Datacommunicatie ir. Patrick Colleman Katholieke Hogeschool

Datacommunicatie
ir. Patrick Colleman
Katholieke Hogeschool Kempen. (K.H.K.)
Departement Industrieel Ingenieur en Biotechniek
Inhoud
Afkortingen
Voorwoord
1
Hoofdstuk 1 : Inleiding tot de datacommunicatie en OSI model
1
2
2
3
3
4
5
7
8
9
10
13
1.1
1.2
1.2.1
1.2.2
1.2.3
1.2.4
1.3
1.3.1
1.3.2
1.4
1.5
1.6
14
Hoofdstuk 2 : Kanaalcapaciteit - Transmissiemedia - Verbindingen
14
15
17
20
20
21
22
25
26
27
27
27
27
27
27
28
28
28
30
2.1
2.1.1
2.1.2
2.2
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.2.4
2.2.5
2.2.6
2.2.7
2.2.8
2.3
2.3.1
2.3.2
2.4
2.4.1
2.4.2
2.4.3
Wat is datacommunicatie
Toepassingvormen van datacommunicatie
Verzamelen van gegevens
Data verdeling
Vraag en antwoord
Opslag en opvraag
Datacommunicatienetwerken
Indeling t.o.v. de lengte van het netwerk
Indeling t.o.v. de architectuur van het netwerk
Parallelle of seriële communicatie
Het OSI referentiemodel
Het vormen van pakketten
Bandbreedte en kanaalcapaciteit
Stelling van Nyquist
Stelling van Shannon
Transmissiemedia
Getwiste paren
Coaxiale kabels
Glasvezelkabels
Hertz verbindingen
Satellietverbindingen
Radioverbindingen
Infrarood- en millimetergolven
Laserlicht
Lijnverbindingen
Het geschakeld telefoonnetwerk
Gehuurde lijnen
Meervoudige verbindingen
Punt tot punt verbindingen
Multipuntverbindingen
Loop verbindingen
30
30
30
31
31
32
32
33
34
34
35
2.4.4
2.5
2.5.1
2.5.2
2.5.3
2.5.4
2.5.4.1
2.5.4.2
2.5.4.3
2.5.5
2.6
Conferentie verbindingen
Werkingsmodi
Simplex
Half duplex
Full duplex
Speciale vormen van full en half duplex verbindingen
Half duplex data link met 4 draden
Full duplex verbinding met twee draden
Full duplex verbinding met twee draden en echo canceling
Echoplex
Overzicht van de verschillende media
36
Hoofdstuk 3 : Synchronisatie en schakelmethoden
36
36
37
37
39
41
41
41
42
42
3.1
3.1.1
3.1.2
3.2
3.3
3.4
3.5
3.5.1
3.5.2
3.5.3
44
Hoofdstuk 4 : Modulatietechnieken en basisbandcodes
44
45
46
47
50
52
52
54
56
57
58
4.1
4.1.1
4.1.2
4.1.3
4.1.4
4.2
4.2.1
4.3
4.4
4.4.1
4.4.2
Inleiding
Synchronisatieniveaus
Synchronisatiemethodes
Asynchrone systemen (start/stop systemen)
Synchrone systemen
Scrambler en descambler
Schakelmethoden
Circuit switching
Message switching
Packet switching
Analoge modulatietechnieken
Amplitude modulatie
Frequentiemodulatie
Fasemodulatie
Gemengde modulatievormen
Data overdracht zonder modulatie
De stroomlus (current loop ) (boucle de courant )
Basisbandmodulatie
Basisbandcodes
Volledig binair (full binary )
Half binair (half binary )
59
4.4.3
Multi niveau transmissie (multi level binary )
61
Hoofdstuk 5 : Modems
62
62
63
63
63
63
64
64
64
64
65
66
67
69
72
72
73
73
74
5.1
Indeling van de modems
5.1.1
Asynchrone modems
5.1.2
Synchrone modems
5.1.3
Breedband of groepmodems
5.1.4
Basisband of korte afstand modems
5.1.5
Speciale modems
5.2
CCITT aanbevelingen
5.2.1
Modems voor lage transmissiesnelheid
5.2.2
Modems voor hoge transmissiesnelheid
5.2.2.1 CCITT V29 aanbeveling (tot 9600 bps)
5.2.2.2 Trelliscodemodulatie (TCM)
5.2.2.2.1 CCITT V32 aanbeveling
5.2.2.2.2 CCITT V33 aanbeveling
5.2.2.3 V.90
5.2.3
Breedbandmodems
5.2.3.1 CCITT V36 aanbeveling
5.2.4
Basisbandmodems
5.3
Speciale technieken
5.4
Modemeigenschappen: een samenvatting
78
Hoofdstuk 6 : Netwerkcomponenten
79
79
79
82
83
86
88
89
6.1
6.1.1
6.1.2
6.1.3
6.1.3.1
6.1.3.2
6.1.4
6.2
90
Hoofdstuk 7 : Foutdetectie en foutcorrectie
90
7.1
Multiplexers
Ruimtemultiplexers (SDM) : Space division multiplexing
Frequentiemultiplexers (FDM) : Frequency division multiplexing
Tijdsmultiplexers (TDM)
Synchrone tijdsmultiplexer (STDM)
Asynchrone tijdsmultiplexer (ATDM)
Wavelength division multiplexing (WDM)
Front End Processor
Transmissiefouten en redundantie
90
91
92
93
94
94
98
102
7.2
7.2.1
7.2.2
7.2.3
7.2.4
7.3
7.4
7.5
Pariteitscontrole (parity check)
Pariteitscontrole per character (VRC)
Pariteitscontrole per block (LRC)
Checksum
Pariteitscontrole per character en per block (VRC en LRC)
Cyclische testen (CRC)
De Hammingcode
Herstel van transmissiefouten
107
Hoofdstuk 8 : Interfacestandaarden
107
107
107
108
111
111
118
119
119
119
123
124
124
125
126
126
127
127
129
130
130
130
131
132
132
133
137
138
138
140
8.1
Seriële interfaces
8.1.1
RS232C (V24 )
8.1.1.1 Mechanische eigenschappen en pinnummering van de signalen
8.1.1.2 Functiebeschrijving van de pinnen
8.1.1.3 Elektrische karakteristieken
8.1.1.4 Mogelijke verbindingen
8.1.2
RS422 (V11) en de RS423 (V10)
8.1.3
RS485
8.2
Parallelle Interfaces
8.2.1
De Centronics interface bus
8.2.2
IEEE 488
8.2.2.1 Algemene kenmerken van de IEEE-488 interface
8.2.2.2 Elektrische eigenschappen van de IEEE-488 interface
8.2.2.3 Mechanische eigenschappen van de IEEE-488 interface
8.2.2.4 Structuur van de IEEE-488 interface
8.2.2.5 Werking van de IEEE-488 interface
8.2.2.5.1 De data lijnen DIO 1 .. 8
8.2.2.5.2 De handshake bus
8.2.2.5.3 De interface management lijnen
8.2.3
SCSI
8.2.3.1 Wat is SCSI
8.2.3.2 SCSI elektrisch
8.2.3.3 SCSI signalen
8.2.3.4 SCSI overzicht
8.2.3.5 SCSI stuurlijnen
8.2.3.6 SCSI busfasen
8.2.3.7 Andere SCSI implementaties
8.3
USB
8.3.1
USB systeemomschrijving
8.3.2
USB elektrisch en snelheden
142
142
144
145
145
8.3.3
8.3.3.1
8.3.3.2
8.3.4
8.3.5
USB protocol
Algemeen
Dynamisch aansluiten van apparaten
Data flow types
USB protocollayer
147
Hoofdstuk 9 : High speed digitale transmissie
147
149
155
157
164
164
165
165
167
167
168
170
180
182
184
184
186
186
187
193
196
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
9.5.1
9.5.1.1
9.5.1.2
9.5.1.3
9.5.1.4
9.5.1.5
9.5.2
9.5.3
9.5.4
9.6
9.6.1
9.6.2
9.6.3
9.6.4
9.6.5
9.6.6
Inleiding
ISDN
Breedband ISDN - ATM
PDH systeem
SDH/SONET systeem
De lagen van SDH
Physical layer
Regenerator section layer
Multiplex section layer
Higher order path (HOP) layer
Lower order path (LOP) layer
SDH framestructuur
SDH synchronisatie
Voorbeelden van netwerken
Telefonie
Het telefoontoestel
Features
Transmissiekenmerken
Het telefoonnetwerk
Schakelen doorheen het netwerk
Hogere snelheden
198
Hoofdstuk 10 : Protocollen
198
199
199
199
200
200
200
201
201
201
201
201
202
202
203
203
204
204
204
204
205
10.1
10.1.1
10.1.2
10.1.3
10.1.4
10.1.4.1
10.1.4.2
10.1.4.3
10.1.4.4
10.1.4.5
10.1.4.6
10.1.4.7
10.1.4.8
10.1.5
10.2
10.2.1
10.2.2
10.2.3
10.2.4
10.2.5
10.3
206
Hoofdstuk 11 : Het BISYNC protocol
206
207
208
211
212
212
212
213
213
214
214
215
215
215
218
11.1
11.2
11.3
11.4
11.5
11.5.1
11.5.2
11.5.3
11.6
11.6.1
11.6.2
11.7
11.7.1
11.7.2
11.7.3
Taken van een protocol
De oproep functie
De foutbeheersings functie
De beheersing van de berichtenstroom
Taken van een protocol
Framing
Foutdetectie
Sequentiecontrole
Transparantie
Lijncontrole
Speciale gevallen
Time-out controle
Start-up controle
Soorten protocollen
Enkele protocollen
X.21
XMODEM
YMODEM
ZMODEM
Kermit
Routeringsprotocollen
Het BISYNC frame
Synchronisatie
De controle of besturingstekens
Fasen in het communicatieprotocol
Verdere faciliteiten van het BSC protocol
Foutdetectie en foutcorrectie
Onderbrekingen
Time out controle
Multipunt procedures
Polling procedure
De select procedure
Bysinc in werking
Formaten
Point to point operaties
Multipoint operaties
219
Hoofdstuk 12 : Het HDLC protocol
219
222
225
226
228
230
12.1
12.2
12.3
12.4
12.5
12.6
233
Hoofdstuk 13 : Het X25 protocol en Frame Relay
233
236
236
237
238
241
243
243
249
250
252
254
255
13.1
13.2
13.2.1
13.2.2
13.2.3
13.2.4
13.3
13.3.1
13.3.2
13.4
13.4.1
13.4.2
13.4.3
258
Hoofdstuk 14 : ATM
259
265
267
271
276
278
286
290
290
291
292
293
295
14.1
14.2
14.3
14.4
14.5
14.6
14.7
14.8
14.8.1
14.8.2
14.8.3
14.8.4
14.8.5
Definitie en beschrijving van het SDLC/HDLC frame
Soorten stations
Beveiliging van het data transport
Frame types
HDLC werking
HDLC en LLC
Definitie en relatie tot het OSI referentiemodel
Begrippen van pakkettenschakeling
Circuit switching
Message switching
Packet switching
Packet switching terminologie
X25 Pakketniveau (niveau 3)
Pakketformaat
Aansluiting op het netwerk
Frame Relay
Frame Relay frame
Frame Relay switch
Frame Relay DLCH
Technologie - inleiding
Beschrijving van de lagen
ATM frame
AAL
ATM interleaving
ATM switches
ATM en normale LAN’s
IP over ATM
ATM LANE
Classical IP over ATM
NHRP of Next Hop Resolution Protocol
MPOA Multiprotocol over ATM
MPLS
Afkortingen:
ANSI
bps
BSC
CCITT
CSMA
DC-verbinding
DCC
DCE
DCS
DN1
DTE
ECMA
EIA
FDM
FDMA
FSK
HDLC
kBd
kbps
IEEE
IMP
ISDN
ISO
LAN
LLC
MODEM
PAD
PSE
PSTN
PTI
PVC
SDLC
STDM
SVC
TDM
TDMA
WAN
American National Standards Institute
Bits per seconde
Binary Synchronous Communication
Comité Consultatif International de Téléphonie et de Télégraphie
Carrier Sense Multiple Access
datacommunicatieverbinding
Data Communications Controller
Data Communications Equipment of data cirquit termination
Data Communication Service
Datanet 1
Data Terminal Equipment
The European Computer Manufacturers Association
Electronic Industries Association
Fequention Division Multiplexing
Fequention Division Multiple Access
Frequency Shift Keying
High level Data Link Control
kilo Baud
kilo bits per seconde
The Institute of Electrical and Electronic Engineers
Intermediate Message Mrocessors
Integrated Services Digital Network
International Standards Organisation
Local Area Network
Logical Link Control
Moduleren en Demoduleren
Packet Assembler Disassembler
Packet Switching Exchange
Public Switched Telephone Network
Packet Type Identifierer
Permanent Virtual Circuits
Synchronous Data Link Control
Synchronous Time Division Multiplexer
Switched Virtual Circuits
Time Division Multiplexing
Time Division Multiple Access
Wide Area Networks
Voorwoord
Deze tekst is bedoeld als begeleidend studiemateriaal voor de laatstejaarsstudent van het lange
type. Hij behandelt de verschillende aspecten uit de datacommunicatie.
Het eerste hoofdstuk geeft een overzicht van veelgebruikte termen en begrippen in de
datacommunicatie en het OSI referentiemodel. Het hoofdstuk heeft tevens een inleidende
functie. In hoofdstuk twee worden de datatransmissiemedia en de soorten verbindingen die in
de praktijk gebruikt worden besproken. Er wordt ook reeds ingegaan op de functie van
datanetwerken en de werkingsmodi van de verbindingsmethoden. In hoofdstuk drie wordt de
problematiek van synchronisatie besproken. Ook begrippen als "scrambler " en "descrambler"
komen aan bod. Er wordt eveneens al een vergelijking gegeven van de verschillende
schakelmethoden. Hoofdstuk vier bespreekt bondig de verschillende vormen van modulatie.
Hierbij worden de verschillende fysische grootheden van het elektrische signaal gemanipuleerd. Tevens worden de basisbandcodes besproken. Het vijfde hoofdstuk bespreekt de verschillende soorten modems, met inbegrip van een globaal overzicht van de verschillende normen over modems. Het is echter niet de bedoeling dat de student deze normen perfect zou instuderen, het is nuttiger om te weten welke principes meestal gebruikt en gecombineerd worden voor bepaalde specificaties. Aan het einde wordt een opsomming van
modemeigenschappen gegeven. Hoofdstuk zes geeft een opsomming van de multiplexers die
in bepaalde netwerken voorkomen. Hoofdstuk zeven gaat over foutdetectie en foutcorrectie.
Er zijn tegenwoordig reeds verschillende systemen die van een of andere vorm van
foutcorrectie gebruik maken. De verschillende ARQ principes worden eveneens opgesomd. In
hoofdstuk acht worden verschillende interfacestandaarden zoals RS232C, RS422A, RS485,
Centronics, IEEE-488, ..., besproken. In hoofdstuk negen bespreken we het telefoniesysteem.
Dit is nodig om de beperkingen op bandbreedte te begrijpen. Dit hoofdstuk negen gaat
ondermeer over ISDN, breedband ISDN, PDH, SDH en het telefoonsysteem. Hoofdstuk tien
geeft een beknopte bespreking van protocollen (bevatten de problematiek van logische handelingen en voorzorgsmaatregelen binnen een netwerk of een dataverbinding). De netwerklaag
wordt iets uitvoeriger behandeld. De hoofdstukken 11, 12 en 13 geven een beknopte
samenvatting over de werking van enkele veel gebruikte protocols zoals BISYNC, SDLC en
X25 en Frame Relay. Van BYSINC en HDLC worden meerdere voorbeelden over de werking
gegeven. Hoofdstuk 14 tenslotte gaat over ATM en hoe dit in een IP netwerk kan gebruikt
worden.
Boortmeerbeek, 5 juli 2006