Področjecelice 3

PDA

Področjecelice 2

Laptop

PC Usmerjevalniki

Komunikacijska stikala

…

802.11 Access Pointdrugega proizvajalca

ali npr. stari APproizvajalca Digital

File Server

žično omrežje

Brezžična lokalna mreža

Ostala komunikacijska oprema

Počasna izvedba

Hub

802.11Access Point

Lastnosti radijskega dela

13 kanalov Najhitrejši prenos če se vsi terminali znotraj

celice slišijo Sicer je potrebno uporabiti počasnejši CSMA/CP

protokol Doseg je odvisen od hitrosti prenosa podatkov.

Tipičen doseg v delno zagrajenem prostoru brez dodatne antene 11 Mbit/s - 50 metrov 5.5 Mbit/s - 70 metrov 2 Mbit/s - 90 metrov 1 Mbit/s - 115 metrov

Za najhitrejši preklop med celicami morajo biti vse dostopne postaje nastavljene na isti frkvenčni kanal.

802.11Access Point

802.11PCMCIA

Področjecelice 1

802.11 PCI mrežna kartica + antena

Področjecelice 3

PDA

Področjecelice 2

Laptop

Sacionarni PC

Usmerjevalnik ali

Komunikacijsko stikalo

…

802.11 Access Pointdrugega proizvajalca,npr. stari AP proizvajalca Digital.

File Server

žično omrežje

Brezžična lokalna mrežaHitra izvedba

…

Laptop

802.11 PCMCIA Radijski modul

802.11Access Point

• Združljiv je z IEEE 802.11 standardom :– podpira prehode med celicami (roaming)– podpira IAPP za roming med celicami različnih proizvajalcev– podpira standard 802.11 HS za 11Mb radijske module

• Vključuje diagnostiko za Point-to-point zveze: Statistiko, Merjenje moči in SNR signala na obeh straneh...

• Programsko opremo je mogoče nadgraditi brez servisnega posega ( vsebuje FlashROM pomnilnik).

• Mrežno upravljanje prek SNMP ali Windows applikacije. Možnost enostavnega upravljanja skupine AP.

• Lokalne nastavitve prek serijske linije.• Podpira različne IEEE 802.11 skladne radijske PC module.• Standardni mrežni vmesniki (UTP … in ThinWire*).• Deluje kot komunikacijski mostič med žičnim in radijskim

omrežjem z vsemi funkcijami, vključno s filtriranjem.• Podpira nadzor porabe energije odjemalcev.

802.11 Access Point - Dostopna postaja

802.11 DSSS radijski modul - lastnosti

Skladen z IEEE 802.11 in ETSI 300-328 DSSS 2.4GHz 1M , 2M , 5.5M ali 11M bitni prenos prek

radia; približno 60 -70% prenesenih uporabniških podatkov

WEP enkripcija (40 ali 128 bitni ključ) Format PCMCIA tip II, podaljšan Deluje s 3.3V ali 5V napajanjem Led indikatorja za hiter pregled delovanja Vgrajena antena Priključek za zunanjo

anteno

Vmesnik brezžične mreže za namizne

računalnike

vmesnik za ISA ali PCI vodilo

Enak PCMCIA radijski vmesnik kot za mobilne računalnike ali AP

Neusmerjena antena s priključnim kablom

ISA/PCI 802.11 DSSS vmesnik

Povezava med dvema omrežjema

Povezava od točke do točke

Omrežje 1 Omrežje 2

Zgradba medmrežne povezave

Na vsaki strani jo sestavlja: Brezžični modem (Access Point) Usmerjena antena Antenski vod z prenapetostnim

odvodnikom Napajalnik Regulacija temperature

Projektiranje mikrovalovne povezave od točke do točke

Potrebno je zagotoviti vidno pot med točkama Preveriti dušenje sistema:

dušenje zaradi razširjanja radijskih valov po zraku,

dušenje zaradi ovir na poti, vpojnost (absorbcija) signala v primeru dežja, dušenje v antenskih kablih, konektorjih in

odvodnikih.

Izbrati moramo ustrezne antene, z dovolj velikim ojačanjem.

Povezava od točke do točke

Preraču

n d

ušen

jaB

rez ovir

Povezava od točke do točkeP

reračun

du

šenja

Ovira n

a višini črte, ki

po

vezuje o

be an

teni.

Povezava od točke do točkeP

reračun

du

šenja

Ovira seg

a 1m višje o

d vid

ne

črte, ki po

vezuje an

teni.

Standardi

Za poenotenje standardov skrbijo razne institucije, med njimi:

• Electronics Industries Association (EIA)

- RS232

• American National Standards Institute (ANSI)

- predstavitev ASCII znakov

• International Organization for Standards (ISO)

- ISO 9000 za kvaliteto, razni za OSI model, …

• International Telecommunications Union (ITU) International Telecommunications Union (ITU)

- standardi za povezovanje mednarodnih omrežij- standardi za povezovanje mednarodnih omrežij

Računalniški sistemi

Internet

V času hladne vojne, so američani želeli vzpostaviti komunikacijsko mrežo, ki gi zagotavljala nemoteno komuniciranje tudi od uničenju več vmesnih členov

Računalniški sistemi

Naslavljanje rač. - IP številke

vsak rač. se identificira v omrežju s svojo IP številko (4 bytes)vsak rač. se identificira v omrežju s svojo IP številko (4 bytes)

npr.npr. 194.249.221.33194.249.221.33

določeni deli določajo del omrežja, določeni deli določajo del omrežja, določeni pa posamezen računalnik v delu omrežja, določeni pa posamezen računalnik v delu omrežja, vendar je to odvisno od razredovvendar je to odvisno od razredov

npr. domače omrežje npr. domače omrežje 194.249.221.33194.249.221.33 do do 194.249.221.54194.249.221.54 posamezne računalnike znotraj domačega omrežja posamezne računalnike znotraj domačega omrežja pa ločimo le po delu za zadnjo pikopa ločimo le po delu za zadnjo piko

Računalniški sistemi

Naslavljanje rač.

Domain Name System (DNS) - alfanumerično ime računalnika

v omrežju, vezano na IP

npr. npr. domena: domena: fov.uni-mb.sifov.uni-mb.si

računalniki:računalniki: lopes1.fov.uni-mb.silopes1.fov.uni-mb.si

kib1.fov.uni-mb.sikib1.fov.uni-mb.si

www.fov.uni-mb.siwww.fov.uni-mb.si

uporabniki:uporabniki: janez.novak@fov.uni-mb.sijanez.novak@fov.uni-mb.si

možno je sestaviti e-mail naslov študenta na fov ...možno je sestaviti e-mail naslov študenta na fov ...

Računalniški sistemi

Naslavljanje - URL

Uniform Resource Locator (URL) - naslavljanje poti do virov

npr. npr. http://lopes1.fov.uni-mb.si/talent/index.htmhttp://lopes1.fov.uni-mb.si/talent/index.htm

ime dokumenta s potjostrežnik

protokol

Računalniški sistemi

ZAKLJUČEK

kib1.fov.uni-mb.si/RaSK

dr. Igor Bernik, docent

Univerza v MariboruFakulteta za organizacijske vede