Seriell kommunikation

Nästan all nätverkskommunikation sker med seriell överföring, där data skickas en bit i taget, i följd, över en enda kanal.

Detta skiljer sig från parallell kommunikation, där flera bitar skickas samtidigt via flera ledare.

Parallell vs. Seriell

  • Parallell kommunikation är teoretiskt snabbare (upp till åtta gånger snabbare), men har problem med synkronisering när kablarna blir längre.

  • Ju längre kabeln är, desto svårare blir det att hålla exakt timing mellan signalerna i de olika ledarna.

  • Därför fungerar parallell kommunikation endast på korta avstånd – t.ex. kopparkablar < 8 meter.

Seriell kommunikation i WAN

Eftersom WAN ofta innebär långa avstånd, är seriell kommunikation standard för nätverkskommunikation över WAN.

Ett undantag är i datacenter, där avstånden är korta.
Där används ibland parallell optik (t.ex. i Cisco Nexus-switchar) för att uppnå höga hastigheter som 40 Gbps eller 100 Gbps.

Kretskopplad kommunikation (Circuit Switching)

Nätverkskommunikation kan också baseras på en kretskopplad metod, där en dedikerad linje (eller kanal) skapas mellan sändare och mottagare innan kommunikationen börjar.

Hur fungerar det?

När en användare ringer ett samtal med fast telefoni (landlina):

  • Numret används för att skapa en tillfällig, dedikerad krets mellan de två parterna

  • Under samtalet används samma väg för all kommunikation

  • All tillgänglig kapacitet är reserverad för den aktuella anslutningen – oavsett om data skickas eller ej

Nackdel

Detta innebär att resurser kan stå oanvända, vilket gör kretskoppling ineffektiv för datakommunikation där trafiken varierar mycket.

Exempel på kretskopplade WAN-tekniker:

  • PSTN – Public Switched Telephone Network (det gamla telefonnätet)

  • ISDN – Integrated Services Digital Network (äldre teknik för både röst och data)

Paketförmedlad kommunikation

Den vanligaste metoden för nätverkskommunikation är paketförmedlad (packet-switched) kommunikation.

Till skillnad från kretskoppling delar paketförmedling upp datan i mindre paket, som sedan routas genom ett gemensamt nätverk.

  • Det behövs ingen förhandsdefinierad kanal

  • Flera enheter kan dela samma kommunikationsväg samtidigt

Fördelar

  • Billigare än kretskoppling

  • Mer flexibel – nätverket kan utnyttjas effektivare

  • Stöder många samtidiga anslutningar över samma infrastruktur

Nackdelar

  • Kan uppleva fördröjningar (latens)

  • Och ojämn fördröjning (jitter)

Trots detta gör modern teknik det fullt möjligt att överföra röst och video med god kvalitet via paketförmedlade nätverk.

Exempel på paketförmedlade WAN-tekniker

  • Ethernet WAN (Metro Ethernet)

  • MPLS – Multiprotocol Label Switching

  • Frame Relay (äldre teknik)

  • ATM – Asynchronous Transfer Mode (äldre teknik)

SDH, SONET och DWDM

Tjänsteleverantörer använder fiberoptisk infrastruktur för att transportera användardata över långa avstånd.
Fiberoptik är överlägsen kopparkabel, särskilt vid längre sträckor, eftersom den har mycket lägre dämpning och är mindre känslig för störningar.

OSI-lager 1-standarder för fiberoptik

Det finns två globala standarder som definierar hur data transporteras över optisk fiber:

  • SDH – Synchronous Digital Hierarchy
    → Internationell standard

  • SONET – Synchronous Optical Networking
    → Nordamerikansk standard med samma funktion som SDH

Dessa standarder är i stort sett identiska, och skrivs ofta ihop som SONET/SDH.

Vad gör SDH/SONET?

De definierar hur flera dataströmmar – t.ex. data, röst och video – kan skickas samtidigt via laser eller LED genom fiberoptiska kablar.
Båda används i ringtopologier, vilket innebär att:

  • Redundanta fiberlänkar möjliggör trafik i båda riktningarna

  • Nätverket får hög tillgänglighet och återhämtning vid fel

DWDM – Ökad kapacitet

DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) är en nyare teknik som förbättrar kapaciteten i SDH/SONET.

  • DWDM skickar flera dataströmmar samtidigt, var och en på sin unika våglängd av ljus

  • Detta gör att mycket mer data kan transporteras genom en enda fiber

Egenskaper hos DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing)

  • Stöder både SONET och SDH

  • Kan multiplexa över 80 olika kanaler (våglängder) på en enda fiber

  • Varje kanal kan bära en multiplexad signal på 10 Gbps

  • Tilldelar varje optisk signal en specifik våglängd av ljus (frekvens)

  • Används i långdistanskommunikation och i moderna undervattenskablar