TTM4175 Hva er kommunikasjonsteknologi?

Transkript

1 1 TTM4175 Hva er kommunikasjonsteknologi? Del 2 Bjørn J. Villa PhD, Senior Engineer, UNINETT AS bv@item.ntnu.no // bv@uninett.no

2 2 Innhold Begrepet «Kommunikasjonsteknologi» Definisjon, historikk og en liten refleksjon Påvirker det oss? Protokoller og struktur Et «kommuniserende» system Hva er en «melding»? Digitalisering, koding, komprimering, format Multimedia, kryptering Applikasjoner Hva er en applikasjon? Forskjellen på en applikasjon og en tjeneste? Krav til nettverk, Bruk/Misbruk Nettverk Typer av nettverk (linje / pakke, analog / digital) Noen kjente nett: PSTN, GSM, Internet Utfordringer (kvalitet, sikkerhet, pålitelighet)

3 3 Kommunikasjonsteknologi /brukervalg Vi begynner på toppen.. Applikasjon (mail, chat, web,...) Operativsystem (Win, Linux, Android, IOS...) Fysisk terminal Logiske forbindelser (routing, switching) Fysiske forbindelser (fiber, wireless,...) Bruker & terminal Nettverk

4 4 Hva er en «melding»? Alt som kan representerast digitalt (0/1) tekst lyd bilde video Datafiler... Siste buss frå Samfunnet kl «noe» som er generert av en appl. eller tjeneste

5 5 Hva er en «melding»? Source: Limelight Networks, Sept 2010 Utvikling av tjeneste/applikasjon mix på Internet

6 6 Digitalisering En melding må som regel gå gjennom to operasjonar: Digitalisering: Analog melding (lyd, bilde, ) -> Komprimering: Ofte ønskelig å redusere infomengde med minst mulig (eller ikke noe) tap av kvalitet/informasjon. Format Formatet på digital melding må vere kjent for mottakar Format er regler for hvordan konvertere mellom bitstrøm og opprinnelig analog melding

7 7 Bits and Bytes Minste informasjonsmengde kaller vi en bit (binary digit): bit = 0 eller 1 En sekvens av bit kaller vi en bitstrøm: bit 1 Byte = 8 bits (også kalt oktett) 1 kb = 2 10 bits = bits = ca bits 1 Mb = 2 20 bits = bits = ca bits 1 kb = 2 10 Bytes =... 1 MB = 2 20 Bytes =... NB: Overføringskapasitet: bit pr sekund Lagring av data: Byte

8 8 Format Er dette starten på «mine» data? Er det Most-Significant-Bit som kommer først? Hvordan oversette binært «ord» til verdi? Hva er ordlengden?

9 9 Tekst Mange måter for binær koding av tekst Morse brukt sidan 1800-talet ASCII mest brukt i dag The American Standard Code for Information Interchange 128 teikn: latinske bokstaver, 0-9,,.()+, tabulator, linjeskift, Utvida ASCII: 256 teikn Morse D -.. r.-. a.- g --. v o --- l.-.. l.-.. ASCII desimal binær a g v

10 10 Bilde pixel Digitalt bilde: Matrise av fargepunkt (pixel) Eks1: 8*6 punkt to fargar (monokrom) -> 1 bit Lagring: 8*6*1 bit = 6Bytes, f.eks Eks2: 150*100 punkt Vanlig: 256*256*256 fargar (RGB) -> 24 bit (8+8+8) Lagring: 150*100*24 bit = Bytes 6 8 RGB fagekoding: Kvart punkt har ein RGB-verdi: R(raud), G(grøn) og B(blå). Kvar av desse kan ta verdiar frå 0 til = svart, = kvit

11 11 Bilde - Oppløsning Oppløsning sier hvor tettpakka informasjonen er i bildet, dvs hvor mange pixel pr areal Relevant mål: pixel/cm (evt pixel/inch eller dpi dot per inch) 150 pixels, 5 cm => 30 pixel/cm 150 pixels, 15 cm => 10 pixel/cm

12 12 Koding og komprimering av levende bilde (TV) - Utvikling ~50% redusert kapasitetskrav Rask utvikling, hva som «kreves» for å håndtere video som meldingskomponent er i endring...

13 13 Lyd Lyd er trykkbølger i luft (eller anna medium) som kan oppfattes av menneskelig øre Omdanna til elektronisk format i mikrofon -> spenningsvariasjon i kabel Tett sampling => god kvalitet Omdanna til numerisk format ved sampling (periodiske stikkprøver av signalintensitet) => litt tap av informasjon Digitalt ved lagring på filformat Nyquist samplingsteorem (hva er det? Google it...) Spredd sampling => tap av kvalitet

14 14 Lyd Telefoni: 0,125 ms mellom kvart lydsampel => 8000 lydprøver pr sek Kvar lydprøve kan bruke 8 bit til lagring => verdiskala med 256 verdiar Overføringskapasitet: 64kb/sek GSM Komplisert metode Prinsipp: Tale har langsomme variasjonar => kan ta færre lydprøver og prediktere verdiar Overføringskapasitet: 13kb/sek ,125 ms TM0100 Kommunikasjonsteknologi i informasjonssamfunnet

15 15 Koding av lyd - utvikling 85% redusert kapasitetskrav Rask utvikling, hva som «kreves» for å håndtere lyd/tale som meldingskomponent er også i endring...

16 16 Koding av lyd - utvikling HD Voice i mobilnett Narrowband sampling Hz Wideband sampling Hz (HD-voice), Adaptive Multi-Rate Wideband (AMR-WB) codec Sampling av musikk dekker områder fra Hz (hørbart område)

17 17 Lyd CD Rådata lagra med høg kvalitet sampel pr sek 2 Byte pr sampel 2 kanalar (stereo) bits/sek (~1.4Mbps) mp3 (MPEG audio Layer-3) Komprimert CD-lyd 10-14x Komprimering basert på: Noen lyder hører vi ikke Noen lyder hører vi bedre enn andre Ved samtidige lyder så hører vi den høyeste best

18 18 Hva er multimedia? Multimedia er en sammensetning av flere type meldingskomponenter (f.eks tekst, lyd, bilde, video) Overføring og presentasjon av multimedia skjer som regel på en integrert måte So what?

19 19 Utfordring med multimedia? Multimedia er som ei «grønnsakssuppe» servert til unger som er livredd for å få i seg noe de har bestemt seg for at de ikke liker. Hver enkelt bestanddel skal analyseres grundig... Behovet for denne «dissekreringen» er mer rasjonelt for multimedia siden hver enkelt komponent har sin egen koding, og vanligsvis også attributter vedrørende plassering ved presentasjon etc.

20 20 Utfordring med multimedia? Litt av en video? Litt av et bilde? Lydsampel?

21 21 Protkollstøtte for Multimedia For epost så har vi MIME - Multipurpose Internet Mail Extension protokollen (RFC2045++), som er et tillegg til SMTP (Simple Mail Transfer Prot.) For mer «generell» kommunikasjon har vi SDP Session Description Protocol (RFC 4566) som ofte brukes sammen med SIP (kanskje kjent fra VoIP?) For presentasjon av multimedia på terminal så er HTML x et godt eksempel, som jo er det enkleste «språket» for å lage en webside

22 22 Hva med kryptering? The Enigma machine is any of a family of related electro-mechanical rotor machines that have been used to generate ciphers for the encryption and decryption of secret messages. The Enigma was invented by German engineer Arthur Scherbius at the end of World War I. It was used commercially from the early 1920s and was adopted by military and governmental services of a number of countries most notably by Nazi Germany before and during World War II. A variety of Enigma models were produced, but the German military model, the Wehrmacht Enigma, is the version most commonly discussed.

23 23 Kryptering Vi har M: Melding som skal krypteres A: Krypteringsalgoritme K: Nøkkel Vi får M*: Kryptert melding Kun den som vet algoritmen A og nøkkelen K kan finne tilbake til M Dette kan brukast til Skjule melding Verifisere avsender av melding passord K nxs83y kja3&h2 M M* A

24 24 Algoritmer for kryptering Kryptering kan gjøres på ulike lag i kommunikasjonen På nettverksnivå (f.eks vha IPsec) På applikasjonsnivå (f.eks vha SSL, HTTPS) Eller på flere lag samtidig... Lengde på kryptonøkkel er svært avgjørende for hvor vanskelig det er å knekke krypteringen Tunge algoritmer bør ha støtte i HW for at det ikke skal ha en negativ innvirkning på ytelse Når MÅ du kryptere? Kommer helt an på hva man er redd for...