Download - 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: [email protected]@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