CPE 426 Computer Networks

Chapter 1: Introduction Review 1:Data Communications

Course Outlines ดใน Sheet สามารถ Download ได

http://cpe.rsu.ac.th/ut

TOPICS 1. Communication/NW Model

Ch.5.1-5.5 2. Communication Protocols OSI and TCP/IP

Ch.1.1-1.10 3. Communication/NW Topology

Ch. 13.8

TOPICS 4. Signal/Power/Loss

Ch.6.1-6.10 5. Data Coding(Line Coding)

Ch.6.11-6.20 6. Trasmission Media/Noise/Channel Capacity

Ch.7.1-7.10 & 7.20-7.22

TOPICS 7. Multiplexing & DSL

Ch.11.1-11.3 & 12.1-12.7 8. Asynchronous Communication

Ch.9.1-9.8 9. Synchronous Communication

Ch.9.9-9.13

TOPICS 10. Flow Control/Error Control/ARQ

Ch. 8.12-8.15 11. Circuit vs Packet Switching NW

Ch. 3.1-3.5 % 13.1-13.5 ALSO Reference From CPE 326 (Stalling Book)

Review เพอใหรวาเรยนอะไรไปแลวบาง เนนพนฐานทตองใชหรอตองเขาใจ เพอตอในวชาน

IP Technologies Layer 1 และ 2 เปนสวนใหญ และ Concept ของ Network(Layer 3)

การสอสาร ประกอบดวย 2 Entity Sender = Source ผสง หรอแหลงกาเนดขอมล

Destination ผรบ หรอ ปลายทางขอมล

DATA DATA

Transmitter Receiver

Transmission Medium

Signal = สญญาณ

Data comm.Model ม 5 สวน Sender = Source ผสง หรอแหลงกาเนดขอมล

Destination ผรบ หรอ ปลายทางขอมล

DATA DATA

Transmitter Receiver

Transmission Medium

Signal = สญญาณ

File: ABCD… Data Coding/Compression (ASCII, EBCDIC/ZIP) 010110001101….

01011…

Line Coding/Modulation Plus Multiplexing

Wire/Wireless

ABC…

Loss and Noise

01011… ABC…

Plus Error ADC…

Decodine/Demodulation Demultiplexing

ASCII Code American Standard Code for Information Interchange

ASCII includes definitions for 128 characters: 33 are non-printing control characters (now mostly obsolete) that affect how text and space is processed; 94 are printable characters, and the space is considered an invisible graphic. The most commonly used character encoding on the World Wide Web was US-ASCII until December 2007, when it was surpassed by UTF-8

Mode ของการสอสาร Data Communication Model ทกลาวถงใชสาหรบการสอสารสองคน

ถามวงจรรบและสงแยกจากกน โดยใช Transmission Medium คนละตว

Simplex ถาใช Transmission อนเดยวกน

Duplex ถาสอสารสองทางไดพรอมกน

Full-Duplex ถาสอสารสองทางไมพรอมกน

Half-Duplex

Simplex บางคร งเรยก 4-wire Duplex

Source Destination Tx Rx Transmission Medium

Source Destination Rx Tx Transmission Medium

Duplex Source Destination Tx Rx

Transmission Medium Source Destination Rx Tx

Source Destination

Tx/Rx

Transmission Medium Source Destination

Tx/Rx

Half-Duplex

Full-Duplex

ถาเราตองการสอสารมากกวา 2 คน ใชวงจร(Duplex)ดงกลาวตามจานวนคของการสอสาร = Full Mesh Topology

A

B C

D

F E

จานวนวงจร = n(n-1)/2 =O(n2)

ราคาแพงมากถา n มคาสง = O(n2)

Topology ในภาษา Network คอรปแบบการเชอมตอของอปกรณตางๆเขาดวยกน

วธแกคอ Share Medium และทา Multiple Access Control

ใน LAN จะใช Topology 3 แบบทสาคญ Bus (และ Tree), Ring, Star

hub

Multiple Access = MA

วธแกคอ Share Medium และทา Multiple Access Control

ใน WAN มกจะเปน Partial Mesh Medium จดไดวาเปน Statistical Time Division Multiplexing แบบหนง

A

B

C

H

G F

D

E End Node

Intermediate Node = Switching/Routing Node

การ Share Medium ตองมการควบคม = Medium Access Control End Node จะตองมการกาหนดชอหรอ Address สาหรบอางอง หรอกาหนด Circuit Number Intermediate Node จะใชหมายเลขอางองดงกลาวในการตดสนใจสงขอมลตอออกไป(Forwarding) ดงน น

1. Data ทสงจะตองแปะสวนหว (Header) ดวยขอมลตางๆของ Address และการ Control เราเรยกวาเปนการทา Encapsulation ผลลพธทไดเรยกวา Frame 2. ทสวนทายของ Frame จะมการตอดวยขอมลชวยตรวจจบความผดพลาด (Error Detection) มกจะเปน CRC Code เรยก Frame Check Sequence(FCS) 3. กอนหนาสวน Header และหลง FCS อาจจะมการเตมบตสาหรบชวยตรวจจบหวและทายของ Frame (Frame Delimiter: Pre-amble/Post-amble) 4. สาคญทสดตองมการกาหนดกฎเกณฑตางๆเหลานใหเปนมาตรฐาน คอกาหนดเปน Protocol ของการสอสาร

LAN vs WAN Technologies LAN มกจะใชการ Share Medium แบบ Contention ดงน นจะตองมขบวนการควบคมการทา Multiple Access

Topology ทเหมาะสมคอ Bus, Ring, Star WAN จะ Share Medium เชนกน แตมกจะใชวธของ Synchronous Multiplexing (TDM) ใน Circuit Switching Networkหรอ Statistical Multiplexing (ใชใน Packet Switching Network)

Topology ทเหมาะสมคอ Mesh Network และมกจะเปน Partial Mesh

Internetworking Technologies มกจะถกใชในการเชอมตอระหวาง LAN ผาน WAN Network

ทนยมคอ Internet (IP Network)

Protocol and Protocol Architecture

Protocol เปนตวกาหนดกฏเกณฑสาหรบการสอสาร ถากาหนดเปนมาตรฐาน หรอ Standard การสอสารจะทาไดงายระหวางอปกรณทตางกน ประกอบดวย

Syntax Data formats = รปแบบของขอมล, เฟรม, การเขารหส Signal levels=ลกษณะของสญญาณทแทนขอมล

Semantics Control information=การควบคมการสอสาร Error handling=การจดการกบ Error

Timing Speed matching=กาหนดอตราการสง Sequencing=กาหนดลาดบของขอมล

Protocol Architecture (Protocol Stack)

เนองจากการสอสารเปนเรองทสลบซบซอน เราแบงการสอสารท งหมดออกเปน Module แตละ Module มหนาทเฉพาะของมน แตละ Module จะมการสอสารระหวาง Module อน แตละ Module ม Protocol กากบ ปกตจะแบงเปนลาดบช น เรยก Protocol Stack หรอ Protocol Architecture

Protocol Architecture (Protocol Stack)

Protocol Architecture ทเปนมาตรฐานมสองอน 7 Layer OSI Reference Model ของ ISO

ปจจบนไมไดใชงานจรง แตใชเปน Reference TCP/IP Protocol Suite (ม 5 ช น)

การสอสารเกอบจะทงหมด มาตรฐานของ Internet

7 Layer OSI Reference Model

7 Layer Layer 1: Physical Layer

ทาหนาทเชอมตอผาน Physical Medium รบผดชอบแปลงบตเปนสญญาณ เรองของการ Interface, สายนาสญญาณ ,มองเหนขอมลในลกษณะ Bit Stream

Layer 2: Data Link Layer ประกอบขอมลเปน Frame, รบผดชอบในการสอสารผาน แตละ Link ทา Error Control, Flow Control ผาน Link

Layer 3: Network Layer รบผดชอบในการสงขอมลผาน Network, หาทศทางขอมล, เชอมตอกบ Layer บนเขากบ Network หลายๆแบบ มองเหนขอมลในลกษณะ Packet

7 Layer Layer 4: Transport Layer

รบผดชอบการสงขอมลใหถกตองจากตนทางถงปลายทาง(End-to-End), จดการในเรอง Error และ Flow Control ในระดบตนทางถงปลายทาง ขอมลทสงจะถกแบงเปน Segment

Layer 5: Session Layer ทาหนาทจดตง ดแล การเชอมตอ(Connection) ระหวาง Applicationตนทางและปลายทาง แบงการเชอมตอสอสารออกเปน Session

7 Layer Layer 6: Presentation Layer

รบผดชอบในเรองรปแบบและ Format ของขอมล การทา Encryption รวมถงการทา Data Compression ใหอยในรปแบบทสอสารได

Layer 7: Application Layer ทาหนาทเชอมตอกบ Application และผใช

OSI Environment

การเชอมตอผาน Router

TCP/IP Protocol Architecture Developed by the US Defense Advanced Research Project Agency (DARPA) for its packet switched network (ARPANET) Used by the global Internet No official model but a working one.

Application layer Host to host or transport layer Internet layer Network access layer Physical layer

TCP/IP Protocol Architecture

Physical

Network Access

Internet Layer

Transport Layer

Application

INTERNET

Physical Layer Physical interface between data transmission device (e.g. computer) and transmission medium or network Characteristics of transmission medium Signal levels Data rates etc.

Network Access Layer Exchange of data between end system and network Destination address provision Invoking services like priority ปกตมาตรฐานของ TCP/IP จะไมครอบคลมถง Layer 1-2 ท วไปเรานา TCP/IP เปน WAN และวางบน LAN คอ Ethernet

Internet Layer (IP) Systems may be attached to different networks Routing functions across multiple networks Implemented in end systems and routers คอ IP Protocol

มการทางานแบบ Datagram

Transport Layer (TCP) Reliable delivery of data Ordering of delivery ทสาคญม 2 Protocol

TCP = Transport Control Protocol Connection Oriented Guarantee Delivery

UDP = User Datagram Protocol Connectionless Best Effort

Application Layer Support for user applications e.g. http, SMPT

TCP/IP VS OSI

Application Software

NOS = Window

NIC + Driver

Physical Link

รปแบบการเชอมตอดวย TCP/IP

Addressing ใน TCP/IP TCP Port หรอ UDP Port = 16 Bit IP Address, IPv4 = 32 Bit หมายเลขเครอง และหมายเลข Network Physical Hardware Address

ถาใช TCP/IP บน Ethernet LAN อนนคอ Address ของ NIC หรอ MAC Address = 48 Bit

PDU = Protocol Data Unit

IP Packet / IP Datagram

TCP Segment

Frame

Protocol ทสาคญของ TCP/IP

Standard LAN:

IEEE 802 Ethernet IEEE 802.3 มยอยอกหลายตว WLAN IEEE 802.11, 802.11b, 802.11g, 802.11n,802.11i PAN-Bluetooth IEEE 802.15 www.ieee.org

WAN มหลายตว ทสาคญมกจะถกดแลโดย OSI (ITU)

TCP/IP RFC = Request for Comments มมากกวา 4000 RFCs อนใหมจะแทนอนเกา (Obsolete) www.faqs.org/rfcs

Summary Physical Layer Physical Layer จะสลบซบซอนทสด ปกตจะเกยวกบไฟฟาสอสาร

กาหนด Medium, Signal, Coding, Connector รวมถงกระบวนการ การสอสารจะถกจากดจาก Layer น

Bit Rate/Baud Rate ~ Power, Noise, Distortion, Interference, Cross Talk

ทสาคญ SNR และ Eb/No ขดจากดตาม Channel Capacity

Line Coding การสง Pulse เพอทจะแทน Data แตละบต

Pulse 2 ระดบ = Binary Signal M-ary Signal จะใช M ระดบ

ขอควรคานง Average DC เปนศนยหรอไม Signal Transition มากเพยงพอ

NRZ, AMI, Pseudoternary, Manchester, Differential Manchester และ อนๆ

อาจจะรวมกบการทา Scrambling HDB3, B8ZS

Multiplexing เปนวธการทจะสามารถสงสญญาณไดหลายคบน Transmission Medium เดยวกน

FDM = Frequency Division Multiplexing สญญาณแตละคใน Bandwidth (ชวงความถ) ตางกน

TDM = Time Division Multiplexing สญญาณแตละคสงทเวลาตางกน แบงเปน

Synchronous TDM: แบงเวลาเปน Channel ตามจานวนค คหนงจะใช Channel เบอรทกาหนดเทานน Statistical TDM แบงเปน Channel เชนกน แตไมกาหนด คใดตองการสงขอมลใหจอง Channel เพอสง ดงนนในการสงขอมลครงหนงๆ อาจจะใช Channel แตกตางกน

FDM vs TDM

Statistical TDM Frame Formats

ADSL Channel Configuration

Mode ของการสงขอมล Digital

Timing problems require a mechanism to synchronize the transmitter and receiver Two solutions

Asynchronous Synchronous

Asynchronous (diagram)

Data Communications Interfacing (DTE-DCE Concept)

Mechanical Specification

Electrical Specification Digital signals Values interpreted as data or control, depending on circuit Less than -3v is binary 1, more than +3v is binary 0 (NRZ-L) Signal rate < 20kbps Distance <15m For control, Less than-3v is off, +3v is on

Null Modem: DTE to DTE RS-232-C Null Modem Cable (for Terminal/PC with 25-pin Connector) RS-232-C Null Modem Cable (for Terminal/PC with 9-pin Connector)

Null Modem

Summary Null Modem Simple Null Modem

without Handshaking

Null Modem With Loop-Back Handshaking

Null Modem With Partial Handshaking

Null Modem With Full Handshaking

Synchronous - Bit Level Block of data transmitted without start or stop bits Clocks must be synchronized Can use separate clock line

Good over short distances Subject to impairments

Embed clock signal in data Manchester encoding Carrier frequency (analog)

Synchronous - Block Level Need to indicate start and end of block Use preamble and postamble

e.g. series of SYN (hex 16) characters e.g. block of 11111111 patterns ending in 11111110

More efficient (lower overhead) than async

Synchronous (diagram)

Flow Control/Error Control เราควบคมการใหลขอมลเพอไมใหผสง สงขอมลเกนกวาผรบจะรบได

เมอสงขอมลแลว ใหรอสญญาณพรอมทจะรบขอมลอนตอไปจากผรบ

ปกต Mechanism นจะใชรวมกบ Error Control โดยเมอม Error จะใชวธการ Retransmission

เราเรยกรวมวา ARQ = Automatic Repeat Request

Stop and Wait - Diagram

1. แตละ Frame ทสง กาหนด Timer 2. Frame Sequence ใช 1 Bit สาหรบตรวจ Frame ซา

ในทางปฎบต การ Acknowledge จะใช Piggyback สาหรบใน Microprocessor อาจจะใชสาย Ack แยกตางหาก

Go Back N - Diagram

1. แตละ Frame ทสง กาหนด Timer 2. ขนาด Window สงสดไมเกน 2n-1 3. เมอม Error ใหเรมสงใหมตงแต Frame นน

ในทางปฎบต การ Acknowledge จะใช Piggyback

Selective Reject - Diagram

1. แตละ Frame ทสง กาหนด Timer 2. ขนาด Window สงสดไมเกน 2n-1

3. เมอม Error สงใหมเฉพาะ Error Frame

ในทางปฎบต การ Acknowledge จะใช Piggyback

WAN WAN

Public Network การเชอมตอปกตจะผาน Network ของผใหบรการ หรอ Service Provider เราไมไดเปนเจาของ เปนลกษณะการเชา จายตามจานวนทใช เวลา/จานวนขอมล ระยะทางไกลกวา Technologies ทใชในการเชอมตอ แตกตางกน

Network Circuit Switching Network Packet Switching Network

Circuit Switching Network สาหรบเครอขายโทรศพท ลกษณะขอมลและสญญาณเปน Real-Time

ยอมใหม Error ไดบาง คา Delay และ Delay Variation จะถกจากดไมใหเกนคาทกาหนด

ดงน นเพอให NW สามารถรองรบความตองการได ท งผสงและผรบจะตองมวงจรเชอมตอ (Circuit) ทเปนสวนตว จะใชรวมกนไมได = Dedicate Circuit อยางไรกตาม เพอประหยด Resource ตววงจรดงกลาวจะแบงกนใช ถาผใดไมใชสามารถใหคนอนใชได และการใชตองมการจอง

Circuit Switching Network อยางไรกตาม เพอประหยด Resource ตววงจรดงกลาวจะแบงกนใช ถาผใดไมใชสามารถใหคนอนใชได และการใชตองมการจอง ดงน นการใชงานจะแบงเปน 3 Phase

1. Connection เพอขอ Circuit โดยการหมนเลขหมายไปยงปลายทาง ตว Network จะหาทศทาง กาหนดวาใช Link ไหน และผาน Node = Switch อะไรบาง ถาทศทางวาง และผรบทาการรบสาย วงจรนนจะถกจองไว 2. Data Transfer ในกรณโทรศพทคอเสยง 3. Disconnection เมอไมใชแลว สวน Resource ตางๆทถกจองไวจะถกสงคน และ Network สามารถนาไปใหผอ นใชได

Simple Switched Network

Simple Switched Network

BLOCKING

Simple Switched Network B D Finish

Circuit Switch เมอนามาสง Data

ผานอปกรณ MODEM = Modulator/Demodulator พฤตกรรมการสงขอมลปกตจะเปน Burst คอนานๆจะสง แตเมอสงจะสงขอมลทละมากๆ

การด WEB Page เรา Load Web ในชวงเวลาสนๆ ถา Page มขนาดใหญ ขอมลจานวนมากจะถกสงในเวลาสนๆนน เราอาน Web Page เราไมไดใช Network Bandwidth ปกตเราจะใชเวลาอานนานกวาการ Load Circuit ทจองไว เวลาสวนใหญจะเสยไป ไมไดใชงาน แตคนอนใชไมได ประสทธภาพจะตา

Example

เครอขายโทรศพท

Bangkok

Chiang Mai Huahin

Koraj Modem

Modem Modem

Modem

Packet Switching Network Circuit Switching ไมเหมาะสมสาหรบการสงขอมล เราใช Packet Switching

ขอมลจะถกตดเปน Packet สงออกไป ในหนง Circuit สามารถแชรกนไดหลายคน ทาใหประสทธภาพสงกวา

Online จะใชสามารถใชไดทนท ไมถก Block ประสทธภาพสงกวา ถาเรา Share กนเพยง Circuit เดยว เมอผใดไมสง คนอนสงได

ถาสงพรอมกนหลายคนกทาได แตละคนจะใชเวลาในการสงมากขน เรยกวาเกด Delay หลายขอมล ของหลายคนใช Circuit เดยว

แตละคนคดวาตวเองเปนเจาของ Circuit คนเดยว = Transparency อยางไรกตามขอมลจรงๆ วงอยบน Circuit เดยวกน ตองมวธบงบอก

Address ผสงและผรบ แปะทสวน Header ของขอมล หรอ ใช Virtual Circuit Number สาหรบแตละคน และแปะทสวนหวขอมล

Packet Switching Network เนองจากตอง Share วงจรกน เพอปองกนไมใหผใดผหนงผกขาดการใชงาน ตองกาหนดขนาดขอมลสงสดทผสง สงไดในแตละคร ง = MTU, Maximum Transfer Unit ถาขอมลใหญกวาน น ตองแบง หรอตดขอมลเปน Packet ยอยๆ แตละ Packet มสวนหว นอกเหนอจาก Address/VC แลว จะตองม Sequence Number บงบอกลาดบของขอมล กระทาโดย Protocol ผใช (Application) ไมตองทา นคอ Packet Switching Network

Packet Switched Network

Advantages Line efficiency

แตละ Link สามารถจะ Share กนได Packets ทเขามาแตละ Node จะถกเขา Queue เพอสงออกไป

Data rate conversion Each station เชอมตอกบ Local Node ดวยความเรวทตวเองกาหนด

Packets are accepted even when network is busy โดยเกบไวใน Queue

Delivery may slow down = Delay Priorities can be used

สรป Packet Switching Network

2 Concepts กาหนดการทางานใน Network(L3)

Datagram Virtual Circuit

2 Concepts กาหนดการเชอมตอกบผใชภายนอก (ปกตจะอยใน L4)

Connection Oriented Connectionless

การทางานของ Datagram Each packet treated independently Packets can take any practical route Packets may arrive out of order Packets may go missing Up to receiver(ปลายทาง) to re-order packets and recover from missing packets สรปแลว การทางานของ Network ประเภทนจะไม Guarantee การสงขอมล

Datagram Diagram

Virtual Circuit Preplanned route established before any packets sent เสนทางจะถกกาหนดในชวงการ Connection Call request and call accept packets establish connection (handshake) กาหนด Connection ดวยตวเลข คอ VC Number Each packet contains a virtual circuit identifier instead of destination address No routing decisions required for each packet ดจาก VC # กเพยงพอ Clear request to drop circuit เมอจบ Not a dedicated path แตมองจากผใชเหมอน Circuit Switching

Virtual Circuit Diagram

Event Timing เปรยบเทยบ 3 NW

End of Review Part I End of Review Part I Next Week

LAN and LAN Technologies Internet Concept ยงไมมการบาน