Datacommunicatie
ir. Patrick Colleman
Inhoud Afkortingen Voorwoord
1
Hoofdstuk 1: Inleiding tot de datacommunicatie en OSI model
1 2 3 3 5 6 7 10
1.1 1.2 1.3 1.3.1 1.3.2 1.4 1.5 1.6
11
Hoofdstuk 2: Kanaalcapaciteit - Transmissiemedia - Verbindingen
11 12 14 17 17 18 19 22 23 24 24 24 24 24 24 25 25 25 27 27 27 27 28 28
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 2.4.4 2.5 2.5.1 2.5.2 2.5.3
Wat is datacommunicatie Datacommunicatienetwerken Indeling van netwerken 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 Conferentie verbindingen Werkingsmodi Simplex Half duplex Full duplex
29 29 30 31 31 32
2.5.4 Speciale vormen van full en half duplex verbindingen 2.5.4.1 Half duplex data link met 4 draden 2.5.4.2 Full duplex verbinding met twee draden 2.5.4.3 Full duplex verbinding met twee draden en echo canceling 2.5.5 Echoplex 2.6 Overzicht van de verschillende media
33
Hoofdstuk 3: Synchronisatie en schakelmethoden
33 33 34 34 36 38 38 38 39 39
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
41
Hoofdstuk 4: Modulatietechnieken en basisbandcodes
41 42 43 44 47 49 49 51 53 54 55 56
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 4.4.3
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) Multi niveau transmissie (multi level binary)
58
Hoofdstuk 5: Modems
60 60 60 60 61 61 61 62 66
5.1 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3
§8
Hoofdstuk 6: Multiplxing
69 69 69 72 73 76 78 79
6.1 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.3.1 6.1.3.2 6.1.4 6.2
Indeling van de modems Asynchrone modems Synchrone modems Breedband of groepmodems Basisband of korte afstand modems Speciale modemtechnieken Trellis code modulatie (TCM) V.90 Speciale technieken
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
80
Hoofdstuk 7: Foutdetectie en foutcorrectie
80 80 81 82 83 85 85 89 93
7.1 7.2 7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.3 7.4 7.5
98
Hoofdstuk 8: Interfacestandaarden
98 98 98 99 102 102 109 110 112 112 116 117 117 118 119 119 119 120 122 123 124 126 128 128 131 132 132
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 8.3 USB 8.3.1 USB systeemomschrijving 8.3.2 USB elektrisch en snelheden 8.3.3 USB protocol 8.3.3.1 Algemeen 8.3.3.2 Dynamisch aansluiten van apparaten 8.3.4 Data flow types 8.3.5 USB protocollayer
Transmissiefouten en redundantie Pariteitcontrole (parity check) Pariteitcontrole per character (VRC) Pariteitcontrole per block (LRC) Checksum Pariteitcontrole per character en per block (VRC en LRC) Cyclische testen (CRC) De Hamming code Herstel van transmissiefouten (ARQ)
134
Hoofdstuk 9: High speed digitale transmissie
134 135 141 143 150 150 151 160 163 165 165 166 167
9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.5.1 9.5.2 9.5.3 9.5.4 9.6 9.6.1 9.6.2 9.6.3
171
Hoofdstuk 10: Protocollen
171 172 172 172 173 173 173 174 174 174 174 174 175 175 176 176 177 177 177 177 178
10.1 Taken van een protocol 10.1.1 De oproep functie 10.1.2 De foutbeheersing functie 10.1.3 De beheersing van de berichtenstroom 10.1.4 Taken van een protocol 10.1.4.1 Framing 10.1.4.2 Foutdetectie 10.1.4.3 Sequentiecontrole 10.1.4.4 Transparantie 10.1.4.5 Lijncontrole 10.1.4.6 Speciale gevallen 10.1.4.7 Time-out controle 10.1.4.8 Start-up controle 10.1.5 Soorten protocollen 10.2 Enkele protocollen 10.2.1 X.21 10.2.2 XMODEM 10.2.3 YMODEM 10.2.4 ZMODEM 10.2.5 Kermit 10.3 Routeringsprotocollen
Inleiding ISDN Breedband ISDN - ATM PDH systeem SDH/SONET systeem De lagen van SDH SDH framestructuur SDH synchronisatie Voorbeelden van netwerken Telefonie Het telefoontoestel Transmissiekenmerken Sampling op het telefoonnetwerk
179
Hoofdstuk 11: Het BISYNC protocol
179 180 181 184 185 185 185 186 186 187 187 188 188 188 191
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
192
Hoofdstuk 12: Het HDLC protocol
192 195 198 199 201 203
12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6
204
Hoofdstuk 13: Het X25 protocol en Frame Relay
204 207 207 208 209 212 214 214 220 221 223 226 226
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
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
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 DLCI
229
Hoofdstuk 14: ATM
230 236 238 242 243 244 246 247 249 257 261 261 262 263 264 266
14.1 14.2 14.3 14.4 14.4.1 14.4.2 14.4.3 14.5 14.6 14.7 14.8 14.8.1 14.8.2 14.8.3 14.8.4 14.8.5
270
Bijlage Breedbandoplossingen Bijlage VDSL
Technologie - inleiding Beschrijving van de lagen ATM frame AAL AAL1 AAL3/4 AAL5 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 Frequency Division Multiplexing Frequency 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 Processors 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 Identifyer 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 masterstudent of laatste jaar bachelorstudent. 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 al 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 protocollen zoals BISYNC, SDLC en X25 en Frame Relay. Van BYSINC en HDLC worden meerdere voorbeelden over de werking gegeven. Hoofdstuk 14 ten slotte gaat over ATM en hoe dit in een IP netwerk kan gebruikt worden. Boortmeerbeek, 5 juli 2013
