Datacommunicatie in informatica/Inleiding

Inleiding

Voor het vak datacommunicatie moet je weten dat een computer meestal is opgebouwd volgens de Von Neumann-structuur, nl een microprocessor, ramgeheugen die communiceren over een bus en de I/O (Input/Output) maar ook dat een pc uitbreidbaar is. Je pc kan je bv uitbreiden met een NIC (Network Interface Card). Om zo een kaart hardwarematig aan de praat te krijgen heb je volgende zaken nodig: IRQ (interrupt), memory, address en DMA (Direct Memory Access)

Introductie netwerken

Soorten netwerken

In het dagelijkse leven heb je een groot aantal netwerken. Je staat er meestal niet bij stil maar je wordt er wel dagelijks mee geconfronteerd.

Welke soorten netwerken zijn er zoal?

Sociale netwerken: Onder sociale netwerken vallen de kennissen, mensen waarmee je uitgaat of mensen die dezelfde hobby’s als jij hebben. Als je net bent verhuisd, is het verstandig om een sociaal netwerk te ontwikkelen door mee te doen aan cursussen, vrijwilligerswerk, verenigingswerk of door je aan te sluiten bij bijvoorbeeld een sport- of beleggingsclub. Laat ook dit netwerk groeien.

Communicatienetwerken: belgacom

Transportnetwerken: post, DHL

Biologische netwerken: Planten, biotoop

Utiliteitennetwerken: water, elektriciteit

Data netwerken : Delen van bronnen (resources) Om communicatie (online / offline) te hebben En het vermijden van duplicatie van apparatuur , bronnen (db , bestanden ) , resource sharing

Het internetwerk is een verbinding van verschillende data netwerken.

Data netwerken

Waarom een datanetwerk gebruiken?
Wel, om 2 redenen, namelijk:

• Delen van bronnen/resources
• Communicatie tussen gebruikers
  • Online communicatie (bijv. VoIP, chatten)
  • Offline communicatie (bijv. e-mail)

Opdeling van verschillende netwerken:

LAN	Local Area Network
WAN	Wide Area Network
PAN	Personal Area Network

Kenmerken :

LAN	- lokaal (beperkte geografische verspreiding) - snel (hoge snelheden, hoge bandbreedte) - volledige verbinding naar lokale diensten - verbind naast elkaar liggende componenten (geen grote afstanden, concept van de ene pc naar de andere) vb.: ethernet
WAN	- grote geografische verspreiding (netwerken verbinden met elkaar) - lage snelheden door gebruik van bestaande niet-aangepaste netwerken (ISDN, telefoonlijn) - vooral gebruikt voor inter-netwerkverkeer - kenmerkende structuur is point to point vb.: ATM (Asynchronous Transfer Mode) voor telefoonsysteem.
PAN	- vb. : bluetooth, usb, firewire, EIB-bus

Digitale bandbreedte

Wat is bandbreedte?

Is het theoretische maximumvolume aan gegevens (data) dat we kunnen sturen voor een welbepaalde tijdseenheid. Het begrip bandbreedte geeft aan hoeveel data er per tijdseenheid door een netwerkverbinding getransporteerd kan worden. De hiervoor gebruikte eenheid is bps Er bestaan twee vormen van bandbreedte, de analoge en digitale vorm. Omdat dit een computerforum is, eerst maar de digitale. De bandbreedte van een verbinding wordt bepaald door een aantal factoren. Ten eerste de kloksnelheid: het aantal kloktikken per seconde (hertz). Vervolgens is de busbreedte van een verbinding van belang: hoeveel bits kunnen er per klokpuls worden verzonden. En dan is er nog de analoge bandbreedte. Daarbij is de bandbreedte het verschil tussen de hoogste frequentie en de laagste voorkomende frequentie waarbinnen de transmissie plaatsvindt. Die bandbreedte is in tegenstelling tot digitale bandbreedte niet constant, aangezien er signaalverstoring (bandversmalling) optreed naarmate het signaal een grote afstand aflegt.

Eenheden van bandbreedte

Bij digitale bandbreedte wordt aangegeven hoeveel data per seconde door een verbinding kan verstuurt worden, deze wordt uitgedrukt in bps (bits per seconde).

Vaak worden veelvouden van bytes foutief aangeduid met SI voorvoegsels. In het Wikipedia artikel betreffende veelvouden van bytes wordt het correcte gebruik toegelicht.

Een andere verwarring ontstaat bij het gebruik van bits of Bytes. Algemeen echter geldt:

Data-opslag	Data-transport
Bytes (B)	bits per seconde (bps)

Voorbeelden media

	Snelheid	Afstand
Coaxiale kabel 50 ohm	10 Mbps	185 meter
Coaxiale kabel 75 ohm	10 Mbps	500 meter
Twisted pair	100 Mbps	100 meter (incl. 2 x patchsnoeren 5 meter)
Fiber (multi-mode)	100 Mbps	2000 meter
Fiber (single-mode)	100 Mbps	3000 meter
Modem	56 kbps
ISDN	128 kbps
Frame Relay	56 kbps tot 1,544 Mbps
T1 / E1	1,544 Mbps / 2,048 Mbps
T3	44,736 Mbps
OC1 (Fiber)	51,840 Mbps
OC3	125,251 Mbps
OC48	2,488 Gbps

OSI-referentiemodel

Het OSI (Open Systems Interconnection) is een algemeen theoretisch model voor netwerkcommunicatie, waarbij elke laag een bepaalde functie van het netwerk voorstelt. Het OSI model bestaat uit 7 lagen. Van onder naar boven zijn dat de fysieke laag, de datalinklaag, de netwerklaag, de transportlaag, de sessielaag, de presentatielaag en de applicatielaag. Het gelaagde OSI model wordt wereldwijd gebruikt als referentiemodel voor netwerkcommunicatie. Misschien kan een analogie meer duidelijkheid verschaffen over het concept 'gelaagde communicatie'. Stel dat een broodfabriek een lading brood gaat afleveren aan een bakker. Om deze landing op de plaats van bestemming te krijgen worden er op verschillende niveaus beslissingen gemaakt en gecommuniceerd. De lading moet voorbereid worden: De afmetingen en inhoud van het brood moeten bepaald worden en het brood moet gebakken worden. De afnemer van het brood moet voorbereid worden op de komst van het brood, anders wordt het niet in ontvangst genomen. Er moet bepaald worden hoe het brood verzonden gaat worden. Per vrachtauto? En in hoeveel vrachtauto's? Er moet een weg bepaald worden die de vrachtwagen af zal leggen om de afnemer snel te bereiken. Eventueel moet de afnemer een 'brood ontvangen' bericht sturen zodra de lading binnen is.

Dit zijn logistieke beslissingen die op een netwerk ook genomen worden om data af te leveren. Het OSI model helpt om de verschillende stappen die genomen moeten worden bij het afleveren van data inzichtelijk te maken. Elke laag van het OSI model maakt gebruik van de diensten van de onderliggende laag en verzorgt diensten voor de bovengelegen laag. Waarom het OSI model? Toen aan het eind van de jaren 70 en het begin van de jaren 80 het gebruik van netwerken nog in de kinderschoenen stond verliep de ontwikkeling erg chaotisch. Bedrijven die de voordelen van het gebruik van netwerken inzagen zetten netwerken op, maar zij merkten al vrij snel dat de uitbreiding van deze netwerken problematisch was. Dat kwam omdat verschillende netwerken waren gebouwd met verschillende standaarden. Sommige bedrijven ontwikkelden zelf een standaard voor netwerkcommunicatie die later vaak moeilijk te verenigen bleek met de standaarden van andere netwerken. De behoefte aan een algemene standaard was daarmee geboren. In 1984 bracht the International Orginasation for Standardization (ISO) het OSI model uit als een handvest voor het ontwikkelen van netwerkapparatuur en software. Het OSI model is tegenwoordig het meest gebruikte model voor datatransport op een netwerk.

Wat is ISO

International Standardisation Organisation, is een organisatie die bepaalde standaarden ontwikkeld over 157 landen heen.

ISO-homepage

De 7 lagen van het OSI-model

1	Application
2	Presentation
3	Session
4	Transport
5	Network
6	Datalink
7	Physical

Diensten en Protocol

De verschillende lagen communiceren met elkaar door gebruik te maken van de interface. Deze interfaces bestaan uit diensten. Als 2 lagen met elkaar willen communiceren, maakt de bovenliggende laag gebruik van de diensten van de onderliggende laag.

Indien er een communicatie dient te gebeuren tussen peer entiteiten (lagen van hetzelfde niveau op verschillende machines), gebeurt dit door gebruik te maken van een protocol.
Een protocol is een set van afspraken en regels die geldt tussen lagen van eenzelfde niveau (vb: peer entity) vb:

Beschrijving

Voorbeelden van protocols voor de verschillende lagen :

Applicationprotocol	SMTP, HTTP, POP3, FTP, TELNET
Presentationprotocol	SSL, ASCII, Unicode, JPEG, BMP, GIF, MPEG, MP3,MIDI , RAR , TAR , ZIP
Sessionprotocol	OS-afhankelijk
Transportprotocol	TCP, UDP, SPX
Networkprotocol	IP, IPX
Datalinkprotocol	IEEE802.3, IEEE802.2, HDAC, HDLC
Physicalprotocol	V.35, EIA/TIA232, EIA/TIA449

Voordelen van het OSI-model.

1. opdelen van een complex communicatiesysteem in kleine beheersbare delen.
2. standaardisatie van netwerkcomponenten=> flexibiliteit en goede ondersteuning)
3. compatibiliteit en diversiteit (verschillende software kan samenwerken met verschillende hardwars)
4. wijzigingen in 1 laag hebben niet altijd wijzigingen in een andere laag tot gevolg (vb : omschakeling van IP versie 4 naar versie 6)
5. educatieve meerwaarde (het OSI referentie model komt in veel opleidingen terug)

Algemene functionaliteiten van de lagen.

De bovenste drie lagen van het OSI-model worden aangeduid als de applicatielagen.
Deze lagen voorzien in de informatie en functionaliteit.

1. Applicatielaag : wordt kortst bij de gebruiker toegepast. Deze laag zorgt voor diensten zoals email, filesharing, printing en specifieke toepassingen.
Voorbeelden van applicaties zijn:
- tekstverwerking (MS Word, OpenOffice.org Writer),
- communicatiesystemen (MS Outlook, Thunderbird),
- webbrowsers (MS Internet Explorer, FireFox)

2. Presentatielaag : Heeft als doel om informatie van een applicatie over te brengen naar een ander systeem.
Indien nodig wordt deze informatie aangepast aan
Vb.:
encoding -> formaat wijzigen, ASCII naar Unicode
comprimeren -> zip, tarball
encrypteren -> ssa, rsa, mda

3. Sessielaag Zorgt voor de opbouw, het beheer en het beëindigen van sessies tussen twee communicerende hosts.
Zorgt voor onderscheid van de datastromen

4. Transportlaag : Zorgt voor het verzenden van datastromen van één host naar de andere.
Deze datastromen kunnen gegarandeerd (connection oriented) of onbetrouwbaar (connectionless) worden overgedragen.

5. Netwerklaag : Zorgt voor de verbinding van geografisch gescheiden netwerken.
Deze laag gebruikt logische adressering => IP-adres.
Vb.: netwerk VTI met netwerk KUL verbinden met elkaar

6. Datalinklaag: Zorgt voor de transmissie van gegevens over een fysieke link.
Deze laag gebruikt fysische adressering, in theorie niet te wijzigen => MAC-adres

7. Fysieke laag : Zorgt voor de mechanische, elektrische, functionele en procedurele specificaties voor het opbouwen en onderhouden of afbreken van een fysieke link tussen eindsystemen.
Vb: RJ 45 connector

voorbeeld :

Start het E-mail programma en maak het berichtje op. Application

Het berichtje wordt verzonden. Hierdoor wordt de ingetikte tekst omgezet naar een mailformaat en de aanhangsels worden gecomprimeerd. Presentation

Het mailprogramma start een verbinding met de mailserver op het internet. Session

De mail moet via verschillende ander computers op zijn bestemming komen. De mail is nogal groot en wordt in pakketjes opgedeeld. Transport

Om zeker te zijn zetten we ons mac adres in het frame. Network mac adres zit bij de data link in

Elke computer in de route stuurt het pakketje op zijn beurt verder. Data Link

Dit gebeurt door 1 en 0 bits op de bekabeling te sturen. Physical

Encapsulation

Het OSI referentiemodel past / berust op het principe van "encapsulation".
Encapsulation wil letterlijk zeggen: verpakken
Het heeft betrekking op de 3 bovenste lagen (applicatie, presentatie en sessie)

Op niveau van de transportlaag noemen we de geëncapsuleerde datastream segmenten,op niveau van
de netwerklaag zijn dit packetten en op niveau van de datalinklaag noemt men dit frames.
Een packet is dus een network header samen met een frame

• APDU: Application Protocol Data Unit => Application Layer
• PPDU: Presentation Protocol Data Unit => Presentation Layer
• SDPU: Session Protocol Data Unit => Session Layer
• TPDU: Transport Protocol Data Unit => Transport Layer

Physical Layer

Om elektriciteit te begrijpen moeten we kijken naar atomen. Een atoom bestaat uit elektronen en een nucleus, met daarin protonen en neutronen. Het aantal protonen in de nucleus is afhankelijk van het chemisch element en is onveranderlijk. Het aantal elektronen daarentegen kan verschillen omdat elektronen kunnen overspringen van atoom naar atoom. Soms word een elektron zelfs gedeeld door 2 atomen. In hoeverre een stof geleidend is hangt af van hoe makkelijk de elektronen kunnen overspringen. Wanneer een elektron overspringt naar een ander atoom laat het plaats vrij voor een volgend elektron en zo ontstaat elektrische stroom in materialen.

Geleidende materialen

geleidend	niet geleidend	halfgeleiders
Cu koper	Xe xenon	Ni nikkel
Au goud	Na natrium	Cd Cadmium
Ar zilver		Gr Germanium
		Si Silicium
		GaAs GalliumArsenide

Stroomzin

plus naar min = Conventionele stroomzin min naar plus = Effectieve stroomzin

Spanning zonder stroom is mogelijk, stroom zonder spanning niet.

Gelijkstroom	Wisselstroom

Weerstand bij gelijkstroom komt overeen met impedantie op wisselstroom

De fouten die kunnen voorkomen bij elektrische circuits kunnen we opdelen in twee categorieën:

- kortsluiting: de bekabeling zal opwarmen en de isolatie zal ontvlammen, dit is hetzelfde effect dat we te zien krijgen bij een gloeilamp. In een gloeilamp kan de geleider, hier wolfraam, niet ontvlammen door een gebrek aan zuurstof. Als bescherming tegen kortsluiting worden zekeringen gebruikt.

- aardlek: dit is een verschil tussen stroomvraag op L1 en N en kan worden beschermd door een verliesstroomschakelaar.

Fourier analyse

Elk digitaal signaal kan worden voorgesteld als een oneindig aantal harmonischen van een analoog signaal. Daaruit volgt dat alle wetmatigheden van een analoog signaal van toepassing zijn op een digitaal signaal.

Een digitaal signaal kan: - verzwakken - vertragen - vervormen

De amplitude, de frequentie en de fase van het startpunt van een signaal maakt het uniek.

3 communicatie begrippen

simplex	1 weg, 1 richting	vb.: radio
half duplex	1 weg, 2 richtingen	vb.: walkietalkie
full duplex	2 weg, 2 richtingen	vb.: telefoon

fast turnaround: is een variatie op half duplex, waar snel word gewisseld in richting, zodat een pseudo full duplex signaal wordt gegenereerd.

Multiplexing: 1 transmissiemedium, meerdere signalen

FDM: Frequency Division Multiplexing
> is analoog
TDM: Time Division Multiplexing
> moet digitaal zijn
WDM: Wavelength Division Multiplexing
> identiek aan FDM, maar gebruikt bij licht (glasvezel)

Frequency Division Multiplexing (FDM)
-> Bandbreedte wordt ingedeeld in verschillende kleine delen (tunen)
-> typisch analoog signaal

Time Division Multiplexing (TDM)
-> Ieder krijgt om beurt de volledige bandbreedte in plaats van een deel ervan
-> Men creëert de indruk dat er continue bandbreedte is
-> Alle signalen binnen TDM moeten digitale signalen zijn
vb van TDM: Telefonie
->>Variant op TDM is STDM (Statistical Time Division Multiplexing)
-> Uitbreiding van TDM
-> Tijd afnemen bij D en C en aan A en B geven

Wavelength Division Multiplexing (WDM)
-> Golflengte
-> Intensiteit van een bepaald licht weergeven aan de hand van een bepaalde golflengte
WDM = FDM maar dan met golflengte

Spacial Division Multiplexing (SDM)
-> Verdeling in de ruimte
-> Binnen 1 kabel zijn er 50 extra kabels