Datacommunicatie samenvatting
advertisement
Datacommunicatie samenvatting Hoofdstuk 4: Basisbegrippen 4.2. Het communicatieproces Communicatie heeft in de eerste plaats betrekking op de communicatie tussen personen. Het is de overdracht van gegevens tussen personen, bijvoorbeeld in een gesprek. Bij deze communicatie maken mensen gebruik van een taal, die wordt overgedragen via de lucht,papier… De ontvanger van de taal moet deze kunnen interpreteren en begrijpen. Communicatie is ontstaan uit de behoefte om gegevens te delen, gezamenlijk doelen te realiseren of om opdrachten uit te voeren. Voorbeeld van communicatie over lange afstand telefoon Oorspronkelijk doel was om spraak over kabels te transporteren Tegenwoordig ook gebruikt om data te transporteren tussen computers. Analoge netwerk langzaam aan vervangen door digitale verbindingen Transport van gegevens vind plaats via elektromagnetische zend- en ontvangstapparatuur. Communiceren op lange afstand = telecommunicatie. Als de te verzenden gegevens zijn bedoeld om door een PC te worden verwerkt = Dataprocessing Gegevens worden verstuurd over elektrische of optische geleiders : - glasvezels - telefoonlijnen - datalijnen Of over de ether: - satellieten - straalverbindingen - radioverbindingen Communicatie en informatie PC heeft zich ontwikkeld van gegevensverwerkend apparaat naar hulpmiddel voor verwerken, opslaan en transporteren van allerlei gegevens. Vele programma’s op talloze platformen kwamen beschikbaar. Hierbij ontstond de Informatica Als informatica in verband wordt gebracht met telecommunicatie Telematica Verschil tussen datacommunicatie en telematica: Datacommunicatie : houdt zich bezig met het verwerken van gegevens op afstand, waarbij de gegevens centraal staan. Telematica : Hier staat de toepassing centraal die via transport over afstand beschikbaar wordt. Dit totale gebied maakt onderdeel uit van de ICT (Informatie- en communicatietechnologie) Het communicatieproces Vaak beschreven via lagenmodel. De functies van datacommunicatie en telematica worden hierbij in verschillende lagen verdeeld. Functies van de datacommunicatie omvatten alle activiteiten die noodzakelijk zijn voor uitwisselen van gegevens tussen zender en ontvanger. Zo zijn er functies : - voor controle van gegevens - voor de besturing van de verbindingen - gericht op de gegevens zelf Vb. van functies: telefoonverbinding tot stand proberen te brengen, transport van gegevens, netwerkfouten constateren, gegevens comprimeren, berichten bevestigen. Een standaard op het gebied van Comm. Is het ISO/OSI-referentiemodel. Hierin worden 7 lagen onderscheiden(hoofdstuk 6). Aantal verschillende vormen voor het gebruik van gegevens: - Datacollectie: Gegevens worden elektronisch vanuit verschillende locaties bij elkaar gebracht Vb. Milieusensoren langs autowegen die gegevens doorsturen naar centrale locatie - Datadistributie: Gegevens worden vanuit een locatie naar meerdere decentrale locaties getransporteerd. Vb. Distributie van radio- en tv-signalen via de ether. - Inquiry/response: Hierbij worden de centraal opgeslagen gegevens geraadpleegd en wordt centraal een antwoord geformuleerd. Dit antwoord wordt teruggezonden naar de aanvrager. Centraal opgeslagen gegevens worden hierbij NIET gewijzigd Vb. Opvragen van persoonsgegevens in elektronische telefoongids op internet - Record update: Hierbij worden de centraal opgeslagen gegevens WEL veranderd Interactief boeken van een reis via internet - Client/server: Uitvoering van taken verdeeld over client en server. Client en server kunnen meerdere taken uitvoeren. Voor uitwisseling van gegevens tussen C en S en een netwerk noodzakelijk. Opvragen van personeelsgegevens uit centrale databases via een grafische interface, waarbij de database-server de verwerking van gegevens verzorgt, en de pc de presentatie van deze gegevens op het scherm - Gedistribueerd systeem: Een systeem waarbij taken geheel worden uitgevoerd door het computersysteem en de gebruiker de resultaten ontvangt 4.3 Communicatievormen Drie vormen van communicatie: - simplex - half-duplex - full-duplex Simplex Als er alleen door de zender gegevens worden verstuurd, maar geen gegevens worden teruggestuurd door de ontvanger, is er sprake van simplex communicatie. De gegevens kunnen in veel gevallen maar in 1 richting worden verzonden. Vb. Uitzendingen op televisie ZENDER ONTVANGER Half-duplex Als er communicatie in 2 richtingen is tussen zender en ontvanger is er sprake van half-duplex communicatie. Hier vindt de communicatie wel afwisselend plaats. De ontvanger kan pas een bericht terugzenden nadat de zender zijn volledige bericht heeft gezonden(en omgekeerd). De richting van gegevenstransport moet steeds worden aangepast, dit noemt met turn around time Vb mobilofoon, walkietalkie. ZENDER ONTVANGER Full-duplex Hier kan er communicatie plaatsvinden in 2 richtingen EN tegelijkertijd. Er moeten voldoende kanalen aanwezig zijn voor zowel het zenden als het ontvangen. Afspraken tussen Z en O zijn noodzakelijk om de communicatie op goede wijze te doen verlopen. Deze vorm is complexer dan de andere 2. Door de toenemende kwaliteit treden er relatief weinig fouten op bij het transporteren. Daarom moet ook niet steeds de ontvangst van de boodschap bevestigd worden. Vb. telefoon ZENDER ONTVANGER Logische en fysische kanalen Lees HB pag. 74 4.4 niveaus van communicatie In een computersysteem worden de gegevens digitaal verwerkt (dus gebruik van bits).Het transport hiervan gebeurt parallel: ze worden allemaal geplaatst in een buffer en tegelijkertijd gezonden van A naar B. Het component dat zorgt voor de besturing van de invoer vanuit en de uitvoer naar locaties buiten het systeem is de DCC (datacomm. Controller) Belangrijkste functies van de DCC: - Ontvangen + versturen van gegevensstromen in vorm van bits - Omzetten van parallelle naar seriële bits - Controle van de ontvangen bits - Bijhouden v/d status van het communicatiepatroon PC DCC Digitaal Parallel MODEM Digitaal serieel MODEM Analoog serieel DCC Terminal-systeem Digitaal Digitaal serieel parallel De combinatie computersysteem met DCC en terminalsysteem met DCC noemen we een DTE (data terminal equipment) De modem in deze verbinding is de DCE(data circuit-terminating equipment) Voorbeelden van computersystemen(CS) : Mainframes, minicomputers, Personal computers Voorbeelden van Terminalsystemen(TS) : printers en andere randapparatuur Voor uitwisseling van gegevens tussen DTE en DCE afspraken over manier waarop deze uitwisseling kan plaatsvinden; De ontvangen bits moeten op de juiste manier geïnterpreteerd en verwerkt worden.Om de overdracht en interpretatie op de juiste wijze te dopen verlopen is er een V.24 interface vastgesteld(zie hoofdstuk 5) In de communicatie tussen Z en O zijn er een aantal verschillende niveaus van communicatie onderscheiden: - circuitlink transmissielink datalink applicatielink Circuitlink Nadruk op fysieke verbinding. Verantwoordelijk voor transport van analoge signalen tussen de 2 modems. Snelheid gekoppeld aan dit niveau van communicatie = modulatiesnelheid (eenheid = baud) Gebruikmaking van elektromagnetische signalen zoals wisselstroom en radiogolven Onderscheid tussen: - geleide transmissie (zoals bij aders kabels, glasvezel) - niet-geleide transmissie (straalzenders, satellieten, radiozenders) Transmissielink Verantwoordelijk voor de draaggolven op basis waarvan de te transporteren gegevens gemoduleerd en gedemoduleerd kunnen worden. Bij beide modems=> afspraken over manier van modulatie en demodulatie+ technieken. Signalen verstuurd door zender moeten door de ontvanger juist worden geïnterpreteerd. Datalink Zorgt voor het formatteren en het foutloos overbrengen van gegevens tussen Z en O d.m.v. een protocol. De gegevens op deze link worden blokken of frames genoemd Applicatielink Over deze link kunnen 2 systemen resp. applicaties met elkaar communiceren. Niveau van communicatie Circuitlink Transmissielink Datalink Applicatielink Te transporteren gegevens Analoog en serieel Digitaal Digitaal End-to-end gegevensuitwisseling Begrip voor snelheid + eenheid Modulatiesnelheid (Baud) Signaliseringssnelheid (bps) Transportsnelheid (bps) n.v.t. 4.5 Modulatievormen Bij moduleren wordt een digitaal signaal omgezet naar een analoog signaal. Dit is noodzakelijk om gegevens over langere afstand te transporteren. Nullen en enen worden omgezet in golfbewegingen. Dit is wat de modem doet. Uiteindelijke transport van de gegevens vindt over een analoge lijn plaats m.b.v. elektrische signalen.Door veranderingen in het analoge signaal kunnen niveaus worden onderkend die het verschil laten zien tussen een logische ‘0’ en ‘1’. De analoge signalen zijn sinusvormig. Kenmerken sinusvormige signalen: - amplitude(A) : maximale hoogte van de golf frequentie: aantal trillingen per seconde (in Hertz) de fase: verschuiving van het signaal t.o.v. de oorsprong met een aantal graden. We kunnen hierin verschillende soorten verkrijgen door aanpassinfgen te doen in een van de drie voorgaande kenmerken. Aanpassing van de amplitude Verschillende niveaus kunnen worden onderscheiden. Deze kunnen we koppelen aan 1 of meerder bitcombinaties. Bijv: - een hele A komt overeen met een logische ‘1’ - een halve A komt overeen met een logische ‘0’ Combinatie van bits: - hele A komt overeen met combinatie 11 - driekwart A komt overeen met combinatie 10 - een halve A komt overeen met combinatie 01 - geen A komt overeen met combinatie 00 Aanpassing van de frequentie Bijvoorbeeld voor een bepaalde frequentie wordt een logische 1 gebruikt en voor een andere frequentie een logische 0. Bijv 1000 Hertz logische 1 2000 Hertz logische 0 Aanpassing in de fase Bij fasemodulatie wordt de golf verschoven t.o.v de oorspronkelijke golf. Afkorting = PM (phase modulation) Z en O moeten uiteraard dezelfde modulatievorm gebruiken om elkaar te begrijpen. In de praktijk kunnen de vormen ook worden gecombineerd. 4.6 Modulatie- en signaleringssnelheid Bandbreedte: geerft capaciteit van een kanaal aan en heeft als eenheid Hertz Strikt genomen is het het verschil tussen hoogste en laagste beschikbare frequentie die wordt gebruikt bij gegevenstransport. Capaciteit van een verbinding is afhankelijk van de bandbreedte en de kwaliteit van de verbinding. Kwaliteit wordt bepaald door de verhouding van het daadwerkelijke signaal en de aanwezige ruis. (Signaal-ruis-verhouding) Hogere kwaliteit hogere snelheid Koperen kabels vervangen door glasvezel kwaliteit en signaal-ruisverhouding neemt sterk toe Nyquist : bewees dat voor een medium zonder storing de capaciteit wordt bepaald door de bandbreedte en het aantal verschillende symbolen die worden gebruikt. Symbool : bestaat uit hele of gedeeltelijke golfbeweging. Als de vorm wordt veranderd kunnen er meer symbolen worden toegekend. Hoe meer symbolen (of monsters) , hoe meer capaciteit Modulatiesnelheid = Maximale aantal symbolen dat per seconde over een verbinding kan worden getransporteerd Modem voert naast modulatie ook de omgekeerde bewerking uit waarbij de symbolen terug worden omgezet in digitale signalen DEMODULEREN Zie ook HB pag 82 (voorbeelden) 4.7. Multiplexen Multiplexen = stapelen 1 kanaal wordt verdeeld in meerdere kanalen ten behoeve van de aangesloten terminals. De multliplexer combineert de gegevens van alle inkomende terminals en zendt deze over het kanaal naar de ontvanger. De ontvangende multiplexer ontleedt de gegevens weer en zendt deze over verschillende lijnen. Doel: besparen van datacommunicatielijnen. Soorten multiplextechnieken - Space Division Multiplexing (SDM) Frequency Division Multiplexing (FDM) Time Division Multiplexing (TDM) Statistical Time Division Multiplexing (STDM) SDM Meerdere fysieke kabels of draden worden samengevoegd tot 1 dikke kabel. Een kabel heeft een eigen signaal en is dus volledige gescheiden van andere signalen die elk die elk gebruik maken van een eigen fysieke kabel. Kans op storingen is beperkt. Gebruikt in telefoonnetwerk FDM De beschikbare bandbreedte wordt verdeeld over meerdere kanalen. Het principe van FDM is het opdelen van bandbreedten in verschillende afzonderlijke frequentiegebieden. De verschillende kanalen worden gescheiden door filters, zodat ze elkaar niet kunnen beïnvloeden. Deze kanalen zijn a.h.w. aparte telefoonlijnen met elk een eigen signaal voor het transport. Deze wijze wordt toegepast bij televisie- en radiosignalen over de kabel. De coaxkabel kan ongeveer 400 MHz transporteren en elk kanaal heeft 6MHz nodig. Er kunnen dus 70 televisiekanalen actief zijn. TDM Hier worden de terminals beurtelings gevraagd of er gegevens zijn die moeten worden verzonden.= Polling Elke terminal krijgt hiervoor een tijdsinterval beschikbaar. Afhankelijk van het soort multiplexer wordt getransporteerd op bit- of byteniveau. Als een terminal niets heeft te verzenden wordt er toch tijd gereserveerd op de gemeenschappelijke lijn tussen zender en ontvanger, omdat een multiplexer niet kan nagaan of een terminal wel of niet gegevens te verzenden heeft. Bij de ontvangende multiplexer worden de gegevens weer verdeeld over de overeenkomstige aangesloten terminals. ! De som van de snelheden van de aangesloten terminals mag niet groter zijn dan de snelheid van de gemeenschappelijke lijn (trunklijn) STDM Hier wordt alleen capaciteit toebedeeld aan terminals die daadwerkelijk gegevens te verzenden hebben (in tegenstelling tot de FDM en de TDM) De multiplexer moet dus voldoende opslagruimte en intelligentie bezitten om de actieve stations te kunnen selecteren zodat het gegevenstransport op het juiste moment kan plaatsvinden en optimaal gebruik van de capaciteit van de trunklijn kan worden gemaakt. 4.8. Foutbeheersing Tijdens het transport van gegevens kunnen transmissiefouten optreden. Een fout, al is het slechts 1 bit, leidt tot hertransmissie. duidelijke afspraken nodig tussen Z en O O vraagt om een gedeelte opnieuw te zenden en Z moet het juiste gedeelte van het bericht opnieuw sturen. Kans op fouten hangt af van : - gebruikte modulatievorm - gebruikte snelheid Amplitudemodulatie is kwetsbaarder dan fase- en frequentiemodulatie. Fouten treden op in een klein tijdsinterval, d.w.z. een aantal fouten kort na elkaar, waarna weer een lange tijd geen fouten. Reeks van fouten achter elkaar = Burst Optreden van transmissiefouten leidt tot controletechnieken ontwikkelen. Meest eenvoudige methode: controlebits toevoegen aan de zender en deze meesturen met het bericht. De ontvanger voert dezelfde actie uit als de verzender en genereert ook controlebits. Indien beide controlebits gelijk zijn juiste verzending Indien niet gelijk verzoek van ontvanger om opnieuw te zenden. Voorbeeld hiervan is Pariteitscontrole Technieken die het detecteren van fouten mogelijk maken : - Vertical Redundancy Check (VRC) - Longitudinal Redundancy Check (LRC) - Cyclic Redundancy Check (CRC) VRC Geschiedt per over te sturen teken. Elk teken dat door de Z wordt verstuurd krijgt een pariteitsbit. Voor de communicatie tussen Z en O is er afgesproken of er even of oneven pariteit zal zijn. D.w.z. dat het aantal enen in het bericht even on oneven wordt gemaakt. E ontvanger kan dan door middel van de pariteit zijn of het aangekomen al dan niet verminkt werd. Als dit zo is, dan wordt dit aan de Z meegedeeld en gaat deze (meestal) over tot hertransmissie. ! Als er 2 bits zijn verminkt in 1 teken, is deze techniek niet in staat de fout op te sporen LRC Uitgevoerd op een bericht of een gedeelte ervan.n Aan het einde van een bericht wordt een controleteken meegestuurd. (bij VRC was dit slechts 1 bit) Het LRC-teken wordt zodanig samengesteld dat de bitrijen van alle tekens een even of oneven pariteit bevatten. CRC Hier wordt ook aan het einde van een bericht extra redundantie ten behoeve van controle toegevoegd. Kans op detecteren van fouten is groter. Bij de Z wordt het totaal aantal over te sturen tekens aanzien als een binair getal. Dit getal wordt wiskundig gedeeld door een constant, een polynoom. Resultaat van deze deling is een quotiënt en een rest. Dit restgetal wordt meegestuurd naar de O, die dezelfde deling uitvoert. Als de 2 restgetallen gelijk zijn , is de boodschap correct. Voordat de deling plaatsvindt, worden er controlebits toegevoegd(aantal 0’en gelijk aan de graad van de polynoom) Graad = aantal bits – 1 4.9. Terminaltypen Het verzenden van gegevens van de ene DTE naar de andere kan op 2 manieren gebeuren: - Asynchroon gegevenstransport: teken voor teken Synchroon gegevenstransport: in blokken(1 blok bevat meerdere tekens) Synchronisatie Z en O moeten op elkaar zijn afgestemd Het gebruik van een klok bij de Z is een manier om de synchronisatie te regelen. De O heeft hetzelfde soort klok zodat de gegevens op het ritme van klokken aankomen. Bij bitsynchronisatie wordt de synchronisatie tot op bitniveau toegepast. Bytesynchronisatie komt tot stand door start-en stopbits. Asynchroon gegevenstransport Stamt uit tijd dat terminal nog een buffer had ter grootte van 1 teken. Houdt in dat elk teken afzonderlijk wordt verzonden. Het teken bestaat uit een aantal bits, Databits. Teken = startbit, databits, stopbit(s) 0-bit(space) 1-bit Na elke overdracht moeten Z en O weer op elkaar worden afgestemd tijdrovend minder effeciënte methode Synchroon gegevenstransport Gegevens als 1 blok verstuurd. Beide DTE’s hebben buffers die al deze tekens gelijktijdig kunnen opslaan. DTE’s bevatten klokken voor de bitsynchronisatie. Z verstuurt periodiek synchronisatietekens , O kan hierop synchroniseren. Synchrone geg. Transport is voortgekomen uit het asynchrone. Sneller en efficiënter Complexer en duurder Terminaltypen Terminal = eindstation 2 soorten terminals: - Karaktergeoriënteerde terminals - Bitgeoriënteerde terminals In combinatie met asynchrone en synchrone gegevenstransport nog 2 terminals - asynchrone karaktergeoriënteerde terminal synchrone bitgeoriënteerde terminal 4.10. Transmissiemedia Fysieke dragers van diverse signalen die van Z naar O moeten worden gezonden. 2categorieën: - draadgebonden media: geleider gebruikt zoals draad of kabel - draadloze media: radiogolven over verschillende frequenties(geen geleidende media nodig) Belangrijk verschijnsel: signalen hebben last van tegenwerkende krachten zoals demping en verstoring Demping: amplitude v/h signaal wordt traag maar zeker kleiner, terwijl bij straalverbindingen en glasvezelkabel de signalen aan kracht inboeten. De signalen worden ook vervormd en er treden vertragingen van de frequenties op door ruis. Deze ruis wordt opgewekt door warmtebewegingen v/d elektronen en overspraak Overspraak wordt veroorzaakt door elektromagnetische inductie omdat de geleiders bij elkaar in 1 behuizing zijn ondergebracht. Hoe hoger de snelheid op de lijn , hoe groter de kans op fouten. Draadtypes Twisted pair Twee paasgewijs in elkaar gedraaide koperdraden, elk voorzien van een plastic afscherming. De draden zijn in elkaar gedraaid om lijnstoring te voorkomen. De beschikbare bandbreedte hangt af van de lengte en de dikte van de koperen ader. Twisted pair is niet meer veel gebruikt omdat de verbindingen veelal worden vervangen door glasvezel. Coax Bestaat uit slechts 1 koperader met daaromheen isolatiemateriaal. Om dit isolatiemateriaal heen bevindt zich een metalen mantel van gevlochten draad als retourkanaal(om storingen op te vangen). Glasvezel Transporteert gegevens d.m.v.licht., waarbij de lichtimpulsen en pauzes de enen en nullen voorstellen. De lichtbundel die in de glasvezel wordt geleid moet zo snel mogelijk van Z naar O worden verzonden. Hoe dunner de kabel, hoe sneller de lichtbundel wordt getransporteerd. Er zijn drie soorten glasvezel: - step-index multimode vezel , doorsnede 0,05 mm - step-index monomode vezel, doorsnede 0,005 mm - graded-index multimode vezel, doorsnede 0,05 mm Multimode vezel houdt in dat meerdere lichtstralen in een vezel worden getransporteerd. Bij monomode wordt het licht in 1 rechte lijn door de vezel getransporteerd zonder te weerkaatsen. Bij graded-index multimode zorgen meerdere glaslagen met een verschillende brekingsindex ervoor dat de lichtstralen naar het midden van de vezel worden afgebogen Hierdoor wordt een betere transportsnelheid gerealiseerd waardoor en meer informatie over langere afstand kan worden getransporteerd. Aan de zendzijde van de glasvezelkabel wordt een LED of laserdiode gebruikt om de lichtsignalen op te wekken en over de glasvezelkabel te versturen. Het omzetten van de inkomende signalen naar de lichtsignalen gebeurt door de LED. Deze lichtpulsen gaan door de glasvezel naar de ontvangstzijde en worden tussendoor eventueel versterkt. Aan het einde van de kabel wordt het lichtsignaal door een fotoceldiode terug omgezet in een digitaal signaal. Infrarood Bij het transport van gegevens via infrarood wordt elektromagnetische straling gebruikt. De golflengte van die straling ligt onder die van het zichtbare licht. De Z en de O mogen niet verder dan 25 meter van elkaar af staan en moeten in elkaars blikveld staan. Straalverbindingen Parabolische antennes in de vorm van schotels worden op torens of hoge gebouwen geplaatst om gegevens via de ether naar een andere antenne te sturen. Kan gegevens over 10-tallen kilometers ver sturen. Er wordt gebruikgemaakt van microgolven., die zenden op een frequentie tussen de 10 en 100 Gigahertz De Satelliet Op een afstand van ongeveer 36000km afstand boven de aarde bevindt zich een satelliet. De satelliet draait met dezelfde snelheid als de aarde, zodat ze stilstaat t.o.v. de aarde. Daarom wordt de baan van de satelliet een geostationaire baan genoemd. Grondstations versturen microgolfsignalen naar de satelliet via schotelantennes. De satelliet versterkt deze signalen en stuurt ze verder naar een ander grondstation. Nadeel = de relatief lange tijd die nodig is om de gegevens van en naar de satelliet te transporteren. Bij het verzenden van gegevens tussen van het grondstation en de satelliet worden 2 kanalen onderscheiden. - uplink : van het grondstation naar de satelliet, waarbij 2 kanalen beschikbaar zijn voor full-duplexverkeer (bandbreedte tussen 5,9 en 6,4 GHz) - downlink : van de satelliet naar het grondstation, waarbij 2 kanalen beschikbaar zijn voor full-duplexverkeer (bandbreedte tussen 3,7 en 4,2 GHz) Een satelliet bevat 10 tot 20 transponders. Deze versterken het inkomende signaal en zenden dat vervolgens weer door op een andere frequentie. Een transponder heeft een bandbreedte van 50 MHz die zowel te gebruiken is voor spraak als voor data.
