S-38.105 Tietoliikennetekniikan perusteet 4. luento 5.2.2004 Kertausta (modulaatiot, PCM). Tahdistus ja johtokoodaus. Verkon rakenteet ja tärkeimmät verkkolaitteet. Yhteyskäytännöt ja yhteystyypit. --------------------------------------------------------------- Kertausta *modulaatio - vaihemodulaatio - monitasoinen modulaatio: AM + PM -> QAM (kvadratuuri-amplitudi-modulaatio) *digitaalisessa puhelinverkossa käytettävä PCM-menetelmä - signaalin muuttaminen analogisesta digitaaliseksi - useiden puhelinyhteyksien kanavoiminen samalle siirtoyhteydelle (PCM-kehys) PCM-järjestelmä * perusjärjestelmä siirtää tietoa noin 2 Mbit sekunnissa - yhdellä johdolla on yhteensä 32 kanavaa - yhden kanavan nopeus on 64 kbit/s -> yhteensä 2048 kbit/s - sopii paikallisyhteyksille * kaukoverkoissa tarvitaan suurempi siirtokapasiteetti alempiasteisia järjestelmiä niputetaan yhteen Tahdistus eli synkronointi * toteutetaan - eri hierarkiatasoilla: bitti-, merkki- ja sanomatahti - joko synkronisella tai asynkronisella periaatteella * virhetulkinta ns. luiskahdus (engl. slip) * bittitahti (bit synchronism) - eli mistä bitti alkaa? * merkkitahti (character synchronism) - mistä bitistä merkki (tavu) alkaa ja loppuu * sanomatahti (frame synchronism) - vastaanotetun merkin paikka sanomassa: sanoman eri osat pystyttävä tulkitsemaan oikein (esim. erottamaan osoite- tai virheenkorjaustiedot sanoman varsinaisesta sisällöstä) Tahdistuksen toteutus * synkroninen siirto - tahdistus hankitaan siirron alussa ja ylläpidetään siirron ajan - linjalla voidaan siirtää bittejä tai merkkejä pelkästään tahdistuksen ylläpitämiseksi (ns. idle- eli tyhjä-merkit) - esim. puhelinverkon liikenne (PCM-kehys) * asynkroninen siirto - siirto voi alkaa satunnaisella hetkellä, ja tahdistus etsitään erikseen jokaiselle merkille tai sanomalle - merkkitahdin löytämistä helpottavat ns. aloitusbitit, sanomatahdin löytämistä tahdistusmerkit - esim. Ethernet-verkon liikenne Johtokoodaus (engl. line coding, encoding) * määrää bittien sähköisen esitysmuodon * unipolaarinen: kaksi jännitetasoa, joista toinen on 0 V - hyvää: yksinkertainen - huonoa: vaikea ylläpitää tahdistus, sisältää DC-komponentin * polaarinen: kaksi jännitetasoa: positiivinen ja negatiivinen - hyvää: usein jännite keskimääräistyy kohti nollaa -> DC-komponentin aiheuttama ongelma helpottuu * bipolaarinen: kolme jännitetasoa: 0 v, positiivinen ja negatiivinen - AMI: 0-bitti 0 V, 1-bitti vuoroin joko positiivinen tai negatiivinen jännite -> ykkösbittien tahdistus ok, DC-komponentti häviää Verkon rakenne eli topologia * perustopologioita - kahdenvälinen yhteys (ensimmäiset puhelinverkot) - silmukoitu (ääritapaus ns. täysin kytketty) - tähti - puu - väylä - rengas * fyysinen ja looginen topologia tulee erottaa toisistaan * monet verkot yhdistelmiä perustopologioista - puhelinverkot usein yhdistelmä tähtiverkkoa ja täysin kytkettyä; verkon rakennetta ohjaa keskusten lkm ja niiden välittämän liikenteen määrä verkon eri osiin Protokolla eli yhteyskäytäntö Määritelmä: säännöstö, jota kahden tai useamman laitteen on noudatettava, jotta niiden välinen yhteys olisi mahdollinen * protokollilla usein tarkasti rajatut tehtävät - erilaisia protokollia tuhansia (?) erilaisiin verkkoihin, tarkoituksiin ja toteutuksiin * määrittelevät muun muassa - miten yhteydet muodostetaan ja puretaan - kenen vuoro kulloinkin on lähettää viestejä - miten virhetilanteisiin reagoidaan - minkälaisia osoitteita / liittimiä / jännitetasoja (jne.) tiedonsiirrossa käytetään Protokolla eli yhteyskäytäntö (jatkuu...) * jaetaan toimintaperiaatteen mukaan yhteydellisiin ja yhteydettömiin - luotettava tiedonsiirto vaatii, että jokin siirtoon osallistuvista protokollista on yhteydellinen * yhteydellinen (connection oriented) - molemmat osapuolet selvillä yhteyden tilasta (esim. joko viestintä loppui vai lähettääkö toinen vielä lisää tietoa) - esim. Internetin TCP-protokolla, puhelinyhteyksien muodostus ja purkaminen televerkoissa * yhteydetön (connectionless) - viestinnän osapuolet eivät valmistele tiedonsiirtoa yhteisesti - esim. Internetin IP-protokolla, postikortin lähetys postilaitoksen kautta Protokollapino * protokollia voidaan luokitella niiden tehtävien mukaan - yhdessä toimivat, eri tehtäviä suorittavat protokollat muodostavat protokollapinon - samaan tehtävään tarkoitetut protokollat samalla kerroksella * ISO standardoinut OSI-mallin (Open Systems Interconnection) - 7-kerroksinen referenssimalli - helpottaa keskenään yhteensopivien ohjelmistojen ja laitteiden kehittämistä - kerrosten tehtävät ja niiden väliset rajapinnat on tarkoin määritelty -> ylä- ja alapuolella olevien kerrosten kanssa vaihdetaan vain tietynlaisia pyyntöjä ja ilmoituksia - kilpaileva malli: nelikerroksinen DoD-malli Tärkeimpiä verkkolaitteita *' keskitin - ei-kytkentäinen (engl. hub) välittää saamansa sanomat kaikkiin haaroihin - kytkentäinen keskitin eli kytkin (engl. switch) ohjaa viestit vain vastaanottajan suuntaan - televerkon keskitin (engl. consentrator) kanavointilaite * toistin (engl. repeater) - uudentaa (tulkitsee ja luo uudestaan) välittämänsä bitit, eri asia kuin vahvistin * silta (engl. bridge) - yhdistää samanlaisia lähiverkkoja tai verkon osia - välittää (ja uudentaa) saamansa bitit tarpeen mukaan Tärkeimpiä verkkolaitteita (jatkuu...) * reititin (engl. router) - yhdistää erilaisia (IP-protokollaa noudattavia) verkkoja - suodattaa, valvoo ja rajoittaa läpikulkevaa liikennettä - huolehtii verkon reitityksestä ja viestien välityksestä (vrt. puhelinkeskus) * yhdyskäytävä (engl. gateway) - protokollamuunnin, yhdistää täysin erilaisia protokollia käyttävät verkot (esim. matkapuhelin + Internet) Yhteystyypit * kiinteä yhteys; vastaanottajaa ei voi vaihtaa * valintainen yhteys - viestin vastaanottaja valitaan verkon alueelta esim. puhelinnumeron, postiosoitteen tai IP-osoitteen avulla - voidaan jakaa karkeasti piiri- ja pakettikytkentäisiin yhteyksiin * piirikytkentäinen yhteys - määritelmä: lähettäjän ja vastaanottajan välille muodostetaan yhteyden ajaksi pysyvä siirtotie - yhteys varattuna koko siirron ajan osapuolten käyttöön, vaikkei varsinaista tietoa siirtyisikään - esim. perinteinen puhelinverkko, GSM-verkko * pakettikytkentäinen tiedonsiirto - määritelmä: sanomat jaetaan määrämuotoisiksi jaksoiksi (paketeiksi), jotka tallennetaan välityspaikan muistiin ennen edelleen lähettämistä - esim. Internet, UMTS-matkapuhelinverkko - ominaisuudet: ei varaa yhteyttä koko siirron ajaksi (hyvä), toisaalta jokaiseen viestiin lisättävä otsikkotiedot (kuormittaa tältä osin verkkoa) Reititys ja välitys * välitys, kytkentä (engl. forwarding, switching) - halutun teleyhteyden muodostamiseen tarvittavien yksiköiden kytkemistä toisiinsa tiedonsiirron ajaksi [Telesanasto] * reititys (engl. routing) - prosessi, jossa reititin jonkin reititysalgoritmin avulla selvittää sopivimman reitin lähettäjän ja vastaanottajan välille ja tallettaa tämän tiedon reititystauluunsa - reititysprosessi pyörii reitittimessä erillään välitysprosesseista - reitittimet välittävät reititystietoja toisilleen reititysprotokollien avulla lähettämällä vakiomuotoisia viestejä ("olen vieläkin täällä", "löysin uuden yhteyden", "naapurireititin ei enää vastaa kyselyihini" jne.) Yhteyden ohjaaminen * kättely (engl. hand shaking) - tapahtuu yhteyden alussa - sovitaan käytettävistä tiedonsiirtonopeuksista, protokollista, virheenkorjausmenetelmistä, jne. * vuonohjaus (engl. flow control) - tapahtuu yhteyden aikana - pyrkii estämään tiedon katoamisen siirron aikana puskurien täyttymisen takia: vastaanottaja estää lähettäjää lähettämästä liikaa tietoa kerralla Viime luentojen aihepiireistä kysytty tentissä mm. * mitä vaiheita analoginen signaali käy läpi, kun se muutetaan digitaaliseksi? Mitä virhelähteitä matkan varrelta löytyy? * selosta sanoin ja kuvin, millaisia modulaatiotapoja on. miksi / mihin modulaatiota käytetään tiedonsiirrossa? * miksi bit/s ja baudi eivät ole synonyymejä? anna esimerkki monitasoisesta modulaatiomenetelmästä * selosta muutamalla virkkeellä (ns. omin sanoin) * signaalin laskostuminen / kanavointi / kvantisointi * kuvaa sanoin ja kuvin kolme erilaista verkkotopologiaa mitä tarkoitetaan OSI-mallilla? Mitä hyötyä siitä on? * mitä ovat yhteydelliset ja yhteydettömät protokollat? mitä tarkoitetaan piiri- ja pakettikytkentäisyydellä? * mitä on johtokoodaus ja miten se vaikuttaa tahdistumiseen? Piirrä bittijono x kahdella eri johtokoodilla koodattuna, selitä.