Datacommunicatie ir. Patrick Colleman
Inhoud Afkortingen Voorwoord 1 Hoofdstuk 1: Inleiding tot de datacommunicatie en OSI model 1 1.1 Wat is datacommunicatie 2 1.2 Datacommunicatienetwerken 3 1.3 Indeling van netwerken 3 1.3.1 Indeling t.o.v. de lengte van het netwerk 5 1.3.2 Indeling t.o.v. de architectuur van het netwerk 6 1.4 Parallelle of seriële communicatie 7 1.5 Het OSI referentiemodel 10 1.6 Het vormen van pakketten 11 Hoofdstuk 2: Kanaalcapaciteit - Transmissiemedia - Verbindingen 11 2.1 Bandbreedte en kanaalcapaciteit 12 2.1.1 Stelling van Nyquist 14 2.1.2 Stelling van Shannon 17 2.2 Transmissiemedia 17 2.2.1 Getwiste paren 18 2.2.2 Coaxiale kabels 19 2.2.3 Glasvezelkabels 22 2.2.4 Hertz verbindingen 23 2.2.5 Satellietverbindingen 24 2.2.6 Radioverbindingen 24 2.2.7 Infrarood- en millimetergolven 24 2.2.8 Laserlicht 24 2.3 Lijnverbindingen 24 2.3.1 Het geschakeld telefoonnetwerk 24 2.3.2 Gehuurde lijnen 25 2.4 Meervoudige verbindingen 25 2.4.1 Punt tot punt verbindingen 25 2.4.2 Multipuntverbindingen 27 2.4.3 Loop verbindingen 27 2.4.4 Conferentie verbindingen 27 2.5 Werkingsmodi 27 2.5.1 Simplex 28 2.5.2 Half duplex 28 2.5.3 Full duplex
29 2.5.4 Speciale vormen van full en half duplex verbindingen 29 2.5.4.1 Half duplex data link met 4 draden 30 2.5.4.2 Full duplex verbinding met twee draden 31 2.5.4.3 Full duplex verbinding met twee draden en echo canceling 31 2.5.5 Echoplex 32 2.6 Overzicht van de verschillende media 33 Hoofdstuk 3: Synchronisatie en schakelmethoden 33 3.1 Inleiding 33 3.1.1 Synchronisatieniveaus 34 3.1.2 Synchronisatiemethodes 34 3.2 Asynchrone systemen (start/stop systemen) 36 3.3 Synchrone systemen 38 3.4 Scrambler en descambler 38 3.5 Schakelmethoden 38 3.5.1 Circuit switching 39 3.5.2 Message switching 39 3.5.3 Packet switching 41 Hoofdstuk 4: Modulatietechnieken en basisbandcodes 41 4.1 Analoge modulatietechnieken 42 4.1.1 Amplitude modulatie 43 4.1.2 Frequentiemodulatie 44 4.1.3 Fasemodulatie 47 4.1.4 Gemengde modulatievormen 49 4.2 Data overdracht zonder modulatie 49 4.2.1 De stroomlus (current loop) (boucle de courant) 51 4.3 Basisbandmodulatie 53 4.4 Basisbandcodes 54 4.4.1 Volledig binair (full binary) 55 4.4.2 Half binair (half binary) 56 4.4.3 Multi niveau transmissie (multi level binary)
58 Hoofdstuk 5: Modems 60 5.1 Indeling van de modems 60 5.1.1 Asynchrone modems 60 5.1.2 Synchrone modems 60 5.1.3 Breedband of groepmodems 61 5.1.4 Basisband of korte afstand modems 61 5.2 Speciale modemtechnieken 61 5.2.1 Trellis code modulatie (TCM) 62 5.2.2 V.90 66 5.2.3 Speciale technieken 8 Hoofdstuk 6: Multiplxing 69 6.1 Multiplexers 69 6.1.1 Ruimtemultiplexers (SDM) : Space division multiplexing 69 6.1.2 Frequentiemultiplexers (FDM) : Frequency division multiplexing 72 6.1.3 Tijdsmultiplexers (TDM) 73 6.1.3.1 Synchrone tijdsmultiplexer (STDM) 76 6.1.3.2 Asynchrone tijdsmultiplexer (ATDM) 78 6.1.4 Wavelength division multiplexing (WDM) 79 6.2 Front End Processor
80 Hoofdstuk 7: Foutdetectie en foutcorrectie 80 7.1 Transmissiefouten en redundantie 80 7.2 Pariteitcontrole (parity check) 81 7.2.1 Pariteitcontrole per character (VRC) 82 7.2.2 Pariteitcontrole per block (LRC) 83 7.2.3 Checksum 85 7.2.4 Pariteitcontrole per character en per block (VRC en LRC) 85 7.3 Cyclische testen (CRC) 89 7.4 De Hamming code 93 7.5 Herstel van transmissiefouten (ARQ) 98 Hoofdstuk 8: Interfacestandaarden 98 8.1 Seriële interfaces 98 8.1.1 RS232C (V24 ) 98 8.1.1.1 Mechanische eigenschappen en pinnummering van de signalen 99 8.1.1.2 Functiebeschrijving van de pinnen 102 8.1.1.3 Elektrische karakteristieken 102 8.1.1.4 Mogelijke verbindingen 109 8.1.2 RS422 (V11) en de RS423 (V10) 110 8.1.3 RS485 112 8.2 Parallelle Interfaces 112 8.2.1 De Centronics interface bus 116 8.2.2 IEEE 488 117 8.2.2.1 Algemene kenmerken van de IEEE-488 interface 117 8.2.2.2 Elektrische eigenschappen van de IEEE-488 interface 118 8.2.2.3 Mechanische eigenschappen van de IEEE-488 interface 119 8.2.2.4 Structuur van de IEEE-488 interface 119 8.2.2.5 Werking van de IEEE-488 interface 119 8.2.2.5.1 De data lijnen DIO 1... 8 120 8.2.2.5.2 De handshake bus 122 8.2.2.5.3 De interface management lijnen 123 8.3 USB 124 8.3.1 USB systeemomschrijving 126 8.3.2 USB elektrisch en snelheden 128 8.3.3 USB protocol 128 8.3.3.1 Algemeen 131 8.3.3.2 Dynamisch aansluiten van apparaten 132 8.3.4 Data flow types 132 8.3.5 USB protocollayer
134 Hoofdstuk 9: High speed digitale transmissie 134 9.1 Inleiding 135 9.2 ISDN 141 9.3 Breedband ISDN - ATM 143 9.4 PDH systeem 150 9.5 SDH/SONET systeem 150 9.5.1 De lagen van SDH 151 9.5.2 SDH framestructuur 160 9.5.3 SDH synchronisatie 163 9.5.4 Voorbeelden van netwerken 165 9.6 Telefonie 165 9.6.1 Het telefoontoestel 166 9.6.2 Transmissiekenmerken 167 9.6.3 Sampling op het telefoonnetwerk 171 Hoofdstuk 10: Protocollen 171 10.1 Taken van een protocol 172 10.1.1 De oproep functie 172 10.1.2 De foutbeheersing functie 172 10.1.3 De beheersing van de berichtenstroom 173 10.1.4 Taken van een protocol 173 10.1.4.1 Framing 173 10.1.4.2 Foutdetectie 174 10.1.4.3 Sequentiecontrole 174 10.1.4.4 Transparantie 174 10.1.4.5 Lijncontrole 174 10.1.4.6 Speciale gevallen 174 10.1.4.7 Time-out controle 175 10.1.4.8 Start-up controle 175 10.1.5 Soorten protocollen 176 10.2 Enkele protocollen 176 10.2.1 X.21 177 10.2.2 XMODEM 177 10.2.3 YMODEM 177 10.2.4 ZMODEM 177 10.2.5 Kermit 178 10.3 Routeringsprotocollen
179 Hoofdstuk 11: Het BISYNC protocol 179 11.1 Het BISYNC frame 180 11.2 Synchronisatie 181 11.3 De controle of besturingstekens 184 11.4 Fasen in het communicatieprotocol 185 11.5 Verdere faciliteiten van het BSC protocol 185 11.5.1 Foutdetectie en foutcorrectie 185 11.5.2 Onderbrekingen 186 11.5.3 Time out controle 186 11.6 Multipunt procedures 187 11.6.1 Polling procedure 187 11.6.2 De select procedure 188 11.7 Bysinc in werking 188 11.7.1 Formaten 188 11.7.2 Point to point operaties 191 11.7.3 Multipoint operaties 192 Hoofdstuk 12: Het HDLC protocol 192 12.1 Definitie en beschrijving van het SDLC/HDLC frame 195 12.2 Soorten stations 198 12.3 Beveiliging van het data transport 199 12.4 Frame types 201 12.5 HDLC werking 203 12.6 HDLC en LLC 204 Hoofdstuk 13: Het X25 protocol en Frame Relay 204 13.1 Definitie en relatie tot het OSI referentiemodel 207 13.2 Begrippen van pakkettenschakeling 207 13.2.1 Circuit switching 208 13.2.2 Message switching 209 13.2.3 Packet switching 212 13.2.4 Packet switching terminologie 214 13.3 X25 Pakketniveau (niveau 3) 214 13.3.1 Pakketformaat 220 13.3.2 Aansluiting op het netwerk 221 13.4 Frame Relay 223 13.4.1 Frame Relay frame 226 13.4.2 Frame Relay switch 226 13.4.3 Frame Relay DLCI
229 Hoofdstuk 14: ATM 230 14.1 Technologie - inleiding 236 14.2 Beschrijving van de lagen 238 14.3 ATM frame 242 14.4 AAL 243 14.4.1 AAL1 244 14.4.2 AAL3/4 246 14.4.3 AAL5 247 14.5 ATM interleaving 249 14.6 ATM switches 257 14.7 ATM en normale LAN s 261 14.8 IP over ATM 261 14.8.1 ATM LANE 262 14.8.2 Classical IP over ATM 263 14.8.3 NHRP of Next Hop Resolution Protocol 264 14.8.4 MPOA Multiprotocol over ATM 266 14.8.5 MPLS 270 Bijlage Breedbandoplossingen Bijlage VDSL
Afkortingen: ANSI American National Standards Institute bps Bits per seconde BSC Binary Synchronous Communication CCITT Comité Consultatif International de Téléphonie et de Télégraphie CSMA Carrier Sense Multiple Access DC-verbinding datacommunicatieverbinding DCC Data Communications Controller DCE Data Communications Equipment of data cirquit termination DCS Data Communication Service DN1 Datanet 1 DTE Data Terminal Equipment ECMA The European Computer Manufacturers Association EIA Electronic Industries Association FDM Frequency Division Multiplexing FDMA Frequency Division Multiple Access FSK Frequency Shift Keying HDLC High level Data Link Control kbd kilo Baud kbps kilo bits per seconde IEEE The Institute of Electrical and Electronic Engineers IMP Intermediate Message Processors ISDN Integrated Services Digital Network ISO International Standards Organisation LAN Local Area Network LLC Logical Link Control MODEM Moduleren en Demoduleren PAD Packet Assembler Disassembler PSE Packet Switching Exchange PSTN Public Switched Telephone Network PTI Packet Type Identifyer PVC Permanent Virtual Circuits SDLC Synchronous Data Link Control STDM Synchronous Time Division Multiplexer SVC Switched Virtual Circuits TDM Time Division Multiplexing TDMA Time Division Multiple Access WAN 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