Systemy Teleinformatyczne

w Transporcie Morskim

Joanna Szłapczyńska

Katedra Nawigacji, ZD Podstaw Informatyki i Sieci Komputerowych

Wykład 1

Page
2

Wprowadzenie

Podstawowe definicje telekomunikacyjne

Kodowanie

Kompresja

Paradygmaty telekomunikacyjne

Sieciowy model odniesienia ISO/OSI

Wprowadzenie do sieci LAN / MAN / WAN

Wykład 1

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
3

Podstawowe usługi telekomunikacyjne

TELECOM

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
4

Konwergencja w telekomunikacji (1)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Konwergencja to proces polegający na zbliżaniu się do siebie

zjawisk, wydarzeń, działań z pogranicza kilku dziedzin życia

Zjawisko konwergencji w telekomunikacji łączy

• integrację technologii (konwergencję urządzeń końcowych) –

stanowiącą podstawę procesów konwergencji,

• konwergencję sieci różnego typu – przez które do tej pory

ś

wiadczone są zbliżone usługi (telekomunikacyjne, komputerowe,

bezprzewodowe)

• konwergencję rozwiązań (usług wąsko- i szerokopasmowych:

głosowych, obrazowych, mobilnych i stacjonarnych)

Page
5

Konwergencja w telekomunikacji (2)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
6

Konwergencja w telekomunikacji (3)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

© ITPedia.pl

Page
7

Dane – zbiory liczb i/lub tekstów w różnych formatach

Informacje - przetworzone, zorganizowane i ustrukturalizowane dane ,

prezentowane w kontekście, dzięki któremu stają się użyteczne

Informacje a dane

00000011 11101000

Dane

Cena: 1000 zł

Informacja

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
8

Nadajnik – urządzenie będące źródłem danych lub sygnału

Odbiornik– urządzenie które odbiera (jest adresatem) danych lub

sygnału

Kanał komunikacyjny– połączenie pomiędzy nadajnikiem a

odbiornikiem

• medium transmisyjne propagujące dane

• uważane za „zaszumione” = pewne porcje danych mogą czasem ,

nieoczekiwanie, uleć zmianie, zniekształceniu lub zagubieniu

Nadajnik

Podstawowe definicje telekomunikacyjne

Odbiornik

Kanał

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
9

Ze względu na kierunek komunikacji

• simplex – kanał jednokierunkowy

• duplex – kanał dwukierunkowy

• pół-duplex – jak duplex, ale w danej chwili możliwa transmisja tylko w

jednym kierunku

Podział kanałów telekomunikacyjnych (1)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

LUB

Page
10

Ze względu na typ danych

• analogowe

• cyfrowe

Ze względu na liczbę bitów

przesyłanych jednocześnie

• szeregowe

• równoległe

Ze względu na typ synchronizacji

• synchroniczne

• asynchroniczne

Podział kanałów telekomunikacyjnych (2)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
11

Typowy proces transmisji

• oryginalna informacja kodowana do postaci danych przez nadajnik

• dane transmitowane przez kanał z nadajnika do odbiornika

• dane dekodowane wstecznie do informacji przez odbiornik

Transmisja

Aparat telefoniczny
kosztuje 1000 zł

…00000011 11101000…

1000 zł, rany ale
drożyzna!

Nadajnik

Odbiornik

Kanał

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
12

Parametry kanału transmisyjnego (1)

Przepływność/ szybkość transmisji (bitrate) – liczba bitów które są

transmitowane w jednostce czasu [bit/sek]

Pasmo (bandwitch)

1) dostępna lub konsumowalna przepływność [bit/sek] (sieci komp.)

2) pasmo sygnału analogowego mierzone w Hz (telecom)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
13

Parametry kanału transmisyjnego (2)

Stopa błędu Bit Error Rate (BER) [/] – stosunek liczby bitów

odebranych za pośrednictwem kanału, które zostały zmienione
na wskutek

• szumów

• interferencji

• zakłóceń

• błędów bitów synchronizacji,

do wszystkich przetransmitowanych bitów danych

total

error

n

n

BER =

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
14

Kodowanie – proces konwersji

• z informacji na dane

• z danych na dane w innym formacie

Dekodowanie jest procesem odwrotnym

Procedura kodowania wymaga jednego z poniższych

• alfabetu

• tablicy kodów

• reguły translacji

Kodowanie

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
15

Kod Morsa (alfabet: ● ▬)

Kody dyskretne (reguły kodowania)

• binarne, heksadecymalne itd...

Kody znakowe (tablice kodów)

• ASCII (7-bit), UTF-16, UTF-32, itp.

Przykłady kodów

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
16

Aby wykryć (i naprawić) pojedynczy błąd transmisji wykorzystywane są

znaki kontroli bloku

Znaki kontroli bloku (Block Check Character - BCC) – dodatkowa

sekwencja znaków generowana przez algorytm dla porcji danych i
transmitowana bezpośrednio przed lub po tych danych

Typy BCC

•

Vertical Redundancy Checking (VRC) – bit parzystości dla każdego znaku

•

Longitudinal Redundancy Checking (LRC) – bit parzystości dla tego
samego bitu we wszystkich znakach

•

Cykliczny Kod Nadmiarowy (Cyclic Redundancy Checking - CRC)– kod
(zazwyczaj 32-bitowy) dodawany do całego bloku danych: oryginalny blok
danych + kod CRC muszą łącznie być podzielne bez reszty przez zadany
wielomian n-go stopnia zmiennej x o współczynnikach 0 i1

Wykrywanie i korekcja błędów

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
17

Kody liniowe

• wykorzystywane do kodowania dla szybkich, szeregowych kanałów

transmisyjnych

• kodowanie korekcyjne (forward error correction)



dowolna kombinacja liniowa słów kodowych też stanowi słowo
kodowe

• przykłady



Non Retrun to Zero, Return to Zero



Kod Manchester



Kod Hamminga



AMI



HDB3



CMI

Kody transmisyjne

© Vademecum Teleinformatyka I

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
18

Reguły Nyquista oraz Shannona

Zakładając, że żadne dane nie mogą być utracone, poszukiwana jest

maksymalna przepływność dla dekodowanych danych

Reguła Nyquista (1924) – teoretyczna maksymalna przepływność

Reguła Shannona (1948) – to samo, ale dla „zaszumionego” kanału

)

(

log

2

2

K

B

D =

)

1

(

log

2

N

S

B

C

+

=

C, D – przepływność [bit/sec]
B – pasmo [Hz]
K – dostępne poziomy napięcia [/]
S – średnia moc kanału
N – średnia moc szumu
S//N [dB]

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
19

Kompresja – zmiana sposobu zapisu (pakowanie) danych

używając mniejszej liczby bitów niż normalnie byłoby wymagane w
celu przyspieszenia prędkości transmisji

•

bezstratna– nie tracimy żadnych informacji z oryginalnego zbioru

•

stratna – pewna część informacji jest tracona i pełna oryginalna
informacja nie może być odtworzona

Kompresja (1)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
20

Dlaczego kompresja jest możliwa?

• redundancja w informacjach (i danych)

• ograniczenia ludzkiej percepcji (wzrok, słuch)

• różne sposoby prezentacji (np. wektorowa lub rastrowa)

Kompresja stratna

• Usuwamy nieodbieralne (lub mniej odbieralne) elementy informacji

• JPG, JPG2000, MPEG, MP3, itp..

Kompresja bezstratna

• Bardziej prawdopodobne znaki mają krótsze kody

• Kodowanie Huffmana(LZ-x), PNG, DEFLATE (Pkzip, gzip), itp.

Kompresja (2)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
21

Przełączanie obwodów – metoda w której dwa węzły(stacje)

ustanawiają dedykowany kanał transmisyjny (połączenie/

obwód)

na cały czas trwania sesji komunikacyjnej (tak jakby były one
połączone ze sobą elektrycznie)

• stałe opóźnienie bitowe

• brak możliwości reużycia kanału w czasie połączenia

Przełączanie pakietów – metoda która grupuje wszystkie

transmitowane dane w niewielkie bloki danych, zwane

pakietami.

Skutkuje to zmienną prędkością transmisji danych (sekwencji
pakietów) we współdzielonej sieci

• zmiene opóźnienie pakietu

• możliwość reużycia kanału w czasie połączenia

Paradygmaty telekomunikacyjne

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
22

Bezpołączeniowy(datagram switching)

• każdy pakiet zawiera pełen adres lub informację dot. wyznaczania

dalszej trasy (routingu)

• Pakiety mają indywidualnie wyznaczane trasy (routing), co czasami

powoduje wysyłanie kolejnych pakietów w sekwencji innymi trasami,
a w konsekwencji zaburzenie kolejności odbioru pakietów

Połączeniowy (virtual circuit switching)

• Połączenie jest zdefiniowane oraz pre-alokowane w każdym

zaangażowanym węźle zanim jeszcze rozpocznie się transmisja
pakietów

• pakiety zawierają pewien identyfikator połączeni zamiast pełnej

informacji adresowej i są dostarczane w kolejności nadania

Tryby przełączania pakietów

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
23

Multipleksacja statystyczna (dynamiczna alokacja pasma) –

technika w której pasmo ruchu we współdzielonym medium
telekomunikacyjnym może być zaalokowane na żądanie i
sprawiedliwie pomiędzy różnych użytkowników tego pasma

Multipleksacja statystyczna wykorzystuje cechy współdzielonej

sieci

• zazwyczaj tylko część użytkowników jest jednocześnie podłączona do

sieci

• nawet gdy użytkownicy korzystają jednocześnie z sieci nie transmitują

danych (dźwięku lub strumienie video)wszyscy jednocześnie

• większość ruchu w sieci jest „porowata” (bursty)- pomiędzy pakietami są

przerwy (wolne medium), które mogą być wykorzystane do transmisji
przez innych użytkowników sieci

Przełączanie pakietów: podstawowe definicje

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
24

Model odniesienia ISO/OSI dla sieci komputerowych

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Warstwa fizyczna

Warstwa łącza danych

Warstwa sieciowa

Warstwa transportowa

Warstwa sesji

Warstwa prezentacji

Warstwa aplikacji

Page
25

ISO/OSI - model komunikacji

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
26

Enkapsulacja danych

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
27

Warstwa fizyczna jest odpowiedzialna za przesyłanie strumienia

bitów danych za pośrednictwem fizycznego medium
komunikacyjnego np. poprzez

• kabel miedziany UTP (np. CAT-5)

• światłowód

• fale radiowe

Funkcje warstwy fizycznej

• ustanawianie i kończenie połączenia z medium fizycznym

• uczestnictwo w procesie efektywnego współdzielenia zasobów

komunikacyjnych (pasmo) pomiędzy użytkowników sieci

• konwersja pomiędzy cyfrową reprezentacją danych a odpowiednimi

poziomami sygnałów transmitowanych przez kanał

• kodowanie korekcyjne (forward error correction)

ISO/OSI: Warstwa fizyczna (physical layer)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
28

Warstwa łącza danych jest implementowana głównie w interfejsie

karty sieciowej

Funkcje warstwy łącza danych

• Enkapsulacja danych z warstw wyższych w ramk

i

•

Podwarstwa dostępu do medium (Medium Access Control) -
dostarczanie dostępu do medium



protokoły wielodostępu (np. CSMA/CD)



adresowanie fizyczne (MAC)



kontrola jakości usług (Quality of Service - QoS)

•

Podwarstwa kontroli logicznego połączenia (Logical Link Control)
– kontrolowania przepływu strumienia danych



kontrola przepływu (flow control)



detekcja i korekcja błędów

ISO/OSI: Warstwa łącza danych (data link layer)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
29

Funkcje warstwy sieciowej

• komunikacja bezpołączeniowa (choć są wyjątki!)

• logiczne adresowanie hostów/stacji

• wyznaczanie trasy pomiędzy routerami (routing) pakietów

• przesyłanie pakietów w ramach routera (przesłanie pakietu z jednego z

wejść na jedno z wyjść danego routera)

Warstwa sieciowa jest odpowiedzialna przede wszystkim za

przesyłanie i routing pakietów

• tablica przesyłania, forwarding table (Forwarding Information Base - FIB)

• tablica routingu, routing table (Routing Information Base - RIB)

• protokół routingu – w jaki sposób routery komunikują się ze sobą (np.

RIP, BGP)

• algorytm routingu – w jaki sposób zbieramy rozproszone informacje o

topologii sieci

ISO/OSI: Warstwa sieciowa (network layer)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
30

ISO/OSI: Warstwa sieciowa – typy routingu

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
31

Warstwa transportowa dostarcza aplikacjom usługi komunikacyjne

dla połączenia typu end-to-end

• komunikacja połączeniowa (choć nie zawsze np. UDP w sieciach TCP/IP)

• przywrócenie oryginalnej kolejności pakietów

• niezawodność (ACK/NACK, żądanie automatycznej retransmisji)

• kontrola przepływu (np. zapobieganie przepełnianiu buforów)

• zapobieganie przeciążeniom (np. zwolnienie prędkości transmisji na

początku połączenia)

• multipleksacja statystyczna (poprzez przydział numerów portów)

Gniazdo sieciowe – para lokacji typu end-to-end wraz z typem

protokołu, każdy z elementów w parze zdefiniowany przez adres
logiczny i numer portu

ISO/OSI: Warstwa transportowa (transport layer)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
32

ISO/OSI: Klasy protokołów transportowych

TCP (?)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
33

Warstwa sesji dostarcza mechanizmów otwarcia, zarządzania

oraz zamykania sesji pomiędzy procesami komunikujących się
końcowych (end-user) aplikacji

Sesje komunikacyjne zawierają żądania i odpowiedzi

wymieniane pomiędzy aplikacjami

Usługi warstwy sesji

• uwierzytelnianie (authentication)

• kontrola dostępu

• utrzymywanie sesji(checkpointing oraz wznawianie)

ISO/OSI: Warstwa sesji (session layer)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
34

Warstwa prezentacji jest odpowiedzialna za formatowanie i

konwersję dane  informacje

Zwalnia to wyższą warstwę aplikacji of problemu radzenia

sobie z różnicami syntaktycznymi (różnicami formatu
np.Windowsowe i UNIX/Linuxowe formaty przejścia do nowej
linii) w reprezentacji danych

Usługi oferowane przez warstwę prezentacji

• konwersja: dane  dane

• deszyfrowanie (obecnie również w warstwie sieci)

• kompresja

ISO/OSI: Warstwa prezentacji (presentation layer)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
35

Warstwa aplikacji dostarcza usługi semantycznej

(znaczeniowej) konwersji pomiędzy połączonymi procesami
aplikacji

Przykłady usług warstwy aplikacji w sieciach TCP/IP

• SMTP

• POP

• IMAP

• FTP

• HTTP

• SSH

ISO/OSI: Warstwa aplikacji (application layer)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
36

Podział sieci ze względu na obszar pokrycia

• Personal Area Network – PAN (np. domowa sieć Wi-Fi)

• Local Area Network – LAN (np. .sieć w jednym z laboratoriów bud. F)

• Campus Area Network – CAN (np. sieć w całym kampusie AM)

• Metropolitan Area Network – MAN (np. sieć TASK)

• Wide Area Network – WAN (siec obejmująca cały kraj lub więcej)

Sieci LAN / MAN / WAN z uwagi na różny obszar pokrycia

wymagają zróżnicowanych modeli, technologii oraz usług

Wprowadzenie do sieci LAN / MAN / WAN

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim