Výučbový program v prostredí Macromedia Flash

Transcription

1 Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta Katedra telekomunikácií Výučbový program v prostredí Macromedia Flash Martin Machava 2006

2 Výučbový program v prostredí Macromedia Flash BAKALÁRSKA PRÁCA MARTIN MACHAVA ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE Elektrotechnická fakulta Katedra telekomunikácií Študijný odbor: Telekomunikačný manažment Vedúci bakalárskej práce: Ing. Peter Kortiš Stupeň kvalifikácie: bakalár (Bc.) Dátum odovzdania bakalárskej práce: Žilina 2006

3

4 Abstrakt Cieľom tejto práce je vytvorenie výučbového programu v prostredí Macromedia Flash, ktorý sa venuje problematike základných vlastností a princípov telekomunikačných sietí, princípom prepojovania signálov a základných referenčných modelov. Práca je rozdelená na kapitoly, z ktorých prvé kapitoly sa venujú princípom telekomunikačných sietí a ďalšie referenčným modelom. Posledná kapitola obsahuje porovnanie referenčných modelov a princípy komunikácie medzi sebou. Výučbový program je tiež rozdelený na kapitoly a obsahuje animácie a sprievodné texty. Poslednú časť programu tvorí test, ktorý obsahuje otázky z uvedenej problematiky.

5 Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, Katedra telekomunikácií ANOTAČNÝ ZÁZNAM - ZÁVEREČNÁ BAKALÁRSKA PRÁCA Priezvisko, meno: Machava Martin školský rok: 2005/2006 Názov práce: Výučbový program v prostredí Macromedia Flash Počet strán: 36 Počet obrázkov: 34 Počet tabuliek: 0 Počet grafov: 0 Počet príloh: 0 Použitá lit.: 7 Anotácia (slov. resp. český jazyk): Hlavným cieľom a obsahom práce je okrem teoretickej časti, ktorá sa zaoberá základnými vlastnosťami a princípmi telekomunikačných a počítačových sietí, vytvorenie výučbového programu v prostredí Macromedia Flash. Program sa venuje referenčným modelom a základným princípom prepojovania signálov. Okrem toho program obsahuje animácie fungovania telekomunikačných sietí. Anotácia v cudzom jazyku (anglický resp. nemecký): Basic contents and aim this thesis except speculative part which is concerned with basic attributes and axioms of telecommunication and computer networks, creating authoring language program in stage set Macromedia Flash. Program apply oneself to reference models and basic axioms changing beacons. Program covers animations of operation telecommunication cowbells as well. Kľúčové slová: Referenčný model, Macromedia Flash, ISO/OSI, TCP/IP, CCS7, B-ISDN, ATM, Telekomunikačné siete, Signalizácia, Počítačové siete Vedúci práce: Ing. Peter Kortiš Recenzent práce: Dátum odovzdania práce:

6 ČESTNÉ VYHLÁSENIE Vyhlasujem, že som zadanú bakalársku prácu vypracoval samostatne, pod odborným vedením vedúceho bakalárskej práce Ing. Petra Kortiša a používal som len literatúru uvedenú v práci. Súhlasím so zapožičiavaním bakalárskej práce. V Žiline dňa... podpis študenta

7 Ďakujem vedúcemu svojej záverečnej práce, Ing. Petrovi Kortišovi, za odborné vedenie a pomoc pri vypracovaní záverečnej práce, za cenné rady a vynikajúci prístup pri konzultáciách.

8 Obsah ÚVOD MACROMEDIA FLASH VYTVORENIE POHYBLIVEJ ANIMÁCIE VLOŽENIE ANIMÁCIE DO HTML ZÁKLADNÉ VLASTNOSTI A PRINCÍPY TELEKOMUNIKAČNÝCH SIETÍ SIGNALIZÁCIA PRINCÍPY PRENOSU INFORMÁCII PRINCÍP PREPOJOVANIA KANÁLOV PRINCÍP PREPOJOVANIA PAKETOV Datagramová obsluha Obsluha paketov pomocou virtuálneho kanála REFERENČNÉ MODELY KOMUNIKÁCIA MEDZI VRSTVAMI REFERENČNÝ MODEL ISO/OSI PRENOS DÁT FYZICKÁ VRSTVA LINKOVÁ VRSTVA SIEŤOVÁ VRSTVA TRANSPORTNÁ VRSTVA RELAČNÁ VRSTVA PREZENTAČNÁ VRSTVA APLIKAČNÁ VRSTVA REFERENČNÝ MODEL TCP/IP SIEŤOVÁ VRSTVA TRANSPORTNÁ VRSTVA APLIKAČNÁ VRSTVA REFERENČNÝ MODEL CCS PREVÁDZKY CCS ČINNOSTI ČASTI PRENOSU SPRÁV MTP KOREKCIA CHÝB PRI PRENOSE SIGNALIZAČNÝCH SPRÁV REFERENČNÝ MODEL B-ISDN ATM VRSTVY ATM...44

9 8.3 FYZICKÁ VRSTVA ATM VRSTVA AAL ADAPTAČNÁ VRSTVA PROTOKOLY AAL1 AŽ AAL POROVNANIE REFERENČNÝCH MODELOV...47 ZÁVER...49 ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY...50

10 Zoznam obrázkov Obr.: 1.1 Hlavný panel Macromedia Flash Obr.: 1.2 Možnosti tweeningu Obr.: 1.3 Ukážka tvorby animácie Obr.: 1.4 Ukážka HTML kódu pre prácu s Flash aplikáciou Obr.: 2.1 Štruktúra telekomunikačnej siete Obr.: 2.2 Signalizácia Outband Obr.: 2.3 Signalizácia Inband Obr.: 3.1: Paket Obr.: 3.2 Datagramová obsluha Obr.: 3.3 Obsluha pomocou virtuálneho kanála Obr.: 4.1 Komunikácia medzi vrstvami Obr.: 4.2 Komunikácia medzi partnerskými vrstvami Obr.: 5.1 Rozdelenie vrstiev RM ISO/OSI Obr.: 5.2 Body prístupu k službe Obr.: 5.3 Prechod užívateľských dát vrstvami Obr.: 5.4 Komunikácia prvkov služieb Obr.: 5.5 Podvrstvy linkovej vrstvy Obr.: 5.6 Smerovanie cez linkovú vrstvu Obr.: 6.1 Rozdiel medzi RM ISO/OSI a RM TCP/IP Obr.: 6.2 Prehľad protokolov TCP/IP Obr.: 6.3 Prenos IP paketov cez sieť br.: 6.4 Rozhranie medzi aplikačnou vrstvou a aplikáciou Obr.: 7.1 Využitie CCS7 v prenosovom reťazci Obr.: 7.2 Referenčný model CCS Obr.: 7.3 Signalizácia cez spoločný signalizačný kanál Obr.: 7.4 Asociatívna prevádzka CCS Obr.: 7.5 Kváziasociatívna prevádzka CCS Obr.: 7.6. Korekcia nesprávneho Flagu Obr.: 7.7 Princíp PCR Obr.: 8.1 Referenčný model B-ISDN Obr.: 8.2 ATM bunka Obr.: 8.3 Delenie užitočných dát do ATM buniek... 43

11 Obr.: 9.1 Porovnanie referenčných modelov Obr.: 9.2 Predstava LAN emulácie... 48

12 Zoznam skratiek a symbolov ATM ISO OSI CCS7 TCP IP HTML ASCII B-ISDN IEEE SAP LLC MAC IN INAP MAP OMAP TCAP TUP ISUP SCCP MTP LAN STM VCI VPI TC PT CLP AAL LANE Asynchrónny prenosový režim Medzinárodná organizácia pre štandardizáciu Otvorený systém pre prepojenie Signalizácia č. 7 spoločným kanálom Protokol riadenia prenosu Internetový protokol Hypertextový značkovací jazyk Americká norma kódu na výmenu informácií Širokopásmová ISDN Inštitút elektrotechnických a elektronických inžinierov Body prístupu k službe Riadenie logického spoja Riadenie prístupu k prenosovému prostrediu Inteligentná sieť Aplikačný protokol/aplikačná časť inteligentnej siete Aplikačná časť mobilnej siete Časť prevádzky, údržby a správy Aplikačná časť transakčných schopností Používateľská časť pre telefónnu časť v IDN Používateľská časť ISDN Riadiaca časť signalizačného spojenia Časť prenosu správ Miestna počítačová sieť Štatistický multiplexor Identifikátor virtuálneho kanála Identifikátor virtuálnej cesty Konvergencia prenosu Vysledovanie cesty Priorita straty bunky ATM adaptačná vrstva Emulácia LAN

13 Úvod Pred niekoľkými rokmi boli počítačové a telekomunikačné siete len ako malé ostrovčeky, ktoré prepájali niekoľko kancelárií alebo domácností. Postupom času sa začali diať zaujímavé veci. Sieťové technológie prevzali vládu nad počítačmi a užívatelia začali chápať, že by mohli vzájomne spolupracovať. Schopnosť komunikácie medzi dvoma užívateľmi otvorila obrovské možnosti pre spoluprácu. V súčasnej dobe sú siete základom práce všetkých typov spoločností a stretneme sa s nimi i v domácnostiach. Uľahčujú prácu a robia ju efektívnejšou. Tieto skutočnosti si začali uvedomovať aj výrobcovia hardvéru a sústredili sa na vývoj vlastných sieťových komponentov. Rôzni výrobcovia začali vytvárať vlastné siete a na nich začali poskytovať rôzne služby. Aby malo toto budovanie sietí zmysel, museli sa tieto siete navzájom prepojiť. Preto museli byť prijaté pravidlá pre spoluprácu týchto sieťových architektúr a výrobcovia sieťových komponentov sa musia týmito pravidlami riadiť. Kompatibilitu týchto zariadení zabezpečujú referenčné modely. Cieľom mojej práce je vytvorenie výučbového programu v prostredí Macromedia Flash, ktorý sa bude venovať problematike základných vlastností a princípov, na ktorých sú postavené telekomunikačné a počítačové siete a problematike referenčných modelov. Ďalej sú vysvetlené základné princípy prepojovania signálov a prehľad najznámejších referenčných modelov ako sú ISO/OSI, TCP/IP, B-ISDN a CCS7. Pre tvorbu programu som si vybral prostredie Macromedia Flash z toho dôvodu, lebo ponúka veľa možností pre tvorbu animácií a zložitejších dátových interaktivít. Pre publikovanie vytvorených animácií a pre sprievodný text som sa po dohode s vedúcim práce rozhodol pre prostredie HTML, to umožňuje jednoduchšiu manipuláciu s textom a prípadné ďalšie úpravy. 13

14 1 Macromedia Flash Flash začal svoju existenciu ako Future Splash Animator. Bol to malý šikovný program pre vytváranie a animovanie vektorových kresieb. V roku 1997 získala spoločnosť Macromedia Future Splash a zmenila mu názov na Flash a propagovala program ako nástroj pre tvorbu grafického obsahu pre Word Wide Web. Predchádzajúce verzie Flash vznikali ako nástroje pre tvorbu dizajnu webových stránok, pretože ponúkali všetko potrebné pre k zostaveniu vizuálne zaujímavej webovej stránky (na rozdiel od textových stránok). Flash ponúkal nástroje pre tvorbu grafických elementov, nástroje pre ich animovanie, nástroje pre vytváranie prvkov užívateľských rozhraní a interaktivitu, nástroje pre písanie HTML, kódu potrebného pre zobrazenie grafiky, animácií a prvkov rozhraní. Dnes okrem uvedených nástrojov Flash zahrňuje tiež ActionScript 2.0 pre skriptovanie zložitých interaktivít, nástroje pre import videa a komponenty pre prácu s dátami, ktoré umožňujú vytvárať webové stránky, ktoré prinesú užívateľom viac informácií. V každej novej generácii Flash Macromedia pridáva vlastnosti a funkcie, ktoré rozširujú schopnosť programu. Flash, ktorý bol pôvodne zameraný na vytváranie vektorových kresieb, animácií a základnej interaktivity a stal sa sadou nástrojov pre vytváranie toho, čo sa dnes označuje ako RIA - Rich Internet Applications (bohaté internetové aplikácie). RIA môže označovať čokoľvek od on-line internetového obchodu až po prepracovanú virtuálnu prezentáciu. Aj preto si program stále zachováva jednoduché kresliace a animačné nástroje, ktoré ho urobili tak populárnym. Dávnou vstupenkou Flash ku sláve bola jeho schopnosť dostať vektorové obrázky na web. Výhoda použitia vektorovej grafiky spočíva v tom, že vektory udržujú veľkosť súboru na nízkych hodnotách a dajú sa ľahko upravovať. Ďalšou výhodou, ktorú Flash ponúka je schopnosť streamovania. Streamovanie umožňuje zobraziť na webovej stránke niektoré elementy hneď po ich stiahnutí, zatiaľ čo sa ďalšie informácie ešte sťahujú z internetu. Flash je tvoriaci nástroj pre vytváranie obsahu a tiež prehrávacím systémom, ktorý umožňuje zobraziť tento obsah na lokálnom počítači alebo vo webovom prehliadači. Kresby, animácie a interaktivitu tvoríme v súboroch flashového formátu. Tieto súbory majú príponu.fla a často sa im hovorí ako o súboroch typu FLA. Aby sa obsah mohol zobraziť na webe alebo bol spustiteľný na lokálnom počítači, musíme súbory.fla prekonvertovať do formátu pre Flash Player. Súbory v tomto formáte majú koncovku.swf. 14

15 Publikačné nástroje Flashu majú tiež funkcie na vytváranie kódu HTML, ktorý je potrebný na zobrazovanie flashového obsahu na webovom prehliadači. Tiež ponúka alternatívne metódy doručenia obsahu. Napríklad ako animované obrázky GIF alebo video vo formáte QuickTime. 1.1 Vytvorenie pohyblivej animácie K vytvoreniu ilúzie pohybu používa Flash štandardné animačné metódy. Vytvorením rady statických obrázkov, z ktorých každý je trochu odlišný od predchádzajúceho a rýchlym zobrazením týchto obrázkov jedného po druhom (frame-byframe), sa simuluje súvislý pohyb. Ľubovoľný dokument aplikácie Flash sa skladá z časovej osi (Timeline), na ktorej sú umiestnené snímky (Frames), vrstvy (Layers) a scény (Scenes), ktoré tvoria samotnú aplikáciu. Ďalej sa skladá z javiska (Stage), na ktorom sa zobrazuje obsah aplikácie, ďalej z panelu Edit, ktorý zobrazuje informácie o tom, čo sa aktuálne upravuje a ktorý poskytuje prístup k ostatným scénam a prvkom. To všetko sa nachádza na pracovnej ploche. Obr.: 1.1 Hlavný panel Macromedia Flash Časová os je vizuálne reprezentovanie každého snímku, vrstvy a scény aplikácie v zhustenej podobe. Nielen, že časová os zobrazuje štruktúru flashového výtvoru, ale 15

16 zároveň tvorí systém, prostredníctvom ktorého je postavený celý projekt. Časová os je živý, komplexný organizačný a navigačný nástroj. Skladá sa z veľa prvkov. Pracovná plocha definuje parametre javiska (určuje rozmery scény, farbu pozadia, pravítka a mriežky) a nastavuje rýchlosť, ktorou sa budú meniť snímky. Javisko je oblasť obsahujúca všetky grafické elementy, ktoré tvoria flashovú animáciu. Veľkosť javiska a prehrávanie animácie sa dajú meniť. Hodnota rýchlosti prehrávania snímok (Frame rate) je štandardne 12 snímok za sekundu (12 fps Frame peer second). Panel kresliacich nástrojov ( Toolbar ) obsahuje kresliace nástroje aplikácie Flash a ďalšie nástroje, ktoré sú potrebné pre vytváranie a manipuláciu s grafikou animácie. Panel nápovedy obsahuje dokumentáciu popisujúcu vlastnosti aplikácie Flash a výukové programy (Tutoriály), ktorých cieľom je naučiť používateľov najbežnejšie úkony. Panel vlastností zobrazuje informácia o vlastnostiach nástrojov a elementov. Panel vlastností je kontextovo citlivý a vždy sa zmení v závislosti na tom, aký konkrétny element je práve označený. Všetky panely sa dajú meniť požiadavkám a potrebám užívateľa. Animácia typu snímok po snímku bola tradičnou formou animácie, ktorá sa používala nielen v počítačovej grafike. Metóda spočíva v umiestňovaní rôzneho obsahu do rôznych snímok. Aplikácia Flash označuje snímky, v ktorých je umiestnený nový obsah ako kľúčové snímky (Keyframes). Na časovej osi môžu byť stovky snímok. Animácia každého snímku zvlášť má veľa nedostatkov. Je veľmi prácna a vytvára zbytočne veľké súbory. Flash MX 2004 si s týmito nedostatkami dokáže poradiť s pomocou tzv. tweeningu. V prípade tweeningu Flash používa pri zmene grafiky jednoduché matematické výpočty. Stačí vytvoriť začiatočné a koncové sekcie vložením grafických prvkov, potom Flash sám vytvorí určitý počet ďalších snímok medzi kľúčové snímky. Flash vytvorí sériu obrázkov s prírastkovými zmenami, ktoré vykonajú danú akciu v požadovanom počte snímkov. Tweening sa delí na dva druhy: motion tweening je zmena pohybu a shape tweening je zmena tvaru. [1] Obr.: 1.2 Možnosti tweeningu 16

17 Hlavný rozdiel medzi motion tween a shape tween spočíva v tom, že motion tweening pracuje so symbolmi a skupinami, zatiaľ čo shape tweening s grafikami, ktoré je možné editovať. Shape tweenig teda umožňuje zmeniť ktorúkoľvek časť tvaru grafiky a jej vlastnosti (farbu, umiestnenie...). Na rozdiel od motion tweeningu nie je možné aplikovať grafiku na sledovanie vodítka, a tým vytvoriť iný pohyb ako priamočiary. Pomocou týchto nástrojov je možné vytvárať plne interaktívne animácie. Obr.: 1.3 Ukážka tvorby animácie 1.2 Vloženie animácie do HTML Keď už máme hotovú Flash aplikáciu, najlepší spôsob ako ju publikovať je vloženie do HTML stránky. HTML stránka je dokument, ktorý obsahuje sadu inštrukcií písaných v HTML jazyku, ktoré hovoria prehliadaču ako sa má obsah zobrazovať. HTML jazyk má svoju presnú syntax, ale je súčasne veľmi flexibilný. Jazyk HTML je textového formátu (ASCII) priamo v tomto formáte sa používa. Nie je nikdy kompilovaný do binárnej alebo inej podoby. To znamená, že ak vytvoríme HTML stránku v textovom editore, vytvorili sme jej fixný tvar, ktorý priamo číta a interpretuje prehliadač. HTML stránka je zložená z tagov a odkazov. Tag (výraz sa neprekladá, znamená značka) je slovo jazyka HTML, vykonávajúce všetky príkazy. Odkazy definujú prvok v stránke, ktorý priamo vedie k prvku inému vytvárajú medzi sebou väzbu. 17

18 Vo Flashi je funkcia Publish, ktorá vytvorí dokument HTML, ktorý prehliadaču povie, ako sa majú publikované súbory zobrazovať. Predtým, než funkcia Publish vytvorí HTML dokument, sa musí animácia exportovať do formátu SWF. Táto akcia je nevratná a z formátu SWF už nikdy nemôžeme dostať pracovný formát FLA. Vloženie Flash animácie sa môže robiť automaticky pomocou funkcie Publish, alebo ručne pomocou HTML kódu. Obr.: 1.4 Ukážka HTML kódu pre prácu s Flash aplikáciou V HTML kóde musia byť napísané všetky príkazy potrebné pre správne zobrazenie Flash aplikácie. Kód musí obsahovať veľkosť zobrazovanej aplikácie, typ, kvalitu, farbu pozadia a spôsob spúšťania aplikácie. Tiež musí obsahovať samotnú cestu k Flash aplikácii. Ďalej môže obsahovať veľa vlastných príkazov. [2] 18

19 2 Základné vlastnosti a princípy telekomunikačných sietí Telekomunikačná sieť má za úlohu výmenu a prenos informácii od jedného prístupového bodu k inému alebo k viacerým prístupovým bodom. Obr.: 2.1 Štruktúra telekomunikačnej siete Telekomunikačná sieť sa skladá z rôznych technických a softvérových prostriedkov. Medzi najhlavnejšie patria komutačné uzly (ústredne, smerovače) a spojovacie vedenia. Úlohou ústrední je prepojiť prijatú informáciu do požadovaného smeru. Spojovacie vedenia navzájom prepojujú komutačné uzly. Aby bolo možné preniesť informácie medzi účastníkmi, musí byť vytvorený prenosový kanál. Telekomunikačná sieť je schopná prenášať elektrické, ale aj optické signály. Z toho dôvodu musia byť v sieti použité zariadenia, ktoré dokážu tieto signály spracúvať a prenášať. Tieto zariadenia tiež umožňujú sieti prenášať informácie tým, že vytvoria prenosový kanál s požadovanými vlastnosťami (napr.: šírka frekvenčného pásma, oneskorenie, jitter, chybovosť,...). Komunikačná väzba medzi dvoma koncovými zariadeniami môže mať podobu fyzickú alebo logickú. Táto väzba môže mať v závislosti od použitej siete alebo služby rôzne vlastnosti. Napríklad môže ísť o spojenie analógové, digitálne, na prenos hlasu alebo dát. Telekomunikačné siete môžeme rozdeliť podľa: - fyzikálnej podstaty: elektrické optické - prenosového média: metalické, optické, bezdrôtové - štruktúry: primárne, sekundárne, medzinárodné - dostupnosti: verejné, privátne - digitálne siete podľa veľkosti obsluhovaného územia: LAN, MAN, WAN, GAN 19

20 2.1 Signalizácia Signalizácia, resp. signalizačné procesy zabezpečujú v telekomunikačných sieťach riadenie spojenia. Pod pojmom riadenie spojenia môžeme rozumieť výstavbu, udržanie a rozpad spojenia. Signalizačné informácie sa prenášajú spolu s užitočnými informáciami cez sieť. Na prenos signalizačných informácii sa môžu využívať samostatné kanály. To znamená, že užitočné informácie sa prenášajú v užitočných kanáloch a signalizačné v signalizačných kanáloch. Takejto signalizácii sa hovorí Outband. Tento spôsob sa využíva hlavne v telekomunikačných sieťach. Ďalší spôsob je prenášať signalizačné informácie cez užitočný kanál. Tomu hovoríme Inband a znamená to, že v sieti nemáme signalizačné kanály. Tento spôsob sa využíva v počítačových sieťach. Obr.: 2.2 Signalizácia Outband Obr.: 2.3 Signalizácia Inband 20

21 3 Princípy prenosu informácii Rozlišujeme prenos: s prepojovaním kanálov, princíp prepojovania paketov. 3.1 Princíp prepojovania kanálov Tento princíp využíva tri fázy: Fázu vybudovania spojenia, fázu prenosu informácii, fázu rozpadu spojenia. Pre tento princíp je charakteristické trvalé obsadenie prenosového kanála počas celého spojenia. Doba potrebná na vytvorenie spojenia v sieti je závislá na zaťažení siete. Po vytvorení spojenia je celá kapacita kanála poskytnutá na prenos. Využitie kanálov v sieťach s prepojovaním kanálov je pomerne malé, lebo sú obsadené kanály, aj keď sa neprenášajú žiadne informácie. 3.2 Princíp prepojovania paketov Nedostatky pri sieti, ktorá pracuje na princípe prepojovania kanálov sa odstránia v sieti, ktorá pracuje na princípe prepojovania paketov. Informácia, ktorá sa prenáša sieťou sa rozdelí (paketizuje) na malé časti, ktoré sa nazývajú pakety. Každý paket má rovnakú veľkosť, napr bitov. Paket je zložený zo záhlavia a informačného poľa. Z INFO. Obr.: 3.1: Paket V informačnom poli sú uložené užitočné informácie a v záhlaví je uložená okrem iných riadiacich informácií napr.: cieľová adresa. V komutačnom uzle sa potom zo záhlavia tieto informácie čítajú. Používajú sa dva spôsoby prepojovania paketov: - datagramová obsluha - obsluha pomocou virtuálneho kanála Datagramová obsluha Pri tomto spôsobe obsluhy sa pakety môžu dostať do cieľa každý inou cestou. To má za následok, že pakety z dôvodu oneskorenia v sieti neprichádzajú do cieľa v takom poradí v akom boli odoslané. Na prijímacej strane je preto nutné usporiadať pakety do 21

22 pôvodného poradia. Preto pakety musia byť očíslované. Tento spôsob sa využíva v Internete alebo signalizačnom systéme číslo 7. Obr.: 3.2 Datagramová obsluha Obsluha paketov pomocou virtuálneho kanála Pred začiatkom prenosu paketov sa musí vybudovať virtuálne (logické) spojenie. Cez toto spojenie budú prechádzať všetky pakety v nezmenenom poradí. Virtuálne spojenie je možné v sieti vybudovať aj na dlhšiu dobu, vtedy hovoríme o pevnom virtuálnom spojení. Pri jeho používaní má spojenie vlastnosti procedúry prepojovania kanála, ale bez procedúry vybudovania a rozpadu spojenia. Cez virtuálny kanál (okruh) je možné prenášať datagramy bez garancie doručenia datagramu príjemcovi. Môže dôjsť k zahlteniu siete a v tomto prípade sa datagram môže aj vymazať. Touto sieťou je napríklad Frame Relay, ATM. Alebo sa môže vytvoriť aj virtuálny okruh, ktorý bude garantovať doručenie datagramov. Prenášané dáta sa budú číslovať a príjemca bude potvrdzovať príjem dát. Tento mechanizmus využíva napr. X.25. V Internete sa mechanizmus virtuálneho kanála nevyužíva, pretože vypadnutím jedného uzla v spojení dochádza k prerušeniu celého spojenia. 22

23 Obr.: 3.3 Obsluha pomocou virtuálneho kanála Pri porovnaní týchto troch princípov prenosu dát z hľadiska oneskorenia vyplýva, že pri princípe prepojovania kanálov je menšie oneskorenie ako pri princípe prepojovania paketov cez datagramy a virtuálne kanály. Ale pri porovnaní z hľadiska efektívnosti prenosu je princíp prepojovania kanálov menej efektívny, ako ostatné princípy prenosu dát z dôvodu toho, že prenosový kanál je obsadený aj keď sa neprenášajú dáta až dovtedy, kým nie je spojenie ukončené. Najefektívnejším prenosom je prenos paketov cez virtuálne kanály. Pri tomto prenose je vytvorený virtuálny okruh, ktorý sa môže vytvoriť pomocou signalizácie. Prenášané pakety už nemusia v záhlaví obsahovať adresu príjemcu, ale len číslo virtuálneho okruhu cez ktorý budú prenášané. Z hľadiska spoľahlivosti je princíp prepojovania paketov cez datagramy najspoľahlivejší, lebo pri výpadku jednej trasy pri prepojovaní kanálov a datagramov cez virtuálne kanály, môže dôjsť k rozpadu celého spojenia. Každý princíp prenosu informácií je vhodný pre rôzne služby. Prepojovanie kanálov je vhodné pre svoje vlastnosti, ako sú nízke oneskorenie a dlhá doba výstavy spojenia vhodný pre telefónnu sieť. Prepojovanie paketov cez virtuálne kanály je vhodné pre vysokorýchlostné dátové siete, ako napríklad ATM, lebo sa cez virtuálny okruh prenáša paket bez zbytočnej hlavičky. Prepojovanie paketov cez datagramy je vhodné pre sieť Internet, kde pri znefunkčnení jednej prenosovej cesty existuje iná cesta a opakovaný prenos dát môže prebiehať po tejto ceste. [3] 23

24 4 Referenčné modely Pri komunikácii, či už verbálnej alebo písomnej je dôležité, aby si komunikujúce strany rozumeli. Musia dodržiavať pravidlá. Tieto pravidlá môžu byť jednoduché alebo veľmi zložité a rozsiahle, ako je napríklad používanie odlišného jazyka. Bez týchto pravidiel by bolo zložité alebo nemožné pre obidve strany. To isté platí aj pre dátovú komunikáciu. Komunikujúce zariadenia sa musia zhodnúť a držať sa spoločných pravidiel. Tieto pravidlá môžu definovať, kedy správa začína a kedy končí. Ale môže sa jednať aj o zložitejšie sady pravidiel. Tieto súbory pravidiel, ktoré vrstvy používajú pre vzájomnú komunikáciu tvoria tzv. protokol. Bez znalosti pravidiel by ani nedošlo k zisteniu, že boli porušené. Bez toho by bolo zložité zistiť, či komunikujúce zariadenia fungujú správne. Vo svete telekomunikačných sietí existujú viaceré sieťové architektúry, ktoré sa môžu od seba v mnohom líšiť. Kompatibilitu medzi týmito sieťovými architektúrami zabezpečujú referenčné modely. To zas môže byť veľmi komplikované, preto sú referenčné modely rozložené do hierarchických vrstiev, ktoré pracujú samostatne. Tým sa problém rozloží na niekoľko menších problémov, ktoré sú ľahšie riešiteľné ako jeden veľký celok. Každá vrstva má na starosti presne vyhradený okruh úloh. Mechanizmy, ktorými sa tieto úlohy zaisťujú, potom vrstva poskytuje ako svoje služby vyššej vrstve. Praktickým dôsledkom môže byť napríklad, že internet funguje všade rovnako, bez ohľadu na pripojenie a použitú technológiu ako je napríklad: pripojenie cez telefónnu linku, cez ADSL, bezdrôtové pripojenie a iné. Rozdiel by mal byť v prenosovej rýchlosti a oneskorení. Počet a hierarchické rozdelenie vrstiev sa nazýva vrstvový model (layered model). Jednotlivé modely sa od seba líšia a môže ich byť celý rad. Práca sa zaoberá modelmi ISO/OSI, TCP/IP, B-ISDN, CCS Komunikácia medzi vrstvami Jednotlivé vrstvy majú svoju konkrétnu úlohu, ktorú spĺňajú. Jedna vrstva môže slúžiť na prenos dát do svojho cieľa a iná môže týmto dátam rozumieť alebo zaisťovať služby prenosu. Najvyššia vrstva je poskytovaná priamo užívateľovi, ale ostatné vrstvy poskytujú svoje služby vrstve vyššej. Sama pritom k svojim funkciám využíva služby nižších vrstiev. V sieti je možné, že vrstvy jednotlivých uzlov spolupracujú s vrstvami iných uzlov. Ale vždy pracujú len vrstvy na rovnakej úrovni. Túto spoluprácu musí riadiť protokol. Ten 24

25 napríklad hovorí, aký význam a formát majú dáta, čo sa má posielať atď. Každý protokol patrí do určitej vrstvy. Jedna vrstva môže k svojej spolupráci využívať viac protokolov. Protokoly musia byť štandardizované, aby medzi sebou mohli komunikovať rôzne zariadenia a aby vedeli, aké protokoly požívajú iné zariadenia. Obr.: 4.1 Komunikácia medzi vrstvami Predstava, že partnerské vrstvy priamo spolu komunikujú v horizontálnom smere, nie je väčšinou správna. Okrem najnižších vrstiev totiž žiadne vrstvy spolu priamo nekomunikujú. Komunikácia prebieha tak, že príslušné dáta sa pošlú nižšej vrstve a tá dáta prijme, pridá k ním svoje dáta. Táto pokračuje, kým sa dáta nedostanú k najnižšej vrstve, ktorá ich prenesie bit po bite druhej strane. Obr.: 4.2 Komunikácia medzi partnerskými vrstvami Keď poznáme koľko vrstiev potrebujeme a aké protokoly budú využívať, môžeme vytvoriť sieťovú architektúru. Sieťových architektúr bolo vytvorených viacero, ale len niektoré sa ujali viac ako iné, napríklad: TCP/IP je jednoznačne najrozšírenejšia a najpoužívanejšia. Sieťové architektúry začali vznikať už v dobe prvých sietí. Boli to skôr vlastné firemné riešenia, ako napríklad SNA (System Network Architecture, firmy IBM), DECNET (od spoločnosti Digital Equipment Corporation). [4] 25

26 5 Referenčný model ISO/OSI V roku 1984 vyvinula spoločnosť International Organization for Standardization (ISO) referenčný model OSI (Open Systems Interconnection). Model popisuje ako sa informácie z jedného uzla premiestňujú do aplikácií iného uzla. Účelom referenčného modelu bolo definovať štruktúru, ktorá stanovuje logické úlohy komunikácie. Základným predpokladom modelu OSI je definovať a zoradiť logické funkcie toku informácií medzi systémami. Preto bol vyvinutý model so siedmimi vrstvami, v ktorom každá vrstva zastupuje skupinu logických funkcií. Model definuje celkovú funkciu každej vrstvy a vzájomný vzťah s vyššími a nižšími vrstvami. Referenčný model nedefinuje žiadne konkrétne protokoly, pomocou ktorých by mali byť funkcie jednotlivých vrstiev realizované. Nedefinuje ani presné rozhranie medzi jednotlivými vrstvami. Protokoly a služby pre jednotlivé vrstvy vznikali až dodatočne, a to ako samostatné štandardy ISO, alebo ako prevzaté štandardy iných organizácií (CCITT, IEEE). Model predstavuje spoluprácu medzi rôznymi výrobcami, bez toho, aby výrobcovia museli obetovať určitú funkčnosť. Vrstiev je sedem a sú rozdelené do skupín: Vrstva 7 Aplikačná Vrstva 6 Prezentačná Vrstva 5 Relačná Vrstva 4 Transportná Vrstva 3 Sieťová Vrstva 2 Dátová, linková Vrstva 1 Fyzická Aplikačná Prezentač Relačná Užívateľsky orientované vrstvy Transport Sieťová Linková Fyzická Sieťovo orientované vrstvy Obr.: 5.1 Rozdelenie vrstiev RM ISO/OSI 26

27 Model OSI môže byť rozdelený do dvoch kategórií: hornú a dolnú. Horné vrstvy (5-7) súvisia s aplikáciami a sú obvykle implementované v softvéri. Dolné vrstvy (1-4) súvisia s prenosom informácii v sieti. 5.1 Prenos dát Implementáciu služieb vo vrstvách vykonávajú entity. Býva to najčastejšie objekt programovej povahy, alebo môže ísť aj o hardwarový celok (v najnižších vrstvách). Vrstva N vystupuje ako poskytovateľ služby pre vrstvu N+1 ako užívateľa služby. Vrstva N je súčasne v roli užívateľa služieb voči vrstve N-1, lebo využíva jej služby. Poskytovateľmi a užívateľmi služieb však nie sú vrstvy, ale ich entity. Každá entita, ktorá chce služby využívať, musí jednoznačne identifikovať miesto v rozhraní medzi jednotlivými vrstvami. Tieto miesta sa nazývajú body prístupu k službe SAP (Service Access Points). Obr.: 5.2 Body prístupu k službe SAP má jednoznačné adresy. Každý SAP slúži dvom entitám susedných vrstiev. Entita môže využívať služby viacerých entít. Každá entita, ktorá chce využívať služby inej entity musí poznať potrebný bod SAP, cez ktorý je táto služba ponúkaná, ale tiež presný spôsob volania služby. Pri komunikácii rovnako sa nachádzajúcich vrstiev rôznych uzlov entity komunikujú pomocou určitého protokolu. Tento protokol napríklad určuje, aké veľké bloky dát si môžu obidve vrstvy posielať a akými dodatočnými informáciami majú byť doplnené. Odosielajúca entita vrstvy N rozdelí dáta na také veľké bloky, ktoré protokol umožní prenášať a pripojí k nim potrebné riadiace informácie. Partnerské vrstvy si takto vymieňajú dáta vo forme správ, paketov, resp. rámcov. V skutočnosti to robia len entity fyzickej vrstvy, ktoré prenášajú jednotlivé bity. Všetky ostatné vyššie vrstvy si prenášajú dátové jednotky prostredníctvom nižších vrstiev. 27

28 Obr.: 5.3 Prechod užívateľských dát vrstvami Prechod užívateľských dát všetkými vrstvami ISO/OSI modelu je znázornený na obrázku. Každá vrstva na strane odosielateľa v závislosti na použitom protokole pridáva k užitočným dátam aj riadiace informácie obvykle vo forme hlavičky, ktorú si partnerská vrstva na strane príjemcu zase odoberá. Pri spolupráci medzi entitami sa používajú prvky služieb (Service Primitives). Popisujú spoluprácu vrstiev ako poskytovateľa a používateľa služby. Rozlišujeme štyri prvky služieb: Požiadavka (Request) Oznámenie (Indication) Odpoveď (Response) Potvrdenie (Confirm) Podľa použitých prvkov služieb rozoznávame dva druhy prenosu: Potvrdzovaný prenos a nepotvrdzovaný prenos. Obr.: 5.4 Komunikácia prvkov služieb 28

29 5.2 Fyzická vrstva Úlohou fyzickej vrstvy je prenos jednotlivých bitov. Je jedinou vrstvou, ktorá sa s pomocou prenosového média podieľa na prenose dát. Dáta prenáša bit po bite a bezprostredne vyššej vrstve (linkovej) ponúka dve služby: odosielanie a príjem bitov. Vrstva sa zaoberá tým, ako sú jednotlivé bity znázornené na prenášanom médiu, či ide o prenos dát pomocou modulovaného signálu alebo iba pomocou kódovania. Fyzická vrstva zabezpečuje bitovú synchronizáciu a taktiež definuje, aké sú používané jednotlivé rozhrania, konektory atď. Podľa toho sa rozlišuje prenos na: modulovaný alebo nemodulovaný (v základnom pásme), sériový alebo paralelný atď. Uvažuje tiež o prenosovej rýchlosti (v bitoch za sekundu), modulačnej rýchlosti (v Baudoch). Fyzická vrstva rozumie iba bitom, ktoré prenáša, ale nerozumie informácii, ktorá je pomocou nich prenášaná. Všetky bity prenáša rovnako. Nepozná ani to, že niektoré bity patria k sebe a predstavujú nejaký blok napríklad rámec. 5.3 Linková vrstva Má za úlohu zostavovať jednotlivé bity do väčších celkov linkových rámcov (frames). Využíva služby fyzickej vrstvy typu: prijať bit, odoslať bit a sama musí zaistiť rozpoznávanie začiatku a konca každého rámca. Linková vrstva prenáša rámce len k svojim priamym susedným vrstvám, teda k uzlom, s ktorými má priame spojenie pomocou prenosového média. Od linkovej vrstvy môže byť požadované, aby kontrolovala, či pri prenose nedošlo k nejakej chybe. A ak áno, tak je povinná sa postarať, aby sa to napravilo, napr.: si poškodené dáta nechá poslať znovu. Ďalej má na starosti riadenie toku, ktoré má zabraňovať, aby odosielateľ zahlcoval príjemcu. Linková vrstva sa v počítačových sieťach so spoločným médiom rozdeľuje na dve podvrstvy: LLC (Logical Link Control) predstavuje vyššiu podvrstvu a robí v zásade všetko, čo pôvodná linková vrstva MAC (Media Access Control) ide o nižšiu podvrstvu, ktorá riadi prístup k spoločnému médiu, implementuje prístupovú metódu 29

30 Linková vrstva LLC MAC Obr.: 5.5 Podvrstvy linkovej vrstvy 5.4 Sieťová vrstva Na rozdiel od linkovej vrstvy sieťová prenáša dáta aj cez susedné zariadenia a aj do iných sietí. Bloky dát, ktoré prenáša sa nazývajú pakety (packets). Sieťová vrstva ich prenáša cez rôzne uzly, kým ich nedoručí konečnému príjemcovi. Aby sa tak stalo, musí sieťová vrstva vykonávať smerovanie, čo znamená hľadať cestu cez sieť až k cieľovému uzlu. Metód na smerovanie je mnoho a využívajú inteligentné algoritmy smerovania. Obr.: 5.6 Smerovanie cez linkovú vrstvu 5.5 Transportná vrstva Tvorí akúsi prispôsobovaciu vrstvu medzi trojicou najnižších vrstiev orientovaných na prenos a trojicou najvyšších vrstiev orientovanú na podporu aplikácii. Je prvou vrstvou, ktorá je prítomná až v koncových uzloch, a naopak nie je prítomná v medziľahlých uzloch, prepojujúcich sieť (v smerovačoch). Teda nezaisťuje komunikáciu medzi susednými, ale až s koncovými uzlami (end-to-end komunikácia). Prispôsobuje sa, robí pomocou protokolov TCP a UDP. Transportná vrstva má ešte jednu úlohu, tou je rozlišovať rôznych príjemcov a odosielateľov v rámci každého jednotlivého uzla. Využíva k tomu prechodové body (SAP). 30

31 5.6 Relačná vrstva O relačnej vrstve sa hovorí, že v RM OSI nemá žiadnu úlohu. Pôvodne to tak nebolo. Relačná vrstva mala zaisťovať radu činností, napr.: podpora relácií, riadiť relácie, a riadenie toku. Jej hlavnou úlohou bolo riadenie dialógu. Tak ako pri telefónnom rozhovore nie je možné (alebo slušné), aby obaja účastníci hovorili súčasne, existuje i v počítačových sieťach taká aplikácia, ktorá vyžaduje koordinované striedanie obidvoch zúčastnených pri vysielaní. Nakoniec sa zistilo, že tieto niektoré úlohy sú nepotrebné, alebo ak aj sú, tak si ich vie zaistiť vyššia vrstva (hlavne aplikačná). 5.7 Prezentačná vrstva Hlavnou úlohou prezentačnej vrstvy je definovať formáty dát, čo slúži k poskytovaniu množstva služieb aplikačnej vrstve. Medzi úlohy uskutočňované v tejto vrstve patrí šifrovanie a dešifrovanie a kompresia dát. Ďalej sa stará o to, aby vysielané dáta boli prijaté v rovnakej podobe. 5.8 Aplikačná vrstva Aplikačná vrstva je najbližšie ku koncovému užívateľovi alebo koncovej aplikácii. Neobsahuje celé aplikácie, ale len ich časti. Sú to obvykle časti aplikácií, ako napríklad mechanizmy prenosu elektronickej pošty, ktorá je nad aplikačnou vrstvou. Vrstva ponúka nasledujúce služby: - Aplikačné služby - Databázové služby - Súborové služby - Tlačové služby [4] [5] 31

32 6 Referenčný model TCP/IP Počiatky TCP/IP siahajú až do konca 60. rokov, keď agentúra ARPA (Advanced Research Projects Agency) si vyvinula protokoly pre počítačovú sieť ARPANET. Svoju dnešnú podobu získali tieto protokoly asi v rokoch a hneď potom začala postupne prechádzať na ne sieť ARPANET, ktorá bola zárodkom dnešného Internetu. Po rôznych úpravách sa protokoly TCP/IP dostali na rôzne platformy a dnes sú implementované snáď vo všetkých výpočtových prostrediach, od osobných počítačov (PC) až po sálové počítače (mainframes). Hlavný rozdiel medzi referenčným modelom OSI a TCP/IP vyplýva predovšetkým z rozdielu postoja ich tvorcov. Pri koncipovaní ISO/OSI mali hlavné slovo zástupcovia spojovacích organizácii. Tí presadzovali, aby mal model spojovací a spoľahlivý charakter prenosu dát v komunikačných podsieťach. Tvorcovia modelu TCP/IP naopak vychádzali z predpokladu, že zaistenie spoľahlivosti je problémom koncových účastníkov a malo to byť riešené až na úrovni transportnej vrstvy. Komunikačná podsieť potom podľa tejto predstavy nemusí strácať časť prenosovej kapacity a čas na zaisťovanie spoľahlivosti (na potvrdzovanie, opakované vysielanie poškodených paketov atď.), ale môže ich naopak naplno využiť na samotný prenos dát. Komunikačná sieť by mala vyvíjať maximálnu snahu doručiť čo najviac paketov v poriadku a aby sa z nich čo najmenej stratilo. Tomu sa hovorí best effort. Na rozdiel od referenčného modelu ISO/OSI teda TCP/IP predpokladá jednoduchú, ale rýchlu komunikačnú podsieť. Ďalšia odlišnosť referenčného modelu ISO/OSI spočíva v tom, ako má komunikačná sieť fungovať. Zatiaľ čo model ISO/OSI počíta so spojitým prenosom teda s mechanizmom virtuálnych okruhov, TCP/IP naopak predpokladá nespojitý charakter prenosu teda datagramovou obsluhou. Rozdiel spočíva aj v počte vrstiev. Zatiaľ, čo referenčný model ISO/OSI vymedzuje sedem vrstiev, TCP/IP počíta so štyrmi vrstvami. 32

33 Obr.: 6.1 Rozdiel medzi RM ISO/OSI a RM TCP/IP - Aplikačná - Transportná - Sieťová (označované tiež ako "IP vrstva") - Vrstvy sieťového rozhrania Z týchto štyroch vrstiev TCP/IP obsadzuje len najvyššie tri vrstvy. S najnižšou vrstvou sieťového rozhrania nepočíta z dôvodu, že tu môžu byť použité rôzne mechanizmy prenosu. Môže ísť napríklad o Ethernet, Wi-Fi, technológiu ATM, FR alebo xdsl atď. Obr.: 6.2 Prehľad protokolov TCP/IP 33

34 6.1 Sieťová vrstva Nazýva sa tiež IP vrstva. Prenosová služba, ktorú zabezpečuje, umožňuje prenášať pakety medzi susednými, ale aj vzdialenými uzlami. Musí hľadať najvhodnejšiu cestu od odosielateľa až ku príjemcovi. Zaisťuje tzv. smerovanie (routing). Keď vhodnú cestu nájde, zaistí postupný prenos paketu cez medziľahlé uzly. To robí tak, že pre každý presun vloží svoj paket do rámca a požiada vrstvu sieťového rozhrania o prenos rámca aj s jeho obsahom k jeho susedovi. Tu je obsah rámca vybalený, poskytnutý sieťovej vrstve a tá znovu rozhodne, ktorou cestu bude smerovať ďalej. Sieťová vrstva využíva hlavne protokol IP (Internet Protocol), ktorý je pre celý model veľmi dôležitý. Podľa protokolu IP sú tiež pomenované pakety, ktoré sa prenášajú v sieťovej vrstve IP pakety, IP datagramy. Obr.: 6.3 Prenos IP paketov cez sieť 6.2 Transportná vrstva Sieťová vrstva je poslednou vrstvou, ktorá sa nachádza vo všetkých uzloch ako vo vnútorných uzloch prenosovej siete (v smerovačoch), tak aj v koncových uzloch. Vyššie vrstvy, konkrétne transportná a aplikačná, sa nachádzajú len v koncových uzloch siete. Transportná vrstva má na starosti komunikáciu medzi koncovými uzlami. Ak je to od nej vyžadované, zaisťuje aj spoľahlivosť prenosu. Teda, aby sa prenášané dáta cestou nestratili alebo nepoškodili. Okrem toho transportná vrstva rozlišuje medzi rôznymi entitami jedného uzla. To znamená, že dáta rozdeľuje tam, kam sú určené v aplikačnej vrstve. Obdobne prijíma dáta k odoslaniu a predáva ich sieťovej vrstve k odoslaniu. 34

35 Na úrovni transportnej vrstvy fungujú dva hlavné protokoly: - UDP (User Datagram Protocol) nespojovo orientovaný a nespoľahlivý - TCP (Transport Control Protocol) spojovo orientovaný a spoľahlivý 6.3 Aplikačná vrstva Na úrovni aplikačnej vrstvy fungujú časti jednotlivých aplikácii. To zabezpečuje ich kompatibilitu. Napríklad u elektronickej pošty ide o časti, ktoré majú za úlohu odosielanie a príjem jednotlivých správ. Ostatné úlohy, ako je napríklad rozhranie na čítanie správ, tlač, archivácia atď. Nie sú jej súčasťou. 0br.: 6.4 Rozhranie medzi aplikačnou vrstvou a aplikáciou Všetky súčasti, ktoré musia byť štandardizované, aby mohli komunikovať s ostatnými systémami sa nachádzajú v aplikačnej vrstve. Ostatné aplikácie nemusia byť štandardizované, čo znamená, že sa môžu používať rôzne typy aplikácii. [4] [5] 35

36 7 Referenčný model CCS7 CCS7 (Common Channel Signaling System No. 7) je signalizačný systém pre medziústredňovú signalizáciu. Jedná sa o robustný, medzinárodne štandardizovaný, signalizačný systém určený predovšetkým pre použitie vo verejnej telefónnej sieti. Umožňuje nasadenie technológií IN inteligentných sietí (Inteligent Network) do telefónnych sietí, spoluprácu mobilných telefónnych sietí ako medzi sebou, tak aj medzi pevnou sieťou a ďalšími modernými službami až po širokopásmové B-ISDN. Používa sa k riadeniu spojenia (výstavba a rozpad). Pri výstavbe spojenia a pri využívaní služieb sú medzi ústredňami prenášané signalizačné informácie. Obr.: 7.1 Využitie CCS7 v prenosovom reťazci V digitálnych komunikačných sieťach sa musí požívať výkonnejší signalizačný systém, ako sa používal v analógových telekomunikačných sieťach. Pri analógovej signalizácii, v ktorej sa pre prenos riadiacich a užitočných používajú spojovacie zväzky vytvorené z priestorovo alebo frekvenčne delených kanálov by nebola schopná plniť požiadavky na služby, aké majú k dispozícii dnešné digitálne, programovo riadené telekomunikačné siete. Optimálnym riešením je používanie signalizácie číslo 7 so spoločným kanálom CCS7. Medzi najvýznamnejšie vlastnosti CCS7 patrí: - medzinárodne normalizovaná - pre národné, medzinárodné a medzikontinentálne siete - pre rôzne komunikačné služby - vysoká spoľahlivosť pri prenose signalizačných správ - signalizačné správy sú prenášané signalizačným kanálom - signalizačný kanál je stále k dispozícii, tiež počas už vybudovaného spojenia - nezávislá od prenosového média (metalické, optické, bezdrôtové) 36

37 - automatické dohliadanie a riadenie signalizačnej siete Presná špecifikácia CCS7 je uvedená v odporučeniach ITU Q.700. SCCP časť riadenia signalizačného spojenia ISUP používateľská časť ISDN TUP používateľská časť pre telefónnu časť v IDN TCAP aplikačná časť transakčných schopností OMAP časť údržby, prevádzky a správ MAP časť pre mobilných účastníkov INAP aplikačná časť pre podporu služieb inteligentnej siete Obr.: 7.2 Referenčný model CCS7 V CCS7 sa pre prenos signalizačných informácií používa samostatný kanál. Jednotlivým ústredniam sú pridelené signalizačné body (Signaling Point), ktoré zabezpečujú smerovanie a vyhodnocovanie signalizačných správ. Obr.: 7.3 Signalizácia cez spoločný signalizačný kanál Signalizačná sieť je tvorená z dvoch protismerne prevádzkovaných kanálov. Ako signalizačný kanál môže byť použitý napríklad jeden z 32 časových kanálov PCM. Medzi dvoma signalizačnými bodmi SP je viac signalizačných liniek z dôvodu spoľahlivosti. Tieto signalizačné kanály sa nazývajú signalizačné spojenia (Link Set). Sieť pre prenos užitočných informácií a signalizačnej siete je oddelená. 37

38 7.1 Prevádzky CCS7 Rozoznávame dva spôsoby prevádzky: Združená (asociatívna) prevádzka signalizačné spojenie je vedené spolu z ovládanými užitočnými spojeniami. Táto prevádzka sa využíva vtedy, keď je veľká prevádzka medzi ústredňami. Čiastočne združená (kváziasociatívna)prevádzka signalizačné spojenie a ovládané užitočné spojenia sú vedené po rôznych cestách. A Užitočné kanály B SPA Signalizačné kanály SPB Obr.: 7.4 Asociatívna prevádzka CCS7 Chyba! Objekty sa nedajú vytvoriť úpravami kódov polí. Obr.: 7.5 Kváziasociatívna prevádzka CCS7 7.2 Činnosti časti prenosu správ MTP MTP (Message Transfer Part) slúži pre vysielanie a príjem signalizačných správ, korekciu chýb pri prenose, manažment signalizácie a synchronizáciu. Na to využíva 1., 2. a 3. vrstvu referenčného modelu CCS7. 1. vrstva označovaná ako fyzická a v referenčnom modeli označená ako MTP1 definuje fyzikálne a elektrické vlastnosti potrebné pre prenos signalizačných správ. Tiež definuje vstupné a výstupné zariadenia. Ďalej má na starosti bitovú synchronizáciu. 2. vrstva označovaná ako linková a v referenčnom modeli označená ako MTP2 zabezpečuje bezchybnú výmenu signalizačných správ. Definuje nasledovné funkcie: - rozpoznávanie a dozor nad chybovosťou prenosovej sig. trasy - znovuobnovenie bezchybnej prevádzky - vymedzenie bloku pomocou návestnej značky (Flag) - zabezpečuje rámcovú synchronizáciu 38

39 Vrstva obsahuje riadenie vysielania, ktoré pridá k signalizačnej správe následné dopredné číslo a dopredný rozpoznávací bit. Okrem toho doplní správu o spätné číslo a spätný rozpoznávací bit, ako potvrdenie pre poslednú prijatú signalizačnú správu. Ďalej obsahuje vysielaciu pamäť a opakovaciu pamäť, v ktorých sú uschované všetky vysielané správy dovtedy, kým nie je potvrdený ich bezchybný príjem. Ďalej 2. vrstva obsahuje Generátor skúšobných bitov, ktorý zabraňuje prenosu falošného Flagu. Ten môže vzniknúť pri prenose signalizačnej správy, ktorá bude obsahovať rovnaký tvar oktetu ako má štandardne značka Flag ( ). Generátor skúšobných rámcov na vysielacej strane vkladá po piatich logických 1 logickú 0. Prijímacia strana vopred rozozná, že kde v oktete bola vložená logická 0 a tak upraví oktet na pôvodný tvar. Vysielač Vysielaná správa Vložený bit 0 Signalizačné vedenie Vybratý bit 0 Prijímač Obr.: 7.6. Korekcia nesprávneho Flagu Kontrolovanie, či prijatá signalizačná správa obsahuje očakávané dopredné číslo a dopredný bit má na starosti Blok riadenia príjmu RP. Keď blok riadenia príjmu vyhodnotí, že je všetko v poriadku, odovzdá prijatú správu do 3. vrstvy. Ak nesedí dopredné číslo a dopredný bit, dá blok riadenia príjmu príkaz na opakovaný prenos signalizačnej správy. Komunikácia v 2. vrstve prebieha len na signalizačnej ceste medzi susednými signalizačnými bodmi. Prenášajú sa tri typy signalizačných jednotiek (Signal Unit). MSU (Message Signal Unit) signálna jednotka pre prenos signalizačnej správy LSSU (Link Status Signal Unit) signálna jednotka pre výstavbu signalizačného spojenia FISU (Fill-In Signal Unit) signálna jednotka pre vyplňovanie signalizačnej cesty v čase, keď nie je vysielaná žiadna správa 3. vrstva (signalizačná sieť) označovaná ako sieťová a v referenčnom modeli ako MTP3 vyhľadáva pomocou Bloku smerovania správ SMS signalizačnú trasu, cez ktorú budú prenášané signalizačné informácie. Rozpoznávanie signalizačných správ robí Blok rozpoznávania správ ROS. Ten po prijatí bezchybnej správy zisťuje, či 39

40 signalizačná správa bude vyslaná do pripojeného bloku užívateľa alebo bude nasmerovaná do signalizačnej ďalšej trasy. ROS potrebnú informáciu získa na základe vyhodnotenia kódu cieľového signalizačného bodu. Správa, ktorá cez signalizačný tranzitný bod len prechádza je odovzdaná blokom ROS do bloku smerovania správ SMS. Keď je signalizačná správa v cieľovom bloku SP, je odovzdaná do bloku rozdeľovania správ RS. MTP3 vrstva tiež tvorí rozhranie medzi službami vyšších užívateľských vrstiev a nižšími prenosovými vrstvami. Na úrovni vyšších vrstiev dochádza k vytváraniu signalizačných správ, ktoré slúžia k vytváraniu, rušeniu a kontrole nad reláciami. Vyššie vrstvy sa skladajú z blokov SCCP (Signaling Connection Control Part) a TCAP (Transaction Capabilities Application Part), ktoré slúžia k zavádzaniu služieb inteligentnej siete. Ďalej sa skladajú z blokov TUP (Telephone User Part) a ISUP (ISDN User Part), ktoré zahŕňajú procedúry pre riadenie spojenia. TUP je schopný riadiť iba telefónne spojenia, pričom ISUP je schopný vytvárať všetky druhy spojenia a poskytuje všetky služby spojené s ISDN. 7.3 Korekcia chýb pri prenose signalizačných správ Pretože môže dôjsť ku chybnému prenosu signalizačných správ, z dôvodu skreslenia prenášaných informácií, je potrebná korekcia chýb, ktorá túto chybovosť redukuje na minimum. Pri prenose chybnej signalizačnej správy môže dôjsť ku chybe. Korekcia chýb v CCS7 je založená na opakovaní chybnej signalizačnej správy. Požívajú sa dva postupy. Všeobecný postup korigujúci chyby sa používa na signalizačných trasách s kratšou dobou šírenia, ktorá je menej ako 15 ms. Postup pracuje ako pozitívne a negatívne potvrdzovanie prijatých správ. Potvrdzovanie sa robí pomocou spätného čísla a spätného rozpoznávacieho bitu. Pri negatívnom potvrdení požaduje riadenie príjmu na prijímacej strane od vysielacej strany zastavenie vysielania nových značiek a opakovať vysielanie negatívne potvrdených značiek. Následne sú potom opakovane vysielané všetky signalizačné značky, ktoré sa nachádzajú v opakovacej pamäti vysielača. Riadenie príjmu odmieta prijať nové signalizačné správy dovtedy, kým nie sú prijaté všetky negatívne potvrdené signalizačné správy. Postup preventívneho cyklického opakovania PCR sa používa pri signalizačných trasách s väčšou dobou šírenia ako 15 ms. Tento postup pracuje len 40

41 s pozitívnym potvrdzovaním. Opakovanie signalizačných správ sa preventívne realizuje dovtedy, kým nie sú žiadne nové správy. Cyklicky sa opakujú všetky správy nachádzajúce sa vo vyrovnávacej pamäti. Potvrdenie bezchybného príjmu spočíva len v poradí spätného čísla. Obr.: 7.7 Princíp PCR [6] 41

42 8 Referenčný model B-ISDN Širokopásmová ISDN vznikla z dôvodu nepostačujúcej šírky pásma úzkopásmových ISDN. Nároky na prenosovú rýchlosť stále rastú a úzkopásmové ISDN už dávno nespĺňajú tieto nároky. B-ISDN (Broadband ISDN) výrazne zvyšujú prenosové rýchlosti v celej sieti. To umožňuje prenášať okrem telefónnych hovorov spoločne aj obraz (videotelefón). B-ISDN obsahuje všetky funkcie ISDN64. Širokopásmová spojovacia funkcia v B-ISDN je tvorená na základe asynchrónneho prenosu ATM (Asynchronous Transfer Mode). Riadenie príslušných spojení sa realizuje pomocou signalizačných funkcií. Pre prenos užitočných a signalizačných informácií sa v B-ISDN definovala ATM transportná sieť. Používanie B-ISDN ponúka všetky služby ponúkané ISDN, ktoré sa realizujú cez 64 kbit/s kanál. K tomu pripisujeme veľký počet širokopásmových služieb, ktoré využívajú vysokú prenosovú rýchlosť. Napr.: - videotelefón - videokonferencia - prepojovanie LAN - prenos dát (obraz, zvuk, video) - televízia a rádio Tieto služby by bolo zložité poskytovať s pomocou synchrónnych kanálov a pevnou šírkou pásma, ako napr.: STM. Výhodnejšie pre tieto služby je asynchrónny spôsob prenosu ATM. Referenčný model B-ISDN je trojrozmerný, za tým účelom, aby sa od seba oddelili funkcie prenosu užitočných, riadiacich informácií a tiež manažmentu. Obr.: 8.1 Referenčný model B-ISDN 42

43 8.1 ATM Je to technológia pre prenos a spojovanie informácií v B-ISDN. Všetky informácie sa v ATM prenášajú v dátových blokoch s pevnou dĺžkou, nazývaných ATM bunky. Obr.: 8.2 ATM bunka Prenosová rýchlosť závisí od počtu buniek prenesených za jednotku času. Asynchrónnosť prenosu je daná tým, že pripravovaná bunka sa cez prenosové médium vyšle len vtedy, keď je pripravená k prenosu. Tento okamih nie je časovo synchronizovaný. ATM bunka sa skladá zo záhlavia a informačného poľa a je to základná dátová jednotka pre spojovanie a prenos v ATM sieti. Záhlavie bunky obsahuje informácie, na základe ktorých ATM sieťový uzol nasmeruje bunku do správneho smeru. Pokiaľ užitočné dáta predstavujú dátový blok väčší, ako informačné pole bunky, musí sa tento dátový blok rozdeliť na časti zodpovedajúcej veľkosti informačného poľa bunky. Obr.: 8.3 Delenie užitočných dát do ATM buniek 43

44 Informačné pole ATM bunky má 48 oktetov. Prenášajú sa v ňom užitočné, signalizačné a riadiace informácie. Záhlavie má dĺžku 5 oktetov a slúži k riadeniu buniek v ATM sieti. VCI (Virtual Channel Identifier) jeho dĺžka je 16 bitov. Slúži k rozlíšeniu rôznych súčasných spojení. Bunky patriace jednému spojeniu majú rovnaké VCI. VPI (Virtual Path Identifier) jeho veľkosť je 8 bitov na rozhraní UNI a 12 bitov na rozhraní NNI. Slúži ako identifikátor virtuálneho kanála. GFC (Generic Flow Control) má veľkosť 4 bity. A na starosti má riadenie toku na rozhraní UNI. PT (Payload Type) rozlišuje užitočné informácie od riadiacich. HEC (Header Error Control) má 8 bitov. Slúži k potrebám zabezpečenia záhlavia. C CLP (Cell Loss Priority) je to jedno bitové pole a rozlišuje, či v prípade vážnych problémov so zahltením môže byť bunka zahodená. Určuje prioritu bunky. 8.2 Vrstvy ATM Rovnako ako väčšina riešení v oblasti telekomunikácií predpokladá technológia ATM určité hierarchické rozvrstvenie funkcií a činností. Referenčný model ATM vykazuje veľa zaujímavých odlišností od referenčných modelov ISO/OSI a TCP/IP. 8.3 Fyzická vrstva Vrstva má dve hierarchicky usporiadané podvrstvy. Vyššiu podvrstvu TC (Transmission Convergence) a nižšiu PMD (Physical Medium Dependent). Úlohou TC je rozsekávať celé ATM bunky na jednotlivé bity a na druhej strane zo súvislého prúdu bitov skladať jednotlivé bunky. To znamená že TC podvrstva musí správne rozpoznávať, kde začína a kde končí ATM bunka. Úlohou PMD podvrstvy je vlastný fyzický prenos bitov. ATM nie je viazaná so žiadnou konkrétnou fyzickou prenosovou technológiou, teda na žiadnu konkrétnu prenosovú rýchlosť. V praxi teda prenosová rýchlosť ATM závisí od prenosovej technológie. Dnes sa najčastejšie fyzická prenosová technológia v ATM používa SDH (SONET), ktorá má normalizovanú prenosovú rýchlosť (155 a 622 Mbit/s) a využíva optické vlákna. 44

45 8.4 ATM vrstva Je to vrstva, ktorá ponúka službu spočívajúcu v prenose veľmi malých blokov (48 oktetov), nespoľahlivým spôsobom (bez zaisťovania spoľahlivosti). Tieto bloky prichádzajú z adaptačnej vrstvy, kde sú upravené do tvaru ATM bunky. Táto vrstva veľmi dobre nezapadá do rámca, ktorý vytvoril referenčný model ISO/OSI (alebo TCP/IP). Zaoberá sa prenosom dátových blokov na najnižšej logickej úrovni, a preto by mala zodpovedať linkovej vrstve. Súčasne sa zaoberá doručovaním týchto blokov (buniek) cez medziľahlé uzly, čo to sa obvykle nazýva smerovanie a zaraďuje sa až na sieťovú vrstvu. ATM vrstva má rysy linkovej a aj sieťovej vrstvy referenčného modelu ISO/OSI. 8.5 AAL adaptačná vrstva Adaptačná vrstva AAL (ATM Adaptation Layer) v niektorých aspektoch pripomína transportnú vrstvu. Jej poslanie je zhodné s tradičnými transportnými vrstvami (podľa RM ISO/OSI a TCP/IP). Pôsobí ako prispôsobovací člen medzi aplikáciami a možnosťami prenosových vrstiev. Odlišné sú konkrétne mechanizmy fungovania adaptačnej vrstvy AAL. AAL vrstva pozostáva z dvoch podvrstiev: CS (Convergence Sublayer) zaisťuje potrebné rozhranie k aplikácii, ktorá má na starosti vytváranie ilúzie, že sa prenášajú celé bloky dát, pritom v skutočnosti sa prenášajú len bloky dát (ATM bunky). SAR (Segmentation and Reassembly) sa zaoberá otázkami prenosu dát. Na požiadanie môže zaisťovať detekciu chýb. Zaisťuje multiplexing, teda vedenie viacerých logických spojení jedným ATM spojením. 8.6 Protokoly AAL1 až AAL5 ALL1 je určený pre spojovoorientovaný prenos s konštantnou prenosovou rýchlosťou. Ponúka rôzne funkcie, ktoré vylepšujú prenos buniek v ATM vrstve. Využíva sa najmä pre prenos nekomprimovaného obrazu a zvuku. Vzhľadom k dnešnému komprimovaniu obrazu a zvuku je AAL1 takmer zbytočný. Protokol AAL2 je typický pre prenos komprimovaného obrazu a zvuku. Je určený pre využívanie multimediálnych služieb. Protokol ALL2 umožňuje určitý spôsob multiplexovania, čiže je možné cez jedno ATM spojenie realizovať rôzne služby s rôznou kvalitou (QoS). Na rozdiel od AAL1 je AAL2 určený pre služby s dynamicky sa meniacou šírkou pásma (prenos komprimovaného videa). 45

46 Pri protokoloch ALL3 a ALL4, ktoré mali byť určené na prenos s premenlivou prenosovou kapacitou sa zistilo, že rozdiely medzi nimi sú tak malé, že nemá zmysel hovoriť o dvoch protokoloch. Nakoniec vznikol jeden protokol AAL 3/4. Má za úlohu rozpoznanie chyby a jej oznámenie, nezabezpečený prenos dátových blokov ľubovoľnej dĺžky. Protokol AAL5 je určený pre prenos signalizačných správ B-ISDN a pre Frame Relay. Protokol podporuje dva spôsoby prevádzky: prenos správ a prenos blokov, ako zabezpečený a nezabezpečený prenos. [4] [7] 46

47 9 Porovnanie referenčných modelov Úlohou referenčných modelov je zabezpečiť kompatibilitu komunikujúcich zariadení. To znamená, že zariadenie implementované jedným výrobcom spolupracuje s inými zariadením od druhého výrobcu. Rozdiel medzi referenčnými modelmi je v tom, ako pracujú a koľko vrstiev obsahujú. Niektoré modely obsahujú vrstiev veľa, a tým sa stávajú zložitými, iné zas menej, pričom spĺňajú tú istú funkciu. Základným referenčným modelom sa stal ISO/OSI. Dnes je tento model považovaný za primárny pre komunikáciu medzi sieťovými zariadeniami a je ich základnou štruktúrou, od ktorej sú existujúce štandardy začleňované. Celková ťažkopádnosť a jeho relatívna zložitosť spôsobili, že nástup technológie na báze ISO/OSI bol veľmi pomalý. Naopak, alternatívna koncepcia, a potom sieťový model TCP/IP sa presadzoval veľmi rýchlo a dobre. Dôvodom bola skutočnosť, že autori TCP/IP uplatnili presne opačný postup ako autori referenčného modelu ISO/OSI. Autori TCP/IP začali skôr s menším počtom funkcií a vlastností a postupne ho obohacovali o ďalšie na základe skutočnej potreby. Produkty na báze TCP/IP ovládli trh a významnou mierou prispeli k dnešnému stavu v telekomunikačných a počítačových sieťach. Obr.: 9.1 Porovnanie referenčných modelov 47

48 V referenčnom modeli CCS7 sú funkcie časti prenosu správ MTP a užívateľských časti referenčného sú rozdelené do štyroch úrovní a na obr. 9.1 sú priradené k jednotlivým vrstvám referenčného modelu ISO/OSI. Prvé tri úrovne referenčného modelu CCS7 sa zhodujú s prvými tromi vrstvami RM OSI. Bloky ISUP a TUP sú priradené k všetkými vrstvám od sieťovej vrstvy. Ostatné úrovne sú prirovnané k aplikačnej vrstve RM OSI. Na obrázku 9.1 je porovnanie časti referenčného modelu B-ISDN s inými modelmi. ATM a AAL vrstva sú podľa svojich funkcií priradené k linkovej vrstve RM OSI. Vyššie vrstvy zodpovedajú všetkým ostatným vrstvám RM OSI. A komunikácia medzi ATM a inými systémami nie je taká jednoznačná. K tomu, aby bolo možné používať v ATM sieťach konkrétne sieťové aplikácie a protokoly, existujú princípy prístupu. Jedným z princípov fungovania ATM je dôkladné skrytie tejto technológie a vytvorenie aplikácie (protokolu), ktorá vytvára ilúziu správneho fungovania v prostredí ako je napr.: Ethernet alebo Token Ring. Táto technika sa označuje LANE (LAN Emulation). Potom je z pohľadu sieťových aplikácií a protokolov všetko maximálne jednoduché, lebo druhej komunikujúcej strane sa zdá, že komunikuje čisto prostredníctvom Ethernetovej siete. Obr.: 9.2 Predstava LAN emulácie Emulácia LAN sa podľa obr.: 9.2 robí pomocou zoskupovania jednotlivých sieťových uzlov do logických celkov tieto celky tvoria jednotlivé emulované siete LAN. Pod pojmom emulovaná LAN si pritom môžeme predstaviť to, čo v prípade Ethernetu zodpovedá pojmu sieť teda všetko, čo je prepojené na úrovni linkovej vrstvy (mosty v ATM sieti nahradia ATM switche). Hranicu emulovanej siete LAN tvorí najbližší smerovač. 48