Racunarske mreze 2011

1.Uvod

Svaki od prethodna tri veka u razvoju ljudske civilizacije bio je dominantan po nekoj od tehnologija. 18. vek poznat je kao industrijska revolucija, 19. vek je vek parnih mašina. U 20. veku ključna tehnologija je skupljanje, obrada i distribucija informacija. Dominantna je i instalacija u celom svetu rasprostranjene telefonske mreže zatim pronalazak radija i televizije, pojava i izuzetno širenje računarske industrije i lansiranje komunikacionih satelita.

Iako je računarska industrija mlada u poređenju sa ostalim industrijama razvoj i primena računara dostigli su spektakularni napredak u kratkom vremenu. U vreme prve dve dekade postojanja računarski sistemi bili su visoko centralizovani, obično u okviru jedne velike prostorije. Srednje kompanije, po veličini, ili univerziteti mogli su imati jedan ili dva računara, dok su velike institucije mogle imati nekoliko računara. Ideja da će za dvadeset godina računari jednake moći biti manji od poštanske marke i da će se masovno proizvoditi izgledala je kao naučna fantastika. Stari model jednog računara koji opslužuje celokupnu računarsku obradu u okviru organizacija zamenjen je sistemom u kome veliki broj prostorno razdvojenih a međusobno povezanih računara obavlja posao. Ovaj sistem naziva se računarska mreža. Koristićemo termin „računarska mreža” koji označava međusobno povezani skup autonomnih računara. Za dva računara kaže se da su povezani ukoliko su u mogućnosti da razmenjuju informacije. Komunikacija ne mora da bude preko bakarnih žica: mogu se koristite i optička vlakna, mikrotalasi i komunikacioni sateliti. Zahtevajuć i da računar bude autonoman izdvajamo ga iz gospodar/sluga relacije. Ukoliko neki računar uključuje, isključuje ili njim upravlja drugi računar on nije autonoman. Sistem sa jednom upravljačkom celinom i velikim brojem „robova” nije mreža; nije to ni računar sa udaljenim štampačima i terminalima. Distribuirani sistem postojanje više autonomnih računara nije vidljivo korisniku. Korisnik može da otkuca komandu. Ceo sistem izgleda kao virtuelni jednoprocesorski sistem. Funkcije kao što su smeštanje izvršnih programa do procesora i datoteka na diskove, pomeranje datoteka između mesta gde su smeštene i mesta na kojima su potrebne i sve druge sistemske funkcije automatske su. Dobro poznat primer distribuiranog sistema je World Wide Web u kome sve izgleda kao jedan dokumenat. U računarskoj mreži korisnik mora eksplicitno da se prijavi, eksplicitno pokrene udaljeni program, eksplicitno pomeri datoteke i generalno sam vodi računa o upravljanju mrežom. Sa distribuiranim sistemom ništa ne mora da bude eksplicitno urađeno, sistem sve uradi sam, bez uvida korisnika.

1

1.1 Korišćenje računarskih mrežaAnaliziraćemo pitanje zašto su ljudi zainteresovani za računarske mreže i za šta se one

mogu koristiti.

Deljenje resursa

Cilj je omogućiti svakom u mreži, nezavisno od fizičke lokacije resursa i korisnika, dostup svim programima, opremi i podacima. To znači da ako je korisnik udaljen 1000km od podataka, to ga neće sprečiti da koristi podatke kao da su lokalni.

Visoka pouzdanost

Svi programi mogu da budu iskopirani na više računara, tako da ukoliko jedan od njih nije dostupan (kao posledica hardverskog problema) mogu se koristiti ostale kopije. Praktično, prisustvo više centralnih procesorskih jedinica2 znači da ukoliko jedna otkaže druga može da preuzme posao, iako sa manjim performansama.

Uštede

Mali računari imaju bolji odnos cena/karakteristike. To dovodi do toga da mnogi projektanti biraju sisteme koji se sastoje od personalnih računara, po jedan za svakog korisnika, i sa podacima koji se čuvaju na jednoj ili više centralnih mašina, servera. U ovom modelu korisnik se zove klijent a kompletna organizacija naziva se klijent - server model U klijent-server modelu komunikacija se generalno odvija u formi upita koji klijent šalje serveru da on uradi (izvrši) neki posao za njega. Po obavljenom poslu server šalje odgovor natrag. Obično postoji veliki broj klijenata koji koriste mali broj servera. Još jedan cilj mreže je nadogradivost, tj. sposobnost da se poboljšaju performanse sistema postepeno, kako se povećava obim posla, dodavanjem još procesora. U centralizovanom sistemu kada se sistem popuni on se mora zameniti većim, koji je obično skuplji i zahteva promenu u načinu rada korisnika. U klijent-server modelu mogu se dodavati i novi klijenti i novi serveri.

Javne računarske mreže

Od 1990. godine računarske mreže počele su da pružaju servise privatnim licima kod njihovih kuća. Navešćemo četiri najvažnija:

- pristup udaljenim informacijama,- ličnost-ličnost komunikacija,- interaktivna zabava,- elektronska trgovina.Pristup udaljenim informacijama je u različitim formama. Jedna od često korišćenih je pristup informacionim sistemima kao što je WWW, koji sadrži raznorazne informacije (umetnost, poslovi, kuvanje, zdravstvo, istorija, nauka, sport, putovanja ...). Novine su dostupne prema potrebi . Drugi vid je digitalna biblioteka (magazini, časopisi). Mnoge profesionalne organizacije

2

kao što je ACM i IEEE Computer Society imaju svoje digitalne biblioteke sa časopisima i zbornicima radova sa konferencija kojima se može pristupiti preko Interneta. U zavisnosti od cene i veličine može se desiti da štampane knjige postanu zastarele. Elektronska pošta u realnom vremenu omogućila je udaljenim korisnicima da komuniciraju bez kašnjenja, uz mogućnost da se i vide i čuju. Mogu se održati i virtuelni sastanci između prostorno udaljenih ljudi (tzv. videokonferencija). Može se reći da su transport i komunikacije u međusobnoj trci.

1.2 Klasifikacija računarskih mreža

Generalno posmatrano postoje dva tipa tehnologije prenosa:- od jednog ka svima (difuzno),- od jednog ka jednom (tačka-tačka).Računarske mreže koje koriste tehnologiju „jedan ka svima” imaju jedan komunikacioni kanal koji dele svi računari na mreži. Kratku poruku (tzv. paket) koju šalje bilo koji računar primaju svi ostali. Adresa u adresnom polju specificira kome je upućen paket. Posle prijema paketa računar proverava adresno polje. Ukoliko je njemu namenjen, obrađuje ga, ukoliko nije ignoriše ga. S druge strane, računarske mreže koje koriste tehnologiju „tačka-tačka” obezbeđuju mnogo veza pojedinih parova računara. Da bi prešao od izvora do odredišta paket mora da pređe jedan ili više međuračunara. Mreže koje koristi jedna osoba (lične mreže). Na primer bežične mreže koje povezuju računar sa mišem, tastaturom i štampačem su lične mreže. Iza njih su računarske mreže, računari koji komuniciraju razmenom poruka preko dužih kablova ili bežičnih sistema. Tako se mreže mogu podeliti na:- lične mreže PAN,- lokalne računarske mreže LAN,- računarske mreže gradskog područja MAN i- računarske mreže šireg područja WAN .Na kraju veza dve ili više računarskih mreža naziva se računarska mreža međusobno povezanih mreža. Početkom 90-tih godina konstatovano je da postojanje međusobno nepovezanih mreža nema nikakvog smisla. Više mreža koje koriste istiskup protokola mećusobno je povezano i nazvano Internet. To je najpoznatiji primermreže međusobno povezanih računarskih mreža.Lokalne računarske mreže su tipa jedan ka svima i imaju sledeće karakteristike:

- podatke koje šalje jedna stanica prima više stanica, često i sve stanice mreže,

- stanice dele zajednički transmisioni medijum i zbog toga su potrebne tehnike za pristup zajedničkom transmisionom medijumu. Lokalne računarske mreže (LAN) su privatne mreže u okviru jedne zgrade, bloka zgrada (kampusa) ili u okruženju od par kilometara razdaljine. Koriste se za povezivanje personalnih računara i radnih stanica u institucijama i omogućuju deljenje resursa (npr. štampača), razmenu podataka itd.

3

Računarske mreže gradskih područja (MAN) kao što i samo ime ukazuje obuhvataju područje jednog grada. Najpoznatiji primer ove vrste je mreža kablovske televizije. Nastala je kao zamena gradskog sistema antena, u kome je vazdušni prijem bio lošeg kvaliteta. Velike antene postavljane su na nekom od najbližih uzvišenja, a odatle signali su se kablovskim vezama prenosili do korisnika.

Računarske mreže širih područja (WAN) obuhvataju: šira gradska područja, jednu državu ili kontinent. Sadrže skup računara (krajnjih stanica) koji su međusobno povezani komunikacionim mrežama. Komunikaciona mreža se sastoji od prenosnih (transmisionih) linija i uređaja za preusmeravanje (komutacionih elemenata) kao što su različite vrste komutatora i rutera.

Bežične računarske mreže nisu nova ideja. Italijanski fizičar Markoni 1901. godine prikazao je bežičnu vezu koristeći Morzeov kôd. Savremeni bežični sistemi znatno su složeniji ali je osnovna ideja ostala ista. Bežične mreže mogu se na jednostavan način sistematizovati u tri kategorije:- međusobno povezivanje delova računarskih sistema,- bežične lokalne računarske mreže,- bežične mreže šireg područja.

4

2. Komutacione tehnike

U najjednostavnijem obliku komunikacije se obavljaju između dva uređaja koja su direktno povezana nekom vrstom tačka-tačka transmisionog medijuma. Obično je nepraktično za dva uređaja da budu direktno povezana tačka - tačka. Razlozi su sledeći:

- uređaj je veoma daleko. Bilo bi previše skupo, na primer, dodeliti posebnu liniju između uređaja stotinama kilometara udaljenih jedan od drugog;- postoji više uređaja i svaki od njih može da zahteva vezu sa drugima u različitim trenucima vremena. Primer su svi telefoni ili računari u svetu, ili nekoj organizaciji.Da bismo razjasnili problem koji se javlja kao posledica druge tačke posmatraćemo pojam topologije. Topologija se, u ovom kontekstu, odnosi na način na koji je više uređaja međusobno povezano preko komunikacione veze (linka). Posmatrajmo situaciju sa više uređaja koji zahtevaju više veza. Zašto se ne bi obezbedila tačkatačka veza između svih njih? Stanice mogu biti računari, terminali, telefoni ili drugi komunikacioni uređaji. Svaka stanica se priključuje za mrežni čvor. Skup čvorova na koji se vpriključuju stanice je granica komunikacione mreže koja je podesna za razmenu podataka između parova priključenih stanica. Komunikaciona mreža:- ne vodi računa o sadržaju podataka koji se razmenjuju između stanica; namena je jednostavno da prenese podatke od izvorišta do odredišta,

- obezbeđuje deobu transmisionih uređaja između mnogih stanica čime se smanjuju troškovi koje napravi bilo koji par stanica. Takođe, jedan U/I port je potreban svakoj stanici, a ne k-1. Komunikacione mreže mogu biti kategorizovane u zavisnosti od arhitekture i tehnike koje se koriste za prenos podataka. Tipovi mreža koji su u upotrebi su:

- komutirane komunikacione mreže,- mreže sa komutacijom kanala,- mreže sa komutacijom poruka,- mreže sa komutacijom paketa,- komunikacione mreže jedan ka svima,- radio-mreže,- satelitske mreže,- lokalne računarske mreže.

5

Za komutirane komunikacione mreže sa komutacijom kanala, poruka i paketa sledeća opažanja su bitna:- Pojedini čvorovi povezuju samo druge čvorove (npr. K6 i K7). NJihov zadatak je da interno (u mreži) usmeravaju (komutiraju) podatke. Drugi čvorovi imaju priključenu jednu (ili više) stanica. Pored komutirajućih funkcija takvi čvorovi prihvataju i prosleđuju podatke od i ka priključenim stanicama;- Veze čvor - stanica isključivo su namenjene za povezivanje tačaka. Čvor-čvor veze su obično multipleksirane veze koje koriste tehnike frekvencijskog multipleksa - FDM ili vremenskog multipleksa - TDM. Za čvorove koji su udaljeni multipleksiranje značajno smanjuje cenu prenosa, u poređenju sa vezom isključivo posvećenoj svakom paru stanica;- Čvorovi komunikacione mreže mogu da bude potpuno ili delimično povezani. Ovo drugo je uobičajeno za velike mreže. Uvek je poželjno za svaki par stanica imati više od jednog mogućeg puta kroz mrežu. Na taj način se obezbeđuje pouzdanost komunikacione mreže;Kod komunikacionih mreža jedan ka svima između krajnjih stanica ne postoji komutacioni čvor. Svaka stanica priključena je za predajnik/prijemnik koji komunicira preko medijuma koji deli sa ostalim stanicama.

Radio komunikaciona mreža

Satelitska komunikaciona mreža

6

2.1 Komutacija kanalaKomutacija kanala podrazumeva tehniku komuniciranja dve udaljene stanice tako da

postoji komunikacioni put dodeljen samo tim stanicama. Put je povezana sekvenca komunikacionih veza između čvorova. Uobičajeni primer mreže sa komutacijom kanala je telefonska mreža. Komunikacija u sistemu sa komutacijom kanala podrazumeva tri faze: fazu uspostave veze , fazu prenosa poruka i fazu raskidanja veze.

Faza uspostave veze, pre nego što se bilo koji signal pošalje mora se uspostaviti veza skraja - na - kraj.

Faza prenosa poruka, signali sada mogu da se prenesu od stanice S1 preko mreže ka stanici S5. Signali mogu da budu digitalni (računari), ili analogni (govor). U oba slučaja putanju čine: linija između stanice S1 i čvora K1, interna komutacija u čvoru K1, kanal između čvorova K1 i K7, interna komutacija u čvoru K7, kanal između čvorova K7 i K5, interna komutacija u čvoru K7 i linija između čvora K5 i stanice S5. Veza je obično takva da se signali mogu slati u oba pravca. (stanica-stanica).

Faza raskidanja veze, posle perioda prenosa podataka veza se prekida, obično zahtevom jedne od dve stanice. Signal se mora proslediti kroz čvorove K1, K7 i K5 da bi se oslobodili dodeljeni resursi.

2.2 Komutacija porukaKomutacija poruka, komutacija kanala je pristup koji odgovara sistemima u kojima je

razmena podataka vezana za relativno kontinualan protok podataka, kao što su govor (telefon) i neki tipovi senzorskih i telemetrijskih ulaza. U stvari, komutacija kanala ima dva značajna ograničenja:

- obe stanice moraju biti na raspolaganju u isto vreme za razmenu podataka,- resursi kroz mrežu moraju biti slobodni i isključivo dodeljeni dvema stanicama.Drugi pristup, koji generalno odgovara prenosu digitalnih signala, je razmena logičkih

jedinica koje se nazivaju poruke. Primeri poruka su telegrami, elektronska pošta, računarski programi, transakcije sa upitom i odgovorom. Ukoliko je potrebno razmenjivati poruke u oba pravca između stanica koristi se pristup poznat pod nazivom komutacija poruka. Sa komutacijom poruka nije neophodno uspostaviti dodeljeni put između stanica. Stanica koja šalje poruku dodaje adresu odredišta poruci. Poruka se zatim prosleđuje kroz mrežu od čvora do čvora. U svakom čvoru cela poruka se primi, smesti na kratko i zatim šalje ka sledećem čvoru.

Ovaj sistem naziva se sistem „smesti i prosledi” . U nekim cslučajevima čvor za koji je stanica priključena, ili centralni čvor, pravi takođe i stalnu kopiju poruke (izveštaj). Prednost ovog pristupa u odnosu na komutaciju kanala je sledeća:

7

- efikasnost linije je veća pošto u datom trenutku kanal čvor - čvor može deliti više poruka. Za istu količinu saobraćaja potrebni su manji kapaciteti prenosnih kanala;

- nije neophodna istovremena raspoloživost i predajnika i prijemnika.Mreža može da čuva (smesti) podatke;- kada je saobraćaj povećan mreža sa komutacijm kanala blokira neke pozive, tj. mreža

odbija da ih primi. Kod sistema sa komutacijom poruka poruke se i dalje primaju, ali prosleđivanje kasni;

- sistem sa komutacijom poruka može da šalje jednu poruku ka mnogim odrediš tima. Prave se duplikati poruke i svaka se šalje ka jednom od zahtevanih odredišta. Ovo se ne može lako postići sistemom sa komutacijom kanala;

Komutacija poruka

8

- moguće je obezbediti prioritet poruka. Tako, ukoliko čvor ima veći broj poruka koje čekaju u redu za prenos, on može prvo da šalje poruku sa višim prioritetom. Ove poruke će stizati sa manjim kašnjenjem nego poruke sa manjim prioritetom;

- kontrola greške i oporavak od greške mogu biti ugrađeni u mrežu. Poruke mogu biti numerisane i iskopirane za kasnije, ukoliko originalna ne uspe da stigne do odredišta;

2.3 Komutacija paketaČinjenica je da stanica poruke iznad određene veličine prvo mora da podeli u manje

jedinice (pakete) i zatim ih šalje jednu za drugom. Paket sadrži podatke i dredišnu adresu. Stanica S1 šalje paket ka čvoru K1, koji ga nakratko smešta i zatim prosleđuje ka čvoru K7, koji ga zatim prosleđuje ka čvoru K5 i tako dalje do stanice C5.

Komutacija Paketa

Na prvi pogled komutacija paketa može da izgleda kao da nema posebne prednosti u odnosu na na komutaciju poruka. Međutim, smanjenje veličine poruke u paket ima značajan

9

uticaj na performanse. Problem je u sledećem: stanica ima poruku za slanje koja je veća od maksimalne veličine paketa. Poruka se deli u manje celine (pakete) koji se šalju ka čvorovima. poruka tretira nezavisno u mreži sa komutacijom poruka. Analiziraćemo posledice ovakvog pristupa. Pretpostavimo da stanica C1 ima tri paketa da pošalje ka stanici S5, kao što je prikazano na slici. Smatraćemo da je stanica C1 podelila poruku koju treba da pošalje stanici C5 u tri paketa. Ona šalje pakete napolje, 1-2-3 ka K1. Za svaki paket čvor K1 mora da napravi odluku o daljem prosleđivanju (na primer K6). Svaki čvor odabira kao sledeći čvor na putanji paketa na osnovu informacija koje dobija od susednih čvorova o saobraćaju, linijama koje ne rade itd. Paket 1 dolazi u čvor K1 koji vidi da je red za čvor K6 manji nego za čvor K7 i stavlja paket u red za čvor K6. Isto je i za paket 2. Ali za paket 3 čvor K1 pronalazi da je njegov red za čvor K7 kraći i stavlja paket 3 u taj red. Tako paketi sa istim odredišnim adresama ne idu po istim putanjama. Moguće je da će paket 3 pre stići do čvora K5 od paketa 2. Tako je moguće da će paketi biti isporučeni stanici C5 različitim redosledom od onog u kome su poslati. Stanica C5 je ta koja će ih pravilno poređati. Pošto se svaki paket tretira nezavisno ova tehnika se naziva datagram. U pristupu sa virtuelnim kanalom uspostavlja se logička (virtuelna) veza pre nego što se bilo koji paket pošalje. Na primer, pretpostavimo da stanica C1 ima jednu ili više poruka da pošalje ka stanici C5. Ona prvo ka čvoru K5 šalje paket „poziv za uspostavom veze”, zahtevajući uspostavu veze sa stanicom C5. Čvor K1 odlučuje da usmeri poziv za uspostavom veze (kao i sve ostale podatke) ka čvoru K5 koji ga prosleđuje ka stanici C5. Ukoliko je stanica C5 spremna da prihvati vezu ona šalje paket „poziv je prihvaćen” ka čvoru K5. Ovaj paket se šalje natrag preko istih čvorova do stanice C1. Stanice C1 i C5 mogu sada da razmenjuju podatke preko logičke veze, odnosno virtuelnog kanala (kola) koji je između njih uspostavljen. Svaki paket sada sadrži oznaku (identifikator) virtuelnog kanala i podatke. Svaki čvor u prethodno uspostavljenoj putanji zna gde da usmeri pristigle pakete; nije potrebno odlučivati o ruti. Tako svaki paket podataka iz stanice C1 prolazi kroz čvorove K1, K7 i K5; svaki paket podataka iz stanice C5 prolazi kroz čvorove K5, K7 i K1. Jedna od stanica može da prekine vezu sa paketom „zahtev za brisanjem veze” . U bilo kom trenutku svaka stanica može da ima više od jednog virtuelnog kanala ka bilo kojoj stanici i može da ima virtuelni kanal ka većem broju stanica. Glavna karakteristika tehnike sa virtuelnim kanalima je da se uspostavlja putanja (ruta) između stanica pre prenosa poruka. Uočimo da ovo ne znači da postoji dodeljeni put, kao u kolima sa komutacijom kanala. Paket podataka se i dalje smešta (baferuje) u svakom čvoru, i stavlja u red ka svakoj liniji. Razlika u odnosu na datagram pristup je da čvor nema potrebe da odlučuje o putanji (ruti) za svaki paket već se to za svaku vezu uradi samo jednom. Virtuelni kanal može da obezbedi različite usluge kao što su dodela rednih brojeva (sekvencioniranje), kontrola greške i kontrola toka. Pošto svi paketi idu istom putanjom stižu redosledom kojim su poslati. Kontrola greške obezbeđuje da su paketi ispravnog redosleda i da su tačno primnjeni. Na primer, ukoliko jedan od paketa u redu (sekvenci) ne stigne do čvora K5, ili stigne sa greškom, čvor K5 može da zahteva ponovno slanje (retransmisiju) paketa iz čvora K1 koristeći redni broj tog paketa Tehnika koja obezbeđuje da pošiljalac ne „preoptereti” primaoca podacima je kontrola toka. Na primer ukoliko stanica C5 pamti podatke koje je dobila od stanice C1 i konstatuje da nema više prostora za smeštanje novih podataka, ona može da zahteva da stanica C1 do daljnjeg odloži

10

slanje podataka. Prednost datagrama je da je preskočena faza uspostave veze, zato stanica želi da pošalje samo nekoliko paketa datagram prenos je brži. Druga prednost datagram servisa je što je mnogo fleksibilniji. Ukoliko dođe do zagušenja u jednom delu mreže dolazeći datagrami mogu se preusmeriti (rutirati) na drugi deo mreže, tj. komunikacionoj mreži je mnogo lakše da se prilagodi zagušenju. Ako se koristi tehnika sa virtuelnim kanalom kada čvor nije u funkciji (u kvaru je) podaci o svim virtuelnim vezama koje prolaze kroz taj čvor izgubljeni su i veza između izvorišne i odredišne stanice mora se ponovo uspostavljati. Sa datagramom, ukoliko je čvor van funkcije, paketi mogu da se usmere na drugu putanju (preko nekog drugog čvora).

2.4 Poređenje komutacionih tehnika Tri komutacione tehnike: komutacija kanala , poruka i paketa . Na slici je skiciran prenos

poruka kroz čvorove K1, K2, K3, K4, od izvorišne stanice koja je priključena na čvor K1 do odredišne stanice priključene na čvor K4 preko međučvorova K2 i K3. U ovom slučaju srećemo se sa tri tipa kašnjenja:

- propagaciono kašnjenje je vreme potrebno da se signal prenese od jednog čvora do prvog sledećeg čvora. Ovo vreme je zanemarljivo kod malih rastojanja ali ne i kod velikih kao što su na primer transkontinentalne veze. Brzina elektromagnetskog signala kroz žične medijume1 je oko 2*108m/s;

11

- vreme slanja (predaje) je vreme potrebno predajniku da pošalje blok podataka ka liniji. Na primer, potrebna je 1ms da bi se poslao blok od 1000 bita brzinom 10Mb/s;

- kašnjenje obrade je vreme koje je potrebno čvoru da obavi neophodnu obradu kada vrši komutaciju podataka.

Performanse komutacionih sistema zavise od više faktora koji uključuju:- broj stanica,- saobraćaj u sistemu,- dužinu (i u vremenu i u podacima) tipične razmene između stanica,- vreme obrade čvorova,- veličinu paketa.Štafetni prenos ramovaPaketski prenos razvijen je u vreme kada je broj grešaka u paketu usled prenosa

digitalnim sistemima bio veći nego što je danas. Kao rezultat postoji značajna količina premašenja koja se unose u paket kod sistema sa paketskom komutacijom, sa ciljem da kompenzuju nastale greške u prenosu. Premašenje uključuje bitove koji se dodaju svakom paketu da bi se pomoću njih dodatnom obradom u krajnjim stanicama i međučvorovima otkrile i po mogućnost ispravile greške nastale u prenosu. Štafetni prenos ramova (FR ) projektovan je sa namerom da se iskoriste prednosti velikih brzina prenosa i malog procenta grešaka. Prve računarske mreže sa paketskom komutacijom projektovane su za brzine od oko 64kb/s do krajnjih korisnika a mreže sa štafetnim prenosom ramova projektovane su da rade efikasno sa brzinama do 2Mb/s do krajnjih korisnika. Ključni potez koji ovo omogućava bio je otklanjanje složenih mehanizama za kontrolu greške.

Mreže sa komutacijom ćelijaMreža sa komutacijom ćelija (ATM ) predstavlja sam vrh u razvoju sistema sa

komutacijom kanala i paketa. Očigledna razlika između sistema sa štafetnim prenosom (FR) i sa komutacijom ćelija (ATM) je u tome što sistemi sa štafetnim prenosom ramova koriste celine promenljive dužine, koje se nazivaju ramovi, a sistema sa komutacijom ćelija celine fiksne veličine koje se nazivaju ćelije. Kao i sistemi sa štafetnim prenosom, ATM sistemi unose malo premašenje za kontrolu greške: to prepuštaju višim slojevima u krajnjim sistemima. Koristeći pakete fiksne dužine ATM sistemi smanjuju vreme obrade u međučvorovima. Rezultat je da brzine koje se postižu u ATM mrežama idu i do reda Gb/s. ATM se takođe može smatrati kao sistem koji se razvio iz sistema sa komutacijom kanala. Kod sistema sa komutacijom kanala krajnjim sistemima su na raspolaganju tačno određene brzine podataka. ATM sistemi omogućavaju definisanje više virtuelnih kanala sa brzinama podataka koje se definišu dinamički u trenutku kada se virtuelni kanal uspostavlja. Koristeći male ćelije, tačno određene veličine (53 bajta) ATM je tako efikasan da može da ponudi kanale sa konstantnom brzinom bez obzira što koristi paketsku komutaciju. Na taj način ATM proširuje mogućnosti sistema sa komutacijom kanala, tako da on omogućava postojanje više kanala u kojima se brzina po zahtevu dinamički dodeljuje.

12

3. Slojevita arhitektura protokola

Zbog kompleksnosti u projektovanju računarskih mreža postupci za predaju, prenos i prijem poruka organizovini su kao serija slojeva ili nivoa. Broj slojeva, kao i njihova imena razlikuju se od mreže do mreže. U svim mrežama namena svakog sloja je da pruži određenu uslugu1 višim slojevima, štiteći te slojeve od detalja (npr. kako se usluga realizuje). Virtuelno sloj N na jednom računaru vodi konverzaciju sa slojem N na drugom računaru. Pravila i konvencije koji se koriste u ovoj konverzaciji zajedničke su i poznate kao protokol N-tog sloja. Na slici predstavljen je četvoroslojni model. U stvarnoj komunikaciji podaci se ne šalju direktno iz sloja N jednog računara ka sloju N drugog računara (osim u najnižem sloju). Umesto toga, svaki sloj predaje podatke i upravljčke informacije ka sloju koji je odmah ispod, dokle god ne stigne do najniž eg sloja. Na najnižem sloju postoji fizička komunikacija sa drugim računarom, suprotno od virtuelne komunikacije koju koriste protokoli viših slojeva. Između svakog para susednih slojeva postoji interfejs. Interfejs definiše koje osnovne operacije i usluge niži sloj nudi višem sloju. Kada projektant mreže odluči koliko slojeva će uključiti u mrežu i šta će koji od njih da radi najvažnije je jasno definisati interfejse između slojeva. Jasno definisanje slojeva, zauzvrat, zahteva da svaki sloj izvršava specifični skup jasno definisanih funkcija. Posledica toga je da se jedan sloj može zameniti potpuno drugim slojem (npr. telefonska linija može se zameniti satelitskom vezom), pošto je sve što se traži od novog sloja da pruži isti skup usluga sloju iznad sebe, kao što je prethodna implementacija obezbeđivala. Važna stvar za razumevanje slike jeste relacija između virtuelne i stvarne komunikacije i razlika između protokola i interfejsa.

Slojevi, protokoli i interfejsi

Proces parnjak na 4. sloju, na primer, razmišlja o svojoj komunikaciji kao da je „horizontalna”, koristeći protokol 4. sloja. Svaki od njih ima proceduru koja se naziva „pošalji na

13

drugu stranu” i proceduru „uzmi sa druge strane”, iako ove procedure stvarno komuniciraju sa nižim slojevima preko 4/3 interfejsa a ne sa drugom stranom. Skup slojeva i protokola naziva se slojevita arhitektura. Specifikacija arhitekture mora da sadrži dovoljno informacija da omogući onome ko nju implementira da napiše program za svaki sloj, tako da program korektno realizuje odgovarajući protokol. Ni detalji implementacije, ni specifikacija interfejsa nisu delovi arhitekture. U stvari čak ni svi interfejsi na svim računarima nisu isti, a ipak je obezbeđeno da svaki računar može korektno da koristi protokol.

Protok podataka u četvoroslojnom modelu

3.1 OSI referentni model

Ovaj model baziran je na preporukama koje je razvila internacionalna organizacija ISO. Model se naziva ISO OSI referenti model za međusobnu komunikaciju otvorenih sistema zato što se bavi povezivanjem otvorenih sistema – sistema koji komuniciraju sa drugim sistemima. U ovom delu ukratko ćemo objasniti namenu svakog od slojeva:

- Fizički sloj je zadužen za prenos preko fizičke sredine za prenos (transmisionog medijuma). Prilikom pristupa transmisionom medijumu fiziki sloj vodi računa o mehaničkim, električnim, funkcionalnim i proceduralnim karakteristikama;

- Sloj veze obezbeđuje pouzdan prenos podataka preko fizičke veze. Šalje blokove podataka (ramove) sa podacima potrebnim za sinhronizaciju, kontrolu toka, otkrivanje i otklanjanje grešaka;

- Mrežni sloj odgovoran je za uspostavljanje, održavanje i raskidanje veze. Omogućava da viši slojevi rade potpuno nezavisno od vrste prenosa ili primenjene komutacione tehnike;

14

- Transportni sloj omogućava pouzdan i transparentan prenos podataka izmeđ u krajnjih tačaka veze. Omogućava otklanjanje grešaka1 i kontrolu toka skraja na kraj;

- Sloj sesije obezbeđuje upravljačke strukture za međusobnu komunikaciju aplikacija. Omogućava uspostavljanje, održavanje i raskidanje veze (sesije) između odgovarajućih aplikacija;

- Sloj prezentacije obezbeđuje da aplikacioni procesi ne zavise od razlika u predstavljanju podataka (sintaksi);

- Sloj aplikacije obezbeđuje korisnicima pristup OSI okruženju i takođe obezbeđuje distribuiranu informacionu uslugu.

OSI referentni model

15

3.2 TCP/IP referentni model

TCP/IP skup protokola1 omogućava računarima različitih veličina i različitih proizvođača koji rade pod različitim operativnim sistemima da međusobno komuniciraju. Razvila ih je 1960. godine agencija DARPA za mrežu sa komutacijom paketa. Od 1990. godine je način za povezivanje računara koji se najviše koristi, tj. de facto standard. TCP/IP protokoli su osnova Interneta. Skup TCP/IP protokola je kombinacija različitih protokola sa različitih slojeva. Svaki od slojeva ima različita zaduženja:

- Sloj veze (sreće se u literaturi i pod nazivom pristup mreži) vodi računa o svim hardverskim detaljima fizičkog medijuma koji se koristi. Uklju- čuje softverske module3 operativnog sistema i odgovarajuće hardverske interfejse4 datog računara;

- Mrežni sloj (sreće se i pod nazivom internet sloj) vodi računa o kretanju paketa kroz mrežu. Preusmeravanje (rutiranje) paketa izvršava se na ovom sloju. Protokoli IP 5, ICMP6 i IGMP7 čine mrežni sloj u TCP/IP skupu protokola;

- Transportni sloj aplikacionom sloju iznad sebe obezbeđuje protok podataka između dve stanice (računara). U TCP/IP skupu protokola postoje dva potpuno različita transportna protokola: TCP i UDP.

Četvoroslojni skup TCP/IP protokolao TCP obezbeđuje pouzdan protok podataka između računara. Od podataka koje dobija

od aplikacije: formira celine (delove) koje prosleđuje mrežnom sloju, šalje potvrde o uspešnom prijemu paketa od udaljenih računara, postavlja vremena na časovnicima1, itd. Pošto transportni sloj obezbeđuje pouzdan prenos (tok) podataka aplikacioni sloj je potpuno oslobođen od ovih zadataka.

o S druge strane UDP obezbeđuje mnogo jednostavniju uslugu (servis) aplikacionom sloju. On jednostavno šalje od jednog do drugog računara pakete podataka (datagrame). Sve

16

zahteve za pouzdanošću mora da preuzme aplikacioni sloj. U skupu TCP/IP protokola mrežni sloj ne obezbeđuje pouzdanu uslugu. To znači prosleđuje pakete od izvorišta do konačnog odredišta što je moguće bolje, ali ne garantuje da je paket i stigao na odredište. TCP protokol s druge strane obezbeđuje pouzdanu transportnu uslugu koristeći nepouzdanu IP uslugu. Da bi obezbedio pouzdanu uslugu TCP upotrebljava časovnike, ponovno slanje paketa, šalje i prima potvrde s kraja na kraj i sl. Ruter po svojoj definiciji ima dva (ili više) mrežna interfejsa pošto povezuje dve (ili više) mreže.

Dve stanice sa FTP protokolom na lokalnoj računarskoj mreži Eternet tipa

Na slici prikazana su četiri različita protokola, svaki za različiti sloj: FTP za aplikacioni sloj, TCP za transportni sloj, IP za mrežni sloj i Eternet za sloj veze. TCP/IP skup protokola je kombinacija više protokola. Bez obzira što je naziv TCP/IP, TCP i IP su samo dva protokola. Drugo ime koje se koristi je skup protokola na Internetu. Namena najnižeg sloja koji vodi računa o pristupu mreži i najvišeg aplikacionog sloja sasvim je jasna. Prvi vodi računa o svemu što je vezano za komunikacioni medijum, kao što su bežične računarske mreže ili lokalne računarske mreže po standardu IEEE802.x 3, dok drugi vodi računa o svemu što je vezano za korisničku aplikaciju (FTP, Telnet, itd.). S druge strane razlika između mrežnog i transportnog sloja nije na prvi pogled jasno vidljiva. Da bi se bolje razumela razlika moramo posmatrati ne više samo jednu mrežu već skup mreža. Najjednostavniji način da se naprave međusobno povezane mreže je povezati dve mreže sa uređajem za preusmeravanje – ruterom. Pozitivna strana rutera je da omogućava vezu sa različitim tipovima fizičkih mreža – Eternet, prsten sa žetonom, bežične, tačka-tačka veze, itd. Sledeća slika prikazuje razliku između krajnjeg sistema (dva računara na krajevima) i međusistema (ruter u sredini). Aplikacioni sloj i transportni sloj koriste protokole s kraja na kraj 4. Ovi protokoli potrebni su samo krajnjim sistemima. Mrežni sloj obezbeđuje protokol od jedne stanice do druge (skok po skok ) i koriste ga svi sistemi: i krajnji i međusistemi. U skupu TCP/IP protokola mrežni sloj ne obezbeđuje pouzdanu uslugu. To znači prosleđuje pakete od izvorišta do konačnog odredišta što je moguće bolje, ali ne garantuje da je

17

paket i stigao na odredište. TCP protokol s druge strane obezbeđuje pouzdanu transportnu uslugu koristeći nepouzdanu IP uslugu. Da bi obezbedio pouzdanu uslugu TCP upotrebljava časovnike, ponovno slanje paketa, šalje i prima potvrde s kraja na kraj i sl. Ruter po svojoj definiciji ima dva (ili više) mrežna interfejsa pošto povezuje dve (ili više) mreže.

Dve TCP/IP mreže povezane ruteromKao što se vidi na slici (sa dva mreže) aplikacioni slojevi ne moraju da vode računa (i ne

vode računa) o tome da je jedna stanica na Eternet mreži a druga na prstenu sa žetonom sa ruterom između njih. Aplikacija se raditi na isti način čak i ako se između njih nađe 20 rutera sa dodatnim vrstama mrežnih interfejsa. Prikrivanje ovih detalja čini slojeviti koncept protokola Interneta toliko moćnim i korisnim rešenjem.

4. Komunikacioni model

Osnovna namena prenosa podataka je da prenosi poruke između dva korisnika. Na slici informacija koju treba preneti je sadržana u poruci označenoj sa m. Ova poruka, koja se prenosi kao podatak, generalno je predstavljena predajniku kao signal promenljiv u vremenu g(t).Pojmovi podatak i informacija često se koriste i mogu se definisati na sledeći način:

- podatak je reprezentacija činjenica, koncepta ili instrukcija formatizovanih na način pogodan za komunikaciju i interpretaciju, obrađena od strane čoveka ili nekog sredstva za automatsku obradu,

- informacija je značenje koje čovek dodeljuje podacima preko konvencija koje primenjuje na te podatke.

18

Podaci mogu i treba da se koriste za stvaranje informacija. Podaci za jednu osobu su informacija za drugu. Informacija se stiče kada se podaci interpretiraju. potrebno je preneti signal g(t). Ako signal nije u formi pogodnoj za prenos i on mora biti pretvoren (konvertovan) u signal s(t) koji je prilagođen karakteristikama transmisionog medijuma. Signal se, zatim, prenosi preko medijuma. Druga strana prima signal r(t), koji zbog oštećenja pri prenosu signala može da se razlikuje od s(t). Ovaj signal prijemnik konvertuje u formu pogodnu za izlaz. Konvertovani (pretvoreni) signal g’t) je aproksimacija (procena) ulaznog signala g(t). Na kraju, izlazni modul predaje procenjenu poruku m’ odredišnom korisniku.

Komunikacioni model

4.1 Prenos podataka

Uspešan prenos podataka zavisi u principu od dva faktora:- kvaliteta signala koji se prenosi,- karakteristika transmisionog medijuma.

Koncept i terminologijaPrenos podataka obavlja se između predajnika i prijemnika preko transmisionog medijuma. Transmisioni medijum može da bude žični3 i bežični4. žični medijum fizički povezuje krajnje stanice. Primer su upredena telefonska parica, koaksijalni kablovi i optička vlakna. Sa bežičnim medijumom krajnje stanice nisu fizički povezane već se signali prenose kroz npr. vazduh, vakuum i more. Termin direktna veza (link) koristi se za prenosni put između dva uređaja ukoliko se signal prenosi direktno od predajnika ka prijemniku, bez ikakvih uređaja između njih osim pojačavača i uređaja koji obnavljaju signal.

19

Konfiguracije a) tačka- tačka, b)više tačaka

Postoje dva tipa veza: tačka - tačka i više tačaka . Kada postoji direktna veza između dva uređaja (stanice) i samo oni dele medijum, veza se naziva tačka - tačka. U konfiguraciji sa više tačaka više od dva uređaja dele medijum. Oba slučaja kanal ili veza mogu da budu simpleks , polu dupleks, ili potpuni dupleks . U simpleks prenosu signal se prenosi samo u jednom pravcu; jedna stanica je predajnik a druga prijemnik. U poludupleks operaciji obe stanice mogu da prenose signal, ali samo jedna po jedna. U potpunom dupleksu, obe stanice mogu da šalju signale istovremeno.

Frekvencija, spektar i propusni opseg

U analizama koje slede bavićemo se elektromagnetnim signalima kao sredstvom za prenos poruka. Signal je funkcija vremena, ali se takođe može opisati i kao funkcija učestanosti. Znači, signal se može predstaviti sumom prostoperiodičnih komponenti različite učestanosti. Posmatranje slike signala u frekvencijskom domenu mnogo je važnije za razumevanje prenosa podataka od posmatranja signala u vremenskom domenu.

Koncept vremenskog domena

Posmatrano u funkciji vremena, elektromagnetski signal može biti analogni ili digitalni. Analogni signal je onaj čiji se intenzitet menja kontinualno u vremenu. Matematička definicija je: signal s(t) je kontinualan ukoliko je za svako a: Drugim rečima, ne postoje prekidne tačke ili diskontinuiteti. Signal je digitalan ukoliko je njegov intenzitet konstantog nivoa u određenom periodu vremena a zatim se promeni na drugi konstantan nivo 1. Kontinualan signal može da

20

predstavlja govor, a digitalan signal može da reprezentuje binarno 1 ili 0. Najjednostavnija vrsta signala je periodičan signal u kome se posle određenog vremenskog intervala T ponavlja isti oblik signala.

Analogni i digitalni signali

Najednostavniji periodični signal je prostoperiodični signal. Tri važne karakteristike prostoperiodičnog signala su amplituda (A), frekvencija (f0) i faza (T). Amplituda je maksimalna vrednost signala i meri se u voltima (V). Frekvencija je inverzna periodi (1/T0) i jednaka je broju ponavljanja periode u sekundi; izražava se u ciklusima u sekundi 2, ili hercima (Hz). Faza je mera relativne pozicije u vremenu u okviru jednog perioda signala.

Primer periodičnog signala: sinusni i pravougaoni talasni oblik

21

Prikazan je primer periodičnog kontinualnog signala (sinusni signal) i periodičnog diskretnog signala (pravougaoni signal).

Signal sa tri frekvencijske komponente u vremenskom i frekvencijskom domenu

Ima sledeće karakteristike:

- komponente ovog signala su sinusni talasi frekvencije f0 , 3f0 i 5f0 ,

22

- kada su sve frekvencijske komponente signala celobrojni umnožci jedne određene učestanosti onda se ona naziva osnovna učestanost,

- period rezultujućeg signala s(t) jednak je periodi signala osnovne učestanosti. Perioda komponente sin 2p f0 t je T0=1/f0 , a perioda signala s(t) je takođe T0 . Možemo pokazati, koristeći disciplinu koja se naziva Furijeova analiza, da se bilo koji elektromagnetni signal može predstaviti kao skup prostoperiodičnih analognih signala (sinusoida) različite amplitude, učestanosti i faze. Možemo reći da za svaki signal postoji funkcija u vremenskom domenu, s(t), kojom je određena vrednost signala u svakom trenutku vremena. Slično, postoji funkci ja u frekvencijskom domenu, S(f), koja specificira amplitudu (maksimalnu vrednost) komponenti od kojih se taj signal sastoji. Ta funkcija naziva se amplitudski spektar. Slika b pokazuje amplitudski spektar u frekvencijskom domenu za signale na slici a. Uočimo da je u ovom slučaju S(f) diskretna funkcija. Spektar signala zauzima određeni opseg učestanosti. Za signal sa slike a spektar se prostire od f0 do 5f0 . U prethodnom slučaju širina opsega spektra signala je 4f0 . Mnogi signali imaju neograničen spektar. Međutim, najveći deo snage signala koji predstavljaju realne poruke sadržan je u relativno uskom opsegu učestanosti. Ovaj opseg učestanosti naziva se efektivni opseg spektra ili samo opseg spektra signala.

4.2 Veza između brzine podataka i opsega

Definisali smo da je efektivni opseg spektra signala onaj opseg spektra u kome je skoncentrisan najveći deo energije signala. Termin „najveći” upotrebljen je prilič no proizvoljno. Važno je uočiti da iako zadati talasni oblik može da sadrži učestanosti iz veoma širokog opsega, bilo koji prenosni sistem (predajnik, transmisioni medijum i prijemnik) mogu da prihvate samo ograničeni opseg učestanosti. Ovo kao posledicu daje ograničenje u brzini podataka koja može da se prenese tim transmisionim sistemom. Pretpostavimo da pozitivan impuls predstavlja binarno 1 a negativni impuls binarno 0. Signal tada predstavlja binarni niz 1010...pa je perioda ovog signala T0 jednaka dvostrukom trajanje impulsa.

Pravougao impuls vrednosti 1, trajanja od +T/2 do -T/2 u vremenskom i frekvencijskom domenu

23

Digitalni signal generalno ima spektar neograničene širine. Ukoliko pokušavamo da pošaljemo signal preko bilo kakvog transmisionog medijuma prenosni sistem će ograničiti opseg spektra signala koji želimo da pošaljemo. S druge strane što je širi propusni opseg transmisionog medijuma to je njegova cena veća. Zbog toga ekonomski i praktični razlozi nalažu da se digitalne informacije šalju signalima ograničenog opsega spektra. Ograničenje opsega spektra signala generiše izobličenja koja otežavaju interpretaciju primljenog signala. Što se opseg spektra signala više ograničava to se povećava izobličenje signala i povećava se mogućnost greške na prijemu.

Komponente pravougaonog talasnog oblika

Vidi se da maksimalna amplituda sinusnih komponenata opada, tako da je maksimalna amplituda k-te frekvencijske komponente (učestanosti kf0) jednaka 1/k od maksimalne amplitude prvog harmonika (učestanosti f0). Snaga prostoperiodičnog signala proporcionalna je

24

kvadratu amplitude tog prostoperiodičnog signala.To znači da je snaga signala skoncentrisana u prvih nekoliko frekvencijskih komponenata. Šta će se desiti ukoliko ograničimo opseg spektra signala na samo prve tri frekvencijske komponente? Takav signal prikazan je na slici b, a upoređivanjem vidimo da je on veoma sličan originalnom pravougaonom signalu . Dodavanjem sinusne komponente učestanosti 7f0 talasni oblik se značajno ne menja. Ovu sliku možemo upotrebiti da bismo ilustrovali vezu između brzine podataka i opsega. Pretpostavimo da koristimo digitalni prenosni sistem koji može da prenosi signale čiji spektar je opsega 4MHz. Poslašemo sekvencu bita koja se sastoji od naizmeničnih „1” i „0” . Iako je ovaj signal „izobličeni” pravougaoni signal, on je dovoljno sličan pravougaonom tako da će prijemnik moći da napravi razliku između binarnog „1” i binarnog „0”.

4.3 Snaga signala

Važan parametar u bilo kom sistemu prenosa je snaga signala koji se prenosi. Signal se prenosi transmisionim medijumom i dolazi do gubitka ili slabljenje snage signala. Da bi se nadoknadio gubitak i povećala snaga signala mogu se u određenim tačkama veze postaviti pojačavači. Uobičajeno je pojačanje (G), slabljenje (L) i relativne nivoe posmatrati u decibelima pošto:

- snaga signala obično opada eksponencijalno sa rastojanjem, tako da se gubitak jednostavno opisuje preko decibela koji su logaritamska jedinica,- dobitak i gubitak u kaskadnom prenosnom putu može se izračunati jednostavnim operacijama sabiranja ili oduzimanja.Decibeli su mera za razliku između nivoa dva signala:

25

Uticaj propusnog opsega kanala

Na slici grafički je prikazana prethodno sprovedena analiza za brzinu podataka od 2000b/s. Posmatramo digitalni signal koji propuštamo kroz prenosni sistem različitog propusnog opsega: od 500Hz do 4000Hz. Sa propusnim opsegom od 2500Hz ili čak 1700Hz izlazni signal dovoljno dobro predstavlja originalni digitalni signal. Možemo da generalizujemo ovaj rezultat: ukoliko je digitalni signal brzine R (b/s) onda se veoma dobro predstavljanje signala može postići opsegom

26

spektra signala od 2*R (Hz). Ukoliko šum nije veliki originalni signal može se rekonstruisati mada je primljeni (preneseni) signal manjeg opsega spektra. Postoji direktna veza između brzine signala i opsega spektra signala. Što je veća brzina signala veći je efektivni opseg spektra tog signala. Posmatrano na drugi način: Što je veći propusni opseg prenosnog sistema to je veća brzina podataka koja se njime može preneti.

5. Analogni i digitalni prenos podataka

Uprenosu podataka od izvora do odredišta mora se voditi računa o prirodi podataka, o uređajima koji obezbeđuju prenošenje podataka, o tome kakvo procesiranje ili prilagođavanje se može zahtevati duž prenosnog puta, koje bi obezbedilo razumljive prijemne podatke. Za sve analize najvažnije je da li se radi o analognim ili digitalnim signalima. Termin analogni ili digitalni odnosi se, grubo posmatrano, na kontinualni i diskretni signal, respektivno. Ova dva termina koriste se često u prenosu podataka u najmanje tri konteksta:- podaci,- signalizacija,- transmisija.Mi posmatramo podatke koji se razlikuju od informacija. Za sada definišemo podatke kao celine koje sadrže značenje. Signal je električna ili elektromagnetna prezentacija podataka. Signalizacija je čin propagacije signala preko odgovarajućeg medijuma. Na kraju, transmisija je prenos podataka propagacijom i procesiranjem signala. Pokušaćemo da razjasnimo ove apstraktne pojmove analizirajući termine „analogni” i „digitalni”, signali ili podaci.

5.1 Podaci

Koncept analognih i digitalnih podataka veoma je jednostavan. Analogni podaci uzimaju kontinualne vrednosti na nekom intervalu. Na primer, govor i video su celine koje su kontinualno promenljive po intenzitetu. Većina podataka koje sakupljaju senzori, kao što su temperatura i pritisak, su kontinualno promenljive. Digitalni podaci uzimaju diskretne vrednosti, primer su tekst i celi brojevi. Nama najbliži pojam analognih podataka je zvuk (audio podatak) koji ljudi mogu u formi zvučnih talasa, direktno primati. Frekvencijske komponente govora mogu se naći između 100Hz i 8 - 9kHz. Mnogo uži opseg omogućiće prihvatljivu reprodukciju govora. Iako je dosta energije govora skoncentrisano na nižim učestanostima, testovi su pokazali da frekvencije do 600 i 700Hz dodaju veoma malo razumljivosti govoru s obzirom na funkcionisanje ljudskog uha. Takođe nama najbliži primer digitalnih podataka je tekst ili skup karaktera. Dok su tekstualni dokumenti za čoveka uobičajeni oni se ne mogu u obliku karakterajednostavno zapamtiti ili poslati nekim od sistema za obradu i prenos podataka. Ovi sistemi su projektovani za binarne podatke. Razvijeni su mnogi kodovi koji karaktere predstavljaju kao skup (sekvence) bitova.

27

5.2 Signali

U komunikacionom sistemu podaci se prenose iz jedne tačke u drugu posredstvom električnih signala. Analogni signal je kontinualni promenljivi elektromagnetni talas koji se može prostirati preko različitih medijuma, zavisno od njegovog spektra; primer su žični medijumi kao što su upredene parice i koaksijalni kablovi, optički kablovi i bežični - atmosfera i propagacija kroz vazduh. Digitalni signal su sekvence naponskih (strujnih) impulsa koji se mogu prenositi preko žičnog medijuma; na primer konstantni pozitivni napon može da predstavlja binarno 1, a konstantni negativni napon binarno 0. Prednost digitalnih signala je u tome što su njihovo generisanje i prenos generalno jeftiniji od analognih signala, a manje su osetljivi na smetnje. Mana im je što su na istom rastojanju značajnije oslabljeni od analognih signala. Zbog većeg slabljenja snage signala na višim učestanostima, impulsi su postaju zaobljeni i smanjeni. Jasno je da ovo slabljenje vodi brzo do gubitka informacije koja je sadržana u signalu koji se prostire kroz provodnik. Kao primer analognog podataka analiziraćemo govor i predvideti širinu njegovog spektra. Zvuk kao podatak može se predstaviti direktno preko elektromagnetnog signala koji zauzima isti spektar. U stvari, ukazuje se potreba da se napravi kompromis između kvaliteta govora koji se prenosi električnim putem i cene prenosa koja se povećava sa povećanjem propusnog opsega. Iako je kao što je pomenuto spektar govora približno između 100Hz i 8-9kHz i manja širina spektra obezbeđuje prihvatljivu reprodukciju govora. Standardni opseg za govorni kanal za potrebe telefonije je 300Hz do 3400Hz.

Ograničavanje opsega spektra govornog signala na 300 - 3400Hz

To je dovoljno za reprodukciju govora (imajući u vidu razumljivost), minimizira zahtev za prenosnim kapacitetom i omogućava upotrebu ne mnogo skupih telefona. Predajnik na telefonu pretvara (konvertuje) dolazeći govorni (zvučni) signal u elektromagnetski signal u opsegu 300Hz do 3400Hz signal zatim se prenosi kroz telefonsku mrežu ka prijemniku koji reprodukuje zvučni signal iz dolazećeg elektromagnetnog signala. Drugi primer je generalni slučaj binarnog podatka. Često korišćeni signal za takve podatke su dva konstantana naponska nivoa, jedan nivo za binarno „1” i jedan nivo za binarno „0”.

28

Podaci i signali

Posmatrajmo analogne signale koji se koriste za predstavljanje analognih podataka i digitalne signale koji se koriste za predstavljanje digitalnih podataka. Generalno, analogni podaci su kontinualne funkcija vremena i zauzimaju ograničeni frekvencijski opseg; takvi podaci mogu se predstaviti elektromagnetnim signalima, koji zauzimaju isti frekvencijski opseg. Digitalni podaci mogu se predstaviti preko digitalnih signala sa različitim naponskim nivoom za svaku od binarnih cifara. Digitalni podaci mogu se prenositi analognim signalima korišćenjem modema (modulator/demodulator). Modem pretvara digitalne podatke u analogni signal koji zauzima isti frekvencijski opseg kao i govorni signal.

Analogni i digitalni prenos analognih i digitalnih podataka

Na taj način se digitalni podacima mogu prenetositi telefonskim linijama. Na drugom kraju linije modem demoduliš e analogni signal da bi ponovo dobio originalne, digitalne podatke. Analogni podaci mogu biti preneti digitalnim signalima nekom od odgovarajućih tehnika kodiranja (analogno digitalnom konverzijom). Uređaj koji izvršava ovufunkciju naziva se kodek. Analogni signal koji direktno reprezentuje npr. govor (ili izlaz senzora) koder će predstaviti sekvencom bitova. Na prijemnoj strani ta sekvenca bitova koristi se da bi se rekonstruisao originalni analogni podatak (npr. Govor ili izlaz senzora).

29

5.3 Prenos

Analogni i digitalni signali mogu se prenositi kroz odgovarajući transmisioni (prenosni) medijum. Način na koji se ovi signali tretiraju je u zavisnosti od prenosnog sistema. Analogni prenos je način na koji se prenosi analogni signal, bez zalaženja u njegov sadržaj. Signal može da predstavlja analogne podatke (npr. govor) ili digitalne podatke (npr. podaci koji prolaze kroz modem). U oba slučaja analogni signal će postati slabiji (oslabljen) posle određenog rastojanja. Da bi obezbedio veća rastojanja analogni prenosni sistem uključuje pojačavače koji dodaju energiju signalu. Nažalost, pojačavač pojačava i šum. Sa pojačavačima,kaskadno vezanim da bi se obezbedilo veće rastojanje, signal postaje sve više i više izobličen. Za analogne signale kao što je govor značajno izobličenje može se tolerisati tako da govor (podatak) i dalje ostaje razumljiv. Međutim kod digitalnih podataka kaskadno vezani pojačavači unose greške. Digitalni prenos se bavi sadržajem signala. Digitalni signal se može prenositi samo na ograničenom rastojanju pre nego što slabljenje ugrozi mogućnost tačne rekonstrukcije podataka. Da bi se postiglo veće rastojanje koriste se „obnavljivači”. Ripiter (obnavljivač) prima digitalni signal, obnavlja jedinice i nule, i šalje obnovljeni (novi) signal. Ista tehnika može se koristiti sa analognim signalima, ukoliko se pretpostavi da signal nosi digitalne podatke. Na odgovarajućim tačkama sistem postavlja ripitere a ne pojačavače. Ripiter oporavlja digitalni podatak iz analognog signala i generiše novi, čist analogni signal. Tako se sprečava akumuliranje šuma. Prirodno se javlja pitanje koji je metod bolji za prenos? Odgovor koji se dobija od telekomunikacione industrije i njihovih korisnika je da je to digitalni, bez obzira na ogromna ulaganja u analogna komunikaciona sredstva. I udaljena telekomunikaciona oprema, i oprema u okviru jedne zgrade biće zamenjena digitalnim prenosom i digitalnom

signalizacionom tehnikom gde god je to moguće. Najvažniji razlozi za to su:

- Digitalna tehnologija - napredak LSI i VLSI tehnologije je prouzrokovao smanjenje cene digitalnih kola;- Celovitost podataka - korišćenjem ripitera, a ne pojačavača efekat šuma i drugih uticaja na signal nije kumulativan. Ripiter može da unese grešku ali se ona može otkriti i ispraviti. Tako je moguće prenositi podatke na veća rastojanja a sa manje kvalitetnim linijama, zadržavajući celovitost podataka;- Korišćenje većih kapaciteta - postalo je ekonomično izgraditi prenosne linije (linkove) vrlo velikog propusnog opsega, uključujući satelitske kanale i optička vlakna. Da bi se efikasno iskoristio takav kapacitet potrebno je multipleksiranja. I to je mnogo jednostavnije i jeftinije postići digitalnom (vremenskom)nego analognom (frekvencijskom) raspodelom kanala4;- Pouzdanost i privatnost - tehnike šifriranja mogu se primeniti na digitalne podatke i analogne podatke koji su digitalizovani;

30

- Integracija - tretiranjem i analognih i digitalnih podataka digitalno, svi signali imaju istu formu i mogu se tretirati slično. Značajne uštede se mogu postići integracijom govora, videa i digitalnih podataka.

5.4 Transmisioni parametri

U bilo kom komunikacionom sistemu signal na prijemu može se razlikovati od signala na predaji zbog različitih uticaja (pogoršanja) u prenosu. Kod analognih signala ova pogoršanja mogu da umanje kvalitet signala. Kod digitalnih signala javljaju se greške; binarna jedinica se pretvara u binarnu nulu i obrnuto. U ovom delu analiziraćemo različite parametre koji utiču na pogoršanje signala i kako oni mogu da utiču na informacioni kapacitet komunikacione veze. Dok se signal prenosi on je predmet velikog broja uticaja od kojih su najvažniji:

- slabljenje i izobličenja usled slabljenja,- izobličenja usled kašnjenja,- šum.

SlabljenjeSnaga signala opada sa rastojanjem kod bilo kog transmisionog medijuma. Za žičane

medijume smanjenje snage, ili slabljenje, generalno se menja eksponencijalno i zato je tipično predstavljeno konstantnim brojem decibela po jedinici razdaljine. Za bežične transmisione medijume slabljenje zavisni od rastojanja i stanja atmosfere. Slabljenje uključuje tri aspekta važna za projektante. Prvo, primljeni signal mora da bude dovoljne snage, tako da elektronsko kolo u prijemniku može da detektuje i interpretira signal. Drugo, signal se mora održavati na nivou dovoljno višem od šuma da bi se mogao primiti bez greške. Treće, slabljenje je funkcija koja raste sa učestanošću. Prvi i drugi problem se odnose na snagu signala i razrešavaju se upotrebom pojačavača i obnavljivača. Treći problem je naročito vidljiv za analogne signale. Pošto se slabljenje menja u funkciji učestanosti primljeni signal je izobličen. Ovaj problem se prevazilazi brojnim tehnikama koje ujednačavaju slabljenje u određenom opsegu učestanosti. Uobičajeno je da se kod telefonskih linija koriste kalemovi koji menjaju električne karakteristike linije. Rezultat je ujednačavanje efekta slabljenja. Drugi načinje upotreba pojačavača koji komponente spektra na višim učestanostima više pojačavaju od komponenata spektra na nižim učestanostima.

Izobličenje usled kašnjenja

Izobličenje usled kašnjenja je fenomen posebno vezan za žičane transmisione medijume. Izobličenje se javlja zbog toga što se brzina propagacije (prostiranja) signala menja kroz žičane medijume u zavisnosti od učestanosti. Za signale ograničenog opsega brzina je najveća blizu centralne učestanosti i opada ka granicama opsega. Izobličenje usled kašnjenja signala govora ili

31

muzike nema nikakvog uticaja na reprodukciju što nije slučaj sa televizijskim signalom ili signalima koji prenose digitalne podatke.

Šum (smetnje)

Za svaki prenos primljeni signal će se sastojati od:

- poslatog signala modifikovanog različitim izobličenjima koje unosi prenosni sistem,- dodatnog neželjenog signala koji se umetnuo negde između predaje i prijema. Taj neželjeni umetnuti signal naziva se šum ili smetnja. Šum je taj koji je najveć i ograničavajući faktor u karakteristikama komunikacionog sistema. Šum se može podeliti u četiri kategorije:- termički šum,- intermodulacioni šum,- šum usled preslušavanja,- impulsni šum.Termički šum predstavlja pojavu koja je svojstvena svim sistemima čija je apsolutna temperatura T veća od 00 K. U svakom provodniku zbog termičke interakcije izmeću slobodnih elektrona i vibrirajućih molekula provodnika, u uslovima termičke ravnoteže, dolazi do stalnog i neregularnog kretanja elektrona. Termički šum je prisutan u svim uređajima i transmisionim medijumima. Ne može se eliminisati i zbog toga je ograničavajući faktor za performanse komunikacionih sistema. Za termički šum se kaže da je ravnomerno raspodeljen u spektru i često se naziva „ravnim” ili „belim šumom” jer i belu svetlost karakteriše uniformna raspodela u vidljivom delu spektra.

Efekat šuma na digitalni prenos

32

Preslušavanje su imali prilike da čuju svi koji koriste telefonske veze - bili su u stanju da čuju tuđđe razgovore. To je neželjena elektromagnetska sprega komunikacionih puteva. Svi ovi tipovi šuma su predvidivi i relativno konstantne jačine. Impulsni šum je diskontinualan izvor grešaka u digitalnim komunikacijama. Primer je slika efekta na digitalni signal. Šum se sastoji od relativno skromnog nivoa termičkog šuma i povremenih špiceva impulsnog šuma. Odnos signala i šuma S/N (signal/šum) je najvažniji parametar koji određuje performanse transmisionog sistema. Predstavlja odnos snage signala prema snazi koja se sadrži u prisutnom šumu. Relacija se obično meri na prijemnoj strani pošto je to tačka u kojoj se obrađuje (procesira) signal i eliminiše neželjeni šum. Pri detekciji signala na prijemu i poređenja sa pragom odlučivanja može se uočiti da se kao posledica šuma pojavila greška u primljenom signalu.

5.5 Kapacitet kanala

Videli smo da postoji više efekata koji izobličavaju ili oštećuju signal. Za digitalne signale postavlja se pitanje do koliko ovo pogoršanje ograničava brzinu podataka koja se može postići. Maksimalna brzina kojom se podaci mogu prenositi preko nekog komunikacionog puta, ili kanala, pod datim uslovima naziva se kapacitet kanala. Postoje četiri pojma koja su vezana jedan sa drugim. To su:

- Brzina podataka - odnosi se na brzinu u bitima u sekundi (b/s, bps 1) kojom se podaci mogu razmenjivati;- Opseg - odnosi se na opseg spektra predajnog signala koji je ograničen predajnikom i prirodom transmisionog medijuma i izražava se u ciklusima u sekundi ili hercima (Hz);- Smetnja - odnosi se na srednji nivo snage smetnje na komunikacionom putu;- Verovatnoća greške - odnosi se na učestanost pojavljivanja grešaka. Pod greškom se podrazumeva kada se proglasi „1” a poslato je „0” i obrnuto. Problem je sledeći: komunikciona oprema je generalno skupa i što je njen propusni opseg veći viša je cena. Pored toga svi dostupni prenosni kanali su ograničenog propusnog opsega. Ograničenja su posledica fizičkih karakteristika transmisionih medijuma i namernog ograničavanja širine opsega predajnika da bi se sprečila interferencija sa drugim izvorima. Zadatak je da se iskoristi što više za raspolož ivi opseg. Za digitalne podatke ovo znači da bismo voleli da postignemo što je moguće veću brzinu podataka za zadatu verovatnoću greške i ponuđenu širinu opsega.

33

6. Transmisioni medijumi

Transmisioni medijum je fizički put između predajnika i prijemnika u sistemu za prenos podataka i može se klasifikovati kao žični i bežični. Primer žičnih medijuma su upredene parice, koaksijalni kablovi i optička vlakna. Primer bežičnih medijuma su vazduh, vakuum ili voda. Karakteristike i kvalitet prenosa podataka određeni su i prirodom signala i prirodom medijuma. U slučaju žičnih medijuma, medijum sam po sebi važniji je u određivanju ograničenja u prenosu. S druge strane za bežične medijume spektar signala koji šalje antena mnogo je važniji od medijuma u određivanju prenosnih karakteristika. Kod bežičnih medijuma bitna je usmerenost antena. Signali na nižim učestanostima su, generalno, višedirekcioni; to znači da se signal koji šalje (emituje) antena prostire u svim pravcima. Na višim učestanostima moguće je usmeriti signal u određenom pravcu. U analizi prenosnih sistema ključne osobenosti su brzina prenosa i domet (udaljenost). Što su postignuta brzina i domet veći to je prenosni sistem bolji. Pri projektovanju bitni činioci koji su vezani za transmisioni medijum i signal, a određuju brzinu podataka i domet su: opseg spektra signala, slabljenje, interferencija i broj prijemnika.

Opseg

Ukoliko su svi ostali faktori konstantni što je veći opseg kanala to se veća brzina tim kanalom može postići.

Slabljenje

Jedan od parametara koji umanjuje kvalitet signala u prenosu tj. ograničava njegov domet je slabljenje. Ako se posmatraju žični medijumi onda je slabljenje signala koji se prenose upredenim paricama veće od slabljenja pri prenosu koaksijalnim kablovima a najmanje je kod prenosa optičkim vlaknima.

34

Interferencija

Međusobni uticaji signala u opsezima spektra koji se međusobno preklapaju mogu da izobliče i umanje snagu signala. Interferencija je naročito izražena kod bežičnih medijuma, ali je takođe i problem kod žičnih medijuma. Na primer više upredenih parica obično je smešteno u jednom kablu. Kod žičnih medijuma ovaj problem može se umanjiti oklopljavanjem.

Broj prijemnika

Žični medijumi koriste se ili kao jedna veza (tačka-tačka) ili kao više veza (deljeni medijum). Kada isti medijum koristi više priključenih uređaja onda svaka priključna tačka unosi neko slabljenje i izobličenje linije čime se ograničavaju domet i brzina prenosa.

6.1 Žični medijumi

Za žične transmisione medijume kapacitet prenosa, bez obzira da li se posmatra kroz brzinu prenosa ili širinu propusnog opsega, zavisi od razdaljine i od toga da li se medijum koristi kao jedna veza (tačka-tačka) ili kao deljeni (više tačaka). Tabela sadrži tipične arakteristike žičnih medijuma, uključujući graničnu brzinu podataka koju medijum može da podrži, propusni opseg medijuma i potrebnu razdaljinu za ripitere.

Tabela: Karakteristike žičanih medijuma direktne (tačka-tačka) veze

35

6.2 Upredene parice

Upredene parice su najviše korišćeni i najjeftiniji transmisioni medijum.

Fizički opis

Upredene parice sastoje se od dve izolovane bakarne žice upredene ravnomernim korakom upredanja. Žice se ponašaju kao jedna komunikaciona veza. Upredanjem se minimizira elektromagnetna interferencija između parova žica. Kada se žice upredu signali koji su rezultat preslušavanja iz upredenih delova međusobno se potiru. Uobičajeno je da se veći broj ovih parova smešta u kabl sa zaštitnim omotačem.

Korišćenje

Upredene parice su transmisioni medijum koji se najviše koristi i za analogni i za digitalni prenos. Koriste se u telefonskoj mreži za povezivanje korisnika i komutacionih centara (tzv. pretplatnička petlja). Takođe se koriste za skoro sve komunikacione veze unutar objekata. Naročito su našle široku primenu u lokalnim računarskim mrežama za brzine od 100Mb/s i 1Gb/s.

Prenosna (transmisiona karakteristika)

Upredene parice se koriste i za analogni i za digitalni prenos. Kod analognih sistema prenosa pojačavači su potrebni na svakih 5km do 6km. Kod digitalnih sistema prenosa ripitere treba postaviti na razmaku od 2km do 3km.

Upredene parice a) jedana par b) kabl sa 4 upredene parice

36

Oklopljene i neoklopljene upredene parice

Upredene parice se izrađuju u dve varijante: neoklopljene i oklopljene. Neoklopljene, bez zaštitnog omotača, UTP su standardne telefonske žice. Poslovni objekti najčešće su ožičeni neoklopljenim telefonskim paricama što je više nego dovoljno kvalitetno za telefonske veze. Ovo je najjeftiniji transmisioni medijum i uobičajeno se koristi i za lokalne računarske mreže. Neoklopljene parice su podložne spoljašnjim elektromagnetskim smetnjama. Način da se poboljšaju karakteristike medijuma je da se zaštite metalnim omotačem ili mrežom i na taj način spreče neželjeni uticaji (intreferencija). Oklopljene upredene parice STP boljih su osobina (naročito na većim brzinama), ali su skuplje.

Kategorije kablova

Ožičavanje sa upredenim paricama postoji u nekoliko varijanti. Organizacija proizvođača elektronike EIA 3 1995. godine donela je standard za ožičavanje objekata4 koji specificira korišćenje upredenih parica 5 (oklopljenih - 150Ω i neoklo pljenih - 100Ω) za instalacije unutar objekata i koji nosi oznaku EIA-588A. Osvrnućemo se na one koje su (ili su bile) značajne za računarske komunikacije.

Različite kategorije uparenih parica a) kategorije 3 b) kategorije 5

Kategorija 3 sastoji se od dve izolovane žice zajedno upredene. Korak upredanja je 7,5cm do 10cm. Četiri upredene žice (parice) grupisane su zajedno i smeštene u plastični zaštitni omotač. Propusni opseg ovih kablova je do 16MHz. Kategorija 5 razlikuje se od kategorije 3 samo po koraku upredanja. Korak upredanja je 0,6cm do 0,85cm. Propusni opseg ovih kablova je do 100MHz. Prvi parametar za međusobno upoređivanje je slabljenje. Snaga signala opada sa rastojanjem kod svakog prenosnog medijuma. Za žične medijume to opadanje je eksponencijalno i tipično je izraženo konstantnim brojem decibela po jedinici rastojanja. Drugi parametar je preslušavanje na bližem kraju.

37

6.3 Koaksijalni kablovi

Fizički opis

Koaksijalni kabl, kao i upredene parice, sastoji se od dva provodnika, koji su različito konstruisani da bi obezbedili rad u širokom frekvencijskom opsegu. Računarske mreže Jedan od provodnika je puna provodna žica koja je postavljena u cev od izolacionog materijala, oko koga je obmotana cilindrična provodna mreža. Sve zajedno je smešteno u zaštitni, plastični omotač.

Izgled i poprečni presek koaksijalnog kabla

Korišćenje

Koaksijalni kabl je transmisioni medijum koji se koristi na najraznovrsnije načine. Najvažnija primena je za:- udaljeni telefonski i televizijski prenos,- televizijsku mrežu,- lokalne računarske mreže.Dve vrste koaksijalnih kablova nalazile su se u široj upotrebi. Jedna od njih je 50Ω kabl koji se koristio u lokalnim računarskim mrežama . Drugi 75Ω se uobičajeno koristi za analogni prenos i kablovsku televiziju ali postaje sve značajniji i za pristup Internetu.Koaksijalni kabl je tradicionalno bio važan deo međugradske telefonske mreže. Danas se sve više zamenjuje optičkim kablovima, zemaljskim mikrotalasima i satelitskim vezama. Koristeći frekvencijsku podelu opsega koaksijalni kabl može da obezbedi 10000 istovremenih govornih kanala. Prenosna karakteristika Koaksijalni kablovi se koriste i za analogne i za digitalne signale.

38

Koaksijalni kabl ima bolju frekvencijsku karakteristiku od upredenih parica, tako da se može efikasnije koristiti na višim učestanostima i pri većim brzinama.

6.4 Optički kablovi

Projektanti u računarskoj industriji veoma su ponosni na brzinu kojom se razvija računarska industrija. Personalni računar (1981. god., IBM) radio je sa takt signalom od 4,77MHz. Dvadeset godina kasnije personalni računar radi sa takt signalom od 2GHz. Povećanje brzine rada je dvadeset puta po dekadi. U istom periodu prenos digitalnih podataka između geografski udaljenih lokacija je sa 56kb/s (ARPANET 1) došao na 1Gb/s. Povećanje je 125 puta po dekadi, a verovatnoća greške je sa 10-5 došla skoro na nulu. Sa današnjom tehnologijom izrade optičkih vlakana propusni opseg dozvoljava brzinu od 50000Gb/s (50Tb/s). Ograničenja koja trenutno postoje posledica su nemoguć nosti da se na većim brzinama izvrši konverzija električnog u optički signal. S druge strane centralna procesorska jedinica dostigla je svoje granice. U trci između računarstva i komunikacija, komunikacije su za sada pobedile. Posledice suštinskineograničenog opsega (ali ne i niske cene) još nije potpuno prihvatila generacija projektanata koja je naučila da razmišlja sa ograničenjima koja su postavili Nikvist i Šenon za žične medijume.

Fizički opis

Optičko vlakno je tanak (2 do 125mm), fleksibilni medijum, kroz koji može da se prostire svetlosni zrak. Prave se od stakla ili plastike. Najmanji gubici su kod optičkih vlakana koja su napravljena od silicijuma . Niži po ceni ali i dalje prihvatlji vih performansi su staklena optička vlakna. Plastična optička vlakna su najniža po ceni i mogu se koristiti za kraća rastojanja i primene u kojima su gubici srednjeg nivoa prihvatljivi. Optička vlakna imaju cilindrični oblik i sastoje se od tri koncentrična dela: jezgra, presvlake i omotača.

Izgled: a) optičkog vlakna b) optičkog kabla sa tri vlaklna

39

Jezgro je od stakla ili plastike prečnika 8 do 100mm. Optičko vlakno je presvučeno materijalom koji ima različita optička svojstva od jezgra (niži indeks prelamanja). Spoj između jezgra i omotača za svetlosni zrak ponaša se kao granična, reflektujuća površina. Treći sloj može da bude omotač jednom ili više optičkih vlakana. Omotač je obično napravljen od plastičnog materijala i zaštita je od vlage, mehaničkih oštećenja i drugih neželjenih uticaja u okruženju.

Korišćenje

Jedna od najvažnijih tehnoloških prekretnica u prenosu podataka je razvoj optičkih komunikacionih sistema. Optička vlakna su primenljiva u međugradskim telefonskim vezama, lokalnim računarskim mrežama i vojnim komunikacijama. Sledeće karakteristike razlikuju optičke kablove od upredenih parica i koaksijalnih kablova:

- veći propusni opseg - moguća širina opsega, a samim tim i brzina je značajno veća (10 i 100Gb/s);-manje dimenzije i težina - optički kablovi su značajno tanji i lakši od kablova sa upredenim paricama i koaksijalnih kablova 1. Kod instalacija novih uređaja za preusmeravanje podataka (rutera) koriste se optička vlakna zbog značajno lakše instalacije, a samim tim i cene;- manje slabljenje - slabljenje je značajno manje kod optičkih vlakana nego kod koaksijalnih kablova i upredenih parica i konstantno je u širokom opsegu;- elektromagnetska izolacija - na sisteme sa optičkim vlaknima nemaju uticaja spoljašnja elektromagnetska polja. To znači da sistem nije podložan interferenciji, impulsnom šumu i preslušavanju;- veći razmak između ripitera - kao posledica malog slabljenja ripiteri su potrebni na svakih 40 do 50km. U poređenju sa razmakom ripitera od najviše 5km kod bakarnih prenosnih medijuma uštede su značajne.Optička vlakna su našla primenu u sledećim komunikacionim sistemima:- međugradskim prenosnim sistemima,- u gradskim prenosnim sistemima,- pretplatničkim petljama,- lokalnim računarskim mrežama.Postalo je uobičajeno da se međugradski prenosni sistemi u telefonskoj mreži realizuju optičkim vlaknima. Razdaljine u međugradskim vezama su i do 1500km i nude veliki kapacitet (obično 20000 do 60000 govornih kanala). Ovi sistemi su po ceni blizu mikrotalasnim sistemima. U gradskim područjima prenosni sitemi su prosečne dužine od 12km i mogu da sadrže do 100000 govornih kanala. Uobičajeno se postavljaju bez ripitera. Optička vlakna u pretplatničkim petljama povezuju lokalne telefonske centrale sa krajnjim korisnicima (pretplatnicima). Ovakve veze mogu da obezbede usluge ne samo prenosa govora već i podataka, slike i video signala. Za sada su namenjene poslovnim pretplatnicima ali se smatra daće se u bliskoj budućnosti koristiti i u domaćinstvima. Važna primena optičkih vlakana su lokalne računarske mreže. Razvijeni su standardi i pojavila se oprema koja omogućava brzine od 100Mb/s do 10Gb/s.

40

Prenosna karakteristika

Optički sistem prenosa ima tri komponente: izvor svetlosti, prenosni medijum i detektor. Uobičajeno (po konvenciji) impuls svetlosti predstavlja bit „1”, a odsustvo svetlosti bit „0”. Detektor generiše električni impuls kada svetlost padne na njega. Dovođenjem izvora svetlosti na jedan kraj optičkog vlakna i detektora na drugi kraj dobija se jednosmerni (unidirekcioni) prenosni sistem. On prihvata električni signal, pretvara ga u svetlost i emituje kao svetlosni impuls. Na prijemnoj strani svetlosni impuls se ponovo pretvara u električni signal.

Slika a) Tri primera svetlosnog zraka unutar optičkog vlakna koji padaju na granicu vlakno/vazduh pod različitim uglovima, b) Zrak koji se prostire potpunom refleksijom

Prenosni sistem bi rasipao svetlost i bio bi neupotrebljiv u praksi da nije primenjen princip iz fizike. Kada svetlosni zrak prelazi iz jednog medijuma u drugi dolazi do promene njegovog pravca (refrakcije) na samoj granici između dva medijuma (npr. staklenog vlakna i vazduha). Vidi se da se svetlosni zrak koji pada na površinu pod uglom α1 pojavljuje pod uglom β1.

Način prenosa svetlosnog zraka kroz optičko vlakno: višeugaono i jednougaono

41

Veličina refrakcije zavisi od karakteristika ova dva medijuma. Za ulazni ugao iznad određene kritične vrednosti svetlost se prelama (refraktuje) u stakleno vlakno. Tako svetlosni zrak koji pada pod uglom iznad određene kritične vrednosti ostaje u optičkom vlaknu (slika b). Može (teoretski gledano) da se prostire na velike razdaljine praktično bez gubitaka. Na slici je prikazan jedan svetlosni zrak, ali se bilo koji svetlosni zrak koji se pojavi pod uglom većim od kritičnog isto ponaša - ostaje „zarobljen” u optičkom vlaknu. Na slici b prikazan je jedan zrak, ali bilo koji zrak koji pada pod uglom većim od graničnog odbijaće se o graničnu površinu vlakna. Svaki od ovih zraka ima svoj ugao pod kojim se emituje i svoj put, odnosno način 1 prostiranja, pa se ova vrsta optičkih vlakana naziva višeugaona optička vlakna.Ukoliko se prečnik vlakna smanji na nekoliko talasnih dužina svetlosti vlakno „vodi” svetlosni zrak. Moguć je jedan jedini ugao a samim tim i put svetlosnog zraka pa se ova vrsta vlakana naziva jednougaona optička vlakna. U sistemima sa optičkim vlaknima koriste se različiti tipovi svetlosnog izvora:LED - poluprovodnička dioda koja emituje svetlost kada kroz nju prolazi struja,ILD - poluprovodnička dioda koja radi na principu lasera.

Slabljenje svetlosti pri prostiranju kroz optičko vlakno zavisi od talasne dužine svetlosti i od fizičkih karakteristika optičkog vlakna. Za različite vrste stakla od kojih se prave optička vlakna slabljenje (izraženo u dB/km). Optički komunikacioni sistemi u radu koriste tri opsega talasnih dužina (tzv. optička „prozora”). Oni su centrirani oko talasnih dužina 0,85; 1,30 ili 1,55mm. Poslednje dve imaju dobre karakteristike slabljenja (manje od 5% po kilometru dužine). Sva tri opsega talasnih dužina su širine od 25000 do 30000GHz.

6.5 Bežični prenos

Elektromagnetski talasi mogu se prostirati kroz vazduh, čak i kroz vakuum. Broj oscilacija u sekundi je učestanost talasa (f), a rastojanje između dve uzastopne maksimalne (ili minimalne) vrednosti naziva se talasna dužina l. U vakuumu elektromagnetski talasi prostiru se brzinom koja ne zavisi od učestanost. Ta brzina, obično se naziva brzina svetlosti (s) je približno 3*108m/s. Kod prostiranja elektromagnetskih talasa kroz bakar i kabl ili optičko vlakno brzina se smanjuje i zavisi od učestanosti. Osnovna relacija između f, l, s je: λf = c Pošto je s konstantno ukoliko se zna f može se izračunati l. Opsezi koji su obeleženi na dnu slike su zvanične oznake koje koristi ITU-T. Najniži opseg od 30 do 300kHz označen je kao nizak frekvencijski opseg, slede srednji, visok, veoma visok itd. Oznake su odgovarajuće engleske skraćenice : LF, MF, VHF, UHF, SHF, EHF, THF.

Za bežični prenos koji će biti analiziran u ovoj glavi od interesa su tri frekvencijska opsega:mikrotalasni, radio i infracrveni. Frekvencije u opsegu od oko 1GHzdo 40GHz označavaju se kao mikrotalasne učestanosti. Na ovim učestanostima moguće je emitovati veoma usmerene zrake tako da su mikrotalasi podesni za tačka-tačka veze. Mikrotalasi se koriste i za

42

satelitske komunikacije. Učestanosti u opsegu 30MHz do 1GHz podesne su za omnidirekcione primene. Taj opseg se naziva radio opseg. Treći važan opseg učestanosti je infracrveni deo spektra. On obuhvata opseg učestanosti od 3*1011 do 3*1014Hz (približno). Infracrveni deo spektra koristi se za veze tačka-tačka i tačka-više tačaka u okviru ograničenog prostora (npr. Jedna prostorija). Da bi se obezbedio prenos bežičnim medijumima na predajnoj i prijemnoj strani postavljaju se odgovarajuće antene.

Antene

Antena se definiše kao električni provodnik ili sistem električnih provodnika koji se koristi bilo za emitovanje bilo za sakupljanje elektromagnetske energi je. Za prenos signala električna energija iz predajnika posredstvom antene pretvara se u elektromagnetsku energiju i emituje u sredinu koja ga okružuje (atmosfera, voda, prostor). Za prijem signala elektromagnetska energija koja dospe do antene pretvara se u električnu energiju koju koristi prijemnik. U dvostranoj komunikaciji ista antena može se koristiti i za predaju i za prijem. Ovo je moguće pošto svaka antena pretvara energiju iz sredine koja je okružuje u ulazni signal prijemnog uređaja sa istom efikasnošću kao što pretvara ulazni signal predajnog uređaja u sredinu koja je okružuje, uz pretpostavku da se koristi ista učestanost u oba pravca.

6.6 Zemaljske mikrotalasne vezeFizički opis

Kao što je rečeno najviše korišćeni tip mikrotalasnih antena je parabolična. Uobičajena veličina paraboličnog reflektora je 3m u prečniku. Antena je fiksirana kruto i usmerava uzak snop zraka da bi obezbedila predaju „u liniji vidljivosti” do prijemne antene. Za prenos na velikim udaljenostima koristi se serija mikrotalasnih relejnih stanica koje omogućavaju da se tačka-tačka mikrotalasne veze povezuju na željenoj razdaljini.

Primena

Najvažnija primena mikrotalasnih sistema je u međugradskim telefonskim vezama kao alternativno rešenje koaksijalnim kablovima i optičkim vlaknima. Mikrotalasne veze zahtevaju malo manje pojačavača nego koaksijalni kablovi za istu razdaljinu, ali je potrebna linija vidljivosti. Druga sve veća primena mikrotalasa su kratke tačka-tačka veze između zgrada. Mogu se koristiti za televiziju ili za povezivanje lokalnih računarskih mreža. Važna primena mikrotalasnih veza su i ćelijski (mobilni) sistemi.


Mikrotalasne veze zauzimaju značajan deo elektromagnetskog spektra. Uobičajene učestanosti koje se koriste su u opsegu od 1 do 40GHz. Što je viša učestanost koja se koristi veća je potencijalna širina frekvenciskog opsega, a samim tim i potencijalna brzina.

43

6.7 Satelitske mikrotalasne vezeFizički opis

Komunikacioni satelit je u stvari mikrotalasna relejna stanica. Koristi se za povezivanje više zemaljskih mikrotalasnih prijemnika/predajnika koji se sreću pod nazivom zemaljske stanice. Satelit prima signal u jednom opsegu učestanosti (direkni kanal ), pojačava ga, i šalje u drugom opsegu učestanosti (povratni kanal 2). Jedan satelit u orbiti može da radi na nekoliko frekvencijskih opsega. U prvoj se satelit koristi da obezbedi tačka-tačka vezu između dve udaljene zemaljske antene. U drugom slučaju satelit obezbeđuje komunikaciju zemaljskog predajnika i grupe zemaljskih prijemnika. Za komunikacione satelite da bi efikasno radili generalno se zahteva da ostaju stacionarni (relativno) posmatrano u odnosu na Zemlju. U suprotnom ne bi bili stalno u liniji vidljivosti sa svojim zemaljskim stanicama. Da bi ostao geostacionaran satelit mora da ima isti period rotacije kao Zemlja oko svoje ose. To se dešava u ekvatorijalnoj ravni na visini od 35863km.

Konfiguracija satelitskih sistema

44

Primena

Komunikacioni sateliti su tehnološka revolucija jednako važna kao i optički kablovi. Među najznačajnijim primenama su sledeće:

- distribucija televizijskih programa,- telefonska mreža na velikim rastojanjima,- privatne poslovne mreže.Sateliti se zbog svoje mogućnosti da šalju svima koriste u distribuciji televizije. Program se šalje satelitu koji ga zatim emituje velikom broju satelitskih stanica na Zemlji, koje ga dalje distribuiraju do korisnika . Novija primena satelitske tehnologije je da se satelitski video signal emituje direktno do korisnika. Sateliti se koriste i kod tačka-tačka veza između telefonskih centrala u javnoj telefonskoj mreži.


Optimalni frekvencijski opseg je 1 do 10GHz. U frekvencijskom opsegu ispod 1GHz značajan je nivo prirodnih izvora šuma kao što su: galaktički, solarni i atmosferski šum kao i smetnje od različitih elektronskih uređaja. Iznad 10GHz šum je značajno oslabljen apsorpcijom atmosfere i padavina. Nabrojaćemo još neke od karakteristika satelitskih komunikacija. Prvo, zbog velikih udaljenosti postoji kašnjenje usled prostiranja između predajne i prijemne satelitske stanice na Zemlji, koje je oko četvrtine sekunde. Kašnjenje je uočljivo u telefonskom razgovoru. Postoje takođe i problemi kod detekcije i korekcije greške. Satelitske komunikacije su tipa jedan ka svima. Mnoge stanice šalju ka satelitu a ono što sateliti šalju može da primi više stanica.

6.8 Radio veze

Fizički opis

Principijelna razlika između radio i mikrotalasnih veza je u tome što u radio vezama antene zrače u svim pravcima (imaju kružni dijagram zračenja - omnidirekcione), a u zemaljskim i satelitskim mikrotalasnim vezama antene su usmerenog zračenja.

Primena

Radio veze se generalno koristi za frekvencijski opseg od 30MHz do 1GHz. Koristi se i termin „brodkast radio” koji pokriva VHF 2 i deo UHF 3 frekvencijskog opsega. Ovaj opseg pokriva FM radio i UHF i VHF televiziju, a koristi se i za mreže za prenos podataka.

45


Jonosfera je transparentna u frekvencijskom opsegu preko 30MHz. Na taj način moguće je samo direktan prenos i različiti predajnici neće ometati jedan drugog. Za razliku od mikrotalasne oblasti radio talasi su manje osetljivi na slabljenja usled padavina (npr. kiše). Najvažniji uzrok pogoršanja prijemnog signala je interferencija zbog različito pređenih puteva. Refleksija od zemlje, vode i različite prepreke mogu da dovedu do toga da talasi između dve antene prelaze više različitih putanja.

6.9 Prenos u infracrvenom opseguPrenos u infracrvenom opsegu postiže se korišćenjem prijemnika/predajnika

(primopredajnika) koji kao nosilac koristi nekoherentnu infracrvenu svetlost. Primopredajnici moraju biti u liniji vidljivosti jedan prema drugom ili u pravcu reflektovanih talasa. Razlika između mikrotalasa i infracrvenog prenosa je ta što infracrveni talasi ne prodiru kroz zidove. Tako je problem zaštite i interferencije razrešen. Dodatna prednost je ta što za prenos u ovom opsegu dozvole nisu potrebne.

6.10 Bežično prostiranjeSignal koji emituje antena prostire se na jedan od tri načina: površinski talasi, vazdušni

talasi i direktni talasi .

Površinski talasi

Površinski talasi pri svom prostiranju prate zakrivljenost Zemlje i mogu da dostignu značajnu razdaljinu u opsegu vidljivosti. Ovakav efekat može da se postigne sa učestanostima do 2MHz. Najpoznatiji primer upotrebe površinskih talasa je AM radio.

Prostiranje vazdušnih talasa

46

Vazdušni talasi

Vazdušni talasi se koriste radio-amatersko emitovanje, internacionalno emitovanje itd. S vazdušnim talasima signal sa stanice na Zemlji odbija se od jonosfere natrag ka Zemlji. Iako izgleda da se talasi odbijaju od jonosfere kao o podlogu sa dobrom refleksijom efekat je dobijen refrakcijom. Vazdušni talas može se prostirati velikim brojem skokova, prelamajući se naizmenično između zemljine površine i jonosfere. Sa ovakvim načinom prostiranja signal se može primiti kilometrima daleko od predajnika.

Direktni talasi

Iznad 30MHz ne mogu se koristiti ni površinski talasi ni vazdušni talasi već komunikacija mora biti u direktnoj vidljivosti. Za satelitske komunikacije signal preko 30MHz se ne reflektuje od jonosfere tako da se signal može preneti između zemaljske stanice i satelita, ili između dve stanice koje su u efektivnoj liniji vidljivosti. Termin efektivna koristi se pošto se mikrotalasi prelamaju ili refraktuju o atmosferu. Količina pa čak i pravac prelamanja zavise od različitih uslova, ali se generalno mikrotalasi prelamaju tako da se prostiru dalje nego što je direktna optička vidljivost.

Više putanja

Za bežični prenos široke su mogućnosti postavljanja antena tako da prijemnik i predajnik mogu da budu u liniji vidljivosti i na taj način spreče moguće smetnje zbog prepreka. Ovo se generalno odnosi samo na satelitske i tačka-tačka mikrotalasne veze. U drugim slučajevima, kao što je na primer mobilna telefonija, prepreke su nezaobilazne. Signal se može odbiti od prepreke tako da na mesto prijemnika dolazi više kopija signala sa promenljivim kašnjenjem. Može se čak dogoditi da ne postoji direktan signal. U zavisnosti od razlike u pređenom putu direktnog i reflektovanog talasa kompozitni signal može da bude jači ili slabiji od direktnog signala.

7. Pretvaranje (kodiranje) podatakaOsnova za analognu signalizaciju je kontinualni signal konstantne učestanosti, poznat

kao signal nosilac . Učestanost nosioca treba da bude usaglašena sa transmisionim medijumom. Podaci se mogu prenositi pomoću signala nosioca koristeć i modulacije. Modulacija je proces utiskivanja izvornih podataka u nosioca učestanosti fc. Cilj u postupku modulacije je da se signal obradi tako da bude podesan za prenos. Sve modulacione tehnike uključuju operacije nad jednim ili više osnovnih parametara signala nosioca:

- amplitudom,- frekvencijom,- fazom.Ulazni signal m(t) može biti analogni ili digitalni i naziva se modulišući signal, ili signal u osnovnom opsegu. Rezultat modulacije nosećeg signala naziva se modulisani signal.

47

Navešćemo neke značajne razloge korišćenja neke kombinacije:- Digitalni podaci, digitalni signal. Generalno, oprema za kodiranje digitalnih podataka u digitalni signal manje je kompleksna i manje skupa nego oprema za digitalno-analognu modulaciju.- Analogni podaci, digitalni signal. Konverzija analognih podataka u digitalnu formu omogućava upotrebu moderne digitalne prenosne i komutacione tehnike. - Digitalni podaci, analogni signal. Neki transmisioni medijumi, kao što su optička vlakna i bežični medijumi, jedino mogu da prenose analogne signale.- Analogni podaci, analogni signal. Analogni podaci u električnoj formi mogu se prenositi kao signali u osnovnom opsegu jednostavno i jeftino. Ovo je slučaj sa prenosom govornog signala kroz govorni kanal. Rezultat modulacije je pomeranje opsega signala iz osnovnog opsega u neki drugi (transponovani) deo spektra. Na ovaj način više signala, svaki na različitoj poziciji u spektru, mogu da dele isti transmisioni medijum. To je poznato kao frekvencijsko deljenje spektra ili frekvencijsko multipleksiranje.

7.1 Digitalni podaci, digitalni signaliDigitalni signal je sekvenca diskretnih, diskontinualnih naponskih (strujnih) impulsa.

Svaki impuls je signalizacioni element (elementarni signal). Binarni podaci prenose se kodiranjem svakog bita podataka u signalizacioni element. U najjednostavnijem slučaju postoji jedan prema jedan korespondencija između bitova i signalizacionih elemenata. Brzina podataka (protok) je brzina u bitima u sekundi kojom (b/s) se podaci šalju. Trajanje ili dužina bita je vreme koje je potrebno predajniku da pošalje bit; za brzinu podataka R, trajanje bita je 1/ R. Modulaciona brzina je brzina kojom se signalizacioni nivo menja. Ovo zavisi od prirode digitalnog kodovanja, što će biti objašnjeno u ovom poglavlju. Modulaciona brzina je izražena u bodima i predstavlja broj signalizacionih elemenata u sekundi. Iz tradicionalnih razloga koriste se termini znak 1 i pauza 2 i odnose se na 1 i 0, respektivno. To znači da prijemnik mora da zna, sa određenom tačnošću, kada bit počinje i kada se završava. Drugo, prijemnik mora da odredi da li je nivo signala, za svaku bitsku poziciju, visok (1) ili nizak (0).

48

Neke od uobičajenih metoda koje se mogu kategorizovati na sledeći način:

- bez povratka na nulu NRZ -0 - visok nivo,1 - nizak nivo;- bipolarna AMI -0 - nema linijskog signala,1 - pozitivan ili negativan nivo, naizmenično se menja kada su uzastopne jedinice;- Mančester (bifazna) -0 - prelazak sa visokog naponskog nivoa na nizak u sredini intervala,1 - prelazak sa niskog naponskog nivoa na visok u sredini intervala;- diferencijalna Mančester - uvek je prelazak u sredini intervala0 - prelazak na početku intervala,1 - nema prelaska na početku intervala;Pre nego što opišemo ove tehnike, analiziraćemo faktore kojima se one mogu međusobno porediti.

Spektar signalaNekoliko aspekata spektra je važno. Nepostojanje visokih učestanosti znači da je manji

propusni opsega potreban za prenos. Na drugoj strani, ukidanje jednosmerne komponente je takođe poželjno. Sa jednosmernom komponentom u signalu mora da postoji direktna fizička veza prenosnih uređaja; bez jednosmerne komponente moguće je povezivanje preko transformatora. Ovo obezbeđuje izvanrednu električnu izolaciju i redukuje interferenciju.

49

Sinhronizacione mogućnosti signala

Napomenuli smo potrebu da odredimo početak i kraj svake bitske pozicije. Ovo nije lak zadatak i može da zahteva poseban takt koji se dovodi da sinhronizuje predajnik i prijemnik. Neke šeme kodiranja prevazilaze ovaj problem.Sposobnost signala da detektuje greškeNeke primitivne tehnike za detekciju grešaka mogu se obezbediti prirodom tehnike kodiranja.Interferencija signala i imunost na smetnjeOdređeni kodovi obezbeđuju dobre karakteristike prenosa u prisustvu smetnji. Uobičajeno je da se kvalitet prenosa izražava preko verovatnoće greške bitova BER.Cena i kompleksnostCena digitalnih kola u stalnom je padu. Što je veća signalizaciona brzina (da bi dostigla zahtevanu bitsku brzinu) to je cena veća. Neki kodovi zahtevaju signalizacionu brzinu koja je veća od bitske brzine. U odeljcima koja slede biće opisane neke od tehnika kodiranja.

Kodovi bez povratka na nulu

Kodiranje se obavlja na sledeći način: ukoliko je bit binarno 0, onda se on kodira istim signalom kojim je kodiran i prethodni bit; ukoliko je bit binarno 1 onda se on kodira signalom različitim od onog kojim je kodiran prethodni bit. Najveće ograničenje NRZ kôdova je prisustvo jednosmerne komponente i nedostatak mogućnosti za sinhronizaciju. Da bismo ilustrovali pomenuti nedostatak uzmimo za primer dužu kombinaciju jedinica ili nula. NRZ kodovi daće kao rezultat konstantan napon u toku dužeg perioda vremena. Pod ovim uslovima bilo kakvo neusaglašena promena takt signala na prijemnoj ili predajnoj strani dovešće do njihovog gubitka sinhronizacije.

Binarni višenivoski kodovi

U slučaju bipolarne AMI tehnike, binarno 0 predstavlja se nedostatkom linijskog signala, a binarno 1 predstvlja se pozitivnim ili negativnim impulsom. Impuls binarno jedan naizmenično menja polaritet. Osobenosti koje su izložene u prethodnom paragrafu mogu se primeniti i na pseudoternarnu tehniku. Kod nje se binarno 1 predstavlja odsustvom signala na liniji, a binarno 0 naizmenično pozitivnim i negativnim impulsima. Ova tehnika se na kraćim rastojanjima koristi kod mreža integrisanih usluga.

Bifazna tehnika kodiranja

Postoji još jedna grupa tehnika kodiranja pod zajedničkim nazivom bifazne tehnike od kojih su Mančester i diferencijalni Mančester kôd često u upotrebi. U ovoj tehnici zahteva se bar jedan prelazak sa jednog naponskog nivoa na drugi (tranzicija) u bitskom intervalu, a može da ih ima i više. Tranzicija u sredini intervala služi i kao mehanizam za sinhronizaciju (takt) i kao podatak. Prelazak sa niskog na visok nivo predstavlja jedinicu, a prelazak sa visokog na nizak

50

predstavlja nulu . U diferencijalnom Mančester kôdu tranzicija u sredini intervala koristi se samo za sinhronizaciju. Logičko 0 kodira se prisustvom tranzicije na početku bitskog intervala, a logička 1 izostajanjem tranzicije na početku bitskog intervala. Prednosti bifaznih tehnika su sledeće:- Sinhronizacija - pošto postoji (predvidljiva) tranzicija na sredini sinhronizacionog intervala prijemnik se može na nju sinhronisati.- Nema jednosmerne komponente - bifazni kodovi ne sadrže jednosmernu komponentu.- Detekcija greške - izostajanje tranzicije može se iskoristiti za detekciju greške. Šum na liniji nema takvo svojstvo da može u jednom bitskom intervalu da izazove dve različite promene i dovede do greške koja se ne može detektovati. Bifazne tehnike se dosta koriste. Mančester kodovi se koriste kod lokalnih računarskih mreža sa koaksijalnim kablovima i upredenim paricama (IEEE 802.3 i IEEE 802.5).

7.4 Digitalni podaci, analogni signaliAnaliziraćemo slanje digitalnih podataka analognim signalima. Na primer ovaj način

koristi se za transformaciju signala za prenos digitalnih podataka preko javne telefonske mreže. Telefonska mreža je projektovana da prima, komutira i prenosi anologne signale u govornom opsegu (300 do 3400Hz). Za sada nije uobičajeno da se može digitalni signal direktno prenositi pretplatničkim petljama . Digitalni uređaji priključeni su na mrežu preko modema (modulator-demodulator) koji konvertuje digitalne podatke u analogni signal, i obrnuto. U telefonskoj mreži modemi daju signale u govornom opsegu. U osnovi ista tehnika koristi se za modeme koji rade na višim učestanostima (na primer mikrotalasi). Napomenuli smo da modulacija uključuje operaciju nad jednim (ili više) parametara nosećeg prostoperiodičnog signala: amplitudom, učestanošću i fazom. Menjajući jedan od njih srazmerno digitalnom signalu koji treba preneti i zadržavajući ostala dva konstantnim dobija se:

- amplitudska ASK ,

- frekvencijska FSK ,

- fazna PSK .

Amplitudska modulacija

Kod amplitudske modulacije (ASK) dve binarne vrednosti su predstavljene različitim amplitudama nosioca. Uobičajeno je jedna ampltuda je nula: to znači da je jedna vrendost digitalnog signala predstavlja prisustvom nosioca, a druga odsustvom nosioca.

51

Šematski prikaz ASK modulacije

Frekvencijska modulacija

Najčešća vrsta frekvencijske modulacije (FSK) je binarna BFSK. Dve binarne vrednosti predstavljene su sa dve različite učestanosti f1 i f2 nosećeg signala.

Šematski prikaz FSK tehnike modulacije

Učestanost koja se koristi da bi reprezentovala 1 ili 0 u jednom pravcu (predajnik ili prijemnik) centrirana je na 1170Hz, sa pomerajem od 100Hz na obe strane. Slično, za druge pravce (predajnik ili prijemnik) modem koristi frekvencijski pomeraj od 100Hz na svaku stranu od centralne učestanosti koja je 2125Hz. Spektar ovog signala prikazan je na desnoj strani. Uočimo da postoji malo preklapanje, a samim tim i interferencija. FSK modulacija je manje osetljiva na šum nego ASK modulacija. U govornim kanalima uobičajeno se koristi brzina od 1200b/s.

Prenos u potpunom dupleksu u govornom kanalu

52

Fazna modulacija

Kod fazne modulacije (PSK) faza nosioca menja se u skladu sa promenom digitalnog signala koji treba preneti.

Šematski prikaz PSK tehnike modulacije

Mnogo efikasnije korišćenje propusnog opsega sistema prenosa može se postići kada svaki signalizacioni element predstavlja više od jednog bita.

Modulacije sa više nivoa

Broj signalizacionih elemenata u sekundi meri se u bodima. Za vreme svakog boda pošalje se jedan signalizacioni elemenat. Sa četiri moguća fazna pomeraja postoje 2 bita po signalizacionom elementu tako da je brzina u bitima (bitska brzina) dvostruko veća od brzine u bodima (bodska brzina). Ova tehnika, kvaternarna PSK (LJPSK), dosta se koristi. Brzina u bodima i signalizaciona brzina su isto. Modulaciona tehnika npr. (LJPSK) određuje broj bitova po signalizacionom elementu.

Konstelaciona ravan a) QPSK b) QAM16 v) QAM64

53

Brzina u bitima je količina informacija koja se šalje kanalom i jednaka je proizvodu broja signalizacionih elemenata u sekundi i broja bitova u sekundi. Svi noviji modemi koriste kombinaciju modulacionih tehnika da bi poslali više bitova po jednom bodu. Naziva se kvadraturna amplitudska modulacija - QAM16 i predstavlja kombinaciju ASK i PSK modulacija. Na primer da bi se prenelo 9600b/s preko linije koja može da prenese 2400Bd koristi se QAM16.

7.5 Analogni podaci, digitalni signaliU ovom odeljku analiziraćemo proces transformacije analognog podatka u digitalni

signal. To proces konvertovanja analognog podatka u digitalni signal, i on je poznat kao digitalizacija.

Digitalizovanje analognih podataka

Jednom kada je analogni podatak konvertovan u digitalni podatak, mogu se:

- digitalni podaci prenositi koristeći NRZ_L. U ovom slučaju put od analognog do digitalnog signala je direktan,- digitalni podaci kodirati kao digitalni signal korišćenjem drugog koda (ne samo NRZ_L). U tom slučaju zahtevaju se dodatni koraci,- digitalni podaci konvertovati u analogni signal koristeći jednu od modulacionih tehnika.

Impulsna kodna modulacija

Impulsna kodna modulacija je zasnovana na teoremi odmeravanja koja kaže: „Ukoliko je signal f(t) odmeren 3 u regularnim intervalima vremena, brzinom dvostruko većom od najviše značajne učestanosti signala, onda odmerci sadrže sve informacije originalnog signala. Funkcija f(t) može se rekonstruisati korišćenjem niskopropusnog filtra. ” Važno je reći da je impulsna amplitudska modulacija (PAM) prvi korak ka impulsnoj kodnoj modulaciji (PCM), kao što predstavljeno na slici 7.14b. Da bi se proizveo PCM signal, PAM odmerci se kvantizuju. To znači da se svaki PAM impuls aproksimira sa n - bitskom celobrojnom vrednošću. Na primer ukoliko je n = 3 onda će se 8 = 23 nivoa koristiti za aproksimiranje PAM impulsa. Ako se koristi 8 bitova po svakom odmerku, što daje 256 kvantizacionih nivoa kvalitet rekonstruisanog govornog signala na prijemu se može uporediti sa analognim prenosom.

54

Impulsna kodna modulacija

Treba uočiti da kada se broj odmeraka u sekundi (8000) pomnoži sa brojem bitova po odmerku (8) dobije se brzina (64kb/s). Efekat greške kvantizacije se može umanjiti korišćenjem tehnike poznate kao nelinearno kodovanje.

Analogno - digitalna konverzija

7.6 Analogni podaci, analogni signaliModulacija je definisana kao proces kombinovanja ulaznog signala m(t) i signala

noseće učestanosti fc. Za digitalne podatke potreba za modulacijom je jasna: kada su na raspolaganju samo analogna sistemi prenosa, modulacija je potrebna za pretvaranje digitalnih podataka u analogne signale. Navešćemo dva razloga koji mogu da doprinesu da se koristi analogni signal za prenos anlognih podataka:

55

- prenos signala je efikasniji na višim učestanostima. Za bežični prenos nemoguće je prenositi signal u osnovnom opsegu spektra; antena koja bi to omogućavala bila bi kilometar (ili više) u prečniku,- modulacijom se može obezbediti istovremni prenos više signala (tzv. Frekvencijski multipleks).

Amplitudska modulacija

Amplitudska modulacija (AM) je najjednostavniji tip.

Amplitudski modulisan signal u vremenskom i frekvencijskom domenu

Ugaona modulacija

U postupku ugaone modulacije amplituda nosioca (sinusoidalnog talasnog oblika) ostaje nepromenjena, a njegov ugao se menja modulišućim signalom i postaje karakterističan parametar u kome je sadržan podatak koji se prenosi. Odatle za ovaj postupak i potiče naziv ugaona modulacija.

56

Amlpitudska, fazna i frekvencijska modulacija

8. Multipleksiranje

Uobičajena primena ultipleksiranja jesu međugradske, međudržavne i međukontinentalne linije. Transmisioni medijumi na ovim pravcima velikog su kapaciteta, to su optička vlakna, koaksijalni kablovi kao i mikrotalasne veze. Koristeći multipleksiranje ove linije mogu da se koriste za istovremeni prenos velikog broja veza govora i podataka. Dva najčešće korišćena načina su frekvencijsko multipleksiranje (FDM) i vremensko multipleksiranje (TDM). Frekvencijski multipleks koristi se za analogne signale. Veći broj signala prenosi se istovremeno istim medijumom. Svakom od signala dodeljen je drugi frekvencijski opseg.Sinhroni vremenski multipleks može se koristiti sa digitalnim signalima ili analognim signalima koji prenose digitalne podatke. U ovoj vrsti multipleksiranja podaci iz različitih izvora prenose se u ponavljajućim ramovima.Statistički vremenski multipleks omogućava generalno mnogo efikasniju uslugu od sinhronog vremenskog multipleksa. Kod statističkog vremenskog multipleksa vremenski delovi nisu unapred dodeljeni određenim izvorima podataka.

57

8.1 Frekvencijski multipleks

Frekvencijski multipleks moguć je kada propusni opseg transmisionog medijuma, koji je na raspolaganju, premašuje potrebe signala koji treba da prenesemo. Veliki broj signala može se preneti istovremeno ukoliko svaki signal moduliše različitu noseću učestanost2. Noseće učestanosti biraju se sa međusobno dovoljno velikim razmakom, tako da ne može da dođe do značajnog preklapanja opsega signala.

TV signal: a) u vremenskom domenu b) u frekvencijskom domenu

Svaki modulisani signal zahvata određeni opseg centriran oko svoje noseće učestanosti i on se naziva kanal. Da bi se sprečila interferencija kanali su razdvojeni neiskorišćenim delovima spektra (čuvarima). Primer frekvencijskog multipleksa sa kojim se često srećemo je televizijski signal. Za televizijski signal dovoljan je frekvencijski opseg od 8MHz.

58

Frekvencijski multipleks - predaja

Kod kablovskih distributivnih sistema (KDS) od više TV signala može se napraviti frekvencijski multipleks: svakom TV signalu dodeljen je frekvencijski opseg širine 8MHz. Pošto je propusni opseg koaksijalnog kabla veoma veliki (do 500MHz) može se istovremeno prenositi veliki broj TV signala.

Frekvencijski multipleks - prijemnik

Ako se koriste radio talasi može se takođe napraviti frekvencijski multipleks. Opšta blok šema sistema za pravljenje frekvencijski multipleksiranog signala.

59

Frekvencijski multipleks za tri govorna kanala

Pretpostavimo jednostavan slučaj istovremenog prenosa tri govorna signala. Kao što je pomenuto u prethodnom poglavlju, uzima se da je opseg govornog signala 4kHz pri čemu je njegov spektar od 0,3 do 3,4kHz (slika a). Ukoliko se takav signal koristi da se amplitudski moduliše nosilac učestanosti 64kHz dobija se signal čiji je spektar prikazan na slici b. Modulisani signal ima spektar širine 8kHz koji se prostire od učestanosti 60kHz do 68kHz. Da bi se efikasno iskoristio prenosni opseg sistema opredeljujemo se za prenos samo donjeg bočnog opsega. Ako treba preneti tri govorna signala, a na raspolaganju su nosioci učestanosti 64kHz, 68kHz i 72kHz dobija se kompozitni signal čiji je spektar prikazan na slici v. Na slici se mogu uočiti dva potencijalna problema sa kojima sistemi sa frekvencijskim multipleksom moraju da se nose. Prvi je preslušavanje koje se može pojaviti u spektrima susednih kanala koji se značajno preklapaju. U slučaju govornog signala sa efektivnim opsegom spektra od 3,1kHz (0,3 do 3,4kHz) frekvencijski opseg od 4kHz je zadovoljavajući. Spektru signala na izlazu modema za prenos u govornom opsegu takođe odgovara širina od 4kHz. Drugi potencijalni problem predstavlja intermodulacioni šum (nastaje zbog nelinearnosti). Na primer na dužim relacijama efekat nelinearnosti pojačavača u jednom kanalu može da proizvede frekvencijske komponente signala koje odgovaraju nekom drugom kanalu.

Analogni sistemi za prenos

Sistemi za prenos signala u govornom opsegu u međugradskom saobraćaju velikog su kapaciteta. Najstarija i za sada najčešće korišćena tehnika za iskorišćenje veza velikog kapaciteta je frekvencijski multipleks. Da bi se prilagodili prenosnim sistemima velikog kapaciteta u SAD je AT&T projektovala hijerarhijsku šemu frekvencijskog multipleksa. Sličan, ali ne i identičan, sistem u ostalim zemljama predložila je ITU-T. Na prvom nivou hijerarhije 12 govornih kanala

60

se kombinuje i proizvodi grupni signal širine spektra od 12*4kHz = 48kHz, koji zauzima frekvencijski opseg od 60 - 108kHz. Noseće učestanosti su od 64 - 108kHz sa razmakom od 4kHz. Grupa za dalju nadogradnju je supergrupa od 60 kanala koja se pravi kao frekvencijski multipleks od pet grupa signala. U ovom koraku svaka grupa se posmatra kao jedan signal čiji je spektar širine 48kHz. Kompozitni signal obuhvata frekvencijski opseg od 312 - 552kHz. Ostali nivoi hijerarhije prave se na sličan način. Uočimo da se signalima govornog opsega (govor ili podaci) mogu vršiti modulacije nekoliko puta. Na primer signal podataka može se kodirati koristeći QPSK da bi se dobio analogni signal. Dobijenim signalom se zatim analogno moduliše nosilac (npr. 76kHz) i na taj način postaje deo jedne grupe frekvencijskog multipleksa. Cela grupa moduliše nosilac (npr. 516kHz) i postaje deo supergrupe. Svaki od koraka može da doprinese izobličenju originalnog signala podataka.

Multipleksiranje po talasnim dužinama

Pravi potencijal optičkih vlakana potpuno je iskorišćen kada je više svetlosnih mlazeva na različitim učestanostima (talasnim dužinama) poslato kroz isto optičko vlakno. Ovo predstavlja jednu vrstu frekvencijskog multipleksa ali se uobičajeno naziva multipleksiranje po talasnim dužinama (WDMA ). Kod multipleksiranja po talasnim dužinama svetlosni mlaz sastoji se od više boja, od kojih je svaka različite talasne dužine i svaka nosi poseban kanal podataka.

Standardi za frekvencijski multiprleks u prenosnim sistemima

Prvi laboratorijski sistem sa multipleksiranjem po talasnim dužinama je 1997. godine demonstriran u Belovim laboratorijama. Predstavljen je sa 100 svetlosnih mlazeva od kojih je svaki radio na brzini od 10Gb/s sa ukupnom brzinom od 1Tb/s. Danas je raspoloživ komercijalni sistem sa 160 kanala i svaki je brzine 10Gb/s. Tipični sistem sa multipleksiranjem talasne dužine ima opštu arhitekturu sličnu frekvencijskom multipleksu. Više izvora svetlosti formira laserski mlaz različite talasne dužine. Šalje se na multiplekser koji formira kompozitni mlaz kroz jedno vlakno. Pojačavači optičkih signala postavljeni su na razmaku od oko desetak kilometara i

61

pojačavaju istovremeno sve talasne dužine. Na odredištu kompozitni signal stiže do demultipleksera gde se komponente kanala odvajaju i šalju odgovarajućim prijemnicima

8.2 Sinhroni vremenski multipleks

Sinhroni vremenski multipleks koristi se kada brzina koja se može dostići prenosnim medijumom prevazilazi brzinu digitalnog signala koji treba tim medijumom preneti. Više digitalnih signala (ili analognih signala koji nose digitalne podatke) može se preneti jednim transmisionim medijumom umetanjem signala u vremenski slobodne delove u prenosu drugog signala.

Primer digitalizovanja siognala i formiranja vremenskog multipleksa

62

Sinhroni vremenski multipleks naziva se „sinhroni” zbog toga što su kanali (sekvence vremenskih celina) unapred dodeljene pojedinim izvorima podataka i ne menjaju se u toku rada. Ukoliko izvor podataka nema šta da pošalje kanal je njemu i dalje dodeljen ali neiskorišćen.

Sinhroni vremenski multipleks: filtriranje, odmeravanje, kodiranje, i multipleksiranje

Ovaj princip primenjen je i kod frekvencijskog multipleksiranja.

Standardi za vremenski multipleks

Digitalni sistemi za prenos

Sistemi za prenos digitalnih signala na velikim rastojanjima projektovani su tako da prenose signale govornog opsega preko prenosnih linija velikog kapaciteta, kao što su optička vlakna, koaksijalni kablovi i mikrotalasi. Deo prelaza telekomunikacionih sistema ka digitalnim sistemima posledica je primene i prilagođavanja strukture sinhronih vremenskih multipleksa. U SAD, Kanadi i Japanu primenjena je hijerarhijska šema koju je razvila AT&T. Ostale države

63

koriste ITU-T predlog koji je sličan ali ne i identičan. U prenosnim sistemima sa vremenskim multipleksom (npr. E1 tipa) za svaki od pravaca postoji poseban kanal (npr. par žica). To znači da pripadaju četvorožičnim prenosnim sistemima. Na svakom od krajeva digitalnih prenosnih sistema nalaze se jedinice za multipleksiranje/demultipleksiranje. One se sastoje od predajnika i prijemnika. Prijemnik pretvara primljenu digitalnu povorku u analogni signal. U prenosu dolazi do izobličenja signala pa se obnavljivači postavljaju na određenom rastojanju Predajnik formira osmobitnu digitalnu PCM kodiranu povorku za prenos.Osnov vremenske hijerarhije u Evropi je E1 sistem . On obezbeđuje istovremeni prenos 30 govornih poziva, sinhronizaciju i signalizaciju. Ram E1 (PCM30) sastoji se od 32 vremenske celine, od kojih se za prenos govora koriste 1-15 i 17-31.

Pam E1 sistema

8.3 Statistički vremenski multipleksKod sinhronog vremenskog multipleksa može se desiti u opštem slučaju da su mnoge

vremenske celine neiskorišćene. Tipična primena vremenskog multipleksa bila bi veza terminala sa deljenim računarskim portom. Iako bi veći deo vremena terminali bili u upotrebi ne postoji prenos podataka kod svakog terminala. Druga vrsta vremenskog multipleksa je statistički multipleks. Statistički multipleks ispituje karakteristike podataka koji se prenose i dinamički dodeljuje vre menske celine samo ako se zahteva prenos. Kao i kod sinhronog vremenskog multipleksa statistički multipleks ima veći broj ulazno/izlaznih linija na jednoj strani i multipleksiranu liniju velike brzine na drugoj strani. Svaka od linija ima svoj memorijski prostor - bafer.

64

Formiranje signala kod E2 digitalnog prenosnog sistema Pošto statistički vremenski multipleks koristi činjenicu da priključeni uređaji ne šalju podatke sve vreme, brzina na prenosnoj liniji je manja nego zbir brzina priključenih uređaja. Tako statistički multiplekser može da koristi manju brzinu podataka na multipleksiranoj liniji od sinhronog vremenskog multipleksera za isti broj priključenih uređaja. Prikazana je i razlika statističkog i sinhronog vremenskog multipleksiranja. Na slici su prikazana četiri izvora podataka koji šalju jedinice podataka u vremenu t1, t2, t3, t4. U slučaju sinhronog multipleksiranja na izlazu iz multipleksera brzina će biti jednaka četvorostrukoj brzini ulaznih uređaja. U svakom trenutku t1, t2, t3, t4 podaci se uzimaju sa ulaznih uređaja i šalju na liniju. Na primer može da se desi da uređaji C i D nemaju podatke za slanje. Onda će dve od četiri vremenske celine da budu neiskorišćene (prazne, bez podataka).

Poređenje statističkog i sinhronog multipleksiranja

65

Lokalne računarske mreže sa optičkim vlaknimaKod lokalnih računarskih mreža sa optičkim vlaknima često se koristi multipleksiranje

po talasnim dužinama. Više komunikacionih veza ostvaruje se istovremeno na različitim talasnim dužinama. Jednostavan način da se napravi lokalna računarska mreža sa optičkim vlaknima jeste upotreba pasivne komponente koja povezuje stanice. U stvari, dva optička vlakna iz svake stanice povezana su u stakleni cilindar. Jedno optičko vlakno je ulaz cilindra, a drugo izlaz iz cilindra. Svetlosni izlaz bilo koje stanice osvetljava cilindar, i to mogu detektovati sve ostale stanice.

Pristup sa multipleksiranjem po talasnim dužinama (WDMA)Da bi se omogućio istovremeni višestruki prenos spektar je podeljen u kanale (opsege talasnih dužina), kao što je prikazano na slici. U ovom protokolu (WDMA ), svakoj stanici dodeljuju se dva kanala. Uskopojasni kanal se koristi kao upravljački kanal za obaveštavanje stanice, a širokopojasni kanal se koristi za slanje podataka (ramova).Svaki kanal je podeljen na grupe vremenskih celina, kao što je prikazano na slici. Svi su kanali sinhronisani zajedničkim takt signalom. Protokol podržava tri klase:- saobraćaj sa uspostavom veze sa konstantnom brzinom podataka,- saobraćaj sa uspostavom veze promenljivog intenziteta,- saobraćaj bez uspostave veze (datagram tipa).U slučaju protokola sa uspostavom veze ideja je da kada stanica 1 (S1) hoće da komunicira sa stanicom 2 (S2), mora prvo da pošalje ram „zahtev za uspostavom veze” u slobodan vremenski segment upravljačkog kanala stanice S2. Ukoliko stanica S2 prihvata vezu komunikacija može da se odvija u okviru kanala podataka stanice S1.Svaka stanica ima dva predajnika i dva prijemnika:- prijemnik fiksne talasne dužine za prijem sa sopstvenog upravljačkog kanala,- promenljivi predajnik koji može da menja predajnu talasnu dužinu za slanje po upravljačkom kanalu drugih stanica,

66

- predajnik fiksne talasne dužine za slanje podataka,- promenljivi prijemnik koji može da se prilagodi talasnoj dužini različitih predajnika kanala podataka.Svaka stanica osluškuje sopstveni kanal za dolazeće pozive i potrebno je da se podesi na talasnu dužinu predajnika. Danas se koristi veliki broj WDMA protokola. Neki od njih imaju samo jedan upravljački kanal, neki imaju više upravljačkih kanala. Neki uključuju vreme propagacije, drugi ne, itd. Kada je velika gustina nosilaca različitih talasnih dužina sistem se označava kao DWDM.

9. Modemi

Uređaji koji su se do sada najviše koristili za međusobno povezivanje računara jesu modemi. U ovom poglavlju obradićemo modeme za telefonski kanal, modeme za digitalne pretplatničke petlje i kablovske modeme.

9.1 Telefonska mrežaTelefonija je stara više od jednog veka ali mlađa od telegrafije, tako da bi se moglo reći i

da je analogni prenos mlađi od digitalnog. U telefonskoj mreži pretplatnici su povezivani sa telefonskim centralama bakarnim paricama a i lokalne centrale međusobno su povezane na isti način . Središnje i međugradske centrale bile su povezivane, uz korišćenje frekvencijskog multipleksa, koaksijalnim kablovima ili radio-relejnim vezama, a danas mahom optičkim vlaknima. Glavne komponente javne telefonske mreže predstavljaju:

- lokalna pretplatnička petlja (LP) koja je veza između krajnjeg korisnika i lokalnog komutacionog centra,

- lokalni komutacioni centar LK koji omogućava uspostavljanje telefonskih poziva korisnicima koji su za njega povezani preko lokalne pretplatničke petlje. Pošto lokalne petlje u najvećem delu još uvek prenose analogne signale, i relativno su male razdaljine među njima, često se u literaturi nazivaju „poslednja milja” telefonskog sistema;

- komutacioni centri za međugradski saobraćaj, ili za saobraćaj između lokalnih komutacionih centara (tandem), koji omogućavaju preusmeravanje (komutaciju) poziva koji nije u oblasti lokalnog komutacionog centra. Da bi se povećao domet u okviru gradskih mreža često je vršena „pupinizacija”, tj. umetanje koncentrisanih induktivnosti (kalemova) na određenim rastojanjima. Standardizovani, frekvencijski opseg telefonskog kanala je na učestanosti od 0,3 do 3,4kHz, dovoljan da se na prijemu dobije razumljiv govor.

67

Osnovna infrastruktura javne telefonske mreže (JTM)

9.2 Modemi za telefonski kanalPošto je opseg telefonskog kanala počevši od komutacionog centra ograničen, za prenos podataka potrebno je spektar prenošenog signala smestiti u taj opseg. Zbog toga se mora koristiti neka vrsta modulacije, a za to koristimo modeme. Podac koje treba preneti digitalni su po svojoj prirodi. Telefonska mreža je projektovana za prenos govornog signala. Koristi se digitalna modulacija i generiše ekvivalentan analogni signal koji se u okviru prenosa kroz telefonsku mrežu tretira kao analogni. U komutacionim centrima i pri prenosu ovaj se modemski signal digitalizuje vršeći A/D i D/A konverzije jedanput ili više puta. Na kraju se, u analognom obliku, vraća prijemnom modemu koji ga sada demoduliše i digitalne podatke dostavlja korisniku. Uzimajući u obzir da je širina opsega govornog kanala od 3 do 3,5kHz dobija se da je kapacitet u opsegu od 30 do 33kb/s za odnos signal-šum 30dB, odnosno u opsegu od 35 do 38,5kb/s za odnos signal/šum 33dB. Parice u pristupnoj mreži (lokalnoj pretplatničkoj petlji) imaju daleko veći kapacitet od telefonskog kanala. Tu je odnos signal-osnovni šum oko 50 do 60dB. Raspoloživi opseg veoma je širok ali slabljenje u njemu nije konstantno, kao što je pretpostavljeno pri određivanju kapaciteta telefonskog kanala. Ovi kapaciteti mogu se koristiti kada se primenjuju xDSL tehnologije.Kratak opis nekih od standarda:- Standard V.32 - obezbeđuje sinhroni/asinhroni prenos podataka, dupleksni prenos preko dvožičnih komutiranih ili iznajmljenih telefonskih linija sa binarnim protokom do 9600b/s,

68

7200b/s i 4800b/s. Prvi univerzalni standard za modeme binarnog protoka do 9600b/s na komutiranim i iznajmljenim telefonskim linijama je V.32. Modemi „tipa V.32” rade tako što pokušavaju da uspostave vezu na 9600b/s, ako se pojave greške vraćaju se i rade na 2400b/s. Mogu koristiti protokole za kompresiju podataka i kontrolu grešaka. Ovaj standard kompatibilan je sa standardom V.22bis organizacije ITU-T;- Standard V.32bis - modemi koji odgovaraju ovom standardu omogućavaju sinhroni/ asinhroni dupleksni prenos podataka preko dvožičnih komutiranih ili iznajmljenih linija, binarno protoka 14400b/s, 12000b/s, 9600b/s, 7200b/s, 4800b/s. Modemi V.32bis intenzivnije analiziraju vezu da bi od mah ustanovili najveću moguću brzinu modulacije (linijsku brzinu). Mogu koristiti protokole za kompresiju podataka i kontrolu grešaka;- Standard V.33 - modemi koji odgovaraju ovom standardu omogućavaju sinhroni dupleksni prenos podataka preko četvorožičnih iznajmljenih linija brzinama 14400b/s, 12000b/s i 9600b/s;- Standard V.FASAT - modemi koji odgovaraju ovom standardu omogućavaju sinhroni prenos podataka brzinama od 19200b/s sa mogućnošću rada i konfigurisanja brzine.

9.3 Asimetrične digitalne pretplatničke petljeKada se u telefonskoj mreži konačno dostigla brzina prenosa podataka od 56kb/s smatralo se da je posao dobro obavljen. U međuvremenu kompanije koje se bave razvojem kablovske televizije nudile su brzine do 10Mb/s, a satelitske kompanije planirale su da ponude u odlaznom saobraćaju 50Mb/s. Pristup Internetu postaje sve važnija usluga koja se postavlja pred telefonske operatere. Kao svoj odgovor telefonski operateri nude digitalni pristup preko lokalnih petlji. Digitalni pristup daje mogućnost većeg opsega od standardnog telefonskog kanala pa su moguće sledeće aplikacije:

Današnja ADSL mreža

69

- pristup Internetu,- obavljanje posla sa udaljenih mesta,- preuzimanje video sadržaja: emitovanje TV programa ili videa po zahtevu ,- prenos govora preko IP protokola ,- telemedicina,- daljinsko obrazovanje i kupovina,- igrice .U samom početku postojalo je više međusobno preklapajućih rešenja koja se sva mogu označiti opštom oznakom xDSL (x označava različite sisteme).

Opcije DSL tehnologije

DMT tehnika sastoji se u korišćenju više nosećih signala na različitim učestanostima, i slanju digitalnih podataka kroz kanal. Frekvencijski opseg od 1,1MHz podeljen je u 256 nezavisnih kanala od kojih je svaki širok 4312,5Hz. Pri inicijalizaciji DMT modem šalje test signale u svaki od potkanala da bi odredio odnos signala i šuma. Na osnovu tog podatka modem dodeljuje veću bitsku brzinu kanalu sa boljim prenosnim karakteristikama. Svaki potkanal može da prenosi od 0 do 60kb/s.

70

Raspored kanala kod ADSL sistema sa DMT modulacijom

Kanali su raspoređeni na sledeći način :- kanal označen sa 0 koristi telefonska mreža. Da bi se sprečila međusobna interferencija signala govora i podataka za govor je rezervisano prvih 25kHz;- koristi se ili poništavanje odjeka 1 ili frekvencijski multipleks za dodelu dva opsega: za odlazni i dolazni saobraćaj,- po jedan kanal koristi se za upravljanje odlaznim i dolaznim saobraćajem. Preostalih 248 kanala mogu se upotrebiti za prenos podataka korisnika. U principu svaki od 248 kanala za podatke može se upotrebiti za prenos podataka u potpunom dupleksu. Međutim harmonici, preslušavanje itd. ograničavaju brzinu realnih sistema značajno ispod teoretskih granica.

Konfiguracija ADSL kanala od pretplatnika do lokalnog ćvorišta

71

Zadatak pružaoca Internet usluga (ISP) je da odredi koliko kanala se koristi za odlazni a koliko za dolazni saobrać aj. Tehnički je moguće obezbediti odnos 50% - 50% ali većina pružaoca Internet usluga bira odnos od oko 80% - 90% opsega za dolazni saobraćaj. Razlog je jednostavan: većina korisnika više koristi dolazni od odlaznog kanala. Ovakav izbor daje oznaku A kod ADSL-a. Uobičajena podela je: 32 kanala za dolazni saobraćaj i ostatak za odlazni. Takođe je moguće podesiti da su neki od odlaznih kanala bidirekcioni da bi se u slučaju potrebe za povećanjem opsega u nekom od pravaca to moglo i obezebediti. Ovakva opcija zahteva dodavanje specijalnih kola za odstranjivanje odjeka (eha). Uobičajena organizacija ADSL sistema prikazana je na slici. U ovoj šemi telefonska kompanija treba da instalira mrežni interfejsni uređaj (NTD) na lokaciji korisnika. Interfejsni uređaj predstavlja krajnju tačku nadležnosti telefonskog operatera i početak nadležnosti korisnika.

Uobičajena organizacija ADSL sistema Do interfejsnog uređaja (a nekada zajedno s njim) je uređaj za razdvajanje. To je analogni filter koji razdvaja frekvencijski opseg od 0 do 4000Hz, koji telefonski operateri koriste za govor, od frekvencijskog opsega koji se koristi za podatke. Telefonski signal usmerava se ka telefonu i faksu, a signal podataka usmerava se ka ADSL modemu. ADSL modem je uređaj za digitalnu obradu signala koji radi kao 250 paralelnih modema na različitim učestanostima, a sa QAM modulacijom. Većina današnjih ADSL modema su spoljašnji (eksterni) uređaji i računari treba da budu povezani sa njima velikom brzinom. Često se to obezbeđuje postavljanjem Eternet mreže sa dva međusobno bliska čvora: ADSL modem i računar opremljen Eternet karticom. Ponekad se umesto Eternet mreže koristi USB port. Očekuje se da će se uskoro pojaviti interni ADSL modemi. Na drugoj strani telefonske parice, u lokalnom čvorištu, instalira se odgovarajući uređaj za razdvajanje. Na ovom mestu deo signala koji odgovara govoru izdvaja se i šalje komutatoru za govorne signale. Signal iznad 25kHz usmerava se ka novoj vrsti uređaja -

72

multiplekseru za digitalne pretplatničke petlje DSLAM1. Multiplekseri DSLAM sadrže istu vrstu procesora za obradu signala kao i ADSL modem. Signal iz ADSL modema dodeljen podacima pretvara se u povorku bitova od kojih se prave paketi podataka i šalju pružaocima Internet usluga.

Digitalne pretplatničke petlje velikih brzinaSisteme koji se sreću pod nazivom digitalne pretplatničke petlje velikih brzina HDSL

razvila je kompanija BellCore pri kraju 1980. godine da bi obezbedila efikasniji način za distribuciju brzine podataka od 1,544Mb/s. Linije T1 (E1) koriste standardne AMI kodove i zauzimaju opseg oko 1,5MHz (2MHz). Pošto je reč o prenosu visokih učestanosti slabljenje ograničava domet na T1 (E1) linijama. Tako je za veliki broj pretplatničkih petlji potreban jedan ili više obnavljivača što predstavlja značajno finansijsko ulaganje.Obeležja HDSL sistema su:- 2B1Q linijski kôd,- obezbeđuju brzine do 2Mb/s preko upredenih parica,- frekvencijski opseg je oko 196kHz,- domet je do 4km.

Simetrična digitalna pretplatnička petljaBez obzira što je HDSL veoma primamljiv za zamenu postojećih T1 (E1) linija nije pogodan za obične korisnike pošto zahteva dve parice. Običan korisnik poseduje samo jednu paricu. Sistem koji je razvijen, a koji se sreće pod nazivom digitalna pretplatnička petlja sa jednom linijom SHDSL, obezbeđuje istu vrstu usluge kao i HDSL sistemi, ali preko jedne telefonske parice. Koristi se 2B1Q kodiranje, a tehnikom poništavanje odjeka obezbeđuje se rad u potpunom dupleksu.

Digitalne pretplatničke petlje veoma velike brzineJedna od najnovijih xDSL tehnologija je digitalna pretplatnička petlja izuzetno velike brzine VDSL. Namena ove tehnologije je da obezbedi sistem sličan ADSL sistemu na mnogo većim brzinama uz smanjenje dometa. Maksimalni frekvencijski opseg koji se koristi za prenos signala:- 1,1MHz kod ADSL sistema,- 2,2MHz kod ADSL2+ sistema,- 12MHz kod VDSL sistema i- 30MHz kod VDSL2 sistema kratkog dometa.Brzine koje su nudili sistemi ADSL2 i SHDSL nisu dovoljne za istovremeni prenos govora, slike i podatak. Zahtevi koji se postavljaju pred VDSL sisteme su: istovremeni prenos govora, slike i podataka, mogućnost prijema 3 digitalna televizijska kanala, prenos govora preko paketskih mreža (VoIP)i prenos podataka brzinom od 5Mb/s.

73

10. Komunikacione tehnike digitalnih podataka

Za dva uređaja povezana transmisionim medijumom, koji treba da razmenjuju podatake, potreban je visok stepen međusobne kooperacije. Podaci se obično preko medijuma šalju jedan po jedan signalizacioni element u toku vremena. Brzina, trajanje i razmak signalizacionih elemenata moraju da budu usaglašeni na prijemnoj i predajnoj strani. Koriste se dve tehnike: asinhrona i sinhrona. Kao što smo videli prenos podataka nije proces bez grešaka i potrebni su mehanizmi za zaštitu od njih.

10.1 Sinhroni i asinhroni prenos

Kod serijske komunikacije signalizacioni elemenat šalje se na liniju jedan po jedan. Svaki signalizacionielement može da bude:- manji od jednog bita - primer je Mančester kodiranje,- jedan bit - primer je NRZ i FSK (digitalni i analogni),- više od jednog bita - primer je LJPSK.Zbog jednostavnosti, u daljem objašnjavanju pretpostavićemo slučaj od jednog bita po signalizacionom elementu (ukoliko nije drugačije naglašeno). Sinhronizacijaje jedan od ključnih zadataka prenosa podataka. Prijemnik treba da:- prepozna početak i kraj bloka bitova,- zna trajanje svakog bita,- uzima uzorak (odmerak) u tačnim trenucima vremena i na taj način očitava svaki bit.Tipična situacija je ona u kojoj prijemnik odmerava liniju u sredini signalizacionog (bitskog intervala). Ukoliko postoji razlika u vremenu, recimo za 5% izmeđ u predajnika i prijemnika, prvo odmeravanje će biti pomereno 0,05 bitskog vremena u odnosu na centar bita. Na kraju desetog odmeravanja prijemnik može da pogreši. Za manju razliku u vremenu prijemnik neće pogrešiti, ali dokle god oni nisu na neki način sinhronizovani prijemnik neće biti u koraku sa predajnikom.

Asinhroni prenos

Jedan način za rešavanje problema sinhronizacije je slanje manjih blokova bitova na početku svakog bloka za ponovnu sinhronizaciju (resinhronizaciju). Stara tehnika poznata kao start-stop ili asinhroni prenos radi upravo to. Asinhroni prenos zasnovan je na slanju karaktera i koristi se 5 - 8 bitova. Kada se ne prenose karakteri linija između predajnika i prijemnika je neaktivna . Definicija neaktivnog stanja na liniji je konvencija i tipično je ekvivalentna signalizacionom elementu za binarno 1. Prijemnik traži tranziciju sa 1 na 0 (start) da bi započeo karakter, zatim uzima uzorak signala u jednom bitskom intervalu i to ponavlja za svih osam

74

intervala. Kraj karaktera (stop) označava se jednom do dve bitske pozicije vrednosti binarno 1. Zatim očekuje novu tranziciju sa 1 na 0.

Asinhroni prenos

Na primer ASCII karakter se obično šalje kao celina od 8 bitova, uzimajući u obzir i bit parnosti. Ukoliko je prijemnik 5% brži ili sporiji od predajnika 10. Informacioni bit će se odmeravati sa 45% pomerajem i još uvek će biti korektno identifikovan. Posmatrajmo na primer prenos brzinom od 10kb/s, pa je svaki bit širine 100ms. Pretpostavimo da je prijemnik brži 6% po bitskom intervalu od predajnika, odnosno 6ms po bitskom intervalu . Greška kao što je ova rezultuje u dve greške. Prvo, poslednji odabrani bit je neispravno primljen. Drugo, brojač bitova neispravno odbrojava (osmo odbrojavanje u vreme sedmog bita). Ukoliko je bit 7 jedinica, a bit 8 je nula, bit 8 može da bude pogrešno interpretiran kao da je start bit. Ovo se naziva greška rama, pošto se karakter zajedno sa start i stop elementima naziva ram. Takođe, ukoliko za vreme neaktivnog stanja šum prouzrokuje lažno pojavljivanje start bita može da nastupi greška rama. Slika pokazuje da što je veći ram to je i kumulativana greška veća. Asinhrona komunikacija je jednostavna i jeftina, ali zahteva 2 - 3 bita više po karakteru. Na primer za sedmobitni kôd, koristeći jednobitni stop element, na svakih devet bitova dva ne nose nikakvu informaciju, tako

75

da je premašenje 2/9=0,22. Naravno, slanjem velikih blokova između start i stop elemenata procenat premašenja se može smanjivati.

Sinhroni prenos

Sinhroni prenos je značajno efikasniji način komunikacije. U ovom načinu rada blokovi bitova šalju se bez start i stop elemenata. Moguće je predvideti tačno vreme koje je potrebno da stigne bit. Da bi se sprečio vremenski pomeraj izmeđ u predajnika i prijemnika njihov takt mora da bude međusobno sinhronisan. Jedna mogućnost je da se obezbedi posebna linija za takt između predajnika i prijemnika. Drugi način je da takt signal bude ubačen 4 u signal podataka. Kod digitalnih siganal sinhronizacija se može postići Mačester (ili diferencijalnim Mančester) kodiranjem. Kada se prenose analogni signali mogu se koristiti brojne tehnike: jedna od njih je sinhronizacija prijemnika na osnovu faze signal noseće učestanosti.

Sihroni prenos

Sa karakter orijentisanom prenosom blok podataka se tretira kao sekvenca karaktera (obično 10-bitna). Sve upravljačke informacije su u formi karaktera. Ram započinje sa jednim ili više sinhronizacionih karaktera. Sinhronizacioni karakter (obično označen sa SYN) je jedinstvena kombinacija bitova koja signalizira prijemniku da je to početak bloka. Postambula je drugi jedinstven karakter koji se koristi u istoj šemi. Drugi pristup bio bi da se vuključi dužina rama kao deo upravljačkih informacija. Prijemnik zatim gleda u SYN karakter, određuje dužinu rama, očitava označeni broj karaktera, gleda kada će da se pojavi novi SYN karakter da bi započeo novi ram. Sa bit orijentisanim prenosom, blok podataka se tretira kao sekvenca bitova. Ni podatke, ni upravljačke informacije nije potrebno interpretirati kao 10-bitne jedinice, tj. karaktere. Kao i sa karakter orijentisanom šemom, specijalna kombinacija bitova signalizira početak bloka. U bit orijentisanom prenosu preambula je 8 bitova dugačka i naziva se oznaka o

76

početku rama ili zastava. Ista oznaka (fleg) koristi se za kraj rama (postambula). Da bi signalizirao početak rama prijemnik čeka pojavljivanje kombinacije bitova koja označava početak. Ovo je praćeno određenim brojem upravljačkih polja, zatim poljem podataka promenljive dužine, pa sa više upravljačkih polja i na kraju poljem koje označava kraj. Za velike blokove podataka, sinhroni prenos je efikasniji nego asinhroni. U sinhronom prenosu polje za upravljačke informacije je obično manje od 100 bitova.

10.2 Tipovi grešaka

U digitalnim sistemima greške nastupaju kada se promeni bit u prenosu; to znači da je poslato binarno 1 a primljena binarna 0 i obrnuto. Dve vrste grešaka mogu da nastupe: pogrešno primljen jedan bit i pogrešno primljena grupa (paket) bitova.Greška jednog bita su uslovi u kojima je pogrešan samo jedan bit a greška se ne prostire na susedne bitove. Greške mogu da budu grupisane i u blokove pri čemu su prvi i poslednji bit pogrešni a moguće je da nisu svi bitovi u bloku pogrešni. Greška jednog bita može se javiti u prisustvu belog šuma kada mali, slučajni poremeć aj odnosa signal-šum dovede da prijemnik pogrešno interpretira jedan bit. Paketskegreške su učestalije i složenije za razrešavanje. Kod bežičnih sistema paketske greške može da izazove impulsni šum ili feding .

Tehnike za detekciju greškeU prethodnim poglavljima razmatrali smo prenos i efekat odnosa signala i šuma (S/N) na verovatnoću greške (BER). Nezavisno od projektovanja prenosnog sistema, greške će postojati. Ukoliko se čak i postigne da se termički šum značajno minimizira postoji i impulsni šum koji može da generiše značajne greške. Pretpostavićemo da se podaci prenose kao povorka bitova grupisana u ramove. Definisaćemo verovatnoć u greške i broj grešaka u primljenom ramu.

Proces detekcije greške

77

- verovatnoća da se ram primi bez pogrešnih bitova smanjuje se što se verovatnoća greške da se bit pogrešno primi povećava (što je i za očekivati), - verovatnoća da ram primi bez pogrešnih bitova smanjuje se što je ram duži; duži ram sadrži veći broj bitova pa je i verovatnoća da je neki od njih pogrešan veća.Ovo je vrsta rezultata koja motiviše da se koriste tehnike za detekciju greške. Svaka od ovih tehnika radi na sledećem principu: sekvenci bitova (zadatom ramu) dodaju se na predajnoj strani bitovi koji čine kôd za detekciju grešaka. Kôd se izračunava kao funkcija drugih ostalih bitova koji se šalju. Uobičajeno za grupu (blok) od k bitova, algoritam za detekciju grešaka proizvodi kôd za detekciju greške od n-k bitova, gde je (n- k) < k . Kôd za detekciju greške se često pojavljuje pod nazivom i „biti za proveru”. Dodaje se bloku bitova tako da se dobija ram od n bitova koji se šalje. Prijemnik razdvaja dolazeći ram u k bitova podataka i n-k bitova u kôd za detekciju greške. Prijemnik izvršava istu operaciju (izračunavanje) nad bitovima podataka i upoređuje dobijene vrednosti sa pristiglom vrednošću kôda za detekciju greške. Detektovana greška se javlja ako i samo ako se pojavi razlika primljhenog i izračunatog koda za detekciju greške.

Kontrola parnostiNajjednostavnija tehnika za detekciju greške je postupak u kome se dodaje bit parnosti

na kraju svake reči u ramu. Tipičan primer je ASCII prenos, u kome se bit parnosti dodaje svakom 7 bitnom ASCII karakteru. Vrednost ovog bita selektuje se tako da ima paran broj jedinica , ili neparan broj jedinica. Poboljšanje se može postići korišćenjem skupa bitova parnosti. Ram je predstavljen kao blok karaktera raspoređen u dve dimenzije. Svakom karakteru (Ki) dodat je bit parnosti (yi) kao i ranije. Pored toga, bit parnosti se generiše za svaku bitsku poziciju kroz sve karaktere. Tako se generiše dodatni karakter (Z), u kome je i-ti bit karaktera bit parnosti svih i-tih bitova svih karaktera u bloku.

Ciklična proveraDa bi se dostigla dalja poboljšanja, može se koristiti vrlo moćan, ali jednostavan polinominalni kôd koji se sreće i pod nazivom ciklična redundantna provera CRC4. Polinominalni kôd tretira povorku bitova kao polinom sa koeficijentima 0 i 1. Ram od k bitova se smatra listom koeficijenata polinoma sa k članova počevši od xk-1 do x0. Za takav polinom se kaže da je stepena k-1. Bit najveće težine (krajnje levi) je koeficijenat člana xk-1; sledeći bit je koeficijenat od xk-1 i tako dalje. Za deljenje polinoma koristi se aritmetika po modulu 2. Ne postoji prenos zaoperaciju sabiranja ili pozajmljivanje za operaciju oduzimanja. I sabiranje i oduzimanjesu identični logičkoj operaciji ekskluzivno ILI. Na primer:

78

Dugačka deljenja ostvaruju se na isti način kao i binarna s tim što je oduzimanje po modulu 2, kao u prethodnom primeru. Za delilac se kaže da „odgovara” deljeniku ako deljenik ima isti broj bitova kao i delilac. Kada se koristi metod sa polinominalnim kôdom predajnik i prijemnik se moraju dogovoriti unapred oko polinoma P(x). Bitovi najvišeg i najnižeg reda moraju biti jedinice. Da bi se izračunao kontrolni zbir za neku poruku D od k bitova koji odgovaraju polinomu M(x) polinom mora da bude duži od polinoma P(x). Ideja je da se doda kontrolni zbir (suma) na kraj rama na takav način da je polinom koji je predstavljen ramom sa kontrolnim zbirom deljiv sa R(x). Kada prijemnik dobije ram sa kontrolnim zbirom on ga deli sa R(x). Ukoliko postoji ostatak pri deljenju to znači da je došlo do greške u prenosu.

Vertikalna i horizontalna (longitudinalna) proveraAlgoritam za izračunavanje kontrolne sume je sledeći:1. Neka je n- k stepena polinoma P(x). Dodaje se n-k bitova nulte vrednosti kao bitovi manje težine tako da novonastali ram sadrži n bitova. Proširivanje rama za n- k bitova odgovara polinomu xn-k M(x).2. Podeliti povorku bitova koja odgovara polinomu xn-k M(x) povorkom bitova koja odgovara polinomu P((x) koristeći deljenje po modulu 2.3. Oduzeti ostatak (koji je najviše n-k bitova) od povorke bitova koji odgovaraju xn-k M(x) koristeći oduzimanje po modulu 2. Rezultat je ram T sa kontrolnom sumom, koji se može poslati.Izračunavanje kontrolne sume rama 1010001101 koristeći delitelj P(x)=x5 + x4 + x2 + 1. Jasno je da je T(x) deljivo (po modulu 2) sa P(x). Ukoliko se deljenik umanji za ostatak pri deljenju

79

ono što preostane jdeljivo e sa deliocem. Na primer kod deljenja u dekadnom brojnom sistemu kada broj 378 podelimo sa 135, ostatak je 8. Ako od 378 oduzmemo 8 ono što je preostalo (370) je deljivo sa 135. Analizirajmo ovaj metod. Koja vrsta grešaka se može detektovati? Zamislimo da se javljaju greške u prenosu i da umesto povorke bitova T(x) stiže povorka T(x) + E(x). Svaki bit 1 u E(x) odgovara bitu koji je originalnoj povorci T(x) invertovan. Ukoliko u povorci E(x) postoji k jedinica (bitova sa vrednošću 1), pojaviće se k bitskih grešaka u povorci T(x). Jedna paketska greška je karakterisana sa inicijalnom 2, kombinacijom 0 i 1, na kraju 1, sa svim ostalim bitovima van te celine koji su 0. Na prijemnoj strani ram sa kontrolnom sumom se deli sa P(x). Znači da se izračunava [T(x) + E(x)] / P(x). Količnik T(x) / P(x) ima vrednost 0, pa se rezultat izračunavanja svodi samo na količnik E(x) / P(x). One greške koje se pojave u polinomu koji sadrži P(x) kao činilac ostaće neotkrivene; ostale greške biće otkrivene. Ukoliko postoji greška u jednom bitu onda je E(x)=xi, gde i definiše koji bit je pogrešan. Ukoliko P(x) sadrži dva ili više člana, E(x) neće biti deljiv tako da će sve greške u jednom bitu biti otkrivene. Ukoliko su se pojavile dve izolovane greške po jednom bitu, E(x)=xi + xj gde je j < i. Ovo se može napisati i na drugi način: E(x)=xj (xi - j + 1). Ukoliko pretpostavimo da P(x) nije deljiv sa x dovoljan uslov da se sve dvostruke greške otkriju je da xk+1 nije deljiv sa P(x) za k sve do maksimalne vrednosti i-j (maksimalne dužine rama).Iako zahtevano izračunavanje kontrolne sume izgleda komplikovano, Peterson i Braun pokazali su da se jednostavan pomerački registar može iskoristiti za hardversko izračunavanje i proveru kontrolne sume. U praksi se ovaj hardver gotovo uvek i koristi i to u svim lokalnim računarskim mrežama kao i tačka-tačka vezama. Decenijama se pretpostavljalo da ramovi za koje treba izračunati kontrolnu sumu sadrže slučajne bitove. Sve analize algoritama za izračunavanje kontrolnih suma polazile su od ove pretpostavke. Posmatranjem stvarnih podataka konstatovalo se da je ova pretpostavka potpuno pogrešna. Posledica toga je da su pod određenim uslovimanedetektovane greške mnogo češća pojava nego što se to do sada smatralo.

80

+Izračunavanje kontrolne sume za polinominlni kod

81

10.3 Interfejsi

Većina digitalnih modula ima ograničenu sposobnost prenosa. Tipično, oni generišu jednostavne digitalne signale, koji su obično tipa NRZI a rastojanje preko kojih mogu da prenose podatke je ograničeno. Retko je da se takva oprema vezuje direktno za prenosni sistem. Uobičajena situacija prikazana je na slici 10.6. Oprema koju analiziramo uključuje terminale i računare i označava se DTE. Ona koristi prenosni sistem posredstvom DCE. Kao primer poslednjeg je modem. Na jednoj strani DCE je odgovoran za predavanje i primanje bitova sa prenosnog medijuma. Na drugoj strani DCE mora da bude u vezi sa DTE. Da bi se to ostvarilo potreban je prenos i podataka i upravljač kih informacija preko skupa linija koje se nazivaju kola za razmenu . Dva DCE moraju da razumeju jedan drugog, što znači da prijemnik jednog DCE-a mora da koristi istu šemu kodiranja (na primer Mančester ili PSK) kao predajnik drugog DCE-a. Pored toga svaki par DTE-DCE mora da bude projektovan tako da efikasno obavi interakciju. Da bi se pojednostavio ovaj proces razvijeni su standardi koji specificiraju tačnu prirodu interfejsa DTE-DCE. Ovi standardi su poznati i kao protokoli fizič kog sloja i obuhvataju prvi sloj OSI modela. Interfejs

ima četiri bitne karakteristike:- mehaničke,- električne,- funkcionalne,- proceduralne.Mehaničke karakteristike odnose se na stvarnu fizičku vezu DTE-DCE. Tipično, signal i

upravljanje vode se kablom koji se završava utičnicama . Na svakom kraju se DTE i DCE moraju fizički povezati preko kablova i utičnica suprotnog tipa.

Interfejs ka transmisionom medijumu

82

Električne karakteristike odnose se na naponske nivoe i trenutke vremena u kojima dolazi do promene napona. I DTE i DCE moraju koristiti isti kôd (npr. NRZI), moraju koristiti iste naponske nivoe i moraju koristiti isto trajanje signalizacionih elemenata. Ove karakteristike određuju brzinu prenosa podataka i rastojanje koje se može ostvariti. Funkcionalne karakteristike specificiraju funkcije koje se izvršavaju dodelom značenja kolima za međusobnu razmenu. Funkcije se mogu klasifikovati u sledeće kategorije:

- podaci,- upravljanje,- vremenski raspored i- uzemljenje.Proceduralne karakteristike definišu redosled događaja za slanje podataka zasnovana na

funkcionalnim karakteristikama interfejsa.

10.4 Standard V.24/EIA-232-F

Najviše korišćeni standard za interfejse je ITU-T standard V.24. U stvari standard samo specificira funkcionalni i proceduralni deo interfejsa. Standard V.24 se referencira na druge standarde kada su u pitanju električni i mehanički deo interfejsa. U SAD postoji specifikacija EIA-232-F koja odgovara V.24 standardu. Standardi na koje se V.24 oslanja su sledeći:

- mehanički - ISO 2110,- električni -V.28,- funkcionalni -V.24,- proceduralni -V.24.Specifikaciju EIA-232-F je 1962. godine izdala organizacija EIA 1 pod oznakomRS-232. Najnovija verzija čija je oznaka EIA-232-F pojavila se 1997. godine. Tekuće

verzije standarda V.24 i V.28 pojavile su se 1998. i 1993. godine. Ovaj interfejs koristi se za priključivanje DTE opreme za modeme telefonskih kanala 2. Takođe se koristi i za druge vrste međusobnog povezivanja.

Mehanička specifikacijaMehanička specifikacija je 25-pinskikonektor definisan u standardu ISO2110. Ovaj konektor je priključak 25-žičnog kabla

koji se može koristiti da bi se povezali DTE (terminal) i DCE (npr. modem). U praksi se koristi kabl sa manje žica.

Električna specifikacijaElektrične karakteristike označavaju signalizaciju između DTE i DCE opreme. U svim

kolima za razmenu koristi se digitalna signalizcija. Konvencija je da se (uz izuzetak zajedničkog uzemljenja) napon negativniji od -3V interpretira kao binarno 1, a napon pozitivniji od +3V interpretira kao binarno 0.

83

V.24 / EIA-232 konektorBrzina na interfejsu manja je od 20kb/s i razdaljina od 15m. Isti naponski nivoi koriste

se za upravljačke signale: napon negativniji od - 3V interpretira se kao isključenje, a napon pozitivniji od +3V interpretira se kao uključenje.

Funkcionalna specifikacijaKola se mogu grupisatiu sledeće kategorije: podaci, upravljanje, vremenski redosled i

uzemljenje. Postoji po jedno kolo za podatke u svakom pravcu tako da je moguć potpuni dupleks. Kada uređaj radi u poludupleksu postoji i dodatno sekundarno kolo za podatke. U datom trenutku je u poludupleksnom radu razmena podataka između dva DTE-a (preko DCE-a i odgovarajućih komunikacionih veza) samo u jednom pravcu. Postoji potreba da se ka uređaju koji šalje podatke pošalju poruke o kontroli toka ili o prekidu rada. Zbog toga se obezbeđuje povratni kanal obično mnogo manje brzine podataka. Na DTE-DCE interfejsu povratni kanal se vodi posebnim parom linija za podatke. Postoji 16 upravljačkih kola od kojih je prvih 10 vezano za prenos podataka preko primarnog kanala. Za asinhroni prenos koristi se šest kola (105, 106, 107, 108.2, 125, 109). NJihova namena biće kasnije objašnjena. U sinhronom prenosu se pored ovih šest kola koriste i tri dodatna upravljačka kola. Kolo detektor „kvaliteta signala” postavlja (uključuje) DCE oprema da bi pokazala da li je kvalitet telefonske linije opao ispod definisanog praga. Modemi podržavaju prenos na različitim brzinama tako da kada dođe do povećanja smetnji u telefonskoj liniji mogu da pređu na prenos manjom brzinom. Za promenu brzine koristi se kolo za odabir brzine prenosa . Bilo koji kraj veze i DTE i DCE može da inicira promenu. Kolo 133 omogućava prijemniku da protok podataka u kolu 104 isključi ili uključi. Tri upravljačka kola (120, 121, 122) koriste se za upravljanje sekundarnim kanalom. On se može koristi kao povratni kanal ili za neku drugu namenu. Poslednja grupa upravljačkih signala koristi se za testiranje u zatvorenoj petlji i omogućava DTE kraju veze da preko DCE kraja veze izvrše testiranje. Ova kola su od velikog značaja kod modema ili drugih DCE uređaja koji podržavaju testiranje u zatvorenoj petlji. U radu sa zatvorenom petljom predajni izlaz modema vezuje se za prijemni ulaz, tako da je modem odvojen (otkačen) sa linije. Podaci koje generiše korisnički uređaj šalju se modemu i vraćaju korisničkom uređaju

Specifikacija procedura

Specifikacija procedura definiše sekvence događaja u kojima se koriste različita kola za određenu namenu. U ovom delu biće opisano nekoliko primera. Prvi primer je veoma uobičajen kod povezivanja dva uređaja na kratkim rastojanjima u okviru jednog objekta (zgrade). Poznat je kao asinhroni linijski modem ili modem ograničenog rastojanja. Asinhroni modem prihvata signale od DTE-a, kao što su terminal ili računar, pretvara ih u analogne signale i šalje preko

84

prenosnog medija kao što je na primer upredena parica. Na drugom kraju linije asinhroni modem prihvata dolazeći analogni signal, pretvara ga u digitalni i prosleđuje terminalu ili računaru na svom kraju. Naravno razmena podataka je dvostrana. U ovom jednostavnom primeru potrebna su sledeć a kola za razmenu : - Signal uzemljenja (102);- Predajni podaci (103);- Prijemni podaci (104);- Zahtev za slanjem (105);- Spreman za slanje (106);- DCE je spreman (107);- Detektor prijemnog linijskog signala RLSD (109).

Lokalna i udaljena zatvorena petlja

10.5 Interfejs u digitalnim mrežama integrisanih uslugaVelika raznolikost funkcija koje obezbeđuje V.24/EIA-232-F interfejsa su posledica upotrebe velikog broja kola za razmenu što je skup način da se dođe do rešenja. Druga mogućnost je obezbediti samo nekoliko kola ali dodati više logike na DTE i DCE interfejsima. Padom cena logičkih kola ovakav pristup moguće je realizovati. Ovaj pristup je prihvaćen kod X.21 standarda kao interfejs ka javnoj telefonskoj mreži i napravljena je specifikacija za konektor sa 15 priključaka. U skorije vreme za ISDN mrežu specificiran je konektor sa 8 priključaka. U ovom poglavlju analiziraćemo fizički interfejs definisan za ISDN mrežu.

85

Fizičke vezeU ISDN terminologiji fizička veza se ostvaruje između terminalske opreme (TE) i opreme mrežnih završetaka (NT ). Fizički veze, specificirane u ISO8877, specificiraju kako se NT i TE kablovi završavaju na odgovarajućim konektorimakoji imaju osam kontakta. Raspored kontakta za osam linija na oba kraja - NT i TE. Dva priključka se koriste za prenos podataka u oba pravca. Ovi priključci se koriste da povežu upredene parice koje dolaze od NT i TE uređaja. Pošto ne postoje specifična funkcionalna kola onda se kola predaja/prijem koriste za prenos podataka i upravljačkih signala. Upravljačke informacije šalju se u formi poruka. Specifikacija je predviđena mogućnost prenosa napajanja preko interfejsa. Pravac prenosa napajanja zavisi odprimene. Uobičajena primena je da mreža obezbeđuje napajanje terminalu za osnovne telefonskeusluge kada na strani terminala dođe do nestanka napajanja. Prenos napajanja može se ostvariti preko istih pristupnih tačaka kao i za digitalni prenos (c, d, e, f) ili dodatne žice koristeći pristupne tačke g i h. U ISDN konfiguraciji preostale dve žice se ne koriste, ali mogu biti korisne u drugim konfiguracijama. Električna specifikacijaISDN električna specifikacija određuje upotrebu simetričnog (balansiranog) prenosa. Sa simetričnim prenosom signal se prenosi po liniji (kao što su na primer upredene parice) koja se sastoji od dva provodnika. Za digitalne signale ova tehnika je poznata pod nazivom diferencijalna signalizacija pošto je binarna vrednost određena razlikom signala iz dva provodnika. Asimetrični (nebalansirani ) prenos koji se koristi kod EIA-232-F koristi jedan provodnik za vođenje signala i masu .

ISDN interfejs

86

Simetričan način može da toleriše veći i proizvodi manji šum. Idealno posmatrano interferencije na simetričnoj liniji deluju na isti način na oba provodnika i neće uticati na naponsku (strujnu) razliku. Pošto asimetrični prenos nema ovakvu prednost on se obično koristi samo kod koaksijalnih kablova. Kada se koristi kod kola za razmenu kao što je EIA-232-F, ograničenog je dometa. Format za kodiranje podataka koji se koristi kod ISDN interfejsa zavisi od brzine podataka. Za bazni pristup 1 192kb/s standard specificira upotrebu pseudoternarnih kodova. Binarno 1 je predstavljeno odsustvom napona, a binarno 0 je predstavljeno pozitivnim ili negativnim impulsom 750mV ± 10%. Za primarni ISDN postoje dve verzije: 1,544Mb/s sa kôdom B8ZS i 2,048Mb/s kôdom saHDB3 2,048Mb/s.

11. Upravljanje slojem veze

Da bismo uočili potrebu za upravljanjem vezom nabrojać emo neke zahteve i postavke za efikasnu komunikaciju između dve direktno povezane predajno-prijemne stanice:- Sinhronizacija rama: podaci se šalju u blokovima koji se nazivaju ramovi. Početak i kraj svakog rama mora da bude identifikovan. Koriste se različite linijske konfiguracije.- Kontrola toka: stanica koja šalje ramove ne sme to da radi brže nego što prijemna stanica može da ih primi.- Kontrola grešaka: bitske greške koje unose transmisioni sistemi treba da budu detektovane a ako je moguće i ispravljene.- Adresiranje: na liniji sa više stanica identitet stanice koja učestvuje u komunikaciji mora da bude poznat.- Upravljanje i podaci na istoj vezi: obično nije preporučljivo imati odvojene komunikacione puteve za upravljačke signale. Kao posledica toga važno je da prijemnik mora da bude u mogućnosti da razlikuje upravljačke informacije od podataka koji se prenose. Iniciranje, održavanje i završetak podržanog prenosa podataka zahteva značajnu koordinaciju i kooperaciju između stanica.

11.1Linijska konfiguracija

Tri osobine su karakteristične za različite linijske konfiguracije i to su: topologija, dupleksnost i linijska disciplina.

87

Topologija i dupleksnost

Topologija veze odnosi se na fizičko organizovanje stanica na vezi. Ukoliko postoje samo dve stanice naziva se tačka-tačka topologija. Ukoliko postoji više stanica koje koriste isti transmisioni medijum onda je to topologija više tačaka. Dupleksnost veze odnosi se na pravac i vreme jednog toka podataka. U simpleks prenosu jedan tok je uvek u jednom pravcu. Poludupleks veza može da predaje i prima ali ne istovremeno. Ovo se naziva dvosmerno-naizmenično propuštanje saobraćaja. Potpuni dupleks veza je ona u kojoj stanice mogu istovremeno da primaju i da predaju podatke jedna drugoj.Sa digitalnom signalizacijom, koja zahteva hardverski prenos, potpuni dupleks obično zahteva dva odvojena transmisiona puta (npr. dve upredene parice), dok poludupleks zahteva samo jednu. Za analognu signalizciju dupleksnost zavisi od noseće frekvencije, bilo da se koristi žični ili bežični prenos. Ukoliko stanica predaje i prima na istoj učestanosti ona mora da radi u polu-dupleksnom načinu rada (izuzetak je žični prenos koji koristi dva nezavisno izolovana provodnika; retko se ovako radi). Ukoliko stanice šalju na jednoj učestanosti i primaju na drugoj mogu da rade u potpunom dupleksu.Moguš je veliki broj kombinacija topologije i dupleksnosti. Uobičajne kombinacije: jednu primarnu stanicu (P) i jednu ili više sekundarnih stanica (S).

Kombinacije primarnih (P) i sekundarnih stanica (S)

88

Za tačka-tačka veze postoje samo dve mogušnosti. Za veze sa više tačaka postojetri mogušnosti:- primarna - potpuni dupleks, sekundarna - poludupleks,- obe, primarna i sekundarna - poludupleks, i- primarna i sekundarana - potpuni dupleks.

Tačka-tačka vezeProcedura je jednostavna sa tačka-tačka vezama. Posmatrajmo prvo poludupleksnu vezu u kojoj obe stanice mogu da iniciraju razmenu. Ukoliko bilo koja stanica želi da šalje podatke drugoj stanicom ona prvo šalje upit (ENQ) drugoj stanici da bi se videlo da li je spremna da prima podatke. Druga stanica odgovara pozitivnom potvrdom (ACK ) da bi pokazala da jespremna. Prva stanica zatim šalje podatke, ram. U asinhronoj komunikaciji podaci bi bili poslati asinhrono. U svakom slučaju, pošto se neka količina podataka pošalje prva stanica pauzira da bi sačekala odgovor o uspešnom ili neuspešnom prijemu. Druga stanica potvrđuje uspešan prijem podataka slanjem potvrde (ACK). Prva stanica šalje poruku za kraj transmisije (EOT) koja okončava razmenu i vraća sistem u njegovo inicijalno stanje. Da bi se obezbedio rad u slučaju grešaka dodate su poruke: negativna potvrda (NAK) i greška (ERR 5). Negativna potvrda (NAK) koristi se da bi se pokazalo da stanica nije spremna da prima, ili kada prima da prima sa greškom. Stanica može da ne odgovori ili da odgovori sa pogrešnom porukom. Ukoliko se desi neočekivan događaj, kao što je NAK, ili pogrešan odgovor, stanica može da ponovi svoju poslednju aktivnost, ili moŽe da zahteva neke procedure za oporavak od greške (ERR). - Uspostavljanje: određuje koja stanica treba da šalje a koja da prima, i da je prijemnik spreman da prima;- Prenos podataka: podaci se prenose u jednom ili više blokova sa potvrdom;- Završetak : okončava logičku vezu (predajnik-prijemnik).Ove tri faze u nekoj formi deo su svih linijskih disciplina, i za veze tačkatač ka i za veze sa više tačaka. Prethodno objašnjena relacija je ravnopravna; to znači da svaka stanica može da inicira prenos. Uobičajena situacija je da se jedna stanica naziva primarnom a druga sekundarnom. Primarna je odgovorna za iniciranje razmene podataka. Ovo je uobičajena situacija kada je jedna stanica računar, a druga je terminal (sekundarna). Slika skicira sekvence u kojima primarna stanica ima podatke koje šalje sekundarnoj. Ukoliko sekundarna stanica ima podatke da pošalje primarnoj mora da sačeka da primarna zahteva podatke i samo tada da uđe u fazu prenosa podataka. Ukoliko je veza potpuni dupleks podaci i upravljačke poruke mogu se slati u oba pravca istovremeno. Videćemo prednosti ovakvog mehanizma kada budemo razmatralidijagram toka i kontrolu grešaka.

89

Upravljanje tačka tačka vezomViše veza

Izbor procedure u prenosu za više veza zavisi prvenstveno od toga da li postoji određena primarna stanica ili ne. Kada postoji primarna stanica podaci se razmenjuju samo između primarne i sekundarne stanice a ne između dve sekundarne. Uobičajena procedura koja se koristi u ovoj situaciji su sve varijante šeme „upitaj i odaberi ”:

- upit - primarna stanica zahteva podatke od sekundarne,- selektovanje - primarna stanica ima podatke za slanje i informiše sekundarnu da dolaze podaci.

90

Selektovanje i slanje podatakaUobičajena forma upita je ona u kojoj primarna stanica selektivno šalje upit svakoj sekundarnoj stanici po unapred utvrđenom redosledu. Moguće je i slanje upita sa prioritetima. Na primer slanje više upita jednoj stanici više puta u toku jednog ciklusa.

11.2 Kontrola toka

Najjednostavniji način kontrole toka, poznat kao „zaustavi se i čekaj”, radi na sledeći način: primalac pokazuje „spremnost” da prihvati podatke slanjem upita ili odgovara na selektovanje. Pošiljalac šalje podatke. Po prijemu primalac mora ponovo da pokaže spremnost da primi nove podatke.Ovo se radi iz sledećih razloga:- što je duži prenos veća je verovatnoća da će doći do greške, što dovodi do potrebe za ponovnim slanjem (retransmisijom) te celine. Kada su celine manje, manja je verovatnoća greške, i manje podataka treba ponovo poslati,- na liniji sa više tačaka poželjno je ne dozvoliti stanici da zauzima linijudugo i time izazove velika kašnjenja drugim stanicama,- veličina memorijskog prostora prijemnika može da bude ograničena.

91

11.3 Kontrola greške

Najčešće korišćena tehnika za kontrolu grešaka je bazirana na dve funkcije:- detekciji grešaka (obično se koristi ciklični kôd),- zahtevu za automatskim ponavljanjem. Kada se detektuje greška prijemnik zahteva da se podatak-ram ponovi.Zahtev za automatskim ponavljanjemVerzije zahteva za automatskim ponavljanjem (ARQ) koje se koriste su:- zaustavi se i čekaj ARQ,- idi natrag n puta kontinualno ARQ,- selektivno ponavljanje.Zaustavi se i čekaj ARQ koristi jednostavnu „zaustavi se i čekaj” šemu za potvr-đivanje koja je već opisana.

Primer upotrebe protokola klzajućeg prozora

92

Varijanta kontinualnog ARQ je idi natrag n puta ARQ. U ovoj tehnici stanica može da pošalje seriju ramova (do maksimalnog otvora prozora). Ukoliko prijemna stanica detektuje grešku rama šalje NAK za taj ram. Prijemna stanica će odbaciti sve ramove koji dolaze posle tog dokle god se ram sa greškom ne primi ispravno. Kada predajna stanica primi NAK mora ponovo da šalje ram sa greškom i ostale ramove. Selektivno ponavljanje daje finiji pristup nego idi natrag n. Jedini ram koji se ponovo šalje je onaj za koji je primljena negativna potvrda (NAK). Nedostatak je što primalac treba da ima prostora za čuvanje ostalih ramova (3, 4, 5) dok se ne dobije ram koji je primljen sa greškom (2). Pošiljalac mora da ima mnogo složeniji sistem da bi mogao da šalje ramove van redosleda.Zahtev za veličinom otvora prozora je mnogo restriktivniji za selektivno ponavljanje nego za „idi natrag n puta”.

Zaustavi se i čekaj

93

Idi natrag n puta ARQ

ARQ sa selekrivnim ponavljanjemŠematski prikaz različitih načina potvrde uspešnog prijema ramova

94

11.4 Bit orijentisani protokoliBit orijentisani protokoli napravljeni su da zadovolje širok opseg zahteva sloja veze 1

koje uključuju:- tačka-tačka i tačka-više tačaka veze,- poludupleks (naizmenični dvosmerni) i potpuni dupleks (dva smera simultane) operacije,- primarnu, sekundarnu (npr. stanica 2 - terminal) i parnjak (stanica - stanica) interakciju,- veze sa velikim (npr. satelitskom) i malim (na kratkim rastojanjima - direktna veza) odnosom između vremena propagacija i vremena slanja.Zadatak ovih protokola je da obezbede sledeće ciljeve:- nezavisnost od koda - korisnik bi trebalo da bude u mogućnosti da upotrebi bilo koji kôd ili skup bitova u podacima koje šalje,- adaptivnost - format bi trebalo da podržava različite varijante tipa linka,- visoka efikasnost - format bi trebalo da minimizira bitove premašenja i obezbedi efikasnu kontrolu greške i kontrolu toka,- visoka pouzdanost - protokol bi trebalo da ima moćan skup procedura za detekciju i oporavak od grešaka.Ključ da se zadovolje postavljeni zahtevi je oslanjanje na značenje pozicije i kodiranje upravljačkih polja.

95

11.5 HDLC protokolJedan od najpoznatijih uprvljačkih protokola na nivou-veze je HDLC (High level Data

Link Control ) koji se koristi, a takodje i koristio u proteklom periodu, kao baza za razvoj velikog broja drugih protokola.

Osnovne karakteristike

Da bi zadovoljio potrebe različitih tipova aplikacija, HDLC definiše tri tipa stanica, dve link konfiguracije, i tri načina rada kod prenosa podataka.

a) Tipovi stanica

• primarna stanica - njena odgovornost je da kontroliše rad veze (link-a). Okviri koji se izdaju (iniciraju) od strane primarne stanice nazivaju se komande.

• sekundarna stanica - radi pod kontrolom primarne. Okviri inicirani od strane sekundarne stanice nazivaju se odgovori. Primarna stanica održava posebnu logičku vezu (link) sa svakom sekundarnom stanicom na liniji.

• kombinovana stanica - kombinuje osobine primarne i sekundarne stanice. Kombinovana stanica može inicirati (izdavati) kako komande tako i odgovore.

Struktura okvira kod HDLC-a

HDLC koristi sinhroni prenos. Prenose se okviri. Struktura HDLC okvira prikazana je na slici. Flag, adresno i upravljačko polje su delovi zaglavlja. Zaglavlje prethodi informacionom polju. Polja FCS i flag slede iza polja podataka i nazivaju se rep (trailer).

a) Flag polja - predstavljaju granice okvira sa prednje i zadnje strane. Flag ima jedinstveni bit oblik 01111110. Jedan flag se može istovremeno koristiti kao zatvarajući flag za tekući okvir, i kao početni za naredni. Na obe strane linije mrežni-interfejs (HDLC kontroleri) permanentno nadgledaju liniju i "hvataju" se za flag sekvencu kako bi sinhronizovali svoj rad u odnosu na početak okvira. Dok prima okvir, stanica kontinualno prati pojavu sekvence bitova 01111110, sa ciljem da odredi trenutak kada nailazi kraj okvira. Ako se u povorci bitova javi kombinacija 01111110, sa ciljem da se izbegne pogrešna identifikacija kraja okvira, koristi se tehnika umetanja 0. Izmedju početnog i krajnjeg flag-a predajnik će uvek umetnuti ekstra 0-bit nakon pojave pet uzastopnih 1 u okviru. Nakon detekcije početnog flag-a prijemnik nadgleda niz bitova. Kada se pojavi povorka od pet 1 prijemnik ispituje šesti bit. Ako je ovaj bit 0 on se izbacuje. Kada je šest bit 1, a sedmi 0, ova kombinacija predstavlja flag, tj. kraj ili početak okvira. Ako su šesti i sedmi bit jednaki 1 tada predajnik ukazuje da se javio nenormalni (abort) uslov. Koristeći tehniku umetanja bitova bilo koji proizvoljni bit oblik je uvek moguće

96

insertovati u polju podataka koji pripadaju okviru. Ova osobina je poznata kao transparentnost podataka.

(a) Fomat okvira frame

(b) Proširivo adresno polje

(c) 8 - bitni format upravljačkog polja

(d) 16 - bitni format upravljačkog polja

Slika: Struktura HDLC farame

97

b) Adresno polje - identifikuje sekundarnu stanicu koja predaje ili prima okvir. Ovo polje se ne koristi kod veze tipa tačka-ka-tački, ali uvek egzistira iz razloga bezbednosti i uniformnosti prenosa. Adresno polje je obično obima 8 bitova, ali se može proširiti na dužinu multipl od po 7 bitova. (slika b). LS bit svakog okteta može biti 1 ili 0 što zavisi od toga da li je taj oktet zadnji ili ne u adresnom polju. Ostalih sedam bitova svakog okteta formiraju deo adrese. Adresa 1111 1111 se interpretira kao broadcast (što znači emisija-svima) kako u osnovnom tako i u priširenom adresnom formatu.

c) Upravljačko polje - HDLC definiše tri tipa okvira: informacioni, supervizorski i nenabrojivi. Svaki od pomenutih okvira ima različit format (vidi sliku c).

• Informacioni okvir (I-frame) se koristi za prenos podataka korisniku.

• Supervizorski okvir (S-frame) koristi se za potvrdu prijema I-frame-ova i upravljanje razmenom informacije izmedju stanica koje učestvuju u prenosu.

• Nenabrojivi okvir (U-frame) obezbedjuje funkcije koje se koriste za upravljanje vezom (link-om).

Tro-bitna upravljačka polja I-frame-a implementiraju tro-bitne brojače poruka N(S) i N(R). Na sličan način tro-bitno polje kod S-frame-a implementira brojač N(R). Izvršenjem Set-mode komande upravljačko polje kod S- i I-frame-ova se može proširiti, tako da N(R) i N(S) postaju 7-bitni brojači sekvenci. U-frame je uvek obima 8-bitova.

d) Informaciono polje - postoji samo kod I-frame-ova i kod odredjenih tipova U-frame-ova. Ovo polje može da sadrži bilo kakvu sekvencu bitova, koji mora biti celobrojni umnožak okteta. Dužina informacionog polja, do odredjenog maksimuma, može biti promenljiva.

e) FCS (Frame Check Sequence field) - predstavlja kôd za detekciju grešaka koje se mogu javiti u toku prenosa. Vrednost ovog polja se izračunava na osnovu bitova okvira kada se isključe flagovi. Standardno za izračunavanje FCS-a se koristi 16-bitni polinom, definisan od strane CCITT-a. Opciono se može koristiti i 32-bitni FCS polinom .

Aktivnosti u toku rada

Aktivnosti u toku rada HDLC-a sastoje se u izmeni I-, S-, i U-frame-ova izmedju stanice predajnik i stanice prijemnik. Različite komande i odgovori definisani od strane ovih okvira prikazani su u tabeli Aktivnosti, koje su u vezi sa prenosom, su svrstane u tri faze. Prvo, jedna ili druga stanica inicijalizira vezu za prenos kako bi se okviri podataka (frames) mogli medjusobno da se razmenjuju na jedan korektan način. Nakon ove faze obe stanice mogu medjusobno razmenjivati podatke ili upravljačku informaciju. Konačno, jedna od obe strane može da signalizira završetak rada.

98

a) Inicijalizacija

Inicijalizaciju može zahtevati bilo koja strana izdavanjem jedne od šest set-mode komandi. U principu, ovaj tip komande se koristi radi:

1. signaliziranja drugoj strani da je neophodna inicijalizacija,2. specificiranja koji se od tri načina rada (NRM, ABM, ARM) zahteva,3. specifikacije korišćenja 3- ili 7-bitnog sekvencnog broja.Ako prijemna stanica prihvati zahtev za inicijalizaciju, tada HDLC modul te stanice, kao odgovor, predaje inicirajućoj stanici okvir tipa nenabrojiva-potvrda (UA-Unnumbered Acknowledge). Za slučaj da se zahtev odbaci predaje se okvir tipa DM (Disconnected Mode).b) Prenos podataka

Nakon prihvatanja inicijalizacije, uspostavlja se logička veza. Obe strane mogu početi da predaju korisničke podatke preko I-frame-ova, počev od rednog broja 0 (inicijalni N(S) =0 i N(R)=0) . N(S) i N(R) polja I-frame-a predstavljaju redni brojevi koji podržavaju tok prenosa i kontrolu grešaka koje se mogu javiti u prenosu. HDLC modul koji predaje sekvencu I-frame-ova inkrementira brojač predatih okvira, po modulu 8 ili 128, u zavisnosti od toga da li se koristi 3- ili 7-bitni brojači, i smešta redni broj predatog okvira u polje N(S). Polje N(R) se odnosi na potvrdu primljenih I-frame-ova od strane prijemne stanice, i omogućava HDLC modulu da odredi koji I-frame očekuje da primi kao naredni. S-frame-ovi se takodje koriste za upravljanje tokom prenosa i provere grešaka koje se mogu javiti u prenosu. RR-frame (receive-ready) se koristi da potvrdi zadnje primljeni I-frame ukazujući, pri tome, koji se naredni I-frame očekuje kao prijemni. Komanda RR se koristi kada korisnička informacija (I-frame), koja se prenosi u suprotnom smeru, ne sadrži u sebi poruku potvrde. RNR (receiver not ready) potvrdjuje I-frame, kao i RR, ali takodje zahteva od protokola sa istog nivoa (peer entity) da suspenduje slanje I-frame-ova. Kada je stanica koja je izdala RNR postane ponovo spremna, ona predaje RR. Komanda REJ ukazuje da zadnji I-frame (specificirfan REJ komandom) treba izbaciti i početi retransmisiju svih I-frame-ove počev od broja N(R). Selektivno izbacivanje SRJ (selective reject) se koristi samo kada se zahteva retransmisija jedinstvenog okvira. c) Raskidanje veze Bilo koji HDLC modul može zahtevati raskidanje veze. Raskidanje veze može se inicirati bilo zbog pojave nekog tipa (katastrofalne) greške, ili kada se ona zahteva od strane višeg nivoa protokola (nivoi iznad nivoa veze po ISO-OSI standardu). HDLC inicira raskidanje veze predajom okvira tipa DISC (disconnect). Obe strane mogu prihvatiti prekidanje veze slanjem komande UA.

99

Tabela: HDLC komande i odgovori

Ime Komanda/odziv OpisInformacija (I) C/R razmena korisničkih podataka

Supervizorski(S)Receive ready (RR) C/R pozitivna potvrda; spremnost da se primi I-

frameReceive not ready C/R pozitivna potvrda; ne postoji spremnost za

prijemReject (REJ) C/R negativna potvrda; povratak na

retransmisiju svih I-frame-ova od broja NSelective reject (SREJ) C/R negativna potvrda; selektivno izbacivanje i

zahtev za retransmisijom jedinstvenogbloka

Nenabrojivi (U)Set normal response/extended

mode (SNRM/SNRME)C set mode; proširivi 7-bitni brojač sekvenci

Set asynchronousresponse/extended mode(SARM/SARME)

C set mode; proširivi 7-bitni brojač sekvenci

Set asynchronous balanced/extended mode (SABM,SABME)

C set mode; proširivi 7-bitni brojač sekvenci

Set initialization mode (SIM) C inicijalizuje funkcije upravljanja vezom u adresiranim stanicama

Disconnect (DISC) C završi sa logičkim povezivanjem na nivou vezeUnnumbered acknowledgement(UA)

R potvrda prihvatanja jedne od set mode komandi

Disconnect mode (DM) C završi sa logičkim povezivanjem na nivou vezeRequest disconnect (RD) R zahtev za komandom DISCRequest initialization mode (RIM)

R inicijalizacija neophodna; zahtev za SIM komandom

Unnumbered information (UI) C/R koristi se za razmenu upravljačkih infomacijaUnumbered poll (UP) C koristi se za potvrdjivanje upravljačke

informacijeReset (RSET) C koristi se za oporavljanje; resetuje N(R), N(S)Exchange identification (XID) C/R koristi se za izdavanje/raportiranje statusaTest (TEST) C/R razmenjuje identična informaciona polja za

potrebe testiranjaFrame reject (FRMR) R izveštava o prijemu neočekivanih frameova

100

12. Arhitektura lokalnih računarskih mreža

Bez obzira što nisu sve arhitekture lokalnih računarskih mreža standardizovane od strane različitih tela za standardizaciju (ISO, IEEE, ANSI...), one su sastavljene od istih logičkih komponenata. Kada se opisuje određena arhitekture lokalne računarske mreže potrebno je poznavati sledeće:- metodologiju (metod) pristupa transmisionom medijumu,- logičku i fizičku topologiju,- vrstu transmisionog medijuma.Metodi pristupa transmisionom medijumuUkoliko isti medijum treba da koristi (deli) više radnih stanica neophodno je da postoji način koji reguliše pristup više stanica transmisionom medijumu. Analiziraćemo dva pristupa: statički (FDM i TDM) i dinamički (ALOHA, CSMA, mreže sa žetonom...).

Upoređivanje statičkih i dinamičkih metodaKod vremenskog multipleksa situacija je identična. Svaki korisnik je statički raspodeljen tako da je n-ti vremenski segment (slot) dodeljen n-tom korisniku. Ukoliko korisnik nema podatke za slanje vremenski segment je neiskorišćen. Ista je situacija ukoliko fizički razdvojimo mrežu. Koristeći prethodni primer, ukoliko zamenimo mrežu od 100Mb/s na 10 mreža od po 10Mb/s, i statički svakom korisniku dodelimopo jednu od njih, srednje vreme kašnjenja će porasti sa 200ms na 2ms. Generalno posmatrano, postoje dva mehanizma pristupa: po unapred određenom redosledu i sukobljavanjem. U računarskim mrežama saobraćaj je neravnomerno raspodeljen u vremenu, velikog je intenziteta i kratkog trajanja. Dokazano je da je efikasnije koristiti jedan kanal velike brzine kome se pristupa međusobnim sukobljavanjem.

Dinamički metodi pristupa transmisionom medijumu

Najstariji i najjednostavniji predstavnik dinamičkih metoda pristupa transmisionom medijumu je ALOHA. Ovaj metod razvijen je za paketske radio-prenose. Svaki korisnik pristupa kanalu kada ima podatke spremne za slanje, ne ispitujući da li je kanal već zauzet. Ukoliko je kanal već bio zauzet doći će do sukoba (kolizije) i svi podaci će biti oštećeni. Posle određenog vremena ukoliko ne dobije potvrdu o uspešnom prijemu podataka od odredišne stanice predajna stanica će ponovo poslati podatke. Kao posledica velikog broja sukobljavanja i ponavljanja paketa ALOHA je neprimenljiva za lokalne računarske mreže.CSMA (višestruki pristup sa osluškivanjem nosioca) je metod pristupa kanalu koji se koristi da bi se umanjila mogućnost sukoba. Ideja je da kada stanice žele da šalju podatak ispituje (osluškuju) da li je neko zauzeo transmisioni medijum (kabl).

101

Metod CSMA/CD (osluškivanje nosioca, višestruki pristup i otkrivanje sudara) široko je rasprostranjen u lokalnim računarskim mrežama. Pripada podsloju za pristup transmisionom medijumu. Prolazak žetona je mehanizam pristupa sa unapred određenim redosledom. Princip je sledeći: stanica ne može da pristupi transmisionom medijumu dok nije na nju red. Znak stanici da ima pravo da šalje svoje podatke na medijum je prijem odgovarajućeg žetona. Prolazak žetona obezbeđuje da svaka stanica kada šalje podatke ima 100% kanala na raspolaganju. Upoređivanje metoda sa prosleđivanjem žetona i sa detekcijom nosiocaPostoji stvarna razlika u karakteristikama lokalnih računarskih mreža koje koriste prethodno opisane mehanizme za pristup transmisionom medijumu. Metod sa detekcijom nosioca (CSMA/CD) ima manje dodatnih podataka i efikasniji je od pristupa sa prosleđivanjem žetona kod saobraćaja malog intenziteta. Procedura koja odgovara slici je sledeća:1. Stanica S1: prihvata 24-bitni žeton i postavlja bit T 2 sa 1 na 0 (iz slobodnog statusa u zauzeti); šalje ram podataka na mrežu; postavlja odredišnu adresu 3 (DA) stanica S4; a svoju kao izvorišnu adresu 4 (SA ); nalazi se u stanju predaje 5.2. Stanica S2: prima ram i očitava odredišnu adresu; pošto je odredište stanica S4 prosleđuje ram; nalazi se u stanju osluškivanja 6.3. Stanica S3: isključena je pa se saobraćaj preko nje odvija bez njene obrade; nalazi se u stanju zaobilaženja 1.4. Stanica S4: prima ram i vidi da je njoj namenjen; smešta podatke iz rama u svoju memoriju; menja oznake o statusu čime potvrđuje uspešnu isporuku podataka.5. Stanica S1: prima ram koji je ona poslala; ispituje oznake o statusu rama koje ukazuju da je adresa prepoznata (A=1) i da je odredišna stanica uspešno iskopirala podatke (S=1); ne vrši ponovno slanje rama; postavlja T bit žetona na 1 (slobodan); oslobađa žeton. Prsten sa žetonom 2, brzine do 16Mb/s, je modifikovana forma lokalne računarske mreže sa prosleđivanjem žetona. Žeton izvorišna stanica oslobađa, tj. Postavlja ga u status slobodnog žetona odmah po završetku slanja svog rama podataka. Ovakav mehanizam se sreće pod nazivom rano oslobađanje žetona. Softver i protokoli koji vode računa o prosleđivanju i regeneraciji žetona u slučaju gubitka žetona su obično smešteni u čipovima na mrežnoj kartici stanice (računara).

Lokalne računarske mreže sa prolaskom žetona

102

Logička topologijaKada se poruka nađe na lokalnoj računarskoj mreži koja koristi zajednički (deljeni) medijum, za koji je priključeno više stanica, mora se odrediti kako će poruka na svom putu do odredišne stanice biti prosleđena od jedne do druge stanice. Metodologija prosleđivanja poruke naziva se logička topologija lokalne računarske mreže.

Fizička topologijaStanice moraju biti fizički međusobno povezane medijumom koji dele po nekoj od konfiguracija. Fizička realizacija konfiguracije mreže može da ima značajan uticaj na karakteristike lokalne računarske mreže i definiše se kao fizička topologija lokalne računarske mreže.

Fizička topologija magistraleTopologija magistrale je organizacija na liniji sa terminatorima na svakom od krajeva. Stanice se vezuju na magistralu preko priključka i/ili pri mopredajnika (transivera). Slaba tačka topologije magistrale je u tome što prekid bilo gde na magistrali dovodi do prekida rada cele mreže.

Fizička topologija prstena

103

Kod topologije prstena prekid u jednom delu ugrožava celu lokalnu računarsku mrežu . Svaka stanica povezana topologijom prstena je praktično aktivna karika prstena, koja prosleđuje pakete podataka u sekvencijalnom redosledu kroz prsten. Ukoliko je neka od stanica u kvaru (sama stanica ili mrežna kartica) veza između njoj susednih stanica je raskinuta, žeton je izgubljen i lokalna računarska mreža je van upotrebe. Takođe bilo koji prekid kabla dovodi do prekida rada cele mreže.

Fizička topologija zvezdeKod topologija zvezde izbegnut je prekid u radu čitavog sistema usled prekida u nekom delu lokalne računarske mreže uvođenjem određenog centralizovanog upravljač kog uređaja. U zavisnosti od arhitekture mreže ovaj uređaj ima različ itu funkciju i naziv kao što je komutator , koncentrator jedinica za višestruki pristup (MAU5).

12.1 Standard IEEE 802 za lokalne računarske mrežeLokalne računarske mreže po standardu IEEE 802 3 su računarske mreže sa

zajedničkim medijumom kroz koji se prenose podaci koje mogu da prime sve stanice u toj mreži. Računarska mreža je generalno vlasništvo jedne organizacije i koristi je jedna organizacija. Mreže gradskog područja4 su optimizovane za veća rastojanja nego lokalne računarske mreže, npr. nekoliko blokova zgrada, do celih gradova. Referentni modeli IEEE802 napravqeni su posle OSI referentnog modela. Standardi IEEE802 uključuju funkcionalnost najniža dva sloja (fizički sloj i sloj veze) OSI referentnog modela. Definisana je veza sa višim slojevima i kako se oni odnose na međusobno povezivanje i upravqanje u lokalnim računarskim mrežama. Referentni model IEEE802 sličan je OSI referentnom modelu u definisanju slojeva i granica servisa. Pošto su u svim IEEE802 lokalnim mrežama medijumi deljivi, uvek je prisutan MAC sloj. Organizacija IEEE objavila je više standarda za lokalne računarske mreže poznatih kao serija 3 IEEE802. Standardi koji će se u ovom uxbeniku analizirati su:- IEEE802.1Q - definiše arhitekturu za virtuelne lokalne računarske mreže sa premošćavanjem.- IEEE802.2 - upravljanje slojem veze .- IEEE802.3 - CSMA/CD metod pristupa transmisionom medijumu i specifikacija fizičkog sloja.- IEEE802.4 - magistrala sa žetonom kao metod pristupa transmisionom medijumu i specifikacija fizičkog sloja.

104

- IEEE802.5 - prsten sa žetonom kao metod pristupa transmisionom medijumu i specifikacija fizičkog sloja.- IEEE802.11 - metod za pristup medijumu kod bežičnih lokalnih računarskih mreža i specifikacija fizičkog sloja.- IEEE802.15 - metod za pristup medijumu kod bežičnih lokalnih računarskih mreža i specifikacija fizičkog sloja.- IEEE802.16 - standardni interfejs za širokopojasne bežične sisteme gradskih područja.

12.2 EternetBez obzira što Eternet i IEEE802.3 standard nisu identični, termin Eternet se koristi za

mreže koje podržavaju standard IEEE802.3. tj. lokalne računarske mreže sa protokolom CSMA/CD. Koristeći opisanu terminologiju arhitektura lokalne računarske mreže je:- metod pristupa: CSMA/CD,- logička topologija: jedan ka svima (brodkasting),- fizička topologija: tradicionalno magistrala, danas najčešće zvezda.Standard IEEE802.3 ima interesantnu istoriju. Početak je bio ALOHA sistem projektovan da omogući radio-komunikaciju između računara raštrkanih po Havajskim ostrvima. Kasnije je realizovana ideja za spajanje preko 100 računara na 1km dugom kablu CSMA/CD sistema brzinom 2,94Mb/s. Taj sistem je nazvan Eternet . Naziv je dobio po etru za koji se nekad smatralo da ispunjava prostor i da se kroz njega prenosi elektromagnetno zračenje. XEROX Ethernet je bio toliko uspešan da su XEROX, DEC, INTEL skicirali standard za 10Mb/s lokalnu računarsku mrežu poznatu u literaturi kao Eternet I. Ovaj standard je 1982. godine potisnut novim standardom koji je poznat kao Eternet II.U ramu za Eternet II polja imaju sledeće značenje:- preambula od 8 okteta ima za cilj da obavesti i omogući sinhronizaciju mrežne kartice sa dolazećim podacima;- odredišna i izvorišna adresa (od po 6 okteta) nazivaju se adrese MAC sloja. Ove adrese su upisane u ROM memoriji koja se nalazi na kartici. Prva tri okteta ukazuju na proizvođača mrežne kartice i dodeljuje ih organizacija IEEE. Ostala tri okteta dodeljuje sam proizvođač;- polje tip ukazuje na to koji je protokol implementiran na višim slojevima. Na primer polje podataka sadrži IPX/SPX 4 pakete, u polje tip će biti upisan broj 813716 Ukoliko se u polju nalazi TCP/IP ram, polje tip će sadržati vrednost 080016. Ove vrednosti dodeljuje organizacija IEEE. Na ovaj način omogućeno jeda različiti protokoli viših slojeva mogu da koriste istu mrežnu karticu;- polje za podatke su ukalupljeni (enkapsulirani) paketi protokola viših slojeva, od mrežnog do aplikacionog. Dužina može da im bude najmanje 46, a najviš e 1500 bajtova;- FCS je sekvenca koja omogućava detekciju grešaka. Koristi se tridesetdvobitni (32) ciklični kôd CRC2, koji se generiše nad poljima adrese, tipa i podataka. Prijemna mrežna kartica može da generiše identičan ciklični kôd nad poljima adrese, tipa i podataka i upoređuje ih sa predajnim ciklični kôdom. Ukoliko su identični prenos je obavljen bez greške. Sa ciklični kodom od 32 bita može da se detektuje impulsna smetnja od 31 bita sa 100% tačnošću.

105

Formati Eternet i IEEE 802.3 ramova

12.3 Standard IEEE 802.3

Svaki ram počinje uvodnim delom 3 od sedam bajtova a svaki sadrži kombinaciju 10101010. Kod Mančester kodovanje ova kombinacija daje pravougaoni talas od 10MHz u trajanju od 5,6ms da bi omogućio da se prijemnik sinhronizuje sa pošiljaocem. Sledeći je početak rama, bajt koji sadrži 10101011 čime je označen početak samog rama. Bit najveće težine odredišne adrese je 0 za obične adrese, a 1 za grupne adrese. Adresa koja sadrži sve 1 je rezervisana za slanje svima. Još jedna interesantna osobina adresiranja je korišćenje 46. bita (susednog bitu najveće težine) za razlikovanje lokalne od globalneadrese. Sa 46 bitova 2 dostupno je 7x1013 globalnih adresa. Polje dužina pokazuje koliko bajtova je prisutno u polju podataka, od minimalnih 0 do maksimalnih 1500. Da bi se omogućilo da se jednostavnije razlikuju važeći ramovi od nevažećih 802.3 zahteva da je važeći ram dugačak najmanje 64 bajta počevši od zaglavlja do kontrolne sume.

Format rama po standardu IEEE 802.3Znači da minimalna dužina rama treba da iznosi 2t. Kako se povećava brzina mreže minimalna dužina rama (izražena u bajtovima) mora da raste ili da se proporcionalno smanji maksimalna dužina kabla. Za lokalnu računarsku mrežu dužine 2500m koja radi na brzini od 1Gb/s, minimalna dužina rama mora biti

106

6400 bajtova. Alternativa je da dužina bude 640 bajtova a maksimalna dužina između bilo koje dve stanice da bude 250m. Ova ograničenja postaju teško savladiva kako se ide u pravcu gigabitnih računarskih mreža.

12.4 Eternet brzine 1Gb/sLokalna računarska mreža velike brzine od 1Gb/s (gigabitni Eternet) je inoviran

standard za brzi Eternet , koji je organizacija IEEE standardizovala 1998. godine. Postoje dve verzije: IEEE802.3z za optička vlakna i STP kablove i IEEE802.3ab za UTP kablove kategorije 5. Standardi definišu sledeće konfiguracije:- 1000BaseSX - koriste se višeugaona optička vlakna, izvor svetlosti je laser talasne dužine 850nm . Najviše se koristi za spratni razvod. U zavisnosti od debljine vlakna (62,5m ili 50m) maksimalna razdaljina se kreće od 200m do 500m.- 1000BaseLX - koriste se optička vlakna, izvor svetlosti je laser talasne dužine 1310nm. Upotrebljavaju se jednougaona optička vlakna (10m) ili višeugaona optička vlakna (50m i 62,5m). Najčešće se koristi kao brza okosnica u okviru bliskih objekata 6. Maksimalna razdaljina je do 5000m.- 1000BaseCX - koristi oklopljene bakarne kablove i primopredajnike (transivere) za razdaljine od samo 25m. Najčešće služi za povezivanje servera ili za povezivanje brzih mrežnih uređaja u okviru ormana. Verzija 1000BaseT je praktično potisnula upotrebu 1000BaseCX.- 1000BaseT – Ovaj standard koristi sva četiri para UTP kablova kategorije 5.Maksimalna razdaljina je 100m.

12.5 Eternet brzine 10Gb/sSve veći saobraćaj na Internetu i intranetu doveo je do zahteva da se brzina Eterneta

poveća na 10Gb/s.Standard IEEE 802.3ae Organizacija IEEE je 2002. god.ine donela novi standard IEEE 802.3ae. Osnovni kriterijum je ispoštovan: koristi MAC protokol, format, minimalnu i maksimalnu veličinu rama kao originalna 802.3 verzija. Inicijalno se predviđalo da će se Eternet brzine 10Gb/s koristiti za povezivanje komutatora velikih kapaciteta. Međutim, ova tehnologija omoguć ila je veze velikih brzina između ponuđača i korisnika Internet usluga u mrežama gradskih (MAN) i širih geografskih područja (WAN).

12.6 Standard IEEE 802.4 - magistrala sa žetonomArhitektura lokalne računarske mreže IEEE 802.4 je:

- metod pristupa: sa prosleđivanjem žetona,- logička topologija: sekvencijalna,- fizička topologija: magistrala, danas uobičajeno zvezda.

107

Iako se standard IEEE802.3 najviše koristi tokom izrade IEEE802 standarda kompanije zainteresovane za automatizaciju fabrika imale su ozbiljnu rezervisanost u vezi ovog standarda. Zbog ravnopravnog pristupa transmisionom medijumu stanice sa manje sreće mogu čekati dosta dugo dok ne uspeju da pošalju ram.

Format rama IEEE 802.4

12.7 Standard IEEE 802.5 - prsten sa žetonomMreže u obliku prstena prisutne su već dosta godina i dugo se koriste za lokalne

računarske mreže i mreže gradskih područja. Arhitektura lokalne računarske mreže je:- metod pristupa: sa prosleđivanjem žetona,- logička topologija: sekvencijalna,- fizička topologija: tradicionalno prsten, danas uobičajeno zvezda.Sekvencijalne (tačka-tačka veze) mogu da rade na: upredenim paricama, koaksijalnim kablovima ili optičkim vlaknima. Tehnologija prstena je skoro u potpunosti digitalna, dok IEEE802.3 ima komponentu analognog signala za detekciju kolizije. Prsten je jasan i ima definisanu granicu pristupa kanalu. Kada primi „kontrolu pristupa” stanica može da napravi razliku između rama žetona i rama podataka. Ukoliko je bit „žeton” u okviru „kontrole pristupa” postavljen na 0, onda primljeni ram predstavlja slobodan žeton u kom slučaju odmah iza polja za kontrolu pristupa sledi oznaka o kraju rama.

Format IEEE 802.5 rama

108

SADRŽAJ:1.Uvod.........................................................................................................................................................1

1.1 Korišćenje računarskih mreža 2

1.2 Klasifikacija računarskih mreža 3

2. Komutacione tehnike...............................................................................................................................5

2.1 Komutacija kanala 7

2.2 Komutavija poruka 7

2.3 Komutacija paketa 9

2.4 Poređenje komutacionih tehnika 11

3. Slojevita arhitektura protokola...............................................................................................................13

3.1 OSI referentni model 14

3.2 TCP/IP referentni model 16

4. Komunikacioni model...........................................................................................................................18

4.1 Prenos podataka 19

4.2 Veza između brzine podataka i opsega 23

4.3 Snaga signala 25

5. Analogni i digitalni prenos podataka.....................................................................................................27

5.1 Podaci 27

5.2 Signali 28

5.3 Prenos 30

5.4 Transmisioni parametri 31

5.5 Kapacitet kanala 33

6. Transmisioni medijumi..........................................................................................................................34

6.1 Žični medijumi 35

6.2 Upredene parice 36

6.3 Koaksijalni kablovi 38

6.4 Optički kablovi 39

6.5 Bežični prenos 42

6.6 Zemaljske mikrotalasne veze 43

6.7 Satelitske mikrotalasne veze 44

6.8 Radio veze 45

6.9 Prenos u infracrvenom opsegu 46

6.10 Bežično prostiranje 46

7. Pretvaranje (kodiranje) podataka...........................................................................................................47

109

7.1 Digitalni podaci, digitalni signali 48

7.4 Digitalni podaci, analogni signali 51

7.5 Analogni podaci, digitalni signali 54

7.6 Analogni podaci, analogni signali 55

8. Multipleksiranje.....................................................................................................................................57

8.1 Frekvencijski multipleks 58

8.2 Sinhroni vremenski multipleks 62

8.3 Statistički vremenski multipleks 64

9. Modemi.................................................................................................................................................67

9.1 Telefonska mreža 67

9.2 Modemi za telefonski kanal 68

9.3 Asimetrične digitalne pretplatničke petlje 69

10. Komunikacione tehnike digitalnih podataka........................................................................................74

10.1 Sinhroni i asinhroni prenos 74

10.2 Tipovi grešaka 77

10.3 Interfejsi 82

10.4 Standard V.24/EIA-232-F 83

10.5 Interfejs u digitalnim mrežama integrisanih usluga 85

11. Upravljanje slojem veze......................................................................................................................87

11.1Linijska konfiguracija 87

11.2 Kontrola toka 91

11.3 Kontrola greške 92

11.4 Bit orijentisani protokoli 95

11.5 HDLC protokol 96

12. Arhitektura lokalnih računarskih mreža.............................................................................................101

12.1 Standard IEEE 802 za lokalne računarske mreže 104

12.2 Eternet 105

12.3 Standard IEEE 802.3 106

12.4 Eternet brzine 1Gb/s 107

12.5 Eternet brzine 10Gb/s 107

12.6 Standard IEEE 802.4 - magistrala sa žetonom 107

12.7 Standard IEEE 802.5 - prsten sa žetonom 108

110

Documents

Racunarske mreze 2011