通信工学

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1 第 4 回データ通信 データ通信システム 基本構成 データ回線 データ伝送方式 伝送方式 伝送形態 伝送速度 モデムと網制御装置 伝送制御 同期制御方式 誤り制御方式 伝送制御手順 プロトコルと階層モデル ISDN と ATM データ通信システム (P.61) コンピュータと端末装置の間 コンピュータ同士で行われる通信をデータ通信という データ通信システムの構成データ端末装置 (DTE) センタ装置 (CCU+CPU) データ回線 オンラインシステムと呼ばれる DTE:Data Terminal Equipment CCU:Communication Control Unit 1

2 データ通信システムの例 教科書にないので注意 データ通信を利用したシステム POS システム 予約システム 銀行オンラインシステム等 POS システムレジでの販売情報を記録して複数店舗の一元管理に利用主にスーパーマーケットやコンビニエンスストアで利用される 予約システム航空機や列車の座席予約やホテルの予約などで利用される 銀行オンラインシステム CD( 現金自動支払機 ) や ATM( 現金自動預払機 ) による現金の預け入れ 引き出し 支払いなどで利用される データ伝送 (P.63) MODEM:Modulator-Demodulator データ回線アナログ回線 : 信号変換装置 モデム (MODEM) ディジタル回線 : 信号変換装置 DSU MODEMやDSUはデータ回線終端装置 (DCE) という DSU:Digital Service Unit DCE:Data Circuit-terminating Equipment 2

3 問 1,2,3 に解答しなさい データ回線 (P.64) データ回線には 特定の相手と 1 対 1 でデータ通信を行う専用回線と不特定多数の端末との間でデータ通信を行う交換回線がある データ回線 専用回線 交換回線 一般専用回線 高速ディジタル回線 電話網 加入電信網 データ交換網 データ交換網は ディジタル回線で構成されたデータ通信専用ネットワークで 電話網や電信網より高速 専用回線は 特定地点間用途専用で 回線が固定官公庁 警察 企業の重要回線で利用される 交換回線は 任意の相手とデータ通信可能必要に応じて通信路を設定可能 回線交換網 パケット交換網 3

4 データ交換網 (P.66) データ交換網 回線交換網とパケット交換網の 2 種類 回線交換網 : 通信相互間の回線を確保して接続する方式 回線が確保されるので利用者に占有されてしまう送るデータが少ない場合 効率が悪い 回線交換網のイメージ 回線交換網 : 下図の赤い線のように 相手との回線が確保されるので利用者に占有されてしまう 効率が悪い 出展 : 4

5 データ交換網 (P.67) パケット交換網 : データをパケットと呼ばれる一定長のブロックに分割し パケットを空いている回線経由で伝送する 空いている回線を利用できるので 回線交換網より効率が良い 宛先やシーケンス番号により 行方不明を防ぐ 同じ人のデータでも 異なる交換機経由で送られてくることもある データ交換網のイメージ パケット交換網 : 下図のように同じ回線を複数の人のパケットが通る 効率が良い 出展 : 同じ人のデータでも 異なる交換機経由で送られてくることもある 5

6 データ伝送方式 (P.69) 伝送方式 パラレル伝送とシリアル伝送の 2 種類 パラレル伝送 : 高速だが 複数の伝送路が必要 伝送路使用効率が悪いシリアル伝送 : 同期が必要 速度は遅いが伝送路は 1 本ですむ パラレル伝送は近距離向き シリアル伝送は長距離向き 伝送形態 ラジオ TV 型の情報伝送 トランシーバー型の情報伝送 電話型の情報伝送 単方向伝送 : 送信側から受信側の一方向の情報伝送半二重伝送 : 情報伝送は双方向だが 交互に送信 ( 同時利用不可 ) 全二重伝送 : 送受信双方向に情報伝送可能だが 4 線式となる 6

7 問 4,5,6 に解答しなさい 伝送速度 (P.71) 伝送速度 データ信号速度 変調速度 データ転送速度の 3 つがある データ信号速度 :1 秒間に何ビットのデータを伝送するかを表す単位はビット毎秒 [bps] 例 :1 秒間に 1200 個のビット数が伝送できる =1200bps 変調速度 :1 秒間に何回の変調が行われるかを表す単位はボー [baud] 4PSKは1つの変調例 :2400ボーの4PSKで変調 =4800bps 信号で2bit 送れるから データ転送速度 : 受信される情報の単位時間当たりの平均値 ( ビット数 文字数 ブロック数など ) 例 :300bps で 1 文字 10bit の情報伝送 =30 字 / 秒あるいは 1800 字 / 分 7

8 問 7 に解答しなさい モデム (MODEM)(P.73) モデムは 変調装置と復調装置を一体化したもの 送信 : 端末のディジタル信号を周波数変調し 伝送に適した周波数を取り出して送信受信 : 雑音を BPF で取り リミッタで信号を一定レベルに制限し 復調回路後 スライサで整形して端末に送る 8

9 リミッタとスライサ 教科書にないので注意 リミッタ : 信号振幅の最大値を制限する振幅が大きすぎると雑音となるので FSK の復調に必要 スライサ : 正の信号範囲で切り出す既定の電圧範囲のパルス波形に直す パルス波形に整形される 5V 0V 5V 0V 網制御装置 (NCU)(P.75) モデムと電話回線の接続 アナログ交換機との制御やりとり NCU:Network Control Unit が必要 電話と端末装置の切り替えを自動的に行う最も利用されたものは モデムに内蔵されているタイプ 9

10 データ通信基本構成のまとめ 教科書にないの注意 端末 モデム アナログ回線 モデム 端末 DSU ディジタル回線 DSU 端末 モデム NCU アナログ交換機 NCU モデム C C U C P U ディジタル交換機 端末 DSU DSU DTE DCE 通信回線 DCE センタ装置 DCE( データ回線終端装置 ) 伝送制御の役割 (P.76) 伝送制御方式 同期制御 誤り制御 伝送制御手順がある CCU は 通信制御手順やデータの分解 組立て 誤り制御などを行い CPU の負担を軽減する 10

11 問 10,11,12 に解答しなさい 非同期方式 同期制御 非同期制御方式と同期制御方式がある非同期方式 : 一定ブロック内だけで同期をとる同期をとらない調歩式同期 : わけではない文字データの前後に スタートビットとストップビットを加え 文字データ単位で同期をとりながら伝送 下図は 8 ビットのデータ 送信例 ( 伝送方向向きに注意 ) 同期とは 送信側と受信側で情報伝送のタイミングを合わせること 11

12 同期方式 同期方式 : 送信データ信号の中に同期信号を含めて伝送 キャラクタ同期方式 :SYN 符号で同期をとり文字コード識別 誤り制御 (P.79) 受信側で誤りを検出あるいは訂正まで行うことを誤り制御という パリティ検査方式 サイクリック符号方式 (CRC) など パリティ検査方式 : データに 1 ビット付加し 1 の数を偶数にする偶数パリティ 1 の数を奇数にする奇数パリティ 文字 D は ASCII コードで b パリティ検査方式や CRC 方式は誤りの検出は可能ですが訂正はできません 12

13 問 14,15 に解答しなさい 伝送制御のフェーズ 伝送制御手順 : 確実に情報をやり取りするために 伝送制御を行う手続きを定めておく必要がある 決められた順序で進行する各手順をフェーズという 隣接する送受信間の通信経路をデータリンクという 13

14 ベーシック手順 (P.83) 代表的な伝送制御手順 基本型データ伝送制御手順 ( ベーシック手順 ) とハイレベルデータリンク制御手順 (HDLC) ベーシック手順は 情報メッセージを分割し 伝送制御文字を付加したブロックで伝送する テキスト開始 STX 正しく受信できた時 ACK( アック ) を返す正しく受信できなかった時 NAK( ナック ) を返す HDLC( ハイレベルデータリンク制御手順 ) データをフレームと呼ばれる形式にして送受信されるフラグシーケンス : 同期をとるためのビットパターン ( ) アドレス部 : 宛先または発信元制御部 : 指令するコマンドやレスポンス情報部 : 任意のビット長フレームチェックシーケンス : 誤り検出用 テキスト以外の多様なデータに対応可能パリティ検査より信頼性の高い CRC 利用フレーム単位で伝達確認するので効率が良い 14

15 問 16 に解答しなさい プロトコルと階層モデル (P.85) データ通信において 伝送制御手順 同期方式 符号方式などに関する取り決めをプロトコル ( 通信規約 ) という 開放型システム間相互接続 (Open System Interconnection) 異機種のコンピュータ間でデータをやり取りできるための接続方法 15

16 OSI 参照モデル 教科書と表現が少し異なるので注意 ISO( 国際標準化機構 ) により提唱 (1984 年 ) その後 ITU-T が勧告 アプリケーション層 - アプリケーションの機能プレゼンテーション層 - データ表現形式の統一セッション層 - 同種プログラム間の通信トランスポート層 - エンドツーエンドの信頼性確保ネットワーク層 - エンドツーエンドの通信 ( アドレス ) データリンク層 - 隣接端末間の通信物理層 - 電気的条件の規定 問 17,18 に解答しなさい 16

17 ISDN(P.88) Integrated Services Digital Network( 統合ディジタル通信網 ) 電話網主体の回線交換網 INS64 (64kbps) 光ファイバケーブル主体の高速回線交換網 INS1500(1.5Mbps) データ通信用のパケット交換網 ISDN(INS64) 2 回線利用可能 電話と Fax の同時利用可能 DSU が必要で個人利用では IP 電話や光電話へ移行が進む企業ではまだ必要 (Fax 利用が IP 網では困難 ) ATM(P.94) Asynchronous Transfer Mode( 非同期転送モード ) パケット交換では パケットサイズが大きいため遅延が発生 ATM は 53 バイト固定長のセルで各種データを統一的に扱う 短いうえに固定長なので 専用ハードウェアで高速化可能 遅延短縮しかし 技術が高度化されすぎ IP 網のように普及進まず 17

18 問 19 に解答しなさい 本日の講義はここまで 18

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