доц. д-р Елисавета Гурова

1. Мрежи и комуникации доц. д-р Елисавета Гурова

2. Какво ще научите.. • Какво са далекосъобщенията • Дефиниция за “ширина на лентата”(bandwidth) • От каква широчина на лентата се нуждае типичният потребител • Как модемите преобразуват цифровите сигнали в аналогови • Средства и методи за предаване на данни • Ограниченията които, налагат комутируемите линии • Мултиплексиране, цифрова телефония и тяхното влияние върху използваната линия за пренос • Различни жични и безжични приложения • Какви спътникови услуги и системи има

3. Далекосъобщения (телекомуникации) • Предаване на информация от една до друга точка: • говор • музика • текст • цифрови данни • подвижни и неподвижни изображения • Среда на предаване: • кабелна • безжична • оптична • спътникова • Видове: • телефонни • предаване на данни • телевизионни • радиоразпръскване • спътникови

4. Телекомуникационна мрежа • Обществената телефонна мрежа (PSTN) на всяка страна е част от световната телефонна мрежа

5. Мрежи и свързване Всеки със всеки Тип ‘звезда’ Мрежа от по-висок ред – много ‘звезди’

6. Кабелни комуникации през телефонни линии • Обществената телефонна мрежа (PSTN) се използва се не само за пренос на гласови съобщения, но и за пренос на данни • Оптични кабели и медни кабели тип усукана двойка осъществяват връзките в мрежата • Всеки телефон е свързан с отделен кабел към локална телефонна централа (най-често една за неголям град) • Телефонните централи от своя страна са свързани помежду си с релейни микровълнови станции или с оптичен кабел

7. Комуникационни канали и сигнали • Комуникационни канали – пътищата, по които се предават съобщенията • Сигналите могат да бъдат: • Аналогови – данните са в непрекъсната вълнова форма • Цифрови – данните са във вид на дискретни импулси (нули и единици) цифров аналогов

8. Широчина на лентата • Широчина на лентата – максималното количество от данни, които могат да бъдат предадени по даден комуникационен канал • Честотата на аналоговите сигнали се измерва в брой цикли за 1 секунда (Hz[1/s]) • Потокът от цифрови сигнали се измерва в битове за 1 секунда [bps] • Широколентовпренос – различни сигнали споделят един физически комуникационен канал • Например хората, когато разговарят по телефона, споделят телефонния кабел с ADSL, който в същото време пренася цифрови данни.

9. Мултиплексиране • Мултиплексиране технология, която позволява един комуникационен канал да се използва едновременно от много потребители • По една двойка медни кабели могат да се предават до 24 едновременни телефонни разговора • Оптичният кабел позволява провеждането на 43,384 едновременни разговора

11. Технологии за достъп до крайния клиент • Технологиите за осигуряване на достъп до крайния клиент (last mile)свързват домашните и служебни телефони към местната телефонна централа • Крайните потребители все още нямат възможност да се свързват директно към високоскоростните оптични трасета. Това поражда един проблем, известенкато стеснение в “последната миля” • Цифровите телефонни технологии, които използват кабел от тип усукана двойка, също се отнасят към технологиите от “последната миля” (ISDN, DSL и др.)

12. Кабелен канал тип “усукана двойка” Усукана двойка –два изолирани проводника, усукани един около друг. Използват се, както за изграждане на обикновени телефонни линии, така и на високоскоростни компютърни мрежи

13. Коаксиален кабелен канал Коаксиален кабел – централно разположен меден проводник, покрит с изолация и тънка екранираща мрежа

14. Синтетичен слой Обвивка светлина Сърцевина Оптичен кабелен канал Оптичен кабел – тънки стъклени нишки, които пренасят данни във вид на светлинни импулси

15. Инфрачервен безжичен канал • Инфрачервениятбезжичен канал пренася данни чрез сноп лъчи • Предавателят и приемникът трябва да са в пределите на пряката видимост един от друг • IrDa порт е необходим, за да може компютърът да комуникира с други инфрачервени устройства

16. Технологично развитие • Развитието на дадена технология следва определена траектория от създаването й • Пример: • Медни кабели • Коаксиални кабели • Оптични кабели

17. Характеристики на преносната среда

18. Устройства за пренос на данни • Модеми – служат за предаване на данни по телефонна линия • Модулация – преобразува аналоговите (от телефонната линия) в цифрови сигнали • Демодулация – преобразува цифровите (от компютъра) в аналогови сигнали,които се предават по телефонната линия

19. Модулация – включва дискретизация, амплитудно-импулсна модулация, квантоване, кодиране

20. Демодулация

21. Безжично предаване на данни • Безжичното предаване на данни, обединява всички методи на безкабелен пренос на данни. Към тях се отнасят например инфрачервените, радио и микровълнови комуникации. • Основни елементи: • Предавател за генериране и модулиране на високочестотен носещ сигнал с информация • Предавателна антена, която излъчва сигнала и го насочва в желаната посока • Приемна антена • Приемник, който да усили и раздели полезния сигнал от носещата честота

23. Концепция за радиопредаване

24. Безжични радио-модеми • Радио-модемите пренасят данни с помощта на електромагнитни вълни от радио-честотния диапазон • Безжичните мрежи за дома и офиса използват една и съща технология за пренос на данни • Обхватът и покритието на безжичните мрежи могат да бъдат различни - от пределите на една сграда до разстояние, което обхваща няколко града • Радиосигналите се влияят силно от шумове и електрически смущения

25. Микровълнови безжични устройства • Микровълнитеса високочестотни радиовълни • По-голямата част от далечните телефонни разговори се пренасят с помощта на микровълни • Микровълните се разпространяват по права линия • Микровълновите (релейни) станции се намират най-много на 30км една от друга

26. Сателитни безжични комуникации • Сателитите са микровълнови релейни станции, които се намират в орбита около земята • Те са разположени на геостационарни или негеостационарни орбити • Сателитите използват микровълнови сигнали за да приемат и предават данни от и към релейни станции разположени на земята

27. Преимущества на спътниците Глобалното информационното общество е свързано с три ключови условия за достъп и обмен на информацията: • свобода, бързина и услуги по поръчка Спътниците са: • свободни от ограниченията, присъщи на земните преносни системи (държавни граници, земна инфраструктура) и могат незабавно да обслужват големи общности в обширни области • възможности за използване на големи и евтини запомнящи земни устройства • гъвкави по отношение на покритие, скорости на предаване и свързаност - идеални за обслужване на нарастващия брой вторични направления и обхващане на изолирани абонати • могат да гарантират много високо качество на преноса чрез пряката свързаност на източника на информация и потребителите • качеството на обслужване не зависи от степента на икономическо развитие на района - роля за преодоляване на изолацията на по-слабо развитите райони

28. Тенденции • 2001 – резервираност към негеостационарни спътникови системи • Повишен интерес към геостационарните • Тенденция към консолидиране и намаляване на спътниковите оператори • Доминиращи спътникови оператори по пазарен дял – SES Global (13%) , Intelsat (9%) , Eutelsat (8%) , Panamsat (8%)

29. Широколентов спътников пренос • Нарастване на захранващата електрическа мощност • в слънчевите панели е постигнато удвояване на ефективността им и намаляване на половина на разходите, по-големи толеранси по отношение на силата на радиацията и 50% по-малка маса (технология на линейно отразяващите елементи – SCARLET) ; • нови панели "Rаinbоw " - използват 5 и повече слънчеви елементи, подобряват още повече ефективността (до 3 пъти) и намалява масата • следващата генерация големи спътници с мощности 20 kW - 40 kW и 2 пъти повече транспондери с достатъчна мощност за широколентов пренос на данни • Системи за извеждане на спътниците в орбита • Основните проблеми са цената и ограниченията в размерите и масата на търговските далекосъоб­щителни спътници, обусловени от възможностите на наличните ракети-носители.

30. Тенденции за спътниковите услуги • Общи тенденции: • конвергенция на различните услуги с въвеждането на новите цифрови технологии; • глобализация на услугите и на пазара на радио съоръжения за ползването им; • нарастване на дела на комерсиалните приложения, резултат от либерализацията и засилващата се конкуренция за достъп до радиочестотния спектър (РЧС) и орбиталните ресурси. • Специфични тенденции: • по-широка лента • по-голяма мощност – повече транспондери, с увеличена мощност на транспондер и зона на покритие • по-широко ползване на Интернет • по-бърз достъп до Интернет • двупосочен широколентов достъп • развитие на спътниковото радио • конвергенция на спътниковото радиоразпръскване и мобилните комуникации

31. Спътникова или земна система? • бърза реализация на свързаността; • избягване на стълкновенията, характерни при земните мрежи; • надежден и качествен пренос, сравним с този при оптични кабели; • възможности за широколентов пренос; • възможности за несиметрична конфигурация и заплаща­не само за ползвания честотен ресурс; • многопосочен пренос и разпространение на данни; • възможност за постепенно увеличаване на ползвания ресурс; • възможност за разширение, допълване на съществуващите земни мрежи.

32. Спътникова или земна система? Цени на наети линии

33. Спътникови организации • Интелсат • първата в света комерсиална спътникова организация, основана 1964 • притежава и експлоатира глобална спътникова система с 23 собствени ГСО спътника • предоставя капацитет на повече от 400 свои клиенти в около 200 страни за гласова телефония, видео, за корпоративни/частни мрежи и Интернет • включва над 18 000 земни станции и над 1 милион VSAT терминални станции • Инмарсат • основен участник в развитието на глобалните мобилни спътникови далекосъобщения; • предназначена основно за осъществяване на свързаност на подвижни обекти по море, във въздуха и на суша • първа глобална спътникова мрежа, включваща 9 спътника и около 40 земни станции, разположени в 30 страни, покрива 98% от повърхността на Земята • доставя ефективни далекосъобщения при всякакви ситуации,част от Глобалната морска система за далекосъобщения при бедствия и за безопасност (GMDSS) • EUTELSAT • най-голяма регионална международна спътникова система в Европа, основана през 1977 • през 1973 се основава и Европейската космическа агенция (ESA), която създава ракетата носител Ариана, използвана за извеждането на EUTELSAT спътниците. • 18 спътника осигуряват покритие от Америка до Индия • предлага услуги за пренос и разпространение на ТВ и радиопрограми, капацитет за нуждите на корпоративни VSAT мрежи, Интернет услуги, обществена гласова телефония, бизнес мрежи

34. Конвергенция • Конвергенция – обединяване на отделни устройства или идеи в едно единствено устройство • Цифровизация – преобразуване на аналогови данни в цифров вид

35. Предаване на данни • Предаване на данни – обмяна на цифрова информация между компютри или други цифрови устройства посредством телекомуникационната мрежа по кабел или по безжичен път. • Компютърна мрежа се изгражда от два или повече компютъра, свързани заедно за обмяна на данни или съвместно използване на ресурси • PAN (personal area network) – лична мрежа,обхват 1м • LAN (local area network) – локална мрежа (малък географски район), стая, сграда или кампус, от 10 м до 1 км • MAN (metropolitan area network) – градска мрежа, обхват 10 км • WAN ( wide area network) – глобална мрежа (голям географски район), страна, континент, от 100 до 1000 км

36. Архитектури за предаване на данни • В кратката история на предаването на данни са възникнали множество архитектури. • Всяка от архитектурите има различни характеристики по отношение на трафика и изисквания за сигурност и контрол на достъпа. • Всяка нова архитектура е поставяла изисквания за нова генерация мрежови услуги. 1970s самостоятелни големи компютри early 1980s мрежови големи компютри early 1980s самостоятелни работни станции early to late 1980s локална мрежа (LAN) mid-1980s to mid-1990s свързванен а LAN мрежите mid-1990s комерсиализиране на Интернет mid- to late 1990s мрежи, свързани с приложения late 1990s дистанционна заетост early 2000s домашни мрежи mid-2000s лични мрежи и Интернет като корпоративна опорна мрежа

37. Еволюция на предаването на данни (1) Самостоятелни големи компютри (Standalone Mainframes) • През 70-те години е ерата на самостоятелните големи изчислителни машини. Това са твърде йерархични мрежи с връзка терминал-хост. Даден терминал има достъп само до непосредствено свързания към него хост. Мрежови големи компютри (Networked Mainframes) • През ранните 80 год. започва свързването в мрежа на големите машини. Създават се мрежи с много домейни и терминалите получават възможност за връзка до повече хостове, свързани към мрежата. Връзката се осъществява по наети линии, през мрежата X.25 и др. Самостоятелни работни станции (Standalone Workstations) • През ранните 80 год. в предприятията се появяват самостоятелни работни станции. Потребителите биват свързвани към корпоративните ресурси от техните работни станции, в повечето случаи посредством dial-up модем или през мрежата X.25.

38. Компютърен център на предприятието Отдалечен офис

39. Еволюция на предаването на данни (2) LAN мрежи • Установено е, че около 80% от ползваната информация идва от вътрешни източници и само 20% се обменя с външни. Това кара предприятията да създават мрежи с ограничено географско покритие – и така възникват мрежите LAN. LAN по определение обслужват бизнес процесите в една сграда или в областта на един кампус. • При големите машини с техните комуникации между терминал и хост обемът на трафика е бил предсказуем. В LAN мрежите, обаче, трафикът е твърде непредсказуем, което поставя изисквания за гъвкави мрежови услуги по отношение на ширината на лентата. • В средата на 80-те год. Основният акцент е върху развитието на LAN мрежи, които да ускорят корпоративните комуникации, да увеличат производителността на труда, намалят разходите от споделяне на софтуерни и хардуерни ресурси. Свързване на LAN мрежите • При широкото навлизане на LAN мрежите в бизнеса се налага свързването им, за да се улесни връзката между отделните мрежи в отдели, департаменти и т.н. Този процес на свързване на LAN мрежите е от края на 80-те до средата на 90-те години, при което се разпространяват различни устройства за взаимно свързване на отделните мрежи – като хъб (hub), рутери (router) и др.

40. Еволюция на предаването на данни (3) Комерсализация на Интернет • В средата на 90-те год. с комерсиализирането на Интернет се появява нова алтернатива за предаване на данни. Поради по-ефективния начин на предаване на данни намира особено добър прием в академичните и научните среди. Обаче до стартирането на World Wide Web Интернет остава основно академична платформа. Интуитивния графичен интерфейс и контрол на навигацията на WWW го прави особено интересен за тези без умения да ползват UNIX, т.е. за всички, които ползват PC с някаква версия на Windows. Мрежи, определени от приложенията • В средата на 90-те год. навлизат нови приложения, изискващи по-широка лента на предаване, напр. видеоконференции, средства за сътрудничество, мултимедии и др. По време на йерархичните мрежи решенията за мрежовите ресурси се взимали въз основа на броя на устройствата и разстоянието между тях. Архитектурата се променя в насока да бъде определяна не от съоръженията, а от приложенията.

41. Еволюция на предаването на данни (4) Дистанционна заетост • В края на 90-те отдалеченият достъп или телеработа се превръщат в често използван персонален подход и имат предимството на разширяване на продуктивността на служителите, както и спестяване на транспортните разходи. Самонаетите често работят от дома си или от малки офиси. Създава се възможност за осигуряване на мрежови възможности за хората в дома им, в хотели, на летища и много други места за достъп до мрежата. Специални съоръжения са проектирани за разпознаване и авторизиране на дистанционните потребители и да им се даде достъп до корпоративната LAN мрежа и наличните й ресурси. Домашни мрежи - Home area networking (HANs) • Понастоящем потребителите засилено ползват местоживеенето си за извършване на професионални дейности и се нуждаят от свързване на интелигентни устройства за работа, обучение или забавление. HAN се превръща в нова област за мрежово развитие. Това е свързано с въвеждане на LAN технологии в домашни условия. Лични мрежи - Personal area networking (PANs) • PAN е мрежа, която обслужва един потребител или малка работна група и се характеризира с малко разстояние и обем. PAN се ползва за трансфер на данни между лаптоп и десктоп компютър или сървър и принтер. Появяват се редица приложения за връзка машина-машина (m2m), при което основните им възможности не могат да се ползват без наличието на мрежа PAN.

42. Еволюция на предаването на данни (5) Интернет като корпоративна опорна мрежа • Друга тенденция е изчезването на корпоративните LAN мрежи. Там, където е налице евтина широколентова свързаност, организациите започват да ограничават техните LAN мрежи и да разчитат на Интернет като корпоративна опорна мрежа (corporate backbone). • Много от приложенията на тези компании се прехвърлят към уеб услуги, съхранявани в центрове за данни (често оутсорсвани). Приложенията са собственост и се поддържат от компанията, обаче достъпът се осъществява посредством Интернет браузер след автентификация от корпоративен сървър. Тези организации вече нямат проблема и разходите за поддръжка на сложна корпоративна мрежа. Това особено се улеснява от възможностите за свързване към Интернет навсякъде и осигуряване на надеждно разпознаване. Опорните мрежи:линиите с висока пропускателна способност, могат да са регионални, континентални, или междуконтинентални. Опорната мрежа на Интернет може да пренася 2.5 гигабита (gigabits)данни за секунда

43. Полза и недостатъци на мрежите • Ползи: • Намалени разходи за хардуер, споделяне на принтери и скенери и др. • Съвместно използване на стандартни приложения и информационни ресурси • Централизирано управление на данните • Бърза и функционална комуникация в организацията • Навременен достъп до данни • Недостатъци: • Загуба на автономия • Недостатъчна поверителност • Заплахи в сигурността • Загуба на производителност

44. Управление на мрежите • Мрежов администратор • Инсталиране • Поддържане в изправност • Помощ • Взаимодействие с потребители • Отстраняване на проблеми

45. LAN концепция и характеристики • LAN представлява обща магистрала за данни, която свързва вътрешните информационни ресурси. • LAN отговаря за свързване на изпращащите и получаващите съобщения, при което се използва споделена среда. Поради нарасналите потребности към ширина на лентата се преминава към ползване на устойства (напр. хъбове), които осигуряват собствена връзка на всяка работна станция и повишават наличната й ширина на лентата. • LAN мрежите се групират съобразно 4 основни характеристики: • Тип на предавателната система • Техника за пренос, която се използва в мрежата (напр. широколентов) • Метод на достъп, който определя кое устройство или мрежов възел ползва мрежата и кога • Топология на мрежата (напр. Физическа и логическа свързаност между възлите в мрежата)

46. потребителски компютър Втори LAN Мост Входно PC/ шлюз Споделен принтер Налична компютърна мрежа Рутер Интернет Сървър Мейнфрейм

47. Локални мрежи (LAN) • Достъпът до локалната мрежа се контролира от мрежовия администратор • Потребителите имат достъп до софтуер, данни и периферни устройства • Локалните мрежи изискват специален хардуер и софтуер • Компютрите, свързани в LAN, се наричат работни станции (workstations)или възли(nodes) • Типове локални мрежи: • с равноправен достъп (Peer-to-peer) – всички компютри са равноправни • клиент-сървър (Client-server) – един компютър осигурява услуги по заявка на други компютри, свързани с него.

48. Мрежи с равноправен достъп (Peer-to-Peer Networks) • Всички компютри в мрежата се третират като равноправни • Няма файлов сървър • Всеки потребител сам решава кои файлове и периферни устройства да предостави за ползване в мрежата • Равноправният достъп не е подходящ за мрежи с много компютри • Равноправният достъплесно се настройва; пример: домашните мрежи

49. Мрежи с архитектура клиент-сървър • Типичните корпоративни мрежи са клиент-сървър • Клиент-сървъра изисква различни топологииили физическо разположение • Мрежата изисква файлов сървър, компютри, свързани в мрежата, (клиенти), и мрежова ОС (NOS) • Клиентите изпращат заявки към сървърите за програми и данни, и за достъп до периферни устройства

50. Мрежови топологии (1) • Физическото разположение на устройствата в локалната мрежа се нарича топология • Топологиите решават проблема на съревнование, който възниква, когато няколко потребители искат достъп до локалната мрежа по едно и също време • Колизии или разпадане на данните се наблюдава, когато различни компютри използват мрежата по едно и също време • Топологии: • Шинна • Звезда • Кръгова