Transmisioni Medij Za Kompjuterske Mreze

02 Fizički sloj, komunikaciranje podacima i transmisioni medij za kompjuterske mreže

1 24.9.2012 16:42:25

Osnove računarsih mreža (ORM),

Doc. dr Kemal Hajdarević

Kontakt informacije za konsultacije i pitanja • Kemal Hajdarević

• Dostupan za konsultacije svaki radni dan uz najavu na neki od dole navedenih načina preferncijalno kako je navedeno:

1. Na pauzi između predavanja, ili na hodniku....

2. E-mail: [email protected],

[email protected]

3. Telefon: – Telefon u kancelariji 278 136 (od 08:00 do 16:00)

16:42:25 2

mailto:[email protected]




Organizacija predmeta (Raspored i teme predavanja )

24.9.2012 16:42:36 3

1. Uvod u kompjuterske komunikacije i mreže

kompjutera

Laboratorijska vježba 1 – PRIPREMA - Procedure i oprema za

rad u laboratoriji

2. Fizički sloj, komuniciranje podacima i transmisioni

medij za kompjuterske mreže

Laboratorijska vježba 2 - Kablovi i kabliranje

3. Mrežne operacije / Funkcionisanje mreže Laboratorijska vježba 3 - Mrežni adapter

4. Detekcija i korekcija grešaka Laboratorijska vježba 4 - Windump i Hub (Auditorne vježbe

1.)

5. Kompjuterski komunikacijski protokoli Laboratorijska vježba 5 – Wireshark / Ethereal, Switch i

subnetiranje

6. Mrežne tehnologije Laboratorijska vježba 6 - Linux i umrežavanje

7. Sloj linka podataka Laboratorijska vježba 7 - OPNET Switch (Auditorne vježbe 2.)

8. Mrežni / Internet sloj i tehnike rutiranja Laboratorijska vježba 8 – VLAN

9. Transportni sloj TCP /IP protokol Laboratorijska vježba 9 – Rutiranje

10. Aplikacijski sloj Laboratorijska vježba 10 - Wireless ad-hoc

11. Mrežno modeliranje – Teorija redova čekanja Laboratorijska vježba 11 - Wireless_infrastructure (Auditorne

vježbe 3.)

12. Dizajniranje kompjuterskih mreža Laboratorijska vježba 12 – Simulacija redova čekanje

13. Upravljanje kompjuterskim mrežama Laboratorijska vježba 13 – Samostalan laboratorisjki rad

14. Internet i međusobno povezivanje mreža

4

Agenda • Uvod • Istorija • Teoretske osnove • Digitalna transmisija digitalnih podataka • Parametri komunikacionog kanala • Vođeni transmisioni mediji

– Upredene parice (Twisted Pair) – Koaksijalni kabl (Coaxial Cable) – Fiber optički kablovi (Optical Fiber)

• Nevođeni transmisioni mediji – Radio talasi – Zemaljski mikro talasi (Terrestrial Microwave) – Satelitiski mikrotalasi (Satellite Microwave) – Radio talasi (Broadcast Radio) – Infracrveni talasi (Infrared)

24.9.2012 16:42:37

Teoretske osnove

• 19. stoljeće: Fourieova analiza

Fourieova analiza je dobila ime po naučniku Joseph Fourier, koji je pokazao da predstavljanje funkcije trigonometrijskim serijama uveliko pojednostavljuje istraživanje propagacije toplote

• Bilo koja periodična funkcija se može prikazati nizom trigonometrijskih funkcija (sinus i kosinus)

24.9.2012 16:42:14 5

• Godine 1927, Hary Nyquist je utvrdio je da je broj nezavisnih impulsa koji bi se mogli poslati kroz telegrafski kanal po jedinici vremena ograničen na dvostruku propusnost kanala.

• Gdje je Fp puls frekvencija (impulsi u sekundi), a B je širina frekventnog opsega /opsega (Hertz(Hz)). Vrijednost 2B kasnije je nazvana Nyquistova brzina.

24.9.2012 16:42:14 6

1837 izumljen telegraf, Samuel Morse

• Claude Shannon, je možda više nego iko postavio temelje za današnju digitalnu revoluciju.

• Njegovo izlaganje o teoriji informacija, navodeći da sve informacije mogu biti zastupljene kao matematički slijed nula i jedinica, omogućilo je digitalne manipulacije podacima bez kojih današnje informatičko društvo bi bilo nezamislivo.

Shannon je u svojoj magistarskoj tezi koju je odbranio, 1940 na MIT-u, pokazao da se rješavanje problema može postići manipulaciom simboa 0 i 1 u procesu koje bi mogli provesti automatski električni krugovi. Njegova maguistarska teza se smatra kao jedan od najznačajnijih teza 20. stoljeća.

• Osam godina kasnije, Shannon je objavio još jedan značajan rad, Matematička teorija komunikacija, koja se generalno uzima kao njegov najvažniji znanstveni doprinos.

• Bit uzorak se tretira kao periodična funkcija

– primjer - 01100010

• koeficienti za zbrajanje se nazivaju se harmonici

24.9.2012 16:42:14 7

"Otac teorije informacija"

*Claude Shannon 30 April 1916 - 23 Februar 2001

3 - 8

Digitalna transmisija digitalnih podataka

• Kompjuteri generišu / kreiraju digitalne podatke

• Standardi treba da osiguraju da pošiljaoc i

primaoc razumiju ove podatke:

– Kodovi (Codes): digitalna kombinacija bita kreiraju

jezik koje kompjuter koristi da predstavi, brojeve i

simbole u porukama.

– Signali (Signals): električni, optički, radio, uzorci koje

kompjuteri koriste da predstave (0 ili 1) tokom

transmijsije kroz medij.

24.9.2012 16:42:14

Parametri komunikacionog kanala Osnovni parametri komunikacionog kanala su:

–Širina frekventnog opsega (Hz) - Bandwidth (procesiranje signala)

– Kapacitet ili brzina prijenosa podataka (bps) Bandwidth (brzina prenosa podataka)

– Način prenosa podataka - Paralelni i serijski

- Sinhronizacija (Sinhroni i asinhroni)

- Jednostrana (Simplex) i obostrana (Duplex) komunikacija

– Izobličenje signala – Slabljenje signala

– Ograničenost frekventnog opsega (Bandwidth)

– Izobličenje zbog kašnjenja

– Šum

24.9.2012 16:42:18 9

Širina frekventnog opsega (Hz) • Širinu frekventnog opsega (Bandwidth –

analogno) definiše razlika između maksimalne i minimalne frekvence signala, koja se može prenijeti kroz kanal bez izobličenja. Širina frekventnog opsega mjeri se u Hz.

24.9.2012 16:42:20 10

Definicija

11 24.9.2012 16:42:20

Elektromagnetni Spektar - detaljnije

Parametri komunikacionog kanala

Osnovni parametri komunikacionog kanala su:



– Način prenosa podataka

– Izobličenje signala

24.9.2012 16:42:20 12

Kapacitet ili brzina prijenosa podataka (bps)

• Kapacitet kanala je jednak dvostrukoj vrijednosti frekventnog opsega.

• Kapacitet ili brzina prijenosa podataka (Bandwidth – digitalno) definiše broj bita koji se u jedinici vremena mogu prenijeti komunikacionim kanalom. Ova veličina se izražava bitima u sekundi (bps). Kapacitet kanala zavisi od vrste fizickog medija i varira u velikom dijapazonu, od nekoliko Kbps za telefonske parice do nekoliko stotina Gbps za fiber optiku.

24.9.2012 16:42:20 13

Definicija

14

Maksimalna brzina prenosa bita kroz kanal

Maksimalna brzina prijenosa podataka kroz kanal (po Nyquestu) je

C = 2 W log2 M, pri čemu je C = brzina prijenosa bita (bps) W = širina frekventnog opsega (Hz) M = broj nivoa po signalnom elementu Za M = 2 (binarni sistem) ima se: C = 2 W

1927, Hary Nyquist










– Šum

24.9.2012 16:42:20 15

Način prenosa podataka • Način prenosa podataka kroz kanal zavisi od:

– Broja bita koji se prenose istovremeno (serijski / paralelni)

– Simultanosti prijenosa (simplex, poludupleks i dupleks)

– Vremenskog intervala izmedu znakova (sinroni i asinhroni)

• U zavisnosti od broja bita koji se prenose istovremeno, prijenos može biti paralelni ili serijski.

24.9.2012 16:42:20 16

U zavisnosti od simultanosti prenosa, prenos može biti simpleksni, poludupleksni i dupleksni. Vremenski interval između znakova signala koji se prenosi odreduje da li je prijenos asinhroni ili sinhroni.










– Šum

24.9.2012 16:42:20 17

Paralelna i serijska komunikacija Kompjuteri prenose podataka na dva načina: paralelni i serijski.

Paralelno: Nekoliko bita podataka se prenose istovremeno, - printeri i tvrdi diskovi. Serijski: jedan podatkovni bit se prenosi u jednom trenutku.

• Prednosti serijske komunikacije: veće udaljenosti, lakše sinhronizirati, manje IO pinova i niže cijene.

• Serijska komunikacija često zahtijeva – Pretvaranje bajta u serijske bite i obrnuto. Shift registri – Modulacija / demodulacija serijskih bita sa / na audio tonove – Skloni crosstalk-u (interferencija sa drugim komunikacijskim

kanalima)

16:42:20 18

B A

Prenosni medij

Prijemnik Predajnik

B A

• ATA, ISA, SCSI, PCI,

• Centronics printerski port

• Kompjuterska sabirnica

• Paralelna komunikacija implicira slanje čitavog bajta (ili više) preko više paralelnih linija

• Kontrolni biti se koriste da odrede vrijeme za čitanje i pisanje podataka

16:42:20 19

Upotreba paralelnih komunikacija

B A

Prenosni medij

Prijemnik Predajnik

B A

Korištenje serijske komunikacije

• Sabirnice za serijsku komunikaciju

• Postoji mnogo popularnih serijskih komunikacijskih standarda– neki od primjera su:

– RS-232 (korištenjem UART-a)

– Serijski periferalni interfejsi(SPI)

– Sistemsku upravljačka sabirnica (SMBus)

– Serial ATA (SATA)

16:42:20 20

B A

Prenosni medij

Prijemnik Predajnik

B A

Poređenje paralelne i serijske komunikacije

Serijska

– Broj bita poslanih u sekundi - bits sent per second (bps). Stritktno Baud rate je broj jedne promjene signala u sekundi.

– Duže distance

Paralelna

– Ako je isti klok kao i za serijsku komunikaciju, paralelna može da tranmituje 8 puta brže obzirom da može da šalje signale preko više linija (8 linija). Broj bajta u sekundi - Bytes sent per second (Bps).

– Kraće distance

16:42:20 21

16:42:21 22

ATA 40 ili 80 žica u trakastom kablu (ribbon cable) 133 MBs

SCSI 68 ili 80 žica 640 MB/s

Ethernet 8 žica UTP CAT 4 100 Mbps

Kablovi i konektori za paralelnu serijsku komunikaciju

B A

Prenosni medij

Prijemnik Predajnik

B A

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Nappe.svg

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Ata_20070127_002.jpg

http://en.wikipedia.org/wiki/File:ATA_on_mainboard.jpg

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Centronics_50_SCSI_connector.JPG

16:42:21 23

Serijski podaci

Prema kompjuteru Zastavica

Communication link

Serijska i paralelna međukomunikcija

Mrežna kartica - NIC

Matična ploča

Komunikacijski kanal B A

Prenosni medij

Prijemnik

Predajnik

B A

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Ata_20070127_002.jpg

http://en.wikipedia.org/wiki/File:ATA_on_mainboard.jpg

16:42:21 24

SCSI prenosi 640 MB podataka u jednoj sekundi. • Izračunaj: Veličina datoteke je 640

MB (MegaBytes) za koje vrijeme će biti prebačena ista datoteka preko 1Gbps Ethernet linka?

16:42:21 25

Rješenje: 640 MB * 8 = 5129 Mb (file) / 1000 Mbps(bandwidth) = 5,129 seconds

SCSI prenosi 640 MB podataka u jednoj sekundi. • Izračunaj: Veličina datoteke je 640

MB (MegaBytes) za koje vrijeme će biti prebačena ista datoteka preko 1Gbps Ethernet linka?










– Šum

24.9.2012 16:42:21 26

Sinhronizacija

• Prenos bita s jednog uređaja na drugi preko trasmisionih veza uključuje mnogo kooperacije i saradnje između dvije strane.

• Jedan od najvažnijih temeljnih zahtijeva je Sinhronizacija.

• Timing ili sinhronizacija između pošiljatelja i primatelja je vrlo važna za prijenos podataka

27 16:42:21

B A

Prenosni medij

Prijemnik Predajnik

B A

28

Zavisno od aplikacije, za transfer bita se može zahtijevati da bude : • više ili manje pouzdan ili • da zahtjeva više ili manje vremena za transmisiju. • Ove različite zahtjeve implementira nekoliko različitih klasa

komunikacionih servisa. • Klase komunikacionih servisa mogu biti :

– Sihroni komunikacioni servisi – Asihroni komunikacioni servisi

• Sihroni komunikacioni servis isporučuje bit stream sa fiksnim kašnjenjem i određemom frekvencijom greške.

Greške prenosa

Isto kašnjenje za svaki bit

MREŽA

0100100011101 0101100010101

B A

Prenosni medij

Prijemnik

Predajnik

B A

29

Transmisioni režimi sinhronoj i asinhronoj komunikaciji • Da bi prijemni uređaj dekodirao i interpretirao povorku bita,

uređaj mora imati mogućnost da odredi: – Start svakog bit perioda (samplovanje) – Start i kraj svakog karaktera – Start i kraj bloka podataka (frame/okvir)

• Ovi zadaci se nazivaju u literaturi: – Bit sinhronizacija – Karakter (byte) sinhronizacija – Blok (frame) sinhronizacija

• Način sinhronizacije se rješava zavisno od toga da li je transmisija: – Sinhrona ili – Asinhrona

B A

Prenosni medij

Prijemnik Predajnik

B A

30

Sinhrona transmisija • Sinhrona transmisija se koristi za veće blokove bita i veće brzine. Za ovu transmisiju

neophodno je obezbijediti sljedeće:

– Povorka bita je enkodirana tako da prijemnik može obezbijediti sinhronizaciju – Svi okviri imaju jedan ili više rezervisanih bajta koji omogućavaju korektnu interpretaciju – Sadržaj svakog okvira je enkapsuliran između para rezervisanih bajta radi sinhronizacije

okvira.

31

Vrste sinhrone transmisija

• Postoje dvije vrste sinhrone transmisije: –Karakter-orijentisana –Bit-orijentisana transmisija

Karakter-orijentisana transmisija • Karakter-orijentisana transmisija se koristi za transmisiju blokova karaktera

kao što je fajl ASCII karaktera. Na početku svakog bloka stavljaju se dva ili više specijalnih karaktera koji se nazivaju SYN

• Podaci se nalaze između dva specijalna karaktera STX i ETX. Prvi definiše početak, a drugi kraj okvira. Međutim, u stringu podataka može se naći i kombinacija bita ETX, pa bi prijemnik to tumačio kao kraj okvira. Da bi se to izbjeglo, uvodi se specijalni karakter DLE u paru sa STX i ETX. Kako se i DLE može pojaviti u stringu podataka, to odašiljač prije transmisije pretražuje string podataka i ako otkrije ovu kombinaciju, postavlja iza nje istu. Prijemnik, kad detektuje kombinaciju DLE-DLE, izbacuje ovu drugu. Ovaj postupak se naziva bajt stuffing. 4:42:22 PM 32

33

Bit-orijentisana transmisija • Karakter-orijentisana sinhrona transmisija nije pogodna za transmisiju

binarno kodiranih podataka. Za to se koristi bit-orijentisana sinhrona transmisija. Kod ove transmisije koriste se tri sheme formatiranja okvira .

Flag Start-of frame-delimiter Bit encoding violation

34

• U prvom slučaju početak i kraj okvira označavaju se kombinacijom bita 01111110 koja se naziva flag.

• Druga shema se koristi u LAN mrežama. Za sinhronizaciju se koristi specijalni karakter Preamble, koji ima 10 bita. Start-of-frame-delimiter predstavlja početak podataka. U headeru se nalazi adresa primaoca, a Length bytes definiše broj bajta koje sadrži okvir, čime je indirektno definisan i kraj okvira.

• Treća shema se koristi kod LAN mreža. Početak i kraj okvira se označavaju nestandardnim bit-uzorkom, koji se naziva bit-encoding violations.

• Da bi se izbjegla pojava flag kombinacije, u stringu bita podataka koristi se bit-stuffing, tako što se poslije svakih 5 jedinica stavlja 0, koju prijemnik izbacuje u postupku enkodiranja.

• Poseban slučaj bit-sinhronizacije (samosinhronizacija) vezan je za Manchester kodiranje .

35

Asinhroni komunikacioni servisi Postoje dvije klase asinhronih komunikacionih servisa:

– konekciono orijentisani (connection – oriented)‏ – nekonekciono orijentisani (connectionless)‏

Konekcioni komunikacioni servisi isporučuju pakete u sekvenci, tj. u korektnom redoslijedu i potvrđuju isporuku. Zavisno od kvaliteta prenosa, isporuka može biti bez greške. Prema tome, konekcioni servis izgleda kao stalan link.

Nekonekcioni servis isporučuje pakete pojedinačno. Paketi mogu biti isporučeni izvan redoslijeda, i neki mogu sadržavati greške ili mogu biti izgubljeni. Neki nekonekcioni servisi obezbjeđuju potvrdu ispravno isporučenih paketa.

Korisnik A Korisnik B

MREŽA

3 3 2 1 1 3 2 222

1 1 3 1 2 3

Korisnik A Korisnik B

MREŽA

36

U asinhronoj komunikaciji, bit file-ovi ili stream-ovi koji se prenose su podijeljeni u pakete. Destinacija prima pakete sa različitim kašnjenjima, a jedan dio paketa se ne primi korektno.

MREŽA

Varijabilna kašnjenja Greške prenosa

Asinhroni komunikacioni servis se procjenjuje kvalitetom servisa (QoS). Kvalitet servisa se sastoji od parametara, kao što je • frekvencija pogrešnih paketa, • kašnjenje, • propusnost (brzina prenosa), • pouzdanost i • sigurnost komunikacije.










– Šum

24.9.2012 16:42:22 37

Jednostrana (Simplex) i obostrana (Duplex) komunikacija

4:42:22 PM 38










– Šum

24.9.2012 16:42:22 39

40

Izobličenja signala

• U toku transmisije preko kanala, signali trpe određena izobličenja. Sljedeći faktori utječu na izobličenje signala (slika):

– Slabljenje signala



– Šum

41

Slabljenje signala

• Slabljenje signala podrazumijeva slabljenje amplitude signala. Korekcija slabljenja signala vrši se pomoću pojačivača ili repeatera. Pojačanje i slabljenje se mjere u decibelima (db), i ono je definisano na sljedeći način:

• Slabljenje =10 log10 P1 / P2 (db) • Pojačanje = 10 log10 P2 /P1 (db)

Primjer 1: Transmisioni kanal između dva računara sastoji se iz 3 sekcije. Prva sekcija ima

slabljenje 16 db, druga pojačanje od 20 db, a treća sekcija slabljenje od 10 db. Srednja transmisiona snaga signala je 400 mW.

Odrediti srednju izlaznu snagu signala na kanalu. Prva sekcija: 16 = 10 log (400/P2) P2 = 10,0475 mW Druga sekcija: 20 = 10 log (P2 / 10,0475) P2 = 1.004,75 mW Treća sekcija: 10 = 10 log (1.004,75 /P2) P2 = 100,475 mW Srednja izlazna snaga signala je 100,475 mW

42

Izobličenja signala • U toku transmisije preko kanala, signali trpe određena izobličenja. Sljedeći

faktori utječu na izobličenje signala (slika 1.5.):




– Šum

43

Ograničena širina propusnog opsega

• Kako je objašnjeno: Svaki periodičan signal može se predstaviti u formi beskonačnog reda, čije su komponente sinusoide. Period signala određuje komponentu fundamentalne frekvence. Ostale komponente imaju frekvence koje su multipl od fundamentalne frekvence i one se nazivaju harmonici.

• Neka je v(t) proizvoljni periodični signal sa periodom T. Tada je:

0 (rad/sec) - fundamentalna frekvenca

T = 2 / 0 (sec) - period

a0, an, bn - Fourievi koeficijenti , n = 1, 2, 3,.....

Fourievi koeficijenti su određeni iz relacije:

T

dttvT

a0

0 )(1

T

n dttntvT

a0

0 )cos()(2

T

n dttntvT

b0

0 )sin()(2

44

• U računarskim komunikacijama signali su binarne sekvence oblika 101010….110110….11001100…. Sekvenca 101010… ima najkraći period, odnosno najveću fundamentalnu frekvencu.

• Postoje dva bazična tipa binarnih signala:

– Unipolarni

– Bipolarni

Fouriev red za unipolarni tip signala je oblika:

v tV V

t t t( ) (cos( ) cos( ) cos( ) ...) 2

2 1

33

1

550 0 0

Fouriev red za bipolarni tip signala je oblika:

v tV

t t t( ) (cos( ) cos( ) cos( ) ...) 4 1

33

1

550 0 0

45

• Komunikacioni kanal ima ograničenu širinu frekventnog pojasa (bandwidth). Širina frekventnog pojasa (opsega) definiše razliku između najviše i najniže frekvence sinusoidalnog signala, koji se mogu transmitovati kroz kanal. Mjeri se u hercima (Hz).

• Frekventni opseg telefonskog kabla je do 3.400 Hz. Kroz kanal će proći samo one frekventne komponente koje se nalaze u širini frekventnog opsega.

• Neka kanal ima širinu frekventnog opsega ( 0, fa ). Ako je fa =R/2, pri čemu je R brzina bita kroz kanal (kapacitet kanala), tada će ovaj kanal propustiti sve frekventne komponente do fundamentalne frekvence, koju definišu binarne sekvence 101010….

46

Primjer :

• Kanal ima bit brzinu od 500 bps. Odrediti minimalnu širinu opsega za sliku: • Fundamentalnu frekvencu • Fundamentalnu frekvencu i treći harmonik • Fundamentalnu frekvencu, te treći i peti harmonik • 0 – 250 Hz • 0 – 750 Hz • 0 – 1250 Hz • Za sekvencu 101010… pri 500 bps, • fundamentalna frekvenca je 250 Hz. • Za treći harmonik je 3x250 = 750 Hz, • a za peti 1250Hz.

47


• U toku transmisije preko kanala, signali trpe određena izobličenja. Sljedeći faktori utječu na izobličenje signala (slika 1.5.):




– Šum

48

Izobličenje zbog kašnjenja

Brzina propagacije sinusoidalnog signala duž transmisione linije varira sa frekvencom signala. Ta činjenica izaziva efekat distorzije kašnjenja signala. Izobličenje zbog kašnjenje je fenomen svojstven vođenim medijima.Izobličenje je uzrokovana činjenicom da brzina širenja signala kroz medij varira s frekvencijom.

49


• U toku transmisije preko kanala, signali trpe određena izobličenja. Sljedeći faktori utječu na izobličenje signala (slika 1.5.):




– Šum

Šum

• Neka je S - snaga prijemnog signala N - snaga šuma • Uvodi se pojam signal_to_noise rate (SNR), koji se definiše na

sljedeći način:

SNR = 10 log10 (S / N) (db)

• Brzina prijenosa informacija u kanalu sa šumom (po Shannonu) data je izrazom:

C = W log2 (1 + S/N) (bps) Primjer : Za PSTN mrežu tipični SNR = 20 db. Koliko je C (bps)? 20 = 10 log10 (S /N); S /N = 100 C = 3.000 log2 (1+ 100) = 19.963 bps

24.9.2012 16:42:23 50

51

PROPAGACIJA SIGNALA

• Razmatra se prijenos digitalnih informacija između dva čvora povezana fizičkim medijem.

• Odašiljač (Transmiter) konvertuje povorku bita u transmisiju elektromagnetnih talasa.

• Signali se transmituju kao elektromagnetni talasi.

Dvije osobine ovih talasa omogućavaju transfer informacija: - propagacija, kao kretanje od jednog do drugog prostornog mjesta, - energija, kao nosilac informacija.

52

• Vrijeme koje je potrebno signalu da dođe od izvora do destinacije naziva se transmisiono propagaciono kašnjenje ili propagaciono vrijeme i označava se sa Tp.

• Brzina propagacije signala je između 2-3 x 10 m/sec, a zavisi od vrste medija. • Ako sa V označimo brzinu propagacije signala, a sa S rastojanje između izvora i odredišta

signala, tada je: – Tp = S / V

• Neka Tx predstavlja vrijeme transmisije bloka podataka na medij. Ovo vrijeme je određeno brojem bita N koje ima blok i kapacitetom linka C izrazom – Tx = N / C

• Količnik a = Tp / Tx igra značajnu ulogu u transmisiji signala preko linka.

8

Na slici je dat frekventni spektar elektromagnetnih talasa.

53

Primjer :

• Blok od 1.000 bita transmituje se između dva računara. Odrediti veličinu a za sljedeće tipove linka:

• telefonska parica sa C=10 kbps dužine 100 m. • 10 km koaksijalnog kabla transmisione brzine od 1 Mbps • 50.000 km satelitskog linka sa brzinom transmisije od 10 Mbps.

• Tp = S/V = 100/2x10 = 5 x 10 sec • Tx = N / R = 1000 / 10000 = 0.1 sec • a = Tp / Tx = 5 x 10

• Tp = 10 x 103 / 2 x 10 = 5 x 10 sec • Tx = 1000 / 106 = 10 sec • a = 5x 10

• Tp = 5x 10 / 3x 10 = 1.67 x10 sec • Tx = 1000/ 10x10 = 10 sec • a = 1,67 x 10

8

8

8

-7

-5

-1

-4 6

-6

-3

-2

3

7

54

Transmisija bita preko kanala • Elektromagnetni talasi koji se mogu transmitovati preko fizičkog medija,

pokrivaju frekvence od nekoliko stotina do nekoliko milijardi herca. Ovakve talase transmiter može modifikovati ne samo po amplitudi nego i po frekvenci i fazi. Ovakva transmisija signala naziva se modulaciona shema.

• Kod unipolarne modulacije ulazni signal se mijenja na isti način kao i biti, pa je njegova spektralna snaga skoncentrisana oko frekvence f = R /2. Ako pojačanje i faza kanala nisu konstantne oko frekvence R/2, signal će imati veliku distorziju. Ova modulaciona shema naziva se baseband transmisija.

• Da bi se umanjio nepoželjan efekat baseband transmisije, koristi se broadband modulaciona shema. Ova modulaciona shema modifikuje spektar snage signala sa fundamentalne frekvence R/2 na neku drugu frekvencu, koja zavisi od specifične modulacione sheme.

Najčešće se koriste sljedeće broadband modulacione sheme: frequency shift keying (FSK) amplitude shift keying (ASK) phase shift keying (PSK)

24.9.2012 16:42:23 55

24.9.2012 16:42:23 56

24.9.2012 16:42:23 57

MODEMI • Postoji više vrsta modema (Modulator/Demodulator).

• MODEM 300 bps • Ovaj modem koristi FSK modulacionu shemu, sa sljedecim frekvencama 1.070 Hz za logicku 0 1.270 Hz za logicko 1 • Postoji i druga varijanta koja koristi sljedece frekvence: 2.025 Hz za logicku 0 2.225 Hz za logicku 1 • MODEM 1.250 bps • Ovaj modem koristi PSK modulacionu shemu. Predajnik emituje na frekvenci od 1.200Hz, a prijemnik koristi frekvencu 2.400 Hz za odgovor • MODEM 2.400 bps • Ovaj modem kombinuje PSK i ASK modulacionu shemu.

24.9.2012 16:42:23 58

24.9.2012 16:42:23 59

Connection Modulation Bitrate [kbit/s] Year Released

110 baud Bell 101 modem FSK 0.1 1958

300 baud (Bell 103 or V.21) FSK 0.3 1962

1200 modem (1200 baud) (Bell 202) FSK 1.2

1200 Modem (600 baud) (Bell 212A or V.22) QPSK 1.2 1980

2400 Modem (600 baud) (V.22bis) QAM 2.4 1984

2400 Modem (1200 baud) (V.26bis) PSK 2.4

4800 Modem (1600 baud) (V.27ter) PSK 4.8

9600 Modem (2400 baud) (V.32) QAM 9.6 1984

14.4k Modem (2400 baud) (V.32bis) QAM 14.4 1991

28.8k Modem (3200 baud) (V.34) QAM 28.8 1994

33.6k Modem (3429 baud) (V.34) QAM 33.6

56k Modem ( 8000/3429 baud) (V.90) 56.0/33.6 1998

56k Modem ( 8000/8000 baud) (V.92) 56.0/48.0 2000

Bonding modem (two 56k modems)) (V.92)[13] 112.0/96.0

Hardware compression (variable) (V.90/V.42bis) 56.0-220.0

Hardware compression (variable) (V.92/V.44) 56.0-320.0

Quadrature Phase Shift Keying (QPSK), Quadrature amplitude modulation (QAM)

http://en.wikipedia.org/wiki/Bitrate

http://en.wikipedia.org/wiki/Baud

http://en.wikipedia.org/wiki/Bell_101


http://en.wikipedia.org/wiki/ITU_V.21


http://en.wikipedia.org/wiki/Bell_212A

http://en.wikipedia.org/wiki/V.22

http://en.wikipedia.org/wiki/V.22bis


http://en.wikipedia.org/wiki/V.27ter








http://en.wikipedia.org/wiki/V.90_(recommendation)



http://en.wikipedia.org/wiki/Modem

http://en.wikipedia.org/wiki/V.90_(recommendation)




60

Transmisioni medij - Pregled • Medij

– Vođeni – provodnici (Upredene parice, Koaksijalni kabl, Fiber optički kablovi)

– Nevođeni – bežični (Zemaljski mikro talasi , Satelitiski mikrotalasi, Radio talasi, Infracrveni talasi.

• Transmisijske karatkeritike i kvalitet određuju se: – Vrstom medija – Signalom

• Ključna razmatranja su brzina podataka i distanca 24.9.2012 16:42:23

Mrežni Transmisioni Mediji

• Da bi komunicirali uspješno, kompjuteri moraju da dijele pristup zajedničkom mrežnom mediju. –Primjeri: uvrnute parice, koaksialni kabl, fiberoptički

kabl, bežični medij.

–Zadatak mrežnog medija je da prenosi signal koji jedan kompjutr šalje prema jednom ili više kompjutra.

• Kompjuteri su povezani na mrežni medij uz pomoć jedne od vrsta fizičkog interfejsa –Network interface card (NIC) ili mrežni adapter

• Za velike mreže, višestruki medij može da radi zajedno kroz čitavu mrežnu infrastrukturu.

61 24.9.2012 16:42:23

62

Studija o transmisionim medijima

• Fizički opis

• Glavne primjene

• Glavne transmisijske karakteristike

24.9.2012 16:42:23

63

Vođeni transmisioni mediji

• Uvrnute ili upredene parice

• Koaksijalni kabl

• Fiber optički kabl

24.9.2012 16:42:23

Upredene Parice (Twisted Pair)

(a) Category 3 UTP. (b) Category 5 UTP.

24.9.2012 16:42:23 64

3 - 65

Upredene Parice (Twisted Pair) (TP) žice (provodnici)

• Uobičajeno korišten za telefone ili LAN-ove • Smanjena elektromagnetna interferencija

– Uvrtanjem dva provodnika zajedno (nekoliko uvrataja po inču (inch))

• TP kalovi imaju više pari provodnika – Telefosnke linije: dva para (4 provodnika, uobičajeno se koristi samo

jedan za telefon) – LAN kablovi: 4 para (8 provodnika)

• Takođe korišten za telfonske trank linije (do nekoliko hiljada parica)

• UTP – Ne-Oklopljene (UnShielded) parice oko koji se nalazi samo plastična zaštita.

• STP - Oklopljene (Shielded) parice se koriste ali su skuplje.

24.9.2012 16:42:23

66

Upredene parice

24.9.2012 16:42:23

-Posebno izolirane -Uvrnute zajedno -Obično upakovane u “bandlove” koji se nalaze u kablovima -Uobičajeno je da se ugrađuju u zgarde tokom izgradnje zgrade

67

Parice provodnika ili žica

• Važno je primjetiti da ovi provodnici rade u parovima (transmisione linije)

• Tako slijedi, za biderekcioni link

– Jedan par se koristi za TX (transmisiju signala)

– Drugi par za RX (primanje signala)

24.9.2012 16:42:23

68

Neoklopljene i Oklopljene parice

• Neoklopljene upredene parice - Unshielded Twisted Pair (UTP) – Obična telefonska žica – Najjeftinije – Jednostavna instalacija – Eksterna EM interferencija moguća

• Oklopljene upredene parice - Shielded Twisted Pair (STP) – Metalni oklop reducira interferenciju – Skuplji – Teži za rad (debeo, težak)

24.9.2012 16:42:23

69

UTP Kablovi

24.9.2012 16:42:23

70

STP kablovi

24.9.2012 16:42:23

71

UTP konektori za povezivanje

24.9.2012 16:42:23

72

Uvrnute parice - Primjene

• Njačešće korišten vođeni medij

• Telefonska mreža (Analogna signalizacija)

– Između kuće i lokalne centrale (pretplatnički vod)

• U zgradama (Digitalna signalizacija)

– Do privatne filijale (PBX)

• Za lokalne mreže LAN)

– 10Mbps, 100Mbps ili 1000Mbps

– Range: 100m

24.9.2012 16:42:23

Internet preko UTP kabla

Fiksni telefonski sistem 24.9.2012 16:42:23 73

74

UTP Kategorije • Cat 3

– do 16MHz – Za prenos glasa postavljaju se u kancelarijama – Dužina upredanja od 7.5 cm do 10 cm

• Cat 4 – do 20 MHz

• Cat 5 – do 100MHz – Najviše zastupljene u novim prostorima i zgradama – Dužina upredanja od 0.6 cm do 0.85 cm

• Cat 5E (Enhanced) • Cat 6 do 200 MHz • Cat 7 do 600 MHz

24.9.2012 16:42:23

75

Uvrnute parice – Transmisione karakteristike

• Analogna transmisija – Pojačanja potrebna svakih 5km do 6km

• Digitalna transmisija – Korišten analogni ili diigitalni signal – Repeater svkih 2km ili 3km

• Limitirana distanca • Limitiran propusni opseg (1MHz) • Limitiran količina prenosa podataka (100 ili 1000

Mbps) • Podložan interferenciji

24.9.2012 16:42:23

76

Upredene parice – Za i Protiv

• Za:

– Jeftin

– Jednostavan za raditi

• Protiv:

– Ograničena propusnost

– Kratka razdaljina povezivanja

– Podložan iterferenciji

24.9.2012 16:42:23

Koaksijalni kabl – fizički opis

24.9.2012 16:42:23 77

Bakarni provodnik

izolacioni materijal

mrežni spoljašni

sloj

zaštitni

plastični

omot

78

Koaksijalni kabl - primjene • Medij za različite primjene

• Distribucija televizijskog pograma – kablovska TV

• Za transmisiju telefonskog saobraćaja na velikim udaljenostima – Može da nosi 10,000 govornih poziva simultano

(korištenjem FDM multipleksiranja)

– Zamjenjen je fiberoptičkim kablovima

• Koristi se za kratke kompjuterske veze

• LAN(thick / thin net Ethernet cable)

24.9.2012 16:42:23

79

• Analogna komunikacija

– Pojačavanje svkaih nekoliko km

– Do 500MHz

• Digitalna komunikacija

– Repeater svakih 1km

• Za kompjuterske mreže se koriste u verziji

– Thick net, za distance do 500 m, i brzina prenosa podataka 10 Mbps

– Thin net, za distance do 200 m, i brzina prenosa podataka 10 Mbps

24.9.2012 16:42:23

Kablovska televizija i Internet.

24.9.2012 16:42:23 80

Fiber optički kablovi

• Vlakna od stakla

• Koristi se za prenosi svjetlosni signal na udaljenostima do 50 km.

• Nisu potrebni ripiteri.

24.9.2012 16:42:23 81

82

Dva tipa izvora svjetlosti se mogu koristiti za signalizaciju: LED diode (svijetleće diode) i poluprovodni laseri. Oni imaju različite karakteristike, kako je prikazano u Tabeli 1.1.

Značenje LED Poluprovodni

laser

Brzina podataka Mala Velika

Mode Multimod Multi ili singl mod

Udaljenost Kratka Velika

Vrijeme života Dug život Kratko

Temp.

osjetljivost

Minorna Znatna

Cijena Niska cijena Skupo

Prijemni kraj optičkog fibera sastoji se od fotodiode, koja emituje električni impuls kada je izložena svjetlosti. Tipično vrijeme odziva fotodiode je 1 nsec, koja ograničava brzine podataka na oko 1 Gbps.

Fiber optički kablovi – Transmisijske karakteriskite 1

83

Fiber optički kablovi – Transmisijske karakteriskite 2

• Light Emitting Diode (LED)

– Jeftiniji

– Traje duže

• Injection Laser Diode (ILD)

– Kvalitetniji rad

– Veća brzina prenosa podataka

24.9.2012 16:42:23

3 - 84

Tipovi fiberoptičkih kablova

• Multimod (oko 50 micronsko jezgro) – Prvi fiberoptički sistemi

– Signal se transmituje preko kraćih distanci(do ~500m)

– Nije skup

• Single mode (oko 5 micronsko jezgro) – Transmitovanje signala direktnim svjetlosnim snopom

– Signal može bitk poslan preko mnogo kilometara bez rasipinja

– Skup (upotreba lasera; komplikovana proizvodnja)

24.9.2012 16:42:23

24.9.2012 16:42:23 85

Fiber optički kablovi - fizički opis

• Osnova (Core) – u centru je tanka nit stakla kojom se prenosi svjetlosni signal.

• Omotač (Cladding) – vanjski optički materijal koji je postavljen oko osnove kabla

• Buffer Coating – plastični

omotač koji štiti vlakna.

24.9.2012 16:42:24 86

87

Fiberoptički kablovi - Primjene

• Povezivanje velikih udaljenosti

• Povezivanje Metropolitan mreža

• LAN-ovi

24.9.2012 16:42:24

Internet i TV preko fiberoptičkih i koaksijalnih kablova

24.9.2012 16:42:24 88

24.9.2012 16:42:24 89

Podmorski položeni optički kablovi

www.cablemap.info

Bežični prenos / Wireless Transmission

• Radio Transmisija

• Mikrotalasna (zemaljska i satelitska) Transmisija

• Infracrvena Transmisija

24.9.2012 16:42:24 90

24.9.2012 16:42:24 91

3 - 92

• Radio – Bežični prijenos elektromagnetskih valova kroz zrak

– Svaki uređaj ima radio primopredajnik

– Male snage odašiljača (nekoliko kilometara raspon)

– Često se nalazi na prijenosnim kompjuterima (laptopa, PDA uređaji, mobiteli)

• infracrveni – "Nevidljivi" svjetlosni valovi s frekvencijom ispod crveno svjetlo spektra

– Zahtijeva vidljivi, općenito ometati jake kiše, smoga, i magle

– Koristi se u daljinskom upravljaču jedinice kao što su za upravljanje TV

Bežični Medij

24.9.2012 16:42:24

93

Bežična Transmisija

• Slobodni prostor je transmisioni medij

• Za komunikaciju se koriste antene, da prihavte signal sa transmisione linije i pošalju signal u slobodni prostor preko antene

• Aplikacije – Radio & TV

– Celularne komunikacije

– Mikrotalasni linkovi

– Bežične mreže

24.9.2012 16:42:24

94

Bežične Transmisione frekvencije

• Radio: 30MHz to 1GHz

– Omni-direkcioni

– Brodkast radio

• Mikrotalasi: 2GHz to 40GHz

– Mikortlasi

– Visoko direkcioni

– Point to point

– Satelit

• Infracrveno svjetlo: 3 x 1011 to 2 x 1014

– Lokalizirana komunikacija 24.9.2012 16:42:24

Postoje dvije vrste umrežavanja komputerskih bežičnih mreža

• Peer to peer: Ovo su ad-hoc direktne veze dva računara ili drugih uređaja koji

imaju ugrađene module za WLAN komunikaciju. Dodatni uređaji nisu potrebni. Svaki terminal može direktno komunicirati sa bilo kojim drugim terminalom u WLAN-u. Ad-hoc mreže se brzo instaliraju, mobilne su i često su privremenog karaktera.

• Infrastrukturni mod: To je tip bežične mreže u kojoj terminali komuniciraju preko

pristupne tačke, bilo međusobno, bilo sa terminalima u žičanoj mreži. Kod infrastrukturnih veza postoji dodatna infrastruktura. To je obično bežični router (eng. wireless router), koji preko Internet modema povezuje Internet sa lokalnom mrežom.

24.9.2012 16:42:24 95

96

Brodkast Radio

• Omni-direkcioni – Nema tanjira

– Između pošiljaoca i primaoca može biti prepreka -No line of sight requirement

– Nije potrebno poravnanje antena

• Aplikacije – FM radio

– UHF and VHF televizija

• Smetnje mogu praviti više izovra – Reflekcija (TV ghost image)

24.9.2012 16:42:24

97

Infracrveni talasi

• Između pošiljaoca i primaoca ne smje biti prepreka - Line of sight (or reflection)

• Blokiran ako postoje zidovi

• Nije potrebno licenciranje

• Aplikacije

– TV daljinski upravljači

– IRD port na kompjuterima

24.9.2012 16:42:24

98

Zemaljski (Teresterialni) mikrotalasi

• Parabolični tanjir

• Fokusirane zrake

• Optička vidljivost

– Zakrivljenost zamljine kugle ograničava maksimalnu moguću udaljenost za komuniciranje Koriste se releji da povećaju dosege (multi-hop link)

• Za telekomunikacije na velikim udaljenostima

24.9.2012 16:42:24

99

Satelitski mikrotalasi • Sateliti su relejne stanice

• Satelit prima signal na jednoj frekvenciji (uplink), pojačava signal i transmituje signal na drugoj frekvenciji (downlink)

• Zahtijeva geostacionarnu orbitu – Visina 35,784km

• Aplikacije – Televizija, Povezivanje velikih udaljenosti

za telefonske mreže, Privatne poslovne mreže

24.9.2012 16:42:24

24.9.2012 16:42:24 100

Rezime • Istorija • Teoretske osnove • Digitalna transmisija digitalnih podataka • Parametri komunikacionog kanala • Vođeni transmisioni mediji

– Upredene parice (Twisted Pair) – Koaksijalni kabl (Coaxial Cable) – Fiber optički kablovi (Optical Fiber)

• Nevođeni transmisioni mediji – Radio talasi – Zemaljski mikro talasi (Terrestrial Microwave) – Satelitiski mikrotalasi (Satellite Microwave) – Radio talasi (Broadcast Radio) – Infracrveni talasi (Infrared)

Documents

Transmisioni Medij Za Kompjuterske Mreze