Datakommunikasjon 8205274681 [PDF]

Zitiervorschau

Hans Wold

Datakommunikasjon Bokmål

GYLDENDAL YRKESOPPLÆRING

© Gyldendal Norsk Forlag AS 2000

ISBN 82-05-27468-1

Omslag: P&O deSign Bjørn Range Illustrasjoner: PED TEC AS/Picard Fotografier: Norsk Telemuseum: side 6 Telefonsentral i Kristiania 1911; side 40 Isfjord Radio; side 57 Rørvik radiolinjestasjon; side 77 Grong TV-FM hovedsender; side 127 Linje kurs Notodden - Hjartdal

Sats: PED TEC AS/Picard

Trykk: Falch AS

Det må ikke kopieres fra denne boka i strid med åndsverkloven eller avtaler om kopi­ ering inngått med Kopinor, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Kopi­ ering i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning, og kan straffes med bøter eller fengsel.

Forord Datakommunikasjon er et felles linjefag i teknisk fagskole, linje for elektro. Faget utvikler seg kanskje raskere enn noe annet fag vi kjen­ ner, og er nærmest å betrakte som «ferskvare». I denne boka vil du derfor ikke finne det siste innenfor fagområdet, det må du lete etter for eksempel i tidsskrifter, fagblader og på Internett. Boka tar for seg de mer grunnleggende og «bestandige» områdene innenfor datakommunikasjon. I læreplanen blir uttrykket «kjenne til» brukt for å formulere de fleste hovedmomentene. Slike formule­ ringer fører gjerne til diskusjon om hva en lærebok i faget skal inne­ holde, og innholdet i denne boka er derfor uttrykk for denne forfatte­ rens tolkninger og valg. Det betyr at jeg gjennom forlaget gjerne tar imot synspunkter på valg av stoff, omfang, fordypning, presentasjon osv.

Bak i boka finner du en del kontrollspørsmål og oppgaver. For å løse noen av oppgavene må du gå videre til andre kilder enn denne boka, for eksempel til Internett. Oppgaveløsning gir muligheter for fordyp­ ning i stoffet dersom tiden tillater det og interessen er der. Det gir også trening i å finne fram informasjon, og sortere og bearbeide den. Det er en viktig ferdighet å ta med seg videre inn i informasjonssamfunnet.

Minnesund i august 2000 Hans Wold

Innhold 6

1

HISTORISKE LINJER

2

NETTVERK OG TOPOLOGIER

14

Nettverk

15

Topologier

16

3

Geostasjonære satellitter

58

Koder

59

ASCIl-koden

60

EBCDIC-koden

61

16

Analoge og digitale signaler

61

Ringtopologi

18

Digitale kodesystemer

62

Stjernetopologi

19

Masketopologi

19

Kombinerte topologier

20

Strukturert kabling

20

NZR

62

Manchesterkoden

63

AMI-koden (Alternate Mark Inversion) 64 Modulasjon og demodulasjon 65

STANDARDER OG OSI-MODELLEN

22

Amplitudemodulering (AM)

66

Standarder

23

Frekvensmodulering (FM)

67

24

Fasemodulering (PM)

68

Kvadraturmodulasjon (QAM)

68

Det fysiske laget

27

Datalinklaget

30

Fra analog til digital omforming

69

Nettverkslaget

33

Pulsamplitudemodulasjon (PAM)

69

Transportlaget

34

Pulskodemodulasjon (PCM)

70

Sesjonslaget

34

Presentasjonslaget

36

Applikasjonslaget

38

5

Modem

71

DATAKOMMUNIKASJON

77

Et generelt datakommunikasjonssystem

78

Transmisjonsmetoder

80

GRUNNLEGGENDE TRANSMISJON

40

Transmisjonsmedier

41

Hva skal vi velge? Tvinnet parkabel

41 43

Koaksialkabel

45

Grensesnittstandarder

86 86

Serieoverføring og parallelloverføring

80

Asynkron og synkron overføring

82

Simpleks, halv dupleks og full dupleks

85

46

RS-232 grensesnittet

Refleksjonslov og brytningslov

50

Nullmodem

88

Multimodusfiber med trinnindeks

51

RA-442 og RS-423

89

Multimodusfiber med gradert indeks

52

Singelmodusfiber (monomodusfiber)

52

Dispersjon

53

Fiberoptisk kabel

Multipleksing

89

Frekvensdelt multipleksing

89

Tidsdelt multipleksing

91 92

Overføringstap i fiberoptiske kabler

54

Datasikkerhet

Skjøtetap og koplingstap

54

Paritetssjekk

93

55

Cyclic redundancy check (CRC)

94

Mikrobølgetransmisjon

56

Hammingmetoden

94

Radiobølger

57

Brannvegger

94

Trådløs kommunikasjon

4

58

Busstopologi

OSl-modellen

4

Satellittoverføring

Autentisering

96

Datapak

Aksesskontroll

96

Sporbarhet

96

Digitaltjenesten ISDN

Kryptering og dekryptering

97

Virus og hakkere

99

Datakonferanse ADSL

Bredbånd 6

LOKALNETTVERK (LAN) OG ANDRE INTERNETTVERK

101

Ethernet

102

Ethernet-medier

104

137 138 138 139

Hvorfor bredbånd?

140

Andre offentlige nett ASP

140 141

Fast Ethernet (100BaseT)

106

BUSSYSTEMER FOR DATAINNSAMLING, STYRING OG REGULERING 142

Gigabit Ethernet Ethernet-rammer

106

GPIB-buss

143

106

Talere, lyttere og kontrollere

144

Token Ring-nettverk

107

GPIB-signaler og -ledere

145

Token Bus-nettverk

109

Dataledere

146

110

Håndtrykksledere

146

110

Noen nettverkskomponenter BNC-kontakter

8

UTP-kabel

111

Grensesnittstyreledere - Interface management lines

147

RJ45-kontakter

111

Koplingsmåter

147

Nettverkskort Hub

112

Konfigurasjonskrav

147

Svitsj

Sammenkopling av nettverk

7

135 137

113 114

116

9

FJERNNETT

150

Forbindelsesorientert tjeneste

152

Forbindelsesløs tjeneste X.25 og Frame Relay

153 154

Internett

156 157

Repeatere (gjentakere) Broer

118 119

Bro mellom ulike typer lokalnett

120

Rutere

121

Trådløst lokalnettverk

124

Direkte sammenkopling av to datamaskiner

125

KONTROLLSPØRSMÅL OG OPPGAVER

164

OFFENTLIGE NETT OG TJENESTER

126

VEDLEGG

169

Telenettet

128

Telefonapparatet

129

STIKKORD

176

Mobilnettet

129

Mobiltelefonen - en bærbar datamaskin?

129

GSM

132

TCP/IP World Wide Web (www)

Elektronisk post (e-post)

159 162

Datakommunikasjon

133 Oppringt datasamband og leide linjer 133 Datex 134

5

1 Historiske linjer

Hvorfor skal vi studere datakommunikasjon? Kanskje fordi vi synes det er et spennende fagområde, eller kanskje fordi vi ønsker å vite hvordan vi skal kople hjemme-pc-en til nettverket på jobben? En av de viktigste grunnene vil nok være at kommunikasjonsteknologien er blitt en del av hverdagen, både på jobb, innenfor utdanning og i un­ derholdning. Kommunikasjonsteknologien er blitt så gjennomgri­ pende i vårt liv at vi enten tar den for gitt, eller ganske enkelt ikke er oppmerksom på at den er der. Den finske telegiganten Nokia bruker slagordet conneeting people. Det er nettopp det kommunikasjon handler om, å knytte sammen, men ikke bare folk.

Kommunikasjon er så menn ikke noe nytt. Folk har kommunisert siden de første mennesker risset bilder på hulevegger. I tusener av år har kommunikasjonen inneholdt mye mer enn bare ord, pergament, steintavler og røyksignaler. Til å begynne med var lyd- og synssansene sentrale når vi skulle utveksle informasjon.

Kommunikasjon av lat. communicare, gjøre felles, ha felles (med), meddele

Opprinnelig var datakommuni­ kasjon koder overført av visuelle systemer som speil, flagg og røyk.

Problemer forut?

Enten snakket vi, eller vi så bokstaver og symboler som definerte bud­ skapet.

Morse, Samuel Finley Breese,

Måten å kommunisere på endret seg dramatisk i 1835 da Samuel Morse lagde sitt første apparat for elektromagnetisk telegrafi.

Morsealfabetet. Denne oppfin­

«Han studerte i fire år ved Royal Academy i London og ble i 1832 professor i maler- og billedhuggerkunst ved University of the City of New York. I 1826 grunnla han National Academy of Design, der han var direktør til 1845. Fra 1832 ofret han seg stadig mer for sin oppfinnervirksomhet på det elektriske området. I 1835 lagde han sitt første apparat for elektromagnetisk telegrafi, og i 1837 søkte han pa­ tent, men måtte vente i sju år på godkjennelse. 11844 ble det første te­ legrammet overført fra Washington til Baltimore. Regjeringen var ikke interessert i å kjøpe patentrettighetene, så Morse etablerte sitt eget selskap, og telegrafen bredte seg hurtig.» (Aschehoug og Gyldendals Store Norske Leksikon)

1781-1872, amerikansk kunstner og oppfinner.

nelsen gjorde det mulig å sende informasjon som elektriske signaler gjennom en kopperledning. Meldinger ble sendt ved at hvert tegn ble oversatt til en strøm (en sekvens) av lange og korte impulser (prikker og streker). Denne sammenhengen mellom tegn og elektriske impulser kjenner vi som morsekoden. Det at en nå kunne kommunisere uten direkte lydkontakt eller visuell kontakt, forandret for alltid vår måte å kommunisere på.

7

Noen år senere, i 1876, viste Alexander Graham Bell (1847-1922) hvordan en stemme kunne gjøres direkte om til elektrisk energi og sendes gjennom en ledning som kontinuerlig varierende spenninger (analoge signaler). I den andre enden av ledningen ble de elektriske signalene gjort om til lyd igjen. Telefonen var oppfunnet, og den ble av mange sett på som noe magisk siden man på den tiden bare «trodde på» det en så og hørte direkte. I den første tiden krevde telefonene hver sine ledningspar, og de måtte koples direkte opp mot hverandre, bokstavelig talt i en fast forbindelse. Senere kom sentralbordet (et bryterpanel) der en kunne kople sammen linjene mellom to telefoner og så bryte dem igjen når samtalen var slutt. Se figur 1.1.

Figur 1.1 Bryterpanel

I løpet av noen tiår ble telefonen en vanlig gjenstand i de fleste hjem. I dag tenker vi ikke engang over hvordan et telefonsystem virker. Vi vet at vi kan slå et nummer og bli koplet opp mot det hvor som helst i hele verden.

8

En annen viktig hendelse i kommunikasjonssammenheng ble kon­ struksjonen av den første datamaskinen, ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Caculator). Nå spilte ikke ENIAC noen direkte rolle i kommunikasjon, men den viste hvordan beregninger og beslut­ ninger kunne gjøres elektronisk, noe som er svært viktig i dagens kommunikasjonssystemer.

I 1947 ble transistoren oppfunnet, og vi kunne lage mindre og billi­ gere datamaskiner. Det fikk stor betydning for framtidas kom­ munikasjonssystemer. Den nye generasjonen av datamaskiner som ble utviklet i 1960-årene, gjorde det mulig å behandle og rute telefon­ forbindelser på en sikker og billig måte. En konsekvens av det var at mange sentralbordbetjenter mistet arbeidet. Dessuten ble det etter hvert vanlig med datamaskiner i industri, forretningsliv og offentlig sektor, og behovet for å sende informasjon mellom disse maskinene vokste raskt. Det første «kommunikasjonssystemet» mellom datamaskiner var enkelt og pålitelig. En skrev informasjonen på en datamaskin og lagret den på en tape eller en diskett som ble transportert (til fots, med bil, i båt etc.) til en annen datamaskin. På denne maskinen kunne en så hente fram informasjonen igjen. Vi gjør fortsatt noe av det samme, men tapen og disketten er erstattet av andre medier, for eksempel cd-rom. Vi kan regne enda en milepæl i elektronisk kommunikasjon da den personlige datamaskinen (pc-en) kom på markedet. Det at vi fikk datakraft på skrivepulten, gav oss en helt ny måte å sende, motta og lagre informasjon på. I løpet av 1990-årene har informasjon fra hele verden blitt tilgjengelig bare med noen museklikk, informasjon i form av tekst, bilder, lyd og film. Datamaskiner og kommunikasjon har hatt en slik utvikling og utbredelse at samfunnet knapt kan fungere uten. Vår nesten totale avhengighet krever at vi forstår mulighetene og begrensningene.

Dataoverføring mellom datamaskiner er bare ett kommunikasjons­ område. Vi er vel alle kjent med at fjernsynet får signaler via en antenne og en kabel. Antenna og kabelen er det siste trinnet i et ver­ densomspennende kommunikasjonssystem som startet med Telstar i 1962. Telstar er en kommunikasjonssatellitt konstruert for å overføre telefon- og fjernsynssignaler mellom USA og Europa. Med denne satellitten ble informasjonsoverføring mellom kontinenter teknolo­ gisk og økonomisk mulig. I dag er det mange kommunikasjons­ satellitter som overfører fjernsynssignaler. Et vanlig system ser du på figur 1.2.

9

Figur 1.2 Signaloverføring via satellitt

Fra en sender går signalene til en satellitt som går i bane rundt jorda. Denne satellitten sender så signalene tilbake til en mottaker som kan befinne seg i en helt annen del av verden. Signalene fra mottakeren blir så overført til en kringkastingsmast, og derfra sendes de ut i lokal­ området. En antenne mottar signalene, og via en kabel når de fram til tv-apparatet vårt. Nå er ikke tv-antenner lenger den eneste måten vi kan motta signaler på. I mange hjem er tv-apparatet knyttet til kabel-tv og får signalene via en koaksialkabel eller en fiberkabel fra et felles antennesystem. I de senere årene har vi dessuten fått mulighet til å skaffe oss vår egen parabolantenne slik at vi kan ta ned satellittsignalene direkte.

Andre bruksområder innenfor kommunikasjon er lokalnett (LAN) og fjernnett (WAN), systemer som har mange likhetstrekk med telefon­ systemer, og som gjør det mulig for mange datamaskiner å utveksle data. En bruker i et slikt nettverk kan blant annet sende og motta datafiler, sende e-post (elektronisk post), logge seg på en annen data­ maskin eller kople seg opp mot World Wide Web (www). Med elekt­ ronisk post (e-post, engelsk: e-mail) kan vi sende meldinger fra en datamaskin til en annen som kan befinne seg et helt annet sted i ver­ den. E-postsystemet lagrer meldingene i en datamaskin der andre (adressatene) kan gå inn og lese dem.

Som eksempel på e-post kan vi tenke oss en informasjonssjef som arbeider på hovedkontoret i en bedrift med fabrikker flere steder i ver­ den. Han arbeider mye hjemmefra og skal sende en melding til fabrikksjefene. Med sin pc kopler han seg opp mot bedriftens «hoved­ maskin» (eller til en nettilbyder). Denne maskinen er koplet til hoved­ kontorets lokalnett, og i prinsippet kan alle som er koplet til dette 10

nettet, motta meldingen. Men som ved vanlig post er meldingen ut­ styrt med navn og adresse, og den kan bare leses av riktig adressat. Lokalnettet er igjen koplet til et fjernnett som gjør det mulig å sende meldingen videre ut i verden. I den andre enden finner vi lokalnettet til de andre fabrikkene. Her kan meldingen leses av de lokale fabrikksjefene. Dersom en av dem skulle arbeide hjemme på dette tidspunk­ tet, kan han med pc-en (via et modem) motta meldingen der.

Figur 1.3 Postruter for elektronisk post

Hvordan knytter en så de ulike kommunikasjonsnodene sammen? Bruker vi ledninger, kabel eller optisk fiber? Kan vi knytte dem sammen uten å bruke fysiske medier? Et datakommunikasjonssystem har mange likhetstrekk med et veisystem. Mellom Oslo og Jessheim er det stor trafikk, spesielt morgen og ettermiddag. Strekningen er derfor

node - knutepunkt

11

bygd ut til en firefelts motorvei. Den kan ta de store trafikkmengdene i rushtiden fordi den har to kjørefelter i hver retning samtidig som fartsgrensen er 90 km/h. Mellom Minnesund og Gjøvik er trafikken liten, og veien er en tofelts vei med varierende fartsgrenser opp mot 80 km/h. Planleggerne har i disse to eksemplene forsøkt å finne en balanse mellom trafikkflyt og kostnader.

Det er på samme måten med datakommunikasjonssystemer. Den informasjonsmengden som systemene skal overføre, har stor betyd­ ning for hvordan kommunikasjonsnodene blir koplet sammen. Ved liten trafikk og over kortere avstander bruker vi basisbåndsteknikken, det vil si ett signal i en kabel. Ved stor trafikk må vi bruke bredbåndsteknikk der vi kan sende mange forskjellige signaler samti­ dig i den samme kabelen.

Figur 1.4 a)Basisbåndsteknikk og b) bredbåndsteknikk

12

Når vi har bestemt hvordan vi skal kople, må vi etablere noen kommunikasjonsregler. Tenk deg kaoset i Oslo i rushtiden uten trafikklys og trafikkregler. Det samme ville blitt tilfellet i kommunikasjonssystemer. Enten vi sender informasjon over kabel eller gjennom lufta, må vi ha noen regler som hindrer for eksempel kollisjoner, og som sier noe om hva som skal skje når kollisjoner oppstår.

Kommunikasjonssystemer må også være lette å bruke, og informasjo­ nen må være lett tilgjengelig. Men hvor lett tilgjengelig? Skal hvem som helst ha tilgang til den? Ja, hvis det er informasjon av typen bokkatalog, medlemsregister i idrettslag osv. Nei, hvis det er informasjon om privatøkonomi, helse osv. Kommunikasjonssystemene må være sikre slik at informasjonen ikke kan fanges opp av uvedkommende. Hvordan kan vi gjøre informasjon lett tilgjengelig for dem som skal ha den, og samtidig hindre alle andre i å få tilgang til den? Enda en utfordring er det at mange datamaskiner er inkompatible. I bilenes verden kan det arte seg slik: Vi kan flytte girkassa fra en Audi A6 TDI til en annen Audi A6 TDI, og den vil virke, i hvert fall hvis bilene er produsert samme år. Flytter vi derimot girkassa til en Audi 80, får vi problemer. Det forskes derfor mye i å utvikle åpne systemer. Målet er at fullt ut­ bygd vil et åpent system gjøre det mulig for to tilfeldige datamaskiner å utveksle informasjon så snart de er koplet opp mot hverandre. Det er et ambisiøst mål når vi vet om mangfoldet i datamaskinsystemer.

Har fortida noen framtid? Morsealfabetet ble historisk for et par år siden. Mobiltelefoner og satellitter har overtatt. Da den russiske ubå­ ten «Kursk» havarerte i Barentshavet sommeren 2000, var ingen moderne kommunikasjonsteknologier brukbare. Redningsmannska­ pene prøvde å få kontakt ved å banke i ubåtskroget. For at bankingen skulle inneholde informasjon, måtte den kodes. Det sies at de brukte et russisk kodesystem som i prinsippet er ganske likt morsekoden. Bokstavene i alfabetet blir delt inn i grupper på fem. Langsomme bankesignaler angir gruppa, og etter en pause raske bankesignaler som angir bokstavens plass i gruppa. Oversatt til norsk ville det bli slik tabellen til høyre viser.

1

A

B

C

D

E

2

F

G

H

I

J

3

K

L

M N 0

4

P

Q

R

5

U

V W X Y

6

Z Æ 0 Å

S

T

For redningsmannskapene var uttrykk som Mbps fullstendig frem­ med der de banket meldingen «Har dere nok oksygen?»

Tilbake til spørsmålet vi startet med: Hvorfor trenger vi kunnskaper om datakommunikasjon? Svaret kan ganske enkelt være at det er et område som er blitt en del av vår hverdag, og som i de nærmeste årene vil bli en enda større del av vår hverdag. Daglig hører og leser vi om at det er stor mangel på folk med kompetanse i datakommunikasjon, en kompetanse som er helt nødvendig for at samfunnet på beste måte kan nyttiggjøre seg teknologien, ja, kanskje i det hele tatt fungere. Du blir kanskje en som har denne kompetansen? 13

2 Nettverk og topologier

Nettverk I de første datamaskinene var prosessorenheten, CPU (central Processing unit), og minnet sentrale enheter.

Terminal

Masselager

Figur 2.1 Kommunikasjonsenhetene i et datamaskinsystem

I dag er vi på ingen måte avhengige av et slikt lokalt system for data­ behandling og lagring. Som brukere kan vi hente program på en mas­ kin, kjøre det et annet sted og lagre resultatet på et tredje. Et system som kopler sammen ulike enheter som pc-er, skrivere og lagringsmedier, er et nettverk. Hver enhet i nettverket utfører spesielle °PP8aver f°r en eller flere brukere, en pc kan for eksempel ha som oppgave å styre en disk som inneholder felles filer, en filtjener (en­ gelsk: file server). En annen kan ha som oppgave å koordinere trafik­ ken til en felles skriver, en skrivertjener. De øvrige maskinene, bruker­ maskinene i nettverket, blir kalt klienter, og det er på disse de enkelte arbeidsprogrammene blir kjørt. I et slikt tjenerbasert nettverk er nettverksoperativsystemet helt sentralt. Det gir brukerne tilgang til filer og andre ressurser. Da har vi kanskje nærmet oss en definisjon på et nettverk: Et nettverk er flere datamaskiner som er koplet sammen slik at de skal kunne kommunisere og dele ressurser.

For å få til dette kreves det diverse utstyr, lover og regler. Av utstyr trenger vi kopperkabel eller fiberoptisk kabel, men nettverk kan også ha trådløs forbindelse basert på radio- eller infrarøde signaler. Et nettverkskort sammen med nødvendig programvare sørger for forbin­ delse mellom datamaskinene og nettverket. Andre utstyrsenheter i et nettverk får vi komme tilbake til senere i boka.

Et nettverk som dekker et lite område, for eksempel et kontorlandskap, en bygning eller flere bygninger nær hverandre, er et lokal­ nett (local area network - LAN). Et nettverk som strekker seg over større geografiske områder som en by, et land eller hele verden, om vi vil, er et fjernnett (wide area network - WAN).

15

I et nettverk er det mange brukere som med sine pc-er skal nå en hvil­ ken som helst av mange skrivere og tjenere (servere) eller andre pc-er. Med all trafikken som det på den måten blir i et nettverk, vil det nes­ ten ikke være til å unngå at det oppstår konflikter. Det er derfor viktig å kople sammen nodene (kommunikasjonsenhetene som inngår i et nettverk) i nettverket slik at dataflyten blir best mulig. Vi kan sam­ menlikne denne sammenkoplingen med gatebildet i en by. Har byplanleggeren gjort en dårlig jobb slik at gatene er anlagt på en uhel­ dig måte, hjelper det oss lite med enveiskjøring, trafikksignaler, trafikkregler osv. Det blir trafikkork og store forsinkelser i rushtiden.

Et datanettverk må koples på en slik måte at data kan flyte mellom de mange brukerne med så liten forsinkelse som mulig. Koplingsstrategien kaller vi nettverkstopologi.

Topologier Busstopologi I et bussnett kopler vi sammen arbeidsstasjoner, skrivere, tjenere etc. som vist på figur 2.2.

Figur 2.2 Busstopologi

Nodene kommuniserer med hverandre over en felles buss (lineær busstopologi) der hver enkelt lytter på bussen og undersøker trafik­ ken. 16

file server - filtjener

På samme måten er det når en node ønsker å sende data. Når den «hører» at det ikke er noen trafikk (bussen er tom), sender den sine data. Igjen kan vi bruke et bilde fra biltrafikken. Det er tett rush­ trafikk på hovedveien. Bilistene på sideveiene ser etter åpninger og smetter inn så snart muligheten er der. Hva så om to noder sender samtidig? Begge har oppdaget at det ikke er trafikk på bussen, og begynner å sende før de har oppdaget den andres sending. Resultatet blir kollisjon. Når nodene sender, fortsetter de også å lytte, så de oppdager snart all støyen fra kollisjonen. Når de oppdager en kollisjon, stopper de å sende, venter en tid og prøver igjen. Tiden den enkelte node venter, er tilfeldig, så det er svært sannsynlig at en av dem kommer først i gang igjen og den andre må vente. Denne prosessen blir kalt carrier sense, multiple access with collision detection (CSMA/CD).

Vi kan også finne at nodene er koplet i en trestruktur. Figur 2.3 viser det. Filtjener

Figur 2.3 Busstopologi med trestruktur

Kabelen fordeler seg ut i flere grener, men fortsatt slik at signalet fin­ nes i alle grenene samtidig som i den lineære bussen.

17

Ringtopologi I en ringtopologi er nodene koplet sammen i en sirkel. Se figur 2.4.

Figur 2.4 Ringtopologi

Hver enkelt deltaker i ringen kan kommunisere direkte med sine to nærmeste naboer på hver side, men ikke med noen andre. Dersom en node skal kommunisere med en annen som befinner seg lenger unna, sender den en melding som må passere gjennom alle dem som er imel­ lom. Et ringnett kan enten være enveis eller toveis. Enveis betyr at datasignaler går i en retning. Da har nodene bare en nabo som de kan kommunisere direkte med. Toveis betyr at datatrafikken flyter i begge retninger, og nodene kan kommunisere med begge sine nærmeste naboer. En kjent ringtopologi er IBMs Token Ring. Kommunikasjonen blir koordinert av et symbol (et token; et forhåndsbestemt bitmønster) som blir sendt mellom alle stasjonene i ringen. De kan bare sende når de har mottatt symbolet (tokenet). Det betyr at når en node sender til en annen, blir alle nodene imellom involvert, og det er en vesentlig ulempe ved ringtopologien. Det kan gå med mye tid til å videresende informasjon som er ment for andre. Dersom en av deltakerne i ringen faller ut, kan det få betydning for kommunikasjonen mellom alle de andre.

18

Stjernetopologi En tredje koplingsmåte er stjernetopologi. Se figur 2.5.

Figur 2.5 Stjernetopologi

Her blir det brukt en sentral node (en sentralstasjon) som kommunise­ rer med de andre nodene i nettverket. Vi har altså en sentral kommunikasjonskontroll der noder som skal sende til andre, må gjøre dette via sentralstasjonen. Den ruter så dataene til bestemmelsesste­ det. Sentralstasjonen vil derfor ha et stort «ansvar» for data­ flyten, og det gjør stjernenettet sårbart.

Masketopologi Figur 2.6 viser en masketopologi. Her har alle nodene di­ rekte forbindelse til alle de andre nodene. Hvis to noder ønsker å opprette en kommunikasjon, kan de gjøre det direkte uten å involvere noen av de andre. Det er ikke behov for felles linjer. Prisen på et nettverk med så mange direkte forbindelser mellom nodene kan bli noe høy, og masketopologi blir sjelden eller aldri brukt i lokalnett. I større nett (for eksempel i stamnett) kan denne topologien by på fordeler gjennom økt pålitelighet fordi datatransporten gis flere alternative ruter. Figur 2.6 Masketopologi 19

Kombinerte topologier I mange datanettverk, spesielt de større, blir det brukt kombinasjoner av forskjellige topologier. Figur 2.7 viser en måte å kople sammen ulike nettverkstopologier på. Nettverket har en felles buss som blant annet gir brukerne adgang til større datamaskiner. Den felles bussen blir gjerne kalt stamnett (engelsk: backbone).

Her kan vi tenke oss at vi jobber i vårt LAN mesteparten av tida, men at vi innimellom har behov for adgang til større datalagre eller data­ kraft. Behovet er imidlertid ikke så stort og inntreffer ikke så hyppig at det er nødvendig å kople hver enkelt pc til stamnettet. Stormaskin

Figur 2.7 Kombinerte topologier

Strukturert kabling De ulike topologiene har ulik grad av sårbarhet. I verste fall kan det være slik at om en enkelt node faller ut, kan hele nettverket gå ned. Figur 2.8 viser et eksempel på strukturert kabling. I et slikt kablings­ system i stjerneform går det en dedikert kabel til hver node.

20

dedikere - spesielt tilpasse eller innrette for et formål

Dette har klare fordeler, og en av dem er at en med et program fra nettverksadministrasjonen kan se at det blir indikert feil (rødt lys) på en av kablene ut til datamaskinene. Den kan da stenges av for feilret­ ting, og i mellomtiden vil resten av nettverket fungere normalt.

Figur 2.8 Strukturert kabling

21

I

3 Standarder og OSl-modellen

Standarder For at to datamaskiner skal kunne kommunisere, må de ha et felles sett med regler for hvordan kommunikasjonen skal foregå. Reglene er nedfelt i standarder og anbefalinger (rekommandasjoner) for elektro­ nikk generelt og datakommunikasjon spesielt. En rekke organisasjo­ ner har arbeidet med dette og gjør det fortsatt.

Standardiseringsorganer som er viktige i sammenheng med datakom­ munikasjon og datanettverk:

Standardiseringsorganer:

American National Standards Institute (ANSI). ANSI er et privat byrå som er medlem i International Organization for Standardization (ISO). ANSI-standardene finner vi på en rekke områder, for eksempel Fiber Distributed Data Interface (FDDI), en standard for lokale nett­ verk som bruker optisk fiberkabel. Mest kjent er likevel American Standard Code for Information Interchange (ASCII), et kodesett som blir brukt av mange datamaskiner for lagring av informasjon.

American National Standards Institute (ANSI)

International Electrotechnical Commission (IEC) gir ut standarder for dataprosessering og sammenkopling og sikkerhet i kontorutstyr og var blant annet medlem i the Joint Photographic Experts Group (JPEG), en gruppe som lagde en kompresjonsstandard for bilder.

Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE)

International Electrotechnical Commission (IEC) International Telecommunications Union (ITU) Electronic Industries Association (EIA)

International Business Machines (IBM)

International Telecommunications Union (ITU), tidligere kjent som Comité Consultatif International de Télégraphique et Téléphonique (CCITT). ITU er et FN-organ med hovedkontor i Genéve og arbeider innenfor tre områder. ITU-R tar seg av radiokommunikasjon, og ITUT befatter seg med telekommunikasjon. Det tredje er ITU-D, som er en utviklingssektor. ITU har lagd en rekke standarder innenfor nett­ verk og telekommunikasjon. To sett med standarder kjenner vi som Vserien og X-serien. V-serien tar seg av telefonkommunikasjon og be­ skriver blant annet hvordan et modem genererer og tolker analoge telefonsignaler. X-serien befatter seg med nettverkstilpasning og offentlige nettverk. Den inkluderer X.25-standarden for tilpasning til pakkesvitsjet nett og X.400-standarden for elektroniske postsystemer. Electronic Industries Association (EIA). EIA er tilsluttet ANSI, og medlemmene er elektronikkbedrifter og produsenter av telekom­ munikasjonsutstyr. EIAs primærområde er elektriske kontakter og den fysiske overføringen av data mellom maskinene. Mest kjent er RS-232-standarden som mange datamaskiner bruker til kommunika­ sjon med enheter som modem og skrivere.

Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE). IEEE er den største profesjonelle organisasjonen i verden på elektronikk- og dataområdet. Den ble startet av ingeniører i USA på slutten av 1800-tallet og har i dag medlemmer over hele verden.

23

Blant mange ulike arbeidsområder som IEEE befatter seg med, er også utvikling av standarder. Mest kjent innenfor kommunikasjons­ området er kanskje 802 LAN-standardene, som definerer kom­ munikasjonsprotokollene for buss- og ringnettverk.

International Business Machines (IBM). IBM befatter seg egentlig ikke med standardiseringsoppgaver, men mye av arbeidet er i virkelig­ heten blitt standarder.

Eksempler er Systems NetWork Architecture (SNA) og Extended Binary Coded Decimal Interchanged Code (EBCDIC). SNA er en pro­ tokoll konstruert for at IBM-maskiner og periferutstyr skal kunne kommunisere. SNA har mange likhetstrekk med OSI-modellen. EBCDIC-koden er et alternativ til ASCII-koden og blir brukt i stormaskinene til IBM. Pc-ene derimot bruker ASCII-koden.

International Organization for Standardization (ISO). ISO er en ver­ densomspennende organisasjon som består av de nasjonale standar­ diseringsorganisasjonene fra en rekke land (ca. 130) Av ISOs viktigste oppgaver er arbeidet med åpne systemer. Dette definerer protokoller som skal gjøre det mulig for hvilken som helst av to datamaskiner å kommunisere uavhengig av deres arkitektur.

Modellen kjenner vi som Open System Interconnection (OSI), en sjulags organisering av protokoller. I en periode trodde en at OSI ville bli modellen for all framtidig kommunikasjon, men bruk av Internett og www har framskaffet andre modeller. De bygger likevel på OSImodellen som struktur for lagdelte protokoller.

OSI-modellen ISO har lagd en modell som beskriver hvordan kommunikasjonen i et datanettverk kan foregå. Modellen har fått navnet Open System Connection (OSI). Det er en omfattende og ganske komplisert proto­ koll. Den utgjør en standardisert, lagdelt modell som består av sju lag. Se figur 3.1.

24

OSI-modellen System B

System A

Applikasjonslag AL

Applikasjonslag AL

Presentasjonslag PL

Presentasjonslag PL

Sesjonslag SL

Sesjonslag SL

Transportlag TL

Transportlag TL

Nett/pakkelag NL

Nett/pakkelag NL

Datalinklag DL

Datalinklag DL

Fysisk lag FL

0101 1101 0111 0101 0001 0110 1011 0100 1001 1111 0011 0101 1110

Fysisk lag FL

Figur 3.1 OSI-modellen

25

Bruker vi telefonsystemet som eksempel på en lagdelt modell, kan vi dele det opp i tre lag. På det nederste laget finner vi telefonapparatet og ledningene som forbinder apparatet med sentralen. Tidligere var dette den eneste fysiske infrastrukturen ettersom det var mennesker (sentralbordbetjentene) som koplet opp samtalene manuelt. Det nederste laget kaller vi derfor det fysiske laget, et uintelligent lag. Nå er menneskene erstattet med automatiske sentraler (datamaskiner) som ruter oss fram til mottakeren. Vi har på den måten fått et lag over det fysiske laget, og på grunn av datamaskinene er det et relativt intel­ ligent lag. I sentralene er det rutingtabeller som gir informasjon om hvilken «vei» oppkoplingen må følge for at vi skal få forbindelse med den vi ringer opp. Så langt har vi infrastrukturen på plass. Så gjenstår selve samtalen som er det tredje laget. For at den skal fungere, må vi snakke samme språk, vi må snakke så høyt, at vi blir hørt og så lang­ somt at vi blir forstått.

Så lenge vi ringer innenlands, er ikke språket noe problem, men ringer vi en forretningsforbindelse i Spania, kan det oppstå problemer. For­ retningsforbindelsen kan ikke norsk, og vi kan ikke spansk. Da må vi forhandle om en annen «protokoll», i dette tilfellet snakker vi kanskje engelsk. Det dette eksempelet viser, er at hvert lag i denne lagdelingsmodellen kan sees på uavhengig av de andre, blant annet kan utstyret på hvert lag standardiseres fordi funksjonene på et lag ikke er avhen­ gig av funksjonene på de andre lagene. Vi trenger ikke bytte sentraler, telefonledninger eller telefon for å snakke et annet språk, og vi kan fortsatt ringe til Spania og snakke engelsk etter å ha kjøpt et nytt tele­ fonapparat.

IBMs datanettverk SNA (Systems Network Architecture) danner grunn­ laget for OSI-modellen både når det gjelder antall lag og oppgaver og funksjoner som de utfører. Hvert lag kommuniserer med laget rett under eller rett over seg, det fysiske laget yter for eksempel tjenester for datalinklaget. Datalinklaget bryr seg ikke om hvordan tjenesten er utført, bare at den er ut­ ført. Hvis det for eksempel oppstår forandringer i det fysiske laget, vil ikke det påvirke datalinklaget og lagene over. Dessuten vil hvert lag i system A «snakke» med tilsvarende lag i system B ved hjelp av proto­ koller, en for hvert lag. Når system A skal sende en melding, brukerdata, til system B, går dataene først til lag 7, som legger til noen ekstra biter, et hode. Disse bitene er protokollinformasjon til lag 7 i system B. Brukerdata og hode fra lag 7 sendes så til lag 6. Her blir det også lagt til noen biter, H6, som er protokollinformasjon til lag 6 i B. Den opp­ rinnelige meldingen eser ut med tilleggsbiter for hvert lag den passerer ned til det fysiske laget. I lag 2 blir det dessuten lagt til en hale, T for tail, her finner vi bitene for feilsjekking. Når den opprinnelige meldin­ gen sendes ut på overføringsmediet som nuller og enere, har den med seg mye tilleggsinformasjon til system B. Hos system B bli det hele 26

avkledd etter hvert oppover i lagene til de opprinnelige brukerdataene står igjen alene på toppen.

Det fysiske laget Det nederste laget er det fysiske laget, og det er her databitene blir overført i et nettverk. Det fysiske laget har to hovedaspekter: overføringsmedier og koplingsstrategier. Typiske transmisjonsmedier er parkabel, koaksialkabel, optisk fiber, satellitter, mikrobølgelinker og radiobølger. Hver av disse har ulike elektriske og elektromagnetiske egenskaper som gjør dem egnet for ulike situasjoner. Det fysiske laget har derfor å gjøre med elektriske spesifikasjoner som spenningsnivåer, mekaniske spesifikasjoner som kontakttyper og dessuten prosedyrer for kontrollsignaler (handshake) mellom sender og mottaker. I noen grad vil det fysiske laget dekke koplingsstrategier. To datamas­ kiner må jo være koplet sammen for å kommunisere. Hvordan de er koplet, er et spørsmål om design. Dersom vi kopler sammen to datamaskiner, har vi en punkt-til-punktoppkopling, mens en sammenkopling av flere maskiner kalles en multipunktoppkopling. I nettverket på figur 3.2 tenker vi oss at node A ønsker å kommunisere med node F.

Figur 3.2 Del av et datanettverk 27

Hvordan kopler vi dem sammen? Koplingsstrategien i det fysiske laget gir svar på det. Det er viktig å skille dette problemet fra ruting. Det er fire veier data kan ta fra node A til node E Nettverkslaget vil bestemme hvilken som er best, men her er det snakk om hvordan de to endepunktene i virke­ ligheten er koplet via den valgte ruta. De to vanligste strategiene er linjesvitsjing og pakkesvitsjing.

Ved linjesvitsjing blir det opprettet en fast fysisk forbindelse mellom to kommunikasjonspartnere A og F. Linjesvitsjing krever altså at ruta er bestemt og forbindelsen etablert før informasjon kan bli sendt. Oppkoplingen er reservert til kommunikasjon mellom A og F, og nett­ verket opprettholder forbindelsen til en av partene avslutter. Figur 3.3 viser at linja er koplet opp gjennom nodene B og D.

Figur 3.3 Reservert kopling mellom A og F

Skal de sende data på et senere tidspunkt, må det opprettes en ny for­ bindelse mellom de to partene, men da som oftest over en helt annen linje enn den som ble brukt i forrige oppkopling. Det at det skjer et skifte av linjer, har gitt navnet linjesvitsjing. En linje eller en forbin­ delse kaller vi en kanal.

28

Vi har linjesvitsjing i telefonsystemet. En forbindelse mellom to telefo­ ner kan ikke bli brukt av andre. Dersom det er perioder da det ikke er trafikk på linja eller kanalen, betyr det likevel at ingen andre kan ut­ nytte den ledige kapasiteten. Denne overføringsformen er derfor mest praktisk når vi har en kontinuerlig kommunikasjon, en sammenheng­ ende dataoverføring (filoverføring) mellom de to partene. Ved en slik fast fysisk forbindelse betaler vi for den tiden forbindelsen varer, og i noen grad er prisen også avhengig av avstanden mellom partene. Datamengden som blir overført, er uten betydning i denne sammenhengen.

Tilbake til node A som ønsker forbindelse med node F. I et telefon­ nettverk vil personen i node A få opprettet forbindelse til node F ved å slå et nummer. I et datanettverk må vi gi noen kommandoer for å bli koplet opp mot node F. Logikken i node A må bestemme den neste noden i en rute som fører til F. En slik prosess innebærer faktorer som pris på oppkoplingen og muligheten for alternative veier. Den andre koplingsstrategien er pakkesvitsjing. Se figur 3.4.

Figur 3.4 Pakkesvitsjet nettverk.

29

Vi antar fortsatt at node A ønsker å sende en melding til node F. Hvis meldingen er lang, blir den delt opp i mindre enheter som vi kaller pakker. Hver pakke blir gitt adressen til bestemmelsesstedet, og hver pakke blir sendt uavhengig av de andre. Nettverksprotokollen ruter hver pakke som om det skulle være en egen melding. Det gjør det mulig for rutingsstrategiene å ta hensyn til forandringer i nettverket. Trafikkork i de valgte rutene vil føre til omruting.

Når alle pakkene har kommet fram til node F, blir de samlet og satt sammen i riktig rekkefølge.

Datalinklaget Mens det fysiske laget sender og mottar data, ligger datalinklaget over og passer på at det arbeider korrekt. Hva skjer for eksempel dersom to noder samtidig prøver å overføre data langs den samme linja? Blir det en konflikt? Kan elektrisk interferens, forårsaket av for eksempel tordenvær, forandre noen biter? Hvordan vet en node at den har mot­ tatt korrekte data?

Datalinklaget deler bitstrømmen opp i rammer og legger til et hode (se figur 3.5) som bl.a. inneholder adressen til mottakeren og adressen til senderen. Datalinklaget kan altså lese adresser og dermed identifisere maskinene i et nettverk. Adresseringen foregår ved fysiske adresser. De er unike og preget inn i nettverkskortene som sitter i maskinene. Når det fysiske laget sender rammen som datalinklaget har gjort i stand, ut på kabelen, begynner alle maskinene i nettverket å lese bit­ strømmen og sende den opp til datalinklaget. Her blir til-adressen lest, og maskinen som kjenner igjen adressen, fortsetter å lese datastrømmen som den deler opp i rammer, på samme måten som datalinklaget i sendermaskinen gjorde. De andre maskinene stopper innlesingen. Det oppstår konflikt dersom to eller flere noder ønsker å overføre over det samme mediet samtidig. Det er flere måter å takle det på. Noen bussnettverk bruker en metode som kalles collision detection. En detektering av kollisjoner kan ikke hindre kollisjoner. Den gir hel­ ler en respons på at to eller flere noder prøver å overføre samtidig på den felles bussen. Det blir så mye støy når en node sender noe som kolliderer med andre overføringer, at de vil oppdage kollisjonen og heller prøve å sende igjen senere. Spesielle kretser i nodene kan «føle» at det er fare for en kollisjon.

Kommunikasjonsenhetene kan også forsøke å unngå kollisjon ved å lytte til bussaktiviteten. Hvis bussen er opptatt, vil de ikke overføre. Hvis en node ikke oppdager noen aktivitet på bussen, setter den i gang med å overføre. Hvis to noder til samme tid ikke registrerer aktivitet på bussen, og deretter overfører på samme tid, blir det kollisjon.

30

H6

Data

CRC

Fra Til adresse adresse

Figur 3.5 I datalinklaget blir det lagt til et hode og en hale, H6 + CRC

Denne måten å redusere problemet med konflikter på kalles carrier sense multiple access with collision detection (CDMA/CD). CDMA/CD reduserer antallet kollisjoner, men kan ikke helt hindre dem. Likevel, sannsynligheten for at to som lytter på bussen, skal be­ gynne å sende nøyaktig samtidig, er svært liten. Token passing er en annen kollisjonsforebygger. En unik strøm av biter, et symbol eller et token, sirkulerer mellom alle nodene i nettver­ ket. Hvis en node vil overføre, må den vente til den mottar symbolet (tokenet), og henger så meldingen sin på. Noden vil også forandre kontrollbiter i symbolet (tokenet) for å indikere at det er tatt i bruk. Når meldingen har nådd bestemmelsesstedet sitt, leser denne noden meldingen. Den henger så på en beskjed om at alt er i orden og sender videre. Når symbolet (tokenet) med melding og beskjed når den opp­ rinnelige senderen, blir det «avkledd» og sendt videre som et fritt token.

Figur 3.6 Token Ring-nettverk

Token passing er ikke begrenset til ringer. Det kan brukes av hvilken som helst nettverkstopologi ved å nummerere nodene og la symbolet (tokenet) sirkulere mellom dem i numerisk rekkefølge.

31

Det fysiske laget sender bitstrømmer over nettverket. Men hvordan vet mottakeren om den har mottatt korrekte data? Dårlige forbindel­ ser, ødelagte linjer eller elektrisk interferens kan påvirke overførin­ gene. Datalinklaget utfører feildetektering og korreksjonsalgoritmer. Ved feildetektering bestemmer datalinklaget til mottakeren om en feil har oppstått, og i så tilfelle ber den om at informasjonen blir sendt på nytt. Ved feilretting kan datalinklaget rekonstruere «ødelagte» biter. Den enkleste måten for feildetektering får vi ved å bruke paritetsbit, en ekstra bit føyd til hver sekvens av databiter. Problemet med paritetsbit er at feilene kanskje ikke blir oppdaget. Den kan bare opp­ dage enkle feil, og ikke doble. Det finnes derfor mer avanserte teknik­ ker som tar seg av feildetektering og feilretting. Figur 3.5 viser at data­ linklaget legger til en hale, en cyclic redundancy check - CRC. Det er en metode som gir stor sannsynlighet for å oppdage feil. Vi ser nær­ mere på den senere i boka.

Datalinklaget utfører også en flytkontroll. Når mottakermaskinen mottar mer data enn den kan ta imot, får vi et overflytproblem.

overflow - overflyt

Som et eksempel kan vi tenke oss at senderen har en bufferkapasitet på fem rammer. Den nummererer dem fra 1 til 5 og sender dem av sted til en mottaker slik figur 3.7 viser.

Figur 3.7 32

Mottakeren kvitterer etter hvert som den tar imot. Etter at den har tatt imot de første tre rammene, må den utføre andre oppgaver. Selv om senderen nå har gjort klar fem nye rammer og er utålmodig etter å sende dem av gårde, kan den ikke sende mer enn de første tre. Det er ennå ikke kvittert for rammene 4 og 5, og derfor må senderen vente med å sende rammer med disse numrene. På den måten vil det aldri være flere enn fem rammer som det ikke er kvittert for. Senderen må vente når den ikke har fått kvittering.

Nettverkslaget Nettverkslaget er opptatt med rutingsstrategier. Det kontrollerer de transmisjonsmediene og svitsjene som kreves for ruting og overføring av data.

I et toveis ringnettverk har vi bare to ruter mellom to punkter. I en mer kompleks topologi kan det være mange ruter å velge i. Hvilken er ras­ kest, billigst eller sikrest? Hvilken har ledig kapasitet? Skal hele mel­ dingen (pakken) følge den samme ruta, eller skal den deles opp og de ulike delene overføres uavhengig av hverandre? Nettverkslaget kan også inneholde informasjon om betaling og hånd­ tere fakturering. Prisen kan avhenge av datamengden som overføres, og i noen grad også av tidspunktet på døgnet. Nettverkslaget sørger for at transportlaget blir i stand til å etablere en ende-til-ende-kommunikasjon. Det har derfor algoritmer som finner den beste ruta mel­ lom to punkter. Rutebestemmelsen tar hensyn til faktorer som forbindelseskostnader og linjetilgjengelighet når den prøver å finne den raskeste og billigste ruta til en spesiell node.

Figur 3.8 viser et eksempel på et nett­ verk som har mange ruter fra A til F. Hver linje som forbinder to noder, representerer kostnader vist med tall på linjene. Å gå fra A til F gjennom C og E resulterer i en totalkostnad på 12 kroner. Går vi gjennom B og D i stedet, gir det en kostnad på bare 9 kroner. Generelt sagt bestemmer nett­ verkslaget hvilken rute som er best. For å være mer nøyaktig: Nettverkslagprotokollene i nettverkets noder avgjør sammen hvilken rute som er best. Figur 3.8 Rutekostnader 33

Transportlaget Hovedoppgaven til transportlaget er å sørge for at sesjonslaget får en nettverksforbindelse eller transportforbindelse. Transportlaget be­ stemmer blant annet hvilke nettverk som skal brukes, og det sørger for pålitelig og effektiv nettverksforbindelse. Valg av nettverk er av­ hengig av mange faktorer siden datamaskinene kan bli koplet til nett­ verk som har ulik hastighet og type kommunikasjon osv. Transportlaget representerer et overgangslag. De tre lagene under transportlaget sørger først og fremst for nettverkskommunikasjon. Hver node mellom sendernode og mottakernode utfører sine proto­ koller for å sikre at overføringen blir korrekt og effektiv. Transport­ laget og de tre lagene over sørger for brukerservicen. De arbeider først og fremst ved sendernodene og mottakernodene for å forsikre seg om at informasjonen kommer fram til bestemmelsesstedet, og for å be­ krefte det overfor sendernoden.

Et nettverk, som en telefonlinje, kan iblant være ganske upålitelig. Hva skjer hvis en datapakke blir borte? Hva hvis en pakke blir forsin­ ket? Transportlaget ordner opp i det. Transportfunksjoner omfatter multipleksing, bufring og koplingsoppgaver. De kan etablere flerforbindelser (multipleksing) til nettver­ ket. Transportlaget tar seg også av bufring ved nettverksnodene. Dette er spesielt nyttig i pakkesvitsjede nettverk. Pakkene kan bli forsinket eller forsvinne på grunn av feil i nettverket. Ved sending mottar transportlaget data fra sesjonslaget og deler dem opp i pakker for videresending til mottakerens transportlag. Protokollen i transport­ laget krever en bekreftelse på at pakkene er kommet fram, før de blir fjernet fra bufferen. Hvis bekreftelsen ikke kommer i løpet av en be­ stemt tid, vil sendernoden retransmittere pakken eller pakkene. Det er mulig bare hvis pakkene fremdeles befinner seg i bufferen. Transportlaget har også en koplingsprotokoll som det benytter for å etablere og kople ned forbindelsen mellom to noder.

Sesjonslaget De tre neste og siste lagene tar først og fremst for seg brukertjenester og funksjoner. (De tidligere fire lagene fokuserte på kommunikasjon.) I sesjonslaget foregår den logiske koplingen mellom to datamaskiner. Dette laget koordinerer informasjonen til maskinene om når de kan sende og når de skal lytte, en form for synkronisering og kontroll.

Sesjonslaget inneholder nødvendige protokoller for å kunne etablere og opprettholde en forbindelse, eller en sesjon, mellom to kommunikasjonsenheter. Forskjellen mellom transportlagene og sesjonslagene er til å begynne med ofte litt uklar. Transportlaget forsyner sesjons­ laget med en forbindelse mellom to kommunikasjonsenheter. Nå har 34

vi akkurat sagt at sesjonslaget også sørger for forbin­ delse mellom nodene. Hva er forskjellen? Figur 3.9 viser en analogi som kanskje kan klargjøre det. a) /skaff meg sjefen

ypå telefonen!

sesjons forbindelse

b)

Taster sjefens nummer

Anmodning om en transportforbindelse

På figuren (a), spør formannen en lagerbetjent om han kan ringe til sjefen. Formannen er her sesjon­ slaget, og lagerbetjenten transportlaget. Slik blir forespørselen i (a) lik forespørselen til sesjonslaget. Formannen etterspør forbindelsen, men blir ikke selv involvert i tekniske detaljer, slik som å slå opp i tele­ fonkatalogen eller å slå nummeret. I (b) ringer lager­ betjenten og setter i gang prosedyrer for å etablere transportforbindelsen. Prosessen med å ringe og initiere forbindelsen er uavhengig av hvordan sentra­ len legger opp linja for å få til samtalen. Transport­ fagene bryr seg ikke om slike detaljer. Når det ringer hos sjefen (c), er transportforbindel­ sen opprettet. Men sesjonen er ikke etablert før de to snakker med hverandre (d).

Figur 3.9a-d Forespørsel om og etablering av en sesjonsforbindelse

35

Hvis transportforbindelsen blir avbrutt på grunn av nettverksfeil, kan sesjonslaget forespørre en annen transportforbindelse uten å avbryte sesjonen. Dette er analogt med formannen på figur 3.9 som mister forbindelsen med sjefen sin, og så venter til lagerbetjenten har ringt opp igjen og fått forbindelse over en ny linje.

For sikker og ryddig kommunikasjon kan sesjonslaget også utføre dialogstyring og etablere synkroniseringspunkter. Dialogstyring: De fleste kommunikasjoner er full dupleks; det betyr at dataoverføringen kan gå i to retninger samtidig. I halvduplekskommunikasjon kan dataene gå begge veier, men overføringene må alter­ nere. Dette er den vanlige kommunikasjonsprotokollen oss mennes­ ker imellom. Hvis det er ønskelig, kan sesjonslaget håndtere halvduplekskommunikasjon. Ved hjelp av et datasymbol vil det koordi­ nere kommunikasjonen eller utvekslingen av data, slik at bare én datamaskin kan sende om gangen. Bare brukeren med symbol (tokenet) kan sende data. Når sesjonslaget etablerer sesjonen, får van­ ligvis en maskin symbolet (tokenet) først. Den er da sender, og den andre er mottaker. Så lenge senderen har symbolet (tokenet), kan den bare sende data. Hvis mottakeren ønsker å overføre data, kan den spørre om symbolet (tokenet). Senderen bestemmer når den vil gi det fra seg. Når mottakeren får symbolet (tokenet), blir den sender.

Synkroniseringspunkt: I mange tilfeller lar en sesjon en datamaskin overføre store mengder data. Hva hender hvis en feil oppstår etter at en stor del av dataene er overført? Er alt gått tapt? Må maskinen be­ gynne på nytt? De lavere lagene tar seg av noen av problemene med tapte pakker, men mottatte pakker må fremdeles filtreres opp gjen­ nom OSI-lagene. Hva hender hvis det oppstår en feil der? For eksem­ pel kan en fil bli riktig overført, men gå tapt på grunn av en lagringsfeil i mottakeren. Denne feilen har ingenting med selve nettverks­ kommunikasjonen å gjøre, og de lavere lagene kan ikke ta seg av det. I sesjonslaget kan slike tap forhindres ved å definere synkroniserings­ punkter innenfor datastrømmen. Disse punktene deler data opp i be­ stemte dialogenheter. Ved hvert synkroniseringspunkt må mottake­ rens sesjonslag kvittere på at foregående dialogenhet er korrekt mot­ tatt. Hvis det oppstår feil, må senderen sende data om igjen fra det siste synkroniseringspunktet. Senderen må derfor ta vare på hver dialogenhet til den har mottatt kvittering.

Presentasjonslaget Datanettverk ville vært mye enklere hvis alle datamaskiner snakket samme språk. Da snakker vi ikke om språk som Pascal, C eller CO­ BOL. Vi refererer til hvordan en datamaskin presenterer det vi kaller informasjon.

36

Vi må skille mellom informasjon og data, ettersom forskjellen er vik­ tig. Når vi snakker om data, maner vi fram bilder av en mengde tall, heksadesimale lagringsplasser eller sider med bokstaver og spesielle symboler. Kort sagt: Datamaskiner lagrer ikke informasjon, de lagrer data. Informasjon er betydning som vi knytter til data. På det mest grunnleggende nivået kan vi si at data er et utvalg av biter og byter. Informasjon er vår tolkning av dem. Problemer eksisterer fordi for­ skjellige datamaskiner har forskjellige måter å presentere den samme informasjonen på. Derfor er det ikke nok å definere datakommunika­ sjon. Vi må definere informasjonskommunikasjon. Presentasjonslaget gjør det.

På figur 3.10 illustrerer vi et eksempel med et nettverk som overfører data mellom to datamaskiner.

Datamaskin med ASCII

Datamaskin med EBCDIC

Figur 3.10 Utveksling av data mellom to datamaskiner

Den ene datamaskinen lagrer informasjon ved hjelp av ASCII, og den andre bruker EBCDIC, to forskjellige måter å lagre data på. (I kapittel 4 ser vi nærmere på ASCII og EBCDIC.) Når den ASCII-baserte data­ maskinen sier «HALLO!», overfører nettverket ASCII beskjeden. Den EBCDIC-baserte datamaskinen mottar og lagrer de samme dataene. Resultatet? EBCDIC-maskinen vil tolke de mottatte bitene som « < < I».

Det vi virkelig ønsker, er informasjonskommunikasjon, som vist på figur 3.11.

Datamaskin med ASCII

Datamaskin med EBCDIC

Figur 3.11 Informasjonsutveksling mellom to datamaskiner

ASCIl-versjonen av «HALLO!» blir overført. Fordi mottakeren bruker EBCDIC, må data bli konvertert. I dette tilfellet blir heksadesimaltegnene 48 45 4C 4C 4F 29 overført, men C8 C1 D3 D3 D6 5A blir mottatt. De to datamaskinene har ikke utveks­ let data, i stedet, og viktigere, de har utvekslet informasjon i form av ordet «HALLO!».

37

Presentasjonslaget må kjenne systemet det skal betjene. Det må også kjenne dataformatet det mottar fra andre, og sørge for skikkelig over­ føring av informasjon over hele nettverket. Presentasjonslaget har også en annen funksjon, datakompresjon. Datakompresjon er en måte å redusere antall biter på, samtidig som innholdet i informasjonen blir beholdt. Hvis overføringen er omfat­ tende og kostbar, kan vi med datakompresjon få ned kostnadene bety­ delig og øke mengden informasjon som kan sendes per tidsenhet. Som eksempel antar vi at data i en stor fil bare består av rader med store bokstaver. Det kan for eksempel være en liste over nøkkelord eller ansattes etternavn. Hvor mange databiter må overføres? Hvis tegnene er EBCDIC eller 8-biters ASCII, er tallet 8n, der n er antall tegn. Hvis presentasjonslaget omdefinerer kodene og setter 0 til A, 1 til B, og så videre opp til 29 for Å, kan hvert av disse tegnene bli representert med 5 biter (det minste antall biter som kreves for å lagre tall opp til 29). Slik kan vi redusere antall overførte biter med omtrent 38 %. Sikkerhet er også en grunn til å endre biter (eller kryptere dem) før vi sender dem. Hvis en uautorisert person får tilgang til en overført mel­ ding, vil den krypterte formen gjøre meldingen uforståelig. For at vi skal forstå innholdet, må data bli dekryptert. Les mer om dette i kapitlet Datakommunikasjon.

Applikasjonslaget Applikasjonslaget, det øverste laget i OSI-modellen, kommuniserer med brukeren og applikasjonsprogrammene. Det blir kalt applika­ sjonslaget fordi det inneholder nettverksapplikasjoner. De skiller seg fra brukerapplikasjoner, for eksempel lønningslister, regnskapsprogram, grafiske designpakker eller databaseprogram. Vanlige nett­ verksapplikasjoner vil være World Wide Web-applikasjoner, elektro­ nisk post, filoverføring.

Flere og flere bruker elektronisk post, som er en tjeneste over Inter­ nett. De lavere lagene i OSI-modellen sørger for hjelpemidler til å ut­ trykke meldingen og få den til bestemmelsesstedet. E-post-protokollen i applikasjonslaget definerer arkitekturen i et elektronisk post­ system. Det lagrer post i en postboks (egentlig en fil). Fra den kan vi brukere lese meldingene våre og svare på dem. En filoverføringsprotokoll (file transfer protocol) tillater oss også å utveksle informasjon, men på en annen måte enn ved e-post. Vi kan kople oss opp mot en fjerntliggende datamaskin, undersøke noen av systemets kataloger og filer og kopiere dem til vår egen datamaskin.

World Wide Web lar oss se dokumenter som er lagret i datamaskiner over hele verden. Det lar oss også følge en lenke (link) i et dokument på en datamaskin til et annet dokument på en annen maskin. Ved å

38

følge lenker kan vi hoppe fra ett sted til et annet ved et enkelt klikk på musetasten. Vanlig sjargong for dette er webbrowsing eller websurfing.

Med virtuell terminalprotokoll (virtual terminal protocol) kan vi fra vår egen datamaskin kople oss opp mot en fjerntliggende maskin og få adgang til den som om den var vår egen. Her kan vi støte på proble­ mer på grunn av forskjellig utstyr og programvare. Distribuerte systemer er en annen voksende applikasjon i datanett­ verk. Et distribuert system lar mange datamaskiner kjøre samme pro­ gramvare og få tilgang til felles ressurser. Ressurser kan være arbeids­ stasjoner, filtjenere, stormaskiner og skrivere. Se figur 3.12.

Figur 3.12 Distribuert system

I et distribuert system logger vi oss på og har ingen kjennskap til den underliggende strukturen. Vi etterspør en ressurs, og får den uten å vite eller å bry oss om hvor den kommer fra, eller hvilken arbeidssta­ sjon vi bruker for å få den. Detaljene er skjult for oss.

39

4 Grunnleggende transmisjon

Transmisjonsmedier For å kunne transportere informasjon (biter) mellom kommunikasjonsenheter må vi ha en «elektronisk vei» mellom dem, enten en fy­ sisk forbindelse eller en trådløs. Vi regner med tre typer transmisjonsmedier, hver med mange varian­ ter. Det vi kanskje kjenner best, er ledere av metall, for eksempel kop­ per. En elektrisk strøm som vi sender gjennom en leder, kan vi bruke til å overføre data. Vi kan også overføre data ved hjelp av lys som vi sender gjennom en glassfibertråd. Det tredje mediet krever ingen fysisk forbindelse i det hele tatt. Her benytter vi elektromagnetiske bølger slik vi kjenner det fra radio og tv.

Hva skal vi velge? De tre medietypene har innbyrdes fordeler og ulemper i forhold til signaltyper og materialer. Datamaskiner bruker digitale signaler, oftest firkantbølger som illustrert på figur 4.1a. Datamaskiner kom­ muniserer også over telefonnettet. Selv om stadig flere telefon­ systemer er digitale, er fortsatt mange telefoner og andre utstyrs­ enheter konstruert for å sende og motta analoge signaler. Se figur 4.1b.

En annen viktig faktor er pris. Ledninger, kabler og glassfiber har ulike produksjonskostnader. Dessuten vil prisen på de enhetene (for eksempel nettverkskort) som skal koples til transmisjonsmediene, være forskjellig. Vi må også ta med hvor mange biter de ulike mediene kan overføre per tidsenhet. Det er to mål på dette, bithastighet og båndbredde.

Bithastighet (bit rate) er et mål på hvor mange biter som kan overføres per tidsenhet per kanal. Målenheten er biter per sekund (bps). Avhen­ gig av bruksområde og medium kan dette være fra noen få hundre bps til mange milliarder bps.

41

Et transmisjonsmedium kan overføre signaler innenfor et gitt fre­ kvensområde. Før vi definerer båndbredde, må vi kjenne til hva et sig­ nal er, og målenheten herz. Et analogt signal som vist på figur 4.2, kal­ ler vi et periodisk signal. Det kalles periodisk fordi det gjentar et mønster kontinuerlig, i dette tilfellet et sinusmønster. En periode av signalet er tida det tar å gjen­ nomføre et omløp (for eksempel 0°-360°). Signalet på figur 4.2 har periodetiden T. Frekvensen f til signalet er antallet perioder per sekund. Målenheten er hertz (Hz). Antar vi at T på figur 4.2 er 1 ps, blir frekvensen til signalet:

Figur 4.2 Periodisk signal

1 1 f = - =-------- = 1000 000 Hz (1MHz) T 110’I*6

Båndbredden er differansen mellom den høyeste og den laveste fre­ kvensen som kan overføres i mediet. For telefonsignaler er det fre­ kvenser mellom 300 Hz og 3300 Hz, og båndbredden blir da 3000 Hz. Stemmen vår faller nettopp innenfor dette frekvensområdet.

Figur 4.3 Båndbredde for hørbart område og telefon

I telefonnettet vil vi for lydsignaler generelt miste de laveste og de høy­ este frekvensene, så telefonnettet egner seg dårlig til overføring av musikk. De første kommunikasjonsmediene var naturlig nok ulike typer metalltråd; fiberoptisk kabel og radiobølger var ukjent på den tiden. Samuel Morses telegrafsystem inneholdt en kraftforsyning, en bryter 42

Det hørbare frekvensområdet er mellom 20 og 20 000 Hz.

og en føler knyttet sammen av en metalltråd. Ved å åpne og lukke bry­ teren kunne han kontrollere strømmen i systemet, det vil si strøm eller ikke strøm, i prinsippet et digitalt system. En føler detekterte strøm­ men og lagde en klikkelyd, velkjent for gamle radiotelegrafister.

Figur 4.4 Morses enveis telegrafsystem

Tvinnet parkabel Den vanligste kabeltypen i spredenett er parkabelen. To isolerte kopperledninger tvinnet rundt hverandre kaller vi et tvin­ net par (twisted pair - TP).

Samler vi flere slike tvinnede par inne i en plastisolasjon, har vi en tvinnet parkabel. Som regel leveres parkabler med fire eller åtte ledere. De fins i flere utførelser innenfor hovedtypene skjermet eller uskjermet. Uskjermet tvinnet parkabel (UTP) er den som brukes mest i dag, med en kabellengde på opptil 100 m.

Parkabler deles inn i kategorier avhengig av overføringshastigheten. Kategoriene er definert av bl.a. EIA.

Spredenettet er kabelnettet ut til den enkelte kommunikasjonsenheten.

Ledninger av kopper er domine­ rende på grunn av god elektrisk ledningsevne og fordi kopper ikke korroderer så lett.

Cat. 5E - Cat.5 Enhanced

I dag har denne kabeltypen disse bruksområdene: Cat. 3

10 MHz stigekabler spesielt for teleapplikasjoner

Cat. 4

16 MHz

Cat. 5E

125 MHz strengere krav til NEXT enn cat. 5

Cat. 6

250 MHz

Cat. 7

600 MHz flere applikasjoner på samme nett

høyere båndbreddekrav

Cat. 8 1200 MHz (maks. E>0 meter)

For å beholde kopperkabelens elektriske og mekaniske egenskaper også etter installasjonen, er det viktig å følge leverandørens installasjonsveiledning. Du finner et eksempel på en slik veiledning i vedlegg 1. 43

Category 5E Draka Norsk Kabel Installasjonskabel Betegnelse

Standard

S-FTP

FTP

UTP

Artikkel nummer/El.nr Hgr. 10

PVC enkel/siamese

790841/892.30 790881/892.37

791841/892.40 791881/892.41

792141/892.43 792181/892.47

LSOH/LSFROH enkel/siamese

790851/892.32 790891/892.45

791851/892.42 791891/892.46

792151/892.44 792191/892.48

Elektriske data

PSNEXT at 100/125 MHz PSELFEXT at 100/125 MHz PSACR at 100/125 MHz SCEW at 100 MHz

Karakteristisk impedans, 1-125 MHz DC Loop-resistans Resistans ubalanse, Max Kapasitans ubalanse, Max Kapasitans Hastighetsfaktor Transfer Impedans 1 MHz 10 MHz Varmelast PVC/LSOH/LSFROH

MHz 1 4 10 16 20 31,3 62,5 100 125

dB dB

Att 2,1 4,3 6,6 8,2 9,2 11,8 17,1 22,0 24,9

NEXT 65,4 56,5 50,4 47,3 45,8 43,0 38,5 35,3 33,9

ACR 63,3 52,2 43,8 39,1 36,6 31,2 21,4 13,3 9,0

Att 2,1 3,4 6,2 7,9 9,0 11,3 16,4 21,0 23,7

NEXT 77,0 65,0 57,0 55,0 52,0 50,0 45,0 44,0 41,0

ACR 74,9 61,6 50,8 47,1 43,0 38,7 28,6 23,0 17,3

Att 2,1 3,6 6,1 7,8 8,9 11,2 16,0 20,3 22,0

NEXT 72,0 70,0 66,0 56,0 53,0 50,0 47,0 43,0 41,0

ACR 69,6 66,4 59,9 48,2 44,1 38,8 31,0 22,7 19,0

Att 2,1 3,5 5,9 7,5 8,6 10,8 15,4 19,6 22,0

NEXT 70,0 67,0 60,0 59,0 53,0 56,0 46,0 46,0 42,0

ACR 67,9 63,5 54,1 51,5 44,1 45,2 30,6 26,4 20,0

nsec/km

32,3/30,9 20,8/18,8 10,3/10,6 max 400

40/40 27/25 23/17