Multimedie- och kommunikationssystem B, 4p

1. Multimedie- och kommunikationssystem B, 4p Lektion 1: Översikt. Aktuella tillämpningar. TCP/IP och OSI-modellen. Kategorier av nätverk och tjänster. Kretskoppling. Paketförmedling. Multiplexing.

2. Denna kurs avser att ge förståelse för viktiga prestandamått, algoritmer och teorier inom områdena datornätverk och multimedietransmission, samt att orientera om hur dessa principer tillämpas inom aktuella standarder och protokoll. Kursen syfte är att dels att ge sådan allmänbildande kunskap om området som en IT-civilingenjör behöver oavsett fortsatt studiegång, dels att ge en introducerande översikt inför vidare studier inom studiegången Internetsystem. Välkommen till Datornätverk A, 5p! Computer Networks

3. Lärandemål Efter kursen ska du: • förstå och kunna beräkna viktiga kapacitets- och kvalitetsmått för datornätverk och multimediala kommunikationssystem. • kunna beräkna utsignal/utdata från vanligt förekommande algoritmer för kodning och transmission av multimedia i nätverk. • kategorisera och beskriva grundläggande egenskaper av vanliga kommunikationsprotokoll och standarder. • ha kännedom om hur ovanstående teorier, algoritmer och principer tillämpas inom aktuella multimediala kommunikationssystem, t.ex. mobiltelefoni, IP-telefoni, digital-TV, IP-TV, media-on-demand och trådlös bredbandsaccess. Computer Networks

4. Kursuppläggning • Kurslitteratur: Behrouz A Forouzan, ”Data communications and networking”, 3rd edition. • Alternativ kurslitteratur: Fred Halsall, ”Multimedia Communications – Applications, Networks, Protocols and Standards”. • Kurswebbplats: webct.miun.se. • Prioritera räkneuppgifter. • Tre laborationstillfällen. • Tre hemuppgifter som förberedelse inför labbarna. Computer Networks

5. Chapter 1 Introduction Computer Networks

6. Aktuella multimediala kommunikationstjänster • Broadcastingtjänster: Analog och digital radio och TV, IP-TV, bredbands-TV • Video-on-demand, Movie-on-demand • Interaktiv TV • Peer-to-peer-tjänster • Interaktiva multimediala presentationer. • Hypermedia, www. • IP-telefoni • Voice-over-IP • Videokonferenser • Messenger-tjänster • Computer-telephony-integration (CTI) Computer Networks

7. Multiplex-metoder Flera logiska kanaler på samma medium • FDM = Frequency Division Multiplex = frekvens- delning (Flera frekvenskanaler) • TDM = Time Division Multiplex = Tidsdelning. (Cykliskt återkommandetidluckor i en ram) • Statistisk multiplex. (Paket-förmedling.) Computer Networks

8. Kretskoppling Exempel: Telefonnätet. ISDN=Integrated Service Digital Network, Ursprunglig GSM. Förbindelseorienterat. Frekvensdelnings- (FDMA) eller tidsdelningsmultiplex (TDMA). + Bra för realtidskommunikation dvs synkrona tjänster, t.ex. telefonsamtal och videokonferenser. + Konstant tidsfördröjning. .- Låg datahastighet (bit per sekund) för varje användare. - Begränsat antal samtidiga användare (kanaler). Övriga får upptaget eller spärr. - Det tar tid att koppla upp. - Oanvänd kapacitet mellan dataöverföringar. Paketförmedling Exempel: Internet (IP) X.25 ATM LAN, WLAN Mobilsystemens GPRS-tjänst. Förbindelsefritt (IP) eller förbindelseorienterat (X.25, frame relay och ATM) Statistisk multiplex. + Bra för asynkrona tjänster, t.ex. för filöverföring och e-post. + Hög maximal datahastighet + Effektivt utnyttjande av kapaciteten. + Det blir aldrig upptaget. - Tidsfördröjningen blir lång och datahastigheten låg vid många användare. Krets- och paketförmedling Computer Networks

9. Figure 1.18 a) Unicast communication modes Computer Networks

10. Figure 1.18 b) Broadcasting c) Multicasting Computer Networks

11. Amount of information • Think about a number between 0 and 15. I am now going to guess it using as few yes and no questions as possible. I start by asking: Is the number larger than or equal to 8? • Yes • Is the it larger than or equal to 12? (The interval is successively divided by 2.) • No. • Is the number larger than or equal to 10? • Yes • Is the number larger than or equal to 9? • Yes. • The amount of information you give me when you tell me that the number is 9 is 4 bits, because the amount of information in bits is the minimum number of yes and no questions that are required. We had 16 options, which is = 24 = 2·2·2·2, corresponding to 4 bits. If the number of options was 32 = 25 , it would require 5 bits. • If yes is represented by the binary digit ”1”, and no by ”0”, the value in the above example can be represented by 1 0 1 1. Computer Networks

12. Bits and Bytes • N bit can represent M=2N different values. • M values can be represented by N = 2log M =log M / log 2 values • Example: The N=7 bit ASCII character code consists of M=128 codes. • 8 bits = 1 byte (a unit for measuring amount of data) • 1 kbit = 1000 bit (previously 1024 bit). • 1 Mbit = 1000 kbit (previously 1024 kbit). • 1 Gbit = 1000 Mbit. • 1 Tbit = 1000 Gbit. Computer Networks

13. Data Representation • Text – using different codes • Each character is represented by certain number of bits • The number of bits in the code determins the number of different characters • ASCII (7 bits), Extended ASCII (8 bits), Unicode (16 bits), ISO (32 bits) • Numbers – Binary number system • Images – A matrix of pixels represented by bit patterns • Video – A combination of images • Audio – Digitized voice and music Computer Networks

14. The Key Elements of a Protocol • Syntax • referes to the structure of data, meaning the order in which they are presented • Semantics • refferes to the meaning of each section of bits, how a particular pattern to be interpreted and which action should be taken based on the interpretation • Timing • refferes to when data should be sent and how fast they can be sent Computer Networks

15. Standards • Standards provide guidelines to the manufacturers, vendors, goverment agencies and other service providers to ensure connectivity between different entities • Development of standards is a very slow process • Two types of standards: • De jure (by law) – legislated by an officially recognized body, for example IEEE or ETSI. • De facto (by fact) – that are actually implemented into the products) • propriatory (closed) • nonpropriatory (open) Computer Networks

16. Some Standard Organizations • ITU: International Telecommunication Union • CCITT: International Telegraph and Telephone Consultative Committee • ISO: International Standards Organization • IEEE: Institute of Electrical and Electronic Engineering • IRTF: Internet Research Task Force • IETF: Internet Engineering Task Force Computer Networks

17. Direction of Data Flow • Simplex channel • The transmission is only in one direction • Half-duplex channel • The transmission is in both directions, but only one at a time (both directions cannot be used at the same time) • Duplex channel • The transmission is in both directions without limitation Computer Networks

18. Figure 1.2Simplex Example: Video monitor. TV and radio broadcasting. Computer Networks

19. Figure 1.3Half-duplex Example: Communication radio. 2-wire Ethernet. Computer Networks

20. Figure 1.4Full-duplex Example: Telephony. 4-wire Ethernet. Computer Networks

21. Different Line Configurations • Point-to-point • Two devices on a single channel (dedicated channel) • Multipoint • Many devices on a single channel (shared channel) Example: Bus network Wireless Network Computer Networks

22. Topology of Networks • Topology defines the arrangement of links in a network Topology Ring Bus Full Mesh Partial Mesh Star Computer Networks

23. Figure 1.9Star topology or switch Computer Networks

24. Figure 1.10Bus topology Computer Networks

25. Figure 1.11Ring topology Computer Networks

26. LAN, MAN och WAN Lokalt nätverk Globalt nätverk Stadsnät Computer Networks

27. Computer Networks Classification Data flow machine 0.1 m Circuit board 1 m System Multicomputer Room 10 m 100 m Building Local area Network (LAN) 1 km Campus Metropolitan Area Network (MAN) 10 km City Country 100 km Wide Area Network (WAN) Continent 1000 km 10,000 km Planet The Internet Computer Networks

28. Hopkopplade LAN och WAN = internetwork T.ex. Internet. Växlat WAN (stjärnnät)T.ex. X.25 eller ATM Nättopologier för WAN Nätnoder: Växel. Kopplar ihop punkt-till-punkt-länkar. Router=vägväljare, kopplar ihop nätverk med olika teknologier. Datorer, terminaler, skrivare, etc. Computer Networks

29. Internetworking Concept and Model • The goal is to build a unified, cooperative interconnection of networks that supports a universal communication service • Detaches the notions of communication from the details of network technologies, and hides low level details from the user • Provides a mechanism that delivers packet from their source to their ultimate destination in real time Computer Networks

30. The Internet Today • Communication is possible by using a common Internet protocol that glues different networks. • Internet emerged from the academic community and therefore has no central governance so far. Computer Networks

31. The internet versus the Internet • Internetwork or internet (small ”i”) – generic term to mean an interconnection of networks • Internet (Uppercase I) – the specific worldwide network that uses the IP protocol (Internet protocol) Computer Networks

32. Nivå 7 Digitalisering, komprimering Källkodning Källavkodning Nivå 6 0110 0110 Felhantering Felupptäckt och omsändning, eller felrättning Felhantering Lägger till fel- rättande eller felupptäckande kod, t.ex. checksumma. Nivå 2 0110010 0100010 Bitfel Flödesstyrning Buffert Handskakning Flödesstyrning Nivå 1 Modulation Elektrisk representation Demodulation Punkt-till-punkt-förbindelser Mikrofon Högtalare NACK 0110010 ACK Computer Networks

33. Nivå 7 Digitalisering, komprimering Källkodning Källavkodning Nivå 6 0110 0110 Felhantering Felupptäckt och omsändning, eller felrättning Felhantering Lägger till fel- rättande eller felupptäckande kod, t.ex. checksumma. Nivå 2 0110010 0100010 Bitfel Flödesstyrning Buffert Handskakning Flödesstyrning Nivå 1 Modulation Elektrisk representation Demodulation Punkt-till-punkt-förbindelser Mikrofon Högtalare NACK 0110010 ACK Computer Networks

34. OSI:s referensmodell Motsv Internet-protokoll: SMTP, HTTP TCP IP Ethernet Computer Networks

35. Computer Networks

36. FIgure 5.2a) Evolution of the TCP/IP reference model Computer Networks

37. Figure 5.14: Common protocols Computer Networks

38. Figure 5.2b) Application of the TCP/IP reference model Computer Networks

39. Computer Networks

40. Figure 5.3a) Protocol layer interactions Computer Networks

41. Figure 5.2 b) End-to-end communications Computer Networks