Seriell kommunikation

sdsdsd

I den här lektionen går vi igenom skillnaderna mellan seriell och parallell kommunikation, samt varför WAN-nätverk nästan alltid använder seriell överföring. För att förstå detta måste vi först skilja mellan två grundläggande begrepp inom nätverksteknik:

  • Fysisk förbindelse – det vill säga vilken typ av kablar eller radiolänkar som kopplar samman nätverksenheter
  • Dataöverföring – alltså hur själva datan överförs, oavsett vilket medium som används

Fysiska förbindelser

En fysisk förbindelse är det konkreta medium som binder ihop nätverksenheter, till exempel två routrar, en switch och en dator, eller andra typer av nätverksutrustning. I ett LAN består förbindelserna oftast av kopparkablar (t.ex. Ethernet), där datorer kopplas till switchar och dessa i sin tur till routrar. I ett WAN förbinder man istället LAN med varandra över stora geografiska avstånd.

För att detta ska fungera behövs fysiska medier som kan bära signaler effektivt över långa sträckor – det kan vara koppar, fiberoptik eller trådlös överföring. En fysisk förbindelse definieras vanligtvis av tre komponenter:

  • Överföringsmedia – exempelvis koppar, fiber eller trådlös signal
  • Interface – den kontakt eller port där kablar ansluts (t.ex. RJ-45, SFP, QSFP, V.35)
  • Teknik – till exempel Ethernet, PPP eller MPLS, beroende på nätets syfte och struktur

Dataöverföring

Dataöverföring beskriver hur bitarna i en dataström färdas från en avsändaren till en mottagare. Det finns två huvudsakliga sätt att överföra dessa bitar:

  • Seriell överföring – bitarna skickas en i taget, i följd, över en enda kommunikationskanal.
  • Parallell överföring – flera bitar skickas samtidigt, var och en på sin egen ledare (ofta 8 eller fler samtidigt).

Överföringstekniken (seriellt eller parallellt) är oberoende av vilken kabel som används. Både seriell och parallell överföring kan ske via:

  • Kopparkabel
  • Fiberoptik
  • Radiovågor

Det är alltså inte transmissionsmedier, exempelvis fiber-kabeln, i sig som avgör om överföringen är seriell eller parallell, utan hur data struktureras och överförs via signaler genom kommunikationskanaler.

Seriell kommunikation i WAN-nätverk

I princip all kommunikation i WAN-nätverk sker seriellt. Det innebär att data skickas bit för bit, i följd, över en enda kanal. Denna metod är tillförlitlig, fungerar väl över långa avstånd och är mindre känslig för störningar jämfört med parallell överföring.

Därför är seriell överföring det dominerande sättet att överföra data i WAN-miljöer – just för att den är optimerad för långdistans kommunikation. Det spelar ingen roll om datan skickas via en äldre kopparkabel eller en modern fiberoptiska kabel med mycket hög kapacitet – principen är densamma, bit efter bit.

Men med tanke på att parallell kommunikation kan skicka flera bitar samtidigt, är det rimligt att fråga sig varför inte parallell kommunikation?

Varför används inte parallell kommunikation i WAN?

Även om parallell kommunikation teoretiskt kan överföra data snabbare – eftersom flera bitar skickas samtidigt över separata ledare – lider tekniken av ett stort problem: synkronisering.

Det innebär att vissa bitar kan anlända tidigare än andra, särskilt vid längre avstånd. Detta beror på att varje ledare (tråd) i en parallell överföring kan ha olika elektriska egenskaper, vilket orsakar variationer i signalernas ankomsttid. När detta sker blir det svårt för mottagaren att korrekt tolka dataströmmen. Därför är parallell kommunikation begränsad till mycket korta förbindelser, som inuti en dator – till exempel mellan processor och minne eller över interna bussar – men används inte för längre länkar, såsom mellan servrar och switchar, där seriell överföring är standard.

I vissa specialiserade miljöer, särskilt i moderna datacenter, används parallell kommunikation i form av så kallad parallel optics. Det är en teknik där flera optiska fibrer används parallellt för att överföra data, t. ex. 4 eller 8 fibrer för sändning och lika många för mottagning. Ett exempel är Cisco Nexus-switchar, som använder parallella optiska fiber-kanaler för att överföra mycket stora datamängder – till exempel 40 Gbps, 100 Gbps eller mer. Syftet med dessa typer av switchar är att uppnå extremt hög bandbredd mellan exempelvis servrar och switchar på kort distans (ofta mindre än 100 m).