9789144083063

18 mm

Jens A. Andersson är civilingenjör och arbetar som universitetsadjunkt vid Lunds tekniska högskola. Han har lång erfarenhet dels av utveckling, drift och underhåll av stora campusnät för datakommunikation från Lunds universitet och Universitetssjukhuset i Malmö och av utbildning av blivande civilingenjörer i datakommunikation och nätverksteknik. Hans forskning ligger också inom detta intresseområde.

| Datakommunikation och nätverk

Datakommunikation och nätverk

Maria Kihl Jens A. Andersson

Maria Kihl är docent i Teletrafiksystem vid Lunds tekniska högskola. Hon driver nationella och europeiska forskningsprojekt fokuserade på Telekommunikation och Internet-infrastruktur samt undervisar på civil­ingenjörsprogrammen i Datateknik och Elektroteknik. Hon har lång erfarenhet av kursutveckling och universitetspedagogik inom området.

Sedan den första webb-läsaren lanserades 1993 har vårt sätt att skaffa information och kommunicera med varandra förändrats radikalt. Smarta mobiler och läsplattor har ändrat vårt beteende­ mönster. Ett globalt datanätverk - Internet - gör det 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 kommunikationskanaler 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, fast och trådlös • TCP/IP • Paketväxling och routing • Datasäkerhet • Fast och mobil telefoni • Ad-hoc och sensornätverk

Datakommunikation och nätverk Maria Kihl Jens A. Andersson

Datakommunikation och nätverk lämpar sig för kurser i ämnet vid ingenjörsutbildningar alternativt till praktiskt inriktade utbildningar inom data och nätverk.

På bokens webbplats www.studentlitteratur.se/36375 finns allt bildmaterial för nedladdning.

Art.nr 36375

www.studentlitteratur.se

978-91-44-08306-3_01_cover.indd 1

2013-07-26 09:53

Kopieringsförbud Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering, utöver lärares begränsade rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt Bonus Presskopias skolkopieringsavtal, är förbjuden.

För information om avtalet hänvisas till utbildningsanordnarens huvudman eller Bonus Presskopia.

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.

Denna trycksak är miljöanpassad, både när det gäller papper och tryckprocess.

Art.nr 36375 ISBN 978-91-44-08306-3 Upplaga 1:1 © Författarna och Studentlitteratur 2013 www.studentlitteratur.se Studentlitteratur AB, Lund Omslagslayout: Francisco Ortega Omslagsbild: Adam Dahlstedt Printed by Graficas Cems S.L., Spain 2013

978-91-44-08306-3_1_book.indd 2

2013-07-26 10:13

3

Innehåll

Förord 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 24 2.3 Från information till binärdata 26 2.4 Datakomprimering 28 Övningar 33 K apitel 3

Att skicka signaler på en länk 35

3.1 Den fysiska länken 35 3.2 Digital kommunikation 38 3.3 Spread spectrum 43 3.4 Analog kommunikation 45 3.5 Signalkvalitet 46 3.6 Multiplexering 48 Övningar 52

© 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

978-91-44-08306-3_1_book.indd 3

2013-07-26 10:13

4

Innehåll

K apitel 4

Tillförlitlig dataöverföring 55

4.1 Protokoll 55 4.2 Feldetektering 58 4.3 Felhantering 62 4.4 High-level Data Link Control (HDLC) 67 4.5 Point-to-point protocol (PPP) 67 Övningar 69 K apitel 5

Access till nätet 73

5.1 Grundprinciper 73 5.2 Accessmetoder 75 5.3 Större länkar 80 5.4 IEEE 802.x 81 5.5 Ethernet (IEEE 802.3) 82 5.6 Trådlöst LAN (WLAN, IEEE 802.11) 86 5.7 Virtuella lokala nät (VLAN) 89 Bra länkar 90 Övningar 91 K apitel 6

Stora datanät 93

6.1 Nätarkitektur 93 6.2 Vägväljaren 96 6.3 Kommunikation över flera nät 99 6.4 Databehandling i flera protokollskikt 102 Övningar 109 K apitel 7

Internet 111

7.1 TCP/IP-modellen 111 7.2 Internets struktur 112 7.3 Internet Protocol version 4 (IPv4) 115 7.4 Internet Protocol version 6 (IPv6) 121 7.5 Att tilldela adresser till värd-datorer 125 7.6 Address Resolution Protocol (ARP) 127 7.7 Internet Control Message Protocol (ICMP) 128 7.8 Från IPv4 till IPv6 131 7.9 Domain Name System (DNS) 132 Bra länkar 135 Övningar 136 © 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

978-91-44-08306-3_1_book.indd 4

2013-07-26 10:13

Innehåll

K apitel 8

5

Grunderna för routing 139

8.1 Routern 140 8.2 Grundprinciper för routing 142 8.3 Routing-algoritmer 144 Övningar 156 K apitel 9

Routingprotokoll 159

9.1 Autonoma system 159 9.2 Routingprotokoll för unicast 160 9.3 Multicast routing 167 9.4 Multicast-protokoll 170 9.5 Internet Group Management Protocol (IGMP) 172 9.6 Network Address Translation (NAT) 174 9.7 Multiprotocol Label Switching (MPLS) 176 Läs mer på 178 Övningar 179 K apitel 10

Transportprotokoll 181

10.1 Grundläggande funktioner 181 10.2 UDP 183 10.3 TCP 185 10.4 RTP 195 Övningar 197 K apitel 11

Säker datakommunikation 201

11.1 Terminologi 201 11.2 Kryptering 202 11.3 Skydd mot ändrade data 203 11.4 Autentisering 204 11.5 Hantering av krypteringsnycklar 206 11.6 Brandväggar 207 11.7 IPSec 209 11.8 Virtual private network (VPN) 210 11.9 DNSSEC 211 Läs mer på 211

© 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

978-91-44-08306-3_01_book.indd 5

2013-08-01 11:58

6

Innehåll

K apitel 12

Applikationer 213

12.1 Användarmodeller 213 12.2 Fjärrinloggning 214 12.3 File transfer protocol (ftp) 216 12.4 World wide web 217 12.5 Elektronisk post 221 12.6 IP-telefoni (VoIP) 226 12.7 Streaming audio/video 228 12.8 BitTorrent 230 K apitel 13

Det fasta telenätet 231

13.1 Nätstruktur 231 13.2 Telefonen 234 13.3 Lokalstationen 235 13.4 xDSL 238 K apitel 14

Mobila system 241

14.1 Generella principer och begrepp 241 14.2 2G/3G-system 245 14.3 4G-system 251 14.4 WiMax (IEEE 802.16) 253 14.5 Satellitnät 253 14.6 Mobile IP 254 Läs mer på 258 K apitel 15

Stamnät 259

15.1 SONET/SDH 259 15.2 Giga Ethernet 263 15.3 Lambda-nät 264 15.4 ATM 265 15.5 SUNET och LUNET 269 Läs mer på 274

© 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

978-91-44-08306-3_1_book.indd 6

2013-07-26 10:13

Innehåll

K apitel 16

7

Ad-hoc och sensornät 275

16.1 Ad-hoc nät 275 16.2 Sensornät 281 16.3 Bluetooth 283 16.4 ZigBee 284 Läs mer på 285 K apitel 17

Prestanda och QoS 287

17.1 Prestandamått 287 17.2 QoS-begrepp 291 17.3 QoS i Internet 296 Övningar 301 K apitel 18

Nätdrift 303

18.1 Enkel nätövervakning 303 18.2 Simple Network Management Protocol (SNMP) 306

Facit 309 Sakregister 327

© 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

978-91-44-08306-3_1_book.indd 7

2013-07-26 10:13

978-91-44-08306-3_1_book.indd 8

2013-07-26 10:13

9

Förord

Människans behov av att kommunicera och att informera sig tycks omättligt. Få tekniska företeelser har påverkat vårt beteende som Internet och de applikationer som Internet möjliggjort. Under 1800-talet får vi den elektriska telegrafen och telefonen. Datorer utvecklas under 1940-talet. 1969 startas grunden till det som ska bli Internet. 1983 sjösätts det globala internet som vi använder idag. 1993 lanseras den första webb-läsaren. Samtidigt utvecklas mobiltelefonin, fyra generationer, en vart tionde år med start cirka 1972.

Detta har varit möjligt tack vare intensiv utveckling av elektroniska kretsar för datorer. Nya företeelser som smarta mobiler och läsplattor ger utökade möjligheter att skapa nya applikationer, vårt sociala liv flyttar ut, eller in, på Internet, vi är alltid nåbara och kan alltid nå all(?) information, vårt beteende påverkas.

Den här boken beskriver tekniken som används i olika delar av Internet, från hemmanätet till de stora stamnäten och de fasta och mobila telenäten.

Den beskriver hur applikationer styrda av oss människor – användare – kan skicka data så att informationen kommer fram på ett effektivt sätt utan fel.

Vi som skrivit boken har arbetat länge med undervisning av blivande civilingenjörer. Vi har sett ett behov att på ett pedagogiskt och rättframt sätt och på svenska beskriva den teknik som bygger upp dagens Internet. Vi hoppas att denna bok ska ge dig som läsare de nödvändiga kunskaperna och förståelsen för hur Internet fungerar. Vi hoppas också att du därmed blir inspirerad till att lära mer och till att arbeta vidare med utvecklingen av alla former av datakommunikation och nätverk.

Kämpinge och Hjärup i maj 2013

© 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

978-91-44-08306-3_1_book.indd 9

2013-07-26 10:13

978-91-44-08306-3_1_book.indd 10

2013-07-26 10:13

Kapitel 3

Att skicka signaler på en länk

Grundprincipen i all datorkommunikation är att två datorer, A och B, vill skicka data till varandra (se figur 3.1). I detta kapitel är dator A sändare och skickar information till dator B som kallas för mottagare. Datorerna innehåller olika datorprogram, så kallade applikationer (applications) som en användare kan utnyttja. En dator med användarapplikationer kallas också för värddator (host computer) eller bara värd (host).

3.1 Den fysiska länken För att två datorer skall kunna utbyta information krävs att de är sammankopplade med en fysisk länk av något slag. En länk består av någon form av utbredningsmedium (transmission medium). På länken överförs information i form av signaler. Dessa signaler kan vara elektriska, vilket innebär att signalerna överförs i form av elektromagnetiska vågor. Signaler kan också vara optiska, vilket innebär att de överförs i form av ljuspulser.

En länk kan överföra olika mycket information per tidsenhet, beroende på vilket utbredningsmedium som används. Denna transmissionshastighet (transmission rate) eller överföringshastighet anges i bitar per sekund (bps).

Transmissionshastigheten kallas också bithastighet (bit rate). Transmissionshastigheten skall inte blandas ihop med utbredningshastigheten (propagation speed), som är hastigheten med vilken en signal förflyttar sig längs länken.

Transmissionshastigheten är ett mått på en länks digitala överföringsförmåga. Om man i stället pratar om en länks analoga överföringsförmåga så är den beroende av länkens bandbredd (bandwidth). I digitala system

A

B

Figur 3.1 Två datorer som skall kommunicera. © 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

978-91-44-08306-3_1_book.indd 35

2013-07-26 10:13

36

 Kapitel 3 At t skicka signaler på en länk

har begreppet bandbredd lite slarvigt fått samma betydelse som transmissionshastigheten.

När signaler överförs på en länk utsätts de för störningar. Dessa störningar uppkommer på grund av egenskaperna hos utbredningsmediet och yttre förhållanden. Dessutom dämpas signaler när de överförs på en lång länk.

För att mottagaren skall kunna förstå informationen får störningarna och dämpningen inte vara för stora.

Det finns ett antal olika utbredningsmedia som kan användas i länkar. Här är några av dem kortfattat beskrivna.

Tvinnad parkabel En tvinnad parkabel (twisted pair) består av två kopparledare som har tvinnats runt varandra. Signalerna överförs i form av elektromagnetiska vågor.

Man använder koppartråd eftersom den har låg resistans, vilket gör att signalerna kan komma längre utan att dämpningen blir för stor. Orsaken till att två kopparledare tvinnas runt varandra är att den elektromagnetiska energin som strålar ut från kabeln minskar när två ledare tvinnas runt varandra. Det gör också att kabeln inte är lika känslig för störningar utifrån.

Koaxialkabel En koaxialkabel (coaxial cable) innehåller en enkel kopparledare som är omgiven av ett metallhölje. Mellan ledaren och metallhöljet finns något isolerande material. Utanför metallhöljet finns ytterligare ett isolerande hölje.

En koaxialkabel är mindre störningskänslig än en tvinnad parkabel, vilket gör att den maximala bandbredden är större.

Optisk fiberkabel En optisk fiber (optic fibre) är en mycket tunn tråd av något material som leder ljus, oftast gjord av glas eller plast. Den består av tre skikt: fiberkärna (core), fibervägg (cladding) samt ett skyddande skikt. Fiberkärnan har en tjocklek på 8–100 mm och dess uppgift är att transportera information i form av ljuspulser. Fiberväggen är ett 125–140 mm tjockt skikt runt kärnan.

Den består av ett material med ett annat brytningsindex än kärnan. När en ljuspuls når fiberkärnans vägg reflekteras den tillbaka in i kärnan och leds på så vis fram i fibern. En fiberkabel består av flera optiska fibrer och det finns fiberkablar med flera hundratals fibrer.

Optiska fibrer finns i två varianter: multimod och singelmod. Principerna visas i figur 3.2. Multimodfibern är uppbyggd så att ljuset studsar mot fiber-

© 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

978-91-44-08306-3_1_book.indd 36

2013-07-26 10:13

Kapitel 3 At t skicka signaler på en länk

37

Figur 3.2 Optiska fibrer.

(a) Multimod

(b) Singelmod

väggen.1 Detta medför att kapaciteten blir begränsad, men det är en billigare teknik än singelmodfibern. Singelmodfibern är uppbyggd så att ljuset bara kan ta en väg genom fibern, vilket medför i princip obegränsad kapacitet.

Begränsningen sitter i stället i sändarutrustningen: ju bättre utrustning, desto mer kapacitet.

Det finns flera fördelar med en fiberkabel jämfört med kopparkabel. En fördel är att en fiberkabel inte är så känslig för elektriska störningar. Andra fördelar är att dämpningen är lägre, det vill säga en signal kan färdas längre utan att det är någon risk för bitfel, samt att den maximala bandbredden är större för en optisk fiber än för en kopparkabel.

Rymden Elektromagnetiska vågor kan även skickas genom luften, vilket sedan länge görs vid tv- och radioutsändningar. Två enheter som kommunicerar genom luften sägs använda trådlös kommunikation (wireless communication). Fördelen med trådlös kommunikation är att inga kablar behövs. Nackdelen är att det blir mycket störningar när en signal skall överföras via luften.

1 Fenomenet kallas dispersion och beror på att ljuset går olika långa vägar i fiberkärnan. Några ljusvägar, moder, är långa eftersom ljuset speglas i fiberkärnans vägg många gånger, medan andra är kortare eftersom de speglas få gånger eller inte alls. En enda väldefinierad ljuspuls som skickas in fibern kommer därför att bli mer och mer utspridd i tiden, ju längre fibern är. Till slut är fibern så lång att två närliggande ljuspulser inte går att detektera som två olika pulser längre. © 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

978-91-44-08306-3_1_book.indd 37

2013-07-26 10:13

38

 Kapitel 3 At t skicka signaler på en länk

Figur 3.3 Kommunikation mellan två applikationer.

Dator A

Dator B

Applikation

Applikation bitar

bitar

Nätadapter

länk

Nätadapter

3.2 Digital kommunikation Vid digital kommunikation skickas data i form av bitar över en länk. Den enhet som tar hand om bitöverföringen kallas för en nätadapter (network adaptor). Användarapplikationen skickar bitarna till nätadaptern, som kodar bitarna till signaler. Signalerna skickas till mottagarens nätadapter som omvandlar dem till binära bitar igen. Bitarna skickas sedan vidare till användarapplikationen hos mottagaren, se figur 3.3.

För att kunna överföra bitar på en länk måste man först bestämma hur bitarna skall representeras av olika signaler. Bitarna kan antingen representeras av digitala signaler, vilket innebär att vi har digital transmission, eller så representeras bitarna av analoga signaler, vilket innebär analog transmission. I detta avsnitt beskrivs därför grundprinciperna för digital och analog transmission.

Frekvensband Länken som signalerna skall skickas över har en viss bandbredd, vilket i detta fallet innebär att den bara kan överföra ett visst antal frekvenser. Man brukar säga att signalerna skickas över en kanal (channel). Denna kanal kan vara fysisk, i de fall då den fysiska länken endast används av ett sändar–mottagarpar. Men den kan också vara logisk, vilket innebär att sändningen måste ske över vissa tilldelade frekvenser. Den fysiska länken kan då användas av andra sändar–mottagar-par om de använder andra frekvenser. Detta innebär att vi kan definiera en kanal som ett frekvensband med frekvenser mellan Amplitud

Figur 3.4 En kanal.

Frekvens f1

f2 © 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

978-91-44-08306-3_1_book.indd 38

2013-07-26 10:13

Kapitel 3 At t skicka signaler på en länk

0

0

1

0

1

1

1

1

0

1

39

0 + –

0

Figur 3.5 NRZ-kodning av en bitström.

f1 och f2, se figur 3.4. Om den undre frekvensen är f1 = 0 Hz, har vi så kallad basbandsöverföring (baseband transmission). Detta används till exempel i telenätet mellan abonnenten och närmaste telefonstation.

Digital transmission Vid digital transmission representeras ettor och nollor av olika spänningsnivåer om elektriska signaler används, eller olika energinivåer om optiska signaler används. Mottagaren läser av spänningsnivån på länken vid vissa tidpunkter och kan därigenom se vilka bitar som har skickats. Denna transmissionsteknik kallas för linjekodning (line coding). Det finns flera olika metoder för linjekodning. Här följer några exempel.

Non-return-to-zero (NRZ) Det mest uppenbara sättet att koda bitar på en länk är givetvis att låta en etta motsvaras av en amplitudnivå och låta en nolla motsvaras av en annan amplitudnivå. Denna metod används i NRZ, som oftast brukar vara definierat så att en nolla representeras av en positiv spänningsnivå och en etta av en negativ spänningsnivå. Figur 3.5 visar hur en bitström kommer att kodas med NRZ2.

Problemet med NRZ är att när flera nollor eller ettor kommer efter varandra medför det att signalnivån är lika under en längre tid. Detta gör att det kan bli problem med synkroniseringen mellan sändare och mottagare: det blir helt enkelt svårt för mottagaren att veta när nästa bit kommer.

Manchester För att komma till rätta med synkroniseringsproblemen i NRZ kan man i stället använda sig av en Manchesterkodare. Den inverterar alltid signalen i mitten av varje bit, se figur 3.6. En nolla representeras av en övergång från positiv till negativ spänningsnivå, och en etta av en övergång från negativ till positiv nivå. Detta medför att signalen byter amplitudnivå för varje bit, oavsett om det är en nolla eller en etta som skickas.

2 Namnet non-return-to-zero kommer av att signalen alltid motsvarar en etta eller en nolla, även om inget sänds. Det finns exempel på linjekodning där varje bit åtskiljs av en tidsperiod där signalen återgår till spänningsnivån noll. © 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

978-91-44-08306-3_1_book.indd 39

2013-07-26 10:13

40

 Kapitel 3 At t skicka signaler på en länk

Figur 3.6 Manchesterkodning av en bitström.

0

0

1

0

1

1

1

1

0

1

0

Problemet med Manchester är att frekvensen med vilken signalen byter tillstånd är dubbelt så hög som i NRZ. Detta ställer högre krav på sändningsoch mottagningsutrustningarna. Detta gör också att mottagaren bara har hälften så lång tid på sig att avläsa vilken bit det är som har skickats, vilket kommer att öka sannolikheten för att mottagaren gör fel.

Differential Manchester I differential Manchesterkodning inverteras fortfarande signalnivån i mitten av varje tidsintervall som motsvarar sändningen av en bit. Men nu representeras en nolla av att signalen inverteras också i början av det tidsintervall som motsvarar en bit, medan en etta representeras av att signalen inte ändras i början av intervallet, se figur 3.7. Detta medför att frekvensen med vilken signalen byter tillstånd blir lägre än för vanlig Manchesterkodning.

Analog transmission Vid analog transmission av binärdata representeras ettorna och nollorna av förändringar av en sinusvåg, den så kallade bärvågen (carrier signal), som skickas över länken. Detta brukar kallas för modulering (modulation) av binärdata eller digital-analog modulering och används till exempel inom mobiltelefoni, samt digital radio- och tv-utsändningar.

Sinusvågen En sinusvåg kan beskrivas med hjälp av funktionen: g(t) = Asin(2pft+f) (3.1)

0

Figur 3.7 Differential Manchesterkodning av en bitström.

0

1

0

1

1

1

1

0

1

0

En övergång i början av ett intervall betyder en nolla.

© 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

978-91-44-08306-3_1_book.indd 40

2013-07-26 10:13

Kapitel 3 At t skicka signaler på en länk

(a) t

41

Figur 3.8 Exempel på sinusvågor. (a) g(t)=sin(t), (b) g(t)=sin(t+p/2), (c) g(t)=sin(2t).

(b) t

(c) t

där g(t) är signalens amplitud vid tiden t, A är den maximala amplituden (peak amplitude), f är frekvensen (frequency) samt p är fasen (phase), se figur 3.8. För elektriska signaler mäts oftast amplituden i volt. Frekvensen mäts i Hertz (Hz) och anger antalet cykler som sinusvågen går igenom på en sekund, vilket är det samma som antalet perioder per sekund. Fasen anger sinusvågens relativa position vid tiden noll.

Sinusvågen karaktäriseras alltså av tre storheter: amplitud, fas och frekvens.

Genom att variera en av dessa storheter, skapar man två versioner av samma sinusvåg som därigenom kan representera en etta respektive en nolla. Det finns således minst tre olika slags moduleringstekniker: amplitudmodulering (amplitude shift keying, ASK), frekvensmodulering (frequency shift keying, FSK) och fasmodulering (phase shift keying, PSK).

Amplitudmodulering I amplitudmodulering ändras amplituden på sinusvågen så att en etta har annan amplitud än en nolla. I figur 3.9 visas ett exempel där bärvågen för en nolla har hälften så stor amplitud som bärvågen för en etta. Nackdelen med ASK är att den är känslig för störningar. Om det uppkommer andra elektromagnetiska vågor på länken, till exempel genom interferens med andra länkar, adderas dessa störningssignaler till bärvågen. Detta kan medföra att mottagaren tror att den har tagit emot en etta när det var en nolla som skickades.

© 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

978-91-44-08306-3_1_book.indd 41

2013-07-26 10:13

42

 Kapitel 3 At t skicka signaler på en länk

Figur 3.9 Exempel på amplitudmodulering.

1

0

tid

Frekvensmodulering Med frekvensmodulering representeras ettor och nollor av två sinusvågor med olika frekvens. Ett exempel visas i figur 3.10. Frekvensen för en etta är dubbelt så hög som frekvensen för en nolla. FSK är mindre känslig för störningar än amplitudmodulering. Eftersom mottagaren endast söker efter en viss frekvens kan den ignorera eventuella amplitudskillnader. Begränsningen med FSK är länkens bandbredd, det vill säga hur höga frekvenser som kan skickas över länken.

Fasmodulering I fasmodulering representeras ettor och nollor av sinusvågor med olika fas.

Ett exempel finns i figur 3.11(a), där en etta har fasen 0 radianer och en nolla har fasen p radianer (180 grader). Metoden som visas i figuren kallas oftast för 2-PSK eftersom två olika faser används. Om man i stället använder fyra faser, så kallad 4-PSK (Quadrature PSK, QPSK), kan varje fas representera 2 bitar, se figur 3.11(b). PSK är varken störkänsligt som ASK eller bandbreddsbegränsad som FSK. Begränsningen med PSK är att mottagaren måste kunna identifiera små skillnader i fasen. Genom att kombinera två ASK-signaler, som dessutom är fasförskjutna i förhållande till varandra, kan man uppnå större bithastigheter, Denna moduleringsteknik kallas för Quadrature amplitude modulation (QAM) och används i alla moderna modem.

1

Figur 3.10 Exempel på frekvensmodulering.

0

tid

© 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

978-91-44-08306-3_1_book.indd 42

2013-07-26 10:13

Kapitel 3 At t skicka signaler på en länk

1

0

43

Figur 3.11 Exempel på fas­modulering: (a) 2-PSK; (b) 4-PSK.

(a) tid

00

01

10

11

(b) tid

3.3 Spread spectrum Spread spectrum är en teknik som uppfanns i USA under andra världskriget av bland annat Hedy Lamarr, en känd Hollywoodstjärna på den tiden. Spread spectrum är utvecklad för trådlösa system och går ut på att man använder mycket större bandbredd för att skicka en signal än vad signalen innehåller (man ”sprider ut” bandbredden). Militären har använt tekniken för att kunna dölja signaler som skickas. Genom sådana speciella spridningstekniker är det svårt för någon att avlyssna signalen. Det finns två typer av spread-spectrumtekniker: Frequency hopping spread spectrum (FHSS) och Direct sequence spread spectrum (DSSS).

Frequency hopping spread spectrum (FHSS) FHSS är den spread-spectrum-teknik som först patenterades av Hedy Lamarr och George Antheil 1941. Då var det tänkt att tekniken skulle användas av den amerikanska militären för att styra torpeder. Tyvärr trodde ingen på idén förrän ett par decennier senare, då patentet redan hade gått ut.

I FHSS delas det tillgängliga frekvensbandet upp i många kanaler med liten bandbredd. En sändare använder en frekvens ett litet tag och hoppar sedan till en annan frekvens. Mottagaren vet om vilka frekvenser sändaren använder, den så kallade hoppsekvensen (hopping sequence) och kan därigenom detektera bitarna som skickas. Någon som inte vet hoppsekvensen har svårt för att avlyssna dataöverföringen. Det finns två varianter av FHSS: slow hopping

© 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

978-91-44-08306-3_1_book.indd 43

2013-07-26 10:13

18 mm

Jens A. Andersson är civilingenjör och arbetar som universitetsadjunkt vid Lunds tekniska högskola. Han har lång erfarenhet dels av utveckling, drift och underhåll av stora campusnät för datakommunikation från Lunds universitet och Universitetssjukhuset i Malmö och av utbildning av blivande civilingenjörer i datakommunikation och nätverksteknik. Hans forskning ligger också inom detta intresseområde.

| Datakommunikation och nätverk

Datakommunikation och nätverk

Maria Kihl Jens A. Andersson

Maria Kihl är docent i Teletrafiksystem vid Lunds tekniska högskola. Hon driver nationella och europeiska forskningsprojekt fokuserade på Telekommunikation och Internet-infrastruktur samt undervisar på civil­ingenjörsprogrammen i Datateknik och Elektroteknik. Hon har lång erfarenhet av kursutveckling och universitetspedagogik inom området.

Sedan den första webb-läsaren lanserades 1993 har vårt sätt att skaffa information och kommunicera med varandra förändrats radikalt. Smarta mobiler och läsplattor har ändrat vårt beteende­ mönster. Ett globalt datanätverk - Internet - gör det 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 kommunikationskanaler 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, fast och trådlös • TCP/IP • Paketväxling och routing • Datasäkerhet • Fast och mobil telefoni • Ad-hoc och sensornätverk

Datakommunikation och nätverk Maria Kihl Jens A. Andersson

Datakommunikation och nätverk lämpar sig för kurser i ämnet vid ingenjörsutbildningar alternativt till praktiskt inriktade utbildningar inom data och nätverk.

På bokens webbplats www.studentlitteratur.se/36375 finns allt bildmaterial för nedladdning.

Art.nr 36375

www.studentlitteratur.se

978-91-44-08306-3_01_cover.indd 1

2013-07-26 09:53