Model komunikacyjny

1

Podstawy sieci komputerowych

Wstęp,

pojęcia podstawowe i wprowadzenie

Spis rzeczy

Model komunikacji

Sieci komputerowe a telekomunikacja Zadania komunikacyjne

Transmisja analogowa i cyfrowa

Kodowanie – analog/cyfra – cztery rodzaje

szybkość transmisji, przepływność, przepustowość Łączność i transmisja danych

sieci LAN, MAN i WAN ( technologie ) protokoły

warstwowy model komunikacji warstwowe modele sieci standaryzacja i jej waga

Model komunikacyjny

Źródło

generuje dane które mają być przesłane

Nadajnik

zamienia dane na sygnał

System transmisyjny

przenosi sygnał

Odbiornik

zamienia sygnał na dane

Cel

odbiera przesłane dane

Model komunikacyjny - diagram

3

Kluczowe zadania komunikacyjne

Wykorzystanie systemu transmisyjnego Interfacing

Generowanie sygnału Synchronizacja

Zarządzanie centralą

Wykrywanie i korekcja błędów Adresowanie i routowanie Radzenie sobie z błędami Formatowanie wiadomości Bezpieczeństwo

Zarządzanie siecią

Uproszczony model komunikacyjny

przesyłania danych

Kodowanie sygnałów zamiana obrazu sygnału

Dane cyfrowe, sygnał cyfrowy

sieci komputerowe, pokonanie dużych odległości

Dane analogowe, sygnał cyfrowy

telefonia, telekomunikacja, telefonia cyfrowa

Dane cyfrowe, sygnał analogowy

modulacja, pokonanie dużych odległości

Dane analogowe, sygnał analogowy

rozproszenie mocy, przeciwdziałanie zakłóceniom

Kodowanie to nie szyfrowanie !!

Kodowane - przykłady

telefon analogowy

modem telefoniczny analogowy telefon cyfrowy

5

szybkość transmisji, a szybkość modulacji

szybkość transmisji (danych cyfrowych) podajemy w b/s ( bitach na sekundę ) nazyana jest przepustowością

kb/s, Mb/s i Gb/s Tb/s (10³, 10⁶, 10⁹, 10¹²) mnożnikiem jest typowo 10³ nie 1024

kanał transmisyjny ma zawsze ograniczone pasmo przenoszonych częstotliwości w Hz

liczba zmian sygnału na sekundę to szubkość modulacji w baudach ( 1 baud )

jeśli sygnał jest kodowany binarnie to szybkość transmisji == szybkość modulacji

prawa Shannona i Nyqista opisują związki tych wielkości Przepływność jest miarą natężenia strumienia informacji (danych), podczas gdy przepustowość jest cechą toru lub kanału telekomunikacyjnego

szybkość transmisji,

przepływność a przepustowość

Przepływność jest miarą natężenia strumienia informacji (danych), podczas gdy przepustowość jest cechą toru lub kanału telekomunikacyjnego

Obie mierzone w bitach na sekundę

Przepływność (prędkość transmisji, prędkość przesyłu, bit rate) - w telekomunikacji i informatyce częstość z jaką informacja (mierzona w bitach) przepływa przez pewien (fizyczny lub metaforyczny) punkt.

Przepustowość (pojemność kanału, throughput) - w telekomunikacji i informatyce maksymalna ilość informacji (mierzonej w bitach) jaka może być przesyłana przez dany kanał telekomunikacyjny lub łącze w jednostce czasu

Łączność i komunikacja

Połączenia punkt-punkt nie są zwykle praktyczne

Olbrzymia ilość urządzeń wymagałaby nie praktycznej ilości połączeń

Rozwiązaniem jest sieć komunikacyjna Transmisja w kanale może być:

jednokierunkowa – simplex ( radio, telewizja )

dwukierunkowa naprzemienna – half duplex (CB radio) dwukierunkowa jednoczesna – full duplex ( telefon )

Uproszczony model sieciowy

sieci LAN, MAN i WAN

7

Sieci WAN

Olbrzymie geograficzne obszary

Nieograniczone formalnymi granicami W oparciu o wspólne łącza transmisyjne Technologie alternatywne

Komutacja obwodów Komutacja pakietów Frame relay

Asynchronous Transfer Mode (ATM)

Przełączanie obwodów (circuit switching)

Zestawiana, dedykowana ścieżka komunikacyjna podczas trwania rozmowy

Np. sieć telefoniczna

Komutacja pakietów

Dane nie są przesyłane w kolejności

Porcjami są małe fragmenty (pakiety) danych Pakiety przesyłane z węzła do węzła pomiędzy źródłem a przeznaczeniem

Używane dla połączeń typu terminal - komputer i komputer - komputer

Frame Relay

System komutacji pakietów ma duży narzut by skompensować błędy

Nowoczesne systemy są pewniejsze

Błędy mogą być wychwycone w odbiorniku

Większość ww. narzutu jest odrzucana

9

Asynchronous Transfer Mode

ATM

Wynik ewolucji Frame Relay Mały narzut na kontrole błędów

Stała długość pakietu (zwanego komórką) Od 10Mbps do Gbps

Stała szybkość transmisji używająca techniki komutacji pakietów

Integrated Services Digital Network

ISDN

Zaprojektowany by zastąpić telefonię publiczną Szeroki wybór usług

Komunikacja wyłącznie cyfrowa

Sieci LAN

Mniejszy zakres

Budynek albo obszar kampusa

Zwykle używane przez jedną organizację Dużo większa szybkość transmisji

Na ogół technika rozgłoszeniowa

Obecnie ponad 90% sieci LAN wykorzystuje technologie Ethernet 802.3

kilka procent sieci bezprzewodowe 802.11 pozostałe to:

Token Ring 802.5 100VGanyLAN 802.12 MAP/TOP 802.4

Protokoły

Używane do komunikacji między obiektami w systemie Muszą komunikować się w ten sam sposób

Obiekty

Aplikacje użytkownika Usługi e-mail

terminale

11

Kluczowe elementy protokołów

Składnia

Format danych Poziomy sygnałów

Semantyka

Informacje kontrolne Obsługa błędów

Taktowanie

Ustalanie prędkości Sekwencjonowanie

Architektura protokołu

Zadania komunikacyjne podzielone na moduły Na przykład transmisja plików może być rozbita na 3 moduły funkcjonalne

Aplikacja przesyłania plików

⌧Obsługa nazw i katalogów w różnych systemach

⌧Kontakt z użytkownikiem i systemem „z drugiej strony”

⌧Protokół porozumiewania się systemów końcowych

Moduł usług komunikacyjnych

⌧Podział pliku na fragmenty, obsługa zdarzeń wyjątkowych

⌧Realizacja komunikacji aplikacji końcowych

Moduł dostępu do sieci

⌧Realizacja połączeń w praktyce, w danej fizycznie sieci

⌧Dostarczanie usług niezależnych od technologii

Uproszczona architektura przesyłania plików

Trójwarstwowy model

Warstwa dostępu do sieci Warstwa transportowa Warstwa aplikacji

MODEL NAJMNIEJSZY, nie ma znaczenia

praktycznego

13

Wymagania adresowe

Wymagane są dwa poziomy adresowania Każdy komputer potrzebuje unikalnego adresu Każda aplikacja w komputerze wielozadaniowym wymaga swojego unikatowego adresu (multi- tasking)

Punkt dostępu do usługi (SAP)

Architektura protokołów i sieci

Protokoły w uproszczonej architekturze

Protocol Data Units (PDU)

W każdej warstwie protokoły używane są do zapewnienia komunikacji

Informacje kontrolne są dodawane do danych w każdej warstwie do własnych potrzeb

Każda warstwa może fragmentować i składać dane Każdy fragment ma dodany nagłówek transportowy

Docelowy SAP

15

Zasada działania architektury

Architektura protokołu TCP/IP

Rozwinięty przez US Defense Advanced

Research Project Agency (DARPA) dla ich sieci komutacji pakietów (ARPANET)

Używany globalnie obecnie w Internecie Bardziej model ‘roboczy’ niż ‘oficjalny’

Warstwa aplikacji

Połączenie host-host lub warstwa transportowa Warstwa Internetu (sieci)

Warstwa dostępu do sieci ( liniowa) Warstwa fizyczna

Warstwa fizyczna

Łącze fizyczne pomiędzy urządzeniami

transmitującymi dane (np.. komputer) i medium transmisyjne lub sieć

Charakterystyka medium transmisyjnego Poziomy sygnałów

Szybkość transmisji Rodzaje złącz

Sposób kodowania sygnału

NIEZAWODNE DOSTARCZANIE BITÓW

Warstwa dostępu do sieci

Wymienia dane pomiędzy systemem końcowym a siecią lokalnie

Adres odbiorcy jest adresem sprzętowym Usługi w rodzaju priorytetów, itp.

Znalezienie drogi od nadawcy do odbiorcy w

połączeniu lokalnym

17

Warstwa Internetowa (IP)

Systemy mogą być podłączone do różnych sieci Funkcje rutowania poprzez wiele sieci

Znalezienie drogi od nadawcy do odbiorcy, od LAN nadawcy do LAN odbiorcy, „najlepszej”

Zaimplementowane w systemach końcowych i routerach na brzegach sieci LAN

Dostarczanie danych nie jest gwarantowane,

„the best effort”

Usługi bezpołączeniowe, datagramowe

NIEZAWODNE DOSTARCZANIE PAKIETÓW

Warstwa transportowa (TCP)

Niezawodne dostarczanie danych NIEZAWODNE DOSTARCZANIE SEGMENTÓW DANYCH

Udostępnienie aplikacjom różnych usług:

połączeniowych (TCP) bezpołączeniowych (UDP)

Transmitowanie „w kolejności”, retransmisja, obsługa braków i duplikatów

Ustanawianie połączeń o charakterze sesji

łączności

Warstwa aplikacji

Wsparcie dla aplikacji użytkownika lub Realizacja usług użytkownika

Protokoły usług wykorzystują mechanizmy z warstwy transportu:

TCP (połączeniowe) : HTTP, SMTP, POP3, FTP, UDP (bezpołączeniowe): NTP, SNMP, TFTP

Jeśli używa UDP, to sama realizuje część funkcji warstwy transportu lub rezygnuje z nich

Architektura protokołu TCP/IP

19

Niektóre z protokołów w zestawie protokołów TCP/IP

Model OSI

Open Systems Interconnection

Rozwijany przez International Organization for Standardization (ISO)

Siedem warstw

Model teoretyczny, powstały zbyt późno

TCP/IP jest faktycznym standardem dla warstw wyższych ( od internetu, sieci w górę )

IEEE 802, ISO 8802 jest dominującym

standardem dla warstw niskich ( fizyczna i łącze

danych)

Warstwy modelu OSI

Aplikacji Prezentacji Sesji

Transportowa Sieciowa Łącza danych Fizyczna

OSI na tle TCP/IP

21

IEEE 802 na tle OSI

Standardy

Wymagane w celu umożliwienia współpracy różnego sprzętu

Zalety

Zapewniają duży rynek dla sprzętu i oprogramowania Pozwalają na komunikację pomiędzy sprzętami różnych producentów

Wady

Hamują rozwój nowych technologii

Może istnieć wiele standardów dotyczących tej samej rzeczy

Organizacje standaryzujące i ich dokumenty

społeczność internetowa

dokumenty nieformalne:

⌧RFC (request for comment) numerowane

⌧FYI (For Your Information)

ISO

Normy np. ISO 11801

ITU-T (dawniej: CCITT)

zalecenia np.. ITU-T G.711 „Represent 8 bit compressed pulse code modulation (PCM) samples for signals of voice frequencies, sampled at the rate of 8000 …..”

IEEE 802.

Np.: 802.11b WLAN

ATM forum, Frame Relay forum,

Przykłady dokumentów normalizujących

http://www.ietf.org/rfc/rfc1149.txt

http://www.itu.int/rec/recommendation.asp?typ e=products&parent=T-REC-g

http://www.ieee.org

23

802.3

Przykład 802.3

ISO 11801

Przykład RFC

Network Working Group D. Waitzman Request for Comments: 1149 BBN STC

1 April 1990

A Standard for the Transmission of IP Datagrams on Avian Carriers Status of this Memo

This memo describes an experimental method for the encapsulation of IP datagrams in avian carriers. This specification is primarily useful in Metropolitan Area Networks. This is an experimental, not recommended standard. Distribution of this memo is unlimited.

Overview and Rational

Avian carriers can provide high delay, low throughput, and low altitude service. The connection topology is limited to a single point-to-point path for each carrier, used with standard carriers, but many carriers can be used without significant interference with each other, outside of early spring. This is because of the 3D ether

25

Dalsze informacje

Stallings, W. Data and Computer Communications (6 wydanie, Prentice Hall 1999, rozdział 1

Strona WWW książki Stallingsa

www.shore.net/~ws/DCC6e.html

Strony WWW organizacji IETF, IEEE, ITU-T, ISO RFC

Grupy dyskusyjne

comp.dcom.*

comp.protocols.tcp-ip pl.comp.networking