Podstawy Transmisji Danych

Podstawy Transmisji Danych dr. inż. Jacek Stępień Katedra Elektroniki AGH C3 406 / C2-422 tel. 30-12 email: stepien@agh.edu.pl 1

Klasyfikacja sieci komputerowych WAN Wide Area Network Rozpiętość > 100km MAN Metropolitan Area Network Rozpiętość 10km 100km LAN Local Area Network Rozpiętość < 10km Siedmiowarstwowy model odniesienia ISO/OSI Warstwa aplikacji Warstwa prezentacji Warstwa sesji Warstwa transportowa Warstwa sieci Warstwa łącza danych Warstwa fizyczna Węzeł sieci Warstwa aplikacji Warstwa prezentacji Warstwa sesji Warstwa transportowa Warstwa sieci Warstwa łącza danych Warstwa fizyczna 2

Warstwy... Warstwa aplikacji Interfejs użytkownika - zbiór programów będących źródłem transmitowanych przez sieć danych -zbiór poleceń akceptowanych przez program, uruchamiających określone usługi sieciowe Warstwy... Warstwa prezentacji Linux Microsoft Windows VT VT Transkodowanie danych z poziomu aplikacji do postaci zdefiniowanej w Virtualnym Terminalu Umożliwia współpracę pomiędzy komputerami z różnymi systemami operacyjnymi 3

Warstwy... Warstwa sesji Funkcja administracyjna Połączenie logiczne pytanie Funkcja dialogowa odpowiedź Funkcje administracyjne: nawiązanie połączenia logicznego zamknięcie połączenia Funkcja dialogowa: synchronizacja i sterowanie wymianą informacji Warstwy... Warstwa trasportowa Zapewnia wymaganą jakość (QoS) procesu przenoszenia informacji dzięki maksymalnie efektywnemu wykorzystaniu kanału transmisyjnego. Formuje strumień informacji w postać pakietową. 1 2 3 4 5 6 7 8 4

Warstwy... Warstwa sieci Transport pakietów pomiędzy poszczególnymi węzłami sieci Dobór optymalnego routingu (optymalna trasy przesyłu) Przeciwdziała przeciążeniom (steruje aktualnym obciążeniem systemu) Steruje przepływem (dopasowanie prędkości nadajnika i odbiornika) Warstwy... Warstwa łącza danych Flagi Pakiet z warstwy 3 CRC Zabezpiecza transmitowaną informację przed skutkami wystąpienia błędów transmisji. Synchronizacja i ramkowanie strumienia danych Wykrywanie i korekcja błędów 5

Warstwy... Warstwa fizyczna Definiuje charakterystyki elektryczne, machaniczne i funkcjonalne wszystkich urządzeń i mediów transmisyjnych. Jednostki danych W modelu odniesienia OSI, protokół każdej warstwy definiuje swoją jednostkę danych PDU (Protocol Data Unit). Zaletą takiego rozwiązania jest to, iż warstwa niższa nie ingeruje we wnętrze jednostki danych warstwy wyższej, a tylko dodaje do niej informacje w postaci nagłówka, które umożliwiają wykonywanie powierzonych jej zadań i funkcji. nagłówek jednostka danych warstwy 4 6

Jednostki danych W modelu odniesienia OSI, protokół każdej warstwy definiuje swoją jednostkę danych PDU (Protocol Data Unit). Zaletą takiego rozwiązania jest to, iż warstwa niższa nie ingeruje we wnętrze jednostki danych warstwy wyższej, a tylko dodaje do niej informacje w postaci nagłówka, które umożliwiają wykonywanie powierzonych jej zadań i funkcji. nagłówek nagłówek jednostka jednostka danych warstwy danych 3warstwy 4 Jednostki danych W modelu odniesienia OSI, protokół każdej warstwy definiuje swoją jednostkę danych PDU (Protocol Data Unit). Zaletą takiego rozwiązania jest to, iż warstwa niższa nie ingeruje we wnętrze jednostki danych warstwy wyższej, a tylko dodaje do niej informacje w postaci nagłówka, które umożliwiają wykonywanie powierzonych jej zadań i funkcji. nagłówek nagłówek jednostka jednostka danych warstwy danych 2warstwy 3 7

Jednostki danych W modelu odniesienia OSI, protokół każdej warstwy definiuje swoją jednostkę danych PDU (Protocol Data Unit). Zaletą takiego rozwiązania jest to, iż warstwa niższa nie ingeruje we wnętrze jednostki danych warstwy wyższej, a tylko dodaje do niej informacje w postaci nagłówka, które umożliwiają wykonywanie powierzonych jej zadań i funkcji. nagłówek jednostka jednostka danych warstwy danych 1warstwy 2 Model warstwowy OSI Warstwa aplikacji AH Dane Warstwa prezentacji PH AH Dane Ramka Warstwa sesji SH PH AH Dane Warstwa transportowa TH SH PH AH Dane Warstwa sieci NH TH SH PH AH Dane Warstwa łącza danych DH NH TH SH PH AH Dane Warstwa fizyczna Bity danych Bridge Router DH, NH, TH, SH, PH, AH nagłówki poszczególnych warstw 8

Sieci WAN jako połączenia pomiędzy sieciami LAN Nośniki transmisyjne umożliwiające łączenie sieci LAN: linie telefoniczne, sieci satelitarne, systemy mikrofalowe, sieci światłowodowe sieci telewizji kablowych Nośniki te łączą się z sieciami lokalnymi poprzez urządzenia portalowe, którymi najczęściej są routery. Segmenty transmisyjne Sieci lokalne Systemy dostępowe Protokoły WAN 9

Sieci lokalne Ethernet Preamble SFD DA SA DFL DF PAD FCS Standard sieci komputerowych opracowany przez firmę Xerox, DEC oraz Intel w 1976 roku wykorzystujący topologię sieci typu magistrala. Stacje o równym priorytecie stosują mechanizm CSMA/CD dostępu do medium transmisyjnego. Token Ring Sieci lokalne Token ring metoda tworzenia sieci LAN opracowana przez firmę IBM w latach 70. Wykorzystuje technikę przekazywania tzw. "żetonu" (ang. token passing). Stacja, która ma wiadomość do nadania, czeka na wolny żeton. Kiedy go otrzyma, zmienia go na żeton zajęty i wysyła go do sieci, a zaraz za nim blok danych zwany ramką (frame). 10

Sieci lokalne FDDI Fiber Distributed Data Interface (FDDI) standard transmisji danych, jest oparty na technologii światłowodowej. Transfer w tych sieciach wynosi 100 Mb/s. Sieć ta zbudowana jest z dwóch pierścieni pierścień pierwotny i pierścień zapasowy (wtórny). Sieci FDDI stosuje się przede wszystkim w sieciach szkieletowych lub kampusowych, ponieważ dzięki nim można podłączyć ok. 500 urządzeń rozrzuconych na przestrzeni nawet 100 km. IEEE802.11 Sieci lokalne 802.11 grupa standardów IEEE sporządzonych przez grupę 11 z IEEE 802 opisujących warstwę fizyczną i podwarstwę MAC bezprzewodowych sieci lokalnych.. Najważniejsze standardy 802.11: 802.11 oryginalny 802.11b 802.11a 802.11g 802.11n 802.11ac 11

Systemy dostępowe ISDN Usługi ISDN ISDN przesyła głos i dane poprzez standardowe linie telefoniczne w postaci cyfrowej. Połączenie lokalizacji abonenta z centralą telefoniczną może odbywać się z kilkoma różnymi prędkościami Komputer wyposażony w adaptery terminali i routery ISDN może łączyć możliwości transmisji głosu i danych. Kanały transmisyjne 2B+D (BRA) Kanały transmisyjne PRA (dostęp pierwotny) DSL Systemy dostępowe DSL - usługa w pełni cyfrowa, umożliwiająca transmisję danych z prędkością od 300 kb/s do 8 Mb/s (a nawet większą) ADSL (asymetric DSL asymetryczna linia DSL) HDSL (high bit-rate DSL szybka linia DSL) (!!HDSL2) RADSL (rate-adaptive DSL linia DSL z adaptacja prędkości)!!łącze ma różną prędkość w obydwu kierunkach!! 12

Modemy kablowe Systemy dostępowe Wszystkie domy (mieszkania) w danym sąsiedztwie użytkują wspólny kabel telewizyjny, Kilka sąsiednich kabli łączy sią za pomocą jednostki dostąpu kablowego (cable access unit CAU), która łączy sygnały ze wszystkich kabli w jeden sygnał. Jednostki CAU łączą sią z kolei z za pomocą światłowodów ze stacjami czołowymi (head end) telewizji kablowej, gdzie znajdują się routery i skąd sygnał wędruje do Internetu. Dwa rodzaje modemów kablowych modemy dwukierunkowe hybrydowe światłowodowo-koncentryczne (two- way hybrid fiber-coaxial HFC) - teoretycznie prędkość pobierania danych w zakresie od 3 do 10 Mb/s i prędkość wysyłania od 128 kb/s do 10 Mb/s. modemy koncentryczne jednokierunkowe - prędkość pobierania danych średni0 2 Mb/s i wymagają modemu analogowego do wysyłania danych od użytkownika DOCSIS (Data Over Cable Service Internet Specification) Sieci bezprzewodowe (Wireless...) EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution) GPRS ( General Packet Radio Service) LTE (Long Term Evolution) Systemy dostępowe Częstotliwości: Twin Dual Band GSM900/1800 MHz; GSM 850/1900MHz Sieci: GSM850 0.8W, E-GSM 2W, GSM1800 1W, GSM1900 1W Kompresja: MNP 5V.42bis Transfer Standardowy: GPRS Class B, Multi-slot Class 8 (4 down/1 up/5 per frame), Up to 64Kbps Błędy Połączeń: End to end MNP 2-4; LAPM (V.42) RLP Łącze: USB standard 1.1 Waga: 18 g Razmiar(L x W x H): 72 mm (bez anteny) x 35mm x 12.5mm ; 2.83, (z anteną) x 1.37 inch x 0.5 inch Obsługiwane karty SIM: 3V/1.8V Aplikacja: Internet, SMS (Krótkie wiadomości tekstowe), Książka Telefoniczna, ręczna zmiana sieci, Blokada PIN GSM/ISDN: Stosownie do V.110 Wymagania Systemowe: Windows XP/2000/ME/98SE i 30 MB wolnego miejsca na dysku Wejściowe: USB 5V GPRS Pobór Mocy: Stan uśpienia 20mA, Średnio 300mA, Maksymalnie 460mA Temperatura: -20*C to +60*C (normalna), -30*C to +75*C (podwyższona), -40*C to +85*C (krytyczna) Sieci dedykowane IEEE 802.16 13

Komunikacja satelitarna Systemy dostępowe i nie tylko Satelity geostacjonarne i krążące po niskich orbitach mają na pokładzie transpondery, przekazujące sygnały komunikacyjne. Transpondery odbierają sygnały transmitowane ze stacji naziemnych, poddają je obróbce, wzmacniają i retransmitują z powrotem na Ziemię.!!Wysokość pozycji satelitów geostacjonarnych, wynosi 35810km!! Satelity poruszające się po niskich orbitach tworzą kosmiczną sieć szkieletową, która pokrywa zasięgiem cały glob. Zalety: Wada: olbrzymi zasięg cenniki łączy satelitarnych są niezależne od odległości opłaty za łącza satelitarne składają się z opłaty za dostęp do transpondera oraz opłat zależnych od wykorzystanej szerokości pasma, łatwość instalacji oferują niezawodność niedostępną w przypadku usług naziemnych nie są one konkurencyjne pod względem kosztów w porównaniu z łączami naziemnymi do odległości rzędu 1 000 km. Protokół X.25 Protokoły sieciowe Cechy sieci X.25 komutacja pakietów o zmiennej długości z zastosowaniem trybu połączeniowego możliwość tworzenia połączeń wirtualnych rozbudowany system korekcji błędów i sterowania przepływem niezawodny przekaz informacji współpraca ze standardowymi liniami transmisyjnymi pierwszy uniwersalny protokół dla transmisji pakietowej dobra jakość transmisji po zawodnych łączach 14

Protokoły sieciowe Ewolucja X.25 Frame Relay Nowe wymagania dla sieci pakietowych znaczny wzrost mocy obliczeniowej komputerów zwiększenie szybkości przesyłania danych większe wymagania dotyczące czasów opóźnień medium fizyczne staje się bardziej niezawodne rozwiązania X.25 coraz bardziej nieefektywne i kosztowne w eksploatacji Protokoły sieciowe Frame Relay Podstawowe cechy Frame Relay standard zakłada wysoką jakość łączy kontrola poprawności danych i sterowanie odbywa się w stacjach końcowych współpraca ze standardowymi liniami transmisyjnymi tworzenie połączeń logicznych (kanałów wirtualnych) 15

ATM Protokoły sieciowe Regionalne i metropolitalne sieci ATM przystosowane są do świadczenia usług w różnorakich zastosowaniach: - tworzenie wirtualnych sieci korporacyjnych - udostępnianie usług centralnych baz danych klientom - zapewnianie klientom sprawnego dostępu do sieci zewnętrznych - świadczenie usług informatycznych IPv4/IPv6 Protokoły komunikacyjne TCP (Transmission Control Protocol) IP (Internet Protocol) ICMP (Internet Control Message Protocol) ARP (Address Resolution Protocol) RARP (Reverse Address Resolution Protocol) 16

Usługi IPv4 We/wy klienta klient telnetu intersieć (TCP) serwer telnetu system operacyjny system operacyjny format systemu klienta format systemu serwera Telnet różnorodność systemów klient SERWER przesyłanie danych proces ster. proces ster. przesyłanie danych system operacyjny tcp/ip system operacyjny FTP transfer plików IPv4 Programy Zasada działania ECHO DHCP DISCOVER KLIENT DHCP OFFER DHCP REQUEST DHCP ACK/DHCP NAK DHCP DECLINE DHCP DHCP - Dynamic Host Configuration Protocol DNS - struktura ROOT ROOT sama w sobie domena ta nie ma maszyn. Jawnie to (.) PL XYZ COM ED U ZYX 17

Routing IP Routing Protokoły routingu: Protokoły wektora odległości Protokoły stanu łącza Protokoły klasowe Protokoły routingu: RIP BGP IGRP EIGRP OSPF INTERNET Bezpieczeństwo Firewall Virtual Private Network (VPN) Kryptografia ssh sftp 18

VoIP Protokoły dodatkowe CCM Cisco Call Manager (zarządzanie połączeniami IP oraz telekonferencjami. R Router P Switch VPN Virtual Private Network TV/IP Protokoły dodatkowe Wielokanałowe IPTV Nowe sieci dostepowe QoS IP Multicast 19