FAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI Zavod za informacijsko ... › fpz › Arhitektura...Dedicirani kanali izme đu ure đaja iz dva geografska podru čja Izvor: Horak, R., (2007), Telecommunications

Sveučilište u Zagrebu

FAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI

Zavod za informacijsko-komunikacijski promet

Katedra za tehniku informacijsko-komunikacijskog prometa

Kolegij:

Sveučilište u Zagrebu

FAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI

Zavod za informacijsko-komunikacijski promet

Katedra za informacijsko komunikacijske sustave i mreže

Kolegij:

Arhitektura telekomunikacijske mreža(ak. god. 2016./2017.)

Definiranje osnovnih pojmova

telekomunikacijskih mreža

izv. prof. dr. sc. Dragan Perakovićdoc. dr. sc. Marko Perišaprof. dr. sc. Slavko Šarićdr. sc. Ivan Forenbacher

Sadržaj

Segmentacija telekomunikacijske mreže

Temeljni pojmovi

Vrste kanala

Two-wire vs. Four-wire

Bandwidth

Analog vs. Digital

Pojačala i ponavljači signala

Proces konverzije

Multipleksiranje

Komutacija kanala i komutacija paketa

Signalizacija i upravljanje

Načini distribucija informacija

OSI model

Uvod

Arhitektura

telekomunikacijske

mreže

Uvod (cont.)

o Arhitektura je …

• Raspored elemenata mreže

• Složena struktura mreže

• Ustroj mreže

o Telekomunikacija je …

• Prijenos i distribucija informacija (komunikacija) od odašiljača prema prijemniku na određenoj udaljenosti (tele).

• Određeni oblik elektromagnetske energije predstavlja informacije preko određenog prijenosnog medija (bakar, optičko vlakno, zrak)

o Mreža je …

• Sustav za prijenos informacija

• Niz međusobno povezanih dijelova (komunikacijskih sustava) u cjelinu sa ciljem distribucije informacija.

Sadržaj

Segmentacije telekomunikacijske mreže

Temeljni pojmovi

Vrste kanala


Bandwidth

Analog vs. Digital


Proces konverzije

Multipleksiranje




OSI model


o Telekomunikacijska mreža se može podijeliti na tri osnovna dijela:

• Korisnička mreža je…

– dio mreže koji se nalazi na isključivo na korisničkoj strani. Sastoji se od krajnjih/terminalnih uređaja (engl. End-device)

– engl. User Premises Equipment (UPE)

• Pristupna mreža je…

– dio komunikacijske mreže koja omogućava korisnicima ili krajnjim uređajima povezivanje na jezgrenu mrežu.

– engl. Access network

• Jezgrena mreža je…

– središnji dio komunikacijske mreže. Omogućava usmjeravanje i prijenos informacija između dva rubna dijela mreže.

– engl. Core network


(cont.)

Slika X. Segmentacija telekomunikacijske mreže

Sadržaj


Temeljni pojmovi

Vrste kanala


Bandwidth

Analog vs. Digital


Proces konverzije

Multipleksiranje




OSI model

Temeljni pojmovi

o Predajnik (Transmitter) je…

• Uređaj koji započinje prijenos informacija. Koriste se još nazivi i kao sender ili source. Primjeri uređaja jesu: telefoni, računala, video kamere i sl.

o Prijemnik (Receiver) je…

• Uređaj koji zaprima informacije. Koriste se još nazivi i kao sink, target device ili destination device. Primjeri uređaja jesu: telefoni, računala, video kamere.

Temeljni pojmovi (cont.)

o Circuit je…

• Komunikacijski put/putanja koji je uspostavljen preko prijenosnog medija između dvije ili više točaka u mreži. Circuit se pretežno odnosi na logičku vezu (engl. Logicalconnection) preko fizičke linije (engl. Physical line)

o Circuit se još naziva …

• path, link, line ili channel koji imaju svoje značenje ovisno o tehnologiji koja se koristi.

o Circuit se najčešće koristi…

• u telefonskoj mreži za komunikaciju koja može biti preko dvije žice (negl. Two-wirecircuit) ili četiri žice (engl. Four-wire circuit).

o Circuit može biti…

• pristupni ili transportni.

• fizički ili virtualni.


o Link je…

• Segment od dvije točke (kraja) end-to-end circuit-a (npr. od terminalnog uređaja prema switch-u). Circuit se najčešće sastoji od višestrukih linkova.


Slika 1. Kanal i link između odašiljača i prijemnikaIzvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.


o Line je…

• Dio koji označava konekciju između PBX centrale i terminalnog uređaja.

• Dio koji označava konekciju između korisnika i lokalne centrale (engl. Local loop) –korisnički dio mreže.

o Line se još naziva…

• i tributary (pritok) koji je dio trunk-a (u jezgrenom dijelu mreže)

o Trunk je…

• Komunikacijski kanal koji se dijeli između više korisnika.

o Trunk može biti…– Central Office Trunk – povezuje korisnike/PBX sa lokalnom centralom

– Tie Trunk – povezuje međusobno dvije PBX centrale.

– Interoffice trunk – povezuje međusobno dvije lokalne centrale


o Channel je…

• Jednosmjerna konekcija/veza između odašiljača i prijemnika.

• U podatkovnim mrežama odnosi se na dvosmjernu komunikaciju.

o Switch je…

• Uređaj koji uspostavlja, održava i mijenja logičke veze preko fizičkog medija.

• U kontekstu telefonski mreže najčešće se odnosi na telefonsku centralu.

• U kontekstu podatkovnih mreža odnosi se na uređaje koji obavljaju paketnukomutaciju

• Ovisno gdje su smješteni, mogu biti edge ili core switchevi

o Router je…

• „Inteligentiji” uređaj od switch-a koji može donositi odluke o usmjeravanjugledajući mrežu kao cjelinu. To je u suprotnosti sa switch-evima koji gledajusamo pojedini link i ne znaju što se događa u ostatku mreže.


o Mreža je…• Skup (prostorno distribuiranih) elemenata međusobno povezanih sa ciljem

omogućavanja prijenosa i distribucije informacija.

o Mreža može biti….I. Personal Area Network (LAN)

– namijenjena za povezivanje terminalnih/perifernih uređaja na ograničenom prostoru (< 100 m).

II. Local Area Network (LAN)

– Mreža namijenjena za povezivanje terminalnih/perifernih uređaja na ograničenom prostoru (< 1000 m).

– LAN mreže se pretežno odnose na privatne mreže.

III. Metropolitan Area Network (MAN)

– Javna mreža koja pokriva (pri)gradsko područje (< 10 km).

– Koristi se za međusobno povezivanje LAN mreža.

IV. Wide Area Network (WAN)

– Mreža koja pokriva šire geografsko područje (cca. 1000 km) poput regije/države/kontinenta.

Sadržaj


Temeljni pojmovi

Vrste kanala


Bandwidth

Analog vs. Digital


Proces konverzije

Multipleksiranje




OSI model

Vrste kanala

o Kanali (engl. Circuits), ovisno o vrsti primjene i zahtjevima mreže, mogu

biti…

• Dedicirani (engl. Dedicated)

– Posebni fizički kanali dedicirani za direktno povezivanje uređaja u mreži.

• Komutirani (engl. Switched)

– Prospojeni fizički kanali u mreži pomoću jednog ili više komutacijskih čvorova (npr. telefonska centrala) za fleksibilno povezivanje uređaja u mreži.

• Virtualni (engl. Virtual)

– Logički kanali u mreži za povezivanje uređaja.

– Postoje Permanent Virtual Circuit (PVC) i Switced Virtual Circuit (SVC)

Vrste kanala (cont.)

Slika 2. Dedicirani kanali između uređaja iz dva geografska područjaIzvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.


Slika 3. Komutirani kanali između uređaja u mreži pomoću edge i core centralaIzvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.


Slika 4. Virtualni kanali

Sadržaj


Temeljni pojmovi

Vrste kanala


Bandwidth

Analog vs. Digital


Proces konverzije

Multipleksiranje




OSI model


Slika 5. Primjena two-wire i four-wire komunikacijeIzvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.

Two-wire vs. Four-wire (cont.)

o Two-wire

• Koriste se dvije žice za komunikaciju u oba smjera preko istog fizičkog linka ili puta (engl. Path).

• Primjer je analogna telefonska lokalna petlja koja povezuje korisnika sa lokalnom centralom.

• Ograničena je duljinom < 5.5 km

o Four-wire

• Koriste se četiri žice za komunikaciju u oba smjera preko odvojenih fizičkih linkova ili puteva.

• Najčešće se jedan par žica koristio za dolazni promet, a drugi par žica za odlazni promet.

• Služile su za povezivanje, primjerice, lokalnih i tandem centrala

• Duljine > 80 km

Sadržaj


Temeljni pojmovi

Vrste kanala


Bandwidth

Analog vs. Digital


Proces konverzije

Multipleksiranje




OSI model

Bandwidth

o Bandwidth je mjera za kapacitet analognog (Hz) ili digitalnog (bps)

kanala.

o Bandwidth se odnosi na dostupni frekvencijski pojas za prijenos

informacija.

o Pojmovi vezani za bandwidth:

• Val nosioc

• Hertz

• Baud

• Bits i Bytes per second

• Narrowband, Wideband i Broadband

Bandwidth (cont.)

Slika 6. Prikaz bandwidtha, guard band, i individualnih kanala

Bandwidth (cont.)

o Val nosioc je…

• Kontinuirani signal određene frekvencije čiji se parametri mijenjanju za prijenos informacije.

• Podržava i prijenos signalnih i kontrolnih informacija.

o Hertz je…

• Mjerna jedinica frekvencije. Odnosi se na broj elektromagnetskih valova u sekundi.

• Mjerna jedinica za analogni bandwidth (kHz, MHz, GHz, THz) = razlika između najviše i najniže frekvencije.

o Baud je…

• Mjerna jedinica za broj signalnih jedinica (promjena signala) u sekundi.

• Baudrate ne može nikad biti veći od bandwidtha u Herzima.

• Jedan baud može predstavljati jedan ili više bitova. Još se i naziva simbolom.

Bandwidth (cont.)

Slika 7. Razlika između bita i simbola.

Bandwidth (cont.)

o Bits per second (bps) i Byte per second (Bps) su…

• Mjerne jedinice za digitalni bandwidth.

• Označava broj prenesenih bitova ili bajtova u jedinici vremena (sekundi)

o Narrowband, wideband i broadband su…

• Oznake za različite raspone bandwidtha.

Bandwidth (cont.)

o Narrowband:

• odnosi se na bandwidth za prijenos glasa (engl. Voice grade circuit).

• U analognim telekomunikacijama narrowband kanal ima bandwidth od 4 kHz(standard za analogni glas).

• U digitalnim telekomunikacijama narrowband označava kanal kapaciteta 64 kbps (standard za nekompresirani, digitalizirani glas)

o Wideband:

• Koristi se kada je dostupni bandwidth najčešće veći od potrebnog za normalan rad.

o Broadband:

• Neprecizani, evoluirajući termin koji se odnosi na relativno velik bandwidth.

• Najčešće se koristi za bandwidth veći od 1.544 Mbps, odnosno 2.048 Mbps.

• U LAN mrežama broadband se koristi u drugačijem kontekstu.

Bandwith vs. Throughput

Sadržaj


Temeljni pojmovi

Vrste kanala


Bandwidth

Analog vs. Digital


Proces konverzije

Multipleksiranje




OSI model

Analog vs. Digital

o Vrsta komunikacije se može podijeliti na:

• Analogna komunikacija je…

– oblik komunikacije gdje je informacija predstavljena pomoću kontinuiranih

vrijednosti parametara zvučnog vala (amplituda, frekvencija).

• Digitalna komunikacija je…

– oblik komunikacije gdje je informacija predstavljena diskretnim vrijednostima

signala, odnosno kombinacijom 0 i 1.

Analogna komunikacija

Slika 8. Sinusoidalni oblik vala sa frekvencijom, amplitudom i periodom.

Analog vs. Digital (cont.)

o Prednosti analognog prijenosa:

• Način prijenosa – relativni lakši prijenos jer se informacija nalazi u izvornom obliku.

• Bandwidth – potreban je manji bandwidth u odnosu na digitalni prijenos.

• Dostupnost – široka dostupnost.

Analog vs. Digital (cont.)

o Prednosti digitalnog prijenosa:

• Kompresija – lakša kompresija digitalnog signala što rezultira manjim bandwidthom.

• Sigurnost – poboljšani mehanizmi zaštite u odnosu na analogni prijenos �enkripcija.

• Bolji integritet informacije – manje grešaka u digitalnom u odnosu na analogni prijenos. Stupanj greške 10-7 u odnosu na 10-5 za analogne sustave.

• Trošak – financijski isplativiji.

• Mogućnost nadogradnje – laka nadogradnja digitalnih sustava sa ciljem povećavanja bandwidtha i integriteta informacija.

• Upravljanje – digitalne mreže moguće je puno lakše održavati/upravljati.

Sadržaj


Temeljni pojmovi

Vrste kanala


Bandwidth

Analog vs. Digital


Proces konverzije

Multipleksiranje




OSI model


o Pojačala signala su…

• Uređaji čija je uloga pojačavanje analognog signala zajedno sa šumom.

• Koriste se u lokalnoj petlji gdje je ograničena duljina bakrene parice (< 5.5 km)

o Ponavljači signala su…

• Uređaji u digitalnim sustavima čija je uloga regeneracija digitalnog signala.

• Pogađa vrijednosti slabog dolaznog signala (0 ili 1) na temelju razine voltaže te regenerira signal.

Sadržaj


Temeljni pojmovi

Vrste kanala


Bandwidth

Analog vs. Digital


Proces konverzije

Multipleksiranje




OSI model

Proces konverzije

o Tijekom prijenosa signala je potrebno najčešće je potrebno signali

konvertirati iz analognog (A) u digitalni (D) i obrnuto.

o Za konverziju D-A-D koriste se uređaji koji se nazivaju modemi

(modulator i demodulator).

o Za konverziju A-D-A koriste se kodeci (npr. G.711) koji ulazni analogni

signal kodiraju na strani odašiljača te potom obavljaju reverzibilan

postupak na prijamnoj strani – dekodiranje.

Proces konverzije (cont.)

Slika 9. Princip A-D konverzije Izvor: http://www.technologyuk.net/telecommunications/telecom_principles/pulse_code_modulation.shtml

Sadržaj


Temeljni pojmovi

Vrste kanala


Bandwidth

Analog vs. Digital


Proces konverzije

Multipleksiranje




OSI model

Multipleksiranje

o Multipleksiranje je…

• proces koji omogućuje dijeljenje fizičkog medija između dva čvora u mreži kako bi se prenosili višestruki tokovi informacija sa višestrukih izvora.

o Multipleksiranje može biti….

• Frequency Division Multiplexing (FDM)

• Time Division Multiplexing (FDM)

• Statistical Time Division Multiplexing (FDM)

• Wavelength Division Multiplexing (WDM)

Multipleksiranje (cont.)

o Frequency Division Multiplexing (FDM)

Slika 10. Primjena FDM-aIzvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.


o Time Division Multiplexing (TDM)

Slika 11. Primjena TDM-aIzvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.


o Statistical Time Division Multiplexing (STDM)

Slika 12. Primjena STDM-aIzvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.


o Valno multipleksiranje (engl. Wavelength Division Multiplexing) je…

• proces koji omogućuje višestruki prijenos optičkim kablom sa jednim vlaknom koristeći različite valne duljine svijetla (λ).

o WDM to postiže….

• podesivim laserima koji mogu emitirati svjetlost u različitim prozorima (različitih valnih duljina)

o Osnovne vrste WDM-a su…

• Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM)

• Coarse Wavelength Division Multiplexing (CWDM)


Slika 13. Princip rada valnog multipleksa


o Inverzno multipleksiranje je….

• obrnuti proces od klasičnog multipleksiranja koji služi da se jedan multipleksirani tok informacije (veće brzine) razbije u nekoliko manjih (niže brzine).

• Po potrebi se tokovi manje brzine mogu kombinirati u cjelinu radi postizanja većih prijenosnih brzina.

o Inverzno multipleksiranje se koristi…

• Primjerice, T1 sa multipleksirana 24 kanala sa 64 kbps nije dovoljan za potrebe prijenosa videa u stvarnom vremenu. Tada se T1 link može razbiti po potrebi u manje kanale sa potrebnom brzinom;

Inverzno multipleksiranje

Slika 14. Princip rada inverznog multipleksiranja

Sadržaj


Temeljni pojmovi

Vrste kanala


Bandwidth

Analog vs. Digital


Proces konverzije

Multipleksiranje




OSI model


Slika 15. Kumutacija kanala (circuit switched) i komutacija paketa (packet switched)


(cont.)o Kod mreža sa komutacijom kanala (engl. Circuit switched) uspostavlja

se veza između fizičkih kanala (engl. Physical circuit), tj. žica na privremenoj, kontinuiranoj ili ekskluzivnoj bazi.

o Tako uspostavljena veza traje za vrijeme trajanja komunikacije između čvorova u mreži.

o Mreže sa komutacijom paketa (engl. Packet switched) prijenos informacija se vrši pomoću paketa u koje se smještaje manji dijelovi informacije.

o Svaki paket je poslan neovisno zbog toga da se za svaki paket može odrediti najprikladnija i dostupna ruta kojom paket može stići na odredište.

Sadržaj


Temeljni pojmovi

Vrste kanala


Bandwidth

Analog vs. Digital


Proces konverzije

Multipleksiranje




OSI model


o Signalizacija i upravljanje je…

• skup funkcija koje se odvijaju u unutar mreže kako bi se osigurao njezin nesmetan

rad a vezane su za uspostavljanje, održavanje i prekid konekcije te praćanje statusa

mreže.

o U tom kontekstu, razni mrežni elementi unutar mreže međusobno se

moraju predstaviti, komunicirati svoje stanje, i proslijediti

instrukcije/naredbe.

o Osnovni primljeni su on/off-hook status, pružanje tona za biranje, indikacija

zauzetosti linije, billing instrukcije i sl.

o Današnje mreže koriste Signalling System 7 (SS7) za tradicionalnu

telefonske mreže i SIP/H.323 za mreže za prijenos govora IP protokolom.

Sadržaj


Temeljni pojmovi

Vrste kanala


Bandwidth

Analog vs. Digital


Proces konverzije

Multipleksiranje




OSI model


Slika 16. Unicast, Broadcast i Multicast načini distribucije informacija

Načini distribucija informacija (cont.)

• Jedan odašiljač/izvor šalje informaciju(e) točno samo prema samo jednom prijemniku/odredištu unutar određene mreže (npr. email).

• Jedan odašiljač/izvor šalje informaciju(e) točno samo prema samo jednom prijemniku/odredištu unutar određene mreže (npr. email).

Unicast

• Jedan odašiljač/izvor šalje informaciju(e) prema svim prijemnicima/odredištima unutar određene mreže (npr. javna TV).

• Jedan odašiljač/izvor šalje informaciju(e) prema svim prijemnicima/odredištima unutar određene mreže (npr. javna TV).

Broadcast

• Jedan odašiljač/izvor šalje informaciju samo prema određenim prijemnicima/odredištima koji su pretplaćeni na određenu uslugu (npr. IPTV).

• Jedan odašiljač/izvor šalje informaciju samo prema određenim prijemnicima/odredištima koji su pretplaćeni na određenu uslugu (npr. IPTV).

Multicast

Načini distribucija informacija (cont.)

• Jedan odašiljač/izvor šalje informaciju(e) prema određenomb broju prethodno definiranih odredišta (npr. CDN mreže).

• Jedan odašiljač/izvor šalje informaciju(e) prema određenomb broju prethodno definiranih odredišta (npr. CDN mreže).

Anycast

• Više odašiljača/izvora šalje informacije prema jednom odredištu (npr. senzorske mreže) – obrnuto od broadcast.

• Više odašiljača/izvora šalje informacije prema jednom odredištu (npr. senzorske mreže) – obrnuto od broadcast.

Convergecast

• Jedan odašiljač/izvor šalje informacije prema odredištima u određenom geografskom području (npr. lokalna televizija).

• Jedan odašiljač/izvor šalje informacije prema odredištima u određenom geografskom području (npr. lokalna televizija).

Geocast

Sadržaj


Temeljni pojmovi

Vrste kanala


Bandwidth

Analog vs. Digital


Proces konverzije

Multipleksiranje




OSI model

OSI model

o OSI (Open Systems Interconnection) referenti model je…

• konceptualni model za standardizaciju unutarnjih funkcionalnosti komunikacijske mreže

o OSI referentni model sadrži sljedeće slojeve:

1. Fizički

2. Podatkovni

3. Mrežni

4. Transportni

5. Sesijski

6. Prezentacijski

7. Aplikacijski

Pitanja

Literatura

1. Bažant, A., (2007), Osnovne arhitekture mreža, 2. izdanje, Element,

Sveučilište u Zagrebu, Zagreb.

2. Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications

handbook, Wiley, New Jersey: USA.

3. Harte, L. (2007), Telecom Dictionary, Althos Publishing, Tennessee:

USA.

Documents

FAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI Zavod za informacijsko ... › fpz › Arhitektura...Dedicirani kanali izme đu ure đaja iz dva geografska podru čja Izvor: Horak, R., (2007), Telecommunications