Transcript TCP/IP
CPE 426 Computer Networks Week 1: Introduction Review 1: Data Communications Course Outlines ดูใน Sheet สามารถ Download ได้ http://cpe.rsu.ac.th/ut TOPICS 1. Communication/NW Model 2. Communication Protocols OSI and TCP/IP Ch.5.1-5.5 Ch.1.1-1.10 3. Communication/NW Topology Ch. 13.8 TOPICS 4. Signal/Power/Loss 5. Data Coding(Line Coding) Ch.6.1-6.10 Ch.6.11-6.20 6. Trasmission Media/Noise/Channel Capacity Ch.7.1-7.10 & 7.20-7.22 TOPICS 7. Multiplexing & DSL 8. Asynchronous Communication Ch.11.1-11.3 & 12.1-12.7 Ch.9.1-9.8 9. Synchronous Communication Ch.9.9-9.13 TOPICS 10. Flow Control/Error Control/ARQ 11. Circuit vs Packet Switching NW Ch. 8.12-8.15 Ch. 3.1-3.5 % 13.1-13.5 ALSO Reference From CPE 326 (Stalling Book) ื่ สาร ประกอบด้วย 2 Entity การสอ Sender = Source ผูส้ ่ ง หรื อแหล่งกำเนิดข้อมูล Transmitter DATA Destination ผูร้ ับ หรื อ ปลำยทำงข้อมูล Receiver Signal = สัญญำณ Transmission Medium DATA Data comm.Model มี 5 สว่ น Sender = Source ผูส้ ่ ง หรื อแหล่งกำเนิดข้อมูล Transmitter DATA ABC… Receiver Signal = สัญญำณ DATA Transmission Medium 01011… Plus Error 01011… File: ABCD… Data Coding/Compression (ASCII, EBCDIC/ZIP) 010110001101…. Destination ผูร้ ับ หรื อ ปลำยทำงข้อมูล Wire/Wireless Loss and Noise Line Coding/Modulation Plus Multiplexing Decodine/Demodulation Demultiplexing ABC… ADC… ASCII Code American Standard Code for Information Interchange ASCII includes definitions for 128 characters: 33 are non-printing control characters (now mostly obsolete) that affect how text and space is processed; 94 are printable characters, and the space is considered an invisible graphic. The most commonly used character encoding on the World Wide Web was US-ASCII until December 2007, when it was surpassed by UTF-8 ื่ สาร Mode ของการสอ Data Communication Model ที่ ้ าหร ับการสอ ื่ สารสองคน กล่าวถึงใชส ถ ้ามีวงจรรับและสง่ แยกจากกัน โดยใช ้ Transmission Medium คนละตัว Simplex ถ ้าใช ้ Transmission อันเดียวกัน Duplex ื่ สารสองทางได ้พร ้อมกัน ถ ้าสอ Full-Duplex ื่ สารสองทางไม่พร ้อมกัน ถ ้าสอ Half-Duplex Simplex บางครงเรี ั้ ยก 4-wire Duplex Source Tx Rx Destination Tx Source Transmission Medium Destination Rx Transmission Medium Duplex Source Tx Destination Rx Transmission Medium Rx Destination Tx Source Half-Duplex Destination Source Tx/Rx Destination Tx/Rx Transmission Medium Full-Duplex Source ื่ สารมากกว่า 2 คน ถ้าเราต้องการสอ ใชว้ งจร(Duplex)ด ังกล่าวตามจานวนคู่ ื่ สาร = Full Mesh Topology ของการสอ B C A D F E จานวนวงจร = n(n-1)/2 =O(n2) ราคาแพงมากถ ้า n มีคา่ สูง = O(n2) ื่ มต่อของอุปกรณ์ตา่ งๆเข้าด้วยก ัน Topology ในภาษา Network คือรูปแบบการเชอ วิธแ ี ก้คอ ื Share Medium และทา Multiple Access Control ใน LAN จะใช ้ Topology 3 แบบทีส ่ าค ัญ Bus (และ Tree), Ring, Star hub วิธแ ี ก้คอ ื Share Medium และทา Multiple Access Control ใน WAN ม ักจะเป็น Partial Mesh Medium จัดได ้ว่าเป็ น Statistical Time Division Multiplexing แบบหนึง่ C A Intermediate Node = Switching/Routing Node D B End Node E H G F การ Share Medium ต้องมีการควบคุม = Medium Access Control ื่ หรือ Address End Node จะต้องมีการกาหนดชอ สาหร ับอ้างอิง หรือกาหนด Circuit Number ้ มายเลขอ้างอิงด ังกล่าว Intermediate Node จะใชห ิ ใจสง ่ ข้อมูลต่อออกไป(Forwarding) ในการต ัดสน ด ังนน ั้ 1. Data ทีส ่ ง่ จะต ้องแปะสว่ นหัว (Header) ด ้วยข ้อมูลต่างๆของ Address และการ Control เราเรียกว่าเป็ นการทา Encapsulation ผลลัพธ์ทไี่ ด ้เรียกว่า Frame 2. ทีส ่ ว่ นท ้ายของ Frame จะมีการต่อด ้วยข ้อมูลชว่ ยตรวจจับความ ผิดพลาด (Error Detection) มักจะเป็ น CRC Code เรียก Frame Check Sequence(FCS) 3. ก่อนหน ้าสว่ น Header และหลัง FCS อาจจะมีการเติมบิตสาหรับ ชว่ ยตรวจจับหัวและท ้ายของ Frame (Frame Delimiter: Preamble/Post-amble) 4. สาคัญทีส ่ ด ุ ต ้องมีการกาหนดกฎเกณฑ์ตา่ งๆเหล่านีใ้ ห ้เป็ น ื่ สาร มาตรฐาน คือกาหนดเป็ น Protocol ของการสอ LAN vs WAN Technologies ้ าร Share Medium แบบ Contention LAN ม ักจะใชก ด ังนนจะต้ ั้ องมีขบวนการควบคุมการทา Multiple Access ่ ก ัน แต่ม ักจะใชว้ ธ WAN จะ Share Medium เชน ิ ข ี อง Synchronous Multiplexing (TDM) ใน Circuit Switching Networkหรือ Statistical Multiplexing (ใชใ้ น Packet Switching Network) Topology ทีเ่ หมาะสมคือ Bus, Ring, Star Topology ทีเ่ หมาะสมคือ Mesh Network และมักจะเป็ น Partial Mesh Internetworking Technologies ม ักจะถูกใชใ้ นการ ื่ มต่อระหว่าง LAN ผ่าน WAN Network เชอ ทีน ่ ย ิ มคือ Internet (IP Network) Protocol and Protocol Architecture ื่ สาร Protocol เป็นต ัวกาหนดกฏเกณฑ์สาหร ับการสอ ื่ สารจะทา ถ้ากาหนดเป็นมาตรฐาน หรือ Standard การสอ ได้งา ่ ยระหว่างอุปกรณ์ทต ี่ า ่ งก ัน ประกอบด้วย Syntax Semantics Data formats = รูปแบบของข ้อมูล, เฟรม, การเข ้ารหัส ั ญาณทีแ Signal levels=ลักษณะของสญ ่ ทนข ้อมูล ื่ สาร Control information=การควบคุมการสอ Error handling=การจัดการกับ Error Timing Speed matching=กาหนดอัตราการสง่ Sequencing=กาหนดลาดับของข ้อมูล Protocol Architecture (Protocol Stack) ื่ สารเป็นเรือ เนือ ่ งจากการสอ ่ งที่ ั อ ้ น เราแบ่งการสอ ื่ สารทงหมด สล ับซบซ ั้ ออกเป็น Module แต่ละ Module มีหน้าทีเ่ ฉพาะของม ัน ื่ สารระหว่าง แต่ละ Module จะมีการสอ Module อืน ่ แต่ละ Module มี Protocol กาก ับ ั้ เรียก Protocol ปกติจะแบ่งเป็นลาด ับชน Stack หรือ Protocol Architecture Protocol Architecture (Protocol Stack) Protocol Architecture ทีเ่ ป็นมาตรฐาน มีสองอ ัน 7 Layer OSI Reference Model ของ ISO ้ ้ น Reference ปั จจุบน ั ไม่ได ้ใชงานจริ ง แต่ใชเป็ ั้ TCP/IP Protocol Suite (มี 5 ชน) ื่ สารเกือบจะทัง้ หมด การสอ มาตรฐานของ Internet 7 Layer OSI Reference Model 7 Layer Layer 1: Physical Layer Layer 2: Data Link Layer ื่ มต่อผ่าน Physical Medium รับผิดชอบ ทาหน ้าทีเ่ ชอ ั ญาณ เรือ แปลงบิตเป็ นสญ ่ งของการ Interface, สายนา ั ญาณ ,มองเห็นข ้อมูลในลักษณะ Bit Stream สญ ื่ สารผ่าน ประกอบข ้อมูลเป็ น Frame, รับผิดชอบในการสอ แต่ละ Link ทา Error Control, Flow Control ผ่าน Link Layer 3: Network Layer รับผิดชอบในการสง่ ข ้อมูลผ่าน Network, หาทิศทาง ื่ มต่อกับ Layer บนเข ้ากับ Network หลายๆ ข ้อมูล, เชอ แบบ มองเห็นข ้อมูลในลักษณะ Packet 7 Layer Layer 4: Transport Layer รับผิดชอบการสง่ ข ้อมูลให ้ถูกต ้องจากต ้นทางถึง ปลายทาง(End-to-End), จัดการในเรือ ่ ง Error และ Flow Control ในระดับต ้นทางถึงปลายทาง ข ้อมูลทีส ่ ง่ จะถูกแบ่งเป็ น Segment Layer 5: Session Layer ื่ มต่อ(Connection) ทาหน ้าทีจ ่ ัดตัง้ ดูแล การเชอ ระหว่าง Applicationต ้นทางและปลายทาง แบ่ง ื่ มต่อสอ ื่ สารออกเป็ น Session การเชอ 7 Layer Layer 6: Presentation Layer รับผิดชอบในเรือ ่ งรูปแบบและ Format ของ ข ้อมูล การทา Encryption รวมถึงการทา Data ื่ สารได ้ Compression ให ้อยูใ่ นรูปแบบทีส ่ อ Layer 7: Application Layer ื่ มต่อกับ Application และผู ้ใช ้ ทาหน ้าทีเ่ ชอ OSI Environment ื่ มต่อผ่าน Router การเชอ TCP/IP Protocol Architecture Developed by the US Defense Advanced Research Project Agency (DARPA) for its packet switched network (ARPANET) Used by the global Internet No official model but a working one. Application layer Host to host or transport layer Internet layer Network access layer Physical layer TCP/IP Protocol Architecture Application INTERNET Transport Layer Internet Layer Network Access Physical Physical Layer Physical interface between data transmission device (e.g. computer) and transmission medium or network Characteristics of transmission medium Signal levels Data rates etc. Network Access Layer Exchange of data between end system and network Destination address provision Invoking services like priority ปกติมาตรฐานของ TCP/IP จะไม่ ครอบคลุมถึง Layer 1-2 ทวไปเราน ่ั า TCP/IP เป็น WAN และวาง บน LAN คือ Ethernet Internet Layer (IP) Systems may be attached to different networks Routing functions across multiple networks Implemented in end systems and routers คือ IP Protocol มีการทางานแบบ Datagram Transport Layer (TCP) Reliable delivery of data Ordering of delivery ทีส ่ าค ัญมี 2 Protocol TCP = Transport Control Protocol Connection Oriented Guarantee Delivery UDP = User Datagram Protocol Connectionless Best Effort Application Layer Support for user applications e.g. http, SMPT TCP/IP VS OSI Application Software NOS = Window NIC + Driver Physical Link ื่ มต่อด้วย TCP/IP รูปแบบการเชอ Addressing ใน TCP/IP TCP Port หรือ UDP Port = 16 Bit IP Address, IPv4 = 32 Bit หมายเลข เครือ ่ ง และหมายเลข Network Physical Hardware Address ถ ้าใช ้ TCP/IP บน Ethernet LAN อันนีค ้ อ ื Address ของ NIC หรือ MAC Address = 48 Bit PDU = Protocol Data Unit TCP Segment IP Packet / IP Datagram Frame Protocol ทีส ่ าค ัญของ TCP/IP Standard LAN: WAN IEEE 802 Ethernet IEEE 802.3 มียอ ่ ยอีกหลายตัว WLAN IEEE 802.11, 802.11b, 802.11g, 802.11n,802.11i PAN-Bluetooth IEEE 802.15 www.ieee.org มีหลายตัว ทีส ่ าคัญมักจะถูกดูแลโดย OSI (ITU) TCP/IP RFC = Request for Comments มีประมาณ 4000 RFCs www.faqs.org/rfcs Physical Layer Basics Signal, Power, Noise ื่ สาร Bandwidth ทีใ่ ชใ้ นการสอ Channel Capacity NyQuist Shannon SNR, Eb/No BER Signal, Power และ Loss ิ ค์ ข้อมูลจะต้องเปลีย ่ นให้อยูใ่ นรูปแบบทางฟิ สก ่ ผ่าน Medium ได้ ทีส ่ ามารถสง Medium Copper Wire = Electrical Signal Medium Air/Vacuum = Radio Signal or Microwave or LASER Medium Fiber Optic = Light or LASER ่ ได้ขน ระยะทางทีส ่ ามารถสง ึ้ อยูก ่ ับกาล ังของ ั สญญาณ(dBW, dBm) ่ ข้อมูลจะขึน ้ ก ับค่า SNR(dB) หรือ อ ัตราการสง ค่า Eb/No(dB) ้ น่วย Decibel ทาไมต้องใชห กาลัง (W) คานวณค่า Power ทีจ ่ ด ุ ต่างๆ ยาก 0 ระยะทาง กาลัง (dBW) 0 ้ คานวณจากสมการเสนตรง คือใชบั้ ญญัตไิ ตรยางค์ ระยะทาง การคานวณ แปลง dB: กาหนด Power ทีต ่ น ้ ทาง และอ ัตราค่า Loss(dB) ของ Medium สามารถหา Power ทีจ ่ ด ุ ใดๆใน Medium ได้ จาก P(dBW) = 10log(P(W)) P(dBm) = 10log(P(mW)) Power (dB) = Power ต ้นทาง(dB)- Loss ใน Medium (dB) แปลง dB กลับเป็ นค่า Power(Absolute) โดยใช ้ Inverse Log หน่วย dB ของ Power จะมี dBW และ dBm หน่วย dB ของ Loss/Gain จะเป็ น dB เท่านัน ้ ถ้ามีการขยาย หรือ Gain จะนาค่า Gain (dB) ไปบวก ก ับค่า Power (dB) ต ัวอย่าง ั ่ ไปในสายทีม สญญาณ 5 W สง ่ ค ี า่ Loss ั 4 dB ต่อ 100 เมตร จงหาค่าสญญาณใน สายทีจ ่ ด ุ 750 เมตร Power ต ้นทาง = 10log5 = 6.9897 dBW Loss ในสายเท่ากับ 4x750/100 = 30 dB ั ญาณทีจ สญ ่ ด ุ 750 เมตร = 6.9897-30 = -23.0103 dBW แปลงกลับเป็ นหน่วย Watt : P(W) = 10(-23.0103/10) = 5x10-3 W = 5mW Exercise ไปคิดเอง 6W จงหาค่า Power ทีป ่ ลายสาย 620 m Gain = 50 dB Loss = 3 dB/100 m 1.5 km Loss = 4 dB/100 m Gain = 45 dB 480 m Loss = 3 dB/100 m P=?W Transmission Impairment ั ่ สญญาณ เป็นต ัวข ัดขวางการสง Attenuation (Loss) Distortion Delay Distortion Noise Crosstalk Thermal Noise Shot Noise Noise from Environment Delay Distortion Only in guided media Propagation velocity varies with frequency Noise (1) Additional signals inserted between transmitter and receiver Thermal Due to thermal agitation of electrons Uniformly distributed White noise Intermodulation Signals that are the sum and difference of original frequencies sharing a medium Noise (2) Crosstalk A signal from one line is picked up by another Impulse Irregular pulses or spikes e.g. External electromagnetic interference Short duration High amplitude Thermal Noise, Thermal Equivalent, Effective Noise Temperature ่ ั ของ Molecule(Electron, Proton) เป็น เกิดจากการสน คลืน ่ แม่เหล็กไฟฟ้ารบกวน สสารทีอ ่ ณ ุ หภูมส ิ ง ู กว่า ศูนย์องศาสมบูรณ์(0 degree Kelvin = -273.16 degree Celcius), แปรผ ันโดยตรง เป็น White Noise, Gaussian Noise ด ังนน ั้ Noise Power Density, N0 T N0 kT (Degree Kelvin) เนือ ่ งจากเป็น White Noise, จะมี Density เท่าก ันทุก ความถี่ ่ ก ัน แต่ Noise จะถูกจาก ัดที่ Bandwidth ของระบบเชน ด ังนน ั้ Noise Power, N N0 B kTB k Boltzman's Constant 1.380310-23W / Hz Ex. ที่ Room Temp.(25 C) N0 1.38031023 298 4.1131021W / Hz 203.86dBW / Hz Channel Capacity Data rate Bandwidth In bits per second Rate at which data can be communicated In cycles per second of Hertz Constrained by transmitter and medium NyQuist Bandwidth and Shannon Channel Capacity NyQuist Bandwidth If rate of signal transmission is 2B then signal with frequencies no greater than B is sufficient to carry signal rate Given bandwidth B, highest signal rate is 2B Given binary signal, data rate supported by B Hz is 2B bps Can be increased by using M signal levels C = 2B for Binary Signal(M=2), Baud Rate=Bit Rate C= 2B log2M ( M-ary Signal ), Baud Rate = R/log2M In case of No Noise C can be increased by increasing M Shannon Capacity Formula Consider data rate, noise and error rate Faster data rate shortens each bit so burst of noise affects more bits At given noise level, high data rate means higher error rate Signal to noise ratio (in decibels, dB) SNRdb=10 log10 (signal power/noise power) Capacity C=B log2(1+SNR), Shannon channel capacity, SNR is not in dB This is error free capacity Digital data rate and error rate ในระบบ Analog Communication ทีเ่ ราสนใจคือ SNR ั เพราะแสดงถึงคุณภาพของสญญาณ ในระบบ Digital Communication เราสนใจ Data Rate ่ ได้ และ Error Rate ทีเ่ กิดขึน ้ เพราะมีผลต่อ ทีส ่ ง ิ ธิภาพของระบบ ประสท ด ังนน ั้ SNR จะไม่บอกทงหมดใน ั้ Digital System เราต้อง หาต ัวว ัดต ัวอืน ่ ้ อ ทีใ่ ชค ื Energy Per Bit/ Noise Energy(Eb/No) Eb S / R, N0 kT , Eb / N0 S / kTR S / N B / R S Eb / N0 (dB) 10log10 [ kTR ] 10log10 [ NS BR ] SNR(dB) 10log10 [R / B] ั ันธ์ก ับ BER(Bit Error Rate) ในแต่ละระบบ ค่านี้ สมพ B เท่าเดิม แต่เพิม ่ R เราเพิม ่ Bandwidth Efficiency แต่ ้ จะลด Eb/No ทาให้ BER เพิม ่ ขึน BER and Eb/No สรุปสูตรการคานวณ Power in dBw = 10log10 (Power in watt) Power in dBm = 10log10 ( power in mw) Signal-to-Noise Ratio = power of signal/power of noise S 10 log SNR(dB)= 10 N NyQuist Rate, C 2B log2 M Shannon Channel Capacity, C 2B log2 [1 S / N ] Thermal Noise(Thermal Equivalent) Noise Energy, N0 kT , k Boltzman' sconstant 1.38031023 J / K Noise Power, N N0 B kTB Eb / N 0 S/R S S B . , Eb / N 0 (dB) SNR(dB) 10log10 ( R / B) N0 kTR N R Examples (ให้อา ่ นเอง) 1. เครือ ่ งร ับมีคา ่ Effective Noise Temperature เท่าก ับ 100 องศาเคลวิน และมี Bandwidth = 10 MHz จงคานวณหาค่า Thermal Noise เป็น dBW ื่ สารกระทาที่ Spectrum ระหว่าง 3 2. ระบบการสอ MHz และ 4 MHz และมีคา่ SNR 24 dB จงหาว่า ่ Data ในอ ัตราได้สง ้ ามารถสง ระบบนีส ู ทีส ่ ด ุ เท่าไร ั ่ สญญาณเป และในกรณีนต ี้ อ ้ งสง ็ นกีร่ ะด ับ 3. ในระบบ BPSK(Binary Phase Shift Keying) ต้องการค่า Eb/No ไม่ตา ่ กว่า 8.4 dB เพือ ่ ให้คา ่ BER อยูต ่ า ่ กว่า 1/10000 ถ้าค่า Effective Noise Temperature ของระบบเท่าก ับ 290 K และ Data ่ เท่าก ับ 2400 bps จงคานวณหาระด ับ Rate ทีส ่ ง ั ของสญญาณที ต ่ อ ้ งการทีเ่ ครือ ่ งร ับ Example 1 1. เครือ ่ งร ับมีคา่ Effective Noise Temperature เท่าก ับ 100 องศาเคลวิน และมี Bandwidth = 10 MHz จงคานวณหาค่า Thermal Noise เป็น dBW N KTB 1.381023 37310106 5.1471014 W 10 log10 (5.1471014 ) dBW 132.88 dBW Example 2 ื่ สารกระทาที่ Spectrum ระหว่าง 3 2. ระบบการสอ MHz และ 4 MHz และมีคา ่ SNR 24 dB จงหาว่าระบบนี้ ่ Data ในอ ัตราได้สง สามารถสง ู ทีส ่ ด ุ เท่าไร และในกรณี ั ่ สญญาณเป ้ อ นีต ้ งสง ็ นกีร่ ะด ับ Shannon Channel Capacity, B=1 MHz, S / N 102.4 251.2 a) ดังนัน ้ C 106 log10 252.2 106 2.4017 8 Mbps log10 2 C B log2 (1 P / N ) 0.3010 จาก C 2B log2 M ( NyQuist Capacity) เราได ้ 8 106 2 106 log M 2 b) M 24 16 level Examples 3. ในระบบ BPSK(Binary Phase Shift Keying) ต้องการค่า Eb/No ไม่ตา ่ กว่า 8.4 dB เพือ ่ ให้คา่ BER อยูต ่ า ่ กว่า 1/10000 ถ้าค่า Effective Noise Temperature ของระบบเท่าก ับ 290 K และ Data ั ่ เท่าก ับ 2400 bps จงคานวณหาระด ับของสญญาณที Rate ทีส ่ ง ่ ต้องการทีเ่ ครือ ่ งร ับ Eb S (dB) 10 log10 ( ) 8.4 dB N0 kTR T 290, R 2400 S S 8.4 10 log10 ( ) 10 log 10 1.381023 290 2400 9.6 1018 10[log10 S log10 9.6 1018 ] 8.4 10 log10 S 8.4 10 log10 9.6 1018 8.4 170.2 161.8 161.8 dBW S 1016.18 6.6 1017 W Line Coding ่ Pulse เพือ การสง ่ ทีจ ่ ะแทน Data แต่ละ บิต Pulse 2 ระดับ = Binary Signal M-ary Signal จะใช ้ M ระดับ ข้อควรคานึง Average DC เป็ นศูนย์หรือไม่ Signal Transition มากเพียงพอ NRZ Biphase Biphase Manchester Transition in middle of each bit period Transition serves as clock and data Low to high represents one (ทีก ่ งึ่ กลาง Bit) High to low represents zero (ทีก ่ งึ่ กลาง Bit) Used by IEEE 802.3(Ethernet = 10 Mbps) Differential Manchester Midbit transition is clocking only Transition at start of a bit period represents zero No transition at start of a bit period represents one Note: this is a differential encoding scheme Used by IEEE 802.5(Token Ring) Bipolar-AMI+Scrambling Scrambling; B8ZS vs HDB3 Bipolar With 8 Zeros Substitution Based on bipolar-AMI If octet of all zeros and last voltage pulse preceding was positive, encode as 000+-0-+ If octet of all zeros and last voltage pulse preceding was negative, encode as 000-+0+Causes two violations of AMI code Unlikely to occur as a result of noise Receiver detects and interprets as octet of all zeros High Density Bipolar 3 Zeros Based on bipolar-AMI String of four zeros replaced with one or two pulses Voltage ก่อน หน้า จานวน ‘1’ คี่ จานวน ‘1’ คู่ - 000- +00+ + 000+ -00- Multiplexing ั ่ สญญาณได้ เป็นวิธก ี ารทีจ ่ ะสามารถสง หลายคู่ บน Transmission Medium เดียวก ัน FDM = Frequency Division Multiplexing ั ญาณแต่ละคูใ่ น Bandwidth (ชว่ งความถี)่ ต่างกัน สญ TDM = Time Division Multiplexing ั ญาณแต่ละคูส สญ ่ ง่ ทีเ่ วลาต่างกัน แบ่งเป็ น Synchronous TDM: แบ่งเวลาเป็ น Channel ตามจานวนคู่ คูห ่ นึง่ จะใช ้ Channel เบอร์ทก ี่ าหนดเท่านั น ้ ่ กัน แต่ไม่กาหนด คูใ่ ด Statistical TDM แบ่งเป็ น Channel เชน ต ้องการสง่ ข ้อมูลให ้จอง Channel เพือ ่ สง่ ดังนั น ้ ในการสง่ ข ้อมูล ครัง้ หนึง่ ๆ อาจจะใช ้ Channel แตกต่างกัน FDM vs TDM Statistical TDM Frame Formats Asymmetrical Digital Subscriber Line ADSL Link between subscriber and network Local loop Uses currently installed twisted pair cable Can carry broader spectrum 1 MHz or more ADSL Design Asymmetric Greater capacity downstream than upstream Frequency division multiplexing Lowest 25kHz for voice Plain old telephone service (POTS) Use echo cancellation or FDM to give two bands Use FDM within bands Range 5.5km ADSL Channel Configuration Discrete Multitone DMT Multiple carrier signals at different frequencies Some bits on each channel 4kHz subchannels Send test signal and use subchannels with better signal to noise ratio 256 downstream subchannels at 4kHz (60kbps) 15.36MHz Impairments bring this down to 1.5Mbps to 9Mbps DTM Bits Per Channel Allocation ่ ข้อมูล Digital Mode ของการสง Timing problems require a mechanism to synchronize the transmitter and receiver Two solutions Asynchronous Synchronous Asynchronous Communicaton Data transmitted on character at a time 5 to 8 bits Timing only needs maintaining within each character Resynchronize with each character Asynchronous (diagram) Asynchronous - Behavior In a steady stream, interval between characters is uniform (length of stop element) In idle state, receiver looks for transition 1 to 0 Then samples next seven intervals (char length) Then looks for next 1 to 0 for next char Simple Cheap Overhead of 2 or 3 bits per char (~20%) Good for data with large gaps (keyboard) Data Communications Interfacing Characteristics of Interface Mechanical Electrical Voltage, timing, encoding Functional Connection plugs Data, control, timing, grounding Procedural Sequence of events V.24/EIA-232-F ITU-T v.24 Only specifies functional and procedural References other standards for electrical and mechanical EIA-232-F (USA) RS-232 Mechanical ISO 2110 Electrical v.28 Functional v.24 Procedural v.24 Mechanical Specification Electrical Specification Digital signals Values interpreted as data or control, depending on circuit Less than -3v is binary 1, more than +3v is binary 0 (NRZ-L) Signal rate < 20kbps Distance <15m For control, Less than-3v is off, +3v is on 3-wire and 5-wire RS-232 A minimal "3-wire" RS-232 connection consisting only of transmit data, receive data, and ground, is commonly used when the full facilities of RS-232 are not required. Even a two-wire connection (data and ground) can be used if the data flow is one way (for example, a digital postal scale that periodically sends a weight reading, or a GPS receiver that periodically sends position, if no configuration via RS-232 is necessary). When only hardware flow control is required in addition to two-way data, the RTS and CTS lines are added in a 5-wire version. Null Modem: DTE to DTE RS-232-C Null Modem Cable (for Terminal/PC with 25pin Connector) RS-232-C Null Modem Cable (for Terminal/PC with 9-pin Connector) Null Modem Summary Null Modem Simple Null Modem without Handshaking Null Modem With Loop-Back Handshaking Null Modem With Partial Handshaking Null Modem With Full Handshaking Synchronous - Bit Level Block of data transmitted without start or stop bits Clocks must be synchronized Can use separate clock line Good over short distances Subject to impairments Embed clock signal in data Manchester encoding Carrier frequency (analog) Synchronous - Block Level Need to indicate start and end of block Use preamble and postamble e.g. series of SYN (hex 16) characters e.g. block of 11111111 patterns ending in 11111110 More efficient (lower overhead) than async Synchronous (diagram) Flow Control/Error Control ่ เราควบคุมการใหลข้อมูลเพือ ่ ไม่ให้ผส ู้ ง ่ ข้อมูลเกินกว่าผูร้ ับจะร ับได้ สง ั ญาณพร ้อมทีจ เมือ ่ สง่ ข ้อมูลแล ้ว ให ้รอสญ ่ ะรับ ข ้อมูลอันต่อไปจากผู ้รับ ้ ะใชร้ ว่ มก ับ Error ปกติ Mechanism นีจ Control โดยเมือ ่ มี Error จะใชว้ ธ ิ ก ี าร Retransmission เราเรียกรวมว่า ARQ = Automatic Repeat Request Model of Frame Transmission Stop and Wait Flow Control d T Efficiency = d/T x 100% Sliding Window Diagram Example Sliding Window Stop and Wait Diagram 1. 2. แต่ละ Frame ทีส ่ ง่ กาหนด Timer Frame Sequence ใช ้ 1 Bit สาหรับตรวจ Frame ซ้า ในทางปฎิบต ั ิ การ Acknowledge จะใช ้ Piggyback ้ สาหรับใน Microprocessor อาจจะใชสาย Ack แยกต่างหาก Go Back N Diagram 1. 2. 3. แต่ละ Frame ทีส ่ ง่ กาหนด Timer ขนาด Window สูงสุดไม่เกิน 2n-1 เมือ ่ มี Error ให ้เริม ่ สง่ ใหม่ตงั ้ แต่ Frame นั น ้ ในทางปฎิบต ั ิ การ Acknowledge จะใช ้ Piggyback Selective Reject Diagram 1. 2. 3. แต่ละ Frame ทีส ่ ง่ กาหนด Timer ขนาด Window สูงสุดไม่เกิน 2n-1 เมือ ่ มี Error สง่ ใหม่เฉพาะ Error Frame ในทางปฎิบต ั ิ การ Acknowledge จะใช ้ Piggyback WAN WAN Public Network ื่ มต่อปกติจะผ่าน Network ของผู ้ให ้บริการ หรือ การเชอ Service Provider เราไม่ได ้เป็ นเจ ้าของ เป็ นลักษณะการเชา่ จ่ายตามจานวนทีใ่ ช ้ เวลา/จานวน ข ้อมูล ระยะทางไกลกว่า ้ ื่ มต่อ แตกต่างกัน Technologies ทีใ่ ชในการเช อ Network Circuit Switching Network Packet Switching Network Circuit Switching Network ั สาหร ับเครือข่ายโทรศพท์ ั ล ักษณะข้อมูลและสญญาณเป ็ น Real-Time ยอมให ้มี Error ได ้บ ้าง ค่า Delay และ Delay Variation จะถูกจากัดไม่ให ้เกินค่าที่ กาหนด ด ังนนเพื ั้ อ ่ ให้ NW สามารถรองร ับความต้องการได้ ่ และผูร้ ับจะต้องมีวงจรเชอ ื่ มต่อ (Circuit) ที่ ทงผู ั้ ส ้ ง ่ นต ัว จะใชร้ ว่ มก ันไม่ได้ = Dedicate Circuit เป็นสว อย่างไรก็ตาม เพือ ่ ประหย ัด Resource ต ัววงจร ้ ามารถให้คนอืน ด ังกล่าวจะแบ่งก ันใช ้ ถ้าผูใ้ ดไม่ใชส ่ ้ อ ใชไ้ ด้ และการใชต ้ งมีการจอง Circuit Switching Network อย่างไรก็ตาม เพือ ่ ประหย ัด Resource ต ัววงจร ้ ามารถให้คนอืน ด ังกล่าวจะแบ่งก ันใช ้ ถ้าผูใ้ ดไม่ใชส ่ ้ อ ใชไ้ ด้ และการใชต ้ งมีการจอง ด ังนนการใช ั้ ง้ านจะแบ่งเป็น 3 Phase 1. Connection เพือ ่ ขอ Circuit โดยการหมุนเลขหมายไปยัง ปลายทาง ตัว Network จะหาทิศทาง กาหนดว่าใช ้ Link ไหน และผ่าน Node = Switch อะไรบ ้าง ถ ้าทิศทางว่าง และผู ้รับทา การรับสาย วงจรนัน ้ จะถูกจองไว ้ ั ท์คอ ี ง 2. Data Transfer ในกรณีโทรศพ ื เสย ้ ้ว สว่ น Resource ต่างๆทีถ 3. Disconnection เมือ ่ ไม่ใชแล ่ ก ู ้ ้ จองไว ้จะถูกสง่ คืน และ Network สามารถนาไปให ้ผู ้อืน ่ ใชได Simple Switched Network Simple Switched Network Simple Switched Network Simple Switched Network Simple Switched Network Simple Switched Network BLOCKING Simple Switched Network B D Finish BLOCKING Simple Switched Network B D Finish BLOCKING Simple Switched Network B D Finish Public Circuit Switched Network ลักษณะการทางานของตัว Switching ใน Circuit Switching Network Circuit Switch ่ Data เมือ ่ นามาสง ผ่านอุปกรณ์ MODEM = Modulator/Demodulator ่ ข้อมูลปกติจะเป็น Burst คือ พฤติกรรมการสง ่ แต่เมือ ่ จะสง ่ ข้อมูลทีละมากๆ นานๆจะสง ่ สง ั ้ ๆ ถ ้า Page การดู WEB Page เรา Load Web ในชว่ งเวลาสน ั ้ ๆนัน มีขนาดใหญ่ ข ้อมูลจานวนมากจะถูกสง่ ในเวลาสน ้ เราอ่าน Web Page เราไม่ได ้ใช ้ Network Bandwidth ปกติ ้ เราจะใชเวลาอ่ านนานกว่าการ Load ี ไป ไม่ได ้ใชงาน ้ Circuit ทีจ ่ องไว ้ เวลาสว่ นใหญ่จะเสย แต่คน ้ ได ้ อืน ่ ใชไม่ ิ ธิภาพจะตา่ ประสท Circuit Switch ้ าหร ับการเชอ ื่ มต่อระหว่าง Site ทีไ่ ม่ตอ ใชส ้ งการ ่ ข้อมูลแบบ Real-Time แบบ Off Line สง ่ การเชอ ื่ มต่อระหว่างสาขา และสง ่ ยอดขาย เชน ประจาว ันมาย ังสาน ักงานใหญ่ ว ันละ 1 ครงั้ ั ท์ เมือ ่ จะสง่ ต่อ Modem ผ่านสายโทรศพ สง่ ข ้อมูล หยุดการติดต่อ ั ทางไกล ในเวลาสนๆ ั้ ราคาถูก จ่ายค่าโทรศพท์ ปัจจุบ ัน Internet ราคาไม่แพง และต่อ Online ได้ ด ังนนวิ ั้ ธน ี น ี้ ับว ันจะหมดไป Example Modem Modem Huahin Chiang Mai ั ท์ เครือข่ายโทรศพ Bangkok Modem Modem Koraj Packet Switching Network ่ ข้อมูล Circuit Switching ไม่เหมาะสมสาหร ับการสง เราใช ้ Packet Switching ข ้อมูลจะถูกตัดเป็ น Packet สง่ ออกไป ิ ธิภาพสูงกว่า ในหนึง่ Circuit สามารถแชร์กน ั ได ้หลายคน ทาให ้ประสท ิ ธิภาพสูงกว่า ถ ้าเรา Share กันเพียง Circuit เดียว เมือ ประสท ่ ผู ้ใดไม่สง่ คนอืน ่ สง่ ได ้ ้ ้ ้ทันที ไม่ถก Online จะใชสามารถใช ได ู Block ้ ถ ้าสง่ พร ้อมกันหลายคนก็ทาได ้ แต่ละคนจะใชเวลาในการส ง่ มากขึน ้ เรียกว่า เกิด Delay หลายข ้อมูล ของหลายคนใช ้ Circuit เดียว แต่ละคนคิดว่าตัวเองเป็ นเจ ้าของ Circuit คนเดียว = Transparency อย่างไรก็ตามข ้อมูลจริงๆ วิง่ อยูบ ่ น Circuit เดียวกัน ต ้องมีวธิ บ ี ง่ บอก Address ผู ้สง่ และผู ้รับ แปะทีส ่ ว่ น Header ของข ้อมูล หรือ ใช ้ Virtual Circuit Number สาหรับแต่ละคน และแปะทีส ่ ว่ นหัวข ้อมูล Packet Switching Network เนือ ่ งจากต้อง Share วงจรก ัน เพือ ่ ป้องก ันไม่ให้ ผูใ้ ดผูห ้ นึง่ ผูกขาดการใชง้ าน ต้องกาหนดขนาด ่ สง ่ ได้ในแต่ละครงั้ = MTU, ข้อมูลสูงสุดทีผ ่ ส ู้ ง Maximum Transfer Unit ถ้าข้อมูลใหญ่กว่านน ั้ ต้องแบ่ง หรือต ัดข้อมูลเป็น ่ นห ัว Packet ย่อยๆ แต่ละ Packet มีสว นอกเหนือจาก Address/VC แล้ว จะต้องมี Sequence Number บ่งบอกลาด ับของข้อมูล กระทาโดย Protocol ผูใ้ ช ้ (Application) ไม่ ต้องทา นีค ่ อ ื Packet Switching Network Packet Switched Network Packet Switched Network Packet Switched Network Packet Switched Network Advantages Line efficiency Data rate conversion ื่ มต่อกับ Local Node ด ้วยความเร็วที่ Each station เชอ ตัวเองกาหนด Packets are accepted even when network is busy โดยเก็บไว้ใน Queue แต่ละ Link สามารถจะ Share กันได ้ Packets ทีเ่ ข ้ามาแต่ละ Node จะถูกเข ้า Queue เพือ ่ สง่ ออกไป Delivery may slow down = Delay Priorities can be used Packet Switching Network 2 Concepts กาหนดการทางานใน Network (Switching Technique) Datagram Virtual Circuit ื่ มต่อก ับ 2 Concepts กาหนดการเชอ ้ ายนอก (User Interface, ผูใ้ ชภ Network Service) Connection Oriented Connectionless Switching Technique Station breaks long message into packets Packets sent one at a time to the network Network จะจ ัดการ Packet สองแบบ (การทางานของ Network = L3) Datagram ้ ้โดยตรง และทาการสง่ โดยดูจาก Address Network รับข ้อมูลจากผู ้ใชได ปลายทางทีส ่ ว่ นหัวของข ้อมูล ทิศทางของข ้อมูลจะทาการหา เมือ ่ ข ้อมูลแต่ ละ Packet ไปถึงในแต่ละ Node ้ ศทางไม่เหมือนกัน (Flexibility) แต่ละ Packet อาจจะใชทิ Virtual circuit Network จะต ้องทา Connection หรือหาทิศทางก่อน โดยดูจาก Address ปลายทาง จากนั น ้ จะกาหนด Connection ด ้วย Virtual Circuit Number, การสง่ ข ้อมูลไม่ต ้องกาหนด Address อีกต่อไป เพียงแต่อ ้างอิงจาก Virtual Circuit Number ก็พอ ้ ศทางเดียวกัน แม ้ว่าไม่ Flexible เท่า Datagram แต่ ทุก Packet จะใชทิ ข ้อมูลจะสง่ ได ้รวดเร็วกว่า เพราะการหาทิสทางทาครัง้ เดียว เมือ ่ ทา Connection Different Services of Network (Mostly Layer 4) เมือ ่ มองจากผูใ้ ช ้ Connection Oriented Must perform connection to the network before sending data the result is a connection number to reference, reliable communication from end-to-end Connection Oriented on Virtual Circuit is used in packet switching network Connection Oriented on datagram is used in IP network (TCP/IP) Connectionless Do not guarantee delivery but fast and efficient for small data transmission ้ Connectionless on VC ไม่พบการใชงาน Connectionless on datagram is used in IP network (UDP/IP) สรุป Packet Switching Network 2 Concepts กาหนดการทางานใน Network(L3) Datagram Virtual Circuit ื่ มต่อก ับผูใ้ ช ้ 2 Concepts กาหนดการเชอ ภายนอก (ปกติจะอยูใ่ น L4) Connection Oriented Connectionless การทางานของ Datagram Each packet treated independently Packets can take any practical route Packets may arrive out of order Packets may go missing Up to receiver(ปลายทาง) to re-order packets and recover from missing packets สรุปแล้ว การทางานของ Network ประเภทนี้ ่ ข้อมูล จะไม่ Guarantee การสง Datagram Diagram Virtual Circuit Preplanned route established before any packets ้ ทางจะถูกกาหนดในชว ่ งการ Connection sent เสน Call request and call accept packets establish connection (handshake) กาหนด Connection ด้วย ต ัวเลข คือ VC Number Each packet contains a virtual circuit identifier instead of destination address No routing decisions required for each packet ดู จาก VC # ก็เพียงพอ Clear request to drop circuit เมือ ่ จบ Not a dedicated path แต่มองจากผูใ้ ชเ้ หมือน Circuit Switching Virtual Circuit Diagram Virtual Circuits vs Datagram Virtual circuits Network can provide sequencing and error control Packets are forwarded more quickly No routing decisions to make Less reliable Loss of a node looses all circuits through that node Datagram No call setup phase Better if few packets More flexible Routing can be used to avoid congested parts of the network Circuit vs Packet Switching Performance Propagation delay Transmission time Node delay Event Timing เปรียบเทียบ 3 NW HW1 Due Next Week ึ ษา Download HW 1, Week 1 ให้น ักศก ทาการพิมพ์คาถามบนกระดาษ A4 จากนนให้ ั้ ทาการบ้าน ลงในกระดาษทีพ ่ ม ิ พ์ ด้วยการเขียนเท่านน(ห้ ั้ ามพิมพ์) ั ่ ต้นชว่ ั โมง สปดาห์ และสง ถ ัดไป ่ อ ื่ รห ัส และ Section ในหน้าแรก อย่าลืมใสช End of Week 1 End of Review Part I Next Week Review Part II LAN and LAN Technologies