Definitioner och begrepp Historia Trender Standardisering

Transkript

1 'DJHQVI UHOlVQLQJ Definitioner och begrepp Historia Trender Standardisering 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 1,QIRUPDWLRQDQGGDWD Data A representation of facts, concepts, or instructions in a formalized manner suitable for communication, interpretation, or processing by human beings or by automatic means Information The meaning that is currently assigned to data by means of the conventions applied to those data (ANSI: Dictionary for Information Systems) 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 2 *UXQGOlJJDQGHEHJUHSS Information svårdefinierat begrepp en fundamental storhet såsom energi och materia uppgifter såsom läge, entropi och moment Kommunikation förflyttning av information i tid genom lagring i rummet medelst vågutbredning 7HOHkommunikation (tele = avlägsen, fjärran, kommer från grekiska) kommunikation över godtyckligt långa (och korta) avstånd 0RGHUQ telekommunikation förmedling av alla typer av information i digital form begränsas enbart av avkänning och återskapade exempelvis lukt-, smak- och känselintryck är problematiska 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 3

2 %HKRYDY NRPPXQLNDWLRQVV\VWHP Mänsklig kommunikation längre än höravstånd förhindra avlyssning Maskinkommunikation processtyrning Människa-maskin (och vice versa) styrning: statusrapporter (såsom varningsignaler) och kommandon tillgång till lagrad information (databaser) simuleringar och spel 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 4 RPPXQLNDWLRQVNUDY Kvalitet fördröjning informationsförlust tillförlitlighet säkerhet användarvänlighet Konnektivitet (förbindelse) envägs och tvåvägs (simplex och duplex) en till en, en till flera, en till många (alla) 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 5 RPPXQLNDWLRQVNUDY Kostnad för informationen (ex. UR\DOW\) för tjänsten överföringens resurser (tid och kapacitet) överföringens etablering (adressupplysning, förhandsbokning, säkerhetsåtgärder mm) Kraven ges av ändamålet med kommunikationen 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 6

3 0RGHUQWHOHNRPPXQLNDWLRQ Källa Källkodning Kanalkodning Linjekodning eller modulering Meddelande Symboler Bitar Bitar Vågformer Brus Mottagare Källavkodning Kanalavkodning Linjeavkodning eller demodulering 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 7 1lW Transmissionslänk vågledare där elektromagnetiska vågor kan breda ut sig sändare genererar vågformer som representerar olika bitvärden bitarna ramas in för att ange början och slutet på ett meddelande mottagare detekterar inkommande våg och avkodar bitsekvensen Multiplexering transmissionslänken delas i frekvens eller tid för att stödja flera sändare Växling länkar kopplas samman med hjälp av växlar möjliggör överföring mellan godtyckliga sändare och mottagare Styrning Datorer övervakar och styr nätet 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 8 ) UPHGOLQJ Informationen representeras digitalt oavsett dess typ krav på begränsad förvrängning vid digitalisering Förmedling av digital information med hjälp av modulerade elektromagnetiska vågor krav på begränsad fördröjning och förlust Informationen återskapas hos mottagaren tidsberoenden återskapas fel rättas eller skyls över 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 9

4 /HYHUDQVJDUDQWLHU Överföringsgarantier DÃSULRUL nätstyrningen beslutar om förmedling kan ske med önskad kvalitet om inte, spärras förmedlingen (kan försöka igen senare) om möjligt, då binds sändaren vid ett trafikkontrakt DÃSRVWHULRUL mottagaren rättar eller begär eventuellt omsändning vid fel sändaren rättar sitt beteende efter upplevd stockning i nätet Övriga garantier tillförlitlighet (garanti om avbrott) säkerhet (garanti om avlyssning, förfalskning av data mm) Nödvändiga krav bestäms av användningen 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 10 1nJUDPLOVWROSDU Första metoder för telekommunikation: eldsignaler (1184 f. Kr.) röksignaler (360 f. Kr.) trummor Telegraf (1809) Morse kod (1841) Telefonen (1876) manuell telefonväxel (1878) 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 11 1nJUDPLOVWROSDU Trådlösa signaler (1894, Marconi) TV (1931) Internets födelsedag (ARPANET) GSM 1991 WWW 1993 (Mosaic browsern) 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 12

5 7UHQGHU Telekommunikation är ett starkt växande område: integration av olika telekommunikationssystem (telefonnät, TV, radio, Internet) bandbredden ökar (kapaciteten ökar) Moore s law (the computing power doubles every 18 months) mobilitet En nätverksteknologi i hela nätet (ALL IP) 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 13 6WDQGDUGHU Standarder viktiga inom kommunikation produkter bör fungera på ett deterministisk, definierat sätt produkter från olika framställare bör fungera tillsammans Interoperabilitet: mjukvara och hårdvara på olika maskiner och framställda av olika organisationer kan kommunicera meningsfullt (RFC1392) Konformans (conformance): en implementation är förverkligad enligt specifikationer 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 14 'HIDFWRVWDQGDUG De facto standard kunde definieras enligt följande: produkten är den första av sin typ på marknaden det är fråga om en nyckelprodukt produkten når en relativt stor del av världsmarknaden 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 15

6 ,QWHUQHW(QJLQHHULQJ7DVN standardisering inom Internet består av arbetsgrupper största delen av jobbet sköts via elpostlistor möten tre gånger i året princip: running code and rough consensus alla publikationer gratis Internet drafts, Request For Comments (RFC), STDs 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 16,QWHUQHW(QJLQHHULQJ7DVN )RUFH,(7)>@ relaterade organisationer: Internet Society (ISOC), Internet Architecture Board (IAB), Internet Engineering Steering Group (IESG), Internet Assigned Numbers Authority (IANA) 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 17 International Telecommunication Union (ITU) standardiseringsorganisation under FN medlemmar: stater och större organisationer har standardiserat bl. a. ISDN, B-ISDN och GSM består av områden och arbetsgrupper sluten standardiseringsprocess 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 18

7 $QGUDRUJDQLVDWLRQHU European Telecommunications Standards Institute (ETSI) har varit aktiv bl. a. i att standardiserade framtidens mobila nätverk International Organisation for Standardization (ISO) standarder för olika områden utvecklade Open Systems Interconnection (OSI) modellen Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) i huvudsak standarder för OSI-modellen två lägsta nivåer 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 19 $QGUDRUJDQLVDWLRQHU American National Standards Institute (ANSI) publicerar nationella standarder ATM Forum strävar till att befrämja användningen av ATM genom att publicera standarder World Wide Web Consortium (W3C) standarder relaterade till WWW CERT Coordination Center (CERT/CC) Computer Emergency Response Team befrämja säkerhet inom Internet 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 20 $NW UHULQRP WHOHNRPPXQLNDWLRQ Telekommunikationsbolag (Telco) framställer telekommunikationssystem t. ex. Ericsson, Nokia, Motorola, Siemens, Alcatel, Nortel Teleoperatörer erbjuder teletjänster t. ex. Sonera, Elisa Communications (HPY), Telia, Deutsche Telekom Datakommunikationsbolag erbjuder apparatur för datakommunikation t. ex. Cisco, Lucent 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 21

8 $NW UHULQRP WHOHNRPPXQLNDWLRQ ISP (Internet Service Provider) erbjuder internetanslutningar t. ex. Sonera, Elisa Communications, Saunalahti, Vodafone ASP (Application Service Provider) erbjuder tjänster t. ex. Sonera NSP (National Service Provider) t. ex. 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 22 *UXQGOlJJDQGHEHJUHSS Information och kunskap Bandbredd och transmissionskapacitet Protokoll och arkitektur Tjänst och tillämpning 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 23,QIRUPDWLRQRFKNXQVNDS Svag koppling: information NDQ leda till kunskap förutsätter rimligt hög kvalitet och att mottagaren har tid, ork och förmåga att bearbeta den (reflektera) Risken med ökat informationsflöde minskad kunskap eftersom reflektionsförmågan överbelastas Teknisk definition av information Sammanhanget känt hos sändare och mottagare överföringen ökar informationen mottagaren redan har exempel: man väntar på besked om vilket parti som vann ett val partierna kända, likaså vad besked gäller när det kommer inget med kunskap att göra t.o.m. TV kan ses som informationskälla! 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 24

9 ,QIRUPDWLRQHQOLJW6KDQQRQ För att ange en av N valmöjligheter behövs log2 1 bitar exempel: en bokstav i svenska alfabetet: 5 bitar En informationskälla ger ifrån sig symboler från ett alfabet bokstäver och skrivtecken för text intensitetsnivåer för bildpunkterna på en datorskärm kan vara kontinuerlig i amplitud och tid, såsom en ljudsignal sampling och kvantisering nödvändig för digital representation Symboler formas till meddelande som förmedlas exempelvis ett brev, en symfoni, de första hundra decimalerna av π Data: representation av information symboler med bestämd syntax 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 25,QIRUPDWLRQVNlOODQVHQWURSL Mått på osäkerheten i källans utvärden Undre gräns för antalet bitar som behövs i snitt för att representera en symbol i meddelandet Kan beräknas om källan har en väldefinierad sannolikhetsfördelning för symbolerna symbolernas relativa frekvenser är kända (empiriska sannolikheter) till exempel för bokstäver och skrivtecken i en given textfil K 1 + = SLlog 2 SL där S1+ SQ = 1 = 1 L och log = enligt definition 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 26 Exempel: binär källa med symbolerna 0 och 1 = log log, = 1 + S0 S0 S1 S1 S1 S0 1 0,5 S 0 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 27

10 %DQGEUHGGRFKNDSDFLWHW Mått på en kanals överföringsförmåga bandbredd för en analog kanal, mäts i Hertz [Hz] kapacitet för en digital kanal, mäts i bitar per sekund [b/s] ökad bandbredd NDQÃJH ökad kapacitet koppling via modulation eller linjekodning en brusfri analog kanal har oändlig kapacitet Kanalens kapacitet bör överstiga källans entropi meddelanden kan då skickas med godtyckligt låg felsannolikhet på bekostnad av fördröjning om entropin överstiger kapaciteten förvrängning av signalen som funktion av tillgänglig kapacitet se T. Berger, 5DWHGLVWRUWLRQÃWKHRU\Ã$ÃPDWKHPDWLFDOÃEDVLVÃIRUÃGDWD FRPSUHVVLRQ, Prentice-Hall, /24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 28 Schematisk bild över en överföring en symbol [ skickas och en symbol \ tas emot när \ skiljer sig från [ så har det blivit överföringsfel Kapaciteten ges av & = max I[,[\,[\ är den ömsesidiga informationen,[\ã Ã+[ÃÃ+Ã[_\ osäkerheten om vilken symbol [ som skickats minus den osäkerhet som kvarstår då man tagit emot \ ett mått på hur mycket information som \ ger omã[ (i snitt) sök fördelningen för [ som maximerar,[\! exempel: en binär symmetrisk kanal 0 S 0 S 1 S 1 S &Ã ÃÃÃ+S 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 29 3URWRNROORFKDUNLWHNWXU Protokoll fastlägger format och funktioner för meningsfullt utbyte användardata: format styrdata: format och mening funktioner kodningsförfaranden styralgortimer säkerhetsfunktioner 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 30

11 3URWRNROORFKDUNLWHNWXU Arkitekturen fastlägger systemstrukturen ingående protokollfunktioner byggsätt och teknologi användningsområden säkerhets- och betalsystem 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 31 26,PRGHOOHQ International Organization for Standardization (ISO), Arkitekturbeskrivning, delar upp funktionaliteten i flera olika skikt Hos sändaren Tillämpning Presentation Session Transport Nät Datalänk Medium I nätet Nät Datalänk Medium Hos mottagaren Tillämpning Presentation Session Transport Nät Datalänk Medium 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 32 26,PRGHOOHQ Ett telekommunikationssystem är komplext uppdelning av funktionaliteten: minskar komplexiteten gör systemet lättare att abstrahera olika implementerare kan bygga olika delar av systemet alla skikt behövs inte i nätet jämför till objekt-orienterade modeller 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 33

12 7MlQVWRFKWLOOlPSQLQJ Tjänst: vad en nätoperatör erbjuder till kund Tillämpning: vad kunden använder tjänsten till Exempel från telenätet förbindelse från en telefon till en annan tjänsten utgörs av röstförmedling användningen är samtal mellan två parter förbindelse från en fax till en annan tjänsten samma som ovan användningen är dokumentöverföring förbindelse mellan datorer via modem tjänsten är samma som ovan användningen kan vara WWW-bläddring, datorpost, filöverföring och 9/24/01 mycket mer Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 34,QIRUPDWLRQVW\SHU Röst (ljud) video data multimedia samtidig användning av flera olika informationstyper 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 35 1XYDUDQGH NRPPXQLNDWLRQVQlW Telenät (PSTN, Public Switched Telephone Network) Byggt för analog röstöverföring abonnenter anslutna via enkel parkabel låg bandbredd, dryga 3 khz låg fördröjning, försumbara förluster data och grafik med eget modem (fax) Enkla terminaler med intelligens i nätet Olika tjänster endast i fråga om uppkopplingar (plustjänster) samtal väntar medflyttning nära och kära nummervisning 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 36

13 1XYDUDQGH NRPPXQLNDWLRQVQlW ISDN (Integrated Service Digital Network) digital telefoni flertjänstenät, finns men otillräckligt Mobila nät (PLMN, Public Land Mobile Networks) mobila nätverk ((NMT), GSM) i dagens läge digital överföring 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 37 1XYDUDQGH NRPPXQLNDWLRQVQlW Kabel-TV nät Envägsdistribution av analoga TV-signaler Kablering med hög kvalitet koaxialkabel eller optisk fiber Alternativ lokalanslutning för framtiden kan ge stor kapacitet relativt dyr uppgradering byte av simplex till duplex förstärkare installering av växlar styrning, eventuellt samtalsmätning Drivs och ägs ibland oberoende av telenäten kan ge konkurrens även för lokalanslutningen 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 38 1XYDUDQGH NRPPXQLNDWLRQVQlW Datanät Det viktigaste är Internet (versalt I!) sammanslutning av oberoende nät gemensam adressering och överföringsformat (IP) Anslutning via telenät kostnaden delvis betingad av telefonoperatören begränsad anslutningskapacitet kräver modem Begränsningar av informationstyper främst text och numeriska data video och audio (inklusive röst) problem med fördröjningar och förluster 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 39

14 )UDPWLGDQlW Bredbands-ISDN (flertjänstenät) baseras på ATM och SDH från enkla koncept till omfattande och komplexa standarder nuvarande teleoperatörers bild av framtiden få nät i drift efter över tio års utveckling oklar introduktion med användningar, prissättning och dylikt Internets nästa generation bygger på dagens Internet stort och snabbt ökande antal användare gemensam vilja att öka tjänsteutbudet (t.ex. Mbone verktygen) stor konkurrens bland tjänsteoperatörer från IP version 4 till version 6 signalering med RSVP kvalitetsklasser för realtidstjänster 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 40 )UDPWLGDQlW Elnät? DSL-tekniker trådlösa nät 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 41 RQVWUXNWLRQVRFKDQDO\VPHWRGHU Matematiska redskap: statistik och sannolikhetslära; linjär algebra Datorer: för simuleringar och prototyper Specifika metoder köteori: prestanda och dimensionering av nät för slumpmässiga dataflöden generellt område: diskreta händelse system (GLVFUHWHHYHQWÃV\VWHPV) digital signalbehandling: bearbetning av informationen tillämpad informationsteori linjär och icke-linjär systemteori, reglerteori elektronik- och mjukvaruutveckling: realisering av systemet VHDL och liknande objektorientering C++, Java; algoritmer (Knuth: Art of Computer Programming) testning: uppfyller ett verkligt system specificationerna slumpmässig sökning av en tillståndsrymd formella metoder, baserade på olika logiker, för bevisa egenskaper 9/24/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 42