Tele- og datakommunikasjon 8200416364 [PDF]

Zitiervorschau

Roger Eide og Kristian T. Sundsdal

Tele- og datakommunikasjon Bokmål

Universitetsforlaget

© Universitetsforlaget AS 1995 ISBN 82-00-41636-4

Det må ikke kopieres fra denne boka i strid med åndsverkloven eller fotografiloven eller i strid med avtaler om kopiering inngått med Kopinor, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk.

Godkjent av Kirke-, utdannings- og forskningsdepartementet til bruk i den videregående skolen 1995.

Henvendelser om denne boka kan rettes til: Universitetsforlaget Postboks 2959 Tøyen 0608 Oslo

Omslag: Tor Berglie Illustrasjoner: Roger Eide og Kristian T. Sundsdal, Bjørn Norheim Sats: Brødr Fossum A/S, Oslo 1995 Trykk: GCS AS, 1995

Forord Denne boka er en innføring i tele- og datakommunikasjon og dek­ ker pensum i faget kommunikasjon for VK1 Elektronikk, ny lære­ plan.

Boka presenterer prinsipper og metoder for datakommunikasjon, fiberoptisk transmisjon, radiotransmisjon og transmisjon av telesignaler, og gir en innføring i noen av dagens tele- og datatjenester fra Telenor. I tillegg er det tatt med egne kapitler om datasikkerhet, kabling av kommunikasjonsanlegg og elforsyning til datanett. Stoffet i boka krever grunnleggende kunnskaper i analog og digital elektronikk og i trigonometriske funksjoner.

Trondheim, mai 1995

Roger Eide og Kristian T Sundsdal

Innhold Tele- og datanett................................................................................................................ Innledning............................................................................................................................ Telefonnettet ......................................................................................................................... ISDN..................................................................................................................................... Teleksnettet......................................................................................................................... Personsøkertjenesten.......................................................................................................... Mobiltelefontjenesten ....................................................................................................... Datanett................................................................................................................................ Kabelanlegg for overføring av kringkastingssignaler.................................................. Kringkastingstjenesten ......................................................................................................... Overføringsmedier for tele- og datasignaler................................................................. Kontrollspørsmål................................................................................................................ Oppgaver..............................................................................................................................

7 8 9 10 15 15 16 17 19 20 21 22 23

2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8

Datasikkerhet..................................................................................................................... Innledning............................................................................................................................ To typer datakriminalitet................................................................................................... Hvordan kan en beskytte seg mot datakriminalitet?.................................................... Risikoanalyse ..................................................................................................................... Sikkerhetsmotivasjon ....................................................................................................... Sikkerhetstiltak ................................................................................................................... Passord og overføring ....................................................................................................... Praktiske øvinger................................................................................................................

25 26 26 27 28 28 29 30 31

3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13

Datakommunikasjon....................................................................................................... Hva er datakommunikasjon?............................................................................................ Datakommunikasjon over offentlige nett ...................................................................... Krav til nettet....................................................................................................................... Noen grunnleggende begreper og definisjoner............................................................. Modulasjon og linjekoding.............................................................................................. Rekommandasjoner, standarder........................................................................................ ITU-rekommandasjoner..................................................................................................... Bell-standarder..................................................................................................................... EIA-standarder..................................................................................................................... Modem.................................................................................................................................. Lokale datanett - LAN....................................................................................................... Kontrollspørsmål................................................................................................................ Oppgaver..............................................................................................................................

35 36 36 37 37 42 44 46 52 53 55 67 82 83

4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8

Kablingssystemer ............................................................................................................ 85 Innledning............................................................................................................................ 86 Kabler og kontakter............................................................................................................ 86 Kabeldempning................................................................................................................... 90 Systemer for strukturert kabling ..................................................................................... 92 Praktisk kabling av IT-anlegg .......................................................................................... 97 Dokumentasjon for teleinstallasjoner............................................................................. 98 Kontrollspørsmål................................................................................................................ 99 Øving..................................................................................................................................... 100

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12

5

5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12 5.13

Optisk signaloverføring ................................................................................................. Innledning ........................................................................................................................... Historikk .............................................................................................................................. Oppbygningen av optiske fibrer ..................................................................................... Brytningsindeks. Snells lov.............................................................................................. Transmisjon av lys i optiske fibrer ................................................................................. Dispersjon og dempning i optiske fibrer........................................................................ Komponenter for optisk sending og mottaking............................................................. Produksjon av optiske fiberkabler................................................................................... Skjøting og konnektering av optiske fibrer.................................................................... Optisk måleteknikk ............................................................................................................ Optiske transmisjonssystemer.......................................................................................... Kontroll spørsmål................................................................................................................ Oppgaver..............................................................................................................................

101 102 103 103 104 105 106 110 114 116 117 118 119 119

6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 6.10 6.11

Prinsipper for radiokommunikasjon.......................................................................... Innledning........................................................................................................................... Modulasjon ......................................................................................................................... Kabler .................................................................................................................................. Bølgeledere......................................................................................................................... Elektromagnetiske bølger................................................................................................. Antenner .............................................................................................................................. Radiosendere....................................................................................................................... Radiomottakere................................................................................................................... Frekvensområder for kommunikasjon............................................................................ Kontrollspørsmål................................................................................................................ Oppgaver..............................................................................................................................

121 122 122 132 136 136 138 147 147 153 154 154

7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6

Transmisjon av telesignaler .......................................................................................... Innledning........................................................................................................................... Analog og digital signaloverføring ................................................................................. Multipleksteknikk.............................................................................................................. Pulskodemodulasjon (PCM)............................................................................................ Kontrollspørsmål................................................................................................................ Oppgaver..............................................................................................................................

157 158 158 159 161 165 165

8 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 8.10

Elforsyning til datanett................................................................................................... Elforsyning ......................................................................................................................... Overspenningsvem ............................................................................................................ Beskyttelse mot transientspredning gjennom signalledere........................................ Nettstøyfilter ....................................................................................................................... Grovvem .............................................................................................................................. Finvem.................................................................................................................................. Jording.................................................................................................................................. Avbruddsfri strømforsyning.............................................................................................. Spenningsstabilisering....................................................................................................... Kontrollspørsmål................................................................................................................

167 168 168 169 171 172 173 174 174 176 177

Stikkord........................................................................................................................................... 179

6

Kapittel 1

Tele- og datanett

Vi skal i dette kapitlet presentere noen av de viktigste tele­ tjenestene og de nettene som brukes. VI skal se på telefon­ nettet, teleksnettet, ISDN og mobiltelefonnettene NMT450, NMT900 og GSM. Personsøkertjenesten, kringkasting, satellittsamband og dataoverføring blir også presentert.

7

1.1 Innledning Dagens tele- og datanett gir muligheter for mange tjenester for bru­ kerne. Det kan være offentlige nett, drevet av Telenor (nytt navn på Televerket), eller private nett drevet av selskaper og institusjoner. Private nett kan være lukkede mobiltelefonnett eller lokale datanett (LAN), med tilgang for utvalgte brukere. Offentlige nett er tilgjen­ gelige for alle som har det nødvendige utstyret. Dette kan være te­ lefonnettet, de to offentlige datanettene Datapak og Datex eller de tre mobiltelefonnettene NMT-450, NMT-900 og GSM. Se figur 1.1.

I dette kapitlet skal vi se på de offentlige nettene og presentere de tjenestene disse nettene tilbyr.

Figur 1.1

8

1.2 Telefonnettet Telefonnettet skal knytte sammen telefonabonnenter slik at en abonnent kan få forbindelse med en hvilken som helst annen abon­ nent, både nasjonalt og internasjonalt. Telefonnettet er vel det best utbygde telenettet i Norge, med ca. 2 mill, abonnenter. På telefon­ nettet overføres disse tjenestene:

- telefontjenesten - telefaks - personsøkertjenesten - mobiltelefontjenesten - dataoverføring (via modem) Fjernsentral klasse I (FS I): Fjernsentral klasse II (FS II):

Gruppesentral (GS):

Endesentral (ES):

Figur 1.2 Telefonsentraler. Betegnelser og symboler

Telefonnettet er oppbygd av sentraler og overføringsmedier. Overføringsmediene er kabler og radiolinjer for innenlandstrafikk; tra­ fikk til utlandet går også via satellitt. For sentralene har vi fire klas­ ser eller nivåer, avhengig av hvilken funksjon de har. Figur 1.2 viser symboler og betegnelser for disse klassene.

Tidligere har det også vært fjemsentraler i klasse III. Disse blir i lø­ pet av 1995 nedgradert til endesentraler. Den enkelte sentralklasse har tradisjonelt hatt sin spesielle funk­ sjon: Ende sentralene var for tilkopling av abonnenter, via en totråds for­ bindelse. De samlet opp trafikk fra abonnenter i en bydel eller en bygd.

Gruppesentraler samlet opp trafikk fra flere endesentraler og for­ midlet den videre til fjernsentral III og til slutt fjernsentral II. Fjemsentraler II ble plassert i noen større byer. Alle FS II var koplet sammen til et landsomfattende nett sammen med FS I (i Oslo), som formidler trafikk til og fra utlandet. Figur 1.3 viser denne struktu­ ren, og viser også en FS III-sentral.

Figur 1.3 Sammenkopling av telefonsentraler

Denne noe strenge strukturen er etter hvert endret. I flere år er grup­ pesentraler, som bare skulle formidle trafikk fra endesentraler, blitt tilkoplet abonnenter. En mer omfattende endring med en ny struk­ tur blir gjennomført i løpet av 1995. Denne nye nettstrukturen har fått betegnelsen målnett. FS III forsvinner som egen sentralklasse og blir nedgradert til endesentraler og tilkoplet abonnenter. Også den tradisjonelle sammenkoplingen der ES skal knyttes til GS, som igjen knyttes til en fjernsentral, er endret. I målnettet kan en ende­ sentral knyttes direkte til en FS II. Et eksempel fra Trondheim vil belyse dette.

9

I Trondheim finner vi en FS II sammen med flere gruppesentraler og endesentraler. På Husby, som er en bydel i Trondheim, ligger en endesentral. Denne er det planlagt å knytte til to gruppesentraler som dekker to andre bydeler. I tillegg blir den knyttet til FS II i Trondheim og en FS II som ligger i Ålesund, se figur 1.4.

Figur 1.4 Eksempel på den nye nettstrukturen, målnettet Forbindelse mellom to abonnenter på Husby blir satt opp via endesentralen på Husby. Forbindelse mellom en abonnent på Husby og en abonnent i en annen by settes opp via FS II i Trondheim eller FS II i Ålesund. Dersom den anropte abonnenten er i et annet sentral­ område i Trondheim, kan forbindelsen settes opp via en av gruppesentralene i Trondheim, som dekker noen bydeler, eller den kan set­ tes opp via FS II i Trondheim, som dekker alle bydelene. Faktisk kan en slik forbindelse mellom to abonnenter i Trondheim også set­ tes opp via FS II i Ålesund og FS II i Trondheim. Hensikten med slike alternative forbindelsesveier er større sikkerhet. Dersom en kabel mellom to sentraler blir ødelagt, for eksempel ved graving, kan et anrop dirigeres en av de alternative veiene.

I det internasjonale telefonnettet har vi et nett av transittsentraler som binder sammen de enkelte lands utenlandssentraler.

1.3 ISDN 1.3.1. Generelt ISDN står for Integrated Services Digital NetWork. På norsk har en valgt betegnelsen det tjenesteintegrerte digitale nettet.

Dette er et heldigitalt nett, ført fram til den enkelte abonnent, for overføring av tale, tekst, data, bilder og meldingsformidling på samme linje, det vil si en abonnentkontakt for alle tjenestene. Se fi­ gur 1.5 og sammenlikn med figur 1.1. 10

Radiotjenester: - Mobiltelefon - Personsøking - Satellitt-tjenester

Datatjenester: - Teledata -Teleboks

Videotjenester: - Overvåking - Konferanser - Undervisning

> NT
XCOPY B: A:/s 2 BACKUP

Kopierer alt fra kildekatalog. Også her kan vi sette betingelser ved hjelp av brytere, for eksempel: alle filer som er skrevet etter en bestemt dato. Hvis du har behov for å legge tilbake informasjon på harddisken, må du bruke RESTORE-kommandoen.

C:\> BACKUP C:\prosjekt A: For å legge det tilbake igjen: C:\> RESTORE A: C:\prosjekt

31

Brytere som kan brukes: Med underkataloger /d: 16-01 -91

Alle filer som er skrevet inn etter 16. januar 1991

2.8.2 ATTRIB-kommandoen ATTRIB-kommandoen kan sette merker enten til en bestemt fil el­ ler til en gruppe med filer ved hjelp av jokertegnene og "?".

Hvis en bruker bryteren -r, kan filen bare leses. Det er altså ikke mulig å lagre til, eller slette, en fil som er skrivebeskyttet. Eksempel: C:\> ATTRIB A:*.*-r

Setter skrivebeskyttelse på alle filene på disket­ ten.

Dette løses opp igjen med: C:\> ATTRIB A:*.*+r

Opphever skrivebeskyttelsen.

Attributter og XCOPY Til hver fil er det knyttet fire attributter (spesielle egenskaper). Disse kan vi betrakte som logiske variabler; de er enten sann eller usann (på eller av). De fire attributtene er:

ARCHIVE HIDDEN SYSTEM READ ONLY Dersom HIDDEN-attributtet er på, blir ikke filen listet ut når vi skriver DIR. READ ONLY brukes til å beskytte filen mot å bli slet­ tet. ARCHIVE viser om filen er blitt forandret siden siste kopiering (backup). SYSTEM viser at filen er en del av operativsystemet.

ARCHIVE er et nyttig attributt, og vi skal se hvordan vi kan bruke det til å kontrollere en kopiering. Vi bruker kommandoene ATTRIB og XCOPY.

C:\> ATTRIB +AV/S slår på ARCHIVE-attributtet for alle filene i alle katalogene under aktuell katalog.

32

C:\> XCOPY *.* A: /S /M kopierer over alle filene i alle katalogene under aktuell katalog. Disketten vil få den samme filstrukturen som harddisken. Dersom disketten blir full, gjentar du bare

C:\> XCOPY *.* A: /S /M

og kopieringen vil fortsette der den stoppet da disketten ble full.

33

Kapittel 3

Datakommunikasjon

I dette kapitlet presenterer vi prinsipper og metoder for data­ overføring. Vi skal se på viktige definisjoner og begreper, og internasjonale rekommandasjoner for dataoverføring. Vi ser spesielt på lokale datanett (LAN) og datakommunikasjon over telefonnettet ved hjelp av modem.

35

3.1 Hva er datakommunikasjon? Datakommunikasjon er kommunikasjon mellom datamaskiner for overføring av program og data. Dette kan være samband mellom stormaskiner, mellom stormaskiner og personlige datamaskiner (pd-er) eller mellom pd-er.

Den gode tilgangen på billige og kraftige pd-er har gjort det lønn­ somt for mange firmaer å anskaffe flere slike maskiner framfor én stormaskin. Denne desentraliserte databehandlingen forutsetter god kommunikasjon mellom disse maskinene. Den lave prisen på pd-er har gjort dem til allemannseie. Ved hjelp av datakommunikasjon kan man med en pd og litt tilleggsutstyr kople seg opp mot fjernt­ liggende databaser og elektroniske oppslagstavler (BBS = Bulletin Board System) for å hente informasjon der. Datakommunikasjon gjør det mulig å knytte sammen allerede ek­ sisterende datamaskinsystemer, eller gradvis bygge opp et data­ maskinsystem. Datakommunikasjon i Norge kan foregå slik: - Over det offentlige telefonnettet - Over ett av de offentlige datanettene - Over et bransjenett. Et eksempel er SWIFT, som er et internasjo­ nalt datanett for banker - Over bedriftseide nett. Et viktig eksempel er lokalnett, som kopler sammen pd-er i for eksempel samme bygning - Over ISDN

3.2 Datakommunikasjon over offentlige nett Datasamband over telefonnettet krever en tilleggsenhet, et modem. Det er en enhet som omformer signalene fra datamaskinen slik at de blir tilpasset telefonlinjene. Modem er behandlet i kapittel 3.10.

I Norge har vi to offentlige datanett: Datex og Datapak. Datapak er et pakkesvitsjet datanett som gir forbindelse til mange andre land.

Datex er et linjesvitsjet datanett der forbindelsen er begrenset til de nordiske land. Tilkopling til Datapak og Datex krever egne abonnementer og spe­ sielle tilkoplingsenheter som må leies av Telenor. Det bør nevnes at Telenor tilbyr tjenesten Digital, som gir en høyhastighets dataover­ føring på leide linjer.

36

3.3 Krav til nettet Abonnenten Det er to grupper som stiller krav til et nettverk. Abonnenten er bru­ keren av nettverkstjenesten og stiller krav til nettverkets kvalitet og ytelser ut fra sine egne interesser: - Høy driftssikkerhet - Høy tilgjengelighet - Rask oppkopling - Stor overføringshastighet - Liten feilhyppighet - Lave kostnader

Forvaltningen Forvaltningen, eierne av nettverket, stiller sine krav ut fra drifts­ messige hensyn. Kravene er rettet både til tjenestene og bærerne: - Lang levetid på utstyret - Etappevis fornybarhet - Utbyggbart - Høy utnyttelsesgrad - Enkelt vedlikehold - Reservekapasitet ved feil

3.4 Noen grunnleggende begreper og definisjoner Vi skal her definere noen grunnleggende begreper i datakommuni­ kasjon: - Simpleks, dupleks, halv dupleks - Bit, byte, baud - Synkron og asynkron overføring

3.4.1 Simpleks, dupleks, halv dupleks Simpleks

Figur 3.1 Simpleksoverføring

Enveis overføring, alltid i samme retning, kalles simpleksover­ føring. Et eksempel er overføring av alarmsignal. 37

Halv dupleks

Figur 3.2 Overføring i begge retninger ved halv dupleks

Overføring i halv dupleks kan skje i begge retninger, men bare i én retning om gangen. Et eksempel er walkie-talkie. Full dupleks

Figur 3.3 Overføring i begge retninger ved full dupleks

Overføring kan skje i begge retninger samtidig. Et eksempel er te­ lefoni.

3.4.2 Bit, byte, baud Bit I datateknikken benytter man seg av nivåer (tilstander) i digital form, det vil si at en tilstand er enten «0» eller «1». En slik tilstand kaller vi en bit (binary digit), og det er den minste informasjonsen­ heten.

Datahastighet angis som biter per sekund, som forkortes til bps. Dette er altså antallet overførte nivåer per sekund. Vi bruker også avledningene kbps (kilobiter per sekund), Mbps (megabiter per se­ kund) og Gbps (gigabiter per sekund).

Byte En byte er en samling av 8 biter. Det antallet kombinasjoner som 8 biter kan ha når samtlige enten er «0» eller «1», er 256. Dette får vi ved å multiplisere 2 med seg selv 8 ganger. I dataverdenen blir en slik byte omsatt til et tegn ved hjelp av ASCII-tabellen.

38

Eksempel: desimalverdi

77

tegn

bitmønster

M

0 10 0 110 1

8 biter

1 byte

Baud Baud er et begrep som ofte blir misbrukt. Mange sier «2400 baud», men mener 2400 bps (biter per sekund), altså bitraten (datahastigheten). Baud uttrykker egentlig modulasjonshastigheten eller antallet tilstandsendringer per sekund. Dette sier noe om hva som signalmessig skjer på linjen. Sammenhengen mellom biter per sekund (bps) og baud blir behandlet under emnet modulasjon (kapittel 3.7).

3.4.3 Synkron og asynkron overføring Synkron overføring Synkron er gresk og betyr samtidig. I datakommunikasjon tenker vi på synkronitet mellom sender og mottaker.

Synkron overføring startes alltid av et tegn ved et bestemt tids­ punkt. Når ingen overføring pågår, sendes et tomgangstegn (eng. idle character), som har heksadesimalverdi FF]6.

Synk

Synk

Synk

Melding (data)

EXT

BCC

Figur 3.4 Prinsippet for synkronoverføring Synk: Synkroniseringstegn (bitmønster) som opprettholder synkroniseringen mellom sender og mottaker. EXT: End of text, markerer slutten på meldingen. BCC: Block Check Character = blokk-kontrolltegn, brukes til feilkontroll. Synkron overføring krever dyrere utstyr enn asynkron overføring, men er samtidig gunstigere ved overføring av større datamengder og med overføring over lengre avstander. Asynkron overføring Ved asynkron overføring kan et tegn komme når som helst i tid. Når ingen sending pågår, ligger linjen i «hvile». Under sending er det tegnoverføringen som opprettholder synkroniseringen.

39

a)

Start­ bit

Stoppbit

Tegn (data)

Stopp'| bit |

Startbit

~ Overføring

b) I

I

I____I

I

I

I

I

I

Timins

Figur 3.5 Asynkron overføring a) Prinsipp b) Pulstog Overføringen begynner med en startbit og avsluttes med en stoppbit. Ettersom asynkron overføring sender ett og ett tegn, blir det et opphold fra tegn til tegn. Det fører til at den reelle overføringshas­ tigheten blir lavere.

Eksempel: Bithastigheten 1200 bps skulle svare til 150 tegn/s. I praksis får vi overført 120 tegn/s, altså ca. 80 %.

3.4.4 Serie- og parallelloverføring Vi skal se litt på hvordan datamaskiner egentlig behandler data.

Som nevnt i kapittel 3.4.2, arbeider datamaskinen med kvantiserte størrelser, der den minste dataenheten er en bit, og som bare kan ha to verdier. Ofte behandles åtte slike biter i slengen, og det kaller vi en byte. Det finnes dermed to strategier for å overføre digital infor­ masjon: Enten overfører vi en bit om gangen, eller så overfører vi åtte biter (en byte) om gangen.

Den første typen overføring (bit for bit) krever i prinsippet bare én elektrisk leder og kalles serieoverføring. Standarden for serieoverføring er RS-232C (se kapittel 3.9), og de aller fleste pd-er leveres med to slike porter som standard. Fordelen med denne typen over­ føring er at den er svært enkel og økonomisk. Ulempen ligger i lav overføringshastighet. Serieoverføring er vanlig når vi skal kople et modem eller en mus til datamaskinen. Når vi velger å overføre data åtte biter om gangen, kalles det paral­ lelloverføring. Dette krever altså åtte elektriske ledere og går (i prinsippet) åtte ganger hurtigere enn serieoverføring. Standarden for denne typen dataoverføring kalles Centronics og brukes som re­ gel for å kople skrivere til datamaskinen.

For begge typer overføringsporter brukes det flere linjer enn de som trengs for å overføre selve databitene. Disse omfatter jord og di­

40

verse kontrollinjer. Kontrollinjene brukes til å holde en «dialog» gående mellom den eksterne enheten og pd-en. På den måten vet datamaskinen for eksempel når skriveren er klar ti] å ta imot tegn, og når det er nødvendig å vente. Denne prosessen er også kjent som «handshaking».

Pluggene som brukes i pd-en for RS-232C og Centronics, er like. Begge har 25 pinner, selv om ingen av standardene bruker alle pin­ nene. Bruken av pinnene er forskjellig for de to standardene.

RS-232C bruker svært sjelden mer enn ni pinner. Det er derfor van­ lig med 9-pinners kontakter, for eksempel for å kople en mus til maskinen.

Figur 3.6 25-pinners og 9-pinners D-subkontakter

Centronics-standarden foreskriver en 36-pinners kontakt i skriveren. CN1

Sett fra enden

Selv om det altså finnes allment aksepterte standarder for å kople periferiutstyr (ytre enheter) til en pd, kan det oppstå problemer med kommunikasjonen mellom enhetene. Det skyldes at forskjellig pe­ riferiutstyr har ulike muligheter. For eksempel finnes det flere typer skrivere, og det er viktig at programvaren vi bruker for å styre disse, er satt opp for rett skriver. Dessuten finnes det såkalte DIP-svitsjer på de fleste skrivere for å velge internasjonale tegnsett.

Noe tilsvarende gjelder for et modem. Programvaren vi nytter, må også her være informert om hvilke rekommandasjoner modemet bruker (overføringshastighet osv.).

Fiigur 3.7 Centronics-kontakt i skriver

41

3.5 Modulasjon og linjekoding 3.5.1 Innledning Ved datakommunikasjon blir datamaskinen koplet til en linje. Det kan være en linje i et av Telenors offentlige nett eller en leid linje. Signalene fra datamaskinen er firkantpulstog der pulsene varierer mellom for eksempel 0 og 5 volt. Før disse signalene blir sendt ut på linjen, må de omformes. Modulasjon og linjekoding er omformingsmetoder som tilpasser datamaskinsignalene til linjen.

Ved modulasjon blir firkantpulsene omformet til sinusspenninger. Dette brukes ved tilkopling til det offentlige telefonnettet. Ved linjekoding blir firkantpulsene omformet til en annen form for firkantpulser som har andre egenskaper tilpasset linjen. Dette bru­ kes ved tilkopling til leide linjer eller ved tilkopling til et av de of­ fentlige datanettene, Datex og Datapak.

3.5.2 Modulasjon Modulasjon brukes ved datakommunikasjon på telefonnettet. Data­ maskinens firkantpulser blir omformet til sinusspenninger, som er bedre tilpasset en telefonlinje. En telefonlinje har følgende egenskaper: - Den overfører signaler i området 300 - 3400 Hz - Den har begrenset båndbredde, 3100 Hz - Den overfører ikke likespenninger Firkantpulsene fra datamaskinen har følgende egenskaper: - De inneholder likespenning - De krever stor båndbredde

Modulasjonen av firkantpulser foregår i modemet etter fem for­ skjellige prinsipper: - ASK (Amplitude Shift Keying), amplitudeskiftmodulasjon - FSK (Frequency Shift Keying), frekvensskiftmodulasjon - PSK (Phase Shift Keying), faseskiftmodulasjon - QAM (Quadrature Amplitude Modulation), kvadraturmodulasjon - TCM (Trellis Code Modulation), trelliskodemodulasjon Hvilken modulasjonsmetode som brukes, er bestemt av overfø­ ringshastigheten: - Inntil 1200 bps: FSK -For 1200 bps: PSK - For 2400 bps og høyere: QAM eller TCM

42

ASK-modulasjon Datamaskinens 0 og 1 påvirker bærebølgens amplitude, som varie­ rer mellom to spenningsnivåer. Ett av disse nivåene er gjeme 0 volt, altså ingen bærebølge. 10

110

110

Figur 3.8 ASK-modulasjon

Ren ASK kan vi finne i forbindelse med digital overføring i optiske fibrer. Ellers er den brukt sammen med PSK for å gi kvadraturmodulasjon (QAM), som er behandlet senere i dette avsnittet. FSK-modulasjon Datamaskinens 0 og 1 blir omsatt til to toner med forskjellig frekvens, slik at 0 gir én frekvens og 1 gir en annen frekvens. Se figur 3.9. 10

110

Fi

Ft

F-i

Fi

F,

110

F

F,

Fi

Figur 3.9 FSK-modulasjon

ITU-rekommandasjon V.21 foreskriver FSK. ITU-rekommandasjonene blir gjennomgått i kapittel 3.7.

PSK-modulasjon Ved faseskiftmodulasjon (PSK) blir det sendt ut et sinussignal med fast frekvens, men fasen endres i takt med bitmønsteret fra data­ maskinen.

I OU

ICLOCOMI III iy

Figur 3.10 PSK-modulasjon Fasen blir endret 180 grader hver gang det kommer 0, mens fasen er uendret for 1.

43

PSK-modulasjon blir foreskrevet i ITU-rekommandasjon V.22. Her blir bitstrømmen delt inn i grupper på to biter, og bærebølgefasen endres i sprang på 90 grader.

Kvadraturmodulasjon, QAM Kvadraturmodulasjon kan betraktes som en kombinasjon av amplitudeskiftmodulasjon (ASK) og faseskiftmodulasjon (PSK). V.22bis-rekommandasjonen foreskriver denne modulasjonsmåten. I V.22bis, som er mer detaljert behandlet i kapittel 3.7, blir bit­ strømmen delt inn i grupper på fire biter, som får påvirke bærebøl­ gen.

I dette tilfellet endres både amplituden og fasen til bærebølgen. Amplituden og fasen kan hver anta fire forskjellige verdier. Til sammen blir dette 16 forskjellige tilstander, likt med antallet for­ skjellige bitmønstre for fire biter.

Trelliskodemodulasjon, TCM Dette er en videreutvikling av kvadraturmodulasjon. Den viktigste egenskapen ved trelliskoden er mindre følsomhet for støy, slik at overføringshastigheten kan økes uten at det oppstår feil og dermed retransmisjon. Med trelliskode kan overføringshastigheten økes til 9600-14 400 bps på det offentlige telefonnettet, og til 14 40019 200 bps på leide linjer av god kvalitet.

3.6 Rekommandasjoner, standarder 3.6.1 Innledning Kommunikasjon mellom to datamaskiner forutsetter et felles sett med regler for hvordan kommunikasjonen skal foregå. Slike regler er nedfelt i rekommandasjoner (anbefalinger) og standarder for da­ takommunikasjon. Forskjellige organisasjoner har arbeidet med dette. Her er en oversikt over de viktigste organisasjonene som utarbeider rekommandasjoner og standarder for datakommunikasjon: 1TU-TSS = International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector Tidligere het denne CCITT. ITU er et FN-organ som har alle former for telekommunikasjon som sitt arbeidsområde. Televerkene i de forskjellige land er medlemmer av ITU. ITU-TSS (av og til forkortet til ITU-T) utarbeider V- og X-rekommandasjonene for datakommunikasjon. Vi skal senere i dette kapit­ let se på noen V-rekommandasjoner.

44

ETSI - European Telecommunication Standards Institute ETSI utarbeider standarder for EURO-ISDN, ETS-300xxx-serien.

ISO = International Standardization Organization ISO har blant annet utarbeidet OSI-modellen (Open System Interconnection). EIA = Electronic Industries Association EIA har blant annet utarbeidet standardene RS-232C, RS-422, RS-423 og RS-449.

BELL = Bell Laboratories BELL er et amerikansk telefonselskap som har utviklet modemstandardene Bell 103, Bell 202, Bell 212.

IEEE = Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE har utviklet standardene 802.3, 802.4, 802.5 for lokalnett, og IEEE-488 (= GPIB) for instrumentstyring.

3.6.2 OSI-modellen, en kort presentasjon Dette er en standardisert lagdelt modell som beskriver hvordan kommunikasjon i et datanettverk kan foregå. Datakommunikasjon krever en rekke funksjoner. OSI-modellen er en struktur av sju lag der funksjoner som naturlig hører sammen, er samlet i det samme laget. Her følger bare en kort presentasjon.

Figur 3.11 OSI-modellen 45

Nedenfor er det gitt en kort beskrivelse av de enkelte lagene.

Applikasjonslaget: Utveksler data mellom programmer, mellom programmer og ope­ ratør eller mellom operatører.

Presentasjonslaget: Styrer skjermbilder, konverterer ulike tegnsett.

Sesjonslaget: Oppretter logiske forbindelser, avtaler tegnsett. Det er sesjonslaget som er ansvarlig for oppkopling, vedlikehold og nedkopling av for­ bindelsen mellom de programmene som skal utveksle data. Transportlaget: Konverterer logiske adresser til fysiske nettadresser. Logiske adres­ ser kan være symbolske navn av typen COMPARTNER, PETTER og liknende. Disse logiske adressene kommer fra sesjonslaget, og transportlaget skal finne adressen i det aktuelle nettet.

Nettlaget: Lager pakkene, er ansvarlig for at riktig kommunikasjonspartner blir anropt, nummererer pakkene. Linjelaget: Legger pakkene inn i rammer, nummererer rammene, driver feildetektering.

Det fysiske laget: Sørger for selve datatransporten, danner grensesnittet mot modem etter for eksempel rekommandasjonene V.24 eller X.21.

3.7 ITU-rekommandasjoner ITU-TSS utarbeider de såkalte V- og X-rekommandasjonene for datakommunikasjon.

V-rekommandasjonene: dataoverføring over telefonnettet X-rekommandasjonene: dataoverføring i datanett

3.7.1 Oversikt over noen V-rekommandasjoner V.10/V.11:

46

Elektriske karakteristikker for modemets grensesnitt mot telenettet.

V.21:

Modemrekommandasjon for 300 bps overføring, full dupleks, på det offentlige telefonnettet. Modulasjonsmetoden skal være FSK.

V.22:

Modemrekommandasjon for 600 bps og 1200 bps overføring, full dupleks, på det offentlige telefonnet­ tet eller på leide linjer. Modulasjonsmetoden skal være PSK.

V.22bis:

Modemrekommandasjon for 1200 bps og 2400 bps overføring, full dupleks, på det offentlige telefonnet­ tet eller på leide linjer. Modulasjonsmetoden skal være QAM.

V.23:

Modemrekommandasjon for 600/1200 bps overfø­ ring i én retning på det offentlige telefonnettet. Returkanal på 75 bps. Modulasjonsmetoden skal være FSK.

V.24:

Definerer grensesnittkretser mellom DTE (Data Ter­ minal Equipment, altså datamaskin) og DCE (Data Circuit-terminating Equipment, altså modem).

V.25/V.25bis: Rekommandasjon for utstyr for automatisk opprin­ ging og/eller automatisk svar, tilkoplet det offentlige telefonnettet. V.26:

Modemrekommandasjon for 2400 bps overføring på firetråders leide linjer.

V.28:

Elektriske karakteristikker for et grensesnitt. Kan brukes sammen med for eksempel V.24, som ikke angir elektriske karakteristikker.

V.29:

Modemrekommandasjon for 9600 bps punkt-tilpunkt-overføring på firetråders leide linjer.

V.32:

Modemrekommandasjon for opptil 9600 bps over­ føring på totråders offentlige eller leide linjer, full dupleks. Modulasjonsmetoden skal være QAM eller TCM.

V.34:

Modenrekommandasjon for opptil 28 800 bps over­ føring.

V.35:

Rekommandasjon for datatransmisjon på 48 kbps over bærefrekvenssystemer, 60-108 kHz.

47

V.42:

Rekommandasjon for feilkorrigerende prosedyrer for DCE ved asynkron-til-synkron-omforming.

V.42bis.:

Rekommandasjon for datakompresjon i modem.

Figur 3.12 viser bruken av noen av rekommandasjonene. Personlig

Stormaskin

Figur 3.12 Bruken av noen V-rekommandasjoner

Vi skal her gi en kort presentasjon av noen rekommandasjoner.

3.7.2 Rekommandasjonene V.21, V.22, V.22 bis, V.23, V.32, V.32 bis, V.32 terbo, V.34 V.21. Denne rekommandasjonen foreskriver FSK-modulasjon. Overføringshastigheten er 300 bps, og modulasjonshastigheten er 300 baud. Frekvensene som brukes, forekommer i to par: 1:980 Hz, 0: 1180 Hz og 1: 1650 Hz, 0: 1850 Hz

Figur 3.13 Frekvenser ved overføring etter V.21 Hvilket frekvenspar som brukes, er bestemt av om modemet ringer opp eller blir oppringt. Modem som ringer opp, blir kalt A-modem (Call, Originate). Modem som blir oppringt, blir kalt B-modem (Receive, Answer). For A-modem brukes frekvensparet 980/1180 Hz. For B-modem brukes frekvensparet 1650/1850 Hz.

48

V.22. Denne rekommandasjonen spesifiserer synkron eller asyn­ kron overføring med PSK-modulasjon. med modulasjonshastighet på 600 baud og bithastighet på 600 eller 1200 bps.

Bithastighet på 1200 bps ved 600 baud oppnår man ved å dele bitstrømmen i grupper på to biter, og la hver bitgruppe påvirke fasen til bærebølgen. Denne endres i sprang på 90 grader.

600 baud betyr at bærebølgen endrer tilstanden 600 ganger per se­ kund. I dette tilfellet er det bærebølgens fase som endres. Hver gang bærebølgefasen endres, blir det overført to biter, slik at bithastigheten blir 1200 bps. Ved overføringshastighet på 600 bps vil bitene enkeltvis påvirke fa­ sen til bærebølgen, som nå endres i sprang på 180 grader. V.22 spesifiserer videre at A-modem (oppringende) skal ha bærebølgefrekvensen 1200 Hz, mens B-modem (oppringt) skal ha bære bølgefrekvensen 2400 Hz.

V.22bis. Den spesifiserer synkron eller asynkron overføring på 1200 bps eller 2400 bps ved 600 baud. A-modem har frekvensen 1200 Hz, og B-modem har frekvensen 2400 bps.

Ved 2400 bps blir bitstrømmen delt opp i grupper på fire biter som påvirker bærebølgen. Ved 1200 bps blir bitstrømmen delt i grupper på to biter. V.23. Her er overføringshastighetene 600 bps eller 1200 bps i en retning, med en returkanal på 75 bps. Modulasjonsmetoden er FSK, med følgende frekvenser: 600 bps 1: 1300 Hz 0: 1700 Hz 1200 bps 1: 1300 Hz 0:2100 Hz

For returkanalen brukes i begge tilfellene: 1:390 Hz 0:450 Hz V.32. Denne rekommandasjonen spesifiserer overføringshastighe­ ter på 4800 bps eller 9600 bps, med en modulasjonshastighet på 2400 baud. Det skal være synkron overføring med full dupleks på offentlige eller leide linjer.

Denne høye modulasjonshastigheten krever nesten hele båndbred­ den på en offentlig telefonlinje. Det fører til at de to overføringsretningene må bruke det samme frekvensområdet. Ved full dupleks, der det sendes i begge retninger samtidig, vil dette gi problemer. Mottakerdelen i modemene klarer ikke ved hjelp av filtre å skille mellom de to senderetningene. Dette er ikke et nytt problem, og det

49

er utviklet flere teknikker for å løse det. I V.32 brukes ekkokansellering for å skille mellom de to senderetningene. Med ekkokansellering blir en kopi av signalet fra senderen overført internt til mottakerenheten, samtidig som det sendes ut på linjen. Det signalet som mottakerenheten mottar fra linjen, er signal fra det andre modemet (ønsket) og signal (ekko) fra egen sender (uønsket). I mottakeren blir nå det internt overførte sendersignalet subtrahert fra linjesignalet. Dermed forsvinner bidraget fra egen sender. Bærebølgefrekvensen er 1800 Hz, og er den samme for begge ret­ ninger.

For bithastigheten 9600 bps anbefales to alternative modulasjonsmetoder: QAM og TCM (trelliskode). For bithastigheten 4800 bps anbefales QAM.

V.32bis. Dette er en rekommandasjon med hastighetene 14,4,12,9, 9,6, 7,2 eller 4,8 kbps på offentlige eller leide linjer i full eller halv dupleks. Bærebølgefrekvensen begge veier er 1800 Hz. Med datakompresjon etter V.42bis kan effektiv overføringshastighet komme opp i 38,4 kbps. (Se også punkt 3.10.8.)

V.32terbo. Dette er en rekommandasjon der maksimal hastighet er 19,2 kbps. V.34. Denne rekommandasjonen kom i 1994, og har fått betegnel­ sen V.last. Overføringshastigheten er 28,8 kbps. Dette antas å være den absolutt maksimale bithastigheten på telefonlinjer, derav beteg­ nelsen V.last (den siste modemrekommandasjonen). Med datakompresjon kan den effektive hastigheten komme opp i 115,2 kbps.

3.7.3 Rekommandasjonene V.24 og V.28 V.24. Her blir lederne definert i grensesnittet mellom DTE (Data Terminal Equipment) og DCE (Data Circuit-terminating Equip­ ment). DTE kan være en datamaskin, og DCE kan være et modem. V.24 definerer totalt 39 ledere (eng. circuits) i dette grensesnittet, se ta­ bell 3.1. (Vi har valgt å oversette det engelske ordet «circuit» med «leder» siden det faktisk er ledere. Ordet «krets», som er den direkte over­ settelsen, vil her virke kunstig og forvirrende.) Begrepet grensesnitt (eng. interface) er sentralt i datakommunika­ sjon. Det kan defineres som en spesifisert sammenkopling av to en­

50

heter, f.eks. en datamaskin og et modem. Et grensesnitt spesifiserer det mekaniske, elektriske og funksjonelle ved sammenkoplingen.

V.28. Denne rekommandasjonen definerer elektriske karakteristik­ ker for et grensesnitt der hastigheten er lavere enn 20 000 bps, for eksempel V.24. Kabellengde er ikke spesifisert, men total kabelkapasitans skal ikke overstige 2500 pF, som gir en typisk lengde på 15 m.

Interchange circuit number

Signal description

102 102a 102b 102c 103 104 105 106 107 108/1 108/2 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 136 140 141 142 191 192

Signal ground or common return DTE common return DCE common return Common return Transmitted data__________________________ Received data Request to send Ready for sending Data set ready Connect data set to line____ _______________ Data terminal ready Data channel received line signal detector Data signal quality detector Data signal rate selector (DTE) Data signal rate selector (DCE)_________ ____ __ Transmitter signal element timing (DTE) Transmitter signal element timing (DCE) Receiver signal element timing (DCE) Select standby Standby indicator________ _________________ __ Transmitted backward channel data Received backward channel data Transmit backward channel line signal Backward channel ready Backward channel received line signal detector __ Backward channel signal quality detector Select frequency groups Calling indicator Select transmit frequency Select receive frequency___________________ Receiver signal element timing (DTE) Request to receive Transmit backward tone Receive character timing Return to non-data mode__________________ Ready for receiving Received data present New signal Loopback/maintenance test Local loopback _ __________________________ Test indicator Transmitted voice answer Received voice answer

From DCE

To DCE

X — X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X

X X — X X X — X X X X X X X X X X X X X X X — X X X — X -

C/D/T

Ground Ground Ground Ground Data Data Control Control Control Control Control Control Control Control Control Timing Timing Timing Control Control Data Data Control Control Control Control Control Control Control Control Timing Control Control Timing Control Control Control Control Control Control Control Control Control

Tabell 3.1 Oversikt over lederne i V24-grensesnittet

51

Etter V.28-rekommandasjonen skal logisk 0 og 1 representeres med følgende spenninger: 0: spenning > +3 volt (for eksempel +12 volt) 1: spenning < -3 volt (for eksempel -12 volt) For ledere som fører kontrollsignaler der tilstanden er AV eller PÅ, gjelder følgende:

AV: spenning < -3 volt PÅ: spenning > +3 volt Som vi ser, er det ikke TTL-nivåer i dette grensesnittet. Merk at V.24 sammen med V.28 svarer til RS-232C fra EIA.

Figur 3.14 viser overføringen av tegnet «V» i ASCII-format (7 bi­ ter), med startbit og stoppbit over V.24/V.28-grensesnitt. Vi legger merke til at LSB (den minst signifikante biten) blir overført først. 7 biter ASCII

+ 12 V

0

1

1

0

1

0

T4

T5

Te

T7

1

-12 V

To Ti

Tj

Startbit

LSB

T3

Tg

T9

MSB Stopp­ bit

LSB: Least Significant Bit MSB: Most Significant Bit

Figur 3.14 Overføring av tegnet «V» i ASCII-format (kode 86)

Ved tidspunktet To går linjespenningen fra -12 V til +12 V. Det er et varsel til mottakeren om at et tegn blir oversendt. Mottakeren tester linjespenningen ved Tr Dersom den fortsatt er +12 V, vet mottake­ ren at spenningsomslaget ved To ikke skyldes støypuls. T2-Tg er tidspunktene der mottakeren leser av bitmønsteret. Ved tidspunktet T9 skal linjen ligge på -12 V Dette er stoppbiten som markerer at alle bitene er oversendt og overføringen er avsluttet.

3.8 Bell-standarder Dette er standarder som er utviklet av det store amerikanske tele­ fonselskapet Bell. De er blitt industristandarder i USA. Blant Bellstandardene er det en rekke modem standarder. Vi skal presentere tre av dem: Bell 103, Bell 202 og Bell 212.

52

Bell 103: Overføring på 300 bps, FSK-modulasjon. Den ligner på V.21 i ITU, men bruker andre frekvenser og kan dermed ikke koples opp mot V.21. Frekvensene er:

A-modem: B-modem:

1: 1270 Hz 1: 2225 Hz

0: 1070 Hz 0: 2025 Hz

Bell 202: Overføring på 1200 bps, FSK-modulasjon, halv dupleks, med returkanal på 5 bps. Den har samme funksjoner som V.23, men er ikke kompatibel med denne. Disse frekvensene brukes:

A-modem (hovedkanal): B-modem (returkanal):

1: 1200 Hz 0: 2200 Hz 387 Hz ASK-modulasjon

Bell 212: Overføring på 1200 bps, PSK-modulasjon, full dupleks. Den er i prinsippet kompatibel med V.22 på 1200 bps. Det kan bli problemer under oppkopling mot et V.22-modem, fordi noen Bell212-modemer sender svartoner på andre frekvenser enn V.22-modemer.

3.9 EIA-standarder EIA har utarbeidet de såkalte RS-standardene (Recommended Standards). Den mest kjente er RS-232C. Den svarer til V.24 og V.28 i ITU. Av andre og nyere RS-standarder skal vi nevne RS-422, RS-423 og RS-449. Disse var ment som erstatninger for RS-232C, som er gammel og ikke spesielt god.

For sammenlikningens skyld tar vi med noen tall for RS-standar­ der, hentet fra avsnittet om V.24 og V.28:

RS-232C. Maksimal overføringshastighet er 20 000 bps, kabel­ lengde inntil 15 m (typisk tall), ikke TTL-nivåer. RS-422. Foreskriver transmisjon på balanserte linjer, med maksi­ mum overføringshastighet på 10 Mbps med 12 m kabel. Maksimal linjelengde er ca. 1000 m med en overføringshastighet på 100 kbps.

RS-423 er et kompromiss mellom RS-232C og RS-422. Overfø­ ringshastigheten er maksimalt 300 kbps ved 10 m kabel. Maksimal kabellengde er ca. 1000 m med overføringshastighet 3 kbps.

53

RS-449

RS-232C

SG Signal Ground SC Send Common RC Receive Common IS Terminal in Service IC Incoming Call TR Terminal Ready DM Data Mode SD Send Data RD Receive Data TT Terminal Timing

AA AB

Protective Ground Signal Ground

CE CD CC BA BB DA

ST

Send Timing

DB

RT RS CS RR SQ NS SF SR Sl SSD SRD SRS SCS SRR

Receive Timing Request to Send Clear to Send Receiver Ready Signal Quality New Signal Select Frequency Signaling Rate Selector Signaling Rate Indicator Secondary Send Data Secondary Received Data Secondary Request to Send Secondary Clear to Send Secondary Receiver Ready

DD CA CB CF CG

Ring Indicator Data Terminal Ready Data Set Ready Transmitted Data Received Data Transmitter Signal Element Timing (DTE source) Transmitter Signal Element Timing (DCE source) Receiver Signal Element Timing Request to Send Clear to Send Received Line Signal Detector Signal Quality Detector

LL RL TM SS SB

Local Loopback Remote Loopback Test Mode Select Standby Standby Indicator

CH Cl SBA SBB SCA SCB SCF

Data Signal Rate Selector (DTE source) Data Signal Rate Selector (DCE source) Secondary Transmitted Data Secondary Received Data Secondary Request to Send Secondary Clear to Send Secondary Received Line Signal Detector

Tabell 3.2 Lederne i RS-449 og RS-232C RS-449 definerer RS-422 og RS-423 mekanisk og funksjonelt. (Disse to standardene angir bare elektriske karakteristikker.) RS449 foreskriver en 37-pinners kontakt. Funksjonelt brukes de samme lederne som i RS-232C, men med 10 ledere i tillegg, se ta­ bell 3.2. Funksjonelt får dataterminalmaskinen større kontroll over mode­ met med RS-449, men de største fordelene er større hastighet og muligheter for større kabellengde.

54

3.10 Modem 3.10.1 Innledning Modem brukes ved dataoverføring på det offentlige telenettet eller over faste (leide) linjer.

Figur 3.15 Dataoverføring med modem over telefonnettet

MODEM er en sammentrekning av ordene MOdulator og DEModulator, som forteller at et modem består av en modulatordel for sending og en demodulatordel for mottaking.

Modulatoren omformer datamaskinens firkantsignaler til sinussignaler eller en linjekode før de blir sendt ut på linjen.

Demodulatoren omformer innkommende linjesignaler til et firkantsignal som er tilpasset datamaskinen.

3.10.2 Noen modemtyper Modem kan inndeles i to grupper: lokalmodem (kortholdsmodemer, basisbåndsmodem) og telefontypemodem (for tilkopling til te­ lefonnettet). Lokalmodem De har følgende egenskaper: - De brukes for faste to tråders eller fire tråders samband over kor­ tere avstander, inntil ca. 20 km. - De har stor overføringshastighet, inntil 64 kbps (to tråders) og 256 kbps (fire tråders). - De er enklere og billigere enn telefontypemodemer. - De krever større båndbredde (frekvensområde) på sambandet.

Ettersom faste samband har større båndbredde enn telefonnettet (ingen pupinspoler eller filtre), trenger en ikke vanlig modulasjon 55

(omforming til sinussignaler) her. I stedet blir signalene fra data­ maskinen omformet til en digital linjekode, som er tilpasset linjen. En mye brukt kode er AMI-koden (Altemate Mark Inversion). Maksimal overføringshastighet er avhengig av avstanden, og avtar med økende avstand. Typiske data for et lokalmodem tilkoplet et 0,6 mm trådpar: 1200 bps inntil 24 km 2400 bps inntil 20 km 4800 bps inntil 16 km 9600 bps inntil 14 km 19 200 bps inntil 11 km Telefontypemodem Vi kan her skille mellom manuelle modem og automatiske modem (smart-modem, Hayes-kompatible modem).

Manuelle modem: - De krever manuell oppkopling. Et manuelt modem må koples sammen med et telefonapparat. Oppkoplingen skjer ved å slå mottakerens nummer på telefonapparatet. Når forbindelsen er oppnådd, blir modemet koplet inn ved hjelp av brytere på mode­ met. - Manuell innstilling av hastigheten. - Mulighet for automatisk nedkopling. Automatiske modem: - Automatisk oppkopling, det vil si at modemet selv kan «slå» mottakerens nummer på kommando fra brukeren som taster inn nummeret på dataterminalmaskinens tastatur, eller modemet henter det inn fra en telefonliste i kommunikasjonsprogrammet. Telefonapparat er unødvendig. - Automatisk hastighetsvalg, styrt av kommunikasjonsprogram­ met i dataterminalmaskinen, eller av modemet i den andre en­ den. - Autosvar. Uten assistanse fra brukeren kan modemet motta et oppkall (oppringning) og formidle det videre til dataterminal­ maskinen. - Automatisk nedkopling og nytt oppkall ved opptattsignal. - Automatisk operasjon fra dataterminalmaskinen med Hayes ATkommandoer eller kommandoer etter ITU-rekommandasjon V.25bis. - Muligheter for å legge inn passord.

Automatiske modem kan også betegnes programs ty rte modem, fordi kommunikasjonsprogrammet i dataterminalmaskinen styrer alle modemets funksjoner. Felles for telefontypemodemer er modulasjon der datamaskinens

56

digitale signaler omformes til toner (sinussignaler), som er bedre tilpasset til telefonlinjen.

En interessant nyvinning når det gjelder modem, erfaksmodemene. Det er automatiske telefontypemodemer med faksfunksjoner. dvs. de kan overføre tekst direkte på telefonlinjen, uten papirkopi, til en faksmaskin eller en annen pd med faksmodem. Teksten skrives på datamaskinen og sendes. De fleste modemer som produseres og selges i dag, er faksmodemer.

3.10.3 Oppbygning av et modem. Blokkskjema Et modem består grovt sett av en senderdel, en mottakerdel og en strømforsyning. På figur 3.16 er det vist et forenklet blokkskjema for senderdelen og mottakerdelen i et modem.

a) Ønsker å sende (RTS)

Data

Telefon-

Figur 3.16 Blokkskjema for et modem a) Sender b) Mottaker

I blokkskjemaet har vi utelatt mikroprosessor, RAM-lager og ROM-lager som en gjeme finner i moderne modemer.

Vi skal gi en kort beskrivelse av de enkelte blokkene, med referanse til betegnelsene i blokkskjemaet. Sender DATAKOD: Dette er en datakoder, som samler flere biter til en gruppe. Modemrekommandasjon V.22bis (se kapittel 3.7) foreskriver for ek­ sempel samling i to biters eller fire biters grupper før modulasjon.

57

SCRAMB: Dette er en scramblerkrets. Noen modemrekommandasjoner. for eksempel V.22, V.22bis og V.32, krever scrambling (omkoding) av data. Scrambling skal gi en bedre synkronisering mel­ lom sender og mottaker ved synkron overføring. Synkronisering, der mottakerklokken skal gå i takt med senderklokken, forutsetter en noenlunde hyppig veksling mellom 0 og 1 i bitmønsteret. Lange sekvenser av bare 0 eller bare 1 kan inntreffe ved dataoverføring, og scramblerkretsen skal endre slike lange sekvenser til en jevnere for­ deling av 0 og 1. På mottakersiden må naturligvis bitmønsteret kor­ rigeres ved hjelp av en descramblingprosess (tilbakekoding). MODUL/FORST: Inneholder modulator og forsterker. Her blir bitstrømmen modulert inn på bærebølgen, som beskrevet i kapittel 3.5. Forsterkeren hever så signalnivået tilstrekkelig.

FILTER: Skal fjerne uønskede frekvenser før signalet blir sendt ut på linjen. SENDER/KONTR: Senderkontrollkrets, som styrer og overvåker senderdelen i modemet. Kretsen styres fra dataterminalen via lede­ ren RTS (Request To Send), som også styrer modulatoren. Dette er en anmodning om sending fra dataterminalen. Dersom modemet er klart for sending, vil denne kretsen kvittere med signal på lederen CTS (Clear To Send). Lederne RTS og CTS er ledere i V.24-grensesnittet, som blir nær­ mere behandlet i punkt 3.10.4. Mottaker FILTER/FORST: Inneholder filter og forsterker. Filteret skal fjerne støy på signalet, og forsterkeren skal heve signalnivået, som kan være lavt på grunn av demping på linjen.

EQUAL: Equalizer. Dette er en korreksjonskrets (utjevnerkrets) som skal korrigere for at de forskjellige frekvensene i signalet får forskjellig demping og forsinkelse. DEMOD: Demodulator. Den skal sørge for gjenvinning av bitstrømmen fra modulert bærebølge. DESCRAM: Descramblerkrets. Den skal oppheve scramblingen som foretas på sendersiden.

DATADEK: Datadekoder. Bitgrupper som ble dannet på sendersi­ den, blir løst opp i sine enkelte biter. BÆREB/DETEKT: Bærebølgedetektor. Den skal registrere mottatt bærebølge og gi signal om dette til dataterminalen på lederen DCD (Data Carrier Detect).

58

Vi skal her se på automatiske telefontypemodemer. ettersom manu­ elle modemer er lite aktuelle i dag.

3.10.4 Grensesnittet dataterminal - modem Sammenkopling av dataterminal og modem kan gjøres etter flere rekommandasjoner: -V.24/V.28 (RS-232C) - RS-422 eller RS-423, sammen med RS-449

Vi skal se nærmere på V.24, siden denne rekommandasjonen fort­ satt er mye brukt. Hvilke ledere som brukes, kan variere noe fra modem til modem, men figur 3.17 på side 61 kan være typisk.

Leder 102: Signaljord (Signal ground). Referansepunkt for signalspenningene. ITU-navn: GND RS-232C-navn: AB

Leder 103: Sendte data (Transmitted data). Overfører data fra dataterminal (DTE) til modem (DCE) i serieform. ITU-navn: TXD RS-232C-navn: BA Leder 104: Mottatte data (Received data). Modemet overfører data fra linjen til dataterminalen i serieform. Det forutsetter at leder 109, bærebølgedetektoren, er i tilstanden PÅ. ITU-navn: RXD RS-232C-navn: BB Leder 105: Ønsker å sende (Request to send). Anmodning fra dataterminal til modem om sending. Dersom modemet er klart for sending, vil le­ der 106, Klar til å sende, gå i tilstanden PÅ. ITU-navn: RTS RS-232C-navn: CA Leder 106: Klar til å sende (Clear to send). Signal fra modemet til datatermina­ len om at modemet er klart for sending. ITU-navn: CTS RS-232C-navn: CB Leder 107: DCE klar (Data set ready). I tilstanden PÅ angir denne lederen at modemet er koplet til linjen og klart for dataoverføring. I anropsmodus blir DSR satt PÅ når modemet detekterer svartone fra fjernmodemet. I svarmodus blir DSR satt PÅ når modemet har sendt ut svartone. ITU-navn: DSR RS-232C-navn: CC

59

Leder 108.1: Kople til linjen (Connect to line). Denne lederen styrer tilkoplingen av modemet til linjen. PÅ-tilstand gir tilkopling, AV-tilstand gir frakopling. Når denne lederen har fått AV-tilstand, skal den ikke kunne få PÅ-tilstand før leder 107 er i AV-tilstand. ITU-navn: CON RS-232C-navn: CD Leder 108.2: DTE klar (Data terminal ready). Signal på denne lederen forbereder tilkoplingen av modemet til linjen. PÅ-tilstand betyr at DTE er klar, og medfører at modemet forbereder kopling til linjen. Når denne le­ deren har fått AV-tilstand, kan den ikke få PÅ-tilstand før leder 107 er AV. ITU-navn: DTR RS-232C-navn: CD Lederne 108.1 og 108.2 er den samme fysiske lederen i grensesnit­ tet. Forskjellen ligger i hvilken funksjon denne lederen skal ha. Funksjonen i 108.1 brukes mye ved synkron overføring, altså der modemet er tilkoplet en synkron port på dataterminalen. Ved asyn­ kron overføring brukes 108.2.

Leder 109: Bærebølgedeteksjon (Data carrier detect). Med denne lederen tester en bærebølgenivået. PÅ-tilstand indikerer at bærebølgenivået er til­ strekkelig for dataoverføring. AV-tilstand indikerer ingen bære­ bølge eller for lavt bærebølgenivå. ITU-navn: DCD RS-232C-navn: CF Leder 112: Hastighetsvalg (Speed indicator). Signalet på denne lederen velger hastigheten for modemer med to hastigheter. PÅ-tilstand velger den høyeste hastigheten, mens AV-tilstand velger den laveste. ITU-navn: VSR RS-232C-navn: Cl Leder 113: Signalelementtakt (Transmitter signal element timing), for DTEklokke. Den brukes ved synkron overføring, der dataterminalen (DTE) styrer takten. Lederen overfører firkantpulser med frekvens 600, 1200 eller 2400 Hz. ITU-navn: XCK RS-232C-navn: DA Leder 114: Signalelementtakt (Transmitter signal element timing), for DCEklokke. Den brukes ved synkron overføring, der modemet (DCE) styrer takten. ITU-navn: TCK RS-232C-navn: DB

60

Dataterminal

Modem

Signaljord

Sendte data Mottatte data

Ønsker å sende Klar til å sende

Modemet klart Tilslutt linje

Dataterminal klar Bærebølgedeteksjon Hastighetsindikasjon Elementtakt

Elementtakt Elementtakt

Anropsindikasjon

Figur 3.17 Grensesnittet dataterminal - modem

Leder 115: Signalelementtakt (Receiver signal element timing), for DCEklokke. Signalet på denne lederen er firkantpulser med samme fase som datasignalet som overføres på leder 104. ITU-navn: RCK RS-232C-navn: DD

Leder 125: Ringeindikator (Calling indicator). Denne lederen indikerer at mo­ demet har mottatt et anrop, PÅ-tilstand angir dette. ITU-navn: RI RS-232C-navn: CE

61

Denne samlingen av ledere (multilederkabel) koples til en av serieportene på datamaskinen med en 25-pinners eller 9-pinners kon­ takt, og til modemet med en 25-pinners kontakt. Modemet koples til telefonlinjen ved hjelp av en apparatsnor beregnet for tastafonen Apparatsnoren skal ha en miniplugg som koples til minikontakten på modemet, som er merket LINE.

I den andre enden av apparatsnoren skal det være en trepolet plugg som koples til telefonstikkontakten i veggen. I tabellen nedenfor er det vist hvilke pinner som er brukt i en 25-pinners kontakt og i en 9pinners kontakt.

Ledernr. V.24

102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 125,

GND TXD RXD RTS CTS DSR DTR/CON DCD RI

Pinnenr. 25-pinners

Pinnenr. 9-pinners

7 2 3 4 5 6 20 8 22

5 3 2 7 8 6 4 1 9

Tabell 3.3 Kopling av 9-pinners og 25-pinners kontakt

3.10.5 Nullmodem Nullmodem kan også kalles en modemeliminator. Det er en kabel som muliggjør direkte sammenkopling av to dataterminaler. En slik kabel kan lages på forskjellige måter. Nedenfor er det vist en måte. Pinnenumrene er referert til en 25-pinners kontakt.

Figur 3.18 Nullmodemkabel (DTE - DTE)

62

3.10.6 Kommunikasjonsprogrammer Datamaskiner trenger spesielle programmer for å kunne kommuni­ sere seg imellom. Slike kommunikasjonsprogrammer kan følge med et modem, eller de kan kjøpes til en rimelig pris. Tilbudet er stort, vi kan nevne som typiske eksempler: Procomm+, Datatalk 3.0, SmartCom II, Dataterminal-Talk. Noen av de store integrerte programpakkene, for eksempel ENABLE, har en kommunikasjons­ del.

Programmene har mange felles funksjoner og muligheter, og vi skal se på en del felles trekk ved kommunikasjonsprogrammer.

Før et kommunikasjonsprogram kan tas i bruk, må det settes opp mot den aktuelle maskinvaren, datamaskin og modem. Det kan en gjøre under installasjonen av programmet eller ved å starte opp pro­ grammet. Følgende må spesifiseres i programmet: - Serieporten. En må angi hvilken serieport modemet er koplet til. Datamaskinens serieporter angis som COM1, COM2 osv. - Kommunikasjonsparametere. Dette gjelder overføringshastighe­ ten i bps, antallet databiter og antallet stoppbiter, eventuelt paritetsbit. Parameterne må være de samme hos kommunikasjons­ partneren i den andre enden. Følgende er mye brukt i dag: Hastighet: Antall databiter: Antall stoppbiter: Ingen paritetsbit Full dupleks

9600 bps 8 1

Med korrekt oppsett kan nå forbindelsen settes opp. I oppringte samband (altså over telefonnettet) gjør en dette ved å taste inn mot­ takerens telefonnummer på datamaskinens tastatur. Programmet sørger for at sifrene blir sendt til modemet, som omformer dem til signaler, pulser eller toner som er tilpasset den sentralen en er til­ knyttet. Modemet og datamaskinen med kommunikasjonsprogram vil så overta den videre oppsettingen inntil forbindelsen er etablert. De fleste kommunikasjonsprogrammene tilbyr en telefonliste der en kan legge inn navn, telefonnummer og kommunikasjonsparameteme til mulige kommunikasjonspartnere. Oppsetting av samband kan en så gjøre med et lite antall tastetrykk ved å velge i denne te­ lefonlisten.

63

Viktig ved datakommunikasjon er filoverføring, der programmer, data og tekster blir overført. Ved filoverføring må en velge en filoverføringsprotokoll som må brukes av både sender og mottaker. Eksempler på noen filoverføringsprotokoller er XMODEM, YMODEM, YMODEM BATCH. En viktig funksjon til slike protokoller er feilsjekking. På sendersiden vil protokollene dele filen inn i min­ dre blokker og beregne et kontrolltall for hver blokk som blir over­ ført til mottakeren. Mottakeren beregner også blokkens kontrolltall og sammenlikner med det sendte kontrolltallet. Ved feilfri overfø­ ring skal de to tallene være like.

Her følger en kort presentasjon av de nevnte protokollene: XMODEM. Filen deles inn i blokker på 128 bytes. Opprinnelig ble det brukt blokksjekksum som feilsjekkingsmetode. Senere er også redundanskontroll (CRC, Cyclic Redundancy Check) tatt i bruk, noe som har gitt betegnelsen XMODEM/CRC.

Protokollen tar først i bruk CRC, som er sikrest (oppdager flest feil). Dersom det ikke blir utvekslet tilfredsstillende kvitteringer mellom sender og mottaker, skifter en over til blokksjekksum. Se også kapittel 3.10.8.

YMODEM. Filen deles inn i blokker på 1024 bytes, men er for øv­ rig lik XMODEM/CRC. YMODEM BATCH. Er identisk med YMODEM, men tillater bruk av jokertegn (? og *), som er en fordel ved overføring av flere filer.

3.10.7 Modemstyring med AT- og ITU-kommandoer Et automatisk modem kan styres fra den datamaskinen det er koplet til. Forutsetningen er at modemet er i kommandotilstand, det vil si at alle enheter er koplet sammen og slått på og kommunikasjons­ programmet er startet. Med modemet i kommandotilstand kan vi gi det kommandoer fra tastaturet. Det er to sett av modemkommandoer, AT-kommandoene fra modemfabrikanten Hayes og ITUkommandoene i rekommandasjon V.25bis. De fleste automatiske modemene har AT-kommandoene innebygd; noen har også V.25bis-kommandoene innebygd.

Vi skal her presentere noen AT-kommandoer. Alle kommandoene skal begynne med bokstavene AT eller at (enten bare store eller bare små bokstaver).

64

ATDTn: Modemet slår telefonnummeret gitt ved n. T-en som følger etter D, angir at det skal brukes tonesignalering. En kan også bruke P, som angir pulssignalering. Det er som regel bare aktuelt mot gamle hussentraler. Som regel bør en bruke tonesignalering, som er raskere. ATDPWn: Oppringing av nummeret n via hussentral. Her brukes pulssignalering (gammel hussentral). W angir at modemet skal vente på ny summetone fra bylinje.

ATBO: Velger ITU-standard for modemet, for eksempel V.22 eller V.22bis. ATB1: Velger Bell-standard for modemet, for eksempel Bell 103 eller Bell 212.

Svært mange modemer leveres med både Bell-standarder og ITUstandarder innebygd. Modemet kan da brukes både i USA, der Bell-standardene brukes, og i resten av verden der ITU-standardene brukes. AT&GO: Slår av beskyttelsestonen (guard tone)

AT&G1: Angir beskyttelsestone på 550 Hz. AT&G2: Angir beskyttelsestone på 1800 Hz, som er vanlig i Norge. Beskyttelsestonen er en ekstra tone som modemet sender ut. De of­ fentlige telefonsentralene kan nemlig oppfatte databærebølgen som signalering. Sending av beskyttelsestone vil forhindre det. ATSn=x: S-register nr. n settes til verdien x. S-registrene er en form for aktiv hukommelse som styrer modemets funksjoner. Ved påslag blir fabrikkinnstillinger lest inn i disse registrene fra en ROM-krets. Brukeren kan endre disse innstillingene ved hjelp av ATS-kommandoen. Med noen kommunikasjonsprogrammer kan en også stille inn S-registrene under oppstart. S-registrene nummereres S0, Sl, S2 osv. Antallet S-registre varierer fra modem til modem. Eksempler på funksjoner knyttet til S-registre:

- SO-register: Bestemmer autosvarfunksjonen. Dersom innholdet er lik 0, vil autosvarfunksjonen (at modemet selv besvarer en oppringing) være koplet ut. Tall som er forskjellige fra null, kopler inn autosvarfunksjonen, og tallet selv angir hvor mange ringe­ signaler som skal mottas før modemet svarer. Det kan gis verdier i området 1 til 5. Fabrikkinnstillingen kan være 0.

65

- S8-register: Setter pauselengden på et komma i en ATD-kommando. Kommandoen ATDTO,528320 vil medføre en pause mellom 0 og 528320. Dette kan brukes ved oppkopling mot en hussentral. Innholdet i S8-registeret bestemmer hvor lang pau­ sen skal være i sekunder. Den kan være fra 0 til 255. Fabrikkinnstillingen kan være 2 sekunder. AT+++: "Escape"-sekvens, som bringer modemet over i kommandotilstand fra dataoverføringstilstand. Sambandet blir ikke koplet ned. ATOO: Bringer modemet tilbake til dataoverføringstilstand etter at det har vært i kommandotilstand på grunn av AT+++-kommando. AT+V: Overgang fra AT-kommandosett til V.25bis-kommandosettet i ITU.

SAT: Overgang fra V.25bis-kommandoer til AT-kommandoer.

V.25bis-kommandoene gjelder bare selve oppringingen. Konfigu­ rering av modemet må gjøres med AT-kommandoer.

Noen eksempler på V.25bis-kommandoer: CRNn:

Slår nummeret n.

PRNx;n:

Lagrer telefonnummeret n i posisjon x; x = 1 - 20.

CRSx:

Slår telefonnummeret som er lagret i posisjon x.

3.10.8 Feilkontroll og datakompresjon i modemer Et vesentlig krav ved dataoverføring er at de dataene som overføres og lagres, er feilfrie. Støy og forstyrrelser på linjen kan lett lage bitfeil som gjør dataene ubrukelige. Feilkontroll vil si at bitfeil blir de­ tektert slik at data med feil kan sendes om igjen. En mye brukt me­ tode til å oppdage feil er redundanskontroll, som også kalles CRC (Cyclic Redundancy Check). Det vil føre for langt å presentere me­ toden her, men vi vil nevne at den i praksis antas å finne alle feil. Rekommandasjon V.42 gir anbefalinger om feilkontroll lagt til mo­ demer. Metoden som foreskrives, er nettopp CRC-metoden. Ved datakompresjon blir de dataene som skal overføres, omkodet, slik at for en gitt informasjonsmengde blir det totale antallet biter redusert. Overføringstiden minker, og dermed øker den effektive overføringshastigheten. Rekommandasjon V.42bis gir anbefalinger om datakompresjon i modemer. Etter denne rekommandasjonen kan den effektive hastigheten økes med en faktor på 2 til 4.

66

3.11 Lokale datanett - LAN 3.11.1 Innledning Lokale datanett (LAN, Local Area NetWork) eies og brukes av or­ ganisasjoner, bedrifter osv. Eieren er selv ansvarlig for kabling, oppkopling og vedlikehold. Lokale datanett kjennetegnes ved - høy overføringshastighet (ofte 10 Mbps eller mer) - begrenset rekkevidde (1-2 km) - høy overføringskvalitet - fleksible tilslutningsmuligheter - forskjellig utstyr kan brukes - det er uavhengig av Telenor Bredbåndsnett Stasjonene deler nettet ved enten å få tildelt et frekvensbånd (FDMteknikk) eller ved å dele et frekvensbånd ved TDMA-teknikk (tidsdelt multippel aksessteknikk). Overføringshastigheten er fra 9600 bps til 14 Mbps.

Nettene nytter frekvensmultipleksteknikk (FDM-teknikk). De for­ skjellige båndene kan ha fast eller svitsjet forbindelse.

- En kanal kan deles i delkanaler for punkt-til-punkt-forbindelse med hastigheter 9600, 19 200 eller 64 000 bps. - Halvparten av kanalene brukes til sending og halvparten til mot­ tak.

Fordeler: - Stor båndbredde (15 lokalnett på samme kabel) - Svært lav feilfrekvens - Kan blande data, video og audio - Enkel å bygge opp - Stor rekkevidde (ubegrenset ved bruk av forsterkere) - Protokolluavhengig

Ulemper: - Høy kostnad på bredbåndsmodem - Kontrollerutstyret (head-end) er følsomt

67

Basisbåndnett Stasjonene på nettet deler overføringskapasiteten etter TDMA-teknikk. - Ren tidsdeling av kanalene i det fysiske mediet - Datahastighet 1-20 Mbps - Typisk for «tunge» databrukere med mye filoverføring Basisbåndnett er enkle å realisere. Standardiseringsarbeidet har konsentrert seg om TDMA-metodene:

- CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), «listen while talking» - Token Passing («stafettpinne»)

Dette er metoder som en node (datamaskin) bruker for å skaffe seg tilgang til å kommunisere på nettet. De blir omtalt senere. Fordeler/ulemper: - Hvert segment er maksimum 500 m - Maksimum to forsterkere mellom to MAU-er (Multi-station Ac­ cess Unit, se kapittel 3.11.7) - Avstanden mellom to MAU-er må være minst 2,5 m - Maksimum 100 MAU-er per segment

3.11.2 Forskjellige lokalnett-typer Det finnes et stort utvalg lokale datanett (LAN) med forskjellig fy­ sisk utbredelse, topologi, og forskjellige protokoller. Vi • • • •

deler lokale datanett inn i fire topologier: Bussnett Stjeme-ringnett Stjeme-bussnett Stjemenett

Vi skal se på disse på figurene som følger. De topologiene som bru­ kes mest, er i tillegg til buss også stjeme-buss og stjerne-ring. Val­ get av ring eller buss i kombinasjon med stjerne er avhengig av hvilken type lokalnett man nytter. Stjemetopologier er svært populære og brukes mer og mer. Det kommer blant annet av fordeler ved feilsøking, endring av topologi og eventuelt utvidelse av nettet.

Stjernetopologien blir gjeme brukt som spredenett i kombinasjon med et bussnett som stamnett.

68

Figur 3.20 Stjernetopologi med kontrollenhet

Figur 3.21 Kombinasjon av buss- og stjernetopologi. Denne topologien nyttes i ARCNET. Figuren viser også den logiske veien for signalet (tokenet) mellom nodene

69

Figur 3.22 Topologien i et Token Ring-nett. Vi ser her at man nytter stjerne-ringnett der den praktiske ringen er kon­ trollenheten i nettet. Figuren viser også den logiske ringen som signalet følger i nettet

Datamaskiner koplet sammen i et nett blir ofte betegnet noder.

Den metoden en node i nettet bruker for å skaffe seg tilgang til å kommunisere på nettet, kalles tilgangsprotokoll (Access Protocol). Av forskjellige protokoller nyttes: • CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), «listen while talking» • Token Bus • Token Ring

Tabell 3.4 viser tre nettverkstyper som er behandlet i dette kapitlet, sett i sammenheng med topologi og protokoll. Nettverk

Topologi

Protokoll

Ethernet ARCNET Token Ring

Lineær buss Stjerne-buss Stjerne-ring

CSMA/CD Token Bus Token Ring

Tabell 3.4 Topologi og protokoll for noen nettverkstyper

70

3.11.3 Hva er en protokoll? For at en dataoverføring skal kunne skje på en sikker og riktig måte, må både sender og mottaker følge visse regler. Et slikt sett med regler kalles en protokoll. Den inneholder blant annet følgende elementer: • • • • • • • •

Mekanisk tilkopling Elektrisk spenningsnivå Koding/dekoding Feilsjekking Adressering Veivalg (om mulig) Kryptering/dekryptering Tolking av overføring

Når datamaskiner er koplet sammen i et nett, kreves det en aksessmetode som regulerer datamaskinens tilgang til å kommunisere på nettet. Prinsippet er at bare én maskin får lov til å sende om gangen. Vi har nevnt to aksessmetoder som blir brukt i lokalnett: CSMA/CD og Token Passing. CSMA/CD brukes i Ethernet. Teknikken går ut på at når en node (arbeidsstasjon) ønsker å sende, lytter den først på kabelen for å høre om andre noder sender. Dersom kabelen er ledig, kan noden begynne å sende. Dersom kabelen er opptatt, vil noden vente en viss tid, og så prøve igjen. Dersom to noder prøver å sende samti­ dig, blir det kollisjon. Dette kan oppdages av de andre nodene fordi spenningsnivået på kabelen blir høyere. Den første noden som opp­ dager en kollisjon, sender et alarmsignal til alle de andre nodene. De to nodene som prøvde å sende, venter en tilfeldig valgt tidsperi­ ode før de prøver på nytt. Token Passing brukes i Token Ring og ARCNET. Metoden baserer seg på at et token (en «stafettpinne») hele tiden overføres mellom nodene. Et token er et spesielt bitmønster som nodene kjenner igjen. Det er bare når en node mottar et token at den kan sende data. Noden endrer da en spesiell bit i tokenet, det markerer at tokenet er opptatt, og setter så til dataene som skal sendes. Det samlede bitmønsteret med token og data sendes til mottakernoden som leser dataene og markerer i bitmønsteret at de er lest. Bitmønsteret sen­ des så videre i nettet og kommer til slutt tilbake til sendemoden, som registrerer at dataene er lest av mottakeren. Gamle data fjernes, og eventuelle nye data sendes ut. Når noden er ferdig med å sende data, sender den tokenet («fritt» token) videre til neste node.

Fordelen med denne metoden er at det aldri oppstår kollisjoner, fordi en node først må ha et token før den kan sende.

71

3.11.4 Kabling av de forskjellige nett-typene Ethernet er et høyhastighets lineært bussnett. I Ethernet lytter alle stasjoner på nettet etter trafikk. Før en sending starter, forsikrer av­ senderen seg om at nettet er ledig. Sendingen sprer seg gjennom hele nettet, men bare mottakeren leser hele forsendelsen. De andre nodene kontrollerer bare om forsendelsen er til dem. Ethernet kan nytte alle kabeltyper. Vi skal se nærmere på bruk av tykk og tynn koaksialkabel. (Se side 87.) Ethernet på tykk koaksialkabel blir kalt ENet, mens Ethernet på tynn koaksialkabel betegnes som «Cheapernet» eller CNet.

Tynt Ethernet betegnes 10base2, mens tykt Ethernet betegnes 10base5. Her betyr 10-tallet hastigheten i Mbps, altså 10 Mbps. Or­ det base angir basisbåndnett, mens 2 og 5 angir lengden på ett seg­ ment (lengden på kabelen) i antall hundre meter. Ethernet kan også kables med uskjermet parkabel. Da blir betegnelsen lObaseT (T parkabel).

Noen generelle kablingsregler for Ethernet: • Det skal maksimalt være 30 noder per segment for CNet og maksimalt 100 noder per segment for ENet. Tallene omfatter også repeterere (se kapittel 3.11.7). • Begge ender av kabelsegmentet må avsluttes (termineres) med en resistans (terminator) som stemmer med den kabelimpedansen som er brukt. Skjermen på den ene kabelenden bør i prinsip­ pet knyttes til jord.

• Ved bruk av tynn kabel må T-leddet settes direkte på BNC-tilkoplingen på Ethemet-kortet. En må ikke nytte tilkoplingskabel fra T-leddet til Ethemet-kortet. Kabling av tynt Ethernet (figur 3.23) • Ethemet-kortet må settes til å bruke den interne transceiveren (sender/mottaker-enhet; av transmitter + receiver). • Et enkelt segment må ikke overstige 185 meter. • Opp til fem segmenter kan knyttes sammen ved hjelp av fire re­ peterere. • Det totale nettverket må ikke overstige 925 meter. • Den minste kabelavstanden mellom to noder er 0,5 meter. • Det kan være maksimalt 30 noder per segment.

72

Figur 3.23 Avstander og utstyr i tynt Ethernet

Kabling av tykt Ethernet (figur 3.24) • Ethemet-kortet må settes til å bruke en ekstern transceiver. • Maksimal avstand fra node til transceiver er 50 meter (maks. 50 meter tilkoplingskabel). • Opptil fem segmenter kan knyttes sammen ved hjelp av fire repeterere. • Maksimal lengde på ett segment er 500 meter. • Det totale nettverket må ikke overstige 2 500 meter. • Den minste kabelavstanden mellom to transceivere er 2,5 meter. • Det kan være maksimalt 100 noder per segment.

73

Figur 3.24 Avstander og utstyr i tykt Ethernet Kombinasjon av tynt og tykt Ethernet For å strukturere kablingen kan man kombinere forskjellige kablingsmetoder. Man kan for eksempel bruke tynne Ethemet-segmenter på en stamkabel av tykt Ethernet. I slike tilfeller må kabellengden på hvert segment og den totale kabellengden beregnes etter be­ stemte regler.

Reglene kan settes opp slik: Tynn kabel < (500 m - total kabellengde) / 3,44

Tykk kabel = total kabellengde - tynn kabellengde Faktoren 3,44 som er brukt her, har med effektiviteten i overførin­ ger å gjøre.

Kabling av ARCNET ARCNET er et stjeme-bussnett som bruker Token Passing. Det innebærer at nodene er organisert etter stigende identifikasjonsorden (ID-orden) og prioritert etter det i nettet. Før en overføring tar til, spør avsenderen mottakeren om denne er klar. Hvis mottakeren ikke er klar, slippes tokenet videre til neste stasjon i nettet. På denne måten unngår man at sendinger går tapt fordi mottakeren ikke er 74

klar til å motta. Alle noder i nettet «hører» alle sendingene, men det er bare den adresserte mottakeren som leser hele pakken.

Tradisjonelt bruker man i ARCNET en 93 ohms koaksialkabel (RG-62/u). Kabelen fra filtjeneren (eng. server) koples til en sammenkoplingsenhet som kalles signalsplitter (eng. hub). Signalsplitteren kan enten være passiv med fire nodetilkoplinger eller aktiv med åtte nodetilkoplinger. En aktiv signalsplitter har også en signalforsterkning.

Figur 3.25 Kabling av ARCNET

Avstandene mellom enhetene i et ARCNET avhenger av hvilket ut­ styr man kopler sammen. Dette er vist i tabell 3.5. Den maksimale avstanden mellom de fjerneste nodene må likevel ikke overstige 6 600 meter. Dette er den maksimale lengden som signalet kan be­ vege seg i nettet i løpet av tillatt maksimaltid, som er 31 mikrosekunder.

Fra

Til

Maks. avstand

Node Node Node Aktiv signalsplitter Aktiv » Passiv »

Node Aktiv signalsplitter Passiv » Aktiv » Passiv » Passiv »

660 meter 660 meter 33 meter 660 meter 33 meter Ikke tillatt

Tabell 3.5 Maksimale kablingsavstander i ARCNET

75

Koblingsregler for ARCNET • Ubrukte tilkoplinger på en passiv signalsplitter må avsluttes (ter­ mineres) med en 93 ohms terminator. • Passive signalsplittere har fire tilkoplinger, mens aktive har åtte. • En passiv signalsplitter må ikke koples til en annen passiv sig­ nalsplitter. • En passiv signalsplitter må bare brukes mellom en node og en aktiv signalsplitter. Kabling av Token Ring Token Ring har som ARCNET et token som formidler senderettighetene. Til forskjell fra ARCNET blir tokenet sendt fysisk gjennom hver eneste node i nettet. Nodene henvender seg bare til den neste noden i ringen.

Det er to typer kabling i et Token Ring-nettverk. Det er adapterkabel og tilkoplingskabel (patchkabel). En adapterkabel er kabelen fra noden til en eventuell veggkontakt. Tilkoplingskabelen er kabe­ len enten mellom flere 8225-enheter, kalt MAU (Multi-station Ac­ cess Unit), eller fra en MAU til en node. En adapterkabel er laget av IBM type 6-kabel eller tilsvarende og skal være 8 fot lang (2,5 meter). Kabelen brukes for tilknytning av noder med Token Ring-kort til en MAU eller til en tilkoplingskabel. Tilkoplingskabelen er laget av IBM type 6-kabel eller tilsvarende.

MAU: Multi-station Access Unit RI: Ring In RO: Ring Out

Figur 3.26 Kabling av Token Ring med nødvendig utstyr

76

Ved kabling av Token Ring har vi: • Maksimalt 96 arbeidsplasser per ring • Maksimalt 12 MAU-er per ring • Maksimal lengde på tilkoplingskabelen mellom en MAU og en node er 50 meter • Maksimal lengde på tilkoplingskabelen mellom to MAU-er er 50 meter • Filtjener, noder og broer er koplet til portene 1 til 8 på en MAU • Alle MAU-er er koplet sammen via portene RI (Ring In) og RO (Ring Out) Overføringshastighet Ved sammenlikning av nettverksytelser bruker en ofte den definerte overføringshastigheten. Denne hastigheten er for Token Ring 4 eller 16 Mbps, for Ethernet 10 Mbps og for ARCNET 2,5 Mbps.

Overføringshastigheten sier imidlertid ikke noe om nettverkets gjennomløpshastighet, eller, om man vil, «den sanne ytelsen». Gjennomløpshastigheten er den virkelige ytelsen i nettet. Den av­ henger av hvordan nettet er bygd opp, og hvilke komponenter det består av. Det er derfor viktig at alt fra kabelen til nettverkskortet i datamaskinene er av god kvalitet.

3.11.5 Konfigurering av nettverkskort Så godt som alle nettverkskort (Ethernet, ARCNET, Token Ring) krever spesielle oppsett som er tilpasset maskinen og nettverksprogrammet. Disse tilpasningene gjør en enten med et konfigureringsprogram som følger kortet, eller ved å endre jumper- eller switchinnstillingen på kortet. (jumper (eng.) = kortslutningslask; switch (eng.) = bryter.)

Interrupt, IRQ Inn/ut-enheter som tastatur, skjermkontroller, parallell/serie-port og kommunikasjonskort får tilgang til prosessoren ved å generere et avbruddssignal (IRQ, Interrupt ReQuest). Det er et signal som påkaller prosessoren og får den til å utføre en instruksjon mot den spesifiserte adressen. Inn/ut-enheten sender sitt IRQ til en interruptkontroller som vurderer prioriteten til den innkomne IRQ-en. Der­ som den innkomne IRQ-en har høyere prioritet enn prioriteten på det prosessoren holder på med, blir prosessoren avbrutt. Base I/O-Address (basis inn/ut-adresse) Basis I/O-adresse er en av flere I/O-portadresser som kan brukes av nettverkskortet. Disse I/O-portadressene er adressene mellom nett­ verkskortet og prosessoren.

77

Base Memory Address (basis-minneadresse) Nettverkskort har et leselager (ROM. read only memory) som inne­ holder rutinene for nettverkskommunikasjonen. ROM-adressen skal knyttes til maskinens minnekart for det reserverte området mellom 640 kB og 1024 kB. Basis-minneadressen som er valgt for nettverkskortet, er den første adressen i adresseområdet som blir brukt av dette minnet. Det er viktig både for valget av IRQ, basis I/O-adressen og basisminneadressen at man kjenner datamaskinens konfigurering fra før. Disse valgene må gjøres slik at det ikke oppstår konflikter med andre enheter i maskinen. I listen i tabell 3.6 forekommer IRQ og adresser for standardutrustningen til en maskin. Verdiene for disse er standar­ diserte og kan vanskelig flyttes. Man må derfor være oppmerksom på muligheten for konflikter. Minneresidente (lagringsfaste) program­ mer som EMS-drivere kan lett skape konflikter med de adressene man har valgt for nettverkskortet. Ønsker man i ettertid å endre opp­ settet av nettverkskortet, må man i de fleste tilfeller også generere et nytt nettverksdriverprogram for maskinen. Det er fordi driverprogrammet inneholder informasjon om kortets IRQ og adresser. Som et eksempel kan vi sette opp adresse- og avbruddskart for en maskin. Se tabell 3.6. Interrupt IRQ IRQ IRQ IRQ IRQ IRQ IRQ IRQ IRQ IRQ IRQ IRQ IRQ IRQ IRQ IRQ

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Adresser i heksadesimalform

System-timer Tastatur [Cascade] Com2 Coml LPT2 Diskettstasjon LPT1 Klokke/kalender VGA Tilgjengelig Tilgjengelig Tilgjengelig Tilgjengelig Harddisk Tilgjengelig

0000 - 0040 Interrupt-vektorer

0040 - A000 Tilgjengelig programområde

A000- C0O0 VGA video RAM C000- C800 VGA ROM C800- C952 Program C952- CDFF Ledig

CDFFD119 Program Dl 19 - EFFF Tilgjengelig

Tabell 3.6 Adresse- og avbruddskart for en pd-maskin Kabeltyper Noen nettverkskort tillater bruk av enten tynn koaksialkabel på BNC-kontakten (se kapittel 4.2) eller parkabel. Dette er et valg man må gjøre med innstillingen av kortet.

Nodeadresse Hver node i et nettverk må ha en unik adresse som nyttes i nett­ verkskommunikasjonen. Denne adressen er vanligvis satt fra fab­ rikken (Ethernet og Token Ring). For ARCNET må imidlertid adressen settes manuelt på kortet. 78

Oppstart i PROM Enkelte kort har mulighet for å bruke program i PROM (program­ merbart leselager) ved oppstart. Disse kortene gjør at maskinen kan startes som en arbeidsstasjon i nettet uten lokal diskettstasjon eller harddisk. Ved bruk av oppstart i PROM må en også foreta en spesi­ ell konfigurering av nettverkskortet.

3.11.6 OSI-modellen og lokalnett Her skal vi se på sammenhengen mellom OSI-modellen og lokal­ nett i stikkords form. (Se kapittel 3.6.2.)

Det fysiske laget, nivå 1 Gir mekaniske og elektriske karakteristika. - Kontakter - Spenningsnivå - Overføringshastighet - Simpleks/dupleks - Synkron/asynkron - Styresignaler - Opp- og nedkopling

Linjelaget, nivå 2 Gir feilfri overføring mellom to noder. - Data blir delt opp i rammer som inneholder starten av datablokken («header») og kontrollord (FCS - Frame Check Sequence) - Hver korrekt mottatt ramme blir kvittert for - Om ikke kvittering kommer, skjer omsending Nettlaget, nivå 3 Styring av kommunikasjonsnettet. - Adressering - Veivalg - Styring av informasjonsstrømmen, laget bestemmer utseendet av en pakke (pakkenett)

Transportlaget, nivå 4 Protokoll sender - mottaker. Skal være et unikt grensesnitt mot se­ sjonslaget uavhengig av resultatet av overføringen. - Styrer informasjonsstrømmen - Multipleksing

Sesjonslaget, nivå 5 En sesjon er en etablert logisk forbindelse. - Samtale mellom to parter - Etablerer og bryter sesjonen - Håndterer dialogen 79

Presentasjonslaget, nivå 6 - Oversetter syntaktiske forskjeller hos overførte data - Gjør informasjonen tolkbar i applikasjonslaget - Datakompresjon - Kryptering - Valg av syntaks Applikasjonslaget, nivå 7 Den tjenesten som brukeren ser. Laget har forskjellige protokoller avhengig av bruksområdet. - Systemstyring (ulike enheter) - Tilpasningsstyring (ulike prosesser) - Generelle oppgaver (filhåndtering) - Bransjespesifisert (f.eks. banker, NSB, SAS) Alle de forskjellige nettverksstandardene vi har nevnt, kan vi finne i lEEEs spesifikasjoner under betegnelsen IEEE 8O2.n. De tre nederste lagene i OSI-modellen er vist på figur 3.27.

OSI NetWork Layer

Logical Link Control

3 Nettlag

802.2

2 Linjelag Medium Access Control

802.3

802.4

802.5

Physical

1 Fysisk lag

CSMA/CD

Token Bus Token Ring

Figur 3.27 Gyldighetsområde for nettverksstandardene (fra IEEE 802. n)

3.11.7 Nettverksutstyr MAU (Multi-station Access Unit = flerstasjons tilgangsenhet) Oppgaven til en MAU for Token Ring er å knytte sammen de for­ skjellige nodene i nettverket. Hver inngang har tilkoplet et relé. Dersom en node faller ut (blir frakoplet), vil releet automatisk kortslutte inngangen på MAU. Dette sikrer at ringen ikke blir brutt. Styrespenningen til releet kommer fra noden som er knyttet til denne inngangen.

Repeterer (eng. repeater) Under overføring av digitale signaler på et medium blir signalene deformert. Deformasjonen går først ut over flankene på pulstoget, firkantpulsene blir avrundet. Før denne deformasjonen har gjort signalet ugjenkjennelig, må det gjenskapes til den opprinnelige for­ men. Denne gjenskapingen tar en repeterer hånd om. Repetereren 80

sjekker nivået på hver puls og setter inn igjen en vel definert firkantpuls. Ønsker man å overføre signaler over lengre avstander enn nettverksspesifikasjonene tillater, må man bruke repeterere. Men man må huske på at den totale nettverkslengden også er avhengig av andre faktorer. Ruter (eng. router) En ruter er internt nettverksutstyr som opererer på nettverksnivå (nivå 3 i OSI-modellen). Rutere støtter spesifiserte protokoller som TCP/IP (Unix), IPX/SPX (Novell), DECnet osv. De brukes til å kople sammen to nettverk. Disse kan enten være like eller ulike. Intemettprotokollen for rutere må finnes på alle rutere og tjenere (servere) i nettverkene. Rutere forstår normalt ingen andre protokoller enn dem de er spesielt programmert for å støtte. Noen avanserte rutere kan imidlertid programmeres til å støtte flere protokoller. Rutere med portegenskaper (gateway-egenskaper) kan oversette en pakke fra en protokolltype til en annen.

Bro (eng. bridge) En bro er strengt tatt internt nettverksutstyr som kopler sammen lo­ kale datanett (LAN) og arbeider på linjelaget (nivå 2 i OSI-modellen). Broer er knyttet til IPX/SPX, NetBIOS og andre høyere proto­ koller. En bro kopler sammen lokale datanett av lik topologi og pro­ tokoll, for eksempel Ethernet til Ethernet eller Token Ring til Token Ring. En bro må kunne håndtere fem funksjoner:

Inngangsfilter. For hvert nettverk skal broen overvåke trafikken i nettet og kopiere adressene til alle pakkene til andre nett som er knyttet til broen. Denne funksjonen kan forbedres ved at et repetererprogram gjenkjenner og behandler grupper av adresser i stedet for enkeltadresser. Bruk av en bro krever at kommunikasjonsproto ­ kollene i de forskjellige nettene er like. Inngangsbuffer. Mottatte pakker må kunne lagres, enten fordi intemtrafikken på broen er høy, eller fordi utgangsbufferen er full.

Omkopling. Hver pakke må kunne koples sikkert gjennom broen og ut til riktig mottakernett. Utgangsbuffer. En pakke må kunne lagres hvis mottakemettet er høyt belastet og pakken må vente før den kan legges ut. Utgangstransmisjon. Denne funksjonen kan betraktes som en transceiver-funksjon, og kan godt utføres av en transceiver.

81

Port (eng. gateway) En port er internt nettverksutstyr som opererer på applikasjonslaget (nivå 7 i OSI-modellen). En port er en konverteringsenhet og hånd­ terer alle protokollnivåer som tillater sammenkopling av nettverket til andre systemer. Den vanligste oppgaven til en port er å sørge for at en arbeidsstasjon i ett nettverk kan kople seg opp som terminal i et annet nettverk. En port er en kommunikasjonsenhet mellom nett­ verk med forskjellige protokoller.

Oppbygningen og arbeidsoppgavene til en port er i prinsippet de samme som for en bro. De samme fem funksjonene som er nevnt for en bro, må kunne håndteres av en port. I tillegg til disse må en port kunne oversette fra en protokoll til en annen slik at ingen infor­ masjon forsvinner under oversettingen.

Både brofunksjonen og portfunksjonen er sterkt programavhengig. Funksjonen kan legges til en spesiell arbeidsstasjon (node) i nettet eller til en tjener. Vi vil imidlertid anbefale at man setter av en egen dataterminal til jobben. En generell regel er at alle fellesoppgaver som utføres i nettet, bør legges til en egen enhet i nettverket og ikke kjøres på en arbeidsstasjon (node).

3.12 Kontrollspørsmål 1 Definer begrepene synkron og asynkron i forbindelse med data­ kommunikasjon. 2 Definer begrepene dupleks, halv dupleks og simpleks.

3 Forklar forskjellen mellom enhetene baud og bps (biter per se­ kund). 4 ITU har laget V- og X-rekommandasjoner. Hva omhandler disse?

5 Hva mener vi med faksmodem?

6 Hva mener vi med modulasjon i forbindelse med datakommuni­ kasjon? 7 Hva mener vi med datakompresjon, og hva er fordelen med dette? 8 Hva står bokstavene LAN for?

9 Nevn to typer lokalnett som er mye brukt. 10 Hva omhandler rekommandasjonene IEEE 802.3 og 802.5? 11 Hva mener vi med nullmodem?

82

3.13 Oppgaver 1 Nevn seks viktige krav til et datanett sett fra brukerens syns­ punkt. Prøv å foreta en begrunnet rangering av disse kravene.

2 Hvilke funksjoner har et modem i et datasamband på telefonnet­ tet? 3 V.24, V.28, V.34, V.42 og V.42bis er rekommandasjoner for modemkommunikasjon. Tegn et blokkskjema for et slikt samband, og vis hvor disse rekommandasjonene blir gjort gjeldende. 4 Forklar hva rekommandasjonene i oppgave 3 omhandler.

5 I forbindelse med modemkommunikasjon må kommunikasjons­ programmet settes opp med noen parametere. Nevn hvilke para­ metere som må settes, og gi et eksempel på hva de kan settes til.

6 Topologi er et begrep som angir hvordan datamaskiner er koplet sammen i et nettverk. Nevn fire topologier, og angi topologien for Ethernet og Token Ring.

7 Hva slags kabler brukes i Ethernet og Token Ring? 8 Angi forskjellene på tynt og tykt Ethernet. 9 Hva er en MAU, og hvor brukes en slik enhet?

10 Hva er en hub, og hvilke typer finnes av den?

83

Kapittel 4

Kablingssystemer

I dette kapitlet skal vi se på kontakter, kabler og kabelsystemer for interne kommunikasjonsanlegg. Vi presenterer struk­ turert kabling og regler for kabling av kommunikasjonsan ­ legg. Det er også tatt med litt om dokumentasjon av slike an­ legg-

85

4.1 Innledning I dette kapitlet skal vi se på kabler og kablingssystemer for IT-anlegg i moderne bygninger (IT - informasjonsteknologi). Det kan for eksempel være et lokalt telefonanlegg, et lokalt datanett (LAN) eller et alarmsystem. Vi skal studere forskjellige kabeltyper og kontaktmateriell som kan brukes, se på kablenes egenskaper, og se på prinsippene for legging av slike kabler.

4.2 Kabler og kontakter De kabeltypene som kan brukes for IT-anlegg, er - parkabel, skjermet eller uskjermet - koaksialkabel - fiberoptisk kabel

Parkabelen består av ett eller flere par. Hvert par består av to iso­ lerte ledere som tvinnes sammen, revolveres. Figur 4.1 viser ek­ sempler på parkabler, med ett par og to par. Vi skiller gjeme mellom tvinnet parkabel (eng. twisted pair), DM-revolvert kabel og stjernerevolvert kabel. Tvinnet parkabel - bygger på en godt utviklet teknologi - er enkel å kople til nettverksutstyret - er rask og enkel å installere - har minimal stråling av elektriske eller magnetiske signaler

Figur 4.1 Parkabel a) Tvinnet par b) DM-revolvert kabel c) Stjernerevolvert kabel

86

Kabler med flere par er gjeme fargekodet for å identifisere hvert par.

Parkabler er lette å trekke og er relativt ufølsomme for ytre støy. I en skjermet parkabel er det lagt en metallkappe omkring hvert par for å skjerme parene fra hverandre. Skjermen kan også være en fel­ les kappe omkring alle parene i kabelen. Den hindrer innstråling og utstråling av signaler. En slik skjerm vil imidlertid øke dempningen i kabelen.

Parkabler, som regel uskjermede, har lenge vært brukt i telefonnet­ tet. De brukes i spredenettet i strukturerte kablingssystemer. Dette blir behandlet i kapittel 4.5.

Figur 4.2 Kontakten RJ-45

For parkabler brukes kontakten RJ-45, som er en 8-polet kontakt. Den blir også kalt modulærkontakt, ISO-8-kontakt og ISDN-kontakt. Kontakten er vist på figur 4.2. Koaksialkabel En koaksialkabel består av en leder som er omgitt av en skjerm som utgjør jordpotensialet. Lederen og jordpotensialet er skilt fra hver­ andre av et tykt isolerende materiale (dielektrikum). Det hele er omgitt av en beskyttende kappe.

Ytterkappe

Skjerm

Isolator

Senterleder

Figur 4.3 Oppbygningen av en koaksialkabel Skjermen kan være en tynn kopperfolie eller tynne flettede koppertråder. I tillegg til at skjermen skal være returleder for signalet, skal den hindre innstråling og utstråling av elektromagnetiske felter. En meget god skjerming av elektromagnetiske felter får vi dersom skjermen består av både folie og flettede koppertråder i god elek­ trisk kontakt. En slik kabel blir imidlertid relativt dyr og stiv og er vanskelig å trekke.

Koaksialkabelen finnes i en rekke utforminger og tykkelser. Tykk koaksialkabel har gode egenskaper over lange avstander. Den tykke kabelen er imidlertid vanskeligere å legge enn den tynne. I tillegg er den vesentlig dyrere. Når vi legger en koaksialkabel, må vi ikke bøye den for mye. Det kan påvirke forholdet mellom kjernen og kappen, og dermed endre transmisjonsegenskapene for de høye frek­ vensene en har å gjøre med.

87

En koaksialkabel har mindre tap enn en parkabel, og også større overføringskapasitet. Koaksialkabel - blir brukt i både basisbåndsnett og bredbåndsnett - kan overføre både data, bilde og lyd - er enkel å installere - bygger på en godt utprøvd teknologi - er godt sikret mot magnetiske og elektriske påvirkninger Koaksialkabel brukes i noen lokale datanett, som Ethernet og ARC­ NET. Vi skiller som nevnt (kapittel 3.1 E3) mellom tykt Ethernet, som bruker en tykk, gul og stiv kabel, og tynt Ethernet, som bruker en tynn, svart/grå kabel (RG-58). Tidligere ble koaksialkabel brukt i stigenettet for data, men den er nå ofte erstattet av fiberoptisk ka­ bel.

For koaksialkabel brukes BNC-kontakten, som er vist på figur 6.4. Vi kommer tilbake til koaksialkabelen i kapittel 6.

Figur 4.4 BNC-kontakt

Fiberoptisk kabel er laget av kvartsglass eller plast. Signalet i en slik kabel blir overført ved hjelp av lys. Den er elektrisk sett en iso­ lator. Det gir denne kabelen meget gunstige egenskaper. Oppbyg­ ningen av kabelen er vist på figur 4.5.

Ytter-

Beskyttelse 1

kappe

Optisk

Kjerne

«kappe>-

Figur 4.5 Oppbygningen av en fiberoptisk kabel

Både kjernen og kappen er laget av glass (eller plast), men med litt forskjellige egenskaper med hensyn til lysutbredelse. Lyset utbres i kjernen, og kappen skal hindre at lyset spres ut av kjernen. Primærbelegget og sekundærbelegget skal beskytte kappen. 88

Vi skiller mellom singelmoduskabler og multimoduskabler. For­ skjellen ligger i hvordan lyset blir overført i kjernen. En singelmoduskabel har ekstremt lav dempning og brukes bare ved langdistanseoverføring, for eksempel på Telenors fjernnett. Over kortere av­ stander, for eksempel i bygninger, brukes multimoduskabler. Typiske dimensjoner for en slik kabel kan være 62,5 pm kjemediameter og 125 pm kappediameter. Figur 4.6 viser lysutbredelsen i en slik kabel.

Figur 4.6 Lysutbredelse i multimoduskabel

Lyset består av lysstråler som blir totalreflektert i grenseflaten mel­ lom kjernen og kappen. En slik totalrefleksjon forutsetter at kjernen og kappen har litt forskjellige egenskaper (forskjellig brytningsindeks), og at vinkelen mellom lysstrålene og grenseflaten ikke er for stor. Lyset som brukes, har bølgelengden 850 nm (1 nm = KL9 meter). I andre sammenhenger brukes bølgelengdene 1300 nm og 1550 nm. Lyskilden kan være en lysdiode eller en laser, og mottakeren er gjeme en PIN-diode. Når vi legger en fiberoptisk kabel, er det viktig å følge leverandø­ rens anvisninger. Dersom fiberkabelen blir sterkt bøyd under leg­ ging, kan den få skader. Virkningen av slike skader kan slå ut etter lengre tids bruk (tretthetsskade i fiberen). Som nevnt har fiberoptisk kabel svært gunstige egenskaper i for­ hold til kopperkabel (parkabel og koaksialkabel). Vi skal nevne noen:

- meget liten dempning - små dimensjoner - liten vekt - meget vanskelig å avlytte - ufølsom for elektromagnetisk støy - ingen krysstale mellom parallelle kabler - meget stor overføringskapasitet - elektrisk isolerende

89

Fiberkabel brukes i høyhastighets datanett (FDDI), og den erstatter i dag koaksialkabelen i stigenett. Fiberkabler er nærmere omtalt i kapittel 5. Figur 4.7 ST-kontakten

For fiberkabler brukes ST-kontakten. Den er vist på figur 4.7.

4.3 Kabeldempning Alle kabler er beheftet med tap som fører til at signaleffekten og signalspenningen blir svekket når signalet brer seg i kabelen. I kop­ perkabler, både parkabler og koaksialkabel, skyldes tapet resistansen i ledermaterialet og ledningsevnen (konduktansen) i dielektrikumet (isolasjonsmaterialet). I fiberkabler er det mer kompliserte tapsmekanismer som vi ikke skal gå nærmere inn på her, men som altså svekker signalet.

Dempning i kabler blir angitt i desibel (dB). Desibelverdien kan vi finne ved hjelp av den briggske logaritmen til spenningsforholdet eller effektforholdet, slik:

dB = 20 • log(U2/Uj) for spenningsforhold dB = 10 ■ log(P2/P]) for effektforhold

Vi skal knytte dette til kabler ved hjelp av figur 4.8.

Figur 4.8 Kabel med generator og belastning Et viktig krav til kabelsystemer er impedanstilpasning. Det vil si at Zg = zo = ZL, der Zg er generatorens indre impedans, Zo er kabelens karakteristiske impedans og ZL er lastimpedansen. Den karakteris­ tiske impedansen i kabelen er signalimpedansen, som er bestemt av kabelens geometri, dimensjoner og type dielektrikum. Vanlige verdier for den er 50 ohm og 75 ohm for koaksialkabel, og 100 ohm og 150 ohm for parkabel.

På figur 4.8 sender generatoren en spenning Uirm og en effekt Pmn inn på kabelen. Ut av kabelen får vi spenningen UM og effekten PM. På ° grunn av tap i kabelen er nå Uinn > Uut og P > Put r fe inn

90

Dempningen i dB er da 20- log(C7u/C7lnn)

eller

10 ‘ log(^inn)

I et impedanstilpasset system blir disse to verdiene like. Eksempel:

P]m = 1 mW, Put = 0,25 mW Dempningen i dB = 10 • log(0,25/l) = -6 dB

Ofte sløyfer vi minustegnet og sier at dempningen er 6 dB.

I datablader blir kabeldempning oppgitt i dB per lengdeenhet, for eksempel i dB/m, dB/100 m eller dB/km. Krysstale er uønsket signaloverføring fra ett eller flere kabelpar til andre kabelpar i en mangepars kabel. Krysstale kan oppstå på grunn av kapasitiv eller induktiv kopling mellom parene.

Vi skiller mellom nærkrysstale (NEXT = Near End Cross Talk) og fjernkrysstale (FEXT = Far End Cross Talk). Figur 4.9 viser for­ skjellen mellom disse formene.

A1

A2

A3

A4

Figur 4.9 Nærkrysstale (NEXT) og fjernkrysstale (FEXT) Fjernkrysstale har vi når støykilden befinner seg i den andre enden av sambandet, mens nærkrysstale skyldes en støykilde i den samme enden av sambandet. Fjernkrysstale opptrer mest ved samband over lengre avstander, mens nærkrysstale kan være merkbar over korte avstander, for eksempel innenfor en bygning. Krysstale skal holdes på et minimum, og en viktig metode for å oppnå dette er revolvering av kabler, som vi omtalte i avsnitt 4.2. Revolvering betyr at de enkelte lederne hele veien bytter plass i tverrsnittet langs kabelen, slik at signaler som for eksempel blir koplet over kapasitivt, sum­ merer seg til null over en viss kabellengde.

91

4.4 Systemer for strukturert kabling Et godt kabelnett skal kunne brukes til alle IT-formål, uten at en trenger spesielle kabler og kontakter til særformål. Et slikt kabel­ nett, som vi skal betegne som strukturert, bør oppfylle følgende krav:

- Modulært: Nettet skal bestå av et minimumsantall forskjellige komponenter som dekker forskjellige behov. En vil for eksem­ pel bruke samme type kabel og kontakt i hele nettet. - Tilgjengelig: Nettet skal ha enkel tilgang for bruker og driftsper­ sonale, samtidig som det er tilstrekkelig sikret mot uvedkom­ mende.

- Fleksibelt: Flyttinger, utvidelser og konfigurasjonsendringer skal kunne utføres enkelt. - Tilpasningsdyktig: Nettet skal være enkelt å omdefinere, og det skal være enkelt å innføre nye nettjenester. Dette forutsetter at kabel, kontakter og koplingsutstyr er av god kvalitet, slik at det samme utstyret kan brukes til forskjellige for­ mål. Dermed blir lagerhold enklere, og en trenger mindre spesial­ verktøy. Et kabelnett er kjennetegnet ved sin topologi, jf. kapittel 3.H.2. Med topologi mener vi måten enhetene er koplet sammen på. Vi har tre hovedtopologier: ring, stjerne og buss, og to avledede topologier: logisk ring - fysisk stjerne (stjeme-ringnett) og logisk buss fysisk stjerne (stjeme-bussnett). Dette er vist på figur 4.10.

Logisk ring fysisk stjerne

Figur 4.10 Topologier for kabelsystemer

92

Logisk buss fysisk stjerne

Ved logisk ring - fysisk stjerne er kablene lagt i stjerneform, men informasjonsflyten går i en ring, det vil si fra stasjon til stasjon. Til­ svarende er det for logisk buss - fysisk stjerne. Der tenker vi oss en felles informasjonsstrøm som blir avgrenet til hver terminal, mens kablene er lagt i stjerneform.

Eksempler på stjemenett kan være telefoni og høytafonanlegg. Bussnett finner vi i lokalnett med Ethernet, som også kan realiseres med logisk buss - fysisk stjerne. Lokalnett med Token Ring er gjerne realisert som logisk ring - fysisk stjerne. Vi kan dele et kabelsystem i tre deler: spredenett, stamnett (stigenett) og kabel mellom bygninger, se figur 4.11. Vi skal senere foreta en finere oppdeling.

Figur 4.11 Kabling i bygninger og mellom bygninger

Hovedfordeleren i nettet kan for eksempel være en hussentral, en høytafonsentral eller en server i et lokalnett. I hovedfordeleren blir hovedkabelen avgrenet til hvert stamnett; hvert av disse betjener alle etasjene i en del av bygningen eller i en annen bygning. I hver etasje står en underfordeler som avgrener stamkabelen til spredenettet i etasjen. Spredenettet er altså nettet fra en underfordeler til en veggkontakt på hver arbeidsplass. Underfordeleren (etasjefordeleren) kopler sammen stamnettet og spredenettet. Underfordeleren består av to koplingsfelter, et inngå­ ende felt for terminering av stamkabelen og et utgående felt for til­ kopling og terminering av spredenettet. Se figur 4.12.

93

Arbeidsplass

Telefon Data

Figur 4.12 Underfordeler Mellom de to feltene må det legges en krysskopling. Det kan gjøres på to måter: med fast kopling eller med pluggfeltsnor.

Ved fast kopling må underfordeleren være utstyrt med koplingsmateriell med knivkontakter der de enkelte lederne presses inn med spesialverktøy, slik at man oppnår en god og sikker forbindelse. Dette er en rimelig løsning, men den krever spesialverktøy og fag­ lært arbeidskraft. Ved krysskopling med pluggfeltsnor må de to feltene være utstyrt med stikkontakter. Pluggfeltsnoren har støpsler som er tilpasset stikkontaktene. Fordelen med dette systemet er at det er enkelt å kople om, selv for ufaglært folk og uten spesialverktøy.

Spredenettet er gjeme kablet med parkabel, skjermet eller uskjermet. I helt spesielle tilfeller der kravet til sikkerhet eller hastighet er stort, for eksempel i noen av Forsvarets anlegg, brukes fiberoptisk kabel også i spredenettet.

I stamnettet kan vi finne både parkabel, koaksialkabel og fiberop­ tisk kabel. Tendensen i dag er å bruke parkabel der det er mulig, og å legge fiberoptisk kabel der kravet til informasjonskapasitet og lav dempning er stort.

Kabelen mellom bygninger kan med fordel være en fiberkabel. Da unngår vi problemer dersom jordpotensialene i bygningene er for­ skjellige. Dersom man ikke bruker fiberkabel til kabling mellom bygninger, må man på annen måte sikre et galvanisk skille. Vi skal se på to spesielle kablingssystemer: AT&T Systimax PDS (PDS = Premises Distribution System) og IBM kablingssystem. Vi tar for oss kabeltyper, kontakter og koplingspanel.

94

AT&T Systimax PDS er lansert i Norge av TBK under betegnelsen TBK Universalnett. Dette nettet har seks delsystemer: 1 Delsystem for arbeidsplassen. Dette er de kablene og adapterne (tilpasningsenhetene) som brukes for å kople de enkelte termi­ naltypene til veggkontakten, som er av typen RJ-45 (ISO-8). 2 Delsystem for (horisontalt) spredenett. Dette er kabler fra etasjefordeleren ut til hver arbeidsplass, og veggkontakter ved ar­ beidsplassen. Her brukes to 4-pars kabler. Hver kabel er termi­ nert i hver sin veggkontakt som er av typen RJ-45. 3 Delsystem for stamnett (stigenett). Stamnettet knytter sammen etasjefordeleme og hovedfordeleren. Her brukes parkabel eller fiberoptisk kabel. 4 Delsystem for administrasjon. Dette er krysskoplingsutstyret som inngår i etasjefordeleme og hovedfordeleren. 5 Delsystem for kabling i utstyrsrom. Dette er kabler, kontakter og adaptere som kopler fellesressurser som hussentral, serverdatamaskin o.l. til hovedfordeleren. 6 Delsystem for utendørsanlegg. Dette er kabler mellom bygninger og kabelinntak med den nødvendige beskyttelse mot overspenning o.l. Her brukes i hovedsak fiberoptisk kabel. I spredenettet brukes to 4-pars kabler til hver arbeidsplass. De leve­ res med fargekodet isolasjonsmateriale i en felles brannhemmende PVC-kappe. For å kunne dekke behovet for fiberkabel ut til arbeids­ plassene leveres også kabel som inneholder to 4-pars kabler og to fiberkabler bygd inn i en felles kappe. Fiberkablene har dimensjonene 62,5 pm kjemediameter og 125 pm kappediameter. En bruker lys med bølgelengden 850 nm.

Spredenettet er terminert i to veggkontakter av typen RJ-45. Tabell 4.1 viser tilkoplingen til hver kontakt.

95

Par

Utstyrstype

Pinne

2

1

3

2

3

4

5

Analog/digital telefon

B

A

Teleks

B

A

6

U

I

I

U

Modem, fast 4-tråders

U

I

I

U

U

I

I

U

A2

B1

A1

B2

TA

TB

P3

P3

Digital telefon 4-tråders, alt. 1 Digital telefon 4-tråders, alt.2

SA

SB

Calling 2-par, alt. 1

A1

B1

A

Calling 3-par

A

V.11 (RS-422-C) ASYNK

A

D

R(B) R(A) T(B)

IBM 3270

D

D

IBM S 36/38

D

D

WANG

D

D

J

V.24 (RS-232-C) ASYNK

D

D

D

P2

A2

B2

B

C

D

J

+V

J

T(A)

(J)

J

J

J D

D

D

D

D

RDB

SDA SDB RDA

Strømsløyfe

8

P2

A

Calling 2-par, alt. 2

7

J

Modem, oppringt 2-tråders

ISDN

4

3

1

Synkron dataenhet

U

U

I

I

Asynkron dataenhet

I

I

U

U

IEEE 802.3/Ethernet

U

U

I

I

IEEE 802.5/Token ring 4 og 16 Mbps

U

I

I

u

Tabell 4.1 Tilkopling til RJ-45-kontakten (se side 87)

IBM kablingssystem har to kabeltyper. Type 1 har to skjermede par for data. Type 2 har to skjermede par for data, som type 1, og i tillegg fire uskjermede par for telefoni o.l. Se figur 4.13.

Type 1

Type 2

Figur 4.13 Kabler for IBM kablingssystem

96

Kontakten som brukes i dette kablingssystemet, er MIC-kontakten, figur 4.14.

Denne kontakten brukes på de skjermede parene (for data) både på krysskoplingspanelet og som veggkontakt. Kontakten kortslutter parene når den ikke er i bruk. For de uskjermede parene for telefoni brukes RJ-45-kontakten. Figur 4.14 MIC-kontakten

Parkablene som er nevnt i dette avsnittet, fra IBM og AT&T, har entrådete ledere. Mangetråders ledere har dårlige høyfrekvensegenskaper, og det finnes lite koplingsmateriell for slike ledere.

4.5 Praktisk kabling av IT-anlegg Ved trekking av kabler for IT-anlegg er det en del praktiske regler som vi må følge for å få et godt nett, det vil si et nett uten for store forstyrrelser fra sterkstrømsnettet og uten for stor signaldempning. •

•

• •

•

•

Som en hovedregel bør det installeres en kabel for hver tjeneste, slik at det legges separate kabler for data, telefoni, høytafon osv. Det gjelder både stamnettet og spredenettet. I spredenettet legges parkabel, med en maksimal lengde på 90 m. Det brukes stjemetopologi med underfordeler i stjernepunk­ tet. I stamnettet brukes parkabel dersom lengden ikke er over 90 m. For data kan en bruke tykk, gul Ethemet-kabel (koaksial) i stam­ nettet. Denne må legges slik at den passerer koplingsrommene. Tilkopling av utstyr til denne kabelen må gjøres i spesielt avmer­ kede punkter på kabelen. Disse punktene ligger med 2,5 m av­ stand. I hvert koplingsrom må det være tilstrekkelig med tilkoplingsmuligheter. Derfor bør det være en viss lengde på kabelen i disse rommene, 10 m kan være passe. Det gir fire tilkoplingspunkter. I stamnettet kan en også bruke fiberkabel for data. En bør da trekke kabel med flere fibrer, for eksempel 12, hver med dimen­ sjonene 62,5 pm/125 pm. For kabel mellom bygninger legges parkabel for telefoni. For data kan en bruke både parkabel og fiberkabel. Fiberkabel elimi­ nerer problemer med eventuell potensialforskjell mellom bygningene.

For de forskjellige kabeltypene er det en viss minste bøyningsradius. Den blir oppgitt i databladet for kabelen. Her følger noen ty­ piske tall. Installatører bør se etter i databladet for den enkelte ka­ beltypen.

97

Parkabel: Minste bøyningsradius er ca. 8 ganger kabeldiameteren. • 12 fibers kabel, til innendørs bruk: Minste bøyningsradius er oppgitt til 20 cm. • Koaksialkabel: Minste bøyningsradius er oppgitt til 5 cm. •

Støypåvirkning Sterkstrømsanlegget i en bygning representerer en vesentlig støy­ kilde for IT-anlegg. Store strømmer og spenninger gir relativt kraf­ tige elektromagnetiske felter som kan bli koplet over til kabler og annet utstyr i IT-anlegget. Problemene er størst ved transformato­ rer, tavlerom, hovedføringskabler og store forbruksapparater. En viktig løsning på dette problemet er å holde tilstrekkelig avstand mellom sterkstrømsanlegget og IT-anlegget. Hva som er tilstrekke­ lig avstand, avhenger av hva slags utstyr det dreier seg om. For føl­ somt elektromedisinsk utstyr er sikker avstand ca. 10 m. For mer avansert datautstyr kan dette være en brukbar avstand.

Parallellføring av sterkstrømskabler og IT-kabler kan medføre støy­ problemer. Det er avhengig av avstanden mellom kablene, strøm­ men i sterkstrømskabelen og forlegningsmåten. For en kurskabel (16 A) er tilstrekkelig avstand ca. 5 cm. Andre støykilder i en bygning kan være lysstoffrør og effektstyring av varmeovner med tyristor eller triac. Støyen fra lysstoffrør blir mindre dersom armaturkassen er av stål eller aluminium og godt jordet. Støy som brer seg ut på tilførselsledningen, er ubetydelig dersom avstanden er 5 cm eller mer. Støyproblemene med tyristor og triacstyringer er mye bestemt av de effektene som styres. Ved spesielt store effekter bør en helst unngå parallellføring av kabler og ellers holde størst mulig avstand. Ved felles føring av sterkstrømskabler og IT-kabler bør det være et fysisk skille, for eksempel en vegg i fellesbroer eller et eget kam­ mer i veggkanaler.

4.6 Dokumentasjon for teleinstallasjoner Statens teleforvaltning (STF) har fastsatt krav til dokumentasjon for teleinstallasjoner i bygninger, såkalte bedriftsinterne linjenett. Det skal utarbeides en komplett ajourført anleggsdokumentasjon i minst tre eksemplarer. Et eksemplar skal overleveres til byggherre/ bruker, et eksemplar skal være tilgjengelig ved koplingsfeltene og et eksemplar skal oppbevares av installatøren.

98

Dokumentasjonen bør inneholde

- Anleggsprotokoll, som viser hva som er utført, og hvilke skjemaer/tegninger som er vedlagt - Beskrivelse av merkesystemet som er brukt. Det gjelder for kabler, kontakter og koplingsmateriell - Oversikt over hovedkopling med adresser til underfordelere - Skjemaer/tegninger som viser stamnettet med underfordelere. Kabeltyper og antall par i parkabler skal oppgis - Tegninger som viser horisontalt spredenett i hver etasje og num­ mer på uttakene - Fargekoder for identifisering av lederne i den enkelte kabel

4.7 Kontrollspørsmål 1 Hvilke kabeltyper blir mest brukt i IT-anlegg?

2 Hva slags kontakter brukes for de forskjellige kablene? 3 I en kabel er det en demping på 16 dB. Spenningen inn er 100 mV. Hva blir spenningen ut? 4 Nevn noen krav til et godt kabelanlegg for IT-formål.

5 Hvilke topologier blir brukt i kabelanlegg for IT-formål? 6 Et kabelsystem kan deles i tre deler. Hvilke? Sett navn på delene. 7 Hva mener vi med en underfordeler?

8 Hvorfor bør man bruke fiberkabel mellom bygninger? 9 Hvilke typer kabler og kontakter brukes i AT&T Systimax, og hvilke typer brukes i IBM kablingssystemer?

99

4.8 Øving Installasjon av lokalnett for tre til fire arbeidsplasser Anlegget er basert på tre-fire pd-maskiner koplet i et lokalt datanett. Maskinene skal koples sammen i tynt Ethernet med kabel RG-58. En av maskinene skal ha tilknyttet en skriver som alle maskinene kan skrive ut på. For å teste oppkoplingen må man installere et nettverksprogram. Vi anbefaler å bruke Novell-light eller Lantastic.

Installer nettverkskort i alle maskinene. Sørg for at det ikke oppstår konflikter med eksisterende I/O-adresser eller basisadresser. Du må heller ikke benytte en IRQ som annet utstyr bruker. Kople på BNC-kontaktene etter forskriftene. Du bør resistansmåle hver kabel du lager. Men det er ikke noen fullgod garanti for at ka­ belen er i orden. For å være på den sikre siden bør du teste kabelen med en kabeltester som tar hensyn til både impedans og hastighet.

Anlegget skal du kople til en avbruddsfri strømforsyning.

100

Kapittel 5

Optisk signal­ overføring

I dette kapitlet skal vi studere optiske fiberkabler. Vi skal se på oppbygning og egenskaper for slike kabler. Det gis også en kort presentasjon av sendere og mottakere for optiske sys­ temer.

101

5.1 Innledning Optisk signaloverføring vil si overføring av informasjon ved hjelp av lys i en glasskabel. Denne glasskabelen skal vi kalle en optisk fi­ berkabel eller optisk fiber. Et optisk transmisjonssystem består av tre deler: optisk sender, optisk fiber og optisk mottaker, se figur 5.1.

Elektrisk-optisk omformer

Optisk-elektrisk omformer

Figur 5.1 Optisk transmisjonssystem Den optiske senderen mottar et elektrisk signal og omformer det til et lyssignal som sendes ut på kabelen. Den optiske mottakeren om­ former så lyssignalet til et elektrisk signal. Som sender brukes laserdiode (LD) eller lysemitterende diode (LED). Som mottaker brukes lavinefotodiode (APD, avalanche-diode) eller PIN-diode. Selve kabelen er laget av ekstremt rent kvartsglass.

Optiske fibrer har nå fullstendig erstattet kopperkabler (koaksialkabler, parkabler) i alle nyanlegg for fjemsamband (langdistansesamband), og de er en sterk konkurrent til satellittsamband og jordbaserte radiolinjesamband. Også for overføring over korte avstander brukes mye optiske fibrer i stedet for kopperkabler. Optiske fibrer har mange fordeler i forhold til kopperkabler. Vi kan nevne følgende:

- Meget stor båndbredde, dvs. stor informasjonskapasitet - Liten dempning - Stor sikkerhet mot avlytting - Kan brukes i eksplosjonsfarlige miljøer (ingen gnistdannelser) - Ikke påvirket av elektrisk støy - Elektrisk isolerende - Ingen krysstale (uønsket signaloverføring mellom to kabler) - Små, lette kabler Som nevnt er det lys som er informasjonsbæreren i optiske transmisjonssystemer. Lys er elektromagnetiske bølger med svært høy frekvens. En elektromagnetisk bølge kan karakteriseres enten ved frekvensen eller ved bølgelengden. For lys bruker vi bølgelengden. For optisk transmisjon brukes gjeme følgende bølgelengder:

850 nm, 1300 nm eller 1550 nm

102

Til sammenlikning kan vi nevne at synlig lys har bølgelengder i området ca. 400 nm-800 nm, med fiolett som den korteste bølge­ lengden og rødt som den lengste. De aktuelle bølgelengdene er i det infrarøde området, og bølgene er altså ikke synlige.

5.2 Historikk Signaloverføring med optiske fibrer har en relativt kort historie. Grunnlaget ble lagt i 1960 med oppfinnelsen av laseren (laser: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Deret­ ter fulgte gasslaseren i 1961 og halvlederlaserdioden i 1964. I 1966 kom forslaget om å bruke optiske lavtapsfibrer basert på kvartsglass. To forskere, Kao og Hockman, viste da teoretisk at dempnin­ gen i slike fibrer kan gjøres meget lav dersom materialet renses til­ strekkelig. Dempningen i tilgjengelig materiale var dengang om­ kring 1000 dB/km. Gjennombruddet kom i 1970, da det ble framstilt fibrer med dempning mindre enn 20 dB/km. I 1973 var dempningen kommet ned i 2 dB/km, og den ble ytterligere redusert til 0,5 dB/km i 1975. I 1982 var man kommet ned i 0,16 dB/km, som er teoretisk minimumsverdi. I framtiden kan vi vente nye ma­ terialer som gir vesentlig lavere dempning.

5.3 Oppbygningen av optiske fibrer Optiske fibrer består av to deler: kjerne og kappe, se figur 5.2.

Figur 5.2 Oppbygningen av optiske fibrer

Både kjernen og kappen er ofte laget av glass, men med litt for­ skjellige egenskaper. Lyset skal utbres i kjernen. Utenpå kappen legges et primærbelegg, og utenpå det legges et sekundærbelegg. Dette kan være plastmateriale av forskjellig slag. Det finnes optiske fibrer der kappen er av plast og kjernen er av glass, eller der både kjerne og kappe er av plast. Dimensjonene på en fiberkabel er meget små. Vi skal nevne noen eksempler:

Kjerne: 10 pm, 50 pm, 62,5 pm Kappe: 125 pm Transmisjon i optiske fibrer er basert på at lyset totalreflekteres i grenseflaten mellom kjerne og kappe. I det neste avsnittet skal vi studere dette fenomenet ved hjelp av Snells lov. Denne loven forut­ setter at vi kjenner begrepet brytningsindeks, som også skal define­ res.

103

5.4 Brytningsindeks. Snells lov Brytningsindeksen angis for materialer som er gjennomskinnelige (for lys), og er definert som forholdet mellom lyshastigheten i va­ kuum og lyshastigheten i materialet. Betegner vi brytningsindeksen med bokstaven n, lyshastigheten i vakuum med c (= 3 • 10s m/s) og lyshastigheten i materialet med v, får vi:

(5.1)

Lyshastigheten er forskjellig i forskjellige materialer. For glass er den ca. 2 • 108 m/s, slik at brytningsindeksen for glass blir ca. 1,5. Nedenfor er brytningsindeksen angitt for noen materialer. Vann: Diamant: Silisium: Glass:

1,33 2,0 3,4 1,5

Vi skal nå se på hva som skjer med en lysstråle som faller inn mot grenseflaten mellom to materialer med forskjellig brytningsindeks, figur 5.3.

Figur 5.3 Lysstråle i materialer med forskjellig brytningsindeks. Merk at Innfallsvinkelen blir målt fra en linje som står loddrett på grense­ flaten mellom materialene.

De to materialene har brytningsindeksene og n2, der n, > n-,. I grenseflaten blir lysstrålen delt i to. En del reflekteres tilbake i ma­ teriale 1, mens resten går inn i materiale 2. Den delen som går inn i materiale 2, får både en hastighetsendring (på grunn av brytnings­ indeksen) og en retningsendring. Snells lov gir oss sammenhengen mellom denne retningsendringen og brytningsindeksene for de to materialene. Med symbolene fra figur 5.3 kan Snells brytningslov skrives som:

n} ■ sin (p} = n2 ■ sin