Tiedonsiirron perusteet

Transkriptio

1 Tiedonsiirron perusteet Sisältö:. Johdanto tiedonsiirtoon. Perusteoriaa signaaleista. Siirtotiet ja antennit Tiedonsiirron perusteet / JPR Sisältö:. Johdanto tietoliikenteeseen eri osa-alueet ja kehityspolku informaatio (esim. lukujärjestelmät) OSI-malli. Perusteoriaa signaaleista sähköinen signaali, taajuus, kaistanleveys, vahvistus, kohina analoginen vs. digitaalinen signaali analogisen signaalin muuttaminen digitaaliseksi (esimerkkinä PCMperusprosessi) näytteenotto, laskostuminen, siirtokapasiteetti siirtojärjestelmän yleinen rakenne modulaatio, hajaspektriperiaate kanavointi perinteisissä tietoliikennejärjestelmissä ja dataverkoissa (siirtotielle pääsyn ohjaus; MAC) koodaus (lähteenkoodaus, virhekoodaus, salaus) piiri- ja pakettikytkentäisyys, kiinteä vs. valintainen yhteys. Siirtotiet ja antennit langallisen ja langattoman tiedonsiirron erot radioaaltojen eteneminen antennien perusteet

2 . Johdanto tiedonsiirtoon Tietoliikenteessä lähettäjän ja vastaanottajan välillä on matkaa toisiinsa Lähde: Anttalainen Tarmo, Introduction to Telecommunications Network Engineering, second edition, Artech House Tiedonsiirron perusteet / JPR Ennen sähköä Ensimmäiset tietoliikennemenetelmät olivat mekaanisia (kirje), akustisia (rummutus, huutoketjut) tai optisia (merkkitulet, savumerkit). 79 otettiin Ranskassa käyttöön optinen lennätin. 796 Ruotsi-Suomen ensimmäinen optinen lennätinyhteys Eckerön ja Signillskärin välille. 854 optinen lennätinyhteys Pietarin Kronstadtin ja Hanko-niemen välille. Viesti kulki välin jopa alle puolessa tunnissa. Sähkömagnetismiin perustuva tietoliikenne Samuel Morse sai lennättimelle patentin 847. Maailman ensimmäinen lennätinyhteys otettiin kaupalliseen käyttöön Washingtonin ja Baltimoren välillä 845. Ensimmäinen Euroopan ja Amerikan välinen kunnolla toiminut lennätinyhteys otettiin käyttöön 866. Siirtotienä oli Atlanttiin laskettu merikaapeli. Suomen ensimmäinen langallinen lennätinyhteys otettiin käyttöön 855 Helsingin ja Pietarin välillä. 860 avautui ensimmäinen kansainvälinen lennätinyhteys Tornion ja Haaparannan välille. Lennättimessä tiedonsiirto tapahtui morsettamalla. Lennätinlaitoksen kehittyminen vaikutti myönteisesti maamme talouselämän kehitykseen. Michael Faraday huomasi 8, että johtimessa syntyy sähkömotorinen voima, kun sen läheisyydessä liikkuu magneetti tai virrallinen johdin. Tämä havainto sähkömagneettisesta induktiosta oli tärkeä puhelinta edeltävä keksintö. Alexander Graham Bell tutki mahdollisuutta siirtää puhetta sähkövirran värähtelyinä johtoyhteyttä pitkin. 875 hän havaitsi, että sähkömagneettiseen induktioon perustuva laite soveltuu sekä mikrofoniksi että kuulokkeeksi. 876 hän onnistui luomaan puhelinyhteyden kahden huoneen välille. Ensimmäinen käsivälitteinen keskus otettiin käyttöön Yhdysvalloissa 878. Tilaajia oli 8 kpl. Ensimmäinen automaattikeskus otettiin käyttöön jo 89! Tällöin puhelimessa oli jo valintalevy. Suomen ensimmäinen puhelinyhteys sijaitsi H:gissä 877. Ensimmäinen käsikeskus avattiin 88 Turussa ja automaatti-keskus 9 Helsingissä. Ouluun puhelinlaitos saatiin 88.

3 Lähde: Anttalainen Tarmo, Introduction to Telecommunications Network Engineering, second edition, Artech House Tiedonsiirron perusteet / JPR Radiotekniikan historiaa Skottilainen Maxwell ja saksalainen Hertz osoittivat teorioillaan ja kokeillaan sähkömagneettisten aaltojen olemassaolon. Maxwell loi 864 sähkömagneettisen aaltoteorian, jonka mukaan on olemassa näkymätöntä säteilyä, joka pystyy etenemään lähettimen ja vastaanottimen välisenä aaltoliikkeenä ilman läpi. Hertz suoritti ensimmäisen Maxwellin teorioiden mukaisen kokeen Italialainen Marconi onnistui siirtämään varsinaista informaatiota. Patentin langattomalle lennättimelle Marconi sai hän sähkötti radiosignaaleita Atlantin yli. 95 ensimmäinen radiolähetys (puhetta ja musiikkia) Yhdysvalloissa Myös television perusteet kehitettiin jo 800-luvulla. Ensimmäisen käyttökelpoisen laitteen esitteli jo 884 saksalainen Nipkow. Säännölliset lähetykset aloitettiin Saksassa luvulla tapahtui televisioiden maailmanlaajuinen läpimurto. Suomessa yleisradiolähetykset alkoivat 9, Yleisradio perustettiin 96. Ulalähetykset aloitettiin 95, stereolähetykset 967 ja digitaaliset radiolähetykset 998. Suomessa säännölliset televisiolähetykset alkoivat 958, väritelevisiolähetykset 969 ja digitaaliset lähetykset alkoivat vuonna 000. Kaikkeen tietoliikennetekniikan kehitykseen on suuresti vaikuttanut elektroniikan komponenttien kehitys: 906 keksittiin elektroniputket 947 transistorit, jotka mahdollistivat digitaalitekniikan kehittymisen 959 integroidut mikropiirit 97 suorittimet eli mikroprosessorit

4 Nykyään on keskitytty pääosin langattoman tietoliikenteen kehittämiseen Tiedonsiirron perusteet / JPR 4 Tietoliikenteen merkitys: Tietoliikenneverkot muodostavat maailman monimutkaisimman laitteen. Pelkästään tavallisessa puhelinverkossa ja matkapuhelinverkoissa on reilusti yli miljardia yksilöllisen osoitteen liittymää, jotka voidaan kytkeä toisiinsa. Lisäksi moni muu verkko voi välittää tietoa puhelinverkkojen kanssa. Tietoliikennepalveluiden olemassaololla on suuri merkitys yhteiskunnan kehittymiseen. Esimerkiksi puhelintiheyden (penetraation) perusteella voidaan arvioida maan teknisen ja taloudellisen kehityksen tasoa. Kehitysmaissa kiinteän lankaverkon penetraatio on tyypillisesti alle %, kun se kehittyneissä maissa on % ja matkapuhelintiheys on nykyään jopa yli 00 %. Yleensä tietoliikenteeseen investoidut rahat tulleet takaisin bruttokansantuotteen kasvuna (esim. Itä-Eurooppa). Moderni yhteiskunta perustuu paljolti kehittyneen tietoliikennetekniikan käyttöön. Yritysten lähiverkot, Internet jne. mahdollistavat tehokkaat työskentelyolosuhteet eri osapuolten kanssa. Olemme jo pitkään tottuneet käyttämään matkapuhelimia, faxeja ja sähköpostia päivittäin asioidemme hoitamiseen. Melkein kaikki käyttävät myös päivittäin tietoliikenteeseen perustuvia palveluita hyväkseen. Näitä ovat mm. pankkiautomaatit, polttoaineautomaatit, kassapäätteet, erilaiset varausjärjestelmät, viranomaisten tietojärjestelmät sekä yritysten palvelujärjestelmät. 4

5 Siirto: Transmission network Tiedonsiirron perusteet / JPR 5 Pääsyverkko (access network) ja runkoverkko Tiedonsiirron perusteet / JPR 6

6 Käsitteitä Mittayksiköt ja suureet Virta Jännite Taajuus Kerrannaisyksiköt (nano, mikro, ) Lukujärjestelmät Kymmenjärjestelmä Binaarijärjestelmä Heksajärjestelmä Tiedonsiirron perusteet / JPR 7 Protokolla protokolla = yhteyskäytäntö = säännöstö tarkasti määritelty sopimus, miten kaksi osapuolta siirtävät tietoa välillään protokollan avulla keskustelevat kahden eri laitteen osapuolet ovat toiminnallisesti samantasoisia = vertaisoliot vrt. kahdessa firmassa pomot keskustelevat keskenään ja insinöörit keskenään omilla protokollillaan Tiedonsiirron perusteet / JPR 8

7 Protokollapino kokonaisen järjestelmän toiminnot on jaettu usealle eri protokollalle protokollapino yhden laitteen sisällä tieto kulkee pinossa ylös- tai alaspäin peräkkäisten kerrosten välillä ylimpänä on aina sovellus alimpana on aina tietoliikenneyhteyden fyysinen toiminta Kerros Tiedonsiirron perusteet / JPR 9 sovellus toiminnallisuuden eri kerrokset fyysinen Tiedon esitys protokollapinossa kaikki tiedot kulkevat jonkin kokoisina paketteina paketissa on vähintään kaksi kenttää: varsinainen data + otsikko, mihin data on menossa alkuperäinen tieto lähtee liikkeelle jostain sovelluksesta eli protokollapinon ylimmältä tasolta kun tieto luovutetaan alemmalle protokollalle, se paketoidaan uudestaan niin, että uudessa paketissa datana on koko ylemmän tason paketti otsikkona on uuden tason osoite ym. tiedot kerros n + n otsikko otsikko + data data Tiedonsiirron perusteet / JPR 0

8 kerros Kaksi eri protokollapinoa ISO:n OSI-malli sovellus esitystapa istunto kuljetus verkko siirtoyhteys fyysinen TCP/IP = DoD-malli sovellus TCP ( tai UDP ) IP (= Internet) siirtoyhteys fyysinen Tiedonsiirron perusteet / JPR Esimerkkinä Internetin looginen rakenne: työasema kytkin reititin FTP-palvelin Ethernet Ethernet Ethernet 5-7 FTP FTP 4 TCP TCP IP IP IP MAC-osoite MAC-osoite MAC-osoite MAC-osoite 0Base-T 0Base-T 00Base-T 00Base-T 00Base-T 00Base-T Tiedonsiirron perusteet / JPR 4