Multimedie och kommunikationssystem lektion 2 Forts TCPIPmodellen Kategorier

Multimedie- och kommunikationssystem, lektion 2 Forts TCP/IP-modellen Kategorier av nätverk och tjänster Kvalitetsmått

Figure 2. 2 TCP, UDP IP Ethernet Internet layers

Figure 2. 4 An exchange using the Internet model

Lager 1 Det fysiska lagret ansvarar för transmission av enskilda databitar från en nod till nästa. Detta kan innefatta: • Kontakter • Elektriska nivåer • Modulation • Multiplextekniker • Bitsynkronisering • Kretskoppling Exempel: RS 232.

Lager 2 Datalänklagret är protokoll för transmission av ramar (frames) från en nod till nästa. Detta kan innefatta: • Fleraccessprotokoll (multiple access control=MAC) för att undvika kollisioner • Adressering inom LAN: et/länken (nätverkskortens fysiska MAC-adresser eller nivå 2 -adress). • Felhantering (t. ex. vid trådlös kommunikation eller telefonnätsmodem) Exempel: Ethernet ligger på lager 1 och 2.

Figure 2. 8 Example 1 I Figure 2. 8 sänder en nod med fysisk adress 10 en ram (dvs ett paket på nivå 2) till en nod med fysisk adress 87. De två noderna är förbundna med en länk. Ramens huvud (header H 2) innehåller bl. a. avsändarens och mottagarens fysiska adress. Ibland används en svans (trailer T 2) som innehåller felrättande och/eller felupptäckande kod.

Lager 3 Nätverkslagret ansvarar för vidareförmedling av paket “end-to-end”, dvs via kedjan av datalänkar från den ursprungliga källan till den slutliga destinationen. Detta innefattar WANadressering (t. ex. IP-adresser) och routingprotokoll. Exempel: IP-protokollet.

Figure 2. 11 Example 2 I figur 2. 11 vill vi sända data från en nod med logisk nätverksadress (IP-adress) A och fysisk adress 10 till en nod med IP-adress P och fysisk adress 95. De två enheterna befinner sig i olika LAN. Därför kan vi inte enbart använda deras fysiska adress. Den fysiska adressen kan enbart användas vid kommunikation inom ett LAN. De två routrarna förstår av IPadressen vilken väg paketen ska vidareförmedlas, och ändrar paketets fysiska adressering.

Lager 4 Transportlagret ansvarar för leverans av meddelanden “end-to-end”, från en process på avsändardatorn till en process på mottagardatorn. Detta kan innefatta: • portnummer, • virtuell kretskoppling, dvs flödesstyrning, felkontroll, segmentnumrering, omsändning, ordning av segment. (TCP-protokollet. Ej UDPprotokollet. )

Figure 2. 14 Example 3

Example 3 Figur 2. 14 exemplifierar transportlagret (UDPprotokollet). Data som kommer från högre lager förses med en TCP-header, som innehåller portnummer j och k. Avsändarprocessens portnummer är j och mottagarprocessens portnummer är k. Eftersom meddelandets storlek är större än nätverkslagret kan hantera, delas datat i två segment (två paket). Nätverkslagret lägger till nätverksadresserna (A och P) till varje paket.

Lager 5: Applikationslagret är kommunikationsprotokoll för att tillhandahålla en komplett kommunikationstjänst till slutanvändaren. Exempel: • HTTP för web • FTP för filöverföring. • SMTP och POP 3 för Internet e-post

Figure 2. 16 Summary of duties

Datakommunikationstjänster Klassiska LAN-tjänster q Fjärrinloggning q Skrivardelning q Fildelning q Databasservrar och andra applikationsservrar q Säkerhet (inloggning, mm) q Central övervakning och drift. WAN-tjänster q E-post q Filöverföring q Www q Konferenssystem

Kategorisering av tjänster och protokoll Connection oriented = uppkopplade eller fasta Connectionless = förbindelsefri. Varje meddelande kan gå olika väg, och komma fram i olika ordningsföljd. Reliable = tillförlitliga Kvitterade T. ex. TCP, Telnet, FTP T. ex. E-post, rekommederade brev. Unreliable Okvitterade T. ex. ATM, telefoni. Datagram T. ex. IP och UDP

Synkron och asynkron seriekommunikation q Asynkron kommunikation: Startbitar och stoppbitar och eventuell paus mellan varje ord. Ordlängden är vanligen 7 eller 8 bitar. Ofta har man en udda eller jämn paritetsbit efter varje ord. Exempel är RS 232 = EIE 232 = V. 24. + Fördel: Enkel teknik. - Nackdel: Bandbredd ”slösas” på start- och stoppbitar. q Synkron seriekommunikation: Antingen separat ledning med bitsynkroniseringssignal, eller så sänder man långa block eller ramar av bitar, som innehåller ramsynkronisering och bitsynkronisering.

Quality of Service (Qo. S) Kvalitetsmått (service quality measures): q Datahastighet (bit rate) q Felsannolikhet (bit error rate, block error rate) q Tidsfördröjning (delay) q Jitter (=delay variation) Med tekniker för garanterad Qo. S kan man bl. a. göra så att paketförmedlande nät får liknande egenskaper som kretskopplade nät, och därmed kan användas för realtidstjänster.

Fig 1. 22 b) Buffert för att bekämpa jitter (=delay variation)

Delay och jitter vid paketförmedling

Example 1. 2: Propagation delay

Answer

Exempel 1. 3: Behov av buffertminne

Blockfelssannolikhet och bitfelssannolikhet där PB är blockfelssannolikhet, N är antal databitar per block och P är bitfelssannolikhet (Bit Error Rate, BER).

Example 1. 1

Answer

Växelspänning Periodtid T = t 2 - t 1. Enhet: s. Frekvens f = 1/T. Enhet: 1/s=Hz. T=1/f. Amplitud Û. Enhet: Volt. Fasläge: 0 i ovanstående exempel. Enhet: Grader eller radianer.

Figure 3. 6 Sine wave examples (continued)

Figure 3. 7 Time and frequency domains (continued)

Figure 3. 7 Time and frequency domains

Frekvenskomponenter i en periodisk signal

Figure 3. 9 Three harmonics

Figure 3. 10 Adding first three harmonics

Figure 3. 11 Frequency spectrum comparison

Effekten av begränsad bandbredd.

Figure 3. 23 Distortion

Figure 6. 7: Distorsion

Example 3 If a periodic signal is decomposed into five sine waves with frequencies of 100, 300, 500, 700, and 900 Hz, what is the bandwidth? Draw the spectrum, assuming all components have a maximum amplitude of 10 V. Solution B = fh - fl = 900 - 100 = 800 Hz The spectrum has only five spikes, at 100, 300, 500, 700, and 900 (see Figure 13. 4 )

Bandbredd = övre gränsfrekvens – undre gränsfrekvens

Figure 3. 14 Example 3

PCM = Pulse Code Modulation = Digitalisering av analoga signaler och seriell överföring Sifferexempel från PSTN = publika telefonnätet: 011011010001. . . 1 0 Antivikningsfilter Sampler AD-omvandlare med seriell utsignal DAomvandlare Interpolationsfilter Högtalare Mikrofon 34004000 Hz filter 8000 sampels per sek 8 bit per sampel dvs 64000 bps per tfnsamtal 28 = 256 spänningsnivåer

Sampling och kvantisering

Vikningsdistorsion (aliasin)

Samplingsteoremet f < fs/2 q Den högsta frekvens som kan samplas är halva samplingsfrekvensen. q Om man samplar högre frekvens än fs/2 så byter signalen frekvens, dvs det uppstår vikningsdistorsion (aliasing). q För att undvika vikningsdistorsion så har man ett anti-vikningsfilter innan samplingen, som tar bort frekvenser över halva samplingsfrekvensen. q Interpolationsfiltret används vid rekonstruktion av den digitala signalen för att ”gissa” värden mellan samplen. q Ett ideal interpolationsfilter skulle kunna återskapa den samplade signalen perfekt om den uppfyller samplingsteoremet. I verkligheten finns inga ideala filter. q Följdregel: Nyqvist’s sats säger att max datahastighet = 2 B 2 log M, där M är antal nivåer, och B är signalens bandbredd, oftast lika med signalens övre gränsfrekvens.

Kvantiseringsdistorsion

Att digitalisera bilder Exempel: Rastergrafikrepresentation, dvs. bitmappade bilder. 2 nyanser kräver 1 bit per pixel. Totalt krävs 5 · 5 pixels · 1 bit per pixel = 25 bit per bild.

Exempel: Beräkna informationsmängden. 13 x 15 pixels och 256 färger 206 x 233 pixels och 16 färger 13 x 15 x 8 bit = 1560 bit bitmappad bild 206 x 233 x 4 bit = 192000 bit bitmappad bild 206 x 233 pixels och 256 färger 206 x 233 x 8 bit = 384000 bit bitmappad bild

Att komprimera bilder q Vanliga filformat för stillbilder: (Vårt exempel: 50 kbyte. ) m BMP = Bitmapp. m GIF = Graphical Interchange Format –(Vårt exempel: 28 k. Byte. ) m JPEG = Joint Photographics Expert Group. 8, 3 k. Byte vid 25% distorsion 2, 0 k. Byte vid 95% distorsion