Prezentacja multimedialna
współfinansowana przez Unię Europejską
w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
w projekcie
 Innowacyjna dydaktyka bez ograniczeń
Tomasz Kacprzak
 zintegrowany rozwój Politechniki A
ódzkiej 
zarzÄ…dzanie UczelniÄ…,
nowoczesna oferta edukacyjna
Systemy i sieci
i wzmacniania zdolności do zatrudniania
telekomunikacyjne osób niepełnosprawnych
Zadanie nr 30  Dostosowanie kierunku Elektronika i Telekomunikacja
do potrzeb rynku pracy i gospodarki opartej na wiedzy
90-924 A
ódz
, ul. Żeromskiego 116,
tel. [phone]
www.kapitalludzki.p.lodz.pl
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Systemy i sieci telekomunikacyjne
Kierunek studiów: elektronika i telekomunikacja
studia stopnia I - inżynierskie
sem VII (V)
Tomasz Kacprzak
Technical University of A
ódz

Institute of Electronics
Ul. Wólczańska 211/215, 3 piętro, pok. 317b
90-924 A
ódz

e-mail: tomasz.kacprzak@.p.lodz.pl
tel: [phone]
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
2
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Systemy i sieci telekomunikacyjne
Wykład 3
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
3
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Cel przedmiotu
Poznanie wiedzy podstawowej z zakresu systemów
i sieci telekomunikacyjnych w celu nabycia
umiejętności oceny jakości usług oferowanych w
sieciach, projektowania i modernizacji sieci o
niewielkich rozmiarach i rozumienia kierunków
rozwoju sieci telekomunikacyjnych.
Wymagania wstępne: matematyka (probabilistyka i
statystyka), podstawy elektrotechniki, fizyka, podstawy
informatyki (programowanie).
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
4
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Literatura
Podstawowa:
" Andrzej Jajszczyk  Wstęp do telekomutacji , WNT 1998, wyd 2.
" Wojciech Kabaciński, Mariusz Żal,  Sieci telekomunikacyjne ,
WKA
, Warszawa 2008.
Uzupełniająca:
" Andrew S. Tannenbaum,  Sieci komputerowe , Helion, 2004.
" James F. Kurose, Keith W. Ross,  Sieci komputerowe , Helion,
2006.
" Mischa Schwartz  Telecomunication Networks, Protocols,
Modeling and Analysis , Addison-Wesley Publishing Company
1988.
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
5
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Organizacja przedmiotu
Wykład  2 godz., czwartek 10  12, Laboratorium  1 godz.
Zaliczenie przedmiotu
Elementy zaliczenia:
" 15 XII 2011  kolokwium 1 (z wiedzy teoretycznej), 30 punktów
" 12 I 2011  kolokwium 2 (z zadań obliczeniowych), 30 punktów
" Laboratorium  projekty 40 punktów
Wyniki: punkty ocena
< 50 2.0
51  60 3.0
61  70 3.5
71  80 4.0
81  90 4.5
91  100 5.0
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
6
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Zakres treści przedmiotu
1. System telekomunikacyjny a sieć telekomunikacyjna
2. Publiczna sieć telekomunikacyjna
3. Sieci z protokołem internetowym  sieć IP
4. Sieci z asynchronicznym trybem przekazu  sieć ATM
5. Sieci komputerowe
6. Sieci dostępowe
7. Sieci bezprzewodowe
8. Sieci następnej generacji (NGN)
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
7
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Standaryzacja
 Standard to jest coÅ› takiego, co pozwala wszystkim urzÄ…dzeniom
psuć się dokładnie w ten sam sposób Anonim
 The nice thing about standards is that there are so many of them
to choose from Andrew S. Tanenbaum
ISO International Organisation for Standardization
ITU-T International Telecommunication Union
Telecommunication Standardization Sector
ITU-R Radiocommunication Standardization Sector
ETSI European Telecommunication Standards Institute
IETF Internet Engineering Task Force
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
8
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
ISO, ITU-T IETF
Dokument roboczy Dokument roboczy
Musi istnieć
doświadczenie
implementacyjne
Szkic przygotowany Propozycja
przez Komitet standardu
Dokument
historyczny
Po maks. 2 latach
Kilka lub więcej
niezależnych
Szkic standardu Szkic standardu
implementacji
międzynarodowego
musi ze sobÄ…
współpracować
Po maks. 4 latach
Dokument
historyczny
Pełen standard Pełen standard
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
9
Raport
Raport
techniczny techniczny
Architektura warstwowa sieci
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
" Funkcje sieci sÄ… podzielone i zorganizowane w tzw. warstwy
" Usługi świadczone przez daną warstwę są wykorzystywane przez
warstwę leżącą bezpośrednio poniżej
" Najważniejszą zaletą takiej organizacji jest to, że projektowanie
oprogramowania i sprzętu do realizacji funkcji danej warstwy może
odbywać się niezależnie; znakomicie usprawnia to proces pracy nad
projektem dużego systemu
" W połowie lat 1970 International Organization for Standardization
zaproponowała tzw. siedmiowarstwowy model otwarty dowolnej sieci
telekomunikacyjnej, czyli Open System Interconnection Reference Model
(OSI)
" Model taki obowiązuje do dziś, ale pojawiły się modyfikacje, które nie
naruszajÄ… jednak podstawowej koncepcji OSI
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
10
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Model siedmiowarstwowy
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
11
Architektura warstwowa sieci
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
1. Warstwa fizyczna  transmisja bitów kanałem, reprezentacja fizyczna (np.
napięcia) bitów 1 i 0, czas trwania pojedynczego bitu, tryby komunikacji
(simpleks, półdupleks, dupleks, sposób nawiązywania i kończenia
transmisji, rodzaje i budowa złącz,.. )
2. Warstwa łącza danych  podział danych wejściowych nadawcy na ramki
danych (do kilku tysięcy bajtów), sekwencyjna transmisja ramek,
potwierdzenia poprawności odbioru ramek, mechanizmy sterowania
ruchem, np. powstrzymanie szybkiego nadajnika przed zalewem danymi
wolnego odbiornika, sterowanie dostępem do wspólnego kanału
(podwarstwa kontroli dostępu do nośnika)
3. Warstwa sieciowa  kierowanie pakietów od nadawcy do odbiorcy (ruting),
dostosowanie adresowania do specyfiki podsieci w sieciach rozległych
4. Warstwa transportowa  podział danych na mniejsze jednostki i
zapewnienie, że wszystkie fragmenty dotrą bezbłędnie do miejsca
przeznaczenia, warstwa w pełni dwupunktowa, od z
ródła do odbiorcy
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
12
Architektura warstwowa sieci
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
5. Warstwa sesji  mechanizm nawiązywania sesji pomiędzy komputerami,
sterowanie dialogiem (kto i kiedy ma nadawać), zarządzanie tzw. żetonem
(zapobieganie próbom jednoczesnego wykonywania krytycznych operacji),
synchronizacja (kontrola długich transmisji, przerwania)
6. Warstwa prezentacji  odpowiada za składnię i semantykę przesyłanych
informacji, kompresja informacji, konwersja danych o różnych formatach
7. Warstwa aplikacji  protokoły potrzebne użytkownikowi, http, ftp, telnet,
itp.
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
13
OSI Model
Encapsulation
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
kapsułkowanie
Commonly used applications: file
Application Layer
transfer, directory services, www,
7 7
virtual terminal, etc.
Encryption, compression,
Presentation Layer
6 6
security, format conversion
Supervision of connection
Session Layer
5 5
between end systems
Segmentation, flow control, error
control, end-to-end transmission
4 4
Transport Layer
segment
of packets
Routing, guides the packets from
3 3
Network Layer
their source to their destination
pakiet
Packet delivery service between
Data Link Layer
2 2
nodes attached to the same
ramka
physical link
Delivers bits
Physical Layer
1 1
strumień bitów
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
14
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Porównanie różnych modeli warstwowych sieci
telekomunikacyjnych
OSI TCP/IP Hybrydowy
7. warstwa aplikacji 4. warstwa aplikacji
6. warstwa prezentacji
5. warstwa sesji warstwa aplikacji
4. warstwa transportowa 3. warstwa transportowa warstwa transportowa
3. warstwa sieci 2. warstwa internetowa warstwa sieci
2. warstwa łącza danych 1. warstwa host-sieć warstwa łącza danych
1. warstwa fizyczna warstwa fizyczna
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
15
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Przetwarzanie pakietów przez hosty, przełączniki i rutery
host
host
przełącznik
ruter
warstwa aplikacji warstwa aplikacji
warstwa transportowa warstwa transportowa
warstwa sieci warstwa sieci warstwa sieci
warstwa Å‚Ä…cza danych
warstwa Å‚Ä…cza danych warstwa Å‚Ä…cza danych warstwa Å‚Ä…cza danych
warstwa fizyczna
warstwa fizyczna warstwa fizyczna warstwa fizyczna
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
16
Ethernet
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
" Prawie 85% wszystkich sieci komputerowych na świecie jest wykonane w
tzw. technologii Ethernet
" Został opracowany przez firmy Xerox, IBM i DEC w połowie lat 1970.
" W 1985 IEEE opracowało standard 802.3
Najważniejsze pytania, które stoją przed projektantem to:
1. Jak komputery wymieniają informacje między sobą ?
2. Jak komputery znajdują adresy komputerów przeznaczenia ?
3. Jak łączy się małe sieci w większe (rozległe, intersieci) sieci Ethernet ?
LLC (Logical Link Layer)
Data Link
MAC (Media Access Control)
Twisted pair, coax, fiber, wireless
Physical
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
17
Ethernet współdzielony
Każdy komputer posiada nazwę, adres sieciowy i adres Ethernetowy.
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
W rozwiązaniu najprostszym komputery są dołączone do koncentratora (hub), którego
zadaniem jest skopiowanie ramki odebranej i wysłanie do wszystkich portów poza
portem nadejścia.
Koncentrator wysyła również informacje (ramki) o kolizjach ramek nadawanych przez
różne komputery w tym samym czasie.
Hub
Packet
x, y | data
Wire pairs
x
z
y 102
42
123
 alpha
Ethernet address
Network address
name
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
18
Kodowanie ramki Ethernet
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
koniec
poczÄ…tek
interwału
interwału
1 0 0 0 1 0
Strumień bitów
Kod binarny
+0.85V
Kod Manchester
-0.85V
Kod różnicowy Manchester
zmiana poziomu na
początku interwału   0 brak zmiany poziomu na
początku interwału   1
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
19
Format ramki Ethernet
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
8 6 6 2 0  1500 0  46 4
adres adres suma
preambuła typ dane wypełnienie
docelowy z
ródłowy kontrolna
Preambuła  synchronizacja zegarów nadajnika i odbiornika
Adresy  docelowe, grupowe, rozgłoszeniowe
Typ  co robić z ramką, proces dla którego przeznaczona jest ramka
Wypełnienie  dopełnienie ramki do minimalnej długości 46 bajtów
Suma kontrolna  detekcja i korekcja błędów
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
20
Kolizja ramek
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
KonfiguracjÄ™ najprostszÄ… przedstawia struktura tzw. magistrali.
Co się dzieje, gdy dwie stacje wyślą do wspólnego kanału ramki informacji w tym
samym lub prawie tym samym czasie ?
A B C D E
A E
time
Problem kolizji rozwiązuje protokół CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with
Collision Detection  protokół podsłuchu transmisji i detekcji kolizji.
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
21
Kolizja ramek - analiza
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
A E
11010
time
t=0
L=2500 m
" Prędkość rozchodzenia się sygnału w kablu v = (2/3)c,
c  prędkość światła 3x108 m/s, 300 tysięcy km/sek., czyli v = 2x108 m/s.
" Pojemność kanału magistrali 10 Mb/s = 107 b/s. Oznacza to, że pojedynczy bit ma
czas trwania 10-7 s = 100 ns.
" Czas propagacji sygnaÅ‚u w magistrali w jednym kierunku wynosi tð = 2500m/2x108
m/s = 12.5 x 10-6s = 12.5 mðs . Czas tam i z powrotem 2 x 12.5 mðs = 25 mðs .
"
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
22
Kolizja ramek - analiza
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
A E
regenerator 11010 10000
11010
time
t=0
L=2500 m
" Według standardu na drodze o długości 2.5 km sygnał musi przejść przez 4
regeneratory (reapeter) sygnału, które usuwają zniekształcenia i tłumienie.
" Przyjmuje się, że czas opóz
nienia sygnału przez 4 regeneratory na podwójnej drodze
od A do E jest równy podwójnemu czasowi propagacji, czyli czas opóz
nienia sygnału
o kolizji wyniesie 50 mðs .
" Gra idzie o to, aby stacja A nie rozpoczęła wysyłania następnej ramki przed
dotarciem do niej sygnału kolizji. Tylko sygnał kolizji może wstrzymać nadawanie ze
stacji A a tym samym utratÄ™ kolejnych informacji.
"
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
23
Kolizja ramek - analiza
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
A E
ramka
1101011001010100011010101111000100010100101101000010101010010011110001
time
t=0
L=2500 m
" Gra idzie o to, aby stacja A nie rozpoczęła wysyłania następnej ramki przed
dotarciem do niej sygnału kolizji. Tylko sygnał kolizji może wstrzymać
nadawanie ze stacji A a tym samym utratÄ™ kolejnych informacji.
" Można to zapewnić tylko wtedy, gdy przez cały okres 50 mikrosekund stacja
będzie wysyłać do magistrali ramkę.
" Zatem minimalny rozmiar ramki powinien być równy 50 x 10-6 / 100 x 10-9 = 500
bitów. Przyjmuje się 512 bitów czyli 64 bajty i to jest właśnie minimalny rozmiar
ramki Ethernetu.
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
24
Rozpoznawanie adresów 
Address Resolution Protocol
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
D
A B C E Ethernet address
36 Network address
122 24 40
My Address
My Address
24
40
LIST
LIST
1. &
1. 122 is A
2. &
2. 36 is C
3. &
3. & .
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
25
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Broadcast message
Who is 40?
D
A B C E
Wszystkie
D
A B C E
komputery
odbierajÄ…
informacjÄ™
It is me!
D
A B C E
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
26
Address Resolution Protocol
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
D
A B C E Ethernet address
36 Network address
122 24 40
My Address
My Address
24
40
LIST
LIST
1. &
1. 122 is A
2. &
2. 36 is C
3. &
3. 40 is D
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
27
Szybkość transmisji
współdzielonego Ethernetu
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Magistrala 10 Mb/s
D
A B C E
36
122 24 40
Jeżeli 10 komputerów dołączonych do magistrali o pojemności 10
Mb/s próbuje przesłać plik, każdy z nich uzyskuje średnio efektywną
szybkość transmisji 1 Mb/s.
W takim przypadku przesłanie pliku o rozmiarze 1 MByte trwa 8
sekund.
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
28
Ethernet przełączany
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Połączenie kilku małych sieci lokalnych można zrealizować stosując
przełączniki lub rutery.
Przełącznik przesyła wiele ramek jednocześnie, pod warunkiem, że
Ethernetowe adresy z
ródłowe i docelowe tych ramek są różne. Prowadzi to
do zwiększenia przepustowości w porównaniu z dzielonym Ethernetem.
b, s | data
=
U
B
a Switch A
b
u
Switch B
c
a: E1 u: E2
d
& .
s
d: E1
S
Ethernet E1
Ethernet E2
Ethernet E3
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
29
Problem pętli
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Switch F
B
Switch A
b
Switch B
c
d
s
S
Ethernet E1
Ethernet E2
Ethernet E3
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
30
Drzewo rozpinajÄ…ce
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Switch F
B
Switch A
b
Switch B
c
d
s
S
Ethernet E1
Ethernet E2
Ethernet E3
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
31
Ethernet połączony ruterami
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Rutery podejmują decyzję o dalszym przesłaniu ramki na podstawie adresu sieciowego
 nie adresu Ethernetowego.
U
Ethernet E2
b, r1 | B, S | data
Ethernet E3
u
r3, s | B, S | data
B
a
b
r2
r1
r3
c
d
Router R
s
Routing table ARP table for E3
S: E3 S: s
S
Ethernet E1
U: E2 H: h
Systemy i sieci telekomunikacyjne 2011-2012, Wykład 3, Tomasz Kacprzak
32
Prezentacja multimedialna
współfinansowana przez Unię Europejską
w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
w projekcie
 Innowacyjna dydaktyka bez ograniczeń
Tomasz Kacprzak
 zintegrowany rozwój Politechniki A
ódzkiej 
zarzÄ…dzanie UczelniÄ…,
nowoczesna oferta edukacyjna
Systemy i sieci
i wzmacniania zdolności do zatrudniania
telekomunikacyjne osób niepełnosprawnych
Zadanie nr 30  Dostosowanie kierunku Elektronika i Telekomunikacja
do potrzeb rynku pracy i gospodarki opartej na wiedzy
90-924 A
ódz
, ul. Żeromskiego 116,
tel. [phone]
www.kapitalludzki.p.lodz.pl