Způsob přenosu dat

1. Způsob přenosu dat • Paralelní přenos dat • zasíláno více bitů současně • bity zasílány po více vodičích • Sériový přenos dat • data zasílána bit po bitu • k přenosu potřeba pouze dva vodiče • jeden pro příjem • druhý pro vysílání • dále dělíme na • synchronní • asynchronní (arytmický)

2. Asynchronní přenos • Data nejsou doručována pravidelně • Data rozdělena do menších skupin • obvykle 5 až 8 bitů (tzv. znak) • Každý znak doplněn o synchronizační informace • start bit (umístěn na začátku každého znaku) • zahajuje přenos skupiny bitů • synchronizují obě zařízení • jeden startbit - úroveň logické nuly • délka startbitu = délce datového bitu • stop bit (umístěn na konci každého znaku) • ukončují přenos skupiny dat • jeden stopbit - úroveň logické jedničky • délka stopbitu = délce minimálně jednoho datového bitu • zároveň představuje stav klidu

3. Asynchronní přenos

4. Asynchronní přenos • Výhody • nižší nároky na kvalitu linky • menší chybovost přijetí dat • levnější modemy • Nevýhody • pomalejší než synchronní • ztráta přenosového času na start a stop bity

5. Synchronní přenos • Vysílán nepřetržitý řetězec bitů • Na začátku přenosu vyslán synchronizační signál (SYN) • zajistí synchronizaci zařízení • určí intervaly, ve kterých se vyhodnotí jednotlivé datové bity • synchronizace po celou dobu přenosu • Výhody • rychlejší přenos než asynchronní • Nevýhody • vyšší nároky na kvalitu linky • složitější (dražší) modemy • větší pravděpodobnost chyby

6. Synchronní přenos

7. Zabezpečení přenosu dat • Parita • k bloku dat přidán paritní bit • příjemce kontroluje počet logických jedniček v bloku dat a kontroluje tento počet s hodnotou parity • dělíme na • sudá • lichá • příčná • podélná • Kontrolní součet (Checksum, CRC) • součet jednotlivých znaků v bloku dat - jako dvojková čísla • příjemce spočte znovu součet a porovná s přijatým číslem • přidává se na konec bloku

8. Parita • Nejjednodušší způsob detekce chyb • Malá účinnost • Pouze tehdy, je-li malá pravděpodobnost výskytu chyb ve více bitech najednou • Sudá Parita (Even Parity) • je-li celkový počet jedniček v bloku sudý, pak je paritní bit roven 1, jinak je 0 • Lichá Parita (Odd Parity) • je-li celkový počet jedniček v bloku lichý, pak je paritní bit roven 1, jinak je 0 • Příčná parita • kontrolují se celé znaky (většinou 8 bitů) • v případě chyby se zopakuje přenos celého znaku • Podélná parita • nekontrolují se jednotlivé znaky, ale celé bloky • přidá se 8 paritních bitů • v případě chyby se zopakuje přenos celého bloku

9. Parita

10. Kódování a modulace • Proč je nutné signál kódovat ? • odstranění stejnosměrné složky • zamezení příliš vysokému počtu změn signálu • zabezpečení a ochrana proti chybám při přenosu

11. Kódování a modulace Další příklady kódování • NRZ (Non Return Zero) • stejné jako bipolární • NRZI (Non Return Zero Inverted) • změna pouze při každé jedničce • AMI (Alternative Mark Inversion) • jedničky zobrazeny jako pulsy se střídající polaritou • víceúrovňové kódování • Modulace • chceme-li k přenosu využít kmitočtové pásmo, které neobsahuje základní harmonickou složku (tzv. nosnou – carrier) • nosná je analogový harmonický signál ve tvaru u(t) = U * sin (ω * t + φ) • U – amplituda • ω – kmitočet (frekvence) • φ – fáze (posunutí) • nosná se šíří s nejmenšími ztrátami • při modulaci mluvíme o přenosu v tzv. přeloženém pásmu

12. Kódování a modulace • Druhy modulace • Amplitudová (AM) • změna amplitudy nosné • používá se výlučně v optických systémech • Frekvenční (FM) • změna frekvence nosné • nízká efektivita využití šířky pásma • příliš se nepoužívá • Fázová (PM) • změna fáze (posunutí) nosné • v bitech za sekundu [b/s], [bps] • Amplitudová + Fázová (QAM, pulzně šířková) • kombinuje obě modulace • maximální využití přenosového kanálu • nejčastěji používaná • například u modemů

13. Kódování a modulace

14. Kódování a modulace • Parametry modulovaného signálu • počet rozlišitelných stavů • určuje počet namodulovaných logických hodnot • ovlivňuje přenosovou rychlost • např. fázová modulace posun o 0° a 180° => 2 stavy posun o 0°,90°,180° a 270° => 4 stavy • modulační rychlost • počet změn modulačního signálu za jednotku času • udává se v Baudech za sekundu [Bd/s] • přenosová rychlost • velikost přenesené informace za jednotku času • v bitech za sekundu [b/s], [bps] • šířka pásma • rozsah přenášených frekvencí • ovlivněna fyzikálními vlastnostmi přenosového média • určuje maximální přenosovou rychlost • 2 * šířka pásma = maximální modulační rychlost

15. Kódování a modulace • Poznámka • modulační rychlost nám neříká nic o velikosti přenesené informace za jednotku času. • je rovna přenosové rychlost pouze v případě, je-li použito dvoustavové modulace

16. Přenosová cesta • Podmínka vytvoření okruhu (kanálu) • Fyzické prostředky zajišťující přenos dat • Druhy přenosových cest • linková přenosová cesta • přenos dat pomocí kabelů • bezdrátové (radiové cesty) • krátkovlnné spoje • družicové spoje • Charakterizována šířkou pásma • Lze vytvořit • více okruhů z jedné cesty (multiplex) • jeden okruh z více cest (trunking) • zvýší šířku pásma okruhu • okruh z více cest za sebou • pokud neexistuje přímá cesta mezi koncovými uzly

17. Přenosový kanál • Souhrn prostředků vytvářející telekomunikační spojení dvou míst • Kanál je charakterizován • šířkou pásma • přenosovou rychlostí • úrovní šumu • a dalšími vlastnostmi (čas, priorita, atd.) • Kanál je jednosměrný !!! • data lze přenášet pouze jedním směrem • umožňuje poloduplexní režim přenosu dat (half-duplex)

18. Přenosový kanál

19. Přenosový okruh a spoj • Přenosový okruh • dva přenosové kanály • obousměrný přenos dat • tzv. duplexní režim (full-duplex) • Přenosový spoj • okruh vybavený na koncích koncovými zařízeními • telefonní přístroj • modem • atd.

20. Klasifikace okruhů • Podle vlastnictví • Veřejné okruhy (Public Circuits) • přístupné všem (za poplatek) • například veřejná telefonní síť • Soukromé okruhy (Private Circuits) • uživatel si zřídí vlastní přenosovou cestu • například Wifi, Ronja atd. • Pronajaté okruhy (Leased Circuits) • za poplatek je okruh trvale pronajat • například O2 pronajímá svoji síť poskytovatelům

21. Klasifikace okruhů • Podle délky trvání • Dočasný okruh • spojení trvá pouze určitou dobu • například telefonní hovor • navázání a udržení spojení zajistí ústředna • více přenosových cest • Trvalý okruh • spojení trvá neomezenou dobu • přenosové cesty propojeny napevno • nedochází ke komutaci (zdroj poruch) • tzv. pevná linka

22. Klasifikace okruhů • Podle typu • Analogový okruh • pro připojení analogového modemu • Digitální okruh • pro připojení digitálního modemu • Datový okruh • vznikne připojením modemu do analogového okruhu • modem musí být homologován pro danou zemi

23. Klasifikace okruhů

24. Multiplex • Rozdělení přenosového kanálu s velkou šířkou pásma na několik logických podkanálů • po jednom kabelu lze uskutečnit více přenosů najednou • Druhy multiplexů • časový multiplex (TDM) • frekvenční multiplex (FDM) • statistický multiplex (STDM) • Součet šířek pásem jednotlivých podkanálů je vždy menší než šířka výsledného

25. Frekvenční multiplex • Každému podkanálu vyhrazena určitá část frekvenčního pásma • Signál posunut do této oblasti frekvence na straně vysílače (zajišťuje multiplexor) • Do původní oblasti je posunut na straně přijímače (zajistí demultiplexor) • Je isochronní, tedy garantuje šířku pásma • Využívá se například v širokopásmových lokálních sítích (přístup k Internetu u kabelové televize CATV)

26. Frekvenční multiplex signály jednotlivých kanálů jsou posunuty do vhodných frekvenčních poloh a „poskládány“ do jednoho širšího přenosového pásma f [Hz] demultiplexor multiplexor 0 jednotlivé složky jsou „vyextrahovány“ a vráceny do původní frekvenční polohy • analogová technika • používala se například v analogových telefonních sítích

27. Časový multiplex • Každému podkanálu vyhrazena celá část frekvenčního pásma • V pravidelných časových intervalech můžou postupně kanál používat jednotlivé podkanály (zajišťuje multiplexor) • Na straně přijímače je vše opět seřazeno zpátky (zajistí demultiplexor) • Účinnější než frekvenční, protože využije větší šířku pásma • Je také isochronní, tedy garantuje šířku pásma • Vhodný pro rovnoměrnou zátěž • Nevhodný pro kolísající zátěž, protože podkanál nevyužije celý svůj přidělený čas • Použit ve většině dnešních lokálních sítí a sítí integrovaných služeb (např. ISDN)

28. Časový multiplex A přepojovací prvek (multiplexor) B C jednotlivé kanály mají pevně přiřazené časové sloty, jejich data proto není nutné nijak identifikovat D

29. Statistický multiplex • Nevyhrazuje jednotlivým podkanálům pevně stanovenou přenosovou kapacitu • Teprve v případě okamžité potřeby dynamicky reaguje na kolísání zátěže • Výhodou je lepší využití pásma při kolísavém zatížení • Nevýhodou je, že negarantuje 100% dostupnost přenosové kapacity => není isochronní • Ze statistického hlediska (odtud i název) je ale výhodnější než klasický časový multiplex

30. Statistický multiplex A B přepojovací prvek (multiplexor) C jednotlivé kanály nemají pevně přiřazené časové sloty, jejich data proto musí být vhodně identifikována D

31. Simplex, poloduplex, duplex • Simplex • data lze přenášet pouze jedním směrem • nelze obrátit směr přenosu • dáno například vlastnostmi přenosové cesty • například optické kabely • Poloduplex (half-duplex) • data lze najednou přenášet pouze jedním směrem • lze obrátit směr přenosu • Duplex (full-duplex) • data lze přenášet oběma směry současně

32. Přenos dat po cestě • Existují tři základní principy • přepojování okruhů • přepojování paketů • virtuální spoje • Nutno zajistit bezpečné doručení dat k cíli • Dvě možnosti vytvoření spoje • spojovaná služba • cesta vytyčena před vlastním přenosem dat • nespojovaná služba • cestu vytvářím až v okamžiku přenosu

33. Přepojování okruhů • Využívá se spojované služby • Vytvoří se okruh, který bude existovat po celou dobu přenosu a poté se pošle celá zpráva • Přenos probíhá v reálném čase • Výhody • garantovaná přenosová kapacita • dána nejslabším článkem okruhu • garantované pořadí zpráv • garantovaná plynulost dat • vhodné pro multimédia • Nevýhody • nedokáže dynamicky reagovat na zatížení sítě • nevyužije k přenosu celou kapacitu cesty • může dojít k situaci, kdy vytvořená cesta zabrání vytvoření cesty jiné a ta musí počkat až do vyslání celé zprávy => zahlcování sítě

34. Přepojování okruhů

35. Přepojování paketů • Využívá se nespojované služby • Zpráva se rozdělí do stejně velkých částí (paketů) • ke každému paketu se připojí • adresa příjemce • adresa odesílatele • pořadí paketu ve zprávě • Pakety putují samostatně sítí k cíli, každý může jít jinou cestou (tzv. datagramová služba) • Výhody • dynamicky reaguje na zatížení sítě !!! • dokáže využít maximální kapacity cesty • nedochází k zbytečnému zahlcování sítě • Nevýhody • nelze garantovat pořadí paketů • nelze garantovat plynulost dat • relativně pomalé (v každém uzlu musím hledat cestu)

36. Přepojování paketů

37. Virtuální spoje • Speciální varianta přepojování paketů • Před vlastním přenosem se vyšle zvláštní paket, který najde nejjednodušší (nejkratší) cestu a vrátí se zpátky, přičemž si „pamatuje cestu“ a do každého uzlu vloží informaci o této cestě • Následně vyslané pakety již neobsahují adresu příjemce, nýbrž identifikátor virtuálního spoje, kterým se každý uzel řídí a celá zpráva tedy putuje po tomto virtuálním spoji • Kombinuje vlastnosti přepojování paketů i okruhů

38. Virtuální spoje