Multimedie och kommunikationssystem B 4 p Lektion 1

Multimedie- och kommunikationssystem B, 4 p Lektion 1: Översikt. Aktuella tillämpningar. TCP/IP och OSI-modellen. Kategorier av nätverk och tjänster. Kretskoppling. Paketförmedling. Multiplexing. Fall 2004 Operating Systems - MSU

Välkommen till Datornätverk A, 5 p! Denna kurs avser att ge förståelse för viktiga prestandamått, algoritmer och teorier inom områdena datornätverk och multimedietransmission, samt att orientera om hur dessa principer tillämpas inom aktuella standarder och protokoll. Kursen syfte är att dels att ge sådan allmänbildande kunskap om området som en IT-civilingenjör behöver oavsett fortsatt studiegång, dels att ge en introducerande översikt inför vidare studier inom studiegången Internetsystem. Spring 2006 Computer Networks 2

Lärandemål Efter kursen ska du: § förstå och kunna beräkna viktiga kapacitets- och kvalitetsmått för datornätverk och multimediala kommunikationssystem. § kunna beräkna utsignal/utdata från vanligt förekommande algoritmer för kodning och transmission av multimedia i nätverk. § kategorisera och beskriva grundläggande egenskaper av vanliga kommunikationsprotokoll och standarder. § ha kännedom om hur ovanstående teorier, algoritmer och principer tillämpas inom aktuella multimediala kommunikationssystem, t. ex. mobiltelefoni, IP-telefoni, digital-TV, IP-TV, media-on-demand och trådlös bredbandsaccess. Spring 2006 Computer Networks 3

Kursuppläggning § Kurslitteratur: Behrouz A Forouzan, ”Data communications and networking”, 3 rd edition. § Alternativ kurslitteratur: Fred Halsall, ”Multimedia Communications – Applications, Networks, Protocols and Standards”. § Kurswebbplats: webct. miun. se. § Prioritera räkneuppgifter. § Tre laborationstillfällen. § Tre hemuppgifter som förberedelse inför labbarna. Spring 2006 Computer Networks 4

Chapter 1 Introduction Spring 2006 Computer Networks 5

Aktuella multimediala kommunikationstjänster § Broadcastingtjänster: Analog och digital radio och TV, IP-TV, bredbands-TV § Video-on-demand, Movie-on-demand § Interaktiv TV § Peer-to-peer-tjänster § Interaktiva multimediala presentationer. § Hypermedia, www. § IP-telefoni § Voice-over-IP § Videokonferenser § Messenger-tjänster § Computer-telephony-integration (CTI) Spring 2006 Computer Networks 6

Multiplex-metoder Flera logiska kanaler på samma medium § FDM = Frequency Division Multiplex = frekvensdelning (Flera frekvenskanaler) § TDM = Time Division Multiplex = Tidsdelning. (Cykliskt återkommande tidluckor i en ram) § Statistisk multiplex. (Paketförmedling. ) Spring 2006 Computer Networks 7

Krets- och paketförmedling Kretskoppling § § § Exempel: § Telefonnätet. § ISDN=Integrated Service Digital Network, § Ursprunglig GSM. Förbindelseorienterat. Frekvensdelnings- (FDMA) eller tidsdelningsmultiplex (TDMA). Paketförmedling § § § Exempel: § Internet (IP) § X. 25 § ATM § LAN, WLAN § Mobilsystemens GPRS-tjänst. Förbindelsefritt (IP) eller förbindelseorienterat (X. 25, frame relay och ATM) Statistisk multiplex. + Bra för realtidskommunikation dvs + Bra för asynkrona tjänster, t. ex. för synkrona tjänster, t. ex. telefonsamtal och filöverföring och e-post. videokonferenser. + Hög maximal datahastighet + Konstant tidsfördröjning. + Effektivt utnyttjande av kapaciteten. . - Låg datahastighet (bit per sekund) för varje + Det blir aldrig upptaget. användare. Tidsfördröjningen blir lång och Begränsat antal samtidiga användare datahastigheten låg vid många användare. (kanaler). Övriga får upptaget eller spärr. Det tar tid att koppla upp. Spring 2006 Computer Networks Oanvänd kapacitet mellan dataöverföringar. 8

Figure 1. 18 a) Unicast communication modes Spring 2006 Computer Networks 9

Figure 1. 18 b) Broadcasting c) Multicasting Spring 2006 Computer Networks 10

Amount of information - - Think about a number between 0 and 15. I am now going to guess it using as few yes and no questions as possible. I start by asking: Is the number larger than or equal to 8? Yes Is the it larger than or equal to 12? (The interval is successively divided by 2. ) No. Is the number larger than or equal to 10? Yes Is the number larger than or equal to 9? Yes. The amount of information you give me when you tell me that the number is 9 is 4 bits, because the amount of information in bits is the minimum number of yes and no questions that are required. We had 16 options, which is = 24 = 2· 2· 2· 2, corresponding to 4 bits. If the number of options was 32 = 25 , it would require 5 bits. If yes is represented by the binary digit ” 1”, and no by ” 0”, the value in the above example can be represented by 1 0 1 1. Spring 2006 Computer Networks 11

Bits and Bytes § N bit can represent M=2 N different values. § M values can be represented by N = 2 log M =log M / log 2 values § Example: The N=7 bit ASCII character code consists of M=128 codes. § 8 bits = 1 byte (a unit for measuring amount of data) § 1 kbit = 1000 bit (previously 1024 bit). § 1 Mbit = 1000 kbit (previously 1024 kbit). § 1 Gbit = 1000 Mbit. § 1 Tbit = 1000 Gbit. Spring 2006 Computer Networks 12

Data Representation § Text – using different codes § Each character is represented by certain number of bits § The number of bits in the code determins the number of different characters § ASCII (7 bits), Extended ASCII (8 bits), Unicode (16 bits), ISO (32 bits) § Numbers – Binary number system § Images – A matrix of pixels represented by bit patterns § Video – A combination of images § Audio – Digitized voice and music Spring 2006 Computer Networks 13

The Key Elements of a Protocol § Syntax § referes to the structure of data, meaning the order in which they are presented § Semantics § refferes to the meaning of each section of bits, how a particular pattern to be interpreted and which action should be taken based on the interpretation § Timing § refferes to when data should be sent and how fast they can be sent Spring 2006 Computer Networks 14

Standards § Standards provide guidelines to the manufacturers, vendors, goverment agencies and other service providers to ensure connectivity between different entities § Development of standards is a very slow process § Two types of standards: § De jure (by law) – legislated by an officially recognized body, for example IEEE or ETSI. § De facto (by fact) – that are actually implemented into the products) § propriatory (closed) § nonpropriatory (open) Spring 2006 Computer Networks 15

Some Standard Organizations § ITU: International Telecommunication Union § CCITT: International Telegraph and Telephone Consultative Committee § ISO: International Standards Organization § IEEE: Institute of Electrical and Electronic Engineering § IRTF: Internet Research Task Force § IETF: Internet Engineering Task Force Spring 2006 Computer Networks 16

Direction of Data Flow § Simplex channel § The transmission is only in one direction § Half-duplex channel § The transmission is in both directions, but only one at a time (both directions cannot be used at the same time) § Duplex channel § The transmission is in both directions without limitation Spring 2006 Computer Networks 17

Figure 1. 2 Simplex Example: Video monitor. TV and radio broadcasting. Spring 2006 Computer Networks 18

Figure 1. 3 Half-duplex Example: Communication radio. 2 -wire Ethernet. Spring 2006 Computer Networks 19

Figure 1. 4 Full-duplex Example: Telephony. 4 -wire Ethernet. Spring 2006 Computer Networks 20

Different Line Configurations § Point-to-point § Two devices on a single channel (dedicated channel) § Multipoint § Many devices on a single channel (shared channel) Spring 2006 Computer Networks Example: Bus network Wireless Network 21

Topology of Networks § Topology defines the arrangement of links in a network Topology Partial Mesh Spring 2006 Full Mesh Star Computer Networks Bus Ring 22

Figure 1. 9 Star topology or switch Spring 2006 Computer Networks 23

Figure 1. 10 Spring 2006 Bus topology Computer Networks 24

Figure 1. 11 Spring 2006 Ring topology Computer Networks 25

LAN, MAN och WAN Lokalt nätverk Spring 2006 Stadsnät Computer Networks Globalt nätverk 26

Computer Networks Classification 0. 1 m 1 m 100 m 1 km Circuit board System Room Data flow machine Multicomputer Building Campus Local area Network (LAN) 10 km 100 km City Country Metropolitan Area Network (MAN) 1000 km Continent 10, 000 km Spring 2006 Planet Wide Area Network (WAN) The Internet Computer Networks 27

Nättopologier för WAN Växlat WAN (stjärnnät) Hopkopplade LAN och WAN = internetwork T. ex. Internet. T. ex. X. 25 eller ATM Nätnoder: Växel. Kopplar ihop punkt-till-punkt-länkar. Datorer, terminaler, skrivare, etc. Spring 2006 Router=vägväljare, kopplar ihop nätverk med olika teknologier. Computer Networks 28

Internetworking Concept and Model § The goal is to build a unified, cooperative interconnection of networks that supports a universal communication service § Detaches the notions of communication from the details of network technologies, and hides low level details from the user § Provides a mechanism that delivers packet from their source to their ultimate destination in real time Spring 2006 Computer Networks 29

The Internet Today § Communication is possible by using a common Internet protocol that glues different networks. § Internet emerged from the academic community and therefore has no central governance so far. Spring 2006 Computer Networks 30

The internet versus the Internet § Internetwork or internet (small ”i”) – generic term to mean an interconnection of networks § Internet (Uppercase I) – the specific worldwide network that uses the IP protocol (Internet protocol) Spring 2006 Computer Networks 31

Punkt-till-punkt-förbindelser Nivå 7 Nivå 6 Mikrofon Högtalare Källkodning Nivå 1 Källavkodning 0110 Felhantering Nivå 2 Digitalisering, komprimering NACK 0110010 0110 Lägger till felrättande eller felupptäckande kod, t. ex. checksumma. Felupptäckt och omsändning, eller felrättning Felhantering 0100010 Flödesstyrning Buffert Handskakning Flödesstyrning Modulation Elektrisk representation Demodulation Spring 2006 Computer Networks 0110010 Bitfel 32

Punkt-till-punkt-förbindelser Nivå 7 Nivå 6 Mikrofon Högtalare Källkodning Nivå 1 Källavkodning 0110 Felhantering Nivå 2 Digitalisering, komprimering NACK 0110010 0110 Lägger till felrättande eller felupptäckande kod, t. ex. checksumma. Felupptäckt och omsändning, eller felrättning Felhantering 0100010 Flödesstyrning Buffert Handskakning Flödesstyrning Modulation Elektrisk representation Demodulation Spring 2006 Computer Networks 0110010 Bitfel 33

OSI: s referensmodell Motsv Internet-protokoll: SMTP, HTTP TCP IP Ethernet Spring 2006 Computer Networks 34

Spring 2006 Computer Networks 35

FIgure 5. 2 a) Evolution of the TCP/IP reference model Spring 2006 Computer Networks 36

Figure 5. 14: Common protocols Spring 2006 Computer Networks 37

Figure 5. 2 b) Application of the TCP/IP reference model Spring 2006 Computer Networks 38

Spring 2006 Computer Networks 39

Figure 5. 3 a) Protocol layer interactions Spring 2006 Computer Networks 40

Figure 5. 2 b) End-to-end communications Spring 2006 Computer Networks 41