DATACOMMUNICATIE. Serieel of parallel. Begrippen. Snelheid van een verbinding

Transcriptie

1 Serieel of parallel DATACOMMUNICATIE Tijdens de communicatie worden bits van één systeem naar een ander systeem verstuurd. Wanneer de bits in de tijd gezien na elkaar verzonden worden, spreekt men van seriële communicatie. Bij parallelle communicatie worden een aantal bits tegelijk verzonden, meestal over een aantal parallelle verbindingen. bit zender ontvanger bit zender communicatiekanalen communicatiekanaal ontvanger Begrippen Datacommunicatie: de uitwisseling van gegevens tussen twee digitale systemen, bijvoorbeeld tussen twee computersystemen of tussen een CPU en een terminal, een printer of een disk. Voor de communicatie tussen de systemen A en B zijn deze systemen verbonden met een communicatiekanaal; dit kan bijvoorbeeld een koperdraadje zijn. communicatiekanaal A B A B A B Simplex-verbinding: er is slechts transport mogelijk van A naar B. Duplex-verbinding: transport van A naar B en van B naar A. Als op het ene moment dataverkeer van A naar B en op het andere moment alleen van B naar A, spreken we van half-duplex. Bij full-duplex is op hetzelfde moment dataverkeer in beide richtingen mogelijk en is dus op te vatten als twee simplex-verbindingen in tegengestelde richting. Snelheid van een verbinding is afhankelijk van de modulatiesnelheid en de signaleringssnelheid, de modulatiesnelheid (baud): de snelheid waarmee informatieelementen over de transmissielijn verstuurd worden (elementen per seconde), is afhankelijk van de gebruikte lijn baud: de baudrate of het aantal signaalwijzigingen per seconde de signaleringssnelheid: het aantal bits per informatieelement, bepaald door de modulatiemethode n: het aantal signaal-niveaus De snelheid wordt uitgedrukt in een aantal bits per seconden (bps): bps = baud 2 logn Bij een snelheid van 9600 baud wordt gedurende 104 µsec een bepaald signaal doorgestuurd. Dit signaal kan één of meerdere bits voorstellen.

2 Multiplexing meer zenders via één transmissiemedium met meer ontvangers laten communiceren A X B M D Y C Z Time division multiplexing (TDM) Frequency division multiplexing (FDM) tijdslot1 tijdslot2 tijdslot3 tijdslot4 band1 band2 band3 A X B Y C Z A X A X B Y C Z tijd frequentie M en D : multiplexer/demultiplexer M en D : modulator/demodulator Protocol Bij elke vorm van communicatie moeten bepaalde afspraken gemaakt en nageleefd worden om de communicatie correct en efficiënt te laten verlopen. De afspraken die nodig zijn voor de connectie van digitale systemen zijn gedefinieerd in een protocol. Zo n protocol zal enerzijds vastleggen op welke wijze data tussen de verschillende machines kan verzonden worden, bijvoorbeeld de transmissiesnelheid. Anderzijds laat zo n protocol ook toe om controleinformatie uit te wisselen, bijvoorbeeld ben je klaar om een nieuwe boodschap te ontvangen?. Efficiëntie is de verhouding van het aantal echte databits dat overgestuurd wordt ten opzichte van het totaal overgestuurde bits. Het totaal aantal bits dat overgestuurd moet worden, wordt bepaald door het protocol. Time division multiplexing (TDM) de tijd in stukken verdelen en telkens een zender gedurende een tijdje gegevens naar een bijhorende ontvanger laten sturen; als het tijdslot afgelopen is, komt een ander zender-ontvanger paar aan de beurt; op bepaalde momenten heeft een zender-ontvanger de hele capaciteit van het medium ter beschikking. Frequency division multiplexing (FDM) capaciteit van het transmissiemedium wordt opgesplitst in frequentiebanden; elke zender gebruikt met behulp van modulatietechnieken zijn eigen toegewezen frequentieband om met de bijhorende ontvanger te communiceren; ononderbroken verbinding tussen zender en ontvanger maar door de beperkte frequentieband ligt de communicatiesnelheid lager. Transmissie media Twisted pair: twee koperen geïsoleerde daden met een dikte van ongeveer 1mm die om mekaar gewikkeld zijn in een helix-vorm: vermindert de elektrische interferentie. Een voorbeeld is een telefoonkabel. Coaxiale kabel: een stijve koperen draad als kern met errond isolatie; dit samen is ingekapseld in een cylindrische geleider en daarrond is nog een plastic bescherming. Glasvezel: een fiber met errond een materiaal met een kleinere brekingsindex zodat het licht in de fiber steeds weerkaatst wordt. Men maakt gebruik van lichtsignalen om informatie door te zenden. In tegenstelling tot de twee vorige media is glasvezel veel minder gevoelig aan corrosie en heeft dus een langere levensduur. Lichtsignalen ondervinden ook geen last van (elektrische) invloeden van buitenaf. Draadloos: transmissie door de lucht: infrarood, laser, microgolven en radio.

3 Transport V (t) T ZENDER Bij seriële communicatie volstaan drie draden om een bidirectionele verbinding op te zetten: een gemeenschappelijke draad voor zender en ontvanger die als nulpunt of referentiepunt dient voor de spanningen. t een draad voor de zendsignalen; een draad voor de ontvangstsignalen. De potentiaal van de actieve draden geeft het bitpatroon aan dat over de lijn gaat. V (t) startbit stopbit ONTVANGER Alles wat bijvoorbeeld boven de +5 volt ligt is de on toestand, terwijl alles wat beneden de 5 volt ligt de off toestand karakteriseert. De eventuele overgangen tussen deze toestanden gebeuren op geregelde tijdstippen, bijvoorbeeld 2400 maal per seconde, zodanig dat het signaal een op en neer springend verloop heeft startbit stopbit t V (t) Asynchrone datacommunicatie T startbit stopbit Bij asynchroon transport is het communicatiekanaal in rust wanneer er niets te zenden is. Met de neergaande flank van de startbit wordt de ontvanger getriggerd. Deze neergaande flank (en dus de communicatie) kan op een willekeurig moment beginnen. De clock in zender en ontvanger zijn ongeveer gelijk en hebben meestal een frequentie die zestien maal de bitsnelheid is. Door eerst tot 8 te tellen wordt het midden van de bitcel van de startbit bereikt. Vervolgens zal de ontvanger nu om de 16 clock-pulsen de data naar binnen halen. t Kleine verschillen tussen de clocken leveren geen probleem op zolang de sample puls nog binnen de bitcel valt. Een frame wordt afgesloten met één of twee stopbits. Deze stopbits zijn nodig om een volgende startbit die een tegengesteld niveau heeft te kunnen herkennen. Op basis van deze startbit kan opnieuw gesynchroniseerd worden. FRAME bitcel start data data data data data data data data stop bit bit bit bit bit bit bit bit bit bit trigger ontvanger clock sample pulsen Efficiëntie met 8 databits en 1 start- en 1 stopbit: % = 80% Asynchroon datatransport wordt dikwijls gebruikt wanneer op willekeurige momenten tekens (bijvoorbeeld ASCII) met niet al te grote snelheid verzonden moeten worden.

4 Synchroon datatransport De bits worden met een vaste clock-snelheid over het communicatiekanaal gestuurd. Het overgestuurde signaal bevat naast de data ook informatie om langs de ontvangerzijde het zend-clock-signaal te regenereren. Er zijn dus geen stop/start-bits nodig om telkens te hersynchroniseren. Daardoor kan een hoge efficiëntie bereikt worden bij het gebruik van grote datablokken. Wanneer er echter geen datatransport is, moet toch een afgesproken bitpatroon overgestuurd worden om de zender en ontvanger met elkaar gesynchroniseerd te houden. Zo n bitpatroon bevat synchronisatie-tekens. In het BI-SYNC (BInary SYNchronous Communication)-protocol worden hiervoor SYN-tekens gebruikt. S S S S Y Y Y T N N N X tekst blok E S S T BCC Y Y X N N STX: begin van een tekst-blok ETX: einde van een tekst-blok Daarna volgt nog een Block Check Character (BCC). Modem Om data via openbare netwerken (zoals het publieke telefoonnetwerk) te versturen, moet men de logische 0/1 toestanden vertalen in twee verschillende toonhoogtes. Een modem (modulator + demodualator) zet de digitale informatie om in signalen die over een normale telefoonlijn kunnen verstuurd worden. Langs de ontvangstzijde kan een andere modem de gemoduleerde data terug vertalen naar binaire informatie. De verbinding tussen een computer/terminal en een modem is vaak asynchroon. De aansluitplug van de modem (DCE: data communication equipment) en terminal (DTE: data terminal equipment) zijn complementair. Wat voor de terminal een uitgang is, is voor de modem een ingang en omgekeerd. DTE-DCE CPU DTE modem DCE DCE-DCE publiek netwerk DCE-DTE modem DCE CPU DTE Parallel datatransport Er wordt vaak gebruik gemaakt van een handshake-mechanisme. De zender zet de over te sturen bits klaar op de lijnen en geeft met een request-signaal (REQ) aan dat de data beschikbaar zijn. De ontvanger antwoordt met een acknowledge-signaal (ACK) om aan te geven dat de data binnengehaald zijn en de volgende groep kan komen. Een voorbeeld is de centronics interface: een parallelle simplex-verbinding om eenvoudige printers te koppelen met computersystemen. De hardware is tegenwoordig ook geschikt voor duplex-dataverkeer. Het is nu mogelijk tapestreamers en removable disk units voor databackup via een printerpoort aan te sluiten. Een andere toepassing zijn de software-sleutels: om het softwarepakket te kunnen gebruiken moet de sleutel op de printerpoort zitten. RS-232-C De standaard RS-232-C (of V.24) geeft een beschrijving van een veel gebruikte asynchrone verbinding. Er kan gebruik gemaakt worden van een 25-polige sub-d connector (bijv. op de COM2-poort op een PC) of een 9-polige sub-d connector (bijv. de COM1-poort). protective ground (1) transmit (2) receive (3) request to send (4) clear to send (5) DTE DCE data set ready (6) common return (7) carrier detect (8) data terminal ready (20)

5 Null-modem kabel Deze seriële interface kan ook gebruikt worden tussen terminals en computers, tussen computers onderling en tussen computers en randapparatuur zoals printers met een seriële poort. Bij een koppeling van twee DTE s zijn bepaalde verbindingen niet recht maar onderling gekruist. D T E 1 protective ground 2 transmitted data 3 received data 4 request to send DTE 5 clear to send 6 data set ready 7 signal ground 20 data terminal ready In de figuur is slechts één mogelijke oplossing voorgesteld. In de praktijk worden verschillende alternatieven gebruikt, bijvoorbeeld ook pin 4 en 5 gekruist. Dikwijls is experimenteel onderzoek nodig om een kabel met de juiste kruisende en rechtdoor verbindingen te maken amplitude frequentie faze Modulatie technieken Om een signaal over een langere afstand met een voldoende hoge snelheid te kunnen zenden, wordt een sinus draaggolf (A(sin ωt + φ) )gebruikt waarvan een of andere karakteristiek gevarieerd wordt zodat informatie kan doorgestuurd worden. amplitude modulatie : twee verschillende spanningsniveaus (A) worden gebruikt om 0 en 1 voor te stellen; frequency modulatie : twee of meerdere verschillende tonen (frequenties) (ω) worden gebruikt; faze modulatie : de faze (φ) van de draaggolf wordt verschoven. Door meer dan twee signaal-niveaus te gebruiken, kan de snelheid van de transmissie bij eenzelfde baudrate verhoogd worden. Bijvoorbeeld bij een baudrate van 2400 en vier verschillende tonen bij frequentie modulatie, kunnen per cyclus 2 bits overgestuurd worden. Dit geeft een aantal bits per seconde gelijk aan Moderne modems halen snelheden tot bps amplitude 4 signaalniveaus

6 frequentie 4 signaalniveaus faze 4 signaalniveaus