S-38.105 Tietoliikennetekniikan perusteet 4. luento 10.2.2005 Luennon juoni: Piirikytkentäinen verkkoevoluutio (Bellhead vs Nethead) 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 * Protokollat 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 protokolliin - 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, TV signaalin jakelu 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 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 yhteys - 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) 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 Piirikytkentäinen verkkoevoluutio * Kiinteä verkko: käsivälitteinen->POTS->ISDN->ATM * Mobiiliverkko: ARP->NMT->GSM->WCDMA * ISDN toimi ponnahduslautana GSM määrittelylle * Puhelinverkko perustuu SS7 signalointiin ja E.164 numerointiin PCM-järjestelmä (Pulse Code Modulation) * Digitaalisessa puhelinverkossa käytettävä PCM-menetelmä - signaalin muuttaminen analogisesta digitaaliseksi - useiden puhelinyhteyksien kanavoiminen samalle siirtoyhteydelle (PCM-kehys) * Perusjärjestelmä siirtää tietoa noin 2 Mbit sekunnissa - yhdellä (kupari)johdolla on yhteensä 32 kanavaa - yhden kanavan nopeus on 64 kbit/s (8000*8bit 1/s) -> yhteensä 2048 kbit/s - sopii paikallisyhteyksille * Kaukoverkoissa tarvitaan suurempi siirtokapasiteetti, alempiasteisia järjestelmiä niputetaan yhteen (->SDH/kuitu) ARP (autoradiopuhelin) * Käytössä Suomessa 1971-1999 * Parhaimmillaan 35000 tilaajaa * 150MHz taajuusalue, 100-200km suojavyöhyke kanavan udelleen käytölle NMT (Nordic Mobile Telephone) * Käytössä Suomessa 1982-2004 * 450MHz->900MHz->450MHz * Taajuusmodulaatio, 25kHz kanavaväli * Kännykän lähetysteho max 15W (450) ja 6W (900) * Puhelinyhteyden solunvaihto tukiasemien välillä * Verkkovierailu GSM (Groupe Special Mobile, "Global System for Mobile") * Käytössä Suomessa 1991- * 900MHz->1800MHz (1900MHz, 800MHz, 450MHz) * Aikajakoinen, 8 aikaväliä per kantoaalto (kanava 200kHz) * Tukiasemien välinen synkronointi: asynkroninen * Digitaalinen, SIM-kortti, hidas taajuushyppely * Puhelinkoneen suojaus IMEI-koodilla ja laiterekisterillä * Kilpailevat teknologiat: CDMA (koodijakoinen), PDC, TDMA WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) * Käytössä Suomessa 2004- * 1885-2025MHz ja 2110-2200MHz * Kanavan kaistanleveys 5, 10, 20MHz * Nopea datayhteys, teorettinen max 2Mbit/s * Kapasiteettisuhteet: WCDMA = 2*EDGE = 4*GSM * Kilpailevat teknologiat: CDMA2000 ja TD-SCDMA