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

Figure 2.2 Internet layers TCP, UDP Ethernet IP

Figure 2.4 An exchange using the Internet model

Det fysiska lagret ansvarar för transmission av enskilda databitar från en nod till nästa. Detta kan innefatta: Kontakter Elektriska nivåer Modulation Multiplextekniker Bitsynkronisering Kretskoppling Exempel: RS232. Lager 1

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

Figure 2.8 Example 1 I Figure 2.8 sänder en nod med fysisk adress 10 en ram (dvs ett paket på nivå 2) till en nod med fysisk adress 87. De två noderna är förbundna med en länk. Ramens huvud (header H2) innehåller bl.a. avsändarens och mottagarens fysiska adress. Ibland används en svans (trailer T2) som innehåller felrättande och/eller felupptäckande kod.

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

Figure 2.11 Example 2 I figur 2.11 vill vi sända data från en nod med logisk nätverksadress (IP-adress) A och fysisk adress 10 till en nod med IP-adress P och fysisk adress 95. De två enheterna befinner sig i olika LAN. Därför kan vi inte enbart använda deras fysiska adress. Den fysiska adressen kan enbart användas vid kommunikation inom ett LAN. De två routrarna förstår av IP- adressen vilken väg paketen ska vidareförmedlas, och ändrar paketets fysiska adressering.

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

Figure 2.14 Example 3

Example 3 Figur 2.14 exemplifierar transportlagret (UDP- protokollet). Data som kommer från högre lager förses med en TCP-header, som innehåller portnummer j och k. Avsändarprocessens portnummer är j och mottagarprocessens portnummer är k. Eftersom meddelandets storlek är större än nätverkslagret kan hantera, delas datat i två segment (två paket). Nätverkslagret lägger till nätverksadresserna (A och P) till varje paket.

Applikationslagret är kommunikationsprotokoll för att tillhandahålla en komplett kommunikationstjänst till slutanvändaren. Exempel: HTTP för web FTP för filöverföring. SMTP och POP3 för Internet e-post Lager 5:

Figure 2.16 Summary of duties

Datakommunikationstjänster Klassiska LAN-tjänster qFjärrinloggning qSkrivardelning qFildelning qDatabasservrar och andra applikationsservrar qSäkerhet (inloggning, mm) qCentral övervakning och drift. WAN-tjänster qE-post qFilöverföring qWww qKonferenssystem

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

Synkron och asynkron seriekommunikation qAsynkron kommunikation: Startbitar och stoppbitar och eventuell paus mellan varje ord. Ordlängden är vanligen 7 eller 8 bitar. Ofta har man en udda eller jämn paritetsbit efter varje ord. Exempel är RS232 = EIE232 = V Fördel: Enkel teknik. - Nackdel: Bandbredd ”slösas” på start- och stoppbitar. qSynkron seriekommunikation: Antingen separat ledning med bitsynkroniseringssignal, eller så sänder man långa block eller ramar av bitar, som innehåller ramsynkronisering och bitsynkronisering.

Quality of Service (QoS) Kvalitetsmått (service quality measures): qDatahastighet (bit rate) qFelsannolikhet (bit error rate, block error rate) qTidsfördröjning (delay) qJitter (=delay variation) Med tekniker för garanterad QoS kan man bl.a. göra så att paketförmedlande nät får liknande egenskaper som kretskopplade nät, och därmed kan användas för realtidstjänster.

Fig 1.22b) Buffert för att bekämpa jitter (=delay variation)

Delay och jitter vid paketförmedling

Example 1.2: Propagation delay

Answer

Exempel 1.3: Behov av buffert- minne

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

Example 1.1

Answer

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

Figure 3.6 Sine wave examples (continued)

Figure 3.7 Time and frequency domains (continued)

Figure 3.7 Time and frequency domains

Frekvenskomponenter i en periodisk signal

Figure 3.9 Three harmonics

Figure 3.10 Adding first three harmonics

Figure 3.11 Frequency spectrum comparison

Effekten av begränsad bandbredd.

Figure 3.23 Distortion

Figure 6.7: Distorsion

Example 3 If a periodic signal is decomposed into five sine waves with frequencies of 100, 300, 500, 700, and 900 Hz, what is the bandwidth? Draw the spectrum, assuming all components have a maximum amplitude of 10 V. Solution B = f h  f l = 900  100 = 800 Hz The spectrum has only five spikes, at 100, 300, 500, 700, and 900 (see Figure 13.4 )

Bandbredd = övre gränsfrekvens – undre gränsfrekvens

Figure 3.14 Example 3

Att digitalisera ljud Microfon- membranets läge Tid Viloläge 3 mm bakom 2 mm framför 2 mm bakom T = 0,4ms 0.1ms 0.2ms 0.3ms0.4ms 0.5ms 0.6ms T s = 0,1ms Nästan sinusformat ljud med periodtidT =0.4ms och frekvens f = 1/T = 2500 Hz = 2,5kHz. Samplingsperiod T s = 0.1ms,dvssamplingsfrekvensf s = 1/T =. Kvantisering (=avrundning) till 8 värden. Digitalisering ger 3 bit per värde: sampels/sek = 10kHz

PCM = Pulse Code Modulation = Digitalisering av analoga signaler och seriell överföring Sampler AD-omvand- lare med seriell utsignal DA- omvandlare Antiviknings- filter Interpola- tionsfilter Sifferexempel från PSTN = publika telefonnätet: Hz filter 8000 sampels per sek 8 bit per sampel dvs bps per tfnsamtal 2 8 = 256 spänningsnivåer 0 1 Mikrofon Högtalare

Sampling och kvantisering

Vikningsdistorsion (aliasin)

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

Kvantiseringsdistorsion

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

13x15 pixels och 256 färger Exempel: Beräkna informationsmängden. 13x15x8bit = 1560bit bitmappad bild 206x233 pixels och 16 färger 206x233x4bit = bit bitmappad bild 206x233 pixels och 256 färger 206x233x8bit = bit bitmappad bild

qVanliga filformat för stillbilder: mBMP = Bitmapp. mGIF = Graphical Interchange Format mJPEG = Joint Photographics Expert Group. (Vårt exempel: 50kbyte.) –(Vårt exempel: 28kByte.) 8,3kByte vid 25% distorsion 2,0kByte vid 95% distorsion Att komprimera bilder