9789144135021 by Smakprov Media AB

Datakommunikation och nĂ¤tverk Maria Kihl Jens A. Andersson

Kopieringsförbud Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering, utöver lärares och studenters begränsade rätt att kopiera för undervisningsändamål enligt Bonus Copyright Access kopieringsavtal är förbjuden. För information om avtalet hänvisas till utbildningsanordnarens huvudman eller Bonus Copyright Access. Vid utgivning av detta verk som e-bok, är e-boken kopieringsskyddad. Den som bryter mot lagen om upphovsrätt kan åtalas av allmän åklagare och dömas till böter eller fängelse i upp till två år samt bli skyldig att erlägga ersättning till upphovsman eller rättsinnehavare. Studentlitteratur har både digital och traditionell bokutgivning. Studentlitteraturs trycksaker är miljöanpassade, både när det gäller papper och tryckprocess.

Art.nr 36375 ISBN 978-91-44-13502-1 Upplaga 2:1 © Författarna och Studentlitteratur 2013, 2020 studentlitteratur.se Studentlitteratur AB, Lund Omslagslayout: Francisco Ortega Omslagsbild: Adam Dahlstedt Printed by Dimograf, Poland 2020

INNEHÅLL

FÖRORD TILL ANDRA OMARBETADE UPPLAGAN 9 K apItEL 1

Introduktion 11

1.1 Optiska telegrafer 11 1.2 Elektriska telegrafer 12 1.3 Telenätet 12 1.4 Datanäten 14 1.5 ARPANet och Internet 15 1.6 Internet i Sverige 16 1.7 Mobiltelefoni 18 1.8 Standardisering 19 Bra länkar 21 Läs mer på 21 K apItEL 2

Information och bitar 23

2.1 Binärdata 23 2.2 Digitalisering 25 2.3 Från information till binärdata 28 2.4 Datakomprimering 30 Övningar 35 K apItEL 3

Att skicka signaler på en länk 37

3.1 Den fysiska länken 37 3.2 Bitar och signaler 40 3.3 Signalkvalitet 41 3.4 Digital transmission 43 3.5 Analog transmission (modulering) 49 3.6 Spread spectrum 54 3.7 Analog kommunikation 57

Innehåll

3.8 Multiplexering 57 3.9 Duplexering 61 Övningar 62 K apItEL 4

Tillförlitlig dataöverföring 67

4.1 Protokoll 67 4.2 Feldetektering 71 4.3 Felhantering 76 4.4 high-level Data Link Control (hDLC) 81 4.5 Point-to-point protocol (PPP) 82 Övningar 83 K apItEL 5

Access till nätet 87

5.1 Grundprinciper 87 5.2 Accessmetoder 89 5.3 Större länkar 97 5.4 IEEE 802.x 99 5.5 Ethernet (IEEE 802.3) 100 5.6 Trådlöst LAN (WLAN, IEEE 802.11) 102 5.7 Virtuella lokala nät (VLAN) 105 Bra länkar 107 Övningar 108 K apItEL 6

Stora datanät 111

6.1 Nätarkitektur 111 6.2 Vägväljaren 114 6.3 Kommunikation över flera nät 117 6.5 OSI-modellen 123 6.6 TCP/IP-modellen 127 6.7 Cross Layer 128 Övningar 131 K apItEL 7

Internet 133

7.1 Internets struktur 133 7.2 Internet Protocol version 4 (IPv4) 136 7.3 Internet Protocol version 6 (IPv6) 142 7.4 Att tilldela adresser till värd-datorer 147

Innehåll

7.5 Address Resolution Protocol (ARP) 148 7.6 Internet Control Message Protocol (ICMP) 150 7.7 Network Address Translation (NAT) 153 7.8 Domain Name System (DNS) 155 Bra länkar 158 Övningar 159 K apItEL 8

Grunderna för routing 161

8.1 Forwarding och routing 161 8.2 Routern 162 8.3 Grundprinciper för routing 164 8.4 Grafteori för routing-algoritmer 166 8.5 Två routing-algoritmer 170 Övningar 182 K apItEL 9

Routingprotokoll 185

9.1 Autonoma system 185 9.2 Routingprotokoll för unicast 186 9.3 Multicast routing 193 9.4 Multicast-protokoll 196 9.5 Internet Group Management Protocol (IGMP) 198 Läs mer på 200 Övningar 201 K apItEL 10

Transportprotokoll 203

10.1 Grundläggande funktioner 203 10.2 UDP 205 10.3 TCP 207 10.4 RTP 216 10.5 QUIC 218 10.6 Stream Control Transport Protocol (SCTP) 218 10.7 UDP eller TCP? 219 Läs mer på 219 Övningar 220

Innehåll

K apItEL 11

Säker datakommunikation 223

11.1 Terminologi 223 11.2 Kryptering 224 11.3 Skydd mot ändrade data 225 11.4 Autentisering 226 11.5 hantering av krypteringsnycklar 228 11.6 Brandväggar 230 11.7 IPSec 231 11.9 Virtual Private Network (VPN) 233 11.9 DNSSEC 234 Läs mer på 234 K apItEL 12

Applikationer 235

12.1 Användarmodeller 235 12.2 Fjärrinloggning 236 12.3 File transfer protocol (ftp) 237 12.4 Secure shell (SSh) 238 12.5 World Wide Web 239 12.6 Elektronisk post 242 12.7 IP-telefoni (VoIP) 246 12.8 Streaming audio/video 249 12.9 BitTorrent 250 12.10 Enkel nätövervakning 250 K apItEL 13

Telekommunikationssystem 255

13.1 Det fasta telenätet 255 13.2 Introduktion till cellulära system 258 13.3 Cellulära system byggda för talsamtal (2G/3G) 262 13.4 LTE (4G) 267 13.5 5G 269 13.6 Satellitnät 270 Läs mer på 271

Innehåll

K apItEL 14

Stamnät 273

14.1 SONET/SDh 273 14.2 Ethernet som stamnät 277 14.3 Lambda-nät 277 14.4 Stamnät i verkligheten 278 14.5 Multiprotocol Label Switching (MPLS) 279 Läs mer på 281 K apItEL 15

Internet of things (IoT) 283

15.1 Ad-hoc-nät 283 15.2 Sensornät 285 15.3 Kommunikationsstandarder för IoT 287 Läs mer på 291 K apItEL 16

Prestanda och QoS 293

16.1 Prestandamått 293 16.2 QoS-begrepp 297 Övningar 303

Appendix A: Sampling och samplingsteoremet 305 A.1 Analoga och digitala signaler 305

Appendix B: Kanalkapacitet och Shannons fundamentala gränsvärde 321 Facit 323 Sakregister 339

Människor har i alla tider velat kommunicera med varandra över långa avstånd. De flesta kulturer har haft något system för långdistanskommunikation, till exempel med röksignaler eller trummor. Ordet tele kommer från grekiskan och betyder ”på långt håll”. Så telekommunikation är alltså inget annat än ”på-långt-håll-kommunikation”. Ordet telekommunikation omfattar egentligen all kommunikation på avstånd mellan både människor och datorer, men oftast brukar vi använda ordet ”datorkommunikation” när det gäller kommunikation mellan datorer och ordet ”telekommunikation” för telefoni och liknande tjänster. Begreppet ”datakommunikation” kan sägas representera både telekommunikation och datorkommunikation, eftersom det i båda fallen är data som skickas. Ordet ”data” är egentligen pluralformen av datum, men brukar för det mesta betyda information. Bokens mål är att på ett enkelt och pedagogiskt sätt lära ut grunderna i datakommunikation, främst fokuserat mot Internet och de mobila näten. Boken innehåller inte heller allt som finns att veta om datakommunikation. För den som vill veta allt om alla protokoll och system finns det utmärkta amerikanska böcker – men det enda problemet är att de är på omkring 1 000 sidor. I de följande avsnitten beskrivs bakgrunden till dagens Internet och telenät. För att förstå hur dagens tele- och datorkommunikationssystem fungerar är det bra att veta lite om deras ursprung. Mycket av det som finns i dagens system kommer egentligen från något av gårdagens system.

1.1 Optiska telegrafer Optiska signalsystem har funnits sedan grekernas tid, före Kristi födelse. Men man kan säga att utvecklingen av den moderna telekommunikationen inleddes med de optiska telegraferna på 1700-talet. Ordet telegraf kommer från grekiskans två ord tele och grafein, där det sistnämnda betyder ”skriva”. Under franska revolutionen var de styrande i Paris angelägna om att snabbt

KapItEL 1

Introduktion

KAPITel 1 InTroduK TIon

få in tillförlitliga rapporter från provinserna, och därför utvecklades ett nät av optiska telegraflinjer. Över linjerna kunde man kommunicera med hjälp av i förväg överenskomna ljusmönster. Avståndet mellan två telegrafstationer kunde vara ända upp till 10 km, och telegraferingshastigheten var ungefär tre tecken per minut. I Sverige hade det optiska telegrafnätet sin största utbredning under finska kriget 1809–10. Precis som i Frankrike användes nätet mest för militära underrättelser.

1.2 Elektriska telegrafer Den första praktiskt användbara elektriska telegrafen uppfanns 1837 av amerikanen Samuel B. Morse. Med hjälp av den kunde man nu börja överföra textmeddelanden över långa avstånd. Den elektriska telegrafen är ett exempel på ett av de första digitala transmissionssystemen, där informationen överförs i form av två symboler som på engelska kallas dots och dashes. Varje bokstav representeras, eller kodas, med hjälp av en sekvens av korta (dots) och långa (dash) elektriska pulser. År 1851 lade man ut den första undervattenskabeln mellan London och Paris. Den första fungerande Atlantkabeln installerades 1858, men denna gick sönder efter bara några veckor, och därefter dröjde det till 1866 innan Europa och USA kunde förbindas. Till Sverige kom den elektriska telegrafen under 1853, och den första telegraflinjen gick mellan Stockholm och Uppsala. År 1857 sträckte sig det svenska telegrafnätet från Ystad till haparanda. Till slut fanns det ett världsomfattande nät av telegrafstationer. I nätet skickades telegram mellan stationerna. När ett telegram kom till en station, kunde telegrafisten genom att titta på destinationsadressen skicka vidare telegrammet till nästa lämpliga station. I moderna datanät kallas detta för vägval (routing). Man uppfann också system för att låta flera telegraflinjer samsas om en fysisk kabel, så kallad multiplexering. Ett multiplexeringssystem, Baudot-systemet från 1874, införde begreppet tecken (character). Ett tecken var en sekvens av fem binära symboler, och varje bokstav i alfabetet representerades av ett tecken. Baudot-systemet ledde sedan till den moderna ASCII-koden som i dag används i de flesta datanät för att representera bokstäver och andra tecken.

1.3 Telenätet År 1876 sökte Alexander Graham Bell patent på sin epokgörande telefon. Det var den 10 mars detta år som de numera klassiska orden: ”Mr Watson, come here, i want you” yttrades mellan två telefoner. Bell var inte först med © F Ö R FAT TA R N A O C h S T U D E N T L I T T E R AT U R

KAPITel 1 InTroduKTIon

uppfinningen, men först med att söka patent, även om det ursprungliga patentet fick justeras i efterhand för att uppfinningen skulle fungera. Uppfinningen var inte patentskyddad i Sverige, så den företagsamme ingenjören Lars Magnus Ericsson kunde vidareutveckla apparaten och sälja den, vilket var starten för det numera välkända och världsomspännande företaget. År 1878 konstruerades den första manuella växeln. Den betjänade till en början 21 abonnenter och kunde koppla ihop en abonnent med vem som helst av de övriga tjugo. Ringsignalen, som utlöstes när en abonnent drog runt veven på sin telefon, gick till växeltelefonisten. När hon (det var alltid en kvinna) svarade uppgav abonnenten vem man ville tala med, och växeltelefonisten kopplade upp förbindelsen. Tekniken spreds snabbt i Sverige, men den var baserad på manuella växlar med telefonister. Man kan säga att det var marknadskrafterna som drev fram den första automatiska telefonväxeln i början av 1890-talet. Den kallas ”Strowger-väljare” efter sin upphovsman Almon B. Strowger, en begravningsentreprenör i Kansas City som efter telefonens intåg fann sig utsatt för en elakartad form av konkurrens. Den dam som var orsaken till detta var syster till Strowgers konkurrent och vidarebefordrade samtal i begravningsärenden till sin bror, varvid Strowger missade många kunder och därför i vredesmod konstruerade den första automatiska väljaren, i syfte att göra den fiffiga systern arbetslös. De första automatiska telefonväxlarna i Sverige kom inte förrän 1924. Man hade tidigare till exempel haft problem med hur abonnenten skulle kunna meddela växeln vilket nummer som skulle nås, eftersom fingerskivan ännu inte var uppfunnen. De första växlarna, till exempel Strowger-väljaren, kunde inte heller lagra de siffror som abonnenten slog. Men detta löstes senare genom att man utvecklade elektromekaniska register som kunde lagra siffror. Under 1950-talet började det internationella telenätet att automatiseras, och 1972 blev den sista telefonisten i Sverige arbetslös. Telenäten fungerade enligt principen kretskoppling (circuit switching), vilket innebär att man kopplar upp en fysisk krets mellan de två abonnenterna som vill samtala. hela telefonsamtalet överförs sedan till kretsen. De första telenäten var analoga transmissionssystem, där den elektriska signalen som skickades genom nätet var en direkt representation av talsignalen, genererad av mikrofonen i telefonen. De första digitala telenäten utvecklades under 1960-talet. Nu representerades i stället talet av bitsekvenser (ettor och nollor) som skickades genom nätet.

KAPITel 1 InTroduK TIon

1.4 Datanäten Det första datanätet var Semi-Automatic Ground Environment (SAGE) som utvecklades i USA mellan 1950 och 1956. Det användes som luftförsvarssystem och bestod av 23 nät. Varje nät kopplade till exempel ihop radarstationer och flygplan med en centraldator. Flygbolaget SABRE:s reservationssystem, infört 1964, anses ha varit det första stora lyckade kommersiella datanätet. Datanäten var paketförmedlande (packet switched), vilket innebär att information överförs i små delar som kallas paket. En fördel med paketförmedling jämfört med kretskoppling är att nätet kan utnyttjas mer effektivt. Flera förbindelser kan dela på en länk, och om ett sändar–mottagar-par inte skickar något kan denna outnyttjade kapacitet på länken användas av någon annan förbindelse. I början av 1960-talet arbetade tre forskargrupper, två i USA och en i England, oberoende av varandra med att utveckla paketförmedlande datanät. På Massachusetts Institute of Technology (MIT) fanns forskare som ledde ett forskningsprogram inom datavetenskap (computer science) på Advanced Research Projects Agency (ARPA). De presenterade ett förslag, ARPAnet, som visade sig bli grunden till det Internet1 vi har i dag. De första datorerna var extremt dyra, och det utvecklades många tekniker för att koppla ihop användarterminaler2 med en centraldator. Ett exempel är ALOHANET som utvecklades av University of hawaii 1970. Det var det första trådlösa paketförmedlande datanätet. huvudsyftet var att koppla samman terminaler placerade på de olika öarna med universitetets centrala datorsystem. Under 1980-talet började persondatorerna (personal computer, pc) komma och därigenom blev det möjligt även för ”vanliga” människor att äga en dator. På arbetsplatserna började man få ett behov av att koppla ihop flera persondatorer och skrivare till ett nät med en begränsad utbredning. Detta gjorde att man utvecklade standarder för så kallade lokala nät (local area network, LAN). Det mest lyckade lokala nätet blev Ethernet, som i dag finns överallt, både på arbetsplatser och i hemmen. 1 I den här boken kommer vi att skriva Internet med inledande versal om vi menar det världsomspännande nätverket. Men vi skriver internet med inledande gemen om vi avser ett nätverk av sammankopplade nätverk i allmänhet. I det första fallet är det ett egennamn, i det andra en företeelse. 2 En terminal är en enkel enhet som består av ett tangentbord och en bildskärm eller annan utskriftsenhet. Med hjälp av terminalen kan man kommunicera med och styra en dator. Jämför med en modern persondators tangentbord och skärm. © F Ö R FAT TA R N A O C h S T U D E N T L I T T E R AT U R

KAPITel 1 InTroduKTIon

1.5 ARPANet och Internet Det första ARPAnet kom 1969 och kopplade ihop datorer, som var placerade på University of California Los Angeles (UCLA), via en switch, kallad Interface Message Processor (IMP). Kort därefter installerades ytterligare tre IMP på Stanford, University California Santa Barbara och University of Utah. Vid slutet av 1969 bestod ARPAnet alltså av fyra noder. De första försöken med att överföra trafik mellan dessa noder medförde att hela systemet kraschade. År 1972 bestod ARPAnet av 15 noder. Man utvecklade även Network Control Protocol (NCP) som var en föregångare till TCP/IP. NCP skötte kommunikationen mellan två värddatorer (host) inom ARPAnet. Inom ARPAnet utvecklades flera datatjänster som vi tar för givna i dag, till exempel e-post och filöverföring. Under början av 1970-talet byggdes ett antal paketförmedlande datanät i USA och Europa. Problemet var bara att inte alla datanäten kunde kommunicera med varandra. Defence Advanced Research Project Agency (DARPA) i USA startade då ett projekt om hur man skulle kunna bygga ett ”network of networks”. Projektet leddes av Vinton Cerf och Robert Kahn som kallade arbetet för internetting. Det första protokoll som de utvecklade var TCP (se kapitel 10). Den första versionen av TCP innehöll både de funktioner som finns i dag samt funktioner för att skicka paket mellan nät. Senare insåg man att det behövdes fler protokoll, och då utvecklades IP (se kapitel 7) för adressering och dataöverföring mellan nät, samt UDP (se kapitel 10). Dessa tre protokoll – IP, TCP och UDP – har sedan slutet av 1970-talet bildat grunden för Internet. Vid slutet av 1970-talet bestod ARPAnet av ungefär 200 noder. Men fortfarande användes NCP, och det fanns ingen enhetlig protokollstandard för ARPAnet. Den 1 januari 1983 infördes TCP/IP som officiell protokollsvit (se kapitel 7) för hela ARPAnet, och senare blev Internet det namn som användes för detta ”network of networks”. Under 1980-talet växte Internet explosionsartat, men de huvudsakliga tjänsterna var fortfarande e-post och fil-överföring med ftp (se kapitel 12). Under 1980-talet kopplades mängder av lokala nät till Internet. Det uppstod ett behov av datanät vars enda syfte var att koppla ihop andra nät, så kallade stamnät (backbone network). Ett av de första stamnäten i USA var NSFNET (NSF = National Science Foundation) som utvecklades för att koppla ihop olika centra med superdatorer. Den första versionen av NSFNET hade kapaciteten 56 kbps, och vid slutet av 1980-talet var kapaciteten 1,5 Mbps.

KAPITel 1 InTroduK TIon

År 1991 skapade Tim Berners-Lee vid CERN hTML och http (se kapitel 12). Men först 1993, när webbläsaren Mosaic kom, tog det hela fart. Plötsligt blev det enkelt att hitta och presentera information på Internet, med text, ljud och bild. Innan dess hade man behövt känna till enskilda datoradresser för att hitta listor på filer som man kunde hämta med ftp. Under en period fanns också applikationen och protokollet Gopher (”Go for it”) men nu blev det möjligt att utan kunskap ”surfa” på nätet: det var bara att klicka. World wide web (WWW) hade skapats. Det medförde möjligheter för företag och organisationer liksom samhällsfunktioner att informera och nå kunder på ett nytt sätt. I mitten av 90-talet bestod Internet av många sammankopplade nät, men det hade fortfarande sin tyngdpunkt på forskning och undervisning. Men nu börjar kommersiella intressen att göra sig hörda. Tanken att det faktiskt går att sälja tillgång till Internet som en kommersiell kommunikationsprodukt till företag och allmänheten börjar omsättas i praktiken. I dag har Internet blivit en allt viktigare, ja kanske till och med självklar, del av vår infrastruktur för kommunikation mellan individer, företag, myndigheter och organisationer. I början var de traditionella telekommunikationsföretagen (dessa kallas ofta Telco från det engelska Telephone Companies) inte alls intresserade av Internet. Internets något anarkistiska uppbyggnad och organisation (i den mån den nu fanns) passade inte alls in i den myndighetsutövning som telekommunikation oftast var och i många fall fortfarande är. Dessutom var det svårt att definiera vad kunden skulle betala för, eftersom all information på Internet i princip var gratis. Nu är dock bilden en annan. Många Telcos har egna nationella eller globala nät för internettrafik.

1.6 Internet i Sverige Internets utveckling i Sverige är i mycket kopplat till framför allt Peter Löthberg och Swedish University Computer Network (SUNET). Peter Löthberg är en av världens främsta internetbyggare, numer verksam framför allt i USA. SUNET är det gemensamma nationella stamnätet för universitet och högskolor. Därutöver finns det både fler personer och organisationer som kraftfullt bidragit till att Sverige omkring millennieskiftet var ett av världens främsta Internet-länder. Att SUNET är en av grundpelarna är i sig naturligt, då Internet har vuxit ur den akademiska världen, framför allt den amerikanska. SUNET byggdes, © F Ö R FAT TA R N A O C h S T U D E N T L I T T E R AT U R

KAPITel 1 InTroduKTIon

liksom det amerikanska Internet underifrån, av entusiastiska tekniker och forskare. Behovet av billig och tillförlitlig kommunikation har varit ledorden, i en värld där all telekommunikation styrdes och reglerades av, oftast statliga, post- och telebolag. SUNET fanns sedan slutet av 1970-talet, men inte som Internet. Men 1987 bestämde sig SUNET, efter stark påverkan från Peter Löthberg, att lämna bland annat protokollen X.25 och DECnet till förmån för fasta telelinjer på 64 kbps och med protokollet TCP/IP. Samtidigt skapas NORDUnet, ett nordiskt stamnät. På det viset fick de nordiska ländernas motsvarigheter till SUNET möjlighet att tillsammans få anslutning till Internet i USA och till europeiska akademiska datanät. Noteras bör att Norge tidigt hade en nod i Internets föregångare ARPANET. SUNET var skapat för att tillgodose universitetens och högskolornas behov av datakommunikation. Några företag med stark koppling till akademisk forskning fick också tillträde till SUNET. Men 1990 hade dessa företag blivit så många att det började bli besvärande för SUNET:s egen trafik. Trycket från olika företag om att få ansluta sig till SUNET var också starkt. På bland annat Peter Löthbergs initiativ skissades ett förslag till ett kommersiellt nationellt internet. Förslaget presenterades för Televerket, som dock var kallsinnigt och inte alls förstod. I stället blev det Comviq, föregångaren till Tele2, som påbörjade satsningen på SwipNet i oktober 1990. I januari 1991 tecknades avtal med SUNET. Alla kommersiella företag som tidigare anslutits till SUNET flyttades över till SwipNet. högskolor och universitet hade naturligtvis fast anslutning till SUNET. Även SwipNet erbjöd fast anslutning, även om en sådan var dyr. Installationskostnaden var 50 000 kronor och månadskostnaden 10 000 kronor för en fast förbindelse om 64 kbps. Som alternativ erbjöds uppringd modemförbindelse, som blev mycket billigare. Modempooler började växa som svampar ur marken. Även universitet och företag byggde egna modempooler för att ge fjärranslutningsmöjlighet till forskare, studenter och anställda. I början av 90-talet började också regeringen Carl Bildt att allvarligt intressera sig för det nya fenomenet Internet, efter att www hade börjat erövra världen. Carl Bildt blir också den förste toppolitikern att använda e-post, då han 1994 på detta sätt gratulerade Bill Clinton till att handelsembargot mot Vietnam hade upphävts. händelsen fick stor spridning i pressen. Valet 1994 blev också en händelse som introducerade Internet. Sammanräkningsresultaten skickades nämligen med e-post under valkvällen och natten. © F Ö R FAT TA R N A O C h S T U D E N T L I T T E R AT U R

KAPITel 1 InTroduK TIon

Under slutet av 1990-talet växte användandet av Internet exponentiellt. Fler operatörer, bland annat Telia, byggde stamnät och erbjöd anslutning. Fler och fler företag anslöt sig. Det blev möjligt för privatpersoner att använda Internet, och trafiken ökade kraftigt. Ett stort problem var att all samtrafik mellan operatörerna gick genom ett enda ställe i Sverige, Kungliga Tekniska högskolan (KTh). Frågan ställdes huruvida det verkligen var lämpligt att ett universitet skulle stå för den alltmer kritiska infrastrukturen för landet. Därför bildades Stiftelsen för Telematikens Utveckling (TU-Stiftelsen) och dess företag Netnod för att skapa och driva fler knutpunkter i Sverige. Under 2000-talet fram till nu har förändringarna framför allt bestått i kapacitetsutbyggnad. Internet är nu en infrastruktur som är nödvändig för samhällsfunktioner, utbildning, vård, information och kommers.

1.7 Mobiltelefoni De moderna mobiltelefonisystemens historia började 1969 då man på en nordisk telefonkonferens beslutade att gemensamt utveckla ett mobilt system för vanliga abonnenter. Tidigare hade det gjorts försök med olika mobila kommunikationssystem, till exempel inom polisen. Men detta var första gången som flera länder kom överens om att utveckla en gemensam standard. Systemet döptes till Nordisk MobilTelefoni (NMT). NMT testades för första gången 1978 och sattes i drift under 1981. Den första NMT-standarden använde sig av frekvenser på 450 Mhz. Men detta medförde att kapaciteten i nätet inte var så hög, och nätet blev snabbt överbelastat. År 1986 lanserades NMT 900, som använde frekvenser på 900 Mhz, vilket medförde högre kapacitet. NMT är analogt, vilket innebär att talsignalen inte digitaliseras innan den skickas på radiokanalen. NMT och andra analoga mobiltelefonistandarder kallas numera för första generationens mobiltelefoni (1G). Men redan 1982 startade ett samarbete mellan 12 länder i Europa, och en studiegrupp med namnet Groupe Spécial Mobile (GSM) började arbetet med att undersöka möjligheterna för ett västeuropeiskt gemensamt mobilnät. Gruppen kom fram till att ett digitalt system borde utvecklas, och 1992 lanserades de första GSM-näten i Europa. GSM kom senare att bli en förkortning för Global System for Mobile Communication. GSM och andra liknande standarder kom senare att kallas för andra generationens mobiltelefoni (2G) (se kapitel 13).

KAPITel 1 InTroduKTIon

I resten av världen har andra mobilnät utvecklats genom åren. I USA standardiserades American Mobile Phone System (AMPS), som var analogt precis som NMT. Detta utvecklades sedan till ett digitalt system, kallat D-AMPS. Japan utvecklade ett eget digitalt system: Pacific Digital Cellular (PDC). Redan i slutet av 1980-talet insåg man i Europa att GSM inte skulle räcka till i framtiden. Flera forskningsprojekt startades som syftade till att hitta ett nytt mobilsystem med högre kapacitet, de så kallade 3G-systemen. Samtidigt gick också ITU ut med en begäran om att få in förslag på system inom sitt International Mobile Telecommunications (IMT) 2000 program. Tanken var att världen skulle enas om en mobilstandard. Nu blev det inte så, utan ett antal rekommendationer utvecklades inom IMT-2000, och till slut dominerade två standarder: den europeiska Universal Mobile Telecommunication Systems (UMTS) och den amerikanska CDMA2000. För att få ordning på standardiseringsarbetet bildades en paraplyorganisation kallad Third Generation Partnership Project (3GPP). Efter en del oenighet mellan framför allt Europa och USA bildades även en annan organisation, kallad 3GPP2. I dag samarbetar 3GPP och 3GPP2 om både standarder och patent. Under 2008 släppte ITU nya krav som de kallade IMT-Advanced, som skulle utgöra nästa generations mobiltelefoni, 4G. Den viktigaste skillnaden jämfört med 3G var att 4G skulle vara ”all-IP”, det vill säga att kommunkationen skulle bygga på Internet-protokollen. 3GPP publicerade kort därefter krav för vad de kallade Long Term Evolution (LTE), som sedan blev den dominerande standarden för 4G.

1.8 Standardisering För att enheter av olika fabrikat skall kunna fungera tillsammans krävs det att man kommer överens om vilka regler som skall gälla. Detta kallas för standardisering, och är inget unikt för datorvärlden. Mycket av det vi använder dagligen är standardiserat, till exempel spisar, toaletter, tvättmaskiner, sängar och tv-apparater. För att två datorer skall kommunicera med varandra krävs det att de använder samma regler, vilka på på datorspråk kallas för protokoll. Inom tele- och datorkommunikation kommer man överens om olika protokollstandarder. Det finns olika organisationer och forum som arbetar med standardiseringen. I detta avsnitt beskrivs några av de så kallade standardiseringsorgan som kommer att finnas med senare i boken. © F Ö R FAT TA R N A O C h S T U D E N T L I T T E R AT U R

KAPITel 1 InTroduK TIon

International Telecommunications Union (ITU) International Telecommunications Union (ITU) grundades av FN under 1970-talet. Från början hette organisationen Consultative Committee for International Telegraphy and Telephony (CCITT). CCITT:s arbete kan härledas ända tillbaka till 1865, då 20 medlemsstater skrev under ett samarbetsavtal i Paris runt telegrafi. År 1993 bytte CCITT namn till ITU. Syftet med ITU är att utveckla standarder för telekommunikationsssystem, så att olika länders system kan kommunicera. En uppgift som ITU har haft sedan länge är att koordinera olika länders frekvensband så att trafiken på dessa inte stör ut annan trafik. ITU är indelat i tre huvuddelar: ITU-T som arbetar med standardisering inom fast telefoni och datakommunikation; ITU-R som arbetar med radiofrågor; samt ITU-D som arbetar med stöd till utvecklingsländer. Två kända ITU-standarder är datanätet X.25 samt protokollsamlingen h.323 som kan användas för Internettelefoni.

Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) är det största professionella ingenjörssamfundet i världen, med fler än 350 000 medlemmar i 150 länder. Ett av syftena med IEEE är att utveckla internationella standarder inom bland annat datorkommunikation. IEEE har utvecklat de välkända 802.x-standarderna för lokala nät. här finns till exempel standarder för Ethernet samt trådlösa lokala nät (Wireless LAN, WLAN).

Internet Engineering Task Force (IETF) Internet Engineering Task Force (IETF) är en organisation som driver utvecklingen och standardiseringen av Internet. Det finns även andra grupper som arbetar med utvecklingen av Internet, till exempel Internet Society (ISOC) och Internet Architecture Board (IAB), men IETF är nog den organisation som mest förknippas med Internetstandarder. De standarder som släpps från IETF kallas för Request For Comment (RFC). De numreras löpande och det finns flera tusen RFC:er. En RFC uppdateras aldrig, utan skrivs i stället om med ett nytt nummer. Detta medför att det finns många RFC:er med låga nummer som inte gäller längre.

KAPITel 1 InTroduKTIon

European Telecommunications Standards Institute (ETSI) European Telecommunications Standards Institute (ETSI) är en europeisk standardiseringsorganisation inom telekommunikation. ETSI startades på den tiden då USA, Japan och Europa drev egna standardiseringsprojekt inom telekom. Det mest kända systemet som ETSI har standardiserat är mobiltelefonisystemet Global System for Mobile Communication (GSM). 3rd Generation Partnership Project (3GPP) 3rd Generation Partnership Project (3GPP) är en organisation som driver utvecklingen av dagens mobilsystem (3G, 4G, 5G). 3GPP grundades 1998 och är en paraplyorganisation bestående av andra standardiseringsorgan och företag, som alla arbetar med mobiltelefonisystem. Syftet med 3GPP är att ena de olika mobiltelefonistandarderna i världen så att de skall kunna fungera tillsammans.

Bra länkar International Telecommunications Union: http://www.itu.int Institute of Electrical and Electronics Engineers: http://www.ieee.org Internet Engineering Task Force: http://www.ietf.org Internet Society: http://www.internetsociety.org/ European Telecommunications Standards Institute: http://www.etsi.org 3rd Generation Partnership Project: http://www.3gpp.org

Läs mer på John Naughton, ”A Brief history of the Future. The origins of the Internet”. De byggde Internet i Sverige: http://www.sunet.se/download/18.6d7c8917128274d3dd080005975/ De%2520byggde%2520Internet_2009_inlaga_webb.pdf

Maria Kihl är professor i Internet-system vid Lunds Tekniska Högskola. Hon driver nationella och europeiska forskningsprojekt fokuserade på framtidens Internet-infrastruktur och applikationer samt ansvarar för kurser inom Internetprotokoll på civilingenjörsprogrammen. Hon har lång erfarenhet av kursutveckling och universitetspedagogik inom området. Jens A. Andersson är teknologie licentiat och har arbetat som universitetsadjunkt vid Lunds Tekniska Högskola, numera pensionär. Han har lång erfarenhet av utveckling, drift och underhåll av stora campusnät för datakommunikation från Lunds universitet och Universitetssjukhuset i Malmö men också av utbildning av blivande civilingenjörer i datakommunikation och nätverksteknik.

Datakommunikation och nätverk Sedan den första webbläsaren lanserades 1993 har vårt sätt att skaffa information och kommunicera med varandra förändrats radikalt. Smarta mobiler och läsplattor har ändrat vårt beteendemönster. Ett globalt datanätverk – Internet – gör detta möjligt. Grunden för detta bygger på olika sätt för enheter att kunna skicka data, ettor och nollor, mellan varandra, direkt eller med hjälp av olika typer kanaler och nätverk för datakommunikation. Datakommunikation och nätverk ger en heltäckande och lättillgänglig redogörelse av modern datakommunikation. Boken är ett alternativ till internationella textböcker i ämnet, innehållet speglar kunskapsbehovet hos yrkesverksamma ingenjörer och ger de kunskaper som krävs på ett pedagogiskt och kärnfullt sätt. Boken innehåller förutom övningar även lästips och hänvisningar för den som vill söka fördjupning. Boken innehåller bland annat: • Från information till paket, bitar och signaler och tillbaka igen • Ethernet och WiFi • OSI-modellen och TCP/IP-protokollen • Paketväxling och routing • Datasäkerhet • Cellulära nät med kort introduktion till 5G • Internet of things (IoT). Datakommunikation och nätverk lämpar sig för kurser i ämnet vid ingenjörsutbildningar alternativt till praktiskt inriktade utbildningar inom data och nätverk.

Andra upplagan

studentlitteratur.se

Art.nr 36375