Osnove prijenosa podataka

1

Predgovor

Ova je skripta prvenstveno namijenjena predmetu “Prijenos podataka”, predmetuspecijalizacije profila “Telekomunikacije i informatika” (studijski program“Informacijska i komunikacijska tehnologija”) koji se predaje u trećem semestrudiplomskog studija na Fakultetu elektrotehnike i računarstva u Zagrebu. U skriptisu obrađeni osnovni pojmovi koji se koriste u transportu informacijatelekomunikacijskim mrežama. Poseban je osvrt dan na digitalne komunikacijskesustave i model otvorenih komunikacijskih sustava, OSI RM. Unutar tog modeladetaljno su obrađeni fizički sloj i sloj informacijskog linka. Takav pristupodgovara nazivu predmeta (Prijenos podataka) kojem je ova skripta inamijenjena.

Konvencije korištene u ovoj skripti:

• prijevod termina na hrvatski (engleski termin)većina stručnih naziva napisana je zajedno s izvornim nazivom na engleskom, pričemu je hrvatski pojam masno otisnut, a engleski napisan u zagradi kurzivom;

• značenje skraćenice na hrvatskom (skraćenica – značenje skraćenice na

engleskom)u ovoj je skripti većina skraćenica prevedena na hrvatski (masno otisnuto), asama skraćenica je napisana velikim slovima u zagradi zajedno s izvornimengleskim značenjem pisanim kurzivom). Na mjestima gdje nisam smatraopotrebnim prevoditi skraćenicu ona je napisana samostalno (bez prijevoda), aodmah u zagradi do nje i značenje na engleskom:

• skraćenica (značenje na engleskom).

2

Osnovni zadatak komunikacijskog sustava (communication system) jeomogućiti razmjenu informacija između izvora i odredišta. Komunikacijskisustavi mogu biti analogni i digitalni. U potpuno analognom komunikacijskomsustavu signal se na cijelom komunikacijskom putu od izvora do odredištatransportira u analognom obliku. Primjer takvog sustava je analogni telefonskisustav (POTS – Plane Old Telephone System) koji pruža osnovnu telefonskuuslugu (POTS – Plane Old Telephone Service). U današnje vrijeme se potpunoanalogni komunikacijski sustavi iznimno rijetko koriste. Suvremeni sukomunikacijski sustavi uglavnom digitalni. Informacija se cijelimkomunikacijskim putem (communication path) od izvora do odredištatransportira u digitalnom obliku ili se koristi kombinacija digitalne i analognekomunikacije, što znači da je na pojedinim segmentima komunikacijskog putasignal koji prenosi informaciju digitalni, a na ostalim dijelovima analogni. U ovojće skripti biti razmatrani isključivo digitalni komunikacijski sustavi. Na početkukomunikacijskog puta u osnovnom modelu digitalnog komunikacijskog sustava(DCS – Digital Communication System) nalazi se informacijski izvor kojigenerira signal izvora, g(t). Informacija (information, na gornjem slajduoznačena kao m) može biti govorna ili glasovna (voice), podatkovna (data, npr.podaci upisani u bazu ili datoteku pohranjenu na čvrstom disku računala), video,audio i dr. Signal na izlazu izvora može biti kontinuiran (analogni; amplitudasignala poprima kontinuirane vrijednosti) ili diskretan (amplituda signalapoprima diskretne vrijednosti). Signal u općenitom smislu predstavlja fizikalni(električki, optički) prikaz informacije koju prenosi. Digitalni signal je diskretansignal koji se u pravilu sastoji od slijeda pravokutnih impulsa definiraneamplitude i trajanja.

3

Zadatak je kodera izvora (source coder) da signal izvora pretvori u digitalnisignal i(t), pogodan za daljnju obradu i prijenos, tj. transmisiju (transmission).Koder izvora je u većini digitalnih komunikacijskih sustava binarni i sve kodneriječi na izlazu kodera izvora imaju u pravilu jednaku duljinu izraženu brojembita. Sukladno teoriji informacije, koder izvora mora djelovati na takav način daprosječna količina bita po svakoj kodnoj riječi bude što manja (donja je granicaodređena entropijom izvora). Nadalje, koder kanala (channel coder) preuzimaformirane kodne riječi i dodaje im zalihost (redundanciju) koja u prijemuomogućava raspoznavanje simbola primljenih s pogreškom. Pogreške nasimbolima nastaju uslijed djelovanja smetnji u prijenosu (signal n(t)). Zadatak jepretvarača da izlaz iz kodera kanala, signal k(t), pretvori u signal s(t) pogodan zaprijenos medijem. Pretvarač tu pretvorbu može obavljati na dva bitno različitanačina: digitalna modulacija (digital modulation) i linijsko kodiranje (line

coding). Nakon djelovanja pretvarača signal se prenosi prijenosnim medijem doprijemnika. Pretvarač u prijemniku pretvara signal primljen s medija, r(t), udigitalni signal p(t). Predajni filtar u predajniku i prijemni filtar u prijemnikuograničavaju prijenosni pojas signala i oblikuju njegov spektar na takav način dase na izlazu prijemnog filtra postigne dovoljno veliki odnos srednje snage signalai srednje snage šuma kako bi se ostvarila željena kvaliteta prijenosa signala.Dekoder kanala otkriva pogreške simbola (symbol error), koje nastaju tijekomprijenosa. Ovisno o vrsti primijenjenog koda neki koderi kanala mogu i ispravljatipogreške simbola (samo idealan kod kanala omogućava otkrivanje i ispravljanjesvih pogrešaka simbola). Ako prilikom prijenosa nije bilo pogrešaka, ili ako jedekoder kanala uspio ispraviti sve pogreške, tada će vrijediti i(t+τ) = d(t), pričemu je τ kašnjenje u prijenosu i obradi signala koje unose pojedini dijeloviDCS-a.

4

Izlaz dekodera kanala, d(t), u obliku kodnih riječi fiksne duljine dolazi na ulazdekodera izvora koji kodne riječi pretvara u signal o(t) (vidi sliku modeladigitalnog komunikacijskog sustava) i šalje ga odredištu. Na odredištu se signalo(t) pohranjuje kao informacija m’. Stupanj podudarnosti informacija m i m’najviše ovisi o pogreškama simbola, a dijelom i o vrsti signala izvora, g(t).Prilikom pretvorbe analognog signala izvora u digitalni na odredištu će vrijediti:o(t+τ’) ≠ g(t), čak i kad nema smetnji u prijenosu.

U literaturi se vrlo često za signal koji ima oblik slijeda pravokutnih impulsakoristi naziv digitalna podatkovna poruka (digital data message), odnosnoskraćeno podaci (data, njemački Daten). U teoriji komunikacijskih sustavapojam podaci odnosi se na zapis informacije. Otuda i potječe naziv podatkovnekomunikacije (data communications), odnosno prijenos podataka (data

transmission). Na primjer, nečiji govor je informacija, a uzorak govornog signala(npr. električkog signala na izlazu mikrofona) je podatak o trenutnoj amplitudigovora. Kad se taj uzorak pretvori u slijed binarnih simbola (bita), nastajedigitalna podatkovna poruka, odnosno digitalni podaci. Nasuprot tome, pojampodaci označava i vrstu informacije generirane u izvoru, npr. podaci o osobamaspremljeni u bazu podataka (database) ili podaci u tekstualnoj datoteci (file).Zbog izbjegavanja moguće dvoznačnosti pojma podaci u danom kontekstu (vrstainformacije na izvoru i zapis informacije) u ovoj je skripti korišten pojaminformacija (osim na mjestima gdje je korištenje pojma podaci nužno). Dakle, odizvora do odredišta transportira se informacija. Komunikacijski sustav neobavlja obradu informacije već isključivo njen transport s kraja na krajkomunikacijske mreže (communication network). Jedan od osnovnih ciljeva usuvremenim komunikacijama je integracija svih vrsta usluga (govornih,podatkovnih, video i dr.) u jedinstvenu komunikacijsku mrežu.

5

Na gornjoj slici prikazan je dio spektra elektromagnetskog (EM) zračenja koji sekoristi u pojedinim prijenosnim medijima. Prijenosne medije je moguće podijelitiu dvije skupine: omeđeni (guided) i neomeđeni (unguided). U omeđene medijeubrajamo upredene parice (twisted pair), koaksijalne kabele (coaxial cable) ioptičke niti (optical fiber). Zajednički naziv za prijenos signala upredenimparicama i koaksijalnim kabelima je žični prijenos. Za prijenos neomeđenimmedijem (zrak) koristi se naziv bežični prijenos (wireless transmission), koji pakmože biti radijski, infracrveni i dr. Dva najvažnija prijenosna parametra kojiopisuju prijenosni medij su prijenosna brzina (transmission rate) i dometprijenosa (transmission range). Domet prijenosa moguće je definirati kaonajveću udaljenost do koje je izvediv prijenos danim medijem uzzadovoljavajuću i unaprijed definiranu kvalitetu prijenosa. Kvaliteta prijenosa senajčešće određuje pomoću vjerojatnosti pogreške binarnih simbola, tj.vjerojatnosti pogreške bita (BER – Bit Error Ratio). Sljedeći čimbenici utječuna brzinu i domet prijenosnog medija. Širina prijenosnog pojasa (bandwidth) –što je širina prijenosnog pojasa veća to je moguće postići veću prijenosnu brzinu.Izobličenja u prijenosu – izobličenja signala smanjuju domet prijenosa. Kodomeđenih prijenosnih medija najveće je prigušenje signala u upredenimparicama, a najmanje u optičkim nitima. Interferencija – smetnje koje potječuod drugih signala (npr, preslušavanja) imaju za posljedicu izobličenje korisnogsignala u prijenosu. Najveće smetnje uslijed interferencije javljaju se u bežičnomprijenosu, ali ih ima i u omeđenim medijima (parice, koaksijalni kabel). Brojprijemnika – prijenosnim medijem može biti međusobno povezano dva ili višemrežnih uređaja, pri čemu svaki priključak prijemnika doprinosi povećanjuprigušenja i izobličenja signala u prijenosu, što dodatno ograničava dometprijenosa i prijenosnu brzinu.

6

Jedan od važnih ciljeva koje je potrebno ostvariti kako bi prijenos medijem bioučinkovit je prilagodba spektra signala raspoloživoj širini prijenosnog pojasaprijenosnog medija. U fazi proizvodnje kreiraju se žični i optički prijenosnimediji željenih karakteristika. Međutim, kad se takav prijenosni medij jednominstalira, njegove se karakteristike vrlo sporo mijenjaju pod utjecajem okoline(temperatura, vlaga i dr.). Iznimku čine zračni vodovi (postavljaju se na stupoveiznad zemlje) koji se danas iznimno rijetko koriste u telekomunikacijama.Najizloženiji utjecajima okoline je neomeđeni medij, tj. zrak, a realizacijabežičnih komunikacija je najsloženija. Predajnik mora omogućiti da sekarakteristike signala prilagode karakteristikama prijenosnog medija. To jemoguće postići digitalnim modulacijskim postupcima i linijskim kodiranjem.Digitalni modulacijski postupci koriste digitalni signal kao modulacijski signalpomoću kojeg djeluju na neko od obilježja (amplituda, frekvencija, faza)analognog (sinusnog) signala nosioca (carrier), uslijed čega nastaje moduliranisignal, koji se prenosi medijem. Dakle, jedan ili više bita zajedno čine simbol kojise prenosi pomoću određene kombinacije amplitude, frekvencije i faze signalanosioca. Digitalni modulacijski postupak ima za posljedicu pomicanje spektradigitalnog signala iz osnovnog pojasa (baseband) u više frekvencijsko područjesmješteno oko frekvencije signala nosioca. Linijsko kodiranje pretvara slijedbinarnih simbola u slijed simbola koji je pogodan za prijenos (npr. u slijedternarnih simbola “1”, “0” i “-1”). Linijski kod ne izaziva pomicanje spektrasignala koji dolazi na ulaz linijskog kodera, već isključivo sužavanje, a u nekimsituacijama i proširenje spektra tog signala. U prijemniku pretvarač obavljaobrnuti postupak, tj. demodulaciju, odnosno pretvorbu linijskog koda u binarnikod.

7

U osnovnom modelu DCS-a izvor i odredište informacije međusobno su povezaniprijenosnim medijem koji obavlja isključivo funkciju prostiranja signala odpredajnika do prijemnika koji se nalaze na međusobno odvojenim fizičkimlokacijama. Informacijski kanal (information channel) je moguće općenitodefinirati kao sredstvo za transport informacija između dvije točke u mreži, npr. Ai B. Informacijski kanal je u pravilu jednosmjeran (transport informacija mogućsamo u smjeru od A do B, ili od B do A, ali ne i u oba smjera). Nadalje, mogućeje definirati i dvosmjerni informacijski kanal, što znači da su u stvariuspostavljena dva informacijska kanala, jedan omogućava transport informacijaod A do B, a drugi od B do A (pri tome nije nužno da oba informacijska kanalabudu izgrađena nad istim fizičkim putovima kroz komunikacijsku mrežu).Informacijski kanal je moguće promatrati na različitim razinama mreže(podrobniji opis razina bit će opisan u modelu OSI RM). Sam prijenosni medijtakođer predstavlja informacijski kanal. Takav se informacijski kanal običnonaziva kanal. Dakle, svaki informacijski kanal promatran na višoj razini mrežesastoji se na fizičkoj (ili fizikalnoj) razini od lanca kanala. Jedan od osnovnihparametara kanala je njegova širina prijenosnog pojasa (bandwidth) koja semjeri jedinicom herc (Hz). Prijenosni pojas, kojeg je moguće nazvati i propusnipojas, je onaj dio frekvencijskog područja unutar kojeg kanal propuštafrekvencijske komponente sa svog ulaza na izlaz s prigušenjem koje je manje odneke definirane vrijednosti. Prijenosni pojas se određuje u odnosu na prijenosnufunkciju kanala. Prijenosna funkcija općenito opisuje frekvencijsku ovisnostomjera napona na izlazu linearnog vremenski nepromjenjivog sustava (LTIsystem – linear time-invariant system) i napona na ulazu tog sustava. Kanal iprijenosni kanal moguće je u većini realnih komunikacijskih sustava tretirati kaoLTI sustav.

8

Većina realnih kanala ima obilježje niskog propusta (propušta signale čija sefrekvencija nalazi unutar pojasa od 0 Hz pa sve do neke granične frekvencije fg)ili pojasnog propusta (propušta signale čija se frekvencija nalazi unutar pojasaod f0 – fg do f0 + fg, pri čemu je f0 dovoljno velika frekvencija). Dakle, širinaprijenosnog pojasa tako definiranih kanala je sljedeća: za niski propust B = fg

[Hz], a za pojasni propust B = 2fg [Hz]. Postoji više načina kako definiratigraničnu frekvenciju. U realnim se kanalima najčešće koristi metoda tzv. 3-dBtočke, tj. frekvencije u kojoj vrijednost amplitudnog spektra padne na (1/2)1/2 odvršne vrijednosti. Jednim je prijenosnim medijem moguće istovremeno prenositi iviše od jednog kanala. Te kanale možemo smatrati i potkanalima (subchannel)glavnog kanala, tj. prijenosnog medija. Kanale unutar jednog prijenosnog medijapotrebno je međusobno raspregnuti kako ne bi ometali jedni druge. Kanali semeđusobno rasprežu pomoću jedne od četiri koordinate prijenosa: prostor,frekvencija, vrijeme i dinamika. Ako se radi o rasprezanju po frekvencijama,vremenu ili dinamici, tada u jednom prijenosnom mediju egzistira istovremenonekoliko frekvencijskih kanala, vremenskih kanala, odnosno kanala raspregnutihpo dinamici. U slučaju prostornog rasprezanja, više prijenosnih medija (svaki usvojstvu potkanala) tvori jedan glavni (skupni) kanal. Multipleksiranje(multiplexing) je naziv za tehniku rasprezanja kanala. Prijenos signala omeđenimprijenosnim medijem može biti jednosmjeran ili dvosmjeran. Prilikomdvosmjernog prijenosa signala jednim omeđenim medijem (jedna upredenaparica, jedan koaksijalni kabel ili jedna optička nit) potrebno je raspregnutismjerove prijenosa. U žičnom se prijenosu to čini pomoću sklopa nazvanograšlje (hybrid), dok se u optičkom prijenosu koriste različite valne duljine zasvaki smjer prijenosa.

9

Promatrajmo slučajni proces X(t) frekvencijski ograničen na pojas od 0 do B

[Hz]. Diskretni uzorci tog procesa, Xk, uzimaju se frekvencijom 2B [Hz](sukladno Nyquistovom teoremu uzimanja uzoraka). Svaki uzorak Xk predstavljakontinuiranu slučajnu varijablu. Uzorci Xk se dovode na ulaz kanala koji imakarakteristiku niskog propusta, ograničenog na frekvencijski pojas od 0 do B

[Hz], i prenose se tim kanalom brzinom 1/T uzorak/s. Dakle, broj uzorakaslučajnog procesa, K, određen je izrazom: K = 2BT. U kanalu djeluje aditivnibijeli Gaussov šum (AWGN – aditive white Gaussian noise) spektralne gustoćesnage N0/2, pojasno ograničen na područje frekvencija od 0 do B [Hz]. Za uzorkeslučajnog procesa Y(t) na izlazu kanala vrijedi: Yk = Xk + Nk, k = 1, 2, ..., K. Svakiuzorak šuma, Nk, ima Gaussovu funkciju gustoće vjerojatnosti, srednja mu jevrijednost jednaka nuli, a varijanca određena izrazom: σ2 = N0B. Pretpostavka jeda su uzorci Yk međusobno statistički neovisni. Kanal opisan prethodnim izrazimanaziva se bezmemorijski Gaussov kanal s diskretnim vremenom (discrete-

time, memoryless Gaussian channel). Predajnik ima ograničenu snagu, varijancauzorka Xk iznosi E[Xk

2] = P. P ujedno predstavlja srednju snagu predajnika, tj.srednju snagu signala na ulazu kanala. Informacijski kapacitet tako definiranogkanala određen je izrazom:

C = Blog2(1 + P/σ2) [bit/s].

10

Na temelju prethodno definiranog informacijskog kapaciteta Claude Shannon jedefinirao svoj treći teorem, odnosno teorem o informacijskom kapacitetu(information capacity theorem). Izraz za informacijski kapacitet kanala C =Blog2[1 + P/(N0B)] [bit/s], moguće je napisati i na sljedeći način:

C = Blog2(1 + S/N) [bit/s],

pri čemu S označava srednju snagu signala predajnika (S = P), a N označavasrednju snagu šuma u kanalu (N = N0B). Nadalje, često se Shannonov izraz zainformacijski kapacitet kanala zapisuje i u sljedećem obliku:

C = 2Blog2(1 + S/N)1/2 = 2BD [bit/s],

pri čemu veličina D označava dinamiku:

D = (1/2)log2(1 + S/N) [bit/s/Hz] ili [bit/prijenos].

Informacijski kapacitet kanala lakše je povećati proširenjem propusnog pojasakanala, nego povećanjem odnosa S/N. Teorem o informacijskom kapacitetukanala implicira da je kanalom širine prijenosnog pojasa B [Hz], na čijem ulazudjeluje predajnik čija je srednja snaga P, moguće slati informacije brzinom C

[bit/s] uz proizvoljno malu vjerojatnost pogreške simbola u prijemu, Pe, naravno,uz primjenu sustava kodiranja informacije koji posjeduje zadovoljavajuću razinusloženosti. Ukoliko se informacije šalju kanalom brzinom koja je veća odkapaciteta kanala, u prijemniku će se javljati pogreške simbola bez obzira narazinu složenosti sustava kodiranja. Dakle, teorem o informacijskom kapacitetupredstavlja fundamentalno ograničenje brzine prijenosa informacija pojasnoograničenim Gaussovim kanalom na čijem ulazu djeluje predajnik signalaograničene snage, i pri kojoj je moguće izbjeći pogreške simbola u prijemu.

11

Smanjenje odnosa srednje snage signala i srednje snage šuma, izraženo faktoromΓ, funkcija je dozvoljene vjerojatnosti pogreške simbola (BER, BER je definirankao omjer broja bita primljenih s pogreškom prema ukupnom broju primljenihbita) i sustava kodiranja informacije koji se koristi u realnom (ostvarivom)kanalu. Faktor Γ određuje učinkovitost sustava kodiranja u odnosu na idealniprijenosni sustav. Korištenjem npr. rešetkastog koda (trellis code) moguće jefaktor Γ smanjiti na 1 dB.

Decibel je jedinica za logaritamski omjer dviju snaga. Omjer snage P1 i snage P2,zadanih u vatima [W], moguće je zapisati kao:

A = 10log10(P1/P2) [dB].

Potrebno je napomenuti da se prilikom proračuna informacijskog kapacitetakanala u izraz za kapacitet kanala unosi apsolutni iznos omjera srednje snagesignala i srednje snage šuma zadanih u vatima, a ne logaritamski iznos tog omjerau decibelima.

12

Harry Nyquist je definirao maksimalnu prijenosnu brzinu kojom je moguće slatisimbole kroz kanal čija je karakteristika jednaka karakteristici idealnog niskogpropusta širine prijenosnog pojasa B [Hz]. Na ulaz takvog kanala dovode seuzorci signala, tj. simboli u obliku funkcija δ(t – kT), k ∈ Z. Brzina prijenosasimbola kanalom jednaka je dakle R = 1/T [simbol/s]. U prijemniku se uzimajuuzorci primljenog signala. Trenuci uzimanja uzoraka moraju biti točno usklađenis oblikom odziva kanala. S obzirom da je tako definirani kanal ujedno i LTIsustav, odziv na slijed simbola moguće je na izlazu kanala promatrati kao zbrojodziva na pojedinačne simbole. Odziv kanala na svaki pojedinačni simbol δ(t –kT) je funkcija oblika sin(x)/x. Uz pretpostavku da je fazna karakteristika kanalajednaka nuli, odziv kanala na simbol δ(t – kT) poprima maksimum u trenutku t =kT, a u točkama kT ± nT, k ≠ n, n ∈ Z, odziv kanala prolazi kroz nulu. Nyquist jedakle pokazao, promatrajući odziv kanala na svaki pojedinačni simbol, da je naizlazu kanala moguće izbjeći međusimbolnu interferenciju (ISI) u trenucimauzimanja uzoraka, ali samo ako se uzorci uzimaju u trenucima t = kT. Iz togaslijedi da maksimalna brzina kojom je moguće slati simbole kroz idealanniskopropusni kanal širine prijenosnog pojasa B [Hz] iznosi R = 2B [simbol/s].Naravno, ako se simboli šalju i manjom brzinom od R, tj. brzinom Rm = R/m, m ∈

N, ISI će biti izbjegnuta ukoliko se uzorci uzimaju u trenucima t = kmT [s]. Sobzirom da idealan niskopropusni kanal nema značaja za realne prijenosnesustave, Nyquist je svoja razmatranja proširio na kanal čija je prijenosna funkcijajednaka funkciji izdignutog kosinusa, i čija je širina prijenosnog pojasa dvostrukoveća od širine prijenosnog pojasa idealnog niskog propusta. Ujedno je pokazao datakva prijenosna funkcija daje dodatna poboljšanja glede otklanjanja štetnogutjecaja međusimbolne interferencije.

13

Prilikom prethodnog razmatranja prvog Nyquistovog kriterija nije uzet u obzirodnos između simbola i bita. Općenito, ako se radi o višerazinskom, tj. M-narnomprijenosnom sustavu tada svaki uzorak, tj. simbol prenosi log2M bita informacijekroz kanal. Drugim riječima, svaki uzorak može poprimiti jednu od M vrijednosti(to mogu biti amplitude signala, frekvencije, faze ili kombinacija tih parametara).Dakle, u M-narnom sustavu maksimalna brzina slanja kroz idealni niskopropusnikanal širine prijenosnog pojasa B [Hz] iznosi 2Blog2M [bit/s]. Nyquist je svojimizrazom obuhvatio isključivo fenomen ISI-a, a nije uzeo u obzir djelovanjeslučajnih smetnji u prijenosu, odnosno srednju snagu šuma koja dodatnoograničava kapacitet kanala. Ako šum ne uzmemo u razmatranje, tada brojnaponskih razina po uzorku signala može biti teoretski beskonačan, pa uslijedtoga i kapacitet kanala može biti neograničen. Naravno, prvi Nyquistov kriterijnema praktično značenje za proračun kapaciteta kanala, već samo objašnjavanužnost usklađivanja predaje i prijema signala s prijenosnom funkcijom kanala.Brzina predaje i frekvencija uzimanja uzoraka moraju biti međusobno jednake, atočan trenutak uzimanja uzoraka unutar simbolnog intervala (faza uzimanjauzoraka) mora biti usklađen s oblikom impulsnog odziva kanala, tj. sprijenosnom funkcijom kanala. U svim realnim kanalima postoji određeni iznosISI-a u trenucima uzimanja uzoraka u prijemu simbola. To je posljedica“nepravilnosti” prijenosne funkcije kanala (nije idealna, tj. amplitudnakarakteristika nije jednaka izdignutom kosinusu i/ili fazna karakteristika nijelinearna). Štetni utjecaj ISI-a smanjuje se uporabom ekvilizatora (equalizer) uprijemniku koji ispravlja “nepravilnosti” prijenosne funkcije kanala. Ekvilizatorse implementira kao dio prijemnog filtra. Drugi dio je usklađeni filtar (matched

filter) koji omogućava postizanje što većeg omjera snage signala u trenutkuuzimanja uzoraka i srednje snage šuma.

14

U digitalnim komunikacijskim sustavima signal koji se prenosi medijem imaoblik slijeda sinusnih impulsa ili slijeda pravokutnih impulsa. Svaki impulspredstavlja fizikalni prikaz jednog simbola, odnosno svaki se simbol prenosipomoću odgovarajućeg signalnog elementa (signal element). Slijed signalnihelemenata čini signal (signal, waveform). Svaki simbol prenosi jedan ili više bitainformacije. Prijenos pri kojem se koriste signalni elementi u obliku pravokutnihimpulsa naziva se prijenos u osnovnom pojasu (baseband transmission).Izvorna informacija sadržana je u amplitudi signalnog elementa ili u promjenamaamplitude na razini skupine signalnih elemenata. Prijenos pri kojem se koristesignalni elementi u obliku sinusnih impulsa naziva se prijenos u pomaknutompojasu (passband transmission). Izvorna informacija sadržana je u amplitudi,frekvenciji ili fazi signalnog elementa, ili se prenosi kao kombinacija tih veličina.Prijenosna brzina (transmission rate) predstavlja maksimalan broj bita koje nekiprijenosni sustav može prenijeti u jedinici vremena između predajnika iprijemnika na krajevima prijenosnog sustava. Prijenosna brzina obrnuto jeproporcionalna trajanju bita, R = 1/Tb. U modelu prijenosnog kanala prijenosnabrzina se mjeri na ulazu u pretvarač u predajniku, odnosnu na izlazu pretvarača uprijemniku. Prijenosna brzina nekog prijenosnog sustava determinirana jeodabirom prijenosne tehnologije, tj. odgovarajućim standardom. Na primjer,prijenosna brzina PDH sustava razine E1 iznosi 2,048 Mbit/s. Prijenosna brzina jeu stvari kapacitet prijenosnog sustava, a ne kanala. Prijenosna brzina ostvarivogsustava uvijek je manja od kapaciteta kanala određenog trećim Shannonovimteoremom o informacijskom kapacitetu. Štetne posljedice eventualneneusklađenosti prijenosne brzine s rezultatima prvog Nyquistovog kriterijaispravlja ekvilizator u prijemniku.

15

Jednim signalnim elementom moguće je prenijeti i više od jednog bitainformacije. Stoga se linijska brzina (line rate, signaling rate, modulation rate)mjeri brojem simbola prenijetih između predajnika i prijemnika u jedinicivremena, i u tu se svrhu koristi jedinica nazvana baud. Na primjer, ako se uprijenosu koristi linijski kod 4B3T, koji četiri bita pretvara u tri ternarna simbolakoje prenosi medijem pomoću pravokutnih RZ impulsa, i ako prijenosna brzinaiznosi R bita po jedinici vremena, tada za linijsku brzinu vrijedi izraz: RL [baud]=R [bit/s] · 3/4.

Osim samog linijskog kodiranja u digitalnom prijenosu informacija koristi se iformatiranje pravokutnih signalnih elemenata. Postoje dva formata nazvanaformat signalnog elementa bez povratka razine na nulu (NRZ – Nonreturn to

Zero) i format signalnog elementa s povratkom razine na nulu (RZ – Return

to Zero). Treba napomenuti da razina signalnog elementa ovisi o vrsti prijenosa.Na primjer, ako se radi o binarnom prijenosu, koriste se razine 0 i A volta ili A i –A volta. Ako se koristi ternarni prijenos, razine signalnih elemenata mogu biti –A,0 i A volta. Ako se prilikom linijskog kodiranja slijeda bita koristi format NRZtada će spektar kodiranog signala biti uži nego u slučaju primjene formata RZ.Nasuprot tome, format RZ učinkovitije djeluje na smanjenje međusimbolneinterferencije nego format NRZ.

Sinusni signalni element ima stalnu frekvenciju, fazu i amplitudu unutarsimbolnog intervala trajanja Ts.

16

Prilikom prijenosa signala transmisijskim sustavom vrlo često se javljajuizobličenja signala (determinističke smetnje) i slučajne smetnje. Te dvije pojaverezultiraju degradacijom kvalitete prijenosa, što se u digitalnom prijenosuodražava u većem broju simbola koji u prijemnik dolaze s pogreškom.Izobličenja signala nastaju uslijed specifičnih karakteristika medija. Izobličenjamogu biti linearna (amplitudna i fazna izobličenja) i nelinearna. U linearnaizobličenja signala ubrajaju se prigušenje signala (signal attenuation) idisperzija signala (signal dispersion), tj. proširenje signala. Signal se uvremenskoj domeni prikazuje najčešće kao promjena napona ili struje u vremenu.Istodobno, spektar signala (frequency spectrum) u frekvencijskoj domeni sastojise od dvije komponente: amplitudni spektar i fazni spektar. Svaki prijenosnimedij prigušuje amplitudni spektar signala, a ujedno i utječe na njegov faznispektar uslijed čega dolazi do disperzije signala. Uzrok disperziji signala leži učinjenici da se sve frekvencijske komponente koje sačinjavaju spektar signala nerasprostiru jednakom brzinom kroz medij. Uslijed toga se javlja fazno kašnjenje(phase delay) signala i grupno kašnjenje (group delay) skupine signala različitihfrekvencija. Nelinearna izobličenja, koja se ponekad nazivaju i intermodulacijskišum, nastaju na nelinearnim elementima u prijenosnom sustavu. Izravnaposljedica nelinearnih izobličenja signala je generiranje novih harmonika kojesignal u svom izbornom obliku ne sadrži. Razlikujemo dvije vrste nelinearnihizobličenja: harmonička (od sinusnog signala frekvencije f0 nastaju sinusni signalifrekvencije n·f0, n ∈Ν) i neharmonička (od dva sinusna signala frekvencije f1 i f2

nastaju sinusni signali čije frekvencije iznose m·f1 ± n·f1, m, n ∈Ν). Za razliku odizobličenja koja je moguće opisati determinističkim modelima, slučajne smetnjenastaju stohastički i otežavaju dimenzioniranje sustava.

17

U slučajne smetnje se ubrajaju šum (noise), preslušavanje (crosstalk), feding(fading), tj. iščezavanje signala, i dr. Za razliku od šuma koji je prisutan u svimkomunikacijskim sustavima, preslušavanja su dominantna slučajna smetnja uprijenosnim sustavima (transmission system) realiziranim pomoću upredenihparica. U jednom paričnom kabelu obično se nalazi nekoliko upredenih parica.Signal koji se prenosi jednom paricom prenosi se kapacitivnim imeđuinduktivnim vezama i na ostale parice u zajedničkom kabelu (ili na parice ususjednim kabelima; izvorni naziv na engleskom za takvu smetnju je alien

crosstalk). Stoga se parice upredaju kako bi se smanjilo preslušavanje. Ponekadse parični kabeli oklapaju kako bi se zaštitili od vanjskih smetnji, pogotovo odimpulsnog šuma, ali i da bi sami manje ometali okolne sustave. U optičkomprijenosu preslušavanje između optičkih niti nije moguće.

Pouzdanost digitalnih komunikacijskih sustava izražava se veličinom BER kojapredstavlja vjerojatnost pogreške simbola na izlazu prijemnika, odnosno kanala.Npr. BER na izlazu prijenosnog kanala svakako je veći nego BER mjeren naizlazu kodnog kanala, jer dekoder kanala može određene pogreške simbolaispraviti. U idealnom slučaju, kad smetnje i izobličenja ne bi štetno djelovali nasignal, BER bi na izlazu prijemnika bio jednak nuli. Međutim, u realnimkomunikacijskim sustavima pogreške simbola su uvijek prisutne. Stoga je ciljdizajna digitalnog komunikacijskog sustava smanjenje vjerojatnosti pogrešnogprijema simbola na ostvarivi minimum koji je iz opisanog razloga uvijek veći odnule (npr. BER = 10-11). BER u prijenosnom kanalu izravno je ovisan o omjeruenergije simbola i spektralne gustoće snage šuma na izlazu prijemnog filtra.

18

Na ulaz pretvarača (vidi slajd 2) u predajniku dolazi signal k(t) koji se sastoji odslijeda binarnih simbola {ki}. Signal kojeg generira pretvarač, s(t), prenosiinformaciju iz izvora, m. Signal s(t) se sastoji od slijeda signalnih elemenata {si}.Tijekom prijenosa na signal s(t) djeluju izobličenja prisutna u mediju i smetnje, tese uslijed toga signal s(t) izobliči. Za nastavak razmatranja zanemarimo trajanjeobrade signala i prostiranja signala medijem. Dakle, na ulazu u prijemnik vrijedida je r(t) ≠ s(t). Odstupanje primljenog od poslanog signal ovisi o intenzitetuizobličenja i smetnji. Kao prvo, potrebno je definirati pojam pogreške bita (bit

error, transmission error). U pretvaraču, kao dijelu prijemnika, odvija se procesdetekcije primljenog signala. Točan opis postupaka detekcije, bilo da se radi oprijenosu u osnovnom pojasu ili o primjeni modulacijskih postupaka, izlazi izvanokvira ove skripte. Neovisno o tijeku detekcije, pretvarač pretvara primljenisignal prvo u slijed simbola, kojeg linijski dekoder potom pretvara u slijed bita,{pi}. Ako za neki i vrijedi da je pi ≠ ki, tada kažemo da je na i-tom binarnomsimbolu nastala pogreška. Ako je djelovanje smetnji i izobličenja na signal bilotakve prirode da nakon detekcije vrijedi pi = ki, tada se radi o prijenosu bezpogrešaka (BER na izlazu prijenosnog kanala jednak je nuli). Nadalje, dekoderkanala ima zadatak da korištenjem redundancije koja je ugrađena u primljenislijed bita otkrije što više pogrešaka. Dakle, dekoder kanala može dodatnosmanjiti vjerojatnost pogreške simbola. Svakako treba razlikovati pogreške kojeobjektivno postoje na nekim simbolima od pogrešaka koje je prijemnik otkrio.Dakle, zbog nesavršenosti metoda za otkrivanje pogrešaka moguće je da je pi ≠ ki,a da dekoder kanala to ne detektira kao pogrešku. Prijemnik u realnom sustavu nemože otkriti niti ispraviti sve pogreške tijekom duljeg promatranog razdoblja.

19

Komunikacijsku mrežu je moguće definirati kao sustav koji uređajima nakrajevima mreže, nazvanim krajnji uređaji (end station, end system, host) pružauslugu transfera informacija. Strukturu komunikacijske mreže čine dva osnovnaelementa: (1) čvor ili mrežni čvor (node, network node, communication node),(2) grana (link) ili prijenosni (transmisijski) link (transmission link). Krajnji seuređaji pomoću prijenosnih linkova povezuju sa čvorovima koji su međusobnopovezani u mrežu određene topologije. Prijenosni linkovi koji međusobnopovezuju čvorove nazivaju se i glavni linkovi (trunk). U svakom mrežnom čvoruimplementirane su funkcije komutiranja (switching) i usmjeravanja (routing)informacijskih tokova. Komutiranje je moguće definirati kao operaciju pomoćukoje čvor informaciju koju primi po nekom od svojih ulaznih priključaka (port)usmjeri i pošalje na jedan ili više izlaznih priključaka. Mrežni uređaj koji obavljafunkciju komutiranja naziva se komutator (switch) ili komutacijski čvor.Mehanizam komutiranja u čvoru ovisan je o tome da li se u mreži koristi načelokomutacije kanala (channel switching) ili komutacije paketa (packet

switching). Čvorovi međusobno razmjenjuju informacije o smjerovima (route)koji su raspoloživi za transfer informacije kroz mrežu i o raspoloživimprijenosnim kapacitetima na tim smjerovima. Na taj način svaki čvor možeučinkovito komutirati primljene informacijske tokove. Ta se funkcija čvoranaziva određivanje smjerova transfera, odnosno usmjeravanje. U osnovnaobilježja mrežnih čvorova ubrajaju se brzine prijenosa na priključcima čvora,dimenzije čvora (broj ulaznih i izlaznih priključaka), vrijeme čekanjainformacijskih jedinica u memorijskim spremnicima (buffer) u čvorovima,odnosno vrijeme čekanja informacijskih jedinica u čvoru (latency), ipropusnost (throughput) čvora, tj. ukupna količina informacijskih jedinica koječvor može u jedinici vremena preusmjeriti s ulaznih na izlazne priključke.

20

Primjeri javnih telekomunikacijskih mreža (telecommunication network) suPSTN (Public Switched Telephone Network), PLMN (Public Land Mobile

Network), CSPDN (Circuit-switched Public Data Network), PSPDN (Packet-

switched Public Data Network), N-ISDN (Narrowband ISDN) i B-ISDN(Broadband ISDN), koji koristi prijenosne brzine veće od 2 Mbit/s.

Za razmatranje prijenosa informacija PSTN-om posebno je zanimljiv pojampretplatnička linija (subscriber line). Pretplatnička linija je preporukomG.101, nazvanom “Transmisijski plan”, definirana kao prijenosni link izmeđukomutacijskog entiteta mreže i krajnjeg uređaja (telefonska stanica, privatnatelefonska instalacija ili neki drugi krajnji uređaj koji koristi signale kompatibilnes telefonskom mrežom). Pretplatnička linija povezuje točku u kojoj se korisnikpovezuje s mrežom (NCP – Network Connection Point) i napojni most (FB –Feeding Bridge) u centrali.

21

Ako su na komunikacijskom putu između dvije ili više točaka u mrežiimplementirane isključivo prijenosne funkcije tada se između tih točaka odvijaprijenos (transmission) informacija, tj. transmisija informacija. Funkcijeprijenosa su sljedeće: prostiranje signala (signal propagation), razdjela signala(splitting), pojačavanje signala (signal amplification), obnavljanje signala(signal regeneration), multipleksiranje (multiplexing) i demultipleksiranje(demultiplexing), modulacija (modulation) i demodulacija (demodulation),linijsko kodiranje (line coding) i linijsko dekodiranje (line decoding),prospajanje (cross-connection) i dr. Funkcije prijenosa informacija ukomunikacijskoj mreži obavljaju prijenosni linkovi (transmission link), tj.transmisijski linkovi. Sukladno načinu na koji prijenosni sustav, kao diotransmisijskog linka, tretira signal, prijenos može biti analogni (analog

transmission) ili digitalni (digital transmission). Pri tome signali u prijenosumogu predstavljati analogne podatke (analog data) ili digitalne podatke(digital data). U ovom kontekstu pojam podatak označava zapis informacije.Ako su na komunikacijskom putu između dvije ili više točaka u mrežiimplementirane funkcije prijenosa i komutiranja informacija tada se izmeđudotičnih točaka odvija transfer ili transport informacija. Funkciju komutiranjainformacija u komunikacijskoj mreži obavljaju mrežni čvorovi, tj. komutatori.Funkciju transporta, odnosno transfera informacija obavljaju zajedno mrežničvorovi i transmisijski linkovi.

22

Osnovna ideja komutacije kanala je sljedeća. Nakon što se između izvora iodredišta informacije uspostavi veza, toj se vezi pridjeljuje komunikacijski putkoji prolazi od izvora preko skupa linkova i mrežnih čvorova do odredišta. U faziuspostave neke veze mreža određuje kojim će se točno prijenosnim linkovima,odnosno multipleksnim kanalima na tim linkovima, i čvorovima informacijatransportirati između izvora i odredišta te veze. Dakle, u toj se fazi obavljazauzimanje mrežnih resursa koji će vezi biti dodijeljeni za cijelo vrijeme njenatrajanja, i koje ona neće dijeliti s drugim vezama. Svaki informacijski tok secijelo vrijeme trajanja veze kojoj pripada prenosi uvijek istim komunikacijskimputem nad kojim je veza izgrađena u fazi njene uspostave. Drugim riječima,uspostavom veze uspostavlja se fiksni komunikacijski put (ne mijenja se) kojitraje sve dok traje i veza. Važno je također istaknuti da sam transfer korisničkihinformacija ne može započeti prije nego se uspostavi spomenuti komunikacijskiput. Nakon završetka komunikacije između izvora i odredišta dotična se vezanužno raskida. Zahtjev za raskid dolazi iz izvora ili iz odredišta, a mrežasukladno tome oslobađa sve resurse (kanale, linkove, spremnike u komutaciji,slogove u komutacijskim tablicama) koje je dotična veza koristila. Dakle, ubudućnosti će te resurse moći po potrebi koristiti druge veze koje mreža tek trebauspostaviti. Sama uspostava veze unosi određeno kašnjenje u transfer informacijaizmeđu izvora i odredišta, naročito ako se radi o pozivima na međunarodnojrazini mreže. Signal poziva mora doprijeti do odredišta, koje potvrđuje da želi iline želi prihvatiti poziv (call), i ta se potvrda prostire natrag prema izvoru.Međutim, nakon što je veza uspostavljena, jedino značajnije kašnjenje transferainformacija potječe od prostiranja signala prijenosnim sustavima koji se nalaze naputu od izvora do odredišta.

23

Stariji oblik komutacije paketa nazvan je komutacija poruka. Poruka (message)je informacijska jedinica, odnosno blok uzastopnih informacijskih elemenata, čijaduljina nije ograničena. Uslijed toga mrežni čvorovi koji prenose poruke morajukoristiti čvrste diskove kako bi spremili te velike informacijske jedinice, štonaravno povećava kašnjenje prijenosa. Također, neke informacijske jedinicemogu zauzeti prijenosni link između dva čvora na dulje vrijeme, pa ostaleinformacijske jedinice, koje se također trebaju prenijeti tim istim linkom, morajudugo čekati u spremnicima. Komutacija paketa izbjegava takve poteškoćeograničavanjem duljine informacijske jedinice, koja se umjesto poruka nazivapaket (packet). Na taj se način skraćuje čekanje informacijskih jedinica umrežnim čvorovima, što je posebno povoljno za prijenos interaktivnoginformacijskog prometa. Također, čvor koji primi prvi paket neke veze možeproslijediti taj paket sljedećem čvoru i prije nego što primi sljedeći paket. Na tajse način smanjuje kašnjenje i povećava propusnost mreže. Kad na izvoru u mrežis komutacijom paketa postoje informacijske jedinice spremne za slanje, izvor ihpošalje mrežnom čvoru s kojim je povezan, čvor provjerava da li poruka,odnosno paket, sadrži pogreške bita, te ako je ispravan pošalje ga do sljedećegčvora, i taj se proces nastavlja sve dok paket ne stigne do odredišta. Ponekad,zbog zauzetosti linkova prema drugim čvorovima pojedine informacijske jedinicemoraju čekati u spremnicima mrežnih čvorova. Ovisno o stanju u mreži variraju ikašnjenja transfera informacija s kraja na kraj mreže (end-to-end delay).Tehnike komutacije paketa su virtualni kanali (virtual circuit) i datagramskitransfer paketa.

24

Trajanje uspostave veze ovisi o vrsti mreže i usluge kojoj dotični poziv pripada.Što se tiče kašnjenja u komutaciji paketa, tu je situacija puno neodređenija, jerkašnjenje s kraja na kraj ovisi o dinamici svih prometnih tokova u mreži, pa sukolebanja kašnjenja (delay jitter) nepredvidljiva. S obzirom da u komutacijikanala sve informacijske jedinice koje pripadaju istoj vezi uvijek putuju istimkomunikacijskim putom, one stižu na odredište uvijek po istom redoslijedu kojimsu i poslane. Međutim, u mreži s komutacijom paketa koja koristi datagramskitransfer individualni paketi iste veze mogu putovati mrežom međusobnorazličitim komunikacijskim putovima, pa je moguće da neki paketi stignu naodredište prije paketa koje je izvor poslao prije njih. U tom je slučaju potrebo naodredištu presložiti pakete što dodatno povećava kašnjenje transfera. Gledezagušenja mreže (network congestion) situacija je gotovo idealna u mrežama skomutacijom kanala, dok se zagušenja smatraju normalnom i očekivanompojavom u mrežama s komutacijom paketa. Zagušenja svakako doprinosepovećanju kašnjenja i smanjenju propusnosti mreže, a ponekad mogu dovesti i dogubitka paketa (packet loss). Osnovna prednost komutacije paketa u odnosu nakomutaciju kanala je njena mogućnost dinamičkog dodjeljivanja raspoloživogdijela ukupnog kapaciteta prijenosnog linka pojedinim vezama (svakoj se vezi popotrebi pridjeljuje dio raspoloživog kapaciteta linka, a po potrebi nekoj je vezimoguće pridijeliti i sav raspoloživi kapacitet linka). U komutaciji kanala vrločesto je dio kapaciteta prijenosnog linka neiskorišten, jer su svakoj vezi mrežniresursi fiksno pridijeljeni, čak i u vremenskim intervalima kad nema informacijakoje je potrebno prenositi tom vezom. Ako se takva situacija pojavi u mreži skomutacijom paketa, ona promptno dodjeljuje nekorišteni dio raspoloživogkapaciteta prijenosnog linka drugim trenutno aktivnim vezama, uslijed čega sepovećava učinkovitost korištenja raspoloživih mrežnih resursa i raste propusnostmreže.

25

Prijenosna brzina i linijska brzina usko su vezane uz fizički prijenos informacija itrajanje signalnih elemenata pomoću kojih se simboli prenose transmisijskimsustavom. Međutim, u komunikacijskim sustavima često se transfer informacijaizmeđu točaka u mreži razmatra na višoj razini koja nije izravno ovisna o samomprijenosu. Izvori informacija kategoriziraju se ne samo po vrsti informacija kojegeneriraju (govor, podaci, video i dr.) već i po brzini kojom generirajuinformacije. Ta se brzina naziva informacijska brzina izvora (ili skraćenobrzina izvora) i izražava se jedinicom bit/s. Izvor koji informacije generirastalnom, nepromjenjivom brzinom, naziva se CBR izvor. Nasuprot tome, izvorkoji informacije generira promjenjivom brzinom naziva se VBR izvor. Prilikomprijenosa informacija, bez obzira da li se radi o informaciji iz CBR ili VBRizvora, trajanje signalnih elemenata je ovisno o prijenosnom sustavu, tj. nijeovisno o promjeni informacijske brzine izvora. Nadalje, u modernimkomunikacijskim sustavima sve češće se koriste pojmovi CBR usluga i VBRusluga (service). Radi se o uslugama transporta informacije stalnom, odnosnopromjenjivom brzinom, koje određeni komunikacijski protokoli pružajunadređenim protokolima. Razliku između informacijske i prijenosne brzinemoguće je objasniti na sljedećem primjeru. Izvor A generira govornu informacijubrzinom 64 kbit/s (informacijska brzina izvora) i šalje ju na odredište B. Na bilokojem sučelju na komunikacijskom putu od izvora do odredišta količinatransportirane informacije koja pripada komunikaciji između A i B iznosi 64kbit/s. Nasuprot tome, prijenosna brzina je ovisna o prijenosnom sustavu kojim segovor prenosi. Ako je izvor A povezan s odredištem B pomoću prijenosnog TDMsustava hijerarhijske razine E1, tada prijenosna brzina između A i B iznosi 2,048Mbit/s.

26

U prijenosu podataka svaki znak se kodira kodnom riječi fiksne duljine, anajčešće se koriste kodovi kao što su ASCII (American Standard Code for

Information Interchange) i EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal

Interchange Code). Jedna od starijih metoda kodiranja govora je PCM (Pulse

Code Modulation), koja govorni signal širine spektra 4 kHz kodira brzinom 64kbit/s. U mnogim paketskim mrežama poželjno je kodirati govor manjombrzinom pa je ITU-T donio nekoliko takvih standarda. Za transport govorneinformacije brzinom između 16 kbit/s i 48 kbit/s koristi se ADPCM (Adaptive

Differential PCM), za brzinu 16 kbit/s LD-CELP (Low-delay Code Excited

Linear Prediction), a za brzinu 8 kbit/s CS-ACELP (Conjugate-structure

Algebraic Code-excited Linear Prediction). Preporukom G.723.1 definirane su iniže brzine kodiranja govora: 5,3 kbit/s i 6,3 kbit/s. U području audia postoje dvaraširena standarda: ITU-T G.722 i G.725, pomoću kojih je definirano kodiranjeaudia širine spektra 7 kHz brzinom do 64 kbit/s, te MPEG-3 (MPEG – Motion

Picture Expert Group), kojim je definirano kodiranje audia varijabilnom brzinom.Korištenje postupaka kao što su PCM i ADPCM predstavlja temelj uslugetransporta informacija stalnom brzinom (CBR), dok se na kodiranju MPEGkodom temelji usluga transporta informacija promjenjivom brzinom (VBR). Upodručju kodiranja videa treba razlikovati kodiranje videa malom brzinom (npr,za videokonferencije ITU-T H.261 i H.263) i kodiranje videa velikom brzinom(npr, kodiranje HDTV signala brzinom i do 60 Mbit/s pomoću standarda MPEG-2). Standard MPEG-1 definira kodiranje pohranjenog pokretnog videa (stored

motion video) brzinom do 2 Mbit/s, a MPEG-4 kodiranje videa brzinom manjomod 64 kbit/s. Standard JPEG (Joint Photographic Experts Group) koristi se zakodiranje mirne slike u multimedijskom okruženju. Standard M-JPEG (Motion

JPEG) definira način kodiranja videa koji koristi sažimanje slike pomoćustandarda JPEG.

27

Prijenosni, odnosno transmisijski link je sustav sačinjen od prijenosnih medija iprijenosnih uređaja koji međusobno povezuju komunikacijske uređaje nakrajevima prijenosnog linka, nazvane stanice (station). U kontekstu prijenosnoglinka stanica je uređaj koji obavlja isključivo komunikacijske funkcije (npr.mrežna kartica u osobnom računalu, a ne osobno računalo u cjelini). Prijenosnilink obavlja isključivo prijenosne funkcije. Na prijenosnom linku nisuimplementirane funkcije komutiranja. Prijenosni se link sastoji od jednog ili višesegmenata nazvanih izravni linkovi (direct link). Osnovna obilježja prijenosnoglinka su njegova duljina, prijenosne brzine po pojedinim segmentima prijenosnoglinka i maksimalna dozvoljena vjerojatnost pogrešaka (BER) na prijenosnomlinku. Temeljni dio prijenosnog linka čini prijenosni medij ili više prijenosnihmedija na komunikacijskom putu od izvora do odredišta. Najčešće sam prijenosnimedij nije dovoljan kako bi se povezale dvije točke u mreži, jer je dometprijenosa medija prekratak. Domet prijenosa kojeg omogućavaju žični i optičkiprijenosni mediji moguće je povećati korištenjem pojačala (amplifier) uanalognom prijenosu, odnosno obnavljača (regenerator) u digitalnom prijenosusignala. Prijenosna funkcija pojačala, odnosno obnavljača mora biti takva da nenarušava prijenosna obilježja medija sukladno zahtjevima postavljenim nakvalitetu prijenosnog linka u kojem je dotični prijenosni medij implementiran.Mutlipleksor (MUX – multiplexer) je uređaj koji omogućava istovremeniprijenos većeg broja kanala jednim prijenosnim medijem. Demultipleksor(DEMUX – demultiplexer) je uređaj koji obavlja vađenje kanala iz agregatnoginformacijskog toka koji se medijem prenosi između multipleksora idemultipleksora.

28

Prospojnici se koriste u transmisijskoj mreži kako bi po potrebi omogućiliprospajanje određenih ulaza s jednih na druge izlaze. Za razliku od komutacijekoja svoje ulaze prospaja s izlazima dinamički pod utjecajem signalizacije,prospojnici djeluju statički. Njima upravlja mrežni operater manualno ili pomoćusustava upravljanja mrežom. Korištenjem prospojnika moguće je povećatifleksibilnost topologije transmisijske mreže (transmission network). Modemi suuređaji koji obavljaju specifične prijenosne funkcije, kao što su modulacija idemodulacija, ili linijsko kodiranje. Prvi modemi su korišteni za analogniprijenos informacija (uglavnom podataka) pretplatničkom linijom. Takav semodem ujedno naziva i modem za prijenos u govornom pojasu frekvencija(voice-band modem), pri čemu se govornim pojasom smatra područje frekvencijaod 300 do 3400 Hz. Svaki takav modem u smjeru predaje pomoću digitalnogsignala izvora kojeg mu šalje priključeni krajnji uređaj (npr. osobno računalo)modulira signal nosilac i modulirani signal šalje modemu na drugom kraju linije.U smjeru prijema modem obavlja demodulaciju primljenog signala i digitalnisignal šalje krajnjem uređaju. Svaki modem može, dakle, obavljati i modulaciju idemodulaciju. Modemi za prijenos u osnovnom pojasu frekvencija (baseband

modem) koriste se za digitalni prijenos informacija. Oni umjesto modulacije idemodulacije obavljaju linijsko kodiranje i dekodiranje signala. Danas se svečešće koriste modemi za digitalne pretplatničke linije (DSL – Digital

Subscriber Line) koji omogućavaju paralelni analogni prijenos govora u pojasuod 0 do 4 kHz i drugih informacija u višem frekvencijskom pojasu istompretplatničkom linijom.

29

Segment prijenosnog linka kojeg u bilo kojem obliku prijenosa, žičnom,optičkom ili bežičnom, čini sam prijenosni medij naziva se izravni link. Ponekadse za takav izravni link koristi i naziv prijenosna linija (transmission line).Posebno ako se razmatra prijenos omeđenim medijem tada dio izravnog linkapredstavljaju i pojačala u analognom, odnosno obnavljači u digitalnom prijenosuinformacija. Sukladno korištenom prijenosnom mediju postoje sljedeće vrsteizravnih linkova: žični link (podržava žični prijenos upredenom paricom ilikoaksijalnim kabelom), optički link (podržava optički prijenos optičkim nitima) ibežični link (podržava bežični prijenos zrakom). Nadalje, ovisno o primijenjenojtehnologiji prijenosa izravnim linkom postoje PDH linkovi, SDH linkovi i dr. Nagornjem slajdu dan je prikaz jednog komunikacijskog sustava u kojem su četiristanice, A, B, C i D, međusobno povezane transmisijskom mrežom koju tvori petizravnih linkova, a, b, c, d i e, te dva multipleksora/demultipleksora,MUX/DEMUX 1 MUX/DEMUX 2. Dakle, pod pretpostavkom da stanica Amože kroz takvu mrežu komunicirati samo sa stanicom C, a stanica B samo sastanicom D, tada u dotičnoj transmisijskoj mreži postoje dva transmisijska linka.Prvi prijenosni link tvore izravni link a, MUX/DEMUX 1, izravni link e,MUX/DEMUX 2 i izravni link c. Drugi transmisijski link čine izravni link b,MUX/DEMUX 1, izravni link e, MUX/DEMUX 2 i izravni link d. Dakle, naodređenom dijelu (MUX/DEMUX 1 – izravni link e – MUX/DEMUX 2) ta sedva transmisijska linka preklapaju. Naravno komunikacija na relaciji stanica A –stanica C će koristiti samo dio resursa (kanala) na segmentu MUX/DEMUX 1 –izravni link e – MUX/DEMUX 2, što isto vrijedi i za komunikaciju na relacijistanica B – stanica D. Naravno, resursi koji pripadaju različitim komunikacijamane smiju se u ovakvom mrežnom scenariju preklapati.

30

Pojam usmjerenost prijenosa (duplexity) odnosi na smjerove prijenosa signalanekim transmisijskim linkom. Glede usmjerenosti prijenosa i vremenskograsporeda prijenosa signala transmisijskim linkom postoje tri načina prijenosa: (a)jednosmjerni prijenos (simplex), (b) naizmjenični prijenos (half-duplex) i (c)dvosmjerni prijenos (full-duplex). Sukladno tome postoji jednosmjerniprijenosni link (simplex link), prijenosni link s naizmjeničnim prijenosom(half-duplex link) i dvosmjerni prijenosni link (full-duplex link). Na gornjoj sliciprikazana su sva tri načina prijenosa na primjeru povezivanja dvije stanice, A i B.U slučaju jednosmjernog linka (slika a) prijenos se uvijek odvija samo u jednomsmjeru (u gornjem primjeru A šalje signale prema B, ali B nikada ne može slatisignale prema A). Jednosmjerni prijenos se vrlo rijetko koristi jer ne pružamogućnost slanja upravljačkih signala od odredišta prema izvoru. Dvosmjernilink omogućava istodobni prijenos u oba smjera. Naizmjenični prijenos je u stvaridvosmjerni prijenos, ali se u bilo kojem trenutku komunikacija na prijenosnomlinku može odvijati samo u jednom smjeru (u gornjem primjeru od A prema B, iliod B prema A, ali nikako u oba smjera istodobno). Ako se prijenosni link izmeđudvije stanice realizira jednom paricom (slike a, b i c1), tada se u svakoj stanicipredajnik i prijemnik povezuju s paricom pomoću rašlji koje razdvajaju smjeroveprijenosa. Alternativu rašljama predstavlja multipleksiranje s vremenskimsažimanjem signala (TCM – Time Compression Multiplex), poznato i podnazivom dvosmjerni prijenos s vremenskom podjelom smjerova prijenosa(TDD – Time Division Duplex). U optičkom se prijenosu smjerovi prijenosanajčešće razdvajaju korištenjem odvijenih niti (po jedna nit za svaki smjer) ili unovije vrijeme korištenjem valnog multipleksiranja. U bežičnom se prijenosusmjerovi prijenosa najčešće razdvajaju korištenjem odvojenih frekvencijskihkanala.

31

Na lijevoj gornjoj slici prikazan je dio stanice zadužen za slanje i prijem signala sprijenosnog linka realiziranog pomoću jedne bakrene parice. Kako bi seomogućilo da predajnik i prijemnik istodobno koriste zajedničku paricu, čime sepostiže učinkovitije iskorištenje prijenosnog medija i smanjuje potrebna količinaparica u pretplatničkom području mreže, neophodno je korištenje rašljastogsklopa. Signal predajnika, s(t), prenosi se na paricu, a signal r(t) dolazi s parice iulazi u prijemnik. Međutim, zbog neprilagođenosti impedancije rašljastog sklopakarakterističnoj impedanciji parice, dio signala s(t) prodire i u prijemnik. Taj seštetni signal e(t) naziva bliski odjek. Daleki odjek (far end echo) je štetni signalkoji nastaje uslijed refleksije poslanog signala na drugom kraju parice (dorefleksije na daljem kraju dolazi ako impedancija kojom je parica zaključena nijejednaka karakterističnoj impedanciji parice). Reflektirani se signal vraća natragprema pošiljatelju i predstavlja smetnju u prijemu. I dok bliski odjek možepoprimiti velike iznose i ozbiljno narušiti kvalitetu prijenosa, daleki je odjek jakopotisnut u odnosu na korisni signal (zbog prostiranja paricom izložen jedjelovanju prigušenja parice). U analognim se komunikacijskim sustavima zauklanjanje odjeka koristi uređaj nazvan potiskivač odjeka (echo suppressor). Udigitalnim se komunikacijskim sustavima u tu svrhu koristi sklop za poništavanjeodjeka (EC). Signal koji ulazi u predajnik predstavlja ujedno i ulaz u sklop zaponištavanje odjeka. EC na temelju poznate prijenosne funkcije rašljastog sklopai prijenosne funkcije parice proračunava signal odjeka e’(t). Izlaz iz prijemnikaprivodi se na ulaz sklopa koji od signala r(t) + e(t) oduzima proračunati odjeke’(t), i kao rezultat nastaje signal r’(t). Odstupanje signala r’(t) od primljenogsignala r(t) ovisi o točnosti proračuna odjeka u EC-u.

32

U komunikaciji na većim udaljenostima prijenosni linkovi su u pravilučetverožični, a pored samog žičnog medija sadrže i obnavljače (ili pojačala, akose radi o analognim sustavima). Uporabom obnavljača, odnosno pojačalaomogućeno je postizanje većeg dometa prijenosa. Jedna parica koristi se zaprijenos u jednom smjeru, a druga parica za prijenos signala u suprotnom smjeru.Stanice se na takav prijenosni link priključuju dvožično pomoću rašljastogsklopa. U ovakvom mrežnom scenariju rašljasti sklop obavlja konverzijudvožičnog u četverožični prijenos. Na gornjoj slici prikazan je primjer takvekomunikacije između dvije stanice, A i B. Kad stanica A šalje informacije staniciB, signal se prostire paricom i nakon τ sekundi stiže u B. Međutim, zbognesavršenosti rašljastog sklopa dio signala vraća se natrag i nakon τ sekundi stižeu stanicu A. Dakle, dvostruko trajanje prostiranja signala s kraja na kraj(RTD – Round-trip Delay) iznosi 2τ sekundi. Signal koji se vraća iz A u B nazivase odjek ili jeka (echo), i predstavlja smetnju u prijemniku stanice A. Na primjer,u analognoj govornoj komunikaciji jeka predstavlja čujnu smetnju govorniku,dok se u digitalnoj komunikaciji odjek zbraja s korisnim signalom koji se prostireod B prema A i predstavlja smetnju koja može povećati vjerojatnost pogreškesimbola. Ako se koristi dvosmjerni prijenos, tada je smetnja uslijed odjeka trajnoprisutna. Kod naizmjeničnog prijenosa, dok stanica A šalje, njen je prijemnikisključen. Međutim, kad A završi sa slanjem, ne može se odmah prebaciti naprijem, već mora pričekati da prođe 2τ sekundi kako bi uključila prijemnik(dakle, nakon što prođe odjek). Sve što je u gornjoj diskusiji rečeno za smjerprijenosa od A do B vrijedi i za suprotan smjer prijenosa, tj. od B do A. Štetnostdjelovanja odjeka moguće je smanjiti primjenom potiskivača odjeka u analognojgovornoj komunikaciji, odnosno primjenom sklopa za poništavanje odjeka udigitalnim komunikacijama.

33

Za prijenosnu brzinu transmisijskog linka ponekad se koristi naziv kapacitetprijenosnog linka (link capacity). Kapacitet prijenosnog linka predstavljamaksimalnu količinu korisničkih informacija koju je moguće u jedinici vremenaprenijeti s kraja na kraj transmisijskog linka. Nadalje, kapacitet izravnog linkajednak je prijenosnoj brzini na tom linku. Kapacitet izravnog linka određen jeodabranom prijenosnom tehnologijom. Na primjer, neka se na promatranomizravnom linku prijenos informacija obavlja pomoću PDH sustava razine E1.Takav link možemo nazvati E1 link. Neka je promatrani E1 link realiziranpomoću upredene parice duljine 100 metara. Prijenosna brzina takvog izravnoglinka iznosi 2,048 Mbit/s i, sukladno tome, kapacitet E1 linka također iznosi2,048 Mbit/s. Naravno, taj je kapacitet puno manji od teoretskog maksimuma kojina parici navedene duljine može iznositi i nekoliko stotina Mbit/s. Ako se nekiprijenosni link realizira nad nekolicinom međusobno povezanih izravnih linkovameđusobno različitih prijenosnih brzina, tada je kapacitet takvog prijenosnoglinka jednak prijenosnoj brzini “najsporijeg” sustava. U stranoj se literaturi čestoza kapacitet prijenosnog linka koristi pojam širina prijenosnog pojasa linka(link bandwidth), koja se na neadekvatan način izražava jedinicom bit/s. Širinaprijenosnog pojasa odnosi se isključivo na širinu frekvencijskog pojasapropuštanja kanala i izražava se jedinicom Hz. Vezu između prijenosne brzine R

(a samim time i kapaciteta linka, ako je on jednak prijenosnoj brzini) i širineprijenosnog pojasa kanala B čini veličina spektralna učinkovitost (spectral

efficiency) E = R/B, a predstavlja broj bita koje je moguće u jedinici vremenaprenijeti po svakom hercu u prijenosnom pojasu kanala.

34

U modernim komunikacijskim sustavima koristi se slojeviti pristup organizacijisvih komunikacijskih funkcija. Svaki je otvoreni komunikacijski sustav (misli sena otvorenost prema povezivanju s drugim sustavima) moguće opisati pomoćuskupa protokolnih slojeva poredanih po vertikali, od najnižeg prema najvišem.Takav uređeni slojeviti skup komunikacijskih protokola naziva se protokolnisložaj (protocol stack). Svaki sloj (layer) protokolnog složaja sadrži jedan ili višeentiteta (entity). Na gornjem slajdu lijevo prikazan je općeniti model kojipretpostavlja da protokolni složaj može sadržavati proizvoljan broj slojeva.Protokolni slojevi se implementiraju u komunikacijskim uređajima (u krajnjimuređajima i u čvorovima mreže) u obliku hardvera i/ili softvera. Unutar jednogkomunikacijskog uređaja sloj (N), odnosno N-ti sloj komunicira samo saslojevima koji su neposredno ispod [sloj (N-1)] ili iznad njega [sloj (N+1)].Najniži sloj u protokolnom složaju je prvi sloj. Posebno treba naglasiti daobilježja prijenosnog medija nisu uključena u opis najnižeg sloja. Na temeljuopćenitog modela protokolne hijerarhije Svjetska standardizacijska organizacije(ISO – International Organization for Standardization) je 1984. godine definiralareferentni model povezivanja otvorenih komunikacijskih sustava (OSI RM –Open Systems Interconnection Reference Model). Model OSI RM sadrži sedamprotokolnih slojeva: najniži sloj, tj. prvi sloj je fizički sloj ili fizikalni sloj(physical layer), drugi sloj je sloj informacijskog linka ili sloj podatkovnoglinka (DLL – data link layer), treći sloj je mrežni sloj (network layer), četvrti slojje transportni sloj (transport layer), peti sloj je sloj sesije ili sloj sjednice(session layer), šesti sloj je prezentacijski sloj (presentation layer) i sedmi, tj.najviši sloj je aplikacijski sloj (application layer).

35

Entitet je aktivni element sloja, a postoje hardverski entiteti, npr. integrirani I/Okrug (I/O – input/output), i softverski entiteti (npr. proces). Svaki entitet (N)-togsloja [(N) entity], obavlja funkcije sloja (N). Kao što je ranije spomenuto, entitetisloja (N) komuniciraju samo s entitetima slojeva koji se nalaze neposredno ispodi iznad dotičnog sloja. Nekoliko entiteta višeg sloja može komunicirati s jednimentitetom nižeg sloja, i obratno, jedan entitet višeg sloja može komunicirati i snekoliko entiteta nižeg sloja. Dosadašnja razmatranja usmjerena su na entiteteimplementirane u jednom otvorenom sustavu, tj. komunikacijskom uređaju.Entiteti koji se nalaze na istom sloju, ali na različitim sustavima, nazivaju seravnopravni entiteti (peer entities). Komunikacija između ravnopravnih entitetaN-tog sloja upravljana je odgovarajućim protokolom međusobnog komuniciranjaravnopravnih entiteta N-tog sloja. Ravnopravni entiteti međusobno razmjenjujuprotokolne informacijske jedinice N-tog sloja, tj. (N) PDU (Protocol Data

Unit). Drugi naziv za PDU je protokolna podatkovna jedinica. Ravnopravnientiteti N-tog sloja međusobno komuniciraju koristeći usluge koje im pružaju nižislojevi, tj. entiteti (N-1)-og sloja. Sukladno tome, N-ti sloj pruža usluge (service)(N+1)-om sloju. U tom slučaju N-ti sloj se naziva pružatelj usluge (service

provider), a (N+1)-i sloj je korisnik usluge (service user). Entitet N-tog slojapruža uslugu entitetu (N+1)-og sloja pozivanjem primitiva (primitives). Primitivaspecificira funkciju koju je potrebno pozvati i koristi se za prijenos informacijaizmeđu entiteta. Svaki entitet komunicira s entitetima višeg i nižeg sloja krozsučelje (interface). Svako je sučelje realizirano kao jedna ili više točakapristupa usluzi N-tog sloja [(N) SAP – (N) Service Access Point]. Svaki SAPima pridijeljenu adresu koja ga jednoznačno određuje. Komunikacija kroz SAP jedvosmjerna.

36

Model OSI RM sastoji se od sedam slojeva koji obavljaju sljedeće funkcije:1. fizički sloj – najniži sloj, bavi se prijenosom nestrukturiranog slijeda bita krozprijenosni sustav. Opis zahtijevanih karakteristika prijenosnog medija nijesastavni dio specifikacije fizičkog sloja. Fizički sloj je fizičko sučeljekomunikacijskog uređaja prema transmisijskom linku;2. sloj informacijskog linka – omogućava pouzdan prijenos informacijaprijenosnim linkom. Šalje informacijske blokove nazvane okviri (frame), teobavlja neophodnu sinkronizaciju okvira (frame sychronizationm, frame

delineation), upravljanje pogreškama (error control) i upravljanje prometnimtokovima (flow control) na razini informacijskog linka;3. mrežni sloj – višim slojevima pruža neovisnost o tehnologiji prijenosa ikomutiranja informacijskih jedinica. Odgovoran je za uspostavu, održavanje iraskid veza;4. transportni sloj – omogućava pouzdan i transparentan prijenos informacijaizmeđu krajnjih komunikacijskih točaka, oporavak sustava od pogrešaka (error

recovery) i upravljanje prometnim tokovima s kraja na kraj mreže (end-to-

end flow control);5. sloj sesije – pruža upravljačku strukturu za komuniciranje između aplikacija.Uspostavlja, upravlja i raskida sesije između aplikacija koje međusobno surađuju;6. prezentacijski sloj – aplikacijskim procesima pruža neovisnost o razlikama unačinu prikaza podataka (sintaksa). Zadužen je i za sigurnosno kodiranjeinformacija, odnosno enkripciju (encription);7. aplikacijski sloj – najviši sloj, korisnicima omogućava pristup OSI okruženjui pruža uvjete za realizaciju distribuiranih informacijskih usluga. Iznad tog slojanalazi se korisnička aplikacija.

37

Razmjena informacija između dva komunikacijska sustava sastoji se od slijedarazmjena informacijskih jedinica između slojeva u svakom od tih sustava.Pretpostavimo da sustav A u nekom trenutku šalje informacije sustavu B. Proceszapočinje tako da korisnička aplikacija u sustavu A pakira informaciju uinformacijske jedinice nazvane poruke (message). Aplikacijski sloj u sustavu Aprihvaća poruku i započinje njena daljnja obrada. Općenito, sloj (N),implementiran u sustavu A, šalje preko sučelja nižem sloju, tj. sloju (N-1),protokolnu informacijsku jedinicu N-tog sloja, tj. (N) PDU. (N) PDU seodređenim (N-1) SAP-om prenese na sloj (N-1) gdje ga prihvaća odgovarajućientitet. Sloj (N-1) prihvaća informacijsku jedinicu s višeg sloja kaoinformacijsku jedinicu usluge (SDU) sloja (N-1), tj. (N-1) SDU. Drugi naziv zaSDU je podatkovna jedinica usluge. Nadalje, entitet sloja (N-1) spaja (N-1) SDUzajedno s protokolnom upravljačkom informacijom (N-1) PCI u jedinstveni (N-1) PDU. Drugi naziv za PCI je zaglavlje, a jedinu iznimku čini sloj linka kojiosim zaglavlja (N-1) SDU-u dodaje i začelje. Dodavanje zaglavlja, odnosnododavanje zaglavlja i začelja SDU-u primljenom s višeg sloja naziva se iinkapsulacija (encapsulation). Entitet sloja (N-1) može preslikati (N-1) SDU ujedan (N-1) PDU ili ga može segmentirati u višestruke (N-1) PDU-e. U slučajusegmentiranja (N-1) SDU-a, svaki (N-1) PDU sadrži odgovarajući (N-1) PCI.Opisani proces u sustavu A staje na najnižem, tj. na fizičkom sloju, nakon čegaslijedi prijenos slijeda bita kroz mrežu do sustava B. Fizički sloj u sustavu B izslijeda primljenih bita izdvaja okvire i šalje ih sloju linka. Općenito, u sustavu Bsloj (N-1) od nižeg sloja primi (N-1) PDU, rastavlja ga na (N-1) PCI i (N-1) SDUkojeg šalje sloju (N). Sloj (N) preko odgovarajućeg (N-1) SAP-a prima (N-1)SDU kao (N) PDU. Opisani se proces u sustavu B odvija sve do najvišeg, tj.aplikacijskog sloja, koji korisničkoj aplikaciji predaje poruku (informacijukrajnjeg korisnika).

38

Svaki sloj može sloju iznad sebe ponuditi dvije vrste usluga: spojnu (CO –connection oriented) uslugu i nespojnu (CL – connectionless) uslugu. Pouzdanaspojna usluga (reliable connection-oriented service) se implementira tako daprimatelj šalje pošiljatelju potvrdu o prijemu svake primljene poruke. Na tajnačin pošiljatelj zna da su poslane poruke stigle na odredište. Potvrđivanjeispravnosti prijema unosi određeni pretek (overhead) u komunikaciju, tepovećava kašnjenje transfera informacija. Tipična situacija u kojoj je korištenjepouzdane spojne usluge neophodno je transfer datoteka (file transfer). Postojedvije inačice pouzdane spojne usluge, sljedovi poruka (message sequences) isljedovi okteta (byte sequences), koje se razlikuju po tome što su u prijenosusljedova poruka sačuvane granice poruka. Kod nekih usluga, kao što je, naprimjer, transfer digitaliziranog govora, kašnjenje koje unose potvrde ispravnostiprijema poruka nije poželjno. U takvim je uslugama lakše tolerirati pogreške (utransferu govora to će rezultirati jače ili slabije izraženim šumom ili slabijomrazumljivošću govora u prijemu). Takve se usluge nazivaju nepouzdane spojneusluge (unreliable connection-oriented service). Drugi naziv za nepouzdanunespojnu uslugu je datagramska usluga bez potvrde prijema poruke(unacknowledged datagram service). U nekim situacijama, kad je potrebnoposlati kratku poruku, poželjno je izbjeći uspostavu veze, ali je pouzdanosttransfera poruke vrlo važna. U takvim se aplikacijama koristi datagramskausluga s potvrdom prijema (acknowledged datagram service). Takva uslugakoristi isto načelo kao slanje preporučenog pisma s povratnicom. Postoji još jednavrsta nespojne usluge, a to je usluga zahtjev-odgovor (request-reply service).Pošiljatelj šalje datagram koji sadrži zahtjev, a primatelj mu vraća datagram sodgovorom (odzivom). Primjer takve usluge je upit (query) u bazu podataka.

39

Fizički sloj modela OSI RM definiran je kao sučelje (interface) komunikacijskoguređaja prema prijenosnom linku. Fizički sloj obuhvaća između ostalog idefinicije fizičkih sučelja (physical interface) pomoću koji se komunikacijskiuređaji međusobno povezuju, kao i pravila po kojima se bitovi prenose dotičnimsučeljima. Na većini sučelja komunikacija je serijska, tj. u svakom se trenutku usvakom od smjerova prijenosa sučeljem prenosi samo jedan bit informacije, kojase u pravilu sastoje od korisničkih informacija, informacija za upravljanjesučeljem i informacija potrebnih za sinkronizaciju prijema. Na paralelnomsučelju informacije se u svakom od smjerova prijenosa prenose paralelno poodvojenim vodičima. To znači da se npr. jednim vodičem u jednom smjeruprenosi signal korisničke informacije, paralelno se po drugom vodiču u tom istomsmjeru prenosi signal informacije za upravljanje sučeljem, po trećem se vodičuprenosi informacija o taktu, itd. Postoje četiri osnovne skupine obilježja fizičkihsučelja. Mehanička – odnose se na fizička svojstva sučelja prema prijenosnommediju, tj. na specifikaciju oblika i dimenzija konektora (connector) ispecifikaciju kabela sučelja. Kabel sadrži vodiče signala nazvanih linije sučelja(interchange circuits), a pomoću konektora instaliranih na oba njegova krajapovezuje se s komunikacijskim uređajima. Svako sučelje sadrži nekoliko linija,od kojih se dio koristi za prijenos korisničkih informacija, a ostatak za prijenosinformacija za upravljanje sučeljem. Električka – odnose se na fizikalni prikazbita (na primjer, pomoću naponskih razina: na sučelju RS-232 logičkoj jedinicipridijeljena je negativna, a logičkoj nuli pozitivna naponska razina) i naprijenosnu brzinu.Funkcijska – određuju funkcije linija fizičkog sučelja. Proceduralna – određujuslijed događaja sukladno kojima se obavlja razmjena sljedova bita sučeljemizmeđu dva komunikacijska uređaja.

40

Neki se komunikacijski uređaji, kao npr. komutatori, usmjerivači (router) i sl,povezuju fizičkim sučeljem izravno s prijenosnim linkom. Međutim, nekikomunikacijski uređaji, kao što su npr. osobna računala, povezuju se s mrežomposredstvom posebnog komunikacijskog uređaja nazvanog mrežni završetak(DCE). Primjer DCE-a je modem. DCE predstavlja kraj mreže (jednako tako, akose krajnji uređaj izravno poveže s prijenosnim linkom, tada mreža završava nafizičkom sučelju DTE-a). Dakle, dio DCE-a predstavlja prostornu ekstenzijufizičkog sučelja DTE-a, a drugi dio (modulator/demodulator ili linijskikoder/dekoder) obavlja funkcije prijenosa i pripada prijenosnom linku.Komunikacijski uređaj koji se s mrežom povezuje posredstvom DCE-a naziva sekrajnji uređaj (DTE). U skladu s ovom terminologijom mrežni je čvor nazvankomutator (DSE). Primjer DSE-a je X.25 komutator, tj. čvor X.25 mreže. DTE iDCE se međusobno povezuju sučeljem za komunikaciju informacijama (DCI –Data Communications Interface), tj. sučeljem DTE-DCE. Sučelja kojameđusobno povezuju DTE i DCE čine podskup skupa fizičkih sučelja. Posebnoobilježje sučelja DTE-DCE je postojanje većeg broja linija sučelja, pri čemu sesamo neke od njih koriste za prijenos korisničkih informacija, a ostale za prijenosupravljačkih informacija i sinkronizacijske informacije. Tradicionalna prijenosnasučelja koja povezuju komunikacijski uređaj izravno s prijenosnim linkom upravilu podržavaju jednu ili dvije linije, a rjeđe i više od tog broja. Natradicionalnom prijenosnom sučelju svaka linija prenosi i korisničke informacije iupravljačke informacije i informacije potrebne za sinkronizaciju prijenosa. Takavse prijenos naziva i serijski prijenos bita, a prijenosni link koji podržava takavnačin prijenosa naziva se i prijenosna linija sa serijskim prijenosom bita (bit-

serial transmission line).

41

Sučelje RS-232 standardizirala je organizacija EIA, a do sada je napravljenonekoliko revizija tog sučelja. Treća revizija, poznata pod nazivom RS-232-C, seje najdulje zadržala u upotrebi. Na sučelju RS-232 koristi se 25-pinski Sub-Dkonektor (ima oblik slova D, a svaki pin odgovara jednoj liniji sučelja), a svelinije koriste zajednički povratni put signala (common return path). Povratni seput signala fizički realizira jednim vodičem. Danas se u osobnim računalima sveviše umjesto RS-232 koristi sučelje USB (Universal Serial Bus). Noviji standard,RS-449, je zamijenio RS-232 u većini primjena gdje se naglasak stavlja naprijenosnu brzinu. RS-449 definira mehaničke, funkcijske i proceduralnekarakteristike sučelja, a električka su obilježja definirana standardima RS-422-A iRS-423-A. RS-422-A koristi uravnoteženi prijenos (balanced transmission), pričemu svaki krug sučelja ima vlastiti povratni put signala, a RS-423-A koristineuravnoteženi prijenos (unbalanced transmission), kod kojeg sve predajnelinije koriste zajednički povratni put signala, a sve prijemne linije koristezajednički povratni put signala koji je fizički odvojen od onog kojeg koristepredajne linije. Sučelje RS-449 definira uporabu 37-pinskog Sub-D konektora.Sučelje RS-530 definirano je kao zamjena za sučelje RS-449, koristi 25 pinskiSub-D konektor i pruža veće brzine prijenosa od RS-232. ITU-T je definiraopandan sučeljima RS-42x-A, nazvan X.21, kod kojeg je osnovno poboljšanje usmanjenju broja krugova sučelja. X.21 definira uporabu 15-pinskog Sub-Dkonektora. Sučelje V.35 definira uporabu 34-pinskog konektora M/34, aomogućava prijenos brzinom 1,024 Mbit/s na 120 metara. Preporuka G.703definira samo električke karakteristike PDH sučelja. Većinu sučelja nabrojenih nagornjem slajdu moguće je koristiti kao sučelje DTE-DCE (osim G.703), ali,ovisno o udaljenosti između DTE-a i mrežnog čvora, i za izravno povezivanje smrežom (s izuzetkom RS-232).

42

Problem sinkronizacije predajnika i prijemnika, tj. skraćeno sinkronizacijeprijenosa, sastoji se u sljedećem. Na sloju DLL predajnik pakira informacijukrajnjeg korisnika u okvire, koji se na najnižem sloju pretvaraju u slijed bita.Prijemnik mora za svaki primljeni bit znati gdje mu je početak, a gdje kraj. Taj seoblik sinkronizacije naziva sinkronizacija na razini bita. Na višem sloju, tj. nasloju DLL, prijemnik mora raspoznati skupine bita, tj. okvire, pa se takav obliksinkronizacije naziva sinkronizacija na razini okvira (detaljnije je opisanakasnije tijekom razmatranja sloja informacijskog linka). Sinkronizacija na raziniokvira omogućava prijemniku da odredi točan početak i kraj svakog okvira.Sinkronizacija na razini bita odvija se na samom početku prijemnog procesa. Prvisu sustavi koristili tzv. asinkroni prijenos pri kojem svaki komunikacijski uređajima vlastiti izvor takta kojeg koristi za predaju i prijem. Takav je način prijenosanazvan i start-stop prijenos zbog specifičnog načina određivanja početka svakogznaka u prijemu. S današnje točke gledišta to je loše rješenje za sinkronizacijuprijenosa, jer iako takt prijemnika ima istu frekvenciju kao i takt predajnika nadrugom kraju linka, poteškoće nastaju zbog razlika u fazi između ta dva takta. Uvećini današnjih digitalnih komunikacijskih sustava koristi se sinkroni prijenos.U takvom prijenosu prijemnik iz primljenog signala ekstrahira takt kojimuzorkuje taj isti signal i pretvara ga ponovo u slijed pravokutnih impulsa.Ekstrakcija takta je ovisna i o signalu na prijenosnoj liniji. Sa stajalištaekstrakcije takta poželjno je da signal sadrži što više promjena naponskih razinana što je moguće utjecati pravilnim odabirom linijskog koda. Drugo rješenje zasinkroni prijenos je da se paralelno s korisničkim informacijama, ali po fizičkiodvojenim linijama prenosi informacija o taktu. Međutim, takvo je rješenje upravilu ostvarivo na kraćim udaljenostima.

43

Najstariji oblik prijenosa podataka koristio je asinkroni prijenos, nazvan i start-stop prijenos zbog specifičnog načina sinkronizacije prijenosa. Informacija sefizičkim sučeljem prenosi serijski pomoću znakova. Svaki se znak prenosi kaozasebna cjelina. U neaktivnom stanju (idle state) linija je u stanju binarnejedinice (na sučelju RS-232 to odgovara negativnom naponu; engleski naziv za tostanje je mark). Početak znaka je označen promjenom stanja linije u stanjebinarne nule (na sučelju RS-232 to odgovara pozitivnom naponu; engleski nazivza to stanje je space) u trajanju jednog bita, i taj se bit naziva bit start. Nakon bitastart slijedi 5 do 8 bita znaka koji prenose korisničku informaciju, a nakon togajedan paritetni bit. Paritet može biti parni ili neparni. Nakon paritetnog bita slijedisimbol stop, kojeg čine jedna do dvije binarne jedinice, a služi za označavanjekraja znaka. Dozvoljene duljine simbola stop iznose 1, 1,5 ili 2 bita (novijikomunikacijski uređaji koriste samo jedan bit stop). Nakon završetka jednogznaka linija se vraća u stanje logičke jedinice ili se šalje sljedeći znak. Problemsinkronizacije u asinkronom prijenosu proizlazi iz činjenice da znakovi uprijenosu nisu međusobno jednako razmaknuti, već razmak između susjednihznakova stalno varira. Prijemnik se sinkronizira na prednji brid bita start iinternim taktom određuje trenutke u kojima će uzeti uzorke primljenih bita.Smetnje na liniji mogu uzrokovati individualno izobličenje pojedinih bita, pričemu njihovi bridovi odstupaju od nominalnih trenutaka, a najteži oblikizobličenja je tzv. start-stop izobličenje koje nastaje uslijed djelovanja smetnji naprednji brid bita start. Uslijed toga se pomiču svi trenuci uzimanja uzorakaznakovnih bita, što u sprezi s individualnim izobličenjem može dovesti dopogrešnog prijema bita. Situaciju može dodatno zakomplicirati i neujednačenostfrekvencija takta predajnika i prijemnika.

44

Predajnici često šalju periodičke sljedove bita ili sljedove s većim brojemmeđusobno jednakih uzastopnih bita. Takvi sljedovi nisu pogodni sa stajalištaprijenosa iz nekoliko razloga. Spektar periodičkog signala pomoću kojeg seprenosi periodički slijed binarnih simbola je diskretan (za razliku od spektraneperiodičkog signala koji je kontinuiran). Diskretne spektralne komponenteimaju znatno veću snagu u odnosu na kontinuiran spektar. Stoga periodički signalkoji se prenosi jednom upredenom paricom može izazvati pojačano preslušavanjena druge parice u istom kabelu. Nadalje, dulji sljedovi sastavljeni od jednakihsimbola (na primjer, nekoliko uzastopnih logičkih jedinica) otežavaju ekstrakcijutakta u prijemu, i na taj način onemogućavaju sinkronizaciju prijemnika. Trećirazlog zbog kojeg su navedeni sljedovi podjednako nepovoljni za prijenos leži upodešavanju sklopova za ekvilizaciju (equalisation) u prijemu. Kako bi seprilikom slanja informacije na prijenosni link izbjegla pojava periodičkih ijednoličnih sljedova simbola neophodno je kodiranje informacijapseudoslučajnim slijedom (scrambling). U tu se svrhu koristi generatorpseudoslučajnog slijeda (GPSS). Načelo kodiranja pseudoslučajnim slijedomprikazano je na gornjoj slici. Ako se GPSS sastoji od N bistabila tada je periodpseudoslučajnog slijeda 2N − 1, što znači da se nakon tolikog broja bita slijedponavlja (zbog toga se i zove pseudoslučajni slijed). Unutar 2N − 1 bita pojavljujuse sve moguće kombinacije binarnih nula i jedinica. Prilikom inicijalizacijeGPSS-a bitno je da se u njemu nikako ne smije pojaviti N binarnih nula, jer tadaGPSS ne bi mogao započeti s radom. Na taj bi način svi bistabili bili u stanju 0, tebi uslijed toga i izlaz iz GPSS-a bio trajno u nuli i kodiranje ne bi imalo učinka naposlani slijed bita.

45

Ponekad je kapacitet prijenosnog kanala uspostavljenog nad jednim prijenosnimmedijem koji međusobno povezuje dvije stanice nedovoljno iskorišten. U tom jeslučaju potrebno omogućiti da veći broj stanica zajednički dijeli isti prijenosnimedij kako bi se povećala učinkovitost korištenja tog prijenosnog medija.Postupak koji većem broju stanica omogućava zajedničko istodobno korištenjeprijenosnog kanala uspostavljenog nad jednim prijenosnim medijem naziva semultipleksiranje. Te su stanice korisnici prijenosne usluge koju im pružaprijenosni kanal. Multipleksiranje je ranije dominantno korišteno ukomunikacijama na velikim udaljenostima (long-haul communications), dok jedanas prisutno čak i u nekim lokalnim mrežama (LAN – Local Area Network) iu poslovnim mrežama (enterprise network). Na gornjoj je slici prikazanoopćenito načelo multipleksiranja. Multipleksor (MUX), tj. mrežni uređaj kojiobavlja funkciju multipleksiranja, ima N ulaza pomoću kojih je povezan s drugimmrežnim uređajima. Multipleksor je s demultipleksorom (DEMUX) povezanpomoću prijenosnog medija koji može prenositi N odvojenih multipleksnihkanala. Dakle, jedan prijenosni kanal kojeg čine MUX, prijenosni medij (zajednos pojačalima i regeneratorima, ako se koriste) i DEMUX na drugom kraju kanala,prenosi N multipleksnih kanala (multipleksni kanali su u stvari potkanaliprijenosnog kanala). Multipleksor kombinira signale primljene s N ulaza u jedanzajednički signal kojeg šalje prema demultipleksoru. Pri tome je svakom ulaznomsignalu pridijeljen jedan multipleksni kanal unutar prijenosnog kanala. Poprijemu tog kompozitnog signala demultipleksor iz njega vadi pojedinačnekanale, te svakog od njih šalje na jedan od N izlaza. Ovisno o načinu na kojimultipleksor raspoređuje signale iz N ulaza na zajednički prijenosni kanal postojinekoliko vrsta multipleksiranja.

46

Multipleksiranje određenog broja signala po frekvencijama (FDM) na zajedničkiprijenosni medij moguće je samo pod uvjetom da je širina prijenosnog pojasaprijenosnog medija veća od zbroja širina spektra svih multipleksiranih signala.Signal mi(t), koji dolazi na i-ti ulaz multipleksora, translatira se u višefrekvencijsko područje pomoću modulacije. Signal na ulazu modulatora (uređajkoji obavlja modulacijski postupak) naziva se modulacijski signal. On djeluje naamplitudu, frekvenciju, fazu ili na kombinaciju tih svojstava signala nosioca(carrier) i na taj način nastaje modulirani signal. Postoje tri osnovne vrstemodulacijskih postupaka: amplitudna modulacija (AM – Amplitude

Modulation), frekvencijska modulacija (FM – Frequency Modulation) i faznamodulacija (PM – Phase Modulation). Modulacija se koristi za translacijusignala iz njegovog osnovnog pojasa u više frekvencijsko područje. Prilikommultipleksiranja većeg broja kanala na jedan medij bitno je da se frekvencijskipojasi moduliranih signala ne preklapaju. Ako je taj uvjet ispunjen, tada je mogućistodobni prijenos većeg broja frekvencijski odvojenih kanala kroz zajedničkiprijenosni medij, čime se i ostvaruje osnovna zamisao FDM-a. Na gornjoj je sliciprikazano načelo multipleksiranja N ulaznih signala u jedan zajednički signalM(t). Za svaki se ulazni signal koristi poseban signal podnosilac (subcarrier)frekvencije fi. Modulacijom nastaje N signala Si(t), pri čemu je svakom signalusi(t) pridružen jedan multipleksni kanal, tj. pojas frekvencija koji je smješten okofrekvencije fi. Točan položaj tog pojasa u odnosu na frekvenciju fi ovisi o vrstikorištene modulacije. Npr. ako se koristi AM tada modulacijom nastaju dvabočna pojasa smještena centralno oko frekvencije fi. Taj tip AM-a naziva sedvobočna amplitudna modulacija (DSB AM – Double-sideband AM). Umultipleksnim se sustavima češće koristi jednobočna amplitudna modulacija(SSB AM – Single-sideband AM).

47

Signali Si(t) se zbrajaju u kompozitni signal M(t) koji se u predajniku dodatnomodulira na signal nosilac frekvencije f0 i šalje na prijenosni medij kao signals(t). Kako bi se spriječila interferencija (međusobno miješanje) kanala, kanali seodvajaju zaštitnim frekvencijskim pojasima, koji nažalost predstavljajuneiskorišteni dio spektra. Uslijed toga je širina spektra moduliranog signala M(t),označena kao B, veća od zbroja širina spektra signala Si(t), označenih kao Bi.Kompozitni signal koji je kreiran od N moduliranih signala prenosi se izmeđumultipleksora i demultipleksora kao analogni signal. Dakle, postupak translacijesignala mi(t) u više frekvencijsko područje i formiranje skupnog signala M(t)naziva se frekvencijsko multipleksiranje. U demultipleksoru, signal r(t) dolazi naulaz prijemnika. Iz prijemnika izlazi signal M(t) koji se propušta kroz pojasno-propusne filtre i dobiveni se signali Si(t) demoduliraju u signale mi(t), koji se šaljuna odgovarajuće izlaze demultipleksora. Postupak dekompozicije skupnogsignala M(t) i translacije u niže frekvencijsko područje, tj. u elementarne signalemi(t) naziva se demultipleksiranje. Primjer korištenja FDM-a je analognatelefonska mreža (POTS). Osnovni govorni kanal kojeg generira korisnikzauzima frekvencijsko područje od 300 Hz do 3400 Hz. U FDM sustavima seuzima da je govorni kanal širok 4 kHz. Sukladno ITU-T preporuci dvanaesttakvih kanala se multipleksira u područje frekvencija od 60 kHz do 108 kHz,nazvano grupa (group). Nadalje, pet grupa (60 govornih kanala) se multipleksirau supergrupu (supergroup) širine spektra 240 kHz, a pet supergrupa (300govornih kanala) u mastergrupu (mastergroup) širine spektra 1,232 MHz.Konačno, tri mastergrupe (900 govornih signala) čine supermastergrupu širinespektra 3,872 MHz. FDM se koristi i kod razašiljanja signala (broadcast), te ukabelskoj televiziji.

48

Vremensko multipleksiranje (TDM) se ponekad naziva i sinkrono vremenskomultipleksiranje (Synchronous TDM), odnosno sinkroni način prijenosa (STM– Synchronous Transfer Mode). Prepletanjem (interleaving) dijelova svakog odsignala na ulazu multipleksora moguće je jednim transmisijskim putem paralelnoprenijeti veći broj signala. Prepletanje u TDM prijemniku moguće je realizirati nanekoliko načina. Prepletanje bita (bit interleaving) je cikličko uzimanje pojednog bita iz svakog ulaznog signala, prepletanje okteta (octet interleaving) jecikličko uzimanje po jednog okteta iz svakog ulaznog signala, a moguće je iprepletanje blokova veće duljine (takav se način rjeđe koristi). Na gornjoj je sliciprikazano načelo multipleksiranja N ulaznih digitalnih signala mi(t), i = 1, ..., N,na zajednički prijenosni medij. Signali koji dolaze na ulaz TDM multipleksorakratkotrajno se spremaju u memorijske spremnike koji se još nazivaju i elastičnamemorija (elastic storage). Svaki je spremnik duljine jednog bita ili jednogokteta, ovisno o tome koji se način prepletanja signala koristi. Poseban uređaj umultipleksoru redom ispituje tj. skenira (scanning) svaki od svojih N ulaza(skeniranje se odvija po kružnom redoslijedu: ..., N, 1, 2, ..., N, 1, ...) i na temeljuprikupljenih bita, odnosno okteta, njihovim prepletanjem tvori skupni signal M(t).Proces skeniranja mora biti dovoljno brz kako bi se spremnici na vrijemeispraznili i omogućili prihvat novih informacija s ulaza. Najmanja dozvoljenaprijenosna brzina informacijskog toka koji se prenosi signalom M(t) mora bitijednaka zbroju brzina svih informacijskih tokova koji se prenose signalima mi(t).Prije slanja na prijenosni medij signal M(t) se propušta kroz pretvarač koji kreiraanalogni ili digitalni signal s(t) odgovarajućih obilježja za prijenos medijem.Analogni pretvarač, tj. modem, obavlja modulaciju signala nosioca pomoćusignala M(t), a digitalni pretvarač, tj. linijski koder, kodira signal M(t) linijskimkodom.

49

Informacije koje TDM MUX prima preko svojih ulaza organiziraju se u TDMokvire (TDM frame). Svaki okvir sadrži minimalno N vremenskih odsječaka(time slot). Vremenski slijed odsječaka koji je dodijeljen jednom ulaznom signalunaziva se TDM kanal. Duljina vremenskog odsječka jednaka je duljinipripadajućeg spremnika. Obično je broj odsječaka u okviru veći od broja ulazaTDM MUX-a, N, jer prijenosnim medijem nije dovoljno prenositi isključivokorisničke informacije, već je potrebno prenositi i signalizaciju tesinkronizacijske signale koji omogućavaju rad prijenosnih TDM sustava. Uprijemniku signal r(t) prolazi kroz pretvarač koji ga pretvara u signal M(t). Iz togse signala skeniranjem ekstrahiraju signali mi(t) koji se spremaju u prijemnespremnike i šalju na izlaze TDM DEMUX-a. Na gornjoj je slici prikazan primjerzajedničkog multipleksiranja signala K analognih i M digitalnih ulaza u skupneTDM okvire, pri čemu je M = N − K. Analogne je signale prije samog prijenosaTDM okvirima potrebno pretvoriti u digitalni oblik. Primjer takve pretvorbe jekombinacija pulsno-amplitudne modulacije (PAM – Pulse-amplitude

Modulation) i pulsno-kodne modulacije (PCM – Pulse-code Modulation). PAMje skraćeni naziv za pretvorbu analognog signala u slijed uzoraka. Frekvencijauzimanja uzoraka (sampling) analognog signala, čija gornja graničnafrekvencija spektra iznosi B Hz, mora iznositi najmanje 2B Hz kako bi nakonprijenosa bila moguća kvalitetna rekonstrukcija analognog signala. Nadalje, svakise uzorak kvantizira, tj. pomoću PCM kodiranja pretvara u jednu od 2N diskretnihvrijednosti koja se u koderu pretvara u kodnu riječ duljine N bita. Konkretno, zagovorni signal u telefoniji, čija širina frekvencijskog pojasa iznosi 4 kHz,uzorkovanje se obavlja frekvencijom 8 kHz, i svakom se uzorku pridjeljuje kodnariječ od osam bita. Na taj način nastaje digitalizirani govor informacijske brzine64 kbit/s.

50

TDM se ponekad naziva i sinkroni TDM, ne zato što je sam fizički procesprijenosa sinkroni (predajnik i prijemnik su međusobno sinkronizirani na razinibita), već stoga što se svakom ulazu multipleksora unaprijed pridjeljuje fiksnivremenski odsječak. Upravo u tome i leži osnovni nedostatak TDM-a. Vremenskiodsječci se šalju bez obzira da li na nekom ulazu ima ili nema informacija zaslanje (u tome je sličnost s FDM-om potpuna). Razlog svjesnom gubitkuodređenog dijela kapaciteta prijenosnog sustava leži u jednostavnosti izvedbesklopova multipleksora i demultipleksora. Prijenosna brzina prijenosnog sustavakod primjene TDM-a mora biti veća od zbroja svih vršnih informacijskih brzinana ulazima multipleksora. Unatoč fiksnom pridjeljivanju vremenskih odsječaka,TDM omogućava prijenos informacija različitih informacijskih brzina, pri čemuse bržim ulaznim signalima jednostavno pridjeljuje veći broj vremenskihodsječaka po TDM okviru. Već je iz ovoga razvidno da TDM može podržati samoone brzine koje su po iznosu višekratnik od osnovne brzine određene trajanjemjednog vremenskog odsječka. Točnije, ako se jedan okvir sastoji od N vremenskihodsječaka, i ako se svaki okvir šalje M puta u sekundi, a svaki vremenskiodsječak sadrži K bita, tada informacijska brzina osnovnog TDM kanala iznosiM·K bit/s, dok je prijenosna brzina cijelog TDM sustava N·M·K bit/s. TDM svojupravu primjenu pronalazi u prijenosu informacijskih tokova stalne brzine (npr. upodlozi usluge transfera govora i videa stalnom informacijskom brzinom).Međutim, ako se TDM primijeni u prijenosu informacijskih tokova čija brzinastalno varira (npr. u podlozi usluge transfera govora promjenjivominformacijskom brzinom), tada se raspoloživi kapacitet prijenosnog TDM sustavaneučinkovito koristi.

51

Alternativa sinkronom vremenskom multipleksiranju je statističko vremenskomultipleksiranje (Statistical TDM), odnosno asinkroni TDM. Na temeljustatističkih svojstava informacijskih tokova statistički TDM dinamički pridjeljujevremenske odsječke pojedinim ulazima, i to na njihov zahtjev, tj. sukladnonjihovim potrebama. Na sličan način kao u primjeni sinkronog TDM-a, statističkiTDM multipleksor ima određeni broj ulaza i jedan izlaz. Svakom je ulazupridružen poseban spremnik. Za razliku od sinkronog TDM multipleksora, kojiskupu od N ulaza pridružuje N vremenskih odsječaka u TDM okviru, statističkiTDM multipleksor skupu od N ulaza pridružuje samo K vremenskih odsječaka uTDM okviru, pri čemu je K < N. Osnovni zadatak statističkog TDMmultipleksora je da ciklički skenira ulazne spremnike, prikuplja informacijskeelemente, popunjava TDM okvir, i zatim ga šalje prema izlazu predajnika. Uprijemnom smjeru komunikacije statistički TDM demultipleksor prima TDMokvire i raspakirava ih u pojedinačne vremenske odsječke, tj. TDM kanale.Demultipleksirane kanale privremeno sprema u izlazne spremnike, nakon čega ihšalje na odgovarajuće izlaze. Statistički TDM se u svom radu oslanja na dvijebitne činjenice: (1) uređaji spojeni na ulaz multipleksora vrlo rijetko šalju svojeinformacije istodobno, i (2) uređaji spojeni na ulaz multipleksora ne šalju svojeinformacije cijelo vrijeme. Uslijed toga je moguće koristiti prijenosni sustav čijaje prijenosna brzina manja od zbroja vršnih informacijskih brzina na ulazimaTDM multipleksora. Dakle, uz isti broj ulaza, potrebna prijenosna brzinaprijenosnog sustava sa statističkim TDM-om manja je od one koju je nužnokoristiti kod sinkronog TDM-a. Ako je prijenosna brzina ista, tada je statističkimTDM-om moguće poslužiti veći broj ulaza nego sinkronim TDM-om.

52

Međutim, da bi se izbjeglo znatnije narušavanje performansi prijenosa prilikomkorištenja statističkog TDM-a prijenosna brzina TDM sustava mora biti veća odzbroja srednjih informacijskih brzina na ulazima statističkog TDM multipleksora.Na prethodnom slajdu dana je usporedba sinkronog i statističkog TDM-a.Multipleksor ima četiri ulaza. Na svaki ulaz dolazi informacijski tok različitihprometnih obilježja. Proces multipleksiranja započinje u trenutku t0. U trenutku t1multipleksor je skeniranjem prikupio informacije s ulaza A i B, dok na ulazima Ci D nije bilo informacija u tom vremenskom intervalu. Neovisno o tome, sinkroniTDM multipleksor smješta informacije s ulaza A i B u odgovarajuće vremenskeodsječke u TDM okviru, a odsječke koji odgovaraju ulazima C i D prenosi kaoprazne. Nakon što je prvi TDM okvir formiran, sinkroni TDM multipleksor gašalje na prijenosni sustav, i po istom načelu nastavlja puniti sljedeći okvir. Zarazliku od sinkronog TDM-a, statistički TDM multipleksor u trenutku t1 prikupljainformacije iz izvora A i B, nakon čega u trenutku t2 prikuplja informacije izizvora B i C, te ih upravo tim redoslijedom i šalje na link. Statistički TDMtakođer koristi koncept vremenskih odsječaka, ali pri tome nije unaprijed poznatokojem će ulazu biti pridijeljen koji vremenski odsječak. Budući da informacije unekom vremenskom odsječku mogu potjecati iz bilo kojeg izvora, neophodno jekorištenje adresiranja kako bi se osigurala ispravna isporuka informacija naodgovarajuća odredišta. Uslijed toga se povećava protokolni pretek (overhead)po svakom vremenskom odsječku. Struktura okvira ima utjecaja na performansestatističkog TDM-a. Sasvim je jasno da je neophodno minimizirati potrebniprotokolni pretek kako bi se povećala propusnost mreže (throughput). Primjeruporabe statističkog TDM-a je tehnologija asinkronog načina transferainformacija, nazvana ATM (Asynchronous Transfer Mode).

53

Širokopojasna optička pojačala otvorila su put prema multipleksiranju većegbroja valnih duljina na jednu optičku nit. Ta je tehnika poznata kao valnomultipleksiranje (WDM). WDM znatno poboljšava prijenosni kapacitet optičkogsustava. Zajedno s erbijem dopiranim optičkim pojačalima (erbium-doped

optical amplifier) WDM predstavlja ključni mehanizam za ostvarenje prijenosabrzinama većim od terabita u sekundi. Načelo rada WDM-a oslanja se načinjenicu da se istom optičkom niti može istodobno prostirati nekolikosvjetlosnih zraka različitih boja, tj. valnih duljina. Pri tome svaka valna duljinaprenosi zaseban informacijski tok. Konceptualno gledano WDM je pandan FDM-u. Međutim, raspoloživa širina frekvencijskog pojasa u WDM-u iznosi nekolikoteraherca (THz). Na gornjoj slici je prikazano osnovno načelo rada WDM-a. Naulaze WDM predajnika dolaze električni signali. Električki signali moduliraju ulaserskoj diodi optički signal nosilac (svjetlosni signal određene valne duljine) itako nastaje modulirani optički signal. Takav se signal, smješten oko jedne valneduljine, naziva ujedno i optički kanal. Optički kanali dolaze na ulaz WDM MUX-a koji ih kombinira u jedan skupni optički signal koji se prenosi do WDMdemultipleksora pomoću optičke niti velike širine prijenosnog pojasa. U WDMprijemniku WDM DEMUX razdvaja optičke kanale koristeći pasivne optičkesprežnike (optocoupler) i pojasno-propusne optičke filtre koji su podešeni naodređene valne duljine. Na izlazu svakog filtra pojavljuje se jedna valna duljinakoja se prosljeđuje fotodetektoru. Izlaz iz fotodetektora jednak je originalnomelektričkom signalu, naravno, uz uvjet da u prijenosu nisu nastupile pogreškekoje prijemnik nije u mogućnosti ispraviti. Alternativu valnom multipleksiranju upodručju optičkih komunikacija predstavlja optički TDM (OTDM – Optical

TDM).

54

Na fizičkom sloju ostvaruje se prijenos signala transmisijskim linkom. Da biprijenos bio učinkovit, potrebno je u stanicama, tj. komunikacijskim uređajima nakrajevima prijenosnog linka, neposredno iznad fizičkog sloja dodati slojupravljanja prijenosom. U tu se svrhu u stanicama implementira slojinformacijskog linka, u kojeg je ugrađena logika upravljanja informacijskimlinkom (data link control), odnosno protokol upravljanja informacijskimlinkom (data link control protocol). Dakle, transmisijski link omogućavakomunikaciju između entiteta fizičkog sloja u stanicama međusobno povezanimtim linkom, a informacijski link predstavlja nadgradnju prijenosnog linka i koristinjegove resurse. Informacijski link omogućava komunikaciju između entitetasloja informacijskog linka implementiranih u stanicama međusobno povezanimtim istim linkom. Informacijski link ne prolazi kroz komutaciju. Primjer: dvijestanice, A i B, međusobno su povezane prijenosnim linkom kojeg tvore dva PDHE1 linka međusobno povezana PDH E3 linkom (A – E1 – E3 – E1 – B).Prijenosni medij svakog od tri PDH linka je upredena parica. U stanicama je nasloju DLL implementiran protokol upravljanja informacijskim linkom nazvankomutacija okvira (FR – Frame Relay). FR okviri se u jednoj stanici pakiraju uPDH okvire i šalju transmisijskim linkom drugoj stanici. Prijenos je dvosmjeran.Dakle, u ovakvom mrežnom scenariju multipleksna PDH oprema zajedno s PDHlinkovima (parice i obnavljači zajedno) čini transmisijski link koji međusobnopovezuje stanice A i B. Fizički slojevi implementirani u stanicama predstavljajunjihovo sučelje prema prijenosnom linku. Dodavanjem sloja informacijskog linkau obje stanice kreiran je informacijski link između A i B, kojeg čine sloj DLL ifizički sloj u obje stanice te resursi unutar transmisijskog linka koje dotičniinformacijski link koristi (dio kanala na E1 linkovima i dio kanala na E3 linku).

55

Na sličan način kao i kod određivanja definicije kapaciteta prijenosnog linka,moguće je kapacitet informacijskog linka definirati kao najveću dozvoljenukoličinu informacija koju je moguće u jedinici vremena prenijeti promatraniminformacijskim linkom. Usporedimo li međusobno kapacitete prijenosnog iinformacijskog linka koji je nad njime izgrađen, uvijek će vrijediti da je kapacitetinformacijskog linka manji od kapaciteta prijenosnog linka. Razlog tome leži učinjenici da fizički sloj uvijek troši određen broj bita u jedinici vremena zaodržavanje transmisijskog linka. Primjer: dvije su stanice međusobno povezanePDH E1 linkom. Od ranije je poznato da je kapacitet E1 linka jednak prijenosnojbrzini PDH sustava E1, a to je 2,048 Mbit/s. Nadalje, E1 sustav pakirainformacije u okvire. Svaki okvir sadrži 32 vremenska odsječka, TDM kanala,odnosno E1 kanala. U nultom se odsječku prenosi sinkronizacijska informacijakoja je prijemniku na drugoj strani E1 linka potrebna kako bi odredio početak E1okvira. Dakle, u nultom okviru ni u kojem mrežnom scenariju nije mogućeprenositi korisničke informacije (u ovom kontekstu korisnik je sloj DLL). Upreostalih 31 kanala DLL može ubacivati svoje informacije. Uslijed togakapacitet informacijskog linka iznosi 1,984 Mbit/s, tj. za 64 kbit/s je manji odkapaciteta E1 linka. Na gornjem je slajdu prikazano kako je moguće odrediti gdjepočinje i gdje završava informacijski link u složenijoj komunikacijskoj mreži ukojoj su pored funkcija prijenosa implementirane i komutacijske funkcije. Dakle,informacijski je link uvijek vezan uz prijenosni link nad čijim je resursimaizgrađen. Informacijski link povezuje entitete sloja DLL koji se nalaze nanjegovim krajevima. Informacijski link ne prolazi kroz komutacijsko polje(switching fabric) mrežnog čvora.

56

Postoje dvije bitno različite vrste protokola za upravljanje informacijskimlinkom. Stariji protokoli rade na razini znaka, što znači da se naredbe bitne zafunkcioniranje linka i korisničke informacije prenose znakovima koji su kodiranipomoću 6-bitnog koda Transcode, 7-bitnog koda ASCII ili 8-bitnog kodaEBCDIC. Znakovi se organiziraju u informacijske blokove nazvane okviri(frame). Svi noviji protokoli upravljanja informacijskim linkom djeluju na razinibita, što znači da se naredbe bitne za funkcioniranje linka i korisničke informacijeprenose pomoću specifičnih kombinacija bita organiziranih u informacijskeblokove koji su također nazvani okviri. Okvir je drugi naziv za PDU slojainformacijskog linka. Protokoli upravljanja informacijskim linkom morajupodržavati (1) linkove od točke do točke i linkove prema većem broju točaka, (2)naizmjenični i dvosmjerni prijenos linkom, (3) komunikaciju na relacijipodređena-nadređena stanica i komunikaciju između međusobno ravnopravnihstanica. Poželjno je da ti protokoli što manje ovise o kombinaciji duljineprijenosnog linka, prijenosne brzine i duljine okvira. Navedena 3 parametradominantno određuju performanse informacijskog linka. Na performanseinformacijskog linka utječu i korisničke aplikacije implementirane u stanicamana krajevima linka. Nadalje, protokoli upravljanja informacijskim linkom morajuzadovoljiti sljedeće zahtjeve: neovisnost koda – korisnik mora biti u mogućnostikoristiti bilo koju kodnu kombinaciju unutar vlastitih informacija, a da pri tomene ometa rad protokola; prilagodljivost – protokol mora podržati razne vrsteprijenosnih linkova i biti otvoren prema budućim promjenama; visokaučinkovitost – što manji protokolni pretek, te učinkovito upravljanje prometnimtokovima i pogreškama; visoka pouzdanost – otkrivanje pogrešaka i oporavakinformacijskog linka od pogrešaka.

57

Sinkronizacija okvira – informacije se prenose informacijskim linkom pomoćuokvira. Zadatak je sloja informacijskog linka odrediti početak i kraj svakogokvira. U slučaju prijenosa okvira promjenjive duljine postoje dva pristupa. Jedanje taj da se početak i kraj svakog okvira označi zastavicom (flag), tj. posebnimznakom, odnosno karakterističnom skupinom bita koja se ne smije pojaviti unutarokvira. Drugi se sastoji u ugrađivanju polja u okvir u koje se upisuje podatak oduljini onog dijela okvira koji prenosi korisničku informaciju promjenjiveduljine. Takav se pristup koristi u lokalnim mrežama. Ako se radi o okvirimafiksne duljine, tada je dovoljno da svaki okvir ima zaglavlje, a označavanje krajaokvira nije potrebno. Upravljanje prometnim tokovima – usklađivanje brzinekojom izvor šalje okvire s brzinom kojom odredište može primati okvire.Upravljanje pogreškama – otkrivanje i eventualno ispravljanje pogrešakanastalih u prijenosu. Izraz upravljanje pogreškama potrebno je shvatiti nasljedeći način: pogreškama je nemoguće izravno upravljati, već se upravljanjesastoji u otkrivanju i ispravljanju pogrešaka nastalih na pojedinim simbolima zavrijeme prijenosa. Adresiranje – jednoznačno određivanje identiteta stanica kojemeđusobno komuniciraju informacijskim linkom. Multipleksiranje paketarazličitih protokola mrežnog sloja na zajednički link – primjer ove zadaćesloja DLL je podsloj upravljanja logičkim linkom (LLC – Logical Link Control) uLAN-u. Informacijski tok svakog mrežnog protokola nad jednim informacijskimlinkom čini tzv. logički link, koji povezuje entitete podsloja LLC u stanicama.Podsloj LLC se implementira nad podslojem upravljanja pristupomprijenosnom mediju (MAC – Medium Access Control). Informacijski link ulokalnoj mreži povezuje entitete podsloja MAC implementirane u stanicama nakrajevima linka.

58

Pojmovi topologija i usmjerenost prijenosa odnose se podjednako natransmisijski link i na informacijski link koji je nad njime implementiran.Pristupna metoda implementirana je na razini informacijskog linka, a omogućavapristup prijenosnom mediju (medium access), tj. pristup prijenosnom linku.Topologija informacijskog linka odnosi se na fizički poredak stanica na linku.Informacijski link kojim su međusobno povezane samo dvije stanice naziva seinformacijski link od točke do točke (point-to-point link). Informacijski linkkoji međusobno povezuje više do dvije stanice naziva se informacijski link odtočke prema većem broju točaka (point-to-multipoint link) ili skraćenoinformacijski link prema većem broju točaka (multipoint link). Na gornjemslajdu dan je primjer za svaku od te dvije topologije informacijskog linka. U obaprimjera stanice na krajevima linkova su glavno računalo (host) i priključeniterminali. Osnovna razlika između dvije topologije je u sljedećem. Ako je glavnoračunalo povezano s terminalima pomoću informacijskih linkova od točke dotočke, tada se po svakom linku odvija zasebna komunikacija na relaciji glavnoračunalo – terminal. Drugim riječima, informacija koju razmjenjuju glavnoračunalo i terminal uvijek ima jedan izvor i jedno odredište. Međutim, ako jeglavno računalo povezano s terminalima pomoću informacijskog linka od točkeprema većem broju točaka, tada se više paralelnih komunikacija na relacijiglavno računalo – terminal odvija po zajedničkom prijenosnom linku. To drugimriječima znači da će informaciju koju šalje jedna stanica (glavno računalo iliterminal) primiti sve ostale stanice koje su međusobno povezane informacijskimlinkom prema većem broju točaka. Naravno, analizirajući okvir na drugom slojusamo će odredišna stanica (ili više njih) proslijediti primljeni okvir višemprotokolnom sloju, dok će ostale stanice odbaciti primljene okvire koji im nisunamijenjeni.

59

Bilo koje dvije stanice međusobno povezane informacijskim linkom mogu zavrijeme uzajamnog komuniciranja biti u odnosu nadređena-podređena ili uravnopravnom odnosu. U tradicionalnim računalnim mrežama uvijek jednoglavno računalo ima ulogu nadređene stanice koja inicira komunikaciju sterminalima, tj. podređenim stanicama. Glavno računalo inicira slanjeinformacija prema podređenim stanicama i prijem informacija od podređenihstanica. Terminali samo odgovaraju na zahtjeve koje primaju od glavnogračunala. U današnjim se komunikacijskim mrežama sve više koriste topologije ukojima su sve stanice na krajevima informacijskog linka međusobnoravnopravne, što znači da svaka stanica može samoinicijativno započetikomunikaciju prema nekoj drugoj stanici, ali na takav način da prvo provjeri da lije druga stanica spremna primiti informacije. Ako su informacijskim linkommeđusobno povezane nadređena i jedna ili više podređenih stanica, načinkomuniciranja djelomično ovisi i o topologiji linka. U slučaju kad nadređena ipodređena stanica međusobno komuniciraju informacijskim linkom od točke dotočke, bilo koji smjer komunikacije može započeti samo na inicijativu nadređenestanice. Ako nadređena stanica želi slati podređenoj, ona prvo provjerava da li jepodređena stanica spremna za prijem, i ako je, onda joj šalje informacije. Ako jepak nadređena stanica spremna primati okvire, šalje podređenoj stanici okvirpomoću kojeg joj daje znak da može započeti slanje svojih okvira. Pri korištenjuinformacijskog linka od točke prema većem broju točaka situacija je neštosloženija. Inicijativa za svaki smjer slanja informacija mora također doći odnadređene stanice. Međutim, s obzirom da podređene stanice ne mogusamoinicijativno pokrenuti prijenos informacija prema nadređenoj, nadređena ihstanica mora po nekoj metodi prozivati (polling), i ako neka od podređenihstanica ima informacije spremne za slanje, šalje ih nadređenoj stanici, ali teknakon što je prozvana.

60

Pojam usmjerenost prijenosa na razini informacijskog linka odnosi se na smjerprijenosa okvira informacijskim linkom. Glede smjerova prijenosa i vremenskograsporeda prijenosa okvira informacijskim linkom postoje tri načina prijenosa: (1)jednosmjerni prijenos, (2) naizmjenični prijenos, i (3) dvosmjerni prijenos.Dakle, klasifikacija načina prijenosa ista je kao i kod prijenosnog linka. Ponekadse kapacitet dvosmjernog informacijskog linka računa kao zbroj prijenosnihbrzina za svaki smjer prijenosa.

Glede informacijskih linkova od točke do točke postoje dvije mogućekombinacije topologije i usmjerenosti prijenosa. Prva je informacijski link odtočke do točke s naizmjeničnim prijenosom (half-duplex point-to-point link).Na takvom linku u svakom trenutku samo jedna stanica može slati (u primjeru nagornjem slajdu to je stanica A ili B), a druga samo primati okvire. Istovremenakomunikacija u oba smjera nije moguća. Drugu moguću kombinaciju predstavljadvosmjerni informacijski link od točke do točke (full-duplex point-to-point

link). U takvom mrežnom scenariju obje stanice na krajevima linka moguistovremeno slati i primati okvire. Treba napomenuti da hijerarhija stanica nijeusko vezana uz usmjerenost prijenosa na informacijskom linku od točke do točke.Drugim riječima, određena kombinacija topologije i usmjerenosti prijenosa neovisi o tome da li se radi o informacijskom linku koji međusobno povezujenadređenu i podređene stanice (jednu ili više) ili se radi o informacijskom linkukoji međusobno povezuje ravnopravne stanice.

Glede informacijskih linkova od točke prema većem broju točaka postoje trimoguće kombinacije topologije i usmjerenosti prijenosa, prikazane na sljedećemslajdu.

61

Prilikom razmatranja usmjerenosti prijenosa na informacijskom linku od točkeprema većem broju točaka treba svakako uzeti u razmatranje i hijerarhiju stanica.Na gornjem slajdu uzet je u razmatranje informacijski link koji međusobnopovezuje jednu nadređenu stanicu (P) i tri podređene stanice (S1, S2 i S3).Konfiguracija a) predstavlja informacijski link od točke prema većem brojutočaka koji na strani stanice P ima obilježje dvosmjernog linka, a na strani stanicaS1 i S3 je jednosmjeran. Stanica P šalje okvire stanici S3, a istovremeno primaokvire od sekundarne stanice S1. Naravno, tijekom vremena učesnici ukomunikaciji se dinamički mijenjaju, tj. stanica P može na opisani načinkomunicirati s bilo kojim parom stanica (nemoguća je izravna komunikacijaizmeđu bilo koje dvije podređene stanice). Informacijski link pomoću kojegstanica P komunicira sa stanicama Sx i Sy (x, y ∈{1, 2, 3}, x ≠ y) mora se prvouspostaviti, a nakon završetka prijenosa određene količine informacija taj seinformacijski link raskida. Nužnost uspostave i raskida informacijskog linkavrijedi i za ostale dvije kombinacije usmjerenosti i topologije opisane u nastavku.Konfiguracija b) prikazuje dvosmjerni informacijski link od točke prema većembroju točaka. Stanica P može razmjenjivati okvire sa stanicom S3 istovremeno uoba smjera. Tijekom vremena stanica P može komunicirati po potrebi na takavnačin i s drugim sekundarnim stanicama. Konačno, konfiguracija c) prikazujeinformacijski link od točke prema većem broju točaka s naizmjeničnimprijenosom. Takav link omogućava stanici P da unutar nekog vremenskogintervala razmjenjuje informacije s jednom od sekundarnih stanica, ali neistovremeno u oba smjera, već naizmjenično (P šalje okvire prema Sx, ili Sx šaljeokvire prema P, ali ne mogu obje slati okvire istovremeno). Tijekom vremenastanica P može na takav način komunicirati i s drugim sekundarnim stanicama.

62

Problem višestrukog pristupa prijenosnom mediju (multiple access), tj.prijenosnom linku, prisutan je tamo gdje više stanica zajednički dijeli jedanprijenosni link. Upravljanje pristupom prijenosnom mediju po zajedničkomkanalu moguće je provoditi centralizirano ili distribuirano. Pri centraliziranomupravljanju jedna stanica na jednom kraju linka ima ulogu upravljača(controler), odnosno nadređene stanice koja stanicama na ostalim krajevimaprijenosnog linka, tj. podređenim stanicama dodjeljuje pravo pristupa linku.Podređena stanica može slati okvire tek nakon što od upravljača dobije dozvoluza slanje. Nasuprot tome, u distribuiranoj upravljačkoj shemi sve stanicezajednički obavljaju funkciju upravljanja pristupom linku. Prve metodevišestrukog pristupa mediju razvijane su u dva pravca: prozivanje (polling) islučajni pristup (random access). Postoje dva osnovna načina prozivanja:centralizirano kružno prozivanje (roll-call polling) i decentralizirano kružnoprozivanje (hub polling). Na temelju mehanizma prozivanja dizajnirana jemetoda pristupa mediju nazvana prolazak pristupnog okvira (token passing),koja se koristi u lokalnoj mreži nazvanoj Token Ring. Prolazak pristupnog okviraje primjer potpuno decentraliziranog prozivanja (u mreži nema upravljača, sve sustanice ravnopravne). Metode slučajnog pristupa razvijane su pod nazivom čistaALOHA (pure ALOHA), a prva primjena im je bila u paketskim radiomrežama.U takvim mrežama pristup linku je potpuno decentraliziran i slučajan. Slučajni sepristup u pravilu koristi na linkovima prema većem broju točaka koji međusobnopovezuju ravnopravne stanice. Iz čiste ALOHA-e razvijene su kasnije ALOHA spodjelom vremena pristupa na intervale fiksne duljine trajanja (S-ALOHA –slotted ALOHA), rezervacijska ALOHA (reservation ALOHA) i najnovijemetode nazvane višestruki pristup mediju pomoću otkrivanja signala nosioca(CSMA – Carrier Sense Multiple Access).

63

Za razliku od višestrukog pristupa prijenosnom linku po zajedničkom kanalu,postoje i metode višestrukog pristupa prijenosnom linku po dodijeljenom(dedicated) kanalu, pri čemu je svaki kanal na linku strogo dodijeljen jednomizvoru informacija. TDMA, koji se temelji na TDM-u, i FDMA, koji se temelji naFDM-u, su pristupne metode koje se koriste u žičnim, optičkim i bežičnimkomunikacijama. CDMA, odnosno SSMA, se koristi uglavnom u bežičnimkomunikacijama. Metoda SDMA temelji se na korištenju antena s uskousmjerenim dijagramom zračenja, a smjer zračenja se mijenja ovisno okomutacijskoj informaciji. Pored toga, metode FDMA, TDMA i CDMA moguraditi na dva načina: FAMA i DAMA. Ako rade na načelu FAMA, tada se nemijenja format okvira niti raspored kanala. Neki kanali mogu na taj način ostatineiskorišteni. Ako pak koriste način rada DAMA, sve tri metode pristupaomogućavaju promjenu rasporeda kanala po vremenu ili po frekvenciji, sukladnonarinutom prometu. Takav način rada omogućava učinkovitije korištenjekapaciteta bežičnog linka. U mobilnoj telefoniji koriste se tri od spomenutihmetoda višestrukog pristupa: FDMA, TDMA i CDMA. Međutim, za pristup senikad ne koristi jedna metoda sama, već obično kombinacija dvije metode ili svetri metode zajedno. U virtualnom smislu svi praktični TDMA i CDMA modelisadrže FDMA komponentu. Ključna značajka mobilnih (pokretnih) radiosustavaje višestruka uporaba istih kanala (frequency re-use) na većem geografskompodručju. Takav je način rada vrlo lako postići u FDMA sustavima. U TDMAsustavima signal ima fiksno kašnjenje, a sklopovi predajnika i prijemnika sujednostavni. CDMA sustavi imaju svoje ishodište u metodi raspršenog spektra(spread spectrum). Većina novijih bežičnih sustava koristi pristup prijenosnomlinku pomoću metode CDMA.

64

Na informacijskom linku koji međusobno povezuje dvije ili više stanica morapostojati točno definirani redoslijed po kojem stanice međusobno razmjenjujuinformacije. Drugim riječima, svaka stanica mora znati kada smije započeti saslanjem informacija. Stoga je na drugom sloju modela OSI RM implementiranadisciplina komuniciranja informacijskim linkom (line discipline, engleskariječ line koristi se ponekad u literaturi na engleskom jeziku u kontekstu linka,iako link i line nisu sinonimi). U nastavku će biti korišten skraćeni naziv:disciplina komuniciranja. Disciplina komuniciranja je vrlo slična višestrukompristupu. Razlika je u tome što disciplina komuniciranja detaljnije objašnjavaprotokolnu proceduru uspostave linka, razmjene informacija i raskida linka.Mogli bi reći da disciplina komuniciranja predstavlja svojevrsnu nadopunuvišestrukog pristupa. Disciplina komuniciranja informacijskim linkovima kojimeđusobno povezuju nadređenu i njoj podređene stanice opisana je detaljnije unekoliko narednih slajdova. Disciplina komuniciranja informacijskim linkovimakoji međusobno povezuju ravnopravne stanice naziva se natjecanje (borba) zapristup mediju. Takva se disciplina komuniciranja oslanja na slučajnu metoduvišestrukog pristupa. Svaka stanica smije slati svoje informacije samo ako je linkslobodan. U suprotnom mora čekati da se link oslobodi. Takav se način pristupakoristi najčešće u lokalnim mrežama, pogotovo u Ethernet LAN-ovima.Tehnologija Ethernet, te iz nje razvijen standard IEEE 802.3, temelji se napristupnoj metodi CSMA s otkrivanjem sudara okvira (CSMA/CD – CSMAwith collision detection). Sve su stanice u Ethernet LAN-u međusobnoravnopravne, i ako bilo koje dvije ili više stanica šalju svoje okvire istovremeno,tada nastupa sudar okvira i stanice moraju ponoviti slanje svojih okvira. Dakle,stanice se bore za pristup jednom dijeljenom prijenosnom mediju (shared

media).

65

Disciplina komuniciranja informacijskim linkom od točke do točke opisana jeslikom na gornjem slajdu. Ako stanica A želi slati korisničke informacije staniciB, tada prvo mora stanici B poslati pozivni okvir (ENQ – enquiry), tj. upitpomoću kojeg želi utvrditi da li je stanica B spremna za prijem. Ako je Bspremna, potvrđuje spremnost slanjem potvrdnog okvira (ACK –acknowledgement) stanici A. Po primitku ACK-a stanica A započinje slanjeokvira s korisničkim informacijama stanici B. B potvrđuje uspješan primitakokvira slanjem potvrdnog okvira stanici A. Ako B nije spremna primiti okvir ilije primila neispravan okvir, ona stanici A šalje niječni okvir (NAK – negative

ACK), nakon čega stanica A poduzima akcije opisane gornjom slikom. U slučajuneočekivanih događaja, kao što su npr. NAK ili neispravan odgovor (NO), stanicaA će ponoviti akciju koja je tome prethodila, ili će B pokrenuti proceduru zaoporavak informacijskog linka od pogrešaka (ERP – Error Recovery

Procedure). Do sada je opisivana disciplina komuniciranja informacijskimlinkom koji povezuje ravnopravne stanice. Ako informacijskim linkom od točkedo točke međusobno komuniciraju nadređena i podređena stanica, tada gornjaslika opisuje slijed događaja u scenariju kad nadređena šalje okvire podređenojstanici. Ako pak podređena stanica želi slati okvire nadređenoj, mora prvopričekati da nadređena stanica to od nje i zatraži. Tek nakon toga može započetifazu prijenosa informacija. Opisana disciplina komuniciranja primjenjiva jepodjednako na linkove od točke do točke koji povezuju ravnopravne stanice (bilokoja stanica može poslati ENQ drugoj stanici i započeti prijenos svojihinformacija) i na linkove od točke do točke koji povezuju nadređenu i podređenustanicu (samo nadređena stanica može poslati ENQ podređenoj i nakon togamože joj slati i informacije; ako podređena stanica želi slati informacijenadređenoj mora prvo pričekati zahtjev za slanjem kojeg joj šalje nadređenastanica).

66

Disciplina komuniciranja povezana je s usmjerenošću prijenosa. Ako se radi oinformacijskom linku s naizmjeničnim prijenosom tada u bilo kojem trenutkusamo jedna stanica, A ili B, može slati okvire. Ako se pak radi o informacijskomlinku s dvosmjernim prijenosom tada u bilo kojem trenutku svaka stanica smijeslati okvire, ali samo ako zna da je prijemnik druge stanice spreman za prijemokvira. Drugim riječima, dvosmjerni prijenos omogućava da stanica A pošaljeENQ stanici B, ta da stanica B, ako želi, može istovremeno poslati ENQ staniciA. U tom se slučaju komunikacijska procedura opisana prethodnim slajdomodigrava u oba smjera. Faze upravljanja komunikacijom na informacijskom linkuod točke do točke su sljedeće. Samom transferu korisničkih informacija (korisnikje mrežni sloj) prethodi faza uspostave (establishment) linka (nije potrebnoposebno napominjati da se radi o informacijskom linku, jer je prijenosni linktrajno uspostavljen, osim ako ne dođe do kvara kao što je npr. fizički prekidžičnog ili optičkog medija). U toj se fazi na razini informacijskog linka određujekoja će stanica slati, a koja primati korisničke informacije (ako je link dvosmjernitada obje stanice mogu slati i primati istovremeno), te se utvrđuje spremnostprijemnika (jednog ili oba) da primi okvire. Ako je faza uspostave uspješnoprošla, tada počinje sama faza transfera korisničkih informacija (data

transfer), pri čemu se one pakiraju u okvire i prenose transmisijskim linkom.Stanica koja prima okvire potvrđuje njihov uspješan prijem slanjem potvrdnogokvira (moguća je i primjena informacijskog linka bez potvrđivanja uspješnostiprijema). Nakon završetka prijenosa korisničkih informacija (prenijet je jedan iliviše okvira), započinje raskid (termination) linka. U sklopu ove faze raskida selogička veza između predajnika i prijemnika. Navedene tri faze, u nekomspecifičnom obliku, dio su discipline komuniciranja i linkovima od točke premavećem broju točaka.

67

Na informacijskom linku od točke prema većem broju točaka koji međusobnopovezuje nadređenu i podređene stanice disciplina komuniciranja je uglavnominačica temeljnog protokola nazvanog prozivaj i biraj (poll and select). U bilokojem trenutku informacije se razmjenjuju samo između nadređene stanice ijedne od podređenih stanica, dok izravna razmjena informacija između dvijupodređenih stanica, tj. bez posredovanja nadređene, nije moguća. Koristećimehanizam prozivanja nadređena stanica traži od podređene da joj pošaljekorisničke informacije (naravno, ako su spremne za slanje). Na gornjem slajdu(slike a i b) prikazan je vremenski tijek događaja na linku između nadređenestanice P i podređene stanice S u slučaju prozivanja. Stanica P proziva stanicu Sslanjem okvira prozivanja (POLL). Ako prozvana stanica S nema informacija zaslanje, ona stanici P šalje niječni okvir (NAK). Nasuprot tome, ako stanica S imainformacija spremnih za slanje, tada stanici P šalje okvire s korisničkiminformacijama (jedan ili više), a stanica P potvrđuje uspješan prijem tih okviraslanjem potvrdnog okvira (ACK) stanici S. U slučaju da nadređena stanica želislati korisničke informacije podređenoj stanici, tada koristi mehanizam odabira.U tom slučaju (slika c) stanica P prvo pošalje željenoj podređenoj stanici na linkuokvir odabira (SEL), kojeg S mora potvrditi slanjem okvira potvrde nadređenojstanici. Nakon prijema potvrdnog okvira stanica P šalje stanici S jedan ili višeokvira, a S mora potvrditi uspješan prijem slanjem potvrdnog okvira stanici P.Modifikacija ovog mehanizma zove se brzi odabir (slika d), pri čemu P šaljestanici S okvir odabira zajedno s okvirima koji sadrže korisničke informacije, a Smora potvrditi uspješan prijem slanjem potvrdnog okvira stanici P.

68

Jedna od funkcija sloja informacijskog linka je i adresiranje stanica na linku. Akose radi o informacijskom linku od točke do točke tada adresiranje stanica nijepotrebno. S obzirom da takvim linkom komuniciraju uvijek samo dvije stanice(nadređena i podređena ili dvije ravnopravne stanice) adresiranje je suvišno jersvaka stanica može slati informacije samo na jedno odredište i može primatiinformacije samo iz jednog izvora. Međutim, ako se radi o informacijskom linkuprema većem broju točaka, tada adresiranje ovisi o tome da li međusobnokomuniciraju ravnopravne stanice, ili je neka od njih nadređena ostalima. Uslučaju komunikacije nadređene s podređenim stanicama potrebno je svakojpodređenoj stanici dodijeliti jedinstvenu adresu. Adresiranje nadređene stanice jesuvišno jer ionako svaka podređena stanica može izravno komunicirati samo snadređenom. Nasuprot tome, kad nadređena stanica šalje informacije jednoj odpodređenih, ona mora u okvir upisati adresu stanice kojoj šalje dotičneinformacije. Ako su informacijskim linkom međusobno povezane ravnopravnestanice, tada bilo koja stanica može komunicirati s bilo kojom drugom stanicomna linku, pri čemu je neophodno svakoj stanici dodijeliti jedinstvenu adresu.Primjer takvog informacijskog linka je lokalna mreža Ethernet ili Token Ring. Utakvoj je mreži svakoj stanici dodijeljena jedinstvena MAC adresa duljine 16 ili48 bita. Osnovna ideja skupine standarda IEEE 802 je da bilo koja stanica u bilokojoj lokalnoj mreži u svijetu ima jednoznačnu adresu. Pored adresaindividualnih stanica definirana je i adresa razašiljanja (broadcast address)okvira, koja označava sve stanice u lokalnoj mreži, te skupne adrese namijenjeneslanju okvira iz nekog izvora na veći broj unaprijed definiranih odredišta u LAN-u, nazvane višeodredišne adrese (multicast address), pri čemu su i izvori iodredišta članovi unaprijed definiranih skupina stanica.

69

Pretpostavimo da su stanice A i B međusobno povezane informacijskim linkom.Pretpostavimo također da stanica A želi slati okvire stanici B. Nakon što stanica Apristupi linku ona je spremna za slanje okvira. Međutim, prije samog početkaslanja stanica A mora od stanice B dobiti potvrdu da je B spremna za prijemokvira. U prijemniku stanice B okviri se spremaju u memorijske spremnike.Brzina kojom se ti spremnici prazne ovisi o tome koliko brzo komunikacijskiprocesor može obraditi primljene okvire i proslijediti ih višim protokolnimslojevima. Ako stanica A šalje okvire prevelikom brzinom, spremnik u prijemnikustanice B se popuni i ne može primiti nove okvire. U tom slučaju će stanica Bodbaciti sve daljnje okvire koji dolaze na ulaz njenog prijemnika. Zadatak jepredajnika stanice A da ponovo pošalje okvire koje B nije mogla primiti. Na taj senačin povećava kašnjenje prijenosa okvira, jer, gledano s viših slojeva, kašnjenjeprijenosa okvira je razlika između trenutka kad je neki okvir primljen ispravno itrenutka kad je prvi puta poslan. Dakle, što je broj ponovnih slanja okvira, tj.retransmisija veći, to je i kašnjenje prijenosa veće. Proporcionalno s brojemretransmisija smanjuje se i propusnost informacijskog linka. Kako bi se izbjeglozagušenje prijemnika, neophodno je implementirati upravljanje prometnimtokovima (u ovom kontekstu pojam prometni odnosi se na informacijski promet).Kad prijemnik osjeti da su njegovi spremnici popunjeni iznad nekog praga, onšalje obavijest predajniku da smanji brzinu slanja informacija. Metodaupravljanja prometnim tokovima nazvana stani i čekaj temelji se na tome dapredajnik pošalje jedan okvir, a sljedećeg šalje tek nakon što od prijemnika sdrugog kraja linka dobije potvrdu da je ovaj ispravno primio prethodni okvir. Nataj se način kapacitet linka neučinkovito koristi, a situacija je posebno loša koddugačkih linkova.

70

Primjer upravljanja prometnim tokovima pomoću kliznog prozora prikazan je nagornjem slajdu. Stanice A i B međusobno su povezane informacijskim linkom.Pretpostavka je da stanica A šalje veći broj okvira stanici B. Stanica A održavapopis rednih brojeva okvira koje smije poslati, a stanica B održava popis rednihbrojeva okvira koje je spremna primiti. Svaki takav popis moguće je promatratikao svojevrsni prozor koji klizi iznad slijeda okvira. Stoga se ova metodaupravljanja prometnim tokovima i naziva klizni prozor. U gornjem je primjerupretpostavljeno da se redni brojevi okvira označavaju s tri bita, pa su okvirioznačeni brojevima od 0 do 7, i ta se numeracija ciklički ponavlja kroz cijelislijed okvira koje šalje stanica A. Prozor je na gornjoj slici označen kao sivipravokutnik. On označava da stanica A može slati 5 okvira, počevši od okvira srednim brojem 0. Svaki put kad stanica A pošalje jedan okvir, prozor njenogpredajnika se smanji za jedan okvir, a svaki put kad A primi potvrdu od stanice Bda je ova ispravno primila M okvira, prozor se za toliko poveća. Okviri koji su nagornjoj slici smješteni između okomite crte i prozora predstavljaju okvire koje jestanica A poslala, ali ih B nije potvrdila. Stoga je zadatak predajnika u stanici Ada čuva kopije nepotvrđenih okvira u spremniku za slučaj da B zatraži ponovnoslanje tih okvira. Općenito, ako se redni broj okvira zapisuje pomoću k bita, tadaduljina prozora smije iznositi najviše 2k – 1. Ako neka stanica želi obavijestitidrugu stanicu da je spremna za prijem njenih okvira, šalje joj potvrdni okvir(ACK). Na gornjem slajdu prikazan je i prozor u prijemniku stanice B. Tajprozor, također označen sivim pravokutnikom, označava da stanica B možeprimiti 5 okvira, počevši od okvira s rednim brojem 0. Svaki put kad stanica Bprimi jedan okvir, prozor u njenom prijemniku se smanji za jedan okvir. Također,prilikom slanja potvrde o ispravnom prijemu M okvira, prozor se u prijemnikustanice B za toliko poveća.

71

Na gornjem slajdu dan je primjer kako se upravljanje prometnim tokovimaizmeđu stanica A i B odvija u vremenu. Na samom početku A i B internoodržavaju prozore koji pokazuju da A smije poslati 7 okvira (počevši s okvirom srednim brojem 0), a B može primiti 7 okvira. Stanica A prvo pošalje tri okvira,F0, F1 i F2. S obzirom da u međuvremenu nije primila potvrdu od B o uspješnostinjihova prijema, stanica A automatski skraćuje svoj prozor na 4 okvira. Dakle, odtog trenutka A smije poslati najviše 4 okvira, počevši od okvira broj 3. Paralelnosa svakim primljenim okvirom skraćuje se prozor i u stanici B. Nakon što jeuspješno primila spomenuta tri okvira, B šalje potvrdni okvir (Receive Ready)RR3. Općenito, okvirom RRn stanica B potvrđuje da je primila sve okvire dorednog broja n-1 i sada je spremna primiti okvir s rednim brojem n, tj. stanica Bporučuje da je spremna primiti 7 okvira počevši od n-tog okvira. Nakon slanjaokvira RR3 prozor se u stanici B ponovo poveća na 7 okvira. Nakon prijemaokvira RR3 stanica A povećava svoj prozor na sedam okvira (početak prozora jena okviru broj 3). Zatim stanica A pošalje četiri okvira stanici B (F3, F4, F5 i F6),i prozor u A se skrati na tri okvira (novi početak prozora je na okviru 7). U staniciB se netom nakon prijema okvira F3 prozor skraćuje na 6 okvira, stanica B šaljeokvir RR4 prema A, prozor se povećava na 7 okvira i stanica B nastavlja primatiokvire F4, F5 i F6. S prijemom svakog sljedećeg okvira duljina prozora u B sesmanjuje za po jedan okvir. Nakon prijema okvira RR4 stanica A poveća svojprozor na samo 4 okvira (počevši od broja 7), jer tri su okvira već poslana inepotvrđena, a maksimalna dozvoljena duljina prozora iznosi 7. Slanjem okviraRR4 stanica B je u stvari utjecala na smanjenje brzine kojom stanica A šaljeokvire.

72

Upravljanje pogreškama na razini informacijskog linka obuhvaća mehanizmeza detekciju i ispravljanje pogrešaka koje nastaju za vrijeme prijenosainformacijskih okvira. Ovisno o intenzitetu smetnji u prijenosu svaki poslaniokvir može stići u prijemnik kao ispravan okvir ili kao neispravan okvir, odnosnokao okvir s pogreškama. Postoje dvije vrste okvira s pogreškama. Izgubljeniokvir (lost frame) je okvir koji nije raspoznat u prijemniku. Uslijed velikog snopasmetnji informacijski sadržaj okvira se toliko promijeni da prijemnik uopće nemože raspoznati dotični okvir. S aspekta prijema, takav je okvir izgubljen (kao dauopće nije primljen). Oštećeni okvir (damaged frame) je okvir kojeg prijemnikraspoznaje, ali su neki od njegovih bita primljeni s pogreškom. Metode zaotkrivanje i ispravljanje pogrešaka moguće je podijeliti u dvije osnovne skupine:ispravljanje pogrešaka retransmisijom (BEC – Backward Error Correction) iispravljanje pogrešaka u prijemniku (FEC – Forward Error Correction). Uslučaju primjene BEC-a slijed događaja na informacijskom linku je sljedeći. Akoprijemnik na jednom kraju linka otkrije pogreške, on o tome obavještavapredajnika na drugom kraju linka. Predajnik mora ponoviti slanje okvira koji suna drugom kraju linka primljeni s pogreškama. Postoji nekoliko takvihmehanizama, a zajednički im je naziv zahtjev za automatskim ponavljanjemslanja okvira (ARQ – Automatic Repeat Request). Na informacijskom linku kojiza upravljanje pogreškama koristi metodu FEC prijemnik otkriva pogreške i samih ispravlja. Primjena FEC-a iziskuje da se informacija sadržana u okvirima štitipomoću koda za ispravljanje pogrešaka (error correction code; npr.Hammingov kod, BCH kodovi, konvolucijski kodovi, Reed-Solomonovi kodovi idr.). FEC bitno smanjuje broj retransmisija na linku, ali se BEC češće koristi zbogjednostavnije i jeftinije implementacije.

73

Dakle, upravljanje pogreškama na informacijskom linku uglavnom se provodipomoću kombinacije tehnika koje uključuju sljedeće mehanizme:(1) otkrivanje pogrešaka (error detection) – služi za detekciju pogrešaka bita, teza eventualno ispravljanje određenog broja pogrešaka bita. Primjeri metoda zaotkrivanje pogrešaka su provjera pariteta (parity check) i ciklička provjerazalihosti (CRC – Cyclic Redundancy Check);(2) slanje potvrdnog okvira (positive acknowledgment) – ako je prijem nekogokvira završio uspješno, tj. prijemnik nije otkrio pogreške bita u tom okviru, tadaprijemnik šalje predajniku potvrdni okvir pomoću kojega ga obavještava da jeprijem dotičnog okvira bio uspješan;(3) retransmisija nakon isteka vremenske kontrole (retransmission after

timeout) – predajnik pošalje okvir prijemniku na drugom kraju linka i čekaodređeno vrijeme da mu prijemnik pošalje potvrdni okvir. Čim je završilo slanjeokvira, predajnik pokrene vremensku kontrolu pomoću koje mjeri vrijeme doprijema potvrdnog okvira. Ako vremenska kontrola u predajniku istekne, apredajnik nije primio potvrdni okvir, on automatski obavlja ponovno slanje istogokvira čiji prijem nije potvrđen;(4) slanje niječnog okvira i retransmisija (negative acknowledgment and

retransmission) – ako je prijem nekog okvira završio neuspješno, tj. prijemnik jeotkrio pogreške bita u tom okviru, tada prijemnik šalje predajniku niječni okvirpomoću kojega ga obavještava da je prijem dotičnog okvira bio neuspješan,nakon čega predajnik ponavlja slanje tog okvira.Napomena: promatrajući informacijski link s aspekta upravljanja pogreškama,moguće je okvire koji se prenose linkom podijeliti u dvije skupine: okviri zaupravljanje pogreškama (potvrdni okviri, niječni okviri) i ostali okviri.

74

Vjerojatnost da okvir u prijemu ne sadrži pogreške, tj. bitove koji su naprijenosnom putu promijenili vrijednost iz originalne ispravne u suprotnuneispravnu, opada s porastom vjerojatnosti pogreške bita. Ako vjerojatnostnastupa pogreške na jednom bitu iznosi Pb, tada vjerojatnost da primljeni okvir nesadrži pogreške iznosi P1 = (1 − Pb)N, pri čemu je N broj bita u okviru. Dakle, sporastom duljine okvira smanjuje se i vjerojatnost da primljeni okvir ne sadržipogreške.

Osnovno načelo na kojem se temelji djelovanje metoda za otkrivanje pogrešakaprikazano je gornjom slikom. Za dani okvir predajnik pomoću funkcije zaštitnogkodiranja f proračunava zaštitni slijed bita E kojeg zatim dodaje okviru. Naodredištu prijemnik prvo razdvaja primljene informacije od zaštitnog slijeda E.Zatim pomoću funkcije f (ista kao i u predajniku) proračunava iz primljenihinformacija zaštitni slijed F i uspoređuje ga s primljenim zaštitnim slijedom E.Ako vrijedi da je F = E, tada prijemnik pretpostavlja da u prijemu nije bilopogrešaka.

Međutim, ponekad u samom transferu informacija može nastupiti takvakombinacija pogrešaka da će u prijemniku vrijediti F = E unatoč činjenici danekolicina bita u prijemu ima pogrešnu vrijednost. Kodovi za otkrivanjepogrešaka nisu idealni i ne mogu otkriti sve binarne simbole koji su primljeni spogreškom. Ako je pak F ≠ E tada je sigurno da je barem na jednom od bitanastupila pogreška. Situacija se dodatno komplicira ako pogreška u prijenosunastane na nekom od bita koji tvore zaštitni slijed E.

75

Najjednostavnija metoda za otkrivanje pogrešaka je provjera pariteta. Postojedva načina provjere pariteta: vertikalna provjera redundancije (VRC – vertical

redundancy check) i longitudinalna provjera redundancije (LRC – longitudinal

redundancy check). VRC se temelji na tome da predajnik dodaje po jedanparitetni bit (parity bit) na kraj svakog znaka. Općenito, ako se znak sastoji od N

bita, b1 b2 ... bN, tom se znaku dodaje paritetni bit p1, i tako nastaje zaštićeni znakb1 b2 ... bN p1. Postoje dva načina dodavanja paritetnog bita. Ako se koristi parniparitet (even parity) tada ukupan broj binarnih jedinica, gledano na razinizaštićenog znaka, mora biti paran. Za taj slijed mora vrijediti b1⊕ b2 ⊕... ⊕ bN ⊕

p1 = 0, pri čemu je ⊕ oznaka za zbrajanje po modulu broja dva (0 ⊕ 0 = 0, 0 ⊕ 1= 1, 1 ⊕ 0 = 1 i 1 ⊕ 1 = 0). Ako se koristi neparni paritet (odd parity) tada brojbinarnih jedinica, gledano na razini zaštićenog znaka, mora biti neparan. Dakle,b1⊕ b2 ⊕... ⊕ bN ⊕ p1 = 1. Na drugom kraju linka prijemnik provjerava svakiprimljeni znak tako da sve njegove bitove zbroji po modulu dva. Ako se koristiparni paritet, tada vrijednost zbroja mora biti jednaka nuli, a ako se koristineparni paritet, tada zbroj mora biti jednak jedinici. Ako je navedeni uvjetispunjen, primljeni se znak smatra ispravnim. Nakon provjere pariteta prijemnikodvaja paritetni bit od znaka. Ako pak navedeni uvjet za ispravan prijem znakanije zadovoljen, prijemnik otkriva pogrešku i o tome obavještava druge procese.Druga metoda provjere pariteta, nazvana LRC, temelji se na formiranjuparitetnog znaka. Za blok od M znakova predajnik kreira jedan zajedničkiparitetni znak. Ako svaki znak u bloku ima N bita, i ako se svakom znaku dodajepo jedan paritetni bit (VRC), tada paritetni znak sadrži N + 1 bita. Dodavanjemparitetnog znaka smanjuje se broj neotkrivenih pogrešaka u prijemniku zaotprilike dva do četiri reda veličine.

76

Jedna od najraširenijih i najmoćnijih metoda za otkrivanje pogrešaka nastalih uprijenosu je ciklička provjera zalihosti (CRC). Djelovanje te metode temelji sena sljedećem načelu: na ulaz kodera kanala dolazi okvir M duljine k bita, koderkanala mu dodaje slijed F duljine n bita, poznat kao slijed za provjeruispravnosti okvira (FCS), uslijed čega nastaje okvir T duljine (k + n) bita, kojegkoder kanala šalje pretvaraču na daljnju obradu. Predajnik formira slijed F nasljedeći način:

• okvir M, koji kao slijed bita predstavlja binarni broj M, nadopuni na kraju s nnula (to je isto kao da je binarni broj M pomnožen s 2n);

• novonastali slijed bita, kojeg je moguće izraziti binarnim brojem 2nM, podijeli s binarnim brojem P duljine (n + 1) bita, koji se naziva CRC polinom;

• ostatak od dijeljenja dodaje u obliku slijeda bita na kraj okvira M i tako formira okvir T, kojeg je moguće izraziti pomoću binarnog broja T;

Prijemnik na odredištu obavlja sljedeće CRC operacije:

• primljeni okvir T, tj. binarni broj T podijeli s CRC polinomom P;

• uspoređuje ostatak od dijeljenja s nulom.

CRC polinom P, osim što mora biti za jedan bit dulji od FCS-a, mora imatibinarne jedinice barem na poziciji bita najveće i najmanje težine (ostalo mogubiti binarne nule). Napomena: predajnik i prijemnik koriste aritmetiku po modulu2, što znači da se operacija zbrajanja binarnih brojeva odvija bez preljeva na višupoziciju. Takvo je zbrajanje pandan logičkoj operaciji isključivo ili (exclussive-

or).

77

Ako je rezultat dobiven dijeljenjem broja T s brojem P u prijemu jednak nuli,prijemnik signalizira da u primljenom okviru nema pogrešaka. Međutim, to nemora značiti da u prijenosu doista nisu nastupile pogreške na pojedinim binarnimsimbolima. Metoda CRC, iako moćna (njena snaga najviše ovisi o stupnjupolinoma P) i sposobna otkriti višestruke pogreške u okviru, ne može otkriti svemoguće kombinacije pogrešaka bita. Ako je dobiveni rezultat različit od nule,prijemnik signalizira da u primljenom okviru ima pogrešaka. Metoda CRC možeispraviti isključivo jednostruku pogrešku u okviru, tj. ako na cijelom okvirunastupi pogreška samo na jednom bitu. Djelovanje pogrešaka u prijenosu mogućeje također prikazati pomoću slijeda binarnih brojeva, tj. kao broj E duljine (n+k)bita, koliko iznosi duljina okvira zajedno s FCS-om. Broj E ima binarnu jedinicuna poziciji svake pogreške simbola koja nastaje u prijenosu okvira T, a na svimostalim pozicijama binarne nule. Dakle, djelovanje pogreške moguće jematematički izraziti kao zbroj T + E (po modulu 2) uslijed čega nastaje broj Te,odnosno okvir Te s pogreškama. Svaka se pojedinačna pogreška u okvirumanifestira promjenom određenog bita iz binarne jedinice u nulu, odnosnobinarne nule u jedinicu. Drugi način razmatranja metode CRC temelji se naprikazu svih varijabli u obliku polinoma fiktivne varijable X. Koeficijentipolinoma odgovaraju bitovima u binarnim brojevima M, F, T i P. Na primjer, akoje P = 11001, tada je polinom P(X) = X4 + X3 + 1. Sada je CRC proces mogućeopisati kao: XnM(X)/P(X) = Q(X) + R(X)/P(X), T(X) = XnM(X) + R(X). Pogreškuće biti nemoguće detektirati u prijemu ako je polinom E(X) djeljiv s polinomomP(X). Primjer polinoma koji se koriste u praksi: CRC-16, CRC-CCITT i CRC-32(koristi se npr. u Ethernet LAN-ovima).

78

ARQ metoda stani i čekaj (stop-and-wait) temelji se na metodi upravljanjaprometnim tokovima stani i čekaj. U nastavku će analiza ove ARQ metode bitiprovedena na primjeru dvije stanice, A i B, međusobno povezane informacijskimlinkom od točke do točke. Stanica A pošalje okvir i i čeka da joj stanica B potvrdiispravan prijem tog okvira slanjem potvrdnog okvira ACKj, i, j ∈ {0, 1}, i ≠ j.Odmah nakon završetka slanja okvira i stanica A pokreće vremensku kontrolu, tj.brojač koji broji vrijeme do prijema potvrdnog okvira ACKj. Tek nakon prijemaokvira ACK stanica A može poslati sljedeći okvir. Na takvom linku mogu nastatidvije vrste pogrešaka. Prvu vrstu čine okviri s korisničkim informacijama koji naodredište stižu s pogreškama. Prijemnik u stanici B detektira takav okvir,odbacuje ga i ne šalje ACK stanici A. S obzirom da ne prima ACK, stanica Anakon isteka vremenske kontrole (timeout) ponovo šalje isti okvir. To znači dastanica mora čuvati kopije poslanih okvira sve dok od odredišta ne dobije potvrduo uspješnom prijemu tih okvira. Drugu vrstu pogrešaka čine potvrdni okviri kojina odredište stižu s pogreškama. Na primjer, stanica B potvrđuje ispravan prijemokvira 1 i stanici A šalje ACK0. Na linku nastaju smetnje i ACK postajeneraspoznatljiv u prijemniku stanice A. U stanici A će isteći vremenska kontrola,nakon čega stanica A ponovo šalje okvir 1 prema B. S obzirom da je B većprimila taj okvir, ona odbacuje duplikat. To je ujedno i razlog zašto se koriste dvarazličita potvrdna okvira, ACK0 i ACK1. Sve što je rečeno za smjer slanja od Aprema B, vrijedi i za suprotan smjer komunikacije. Ako je link između A i Bdvosmjeran, tada se zbog boljeg iskorištenja linka koristi tehnika spojenepotvrde (piggybacking). Na primjer, stanica A pošalje okvir stanici B. Nakonprijema tog okvira stanica B šalje stanici A svoj okvir te zajedno s njim šalje ipotvrdu ispravnosti prijema okvira kojeg joj je prethodno poslala stanica A.

79

Načelo rada ARQ metode vrati se nazad N okvira (go-back-N) moguće jeobjasniti na primjeru stanice A koja šalje okvire stanici B na drugom kraju linka.Za svaki poslani okvir Fi stanica A pokreće vremensku kontrolu, tj. brojač kojimjeri vrijeme sve do prijema potvrde prijema okvira Fi. Tu potvrdu šalje stanicaB, a može se odnositi na ispravan (RR) ili neispravan prijem (REJ) okvira.Sljedeća je pretpostavka da je B uspješno primila okvir F(i − 1), a A je upravoposlala okvir Fi. Postoje dvije bitno različite situacije koje mogu nastati uprijenosu. (1) Ako B primi oštećeni okvir (u okviru su otkrivene pogreške),odbacuje ga i ne poduzima daljnje akcije vezane uz taj okvir. Postoje dvijeinačice ovog slučaja. (1a) Unutar razumnog intervala A šalje okvir F(i + 1). Bprima taj okvir, redoslijed prijema u B je narušen i B šalje okvir REJi prema A.Po primitku okvira REJi, A mora ponoviti slanje okvira Fi i svih okvira koje jenakon njega već poslala (zato se ova metoda i zove vrati se nazad N okvira).(1b) Ako pak A nije slala druge okvire nakon i-tog, tada B ne šalje ni okvir RRniti okvir REJ. Nakon što u A istekne vremenska kontrola, A šalje okvir RRprema B. U tom je okviru bit P postavljen u 1, što je u stvari naredba stanici B damora poslati okvir RR kojim potvrđuje zadnji ispravno primljeni okvir, odnosnonaznačuje broj okvira kojeg očekuje, a to je u ovom slučaju okvir Fi. (2) A primaoštećeni okvir RR. (2a) B prima okvir Fi i šalje okvir RR(i + 1) koji se zagubiuslijed smetnji. U tom se slučaju može dogoditi da B pošalje sljedeći okvir RR, tj.RR(i + 2), i da taj okvir stigne u A prije isteka vremenske kontrole potvrdeuspješnog prijema okvira F(i + 1). To znači da će u B okvir F(i + 2) biti primljenprije okvira F(i + 1). (2b) Ako pak vremenska kontrola u A istekne, A šaljenaredbu RR kao u (1b). A postavlja novi brojač, nazvan brojač bita P (P-bit

timer). Ako se B i dalje ne javi, ili je opet pogreška na okviru RR, A ponovo šaljenaredbu RR prema B i pokreće brojač bita P od nule. (3) A prima oštećeni okvirREJ. Slijed akcija isti je kao u slučaju (1b).

80

Na gornjoj slici dan je primjer funkcioniranja ARQ metode selektivnoodbacivanje okvira (selective-reject ARQ). Pretpostavka je da stanica A šaljeokvire stanici B. Stanica B potvrđuje prijem tih okvira slanjem potvrdnih okviraRR (potvrđuju ispravan prijem), odnosno SREJ (potvrđuju neispravan prijem)stanici A. Nakon nekoliko ispravno primljenih okvira čiji prijem B potvrđujeslanjem okvira RR, okvir F4 uslijed djelovanja smetnji postaje neraspoznatljiv ustanici B. Međutim, A i dalje šalje okvire, pa B primi okvir F5. Kad prijemnik u Bshvati da je primio okvir F3, pa nakon njega okvir F5, te da nedostaje okvir F4(dakle, krivi poredak okvira), B šalje stanici A potvrdu neuspjelog prijema okviraF4 (SREJ4). B nastavlja i dalje primati okvire iz A, i sprema ih u spremnik svedok ne primi i okvir F4. U tom trenutku B poreda okvire po ispravnomredoslijedu i pošalje ih višim protokolnim slojevima. Prednost metode selektivnoodbacivanje okvira u odnosu na metodu vrati se nazad N okvira je u manjembroju ponovnih slanja neispravnih okvira. Međutim, prijemnik koji koristimetodu selektivno odbacivanje okvira mora održavati puno veći spremnik kakobi mogao obnoviti ispravan poredak okvira u slučaju ponovljenog slanja okviraprimljenog s pogreškom. Predajnik također mora koristiti složenu logiku kako bimogao slati okvire izvan uobičajenog redoslijeda. Upravo zbog njene većesloženosti metoda selektivno odbacivanje okvira puno se rjeđe koristi odmetode vrati se nazad N okvira. U metodi vrati se nazad N okvira maksimalnaduljina prozora ograničena je duljinom rednog broja okvira. Ako je redni brojokvira određen s k binarnih brojeva, tada maksimalna dozvoljena duljina prozoraiznosi 2k − 1. Međutim, u metodi selektivno odbacivanje okvira, zbog problemapreklapanja prozora predajnika i prijemnika, maksimalna duljina prozora iznosik/2 (to je najveći dozvoljeni broj okvira koji smiju biti poslani bez potvrde).

81

Pretpostavka: razmatramo link od točke do točke s naizmjeničnim prijenosominformacija. Upravljanje prometnim tokovima na razini linka ostvareno je ARQmetodom stani i čekaj. Poruka koju šalje izvor sastoji se od N okvira. Trajanjeukupnog vremena koje je potrebno da informacije sadržane u poruci buduuspješno prenijete od izvora od odredišta iznosi T = TI + N·TF, pri čemu je TI

trajanje vremenskog intervala za inicijalizaciju prijenosa, a TF je trajanjeprijenosa jednog okvira s kraja na kraj linka: TI = tprop + tpoll + tproc, i TF = tprop +tframe + tproc + tprop + tack + tproc, pri čemu je tprop trajanje prostiranjaelektromagnetskog vala s kraja na kraj linka, tpoll je trajanje slanja okvira zaprozivanje prijemnika na link, tproc je trajanje obrade okvira u procesoruprijemnika, tframe je trajanje slanja okvira s korisničkim informacijama na link, atack je trajanje slanja potvrdnog okvira na link. Nadalje, pretpostavka je da je TI

relativno mali u odnosu na TF i moguće ga je zanemariti. Dakle, T = N·TF.Nadalje, tack i tproc su također mali i moguće ih je zanemariti, pa vrijedi T =N· (2tprop + tframe), od čega se samo N· tframe odnosi na slanje korisničkihinformacija, dok je sve ostalo pretek protokola upravljanja linkom. Dakle,učinkovitost (efficiency) ili iskoristivost (utilization) linka je U =N· tframe/[N· (2tprop + tframe)], tj. U = tframe/(2tprop + tframe). Uvođenjem parametra a

koji je jednak omjeru tprop/tframe izraz za iskoristivost linka postaje jednak U = 1/(1+ 2a). Trajanje prostiranja (propagation time) elektromagnetskog (EM) valalinkom jednako je omjeru duljine linka, d, i brzine EM vala u fizičkom mediju, v.“Najbrži” medij je zrak, v ≈ 300.000 km/s, zatim koaksijalni kabel u kojembrzina EM vala iznosi približno 220.000 km/s, v u bakrenoj parici iznosi približno200.000 km/s, dok je optička nit “najsporija” i brzina EM vala u optičkoj nitijednaka je omjeru brzine EM vala u vakuumu, c, i indeksa loma stakla, n.Trajanje slanja (transmission time) okvira na link jednako je omjeru duljineokvira L i prijenosne brzine R.

82

Na temelju razmatranja načina rada tri ARQ metode, moguće je metode vrati senazad N okvira i selektivno odbacivanje okvira ocijeniti kao učinkovitije odmetode stani i čekaj. S obzirom da u prethodnoj analizi učinkovitosti linka nijeuzeto u obzir pojavljivanje pogrešaka u okvirima, već je prijenos s tog aspektasmatran idealnim, neophodno je načiniti male izmjene u izrazima za iskoristivostlinka kod primjene pojedinih ARQ metoda. U metodi stani i čekaj iskoristivostlinka U je omjer trajanja slanja jednog okvira na link i ukupnog trajanja vremenakoje je potrebno da se jedan okvir uspješno prenese od izvora do odredišta, U =Tf/Tt. U slučaju prijenosa bez pogrešaka bita (error-free transmission)iskoristivost linka kod primjene metode stani i čekaj iznosi U = Tf/(Tf + 2Tp), pričemu je Tp vrijeme prostiranja EM vala s kraja na kraj linka. Ako ponovoiskoristimo parametar a = Tp/Tf, tada je U = 1/(1 + 2a). Međutim, ako razmatramoi pogreške u prijenosu, tada je U = Tf /(Nr·Tt), pri čemu je Nr očekivani brojretransmisija po jednom okviru. Nadalje, U = 1/[Nr(1 + 2a)]. Ako je P

vjerojatnost da je na okviru koji prenosi korisničke informacije nastupila baremjedna pogreška, i ako pretpostavimo da pogreške nikad ne nastupaju na okvirimaACK i NAK, tada je vjerojatnost da je potrebno upravo i pokušaja da se okviruspješno prenese dana izrazom Pi-1(1 – P). Očekivani broj retransmisija je ustvari očekivanje od slučajne varijable i, tj. Nr = E[i] = Σi[iPi-1(1 – P)], pri čemuje 1≤ i ≤ ∝. Konačno, Nr = 1/(1 – P), pa je sukladno tome iskoristivost linka zametodu stani i čekaj U = (1 – P)/(1 + 2a). Sličnim proračunima moguće je doćido izraza za učinkovitost linka kod ARQ metoda vrati se nazad N okvira iselektivno odbacivanje okvira. Napomena: potrebno je razlikovati pojmoveiskoristivost (do koje je mjere moguće iskoristiti kapacitet link) i iskorištenost(koliko se kapacitet linka stvarno koristi u nekom sustavu).

83

Mrežni sloj omogućava transfer informacija između krajnjih sustava krozkomunikacijsku mrežu. Mrežni sloj rasterećuje više protokolne slojeve odnužnosti poznavanja tehnologija prijenosa i komutiranja informacija korištenih udotičnoj mreži. Krajnji sustav može biti povezan s drugim krajnjim sustavomkroz mrežu s komutacijom kanala ili kroz mrežu s komutacijom paketa. Primjermreže s komutacijom paketa je X.25 mreža. Krajnji sustav na mrežnom slojustupa u dijalog s mrežom i specificira adresu krajnjeg sustava s kojim želikomunicirati, te, po mogućnosti zahtijeva određene pogodnosti, kao što je, naprimjer, prioritet u komunikaciji. Paketi koje kreira krajnji sustav prolaze krozjedan ili više mrežnih čvorova koji djeluju kao releji između krajnjih sustava. Učvorovima mreže s komutacijom paketa implementirana su samo prva tri sloja,dok su preostala četiri implementirana u krajnjim sustavima. Koristeći algoritmeusmjeravanja treći sloj u mrežnom čvoru obavlja funkcije komutiranja iusmjeravanja informacijskih tokova. Entiteti mrežnog sloja u mrežnim uređajimameđusobno razmjenjuju informacije o usmjeravanju, a tom razmjenom upravljausmjerivački protokol (routing protocol). Mrežni sloj u čvorovima na granicidviju međusobno različitih mreža mora obavljati funkcije međudjelovanjamreža (internetworking). Nadalje, mrežni sloj upravlja mrežnim zagušenjem dokojeg može doći uslijed nepredvidljivih fluktuacija prometnih tokova. Mreža senalazi u stanju zagušenja kad je u njoj prisutan preveliki broj paketa, što vodi kdegradaciji performansi mreže, a u uvjetima ekstremnog zagušenja mreže i doodbacivanja paketa u čvorovima što za krajnje odredište predstavlja gubitakpaketa. Protokolne primitive na mrežnom sloju koriste mrežne adrese kako biodredile izvor i odredište informacije. Sukladno modelu OSI RM točka pristupausluzi mrežnog sloja naziva se skraćeno NSAP (Network Service Access Point).Stoga je drugi naziv za mrežnu adresu NSAP adresa.

84

Kod datagramskog transfera svaki se datagram (datagram), tj. paket, prenosikroz mrežu zasebno, tj. komunikacijskim putom koji je neovisan o ostalimpaketima. Datagramski transfer asocira na nespojnu uslugu mrežnog sloja,međutim, moguće ga je koristiti i za realizaciju spojne usluge. Bez obzira da li seradilo o spojnoj ili nespojnoj usluzi mrežnog sloja, u slučaju datagramskogtransfera smjerovi transfera informacijskih tokova (route) se ne određujuunaprijed. Svaki se paket šalje kroz mrežu neovisno o prethodnim paketima, ipaketi koji pripadaju istom informacijskom toku između izvora i odredišta moguse kretati različitim putovima kroz mrežu. Kod takvog načina rada mreže postojiopasnost da redoslijed paketa na odredištu bude drugačiji od redoslijeda paketana izvoru informacija. Iz tog razloga prijemnik mora privremeno spremati paketeu spremnik, pa tek kad je siguran da je dio paketa primljen sukladno redoslijeduslanja, onda ih može proslijediti višim protokolnim slojevima. Prednostdatagramskog transfera je u njegovoj robusnosti, tj. puno se lakše prilagođujeuvjetima zagušenja mreže nego virtualni kanali. Zbog specifičnog načinaodvijanja datagramskog transfera, svaki datagram mora u svom zaglavlju nositipunu adresu odredišta. Kad datagram stigne u mrežni čvor, čvor konzultiratablicu usmjeravanja. Sukladno odredišnoj adresi upisanoj u datagram, čvor gaprosljeđuje na određenu odlaznu liniju. Pri tome mrežni čvor ne obavlja nikakvepromjene u sadržaju datagrama. Datagramski je transfer poželjno koristiti usustavima za obradu transakcija. U takvim sustavima uspostava i raskid vezeizmeđu krajnjih sustava predstavljaju preveliki gubitak vremena.

85

Virtualni kanali se koriste prvenstveno u mrežama koje pružaju spojnu uslugu.Osnovna ideja koncepta virtualnih kanala je izbjegavanje zasebnog usmjeravanjasvakog pojedinačnog paketa. Zbog toga se u mreži s komutacijom kanalauspostavlja fiksni smjer transfera informacija (komunikacijski put) od izvora doodredišta, kojim prolaze svi paketi koji pripadaju istoj vezi. Na taj je načinizbjegnut problem s redoslijedom prijema paketa koji je prisutan u datagramskojmreži. U slučaju transfera kraćeg slijeda paketa bolje je koristiti datagramskitransfer, ali ako je slijed paketa dulji tada donošenje odluka o usmjeravanjupaketa u mrežnim čvorovima traje dulje od uspostave i raskida virtualnog kanala.Smjer transfera paketa od izvora do odredišta određuje se signalizacijom u faziuspostave veze, a nakon raskida veze dotični se virtualni kanal raskida. S obziromda je put paketa kroz mrežu unaprijed poznat, paketi ne moraju sadržavati cijeluadresu odredišta već samo broj virtualnog kanala. Ako se radi o kratkimpaketima, takav pristup bitno smanjuje protokolni pretek. Virtualne kanale imasmisla koristiti u mreži koja povezuje interaktivne krajnje sustave. U slučajuprekida nekog linka u mreži nastupa prekid veze i u svim virtualnim kanalimakoji su nad tim linkom izgrađeni, te daljnji transfer paketa dotičnim virtualnimkanalima postaje nemoguć. U datagramskoj mreži prekid nekog linka nepredstavlja veliki problem, jer će mreža preusmjeriti pakete na drugekomunikacijske putove prema odredištu (ti putovi zaobilaze linkove u prekidu).Virtualne kanale ima smisla koristiti samo za realizaciju spojnih usluga. Ako seželi postići povećana robusnost spojne usluge, bolje je koristiti datagramskitransfer informacija.

86

Lijeva slika na gornjem slajdu prikazuje scenarij povezivanja dva krajnja uređajapomoću mrežnog čvora. Pri tome su u čvoru implementirana samo najniža trisloja modela OSI RM, dok su u krajnjim uređajima implementirani svi slojevimodela OSI RM. Mrežni čvor obavlja funkciju releja (relay) koji od jednogkrajnjeg sustava ili mrežnog čvora preko fizičkog priključka primi slijed bita,pretvori ga na drugom sloju u okvir i na trećem sloju u paket. Relejna funkcijaimplementirana u čvoru donosi na temelju informacije o usmjeravanju odluku nakoji fizički priključak treba dotični paket poslati. Nakon toga drugi sloj pretvarapaket u okvir, a fizički sloj u slijed bita i šalje ga prema sljedećem mrežnomčvoru ili krajnjem uređaju. Dakle, svaki fizički priključak mrežnog čvora imasvoj vlastiti fizički sloj i sloj DLL. Mrežni sloj je jedinstven na razini cijelogčvora. To znači da konkretno mrežni čvor može međusobno povezivati krajnjeuređaje koji koriste različite protokole sloja DLL, odnosno različite standardefizičkog sloja. Na gornja četiri sloja implementirani su protokoli s kraja na kraj(end-to-end protocol). Oni djeluju izravno na relaciji između krajnjih uređaja imrežni čvor nije zaokupljen njihovim funkcijama. U slučaju kad treba povezatidva krajnja uređaja koji koriste potpuno različite mrežne arhitekture, ovakavkoncept međudjelovanja mreža nije zadovoljavajući. Na primjer, krajnji uređajkoristi arhitekturu SNA (Systems Network Architecture) tvrtke IBM, a krajnjiuređaj OSI RM. Takva je dva krajnja uređaja nužno povezati uređajem koji senaziva prolaz (gateway), koji će izvršiti pretvorbu kroz sve protokolne slojeve odnajnižeg do najvišeg i obratno. Implementacija prolaza prikazana je na desnojslici gornjeg slajda.

87

Osnovni cilj transportnog sloja je pružanje učinkovite, pouzdane i isplativeusluge entitetima sloja sesije. U slučaju pružanja spojne usluge, svaka veza(connection) na transportnom sloju prolazi kroz tri faze: uspostava veze, transferinformacija i raskid veze. Veza može biti trajna (permanent) ili komutirana(switched), ali bez obzira na to informacijske jedinice koje se prenose dotičnomvezom prolaze kroz mrežne čvorove i bivaju podvrgnute usmjeravanju i/ilikomutiranju. Uspostavom komutirane veze upravlja signalizacija, a trajne se vezeu pravilu uspostavljaju posredstvom sustava mrežnog upravljanja. Primjer trajneveze su zakupljeni kanali (leased line). Transportni sloj, iako sličan mrežnomsloju, omogućava veću pouzdanost prijenosa. Transportni sloj otkriva sve paketeizgubljene u mreži i pakete primljene s pogreškama, te omogućava ispravljanjatih nepravilnosti. Drugim riječima, transportni sloj poboljšava kvalitetu usluge(QoS – quality of service) koju pruža mrežni sloj. Tipični parametri kvaliteteusluge transportnog sloja su kašnjenje pri uspostavi veze (connection

establishment delay), vjerojatnost neuspješne uspostave veze (connection

establishment failure probability), propusnost (throughput), tranzitno kašnjenje(transit delay), vjerojatnost preostalih pogrešaka (residual error ratio), zaštitainformacije (protection), prioritet (priority) i otpornost (resilience). Korištenjekoncepta TSAP-a (Transport SAP) omogućava multipleksiranje većeg brojakorisnika s višeg protokolnog sloja na zajednički transportni sloj. TSAPpredstavlja točno određenog korisnika transportnog sloja na definiranomkrajnjem sustavu. Dakle, veći broj korisnika, od kojih svaki ima vlastiti TSAP,može istodobno pristupiti mrežnom sloju kroz zajednički transportni sloj. Usuprotnom smjeru komuniciranja transportni sloj temeljem TSAP-a iz primljenogslijeda informacija demultipleksira poruke i šalje ih točno određenimkorisnicima.

88

Sloj sesije se prvi puta u komunikacijama pojavljuje u modelu OSI RM. Njegovaosnovna funkcija je pružanje mogućnosti svojim korisnicima (npr. entitetimaprezentacijskog sloja ili korisničkim procesima) da uspostavljaju veze koje senazivaju sesije (session), odnosno sjednice, te da tim vezama prenose podatke pounaprijed utvrđenom redoslijedu. Sesiju je moguće koristiti prilikomprijavljivanja za rad na udaljenoj stanici (remote login), za prijenos datotekaili u neku drugu svrhu. U pravilu između svake sesije i odgovarajuće veze natransportnom sloju postoji preslikavanje jedan za jedan. Međutim, postojimogućnost da nekoliko sesija zajednički koristi jednu vezu uspostavljenu natransportnom sloju, ili da se jedna sesije ostvaruje nad višestrukim vezamauspostavljenim na transportnom sloju. Svaka sesija prolazi kroz tri faze:uspostava sesije (prije uspostave sesije veza na transportnom sloju već mora bitipripremljena), korištenje sesije i raskid sesije. U OSI okolini veze su većinomdvosmjerne, ali postoje i situacije kad je poželjno koristiti naizmjeničnukomunikaciju (npr. korisnik pristupa bazi podataka, šalje upit, baza odgovara). Pritome se sloj sesije brine o tome tko je od dvije strane na redu za slanje, koristećimehanizam posebnog paketa nazvanog žeton. Nadalje, u slučaju pogrešaka ilineslaganja između krajnjih sustava sloj sesije vraća svoje entitete natrag upoznato stanje pomoću funkcije sinkronizacije. Pri tome se pod pojmom pogreškamisli na pogreške viših slojeva, jer transportni sloj sasvim zadovoljavajućeotklanja pogreške koje su nastale u transferu informacija s kraja na kraj mreže.Usko povezano sa sinkronizacijom je i upravljanje aktivnostima koje korisnikuomogućava da rascjepka slijed poruka u logičke jedinice nazvane aktivnosti(activity). Konačno, sloj sesije može obavijestiti ravnopravni entitet u drugomkrajnjem sustavu o nastupu neočekivanih pogrešaka u komunikaciji.

89

Na gornjem su slajdu navedene četiri osnovne funkcije sloja sesije. Prva je jasna ine zahtijeva dodatno objašnjenje. Preostale tri se odnose na opis informacijskihstruktura namijenjenih transferu informacija, na njihovu uporabu i na načinkodiranja informacija prije transfera mrežom. Prikaz informacija (data

representation) se odnosi na način na koji se informacije zapisuju u pojedinimkrajnjim sustavima. Na primjer, sva velika računala (mainframe) tvrtke IBMkoriste za kodiranje podataka kod EBCDIC, dok gotovo sva ostala računalakoriste kod ASCII. Na nekim se računalima primjenjuje tehnika dvojnogkomplementa na cjelobrojne brojeve duljine 16 ili 32 bita (dvojnim sekomplementom pozitivni binarni brojevi pretvaraju u negativne, i to tako da seinvertiraju sve znamenke pozitivnog broja i dobiveni se broj zbroji s binarnimbrojem jedan), dok druga koriste jednostruki komplement (samo se invertirajusve binarne znamenke). Prema tome, mogući problem može nastati kad jedankrajnji sustav koji koristi kod ASCII želi uspostaviti sesiju s drugim krajnjimsustavom koji koristi kod EBCDIC. U rješavanju tog problema glavnu ulogu imaprezentacijski sloj. Često puta je poželjno sažeti informacije kako bi prijenostrajao kraće, a samim time i troškovi korištenja mreže postaju manji. Jedan odzadataka prezentacijskog sloja je i kompresija (compression), tj. sažimanjeinformacija, što je usko vezano uz prikaz informacija. Nadalje, kako bi sepovećala sigurnost sustava (security), potrebno je informacije u transferu učinitirazumljivim samo krajnjim sustavima koji ih razmjenjuju. Posebno su kritičnefaze kad krajnji korisnici unose svoje lozinke na lokalnom sustavu, nakon čega selozinke prenose do udaljenog sustava. Shodno tome, prezentacijski sloj provodi ienkripciju, tj. sigurnosno kodiranje informacija, uslijed čega informacije utransferu postaju razumljive isključivo izvoru i krajnjem odredištu kojem sunamijenjene.

90

Na aplikacijskom sloju OSI RM-a definirane su neke općenite aplikacije kojekrajnji korisnici često koriste pri kreiranju složenijih korisničkih aplikacija.Krajnji korisnik se integrira u OSI RM okolini pomoću korisničkog agenta(UA). Razne aplikacije koriste razne agente, na primjer, MUA (Mail User Agent)se koristi za uslugu elektroničke pošte (electronic mail, e-mail). U nekim jeprimjenama UA poznatiji kao sučelje za programiranje aplikacija (API). UAkorisniku pruža sučelje pomoću kojeg može pristupiti svim dijelovima željeneaplikacijske okoline. Usluge koje aplikacijski sloj nudi korisnicima moguće jepodijeliti u dvije skupine: specifične usluge (SASE) i zajedničke usluge (CASE).Neke od najpoznatijih specifičnih usluga su: transfer datoteka (FTAM – File

Transfer, Access and Management), sustav za rukovanje porukama (MHS –Message Handling System), opisan serijom preporuka X.400, virtualni terminalkoji korisniku pruža standardno terminalsko sučelje, prijenos i rukovanjeposlovima (JTM - Job Transfer and Manipulation), koji upravlja raspodjelomobrade informacija između nekoliko poslužitelja, MMS (Manufacturers Message

Service), usluga adresnog imenika (DS – Directory Service), upravljačkaaplikacija (CMIS/CMIP – Common Management Information Service/ Common

Management Information Protocol) i obrada transakcija (TP – Transaction

Processing). Od općih usluga najraširenije su ACSE (Association Control Service

Element), usluga namijenjena uspostavi i raskidu asocijacija (association), tj.veza na aplikacijskom sloju, te CCRSE (Concurency, Commitment and Recovery

Service Element), koji omogućava paralelan rad većeg broja krajnjih korisnika sodređenom razinom otpornosti takvog sustava na kvarove.

91

Iako Internet i protokoli koji se u njemu koriste neće biti detaljnije razmatrani uovoj skripti, pregled arhitektura komunikacijskih mreža bio bi nepotpun bezspomena Interneta. Internet, kao velika svjetska računarska mreža, koja se jerazvila iz mreže Ministarstva obrane Sjedinjenih Američkih Država (DOD – U.S.Department of Defense), danas predstavlja jednu od najvećih komunikacijskihmreža u svijetu. Internet se temelji na protokolnoj TCP/IP arhitekturi (TCP/IP –Transmission Control Protocol/Internet Protocol), kojom su definirana četirisloja. Aplikacijski sloj, odnosno procesni sloj (application layer, process layer)sadrži logiku za podršku aplikacijama krajnjeg korisnika. Svaki korisnički procesu krajnjem uređaju ima jedinstvenu adresu nazvanu pristupna točka (port). Natom su sloju definirani protokoli kao FTP (File Transfer Protocol), SMTP (Simple

Mail Transfer Protocol) i dr. Transportni sloj (host-to-host layer) omogućavapouzdan transfer informacija s kraja na kraj mreže (u internetskoj terminologijipojam host se odnosi na krajnji uređaj). Na tom su sloju definirani protokoli TCPi UDP (User Datagram Protocol). Ako dva krajnja uređaja žele komunicirati, asvaki je povezan s različitom mrežom, tada njihovu međusobnu komunikacijuomogućava međumrežni sloj (internet layer). Na tom je sloju definiran protokolIP. Svaki krajnji uređaj ima mrežnu adresu (IP adresa) koja je jedinstvena narazini cijele mreže. Kombinacija mrežne adrese i pristupne točke čini tzv.utičnica (socket). Najniži sloj u protokolnom TCP/IP složaju je sloj mrežnogpristupa (network access layer). On omogućava razmjenu informacija izmeđukrajnjeg uređaja i mreže s kojom je taj uređaj povezan. U općenitom smislu,internet je jedna mreža koja predstavlja skup međusobno povezanih podmreža(subnetwork). Podmreže se međusobno povezuju pomoću komunikacijskihuređaja nazvanih prolaz (gateway). Danas se za takav uređaj koristi raširenijinaziv usmjerivač.

92

Skraćenice

ANSI – American National Standard Institute – Američki nacionalni standardizacijski institut;

ATM – Asynchronous Transfer Mode – asinkroni način transfera;

BCH – Bose-Chaudhuri-Hocquenghem;

EIA – Electronics Industry Association – Udruga elektroničke industrije;

IBM – International Business Machines;

ITU-T – International Telecommunication Union Telecommunication

Standardization Sector – Sektor za standardizaciju u području telekomunikacija Međunarodne telekomunikacijske udruge;

PCM – Pulse Code Modulation – pulsno-kodna modulacija;

PDH – Plesiochronous Digital Hierarchy – pleziokrona digitalna hijerarhija;

SDH – Synchronous Digital Hierarchy – sinkrona digitalna hijerarhija;