Univerza v Mariboru Fakulteta za organizacijske vede RAUNALNIKI

Univerza v Mariboru Fakulteta za organizacijske vede RAČUNALNIŠKI SISTEMI 10. Komunikacije dr. Igor Bernik, docent kib 1. fov. uni-mb. si/Ra. SK

Osnovni pojmi Ø Elementi komunikacije Pošiljatelj Prejemnik Kodiranje Dekodiranje Oddajnik Komunikacijski kanal Sprejemnik motnje Ø Sintaksa, semantika, pragmatika Ø Enosmerna (simpleks) in dvosmerna (dupleks) komunikacija Računalniški sistemi

Vrste komunikacijskih kanalov Ø Žični vodniki ØTelefonski par ØVečžični vodniki ØKoaksialni kabel Ø Optični vodniki Ø Brezžične zveze ØRadijske ØUsmerjene Računalniški sistemi

Ø Vzporedni (paralelni) 1 1 0 1 Ø Zaporedni (serijski) Ø Sinhron sinhronizirano start 110110 stop Ø Asinhron start 1 0 1 1 0 010111 stop Prenos 2. znak 110110 010111 101100 takt 1. znak 2. znak 3. znak Računalniški sistemi

Hitrost prenosa podatkov Ø 1 baud = 1 signal/sekunda [baud = sec -1] Ø za binaren signal velja: 1 baud = 1 bps (bit per second) Ø Bps, Kbps, Mbps, Gbps Ø b/s 3 signali / sekunda = 3 baud 11 S 4 10 S 3 6 bitov / sekunda = 6 bps 01 S 2 00 S 1 3 baud = 6 bps 0 Binaren zapis: 011110 1 t [s] Računalniški sistemi

Hitrost prenosa Ø se zmanjša zaradi kontrolnih bitov in protokolov. glava info biti kontrolni biti potrdi. sprejem T t 1 t 2 Ø TRIB (transport rate of info bits) Ø BER (bit error rate) Ø MTBF (mean time between failures) Ø R (razpoložljivost; mera možnosti uporabe vira) Računalniški sistemi

Napake pri prenosu podatkov Ø zaradi lastnosti vodnikov Ødušenje na liniji Øzakasnitev na liniji Øtoplotni šum (gibanje delcev v snovi) Ø zaradi zunanjih motenj Øpresluh (pojav signala, ki izvira iz sosednjih vodnikov) Øodboj (neprilagojena linija) Øimpulzne motnje (npr. močnostni vklopi, atmosferske razelektritve) Ø zaradi šuma Računalniški sistemi

Povezovanje računalnikov Ø Povezujemo se na ravni: ØČlovek – človek ØAplikacija – aplikacija ØNadzorni sistem – nadzorni sistem ØStrojna oprema – strojna oprema ØPrenosni sistemi – prenosni sistemi najeta linija rač. modem rač. Računalniški sistemi

Modem Ø modulira / demodulira signale Vrste modulacije: izvorni signal 0 1 1 0 0 1 nosilna frekvenca amplitudna frekvenčna fazna Računalniški sistemi

Digitalizacija analognega signala +8 +7 +6 +5 125 us +4 +3 +2 +1 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 t 1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 +8 +7 +6 +5 +4 +3 +2 +1 -1 -2 - 38 -4 -5 -6 -7 -8 teorem vzorčenja: fs > 2 * fa telefonija: fa = 300 - 3400 Hz fs = 8000 Hz 125 us bit * 8 KHz = 64 Kbps 11001111111110101110000101010000011100 Računalniški sistemi

Prenosni sistemi

Arhitektura IKS uporabniško poslovanje informacijske storitve transport podatkov priklop na prenosni medij IS transportni sistem prenosni kanal informacijske storitve transport podatkov priklop na prenosni medij Računalniški sistemi

Struktura IKS B A G C F D H E Računalniški sistemi

Krajevni obseg omrežij < lokalna (LAN) do cca. 1 km < mestna (Metropolitan Area Network) do cca. 10 km < omrežja velikega obsega (Wide Area Network) Računalniški sistemi

Topologija lokalnih omrežij < ETHERNET (vodilo) < povezave različnih operacijskih sistemov min 0. 5 m <ARCNET (zvezda ali vodilo) < zanesljivost prenosa pri manjših hitrostih (npr. industrija) < TOKEN-RING (obroč) < topologija zvezdnih sistemov povezanih v krog Računalniški sistemi

Topologija lokalnih omrežij • do 10 Mbps • arcnet, ethernet, token-ring • hitre komunikacije 100 in več Mbps • fast ethernet • FDDI fiber distributed data interface optično porazdeljen podatkovni vmesnik Računalniški sistemi

Odprt komunikacijski sistemski del računalnika uporabniški del računalnika operacijski sistem aplikacije strojna oprema SUBP BP komunikacijski sistem Računalniški sistemi

Protokoli dogovor o harmonizaciji sodelovanja OSI - open system interface IBM DEC ? TCP / IP - družina protokolov TCP - upravljanje s celovitostjo prenosa (Transmition Control Protocol) IP - logistika sporočil, paketov - po 1500 bytes (Internet Protocol) Računalniški sistemi

Primerjava OSI in TCP/IP OSI nivoji (primer) TCP / IP aplikacijski (x. 400) aplikacijski (telnet, ftp) predstavitveni servisni (TCP, UDP*) nivo seje transportni usmerjevalni (IP) mrežni podatkovne povezave fizični *UDP - user datagram protocol Računalniški sistemi

Aparaturna oprema • most (bridge) - naprava omogoča povezavo segmentov podobnega omrežja - deluje na podatkovno-povezovalnem nivoju OSI modela - v splošnem spušča vse pakete enega segmenta v drugo omrežje MOST internet Računalniški sistemi

Aparaturna oprema • usmerjevalnik (router) - deluje na omrežnem nivoju OSI modela - kot most, le da dodatno prepozna paket in ga pošlje v tisti del omrežja, kamor je namenjen • pretvornik (gateway) - naprava za komunikacijo dveh tehnološko različnih omrežij - deluje lahko na vseh nivojih OSI modela - poskrbi, da preko prehajajo le paketi enega omrežja namenjeni drugemu (lokalizira LAN) • požarni zid (firewall) - z definiranjem dovoljenih storitev in dostopov varuje LAN pred napadi in vdori od zunaj Računalniški sistemi

Aparaturna oprema usmerjevalnik delovna postaja internet osebni rač. LAN pretvornik rač. požarni zid usmerjevalnik osebni rač. tiskalnik Računalniški sistemi

Multipleksiranje M. Ena povezava za več uporabnikov časovno pasovna širina frekvenčno t t Računalniški sistemi

Strojna oprema Zvezdna topologija: HUB Obroč v praksi Ethernet switch UTP povezave rač. - hub Povezave rač. - hub se ne upočasnijo ob priključitvi dodatnih rač. Povezuje več ethernet omrežij, v vsakem se pojavlja kot 1 uporabnik, zaradi manjšega števila rač. na enem vodilu pa je prenos hitrejši 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, QAMn) Spread spectrum modulacija Nivo šuma okolja (Modulacija z razširjenim spektrom) l l Frequency Hoping Spread Spectrum FHSS uporabljen npr. v Blotooth tehnologiji Direct Sequence Spread Spectrum DSSS znan tudi kot CDMA tehnologijo (GSM 3. Frekvenčni spekter DSSS Generacije) Prednosti SS tehnologije: l l l 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. Nosilec + Podatki + Kodni Generator 11 x hitrost podatkov Generiranje DSSS signala Izhod

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: l l 100 m. W IERP Pri uporabi usmerjenih anten je potrebno radijsko dovoljene za zveze z IERP >100 m. W, za IERP 100 m. W brez dovoljenja Potrebna dovoljenja: l Odobritev skladnosti naprave (z ETSI), ki jo zagotovi proizvajalec ali uvoznik l Npr. za Cabletron opremo: CSIBD-AB C 227 -179/99 C 9904293 (DN: 99002207) in CSILD-AB C 227 -179/99 C 9904293 (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, 5 Mbit) 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: l bolnice, pisarne, skladišča, proizvodne hale, šole … Stare stavbe, spomeniško zaščiteni objekti Začasne povezave Povezava dveh lokalnih omrežij na razdaljah do 9 km 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).

Brezžična lokalna mreža Počasna izvedba 802. 11 Access Point (Dostopna postaja) 802. 11 PCI ali ISA mrežna kartica + antena PC File Server Ostala komunikacijska oprema Usmerjevalniki Komunikacijska stikala … 802. 11 PCMCIA Področje celice 1 žično omrežje Hub 802. 11 Access Point drugega proizvajalca ali npr. stari AP proizvajalca Digital PDA Laptop Področje celice 3 Področje celice 2 802. 11 Access 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 l l 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.

Brezžična lokalna mreža Hitra izvedba 802. 11 PCI mrežna kartica + antena Usmerjevalnik ali Komunikacijsko stikalo 802. 11 Access Point … žično 802. 11 PCMCIA … omrežje Področje celice 1 Sacionarni PC File Server Laptop PDA Področje celice 2 Laptop Področje celice 3 802. 11 Access Point drugega proizvajalca, npr. stari AP proizvajalca Digital.

802. 11 Access Point - Dostopna postaja • 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 11 Mb 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 Flash. ROM 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 Thin. Wire*). • Deluje kot komunikacijski mostič med žičnim in radijskim omrežjem z vsemi funkcijami, vključno s filtriranjem. • Podpira nadzor porabe energije odjemalcev. 802. 11 Access Point 802. 11 PCMCIA Radijski modul

802. 11 DSSS radijski modul - lastnosti Skladen z IEEE 802. 11 in ETSI 300 -328 DSSS 2. 4 GHz 1 M , 2 M , 5. 5 M ali 11 M 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. 3 V ali 5 V napajanjem Led indikatorja za hiter pregled delovanja Vgrajena antena Priključek za zunanjo anteno

ISA/PCI 802. 11 DSSS vmesnik Vmesnik brezžične mreže za namizne računalnike · · vmesnik za ISA ali PCI vodilo · Neusmerjena antena s priključnim kablom Enak PCMCIA radijski vmesnik kot za mobilne računalnike ali AP

Povezava med dvema omrežjema Omrežje 1 Povezava od točke do točke Omrežje 2

Zgradba medmrežne povezave Na vsaki strani jo sestavlja: Brezžični modem (Access Point) l Usmerjena antena l Antenski vod z prenapetostnim odvodnikom l Napajalnik l Regulacija temperature l

Projektiranje mikrovalovne povezave od točke do točke Potrebno je zagotoviti vidno pot med točkama Preveriti dušenje sistema: dušenje zaradi razširjanja radijskih valov po zraku, l dušenje zaradi ovir na poti, l vpojnost (absorbcija) signala v primeru dežja, l dušenje v antenskih kablih, konektorjih in odvodnikih. l Izbrati moramo ustrezne antene, z dovolj velikim ojačanjem.

Povezava od točke do točke Brez ovir Preračun dušenja l

Povezava od točke do točke Preračun dušenja l Ovira na višini črte, ki povezuje obe anteni.

Povezava od točke do točke Preračun dušenja l Ovira sega 1 m višje od vidne črte, ki povezuje anteni.

Standardi Za poenotenje standardov skrbijo razne institucije, med njimi: • Electronics Industries Association (EIA) - RS 232 • 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) - 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) npr. 194. 249. 221. 33 določeni deli določajo del omrežja, določeni pa posamezen računalnik v delu omrežja, vendar je to odvisno od razredov npr. domače omrežje 194. 249. 221. 33 do 194. 249. 221. 54 posamezne računalnike znotraj domačega omrežja pa ločimo le po delu za zadnjo piko Računalniški sistemi

Naslavljanje rač. Domain Name System (DNS) - alfanumerično ime računalnika v omrežju, vezano na IP npr. domena: fov. uni-mb. si računalniki: lopes 1. fov. uni-mb. si kib 1. fov. uni-mb. si www. fov. uni-mb. si uporabniki: janez. novak@fov. uni-mb. si možno je sestaviti e-mail naslov študenta na fov. . . Računalniški sistemi

Naslavljanje - URL Uniform Resource Locator (URL) - naslavljanje poti do virov npr. http: //lopes 1. fov. uni-mb. si/talent/index. htm ime dokumenta s potjo strežnik protokol Računalniški sistemi

Univerza v Mariboru Fakulteta za organizacijske vede ZAKLJUČEK dr. Igor Bernik, docent kib 1. fov. uni-mb. si/Ra. SK