Počítačové sítě - Internet
1
Bezdrátové technologie
Pro bezdrátový přenos dat se dají využít nejrůznější bezdrátové technologie. Každá z nich má jiné využítí. V dnešní době se nejčastěji používají technologie IrDA (infračervený paprsek), Bluetooth, Wi-Fi a WiMax. Do bezdrátových technologií můžeme také zahrnout globální satelitní navigační systém, který využívá rádiový signál vysílaný z družic, nebo GSM sítě mobilních telefonů.
1.1
IrDA
- IrDA (Infrared Data Association) – je to komunikační rozhraní zejména mobilních telefonů a počítačů, které mohou prostřednictvím infračervených paprsků komunikovat s jiným zařízením, které se nachází v jeho dosahu - tzn.ve vzájemné přímé viditelnosti. IrDA vysílá a přijímá modulované infračervené světlo (záření) o vlnové délce 875 nm. Vysílačem jsou infračervené LED diody (nebo infračervené laserové diody). Přijímačem jsou fotodiody. IrDA pracují spolehlivě do vzdálenosti cca 1 m. IrDA verze 1.0 má maximální přenosovou rychlostí 115,2kbps. IrDA verze 1.1 má maximální přenosovou rychlost až 4Mbps. Technologie IrDA spadá do kategirie počítačových sítí typu PAN (Persional Area Network) – osobní počítačová síť.
1.1.1
Bluetooth
Bluetooth je bezdrátová komunikační technologie, která umožňuje pohodlné, bezdrátové připojení mezi počítačem a kompatibilními zařízeními Bluetooth, jako jsou mobilní telefony, počítače, tiskárny, PDA, náhlavní souprava, klávesnice, myš a další. Prostřednictvím jediného přijímače Bluetooth se k počítači může připojit až dalších šest bezdrátových zařízení. Technologie Bluetooth je definovaná standardem IEEE 802.15.1. Spadá do kategorie osobních počítačových sítí, tzv. PAN (Persional Area Network). Bluetooth pracuje v pásmu 2,4 GHz (stejném jako u Wi-Fi). Je definováno několik výkonových úrovní (2,5mW, 10mW, 100mW) s nimiž je umožněna komunikace do vzdálenosti cca 10 – 100m. Udávané hodnoty ovšem platí jen ve volném prostoru. Pokud jsou mezi komunikujícími zařízeními překážky (typicky například zdi), dosah rychle klesá. Rychlost přenosu dat dosahuje u verze 2.0 až 2,1Mbps.
1
Počítačové sítě - Internet
1.1.2
Bezdrátové sítě - Wi-Fi
Wi-Fi - Wireless Fidelity je další z technologií pro tvorbu počítačových sítí. Tato technologie je bezdrátová a byla vytvořena pro vnitřní použití, použití do budov, například letištní hala, kde by se čekající mohli připojit do sítě. Postupem doby se používala čím dál tím více pro použití venkovní, pro které je poměrně nevhodná, ale výrobci se přizpůsobili poptávce a začali vyrábět zařízení pro venkovní použití. Úspěch Wi-Fi přineslo využívání bezlicenčního pásma, což má bohužel negativní důsledky ve formě silného zarušení příslušného frekvenčního spektra. Síť může být typu ad-hoc nebo infrastrukturální. V ad-hoc režimu se k sobě připojují jednotlivé bezdrátové síťové karty, proto musí na sebe vidět všechny počítače, které chtějí spolu komunikovat.
Infrastrukturální režim je podobný hvězdicové topologii u drátových sítí, místo hubu se používá AP - Access Point ke kterému se připojují všechny stanice, proto je nutnost jen vidět na AP a můžeme komunikovat se všemi, co jsou k němu připojeny. Přenos dat lze uskutečňovat na různě velké vzdálenosti, jsou funkční spoje na 10 km, ale vzdálenost je omezena maximálním povoleným vyzařovacím výkonem 100 mW.
A P Typy Wi-Fi sítí 802.11a - Využívá frekvenční pásmo kolem 5 Ghz, které je u nás licencované, proto se za používání musí platit. 802.11b - Jeden z nejrozšířenějších standardů u nás, který už je poměrně starý. Pracuje kolem frekvence 2,4 GHz a jeho maximální přenosová rychlost je 11 Mb/s, pro přenos dat je to rychlost pouze teoretická, protože režie sítě si vezme poměrně velkou část.
2
Počítačové sítě - Internet 802.11g - Tento standard je o něco novější a dnes ho najdete ve všech noteboocích, ale jediným větším rozdílem proti "béčku" je větší přenosová rychlost a to 54 Mb/s. Ohledně zabezpečení se toho moc nezlepšilo. Pokud stavíme bezdrátovou síť je lepší si vybrat jednoho výrobce a od toho nakoupit všechen hardware. Vyhneme se tím možným problémům. Většina výrobců má své řešení pro rychlejší přenos nebo roaming mezi AP a proto mezi sebou fungují jen stejné značky. Zařízení využívající Wi-Fi
Zařízení pro Wi-Fi sítě (AP, PCI karty …) Mobilní telefony PDA, MDA Handsfree Klávesnice a myši Reprosoustavy Bezdrátové zařízení pro zabezpečení objektů Síťové tiskárny Síťové HDD Notebooky
Přenosová pásma
Wi-Fi sítě dnes využívají nejčastěji pásma 2,4 GHz a 5 GHz. Různé standardy se mezi sebou liší hlavně maximální rychlostí přenosu a vzdáleností dosahu signálu. Se vzrůstající vzdáleností klesá přenosová rychlost. Dnes je běžné použití bezdrátových sítí i na vzdálenost několika kilometrů. Max. Typ. Dosah propustnost propustnost (vevnitř) 54 Mbit/s 23 Mbit/s ~35 m
Dosah (venku) ~120 m
Rok vydání
Frekvence
IEEE 802.11a
1999
5 GHz
IEEE 802.11b
1999
2,4 GHz
11 Mbit/s
4,3 Mbit/s
~38 m
~140 m
IEEE 802.11g
2003
2,4 GHz
54 Mbit/s
19 Mbit/s
~38 m
~140 m
IEEE 802.11n
2007
2,4 nebo 5 GHz
270 Mbit/s
74 Mbit/s
~70 m
~250 m
Standard
3
Počítačové sítě - Internet Kanály pro přenos dat Každý Wi-Fi standard využívá určité kanály pro přenos dat. V určitých zemích jsou ale pouze některé z nich povolené. U nás o tom rozhoduje Český telekomunikační úřad (ČTŮ). Např. u pásma 2,4 GHz jsou v České republice povolené pouze kanály 1-13, u pásma 5 GHz 1-19. Každý kanál má svojí přesnou frekvenci. U 2,4 GHz jsou frekvence od 2,417 do 2,484 GHz, u 5 GHz jsou od 5,15 do 5,35 GHz nebo od 5,725 do 5,825 GHz. Příklad frekvencí kanálů u standardu 802.11b,g, tedy 2,4 GHz.: Kanál 1 2 3 4 5 6 7
Frekvence [GHz] 2,417 2,422 2,427 2,432 2,437 2,442 2,447
Kanál 8 9 10 11 12 13
Frekvence [GHz] 2,452 2,457 2,462 2,467 2,472 2,484
Každé pásmo má předepsaný počet kanálů, na kterých lze WIFI zařízení provozovat. V oblasti 2400 až 2483,5MHz (prakticky 2412 - 2472MHz) jsou kanály od sebe vzdálené pouze 5 MHz. Vzhledem k tomu, že jeden kanál má "pracovní šířku" ideálně 20 až 24 MHz, je evidentní, že kanály se vzájemně překrývají. To znamená, že v praxi lze použít pouze tři nepřekrývající se kanály: č. 1 č. 6 č. 11
- 2412 MHz (od 2400 MHz do 2424 MHz ) - 2437 MHz (od 2425 MHz do 2449 MHz ) - 2462 MHz (od 2450 MHz do 2474 MHz )
Pokud se zároveň použijí v jednom místě jiné kombinace kanálů, frekvence se překrývají a dochází k vzájemnému rušení, tzv. interferenci. Proto mohou zařízení interferovat s mikrovlnnými troubami, bezdrátovými telefony, s Bluetooth nebo s dalšími zařízeními používajícími stejné pásmo. V praxi to znamená, že při interferenci je kvalita obou signálů nižší, což se projevuje výrazně zvýšenými latencemi a packetloos. Módy bezdrátového připojení Každá Wi-Fi síť má určitý mód, podle kterého mezi sebou různé zařízení komunikují. - Access Point (AP) - Client - Ad-Hoc - Infrastructure - Bridge - Repeator - Router 4
Počítačové sítě - Internet Access Point (AP) Access point (AP) (česky přístupový bod) v bezdrátové Wi-Fi síti je zařízení, ke kterému se klienti připojují. Klienti spolu nekomunikují přímo, ale prostřednictvím přístupového bodu, takže nemusí být ve přímém spojení. Klienti se mohou k přístupovému bodu připojovat v režimu Infrastructure nebo Ad-Hoc Client - Infrastructure Klientské počítače se připojují na server neboli Access Point (AP) a veškerou komunikaci provádí skrze něj. Hlavním rysem tohoto typu je to, že se všichni klienti nenapojují jeden na druhého ale přímo na AP, jež zajišťuje veškerou společnou komunikaci. Client - Ad-Hoc Tento mód funguje jako obyčejná LAN síť. Každý počítač komunikuje s jiným na stejné úrovni jako by si byli sobě rovni. Podstatnou výhodou tohoto typu je jeho rychlá instalace a velmi nízká cena. Umožňuje sdílení souborů a internetu, tisk přes síť a ostatní věci, které jsou běžné u klasických LAN sítí. Nevýhodou na druhou stranu je fakt, že všechna připojená zařízení musí mít v dosahu ty, s kterými chce komunikovat - každý musí vidět každého. Bridge (most) Síťový most spojuje dva segmenty téže sítě. Přístupové body fungují jako mosty mezi kabelovými a bezdrátovými segmenty sítě. Dalším druhem mostu je bezdrátový most, který se používá ve dvojicích pro spojení segmentů kabelové sítě.
Repeater (opakovač) Funguje jako aktivní síťový prvek, který přijímá zkreslený, zašuměný nebo jinak poškozený signál a opravený, zesílený a správně časovaný ho vysílá dále. Tak je možné snadno zvýšit dosah připojení bez ztráty kvality a obsahu signálu.
Router (směrovač) Procesem zvaným routování přeposílá datagramy směrem k jejich cíli. Jinak řečeno, router spojuje dvě sítě a přenáší mezi nimi data. Většinou v sobě zahrnuje funkci NAT (překlad adres). Tato funkce umožňuje připojit větší množství počítačů z lokální sítě do internetu bez nutnosti využití veřejné IP adresy.
5
Počítačové sítě - Internet
Zabezpečení přenosu Zabezpečení přenosu dat je velice důležitá část konfigurace Wi-Fi sítě. Hlavní problém bezpečnosti bezdrátových sítí vyplývá zejména z toho, že jejich signál se šíří i mimo zabezpečený prostor bez ohledu na zdi budov, což si mnoho uživatelů neuvědomuje. Nezvaný host se může snadno připojit i do velmi vzdálené bezdrátové sítě jen s pomocí směrové antény, i když druhá strana výkonnou anténu nemá. Navíc většina nejčastěji používaných zabezpečení bezdrátových sítí má jen omezenou účinnost a dá se snadno obejít. Různé typy zabezpečení se vyvíjely postupně a proto starší zařízení poskytují jen omezené nebo žádné možnosti zabezpečení bezdrátové sítě. Základní typy zabezpečení Šifrování – zabezpečení přenášených dat před „odposlechnutím“ - WEP - WPA - WPA2 Autorizace – řízení přístupu oprávněných uživatelů - Kontrola MAC adres - 802.1x
Kontrola MAC adres MAC adresa je jedinečný identifikátor síťového zařízení, která je přiřazována bezprostředně po výrobě zařízení. Zapisuje se jako šestice dvojciferných hexadecimálních čísel oddělených pomlčkami nebo dvojtečkami (např. 05-13-68-72-91-ab nebo 05:13:68:72:91:ab). MAC adresa přidělená výrobcem je vždy celosvětově jedinečná. Z hlediska přidělování je rozdělena na dvě poloviny. O první polovinu musí výrobce požádat centrálního správce adresního prostoru a je u všech karet daného výrobce stejná (či alespoň velké skupiny karet, velcí výrobci mají k dispozici několik hodnot pro první polovinu). Výrobce pak každé vyrobené kartě či zařízení přiřazuje jedinečnou hodnotu druhé poloviny adresy. Jednoznačnost velmi usnadňuje správu lokálních sítí – novou kartu lze zapojit a spolehnout se na to, že bude jednoznačně identifikována. Přístupový bod bezdrátové sítě má k dispozici seznam MAC adres klientů, kterým je dovoleno se připojit. Tato autentitace lze bohužel celkem snadno obejít. Útočník se může vydávat za stanici, která je již do bezdrátové sítě připojena pomocí nastavení stejné MAC adresy (tzv. klonování MAC adresy). Tuto adresu získá odposloucháváním komunikace na síti. Zabezpečení - 802.1x Přístupový bod vyžaduje autentizaci pomocí protokolu IEEE 802.1x. Pro ověření je používán na straně klienta program, který se nazývá prosebník (suplikant), kterému přístupový bod 6
Počítačové sítě - Internet zprostředkuje komunikaci s třetí stranou, která ověření provede (například RADIUS server). Za pomoci 802.1x lze odstranit nedostatky zabezpečení pomocí WEP klíčů. Autentizace – řízení přístupu do sítě Open-system autentizace AP přijme klienta na základě údajů, které mu klient poskytne, aniž by je ověřoval. Klient vyšle SSID AP Shared-key autentizace Při použití je nutné použít také šifrování. Autentizace spočívá v klíči, který zná každé zařízení. Zařízení se při autentizaci tímto klíčem prokáže. Zabezpečení - WEP Šifrování komunikace pomocí statických WEP klíčů (Wired Equivalent Privacy) symetrické šifry, které jsou ručně nastaveny na obou stranách bezdrátového spojení. Díky nedostatkům v protokolu lze zachycením specifických rámců a jejich analýzou klíč relativně snadno získat. Pro získání klíčů existují specializované programy. Proto se dnes WEP šifrování nedoporučuje. Zabezpečení - WEP2 K vytvoření druhé verze WEPu vedla snaha odstranit slabá místa verze původní – došlo k rozšíření inicializačních vektorů a zesílení 128 bitového šifrování. Tím se dekódování stalo obtížnější, slabá místa šifrovací metody RC4 však zůstala - útočníkovi jen zabere více času klíč najít. WEP2 byl použit zpravidla na zařízeních, která hardwarově nestačila na novější šifrování WPA. Zabezpečení - WPA Kvůli zpětné kompatibilitě využívá WPA (Wi-Fi Protected Access) WEP klíče, které jsou ale dynamicky bezpečným způsobem měněny. K tomu slouží speciální doprovodný program, který nazýváme prosebník (suplikant). Autentizace přístupu do WPA sítě je prováděno pomocí PSK (Pre-Shared Key – obě strany používají stejnou dostatečně dlouhou heslovou frázi) nebo RADIUS server (ověřování přihlašovacím jménem a heslem). Zabezpečení - WPA2 Novější WPA2 přináší kvalitnější šifrování (šifra AES), která však vyžaduje větší výpočetní výkon a proto WPA2 podporují jen novější zařízení. Zablokování vysílání SSID SSID (Service Set Identifier) je jedinečný identifikátor každé bezdrátové počítačové sítě. Přístupový bod (AP) vysílá pravidelně každých několik sekund svůj identifikátor v takzvaném majákovém rámci (beacon frame) a klienti si tak mohou snadno vybrat, ke které bezdrátové síti se připojí.
7
Počítačové sítě - Internet Parametr SSID se skládá z řetězce ASCII znaků dlouhého maximálně 32 znaků. Tento parametr představuje klíč, kterým dochází ke spojení jednotlivých adaptérů v rámci bezdrátové sítě. Všechna bezdrátová zařízení pokoušející se o vzájemnou komunikaci mezi sebou musí předávat ten samý SSID. Pokud klíč klientského adaptéru se neshoduje s klíčem přístupového bodu (AP), je mu odmítnut přístup, proto se musí nastavit klíč shodně na přístupovém bodu (AP) a na klientském adaptéru. Nastavením různých klíčů můžeme zajistit fungování několika bezdrátových sítí v jedné lokalitě a v rámci stejného frekvenčního rozsahu. SSID na bezdrátových klientech může být nastaven buď manuálně, vstupem SSID do klientského síťového nastavení, nebo automaticky. Pro větší bezpečnost se vypíná vysílání SSID. Zablokování vysílání SSID sice porušuje standard, ale je nejjednodušším zabezpečením bezdrátové sítě pomocí jejího zdánlivého skrytí. Klienti síť nezobrazí v seznamu dostupných bezdrátových sítí, protože nepřijímají broadcasty se SSID. Bohužel při připojování klienta k přípojnému bodu je SSID přenášen v otevřené podobě a lze ho tak snadno zachytit. Anténa Anténa je velmi důleřitá technická část pro bezproblénový provoz Wi-fi sítí. Důležité parametry u antény jsou: ziskovost, polarizace a vyzařovací úhel. Čím vyšší ziskovost anténa má, tím vzdálenější signál je schopna zachytit. Ziskovost se udává v dBi. Rozdělení antén Směrové - tyto antény vysílají a přijímají signál teoreticky jen z jednoho bodu.
Všesměrové - horizontální vyzařovací úhel všesměrových antén je 360°, takže jsou schopny přijímat signál ze všech stran.
Sektorové - používá se pro pokrytí signálem určitého sektoru.
8
Počítačové sítě - Internet
1.1.3
Bezdrátové sítě - WiMax
Zkratka WiMAX pochází z Worldwide Interoperability of Microwave Access (celosvětově kompatibilní mikrovlnný přístup), což je bezdrátová metropolitní síťová technologie založená na standardech normy IEEE 802.16. Klíčové vlastnosti - Dosah až 50 kilometrů (přímá viditelnost) - Frekvence 2 až 11 GHz - Datová průchodnost sektoru až 70 Mb/s Výhody sítě WiMax - Větší možnost volby při výběru širokopásmového přístupu. - Dosah i mimo přímou viditelnost rozšiřuje pokrytí, takže se k vysokorychlostnímu bezdrátovému Internetu dostane více uživatelů. - Zavedení konkurenčního „třetího širokopásmového přístupu“, vedle stávajících DSL a kabelového, může vést k větší konkurenci a snížení cen. - Kvalita služeb QoS je standardní vlastností 802.16, což z ní činí technologii telekomunikační kategorie, která je schopna přenášet data i hlas.
1.1.4
Navigační systém GPS
GPS - Global Positioning System (úplný název je GPS Navstar) je satelitní navigační systém, původně vybudovaný americkou armádou pro vlastní potřebu, umožňující zjistit velmi přesně (s přesností na několik metrů) pozici uživatele kdekoliv na zemi. Celý systém GPS sestává z 24 družic obíhajících ve výšce přibližně 20 000 km nad povrchem země. Družice vysílají rádiový signál, který obsahuje informaci o pozici a času interních, velice přesných hodin družice. K zjištění vlastní pozice je nutné vlastnit GPS přijímač (zařízení jen o málo větší než mobilní telefon), které podle informací přijatých z družic dokáže určit zeměpisné souřadnice, kde se v danou chvíli nachází. Samotný GPS přijímač nic nevysílá, neexistuje tedy způsob, kterým by někdo cizí zjistil, kde se majitel přijímače nachází, pouze GPS přijímač zná svoji vlastní polohu, kterou dokáže spolu s dalšími odvoditelnými informacemi (např. rychlost pohybu) uživateli zobrazit. Dráhy družic jsou takové, aby na jakémkoliv místě země bylo nad horizontem aspoň 8 družic. K určení polohy je nutné přijímat signál alespoň z tří družic, což ovšem stačí pouze k určení přibližné polohy, která je zatížena poměrně velkou nepřesností (desítky metrů nebo i více). Při příjmu signálu z 4 družic se přesnost zvyšuje a navíc je možné zjistit i nadmořskou výšku místa kde se nacházíte. V případě ještě vetšího počtu družic se přesnost dále zvyšuje - při příjmu z 6-7 družic může být odchylka pouze 2-5 m, což když si představíme že se jedná o určení pozice místa kdekoliv na zeměkouli je velmi dobrý výsledek. 9
Počítačové sítě - Internet Frekvence signálu je zvolena tak aby nebyl odstíněn např. oblačností, ale vzhledem k tomu, že než se dostane k povrchu je jeho intenzita velmi slabá, tak je spolehlivě odstíněn jakoukoliv pevnou překážkou - zaměření pozice uvnitř budov je proto v podstatě nemožné, pokud nestojíte těsně u okna, z kterého je výhled neodstíněný dalšími objekty. Problém může nastat i v úzkých městských ulicích, kde je přímá viditelnost jen na malou část oblohy, proto může nastat problém například při navigaci v autě. naštěstí dnes již existují tzv. supercitlivé druhy GPS přijímačů, které zachytí i slabší signál, takže i při jízdě ve městě bude vyhodnocován signál alespoň z minimálního počtu družic, který je nutný k zaměření. Problém může nastat i v lese pod hustými korunami stromů, které také signál tlumí, ale ne tolik jako zeď budovy, takže v přírodě je navigace podle GPS obecně použitelnější než ve městě. GPS systém začal vznikat v roce 1978, ale až do 2. května 2000 byl určen pro potřeby americké armády - informace v signálu byly zašifrované. Civilní použití bylo sice také možné - družice vysílaly lokalizační data i v nezašifrované podobě, ale byla do nich zanesena umělá náhodná chyba, takže maximální dosažitelná přesnost byla asi 50 m. Širší možnosti využití GPS veřejností se tedy otevřely teprve před několika roky. Druhy GPS přijímačů GPS přijímače se vyrábějí jako samostatné přístroje a to ruční (jak již bylo zmíněno o velikosti většího mobilního telefonu) a nebo určené pro vestavbu do auta, lodě nebo letadla. Ruční přijímače jsou konstruovány pro použití v terénu, jsou tudíž odolnější a měly by snést nějaký ten pád a vlhké prostředí (často se udává výdrž 30 minut v hloubce 1 metr pod hladinou vody). Přijímače jsou vybaveny grafickým displejem (černobílým a nebo čím dál častěji barevným) a několika ovládacími tlačítky, jimiž se přijímač ovládá pomocí intuitivního grafického protředí. Ruční přijímače se dělí na mapové a nemapové. - Nemapové umí pracovat pouze s tzv. body zájmu (points of interest), což jsou souřadnice nějakého objektu (turistická zajímavost, vesnice, jezero, atd.), ke kterým nás umí GPS "dovést", ale na mapovém displeji vidíme jen body, ne ulice, lesní nebo vodní plochy a podobně. - Mapové přístroje umožňují zobrazení mapy s mnohem více podrobnstmi, které závisí na typu mapy - jsou mapy silniční, určené pro motoristy, mapy turistické, které obsahují více podrobností pro cestování terénem (např. cyklostezky, případně pomocí vrstevnic dávají přehled o členitosti terénu) a třeba letecké mapy, obsahující všechny letiště, omezené a zakázané prostory, letové cesty a podobně. V mapovém přístroji je už od výrobce tzv. podkladová mapa, která zahrnuje celý svět, ovšem na velmi hrubé úrovni (obsažena jsou jen státy, největší města a hlavní silniční komunikace). Pro praktické použití je nutné do přístroje přes počítač dodat další mapy, které zahrnují zpravidla jen území jednoho státu (případně jeho části), ale jsou nesrovnatelně podrobnější. Tyto mapy se dají dokoupit zvlášť. Další rozdíly ve vybavení mohou být ve velikosti paměti pro ukládání map (do nejmenší dnešní kapacity 8MB se bez problémů vejde free CZ mapa, ale při pokusu o nahrání podrobné placené mapy by jste narazili na značné problémy). Velmi dobře vybavené přístroje mívají dnes i 2GB nebo i více paměti. Dalším speciálním vybavením může být vestavěný elektronický kompas a barometrický výškoměr. Proč kompas? GPS přijímač dokáže sám o sobě určit kurz trasy, ale jen v případě že se s přístrojem pohybujeme (z rodílu 2 po sobě zjištěných souřadnic se dá snadno vypočítat kurz). Někdy může být užitečné mít možnost zjistit jakým směrem se díváme i když zrovna stojíme nebo lze využít 10
Počítačové sítě - Internet možnosti automatického otáčení mapy, takže na mapě je vidět to co zrovna vidíme před sebou ve směru, kterým stojíme. Důvod pro barometrický výškoměr je jednoduchý - ze signálu z družic lze sice zjistit i nadmořskou výšku, ale její přesnost a stabilita je většinou použitelná pouze informativně. Barometrický výškoměr poskytuje daleko přesnější údaj o aktuální výšce (přesnost není horší než 1 metr) a její změně (rychlosti jakou stoupáme nebo klesáme). Nevýhoda je nutnost kalibrace, protože atmosférický tlak, podle něhož je výška určována se s časem může změnit. Výškoměr se dá využít i jako barometr, kdy ukazuje přímo okolní tlak (nebo tlak přepočtený na hladinu moře), z jehož vývoje se dají předpovědět změny počasí v blízké době (např. blížící se fronta). Další standardní funkce, které obsahují zpravidla všechny přijímače je určení rychlosti, jakou se pohybujeme, navigaci k danému místu (buď místo na mapě nebo námi dříve uložené souřadnice nějakého místa), včetně zbývající vzdálenosti a odhadu za jak dlouho na místo dorazíme. Je také možné nechat přijímač zaznamenávat trasu pohybu a spočítat ušlou vzdálenost nebo se nechat navigovat přesně po už prošlé trase zpátky (třeba když zabloudíme) nebo dopředu (když chceme projít trasu ještě jednou). Možnosti využití Možnosti využití GPS jsou široké, některé možnosti byly již zmíněny. Využití pro autonavigaci, kde v případě vhodné (tzv. routovatelné) mapy dokáže GPS naplánovat optimální cestu do cílového místa přímo po ulicích a pak s dostatečným předstihem před křižovatkou informovat o tom kam má řidič odbočit (lze využít i hlasový výstup u PDA nebo některých GPS). Je třeba podotknout, že GPS je nutno umístit tak, aby nebyla krytá střechou auta palubní deska je vhodné místo. Další využití je pro pěší nebo cykloturistiku, kde si lze dopředu naplánovat cílový bod nebo rovnou celou trasu na počítači, přehrát do GPS a následě se nechat navigovat s GPS usazenou v držáku na řidítkách (prakticky všechny GPS obsahují i funkce cyklokomputeru, takže lze sledovat kromě aktuální rychlosti i průměrnou a maximální rychlost, dobu pohybu atd.). Celou trasu výletu lze nechat zaznamenat a po návratu z výletu stahnout z GPS do počítače a zobrazit ji na mapě a to i výškovým profilem. Navigaci lze využít i pro hru geocaching, jejíž princip spočívá v hledání míst, jejichž poloha je určená GPS souřadnicemi. Jedná se většinou o místa nějak zajímavá, kam by se člověk třeba jinak nepodíval a krása spočívá v tom že často člověk když vyráži neví úplně přesně kam ho přístroj zavede. Jako odměna bývá na místě uložena skrytá schránka, která obsahuje nějaké drobnosti, z nichž si nálezce může libovolnou odnést a na místě zanechat něco jiného pro další nálezce. Další využití je při sportovním létání (ale i ve velkých dopravních letadlech se používá GPS navigace) nebo námořnictví (námořní GPS jsou někdy kombinovány s hloubkoměrnou sondou, případně se sonarem), ale to jsou již specifické aplikace.
11
Počítačové sítě - Internet
1.1.5
Mobilní telefonní síť GSM
Mobilní telefonní síť GSM (Global System for Mobile communications) je nejrozšířenějším systémem mobilní komunikace používaným ve světě. Označuje se jako tzv. buňková síť. Každá mobilní síť má řídicí centrum, ve kterém jsou umístěny všechny důležité prvky, které se starají o celý běh sítě - například středisko textových zpráv, podpůrné centrum pro účtování hovorů, sledování činnosti celé sítě. Podobně důležitou částí jsou vysílače, které pokrývají území a zajišťují rádiové spojení sítě s telefonem. Mobilní sítě využívají ke svému fungování rádiové vlny. Ovšem frekvence, které jsou pro ně dostupné, jsou striktně omezené a každý mobilní operátor jich získává jen velmi omezený počet. Dostává je přidělené v rámci své licence, a to od státního orgánu pověřeného správou frekvenčního spektra (u nás jde o Český telekomunikační úřad). Rozsahy frekvencí, přidělené konkrétním operátorům, se sice mohou i významněji lišit, ale nikdy nemohou postačovat na to, aby operátor mohl přidělit každému probíhajícímu hovoru ve své síti samostatný komunikační kanál (tj. samostatný rozsah frekvencí, "vyříznutý" z celkového přídělu který operátor dostal k dispozici). Jediným řešením, které při takovémto nedostatku frekvencí připadá v úvahu, je vícenásobné použití stejných frekvencí, neboli to aby různé hovory používaly stejné frekvence. Samozřejmě je přitom nutné zajistit, aby se různé hovory využívající stejné frekvence vzájemně neovlivňovaly - k tomu se dnes využívá tzv. buňkový (anglicky: celulární) princip. Jeho podstatou je rozdělení území, na kterém příslušný operátor poskytuje své služby, na vhodné velké části (označované jako buňky), uspořádané tak, že když v jedné části (buňce) jsou používány určité konkrétní frekvence, žádná z bezprostředně sousedících částí (buněk) již tyto frekvence nepoužívá (resp. používá jiné frekvence). V praxi se nejčastěji používá uspořádání se šestihrannými buňkami uspořádanými do vzoru který připomíná plástve medu.
Ve skutečnosti vysílače nepokrývají kruhové či šestiúhelníkové území, ale jejich vysílací dosah je ovlivněn překážkami v terénu (hory, budovy,...). Buňky dělíme na několik základních typů - Makrobuňky – používají se pro velká území, která jsou řídce osídlená. Jejich poloměr dosahuje až 20km. - Mikrobuňky – použití hlavně ve městech. Jejich poloměr je do stovek metrů. - Selektivní buňky – vysílají jen do určitého směru. Využívají se například ve stanicích metra. 12
Počítačové sítě - Internet V centru každé buňky takovéto "celulární sítě" (buňkové sítě") se nachází základnová stanice, označovaná jako BTS (Base Transceiver Station). Jejím úkolem je komunikovat s mobilními telefony, které se právě nachází uvnitř příslušné buňky, a to na frekvencích, které jsou buňce přiděleny. Pokud se příslušné koncové zařízení (mobilní telefon) pohybuje a přemístí se z jedné buňky do druhé, základnové stanice to poznají a komunikaci se zařízením si mezi sebou předají dojde k předání (tzv. handover), které by uživatel mobilního telefonu neměl vůbec zaznamenat. Jednotlivé základnové stanice (BTS) samozřejmě musí být mezi sebou propojeny a společně řízeny. V praxi obvykle několik z nich sdílí společnou řídící jednotku BSC (Base Station Controller). Soustava všech základnových stanic mobilní sítě je skrze své řídící jednotky napojena na centrální ústřednu MSC (Mobile Services Switching Centre), kterou si lze představit jako analogii klasické telefonní ústředny z pevné sítě - také slouží ke směrování jednotlivých hovorů k jejich příjemcům. V mobilní síti, vzhledem k možnosti pohybu účastníků s jejich telefony (terminály) však musí být někde vedena evidence toho, kdo se kde momentálně nachází - k tomu slouží databáze resp. registr HLR (Home Location Register). Stejně tak musí být někde vedena evidence (vlastních) uživatelů i návštěvníků (v rámci roamingu) - k tomu zde slouží další registry, jmenovitě EIR (Equipment Identity Register), AuC (Authentication Centre) a VLR (Visitor Location Register). Na českém území se využívají dvě frekvenční pásma, první se nazývá GSM 900MHz, které má 124 kanálů. Druhým pásmem je DSC na frekvenci 1800MHz. Frekvenční pásmo je poměrně úzké v poměru kolik telefonních hovorů je třeba uskutečňovat v jedné chvíli. Proto GSM síť využívá frekvenčního dělení pásma FDMA (Frequency Division Multiple Access), které nám dělí síť na jednotlivé kanály. Další dělení pásma je časové, tedy TDMA (Time Division Multiple Access). Mobilní telefon nepotřebuje stále komunikovat s vysílačem, proto je možné uskutečnit více hovorů v jednom čase na jednom vysílači. Při využití TDMA, tedy časového dělení se uceleným blokům říká timesloty. Každý timeslot reprezentuje jeden hovor. Dohromady jich je osm, přičemž každá buňka vysílá ještě tzv. signalizační timeslot, který komunikuje se všemi telefony najednou – zajišťuje například sestavení hovoru nebo přenos textových zpráv. Jednotlivé telefony se v komunikaci s vysílačem postupně střídají, přičemž každý z nich má možnost komunikovat jen velice krátkou dobu. Blokové schéma systému GSM
13
