Communicatie

Klassieke communicatiemiddelen:  Brief, Boeken, Kranten, de Radio

Moderne communicatiemiddelen:  e-mail, SMS, MSN(chat), twitter, facebook, instagram

Universele infrastructuur

drijvende kracht moderne communicatie → internet & web

Het internet is beter en efficienter dan voor tv, telefoon, radio etc. aparte netwerken aan te leggen. We hebben hierom tegenwoordig dus één infrastructuur voor alle communicatie; het internet.

Internetverbinding tussen personen

Het internet begon als een lange-afstandsnetwerk voor de verbinding tussen (‘inter‘) lokale computernetwerken.

embedded systems: computers ingebouwd in allerlei soorten apparaten (telefoons, printers, auto’s etc.)

Internet of things

Internet of Things: Dat het internet niet alleen computers en mensen verbindt maar ook ‘dingen‘. (bijv. wasmachine, zodat hij bijv. gaat draaien wanneer de energie goedkoop is)

Voorbeelden van Internet of Things → koelkast, weegschaal, bloeddrukmeter, glucosemeter, voordeur

Invloed van communicatie

Op de maatschappij

Het internet maakt de wereld kleiner, dit maakt het bijv. makkelijker om op afstand samen te werken.

Communicatiemiddelen die grote invloed hebben gehad op onze maatschappij: TV, radio, boekdrukkunst, telgrafie en telefonie

Op het persoonlijke leven

Er zijn door moderne communicatiemiddelen meer mogelijkheden voor communicatie met anderen, dit geeft voor- en nadelen. → Door deze middelen goed te gebruiken zijn er minder nadelen en kan je de voordelen uitbuiten.

Theorie van Stonier: aantal telefoonaansluitingen groter dan 20% van de bevolking → dictatuur bijna onmogelijk

Toepassingen van communicatie

Communicatie dient een doel

mogelijke doelen van communicatie: overbrengen boodschap, informatie verkrijgen, overleggen of 'sociaal contact'

Middel

Het geschikte communicatiemiddel kiezen: de toepassing waarmee je wilt communiceren en een formulering

De toepassing zorgt alleen voor het transport van de communicatie, het liefst zonder fouten.

bericht: gevormd door elke formulering

kanaal: transporteel (reeks) bericht(en), maakt niet uit wat het doel van de communicatie is

belangrijke eigenschappen moderne distributie muzien/video: bij downloaden/video on demand (youtube) ligt initiatief bij ontvanger (na downloaden heeft zender geen zeggenschap meer over afspelen), bij continue streaming ligt initiatief bij zender (hij kan het zo uitzetten)

continue streaming: beeld uitgezonden zonder vraag van gebruiker (vergelijkbaar met traditionele radio/tv)

broadcast: de berichten worden door iedereen die op het netwerk zijn aangesloten ontvangen

Fysiek medium

voorbeelden fysieke media: Een brief heeft papier nodig, een muziekopname heeft een CD nodig. Fysieke mediums kunnen ook geluidsgolven, licht, radiogolven en elektrische golven zijn.

E-mail

• de eenheid van communicatie is het e-mail bericht;

• een bericht is voorzien van de adressen van ontvanger en zender (en van een onderwerp);

• het tijdstip van ontvangen valt niet samen met het tijdstip van zenden. Er is geen interactie tussen zender en ontvanger mogelijk.

voorzieningen stroom gegevens: adressering (telefoonnummer), begin en einde aangegeven, stroom opgesplitst in segmenten met volgnummer

symmetrische communicatie: beide deelnemers zijn afwisselend zender en ontvanger

Telefonie

• de eenheid van communicatie is het (telefoon)gesprek;

• voor een telefoongesprek moet een verbinding opgebouwd worden, waarbij de initiatiefnemer het telefoonnummer van de andere deelnemer(s) moet opgeven;

• tijdens de communicatie weet iedere deelnemer met wie hij verbonden is. Er is geen verdere adressering nodig;

• de communicatie vindt plaats door een continue geluidsstroom voor elke deelnemer, die door de andere deelnemer(s) ontvangen wordt;

• aan het eind van de communicatie moet de verbinding verbroken worden;

• door het gelijktijdige karakter van de communicatie is er interactie tussen de deelnemers mogelijk.

Muziek en video

• in de meeste gevallen speelt gelijktijdigheid van het optreden en het beluisteren geen rol.
  Alleen streaming als bij internetradio leent zich hiervoor;

• bij het downloaden van een muziekstuk ligt het initiatief bij de ontvanger.
  Na het downloaden heeft de zender geen zeggenschap meer over het afspelen;

• bij "video on demand" als YouTube ligt het initiatief bij de ontvanger.
  Omdat de video bij elk afspelen opnieuw opgehaald moet worden, blijft de zender zeggenschap houden over het afspelen;

• bij continue streaming ligt het initiatief bij de zender.
  De ontvanger kan een dergelijke stroom alleen aan- of uitzetten.

Protocollen en interactie

protocol: verzameling regels voor de interactie tussen twee of meer deelnemers

doel protocol: voortgang van de interactie, standaardisatie van de interactie, voorkomen dat meer dan één deelnemer tegelijk spreekt, voorkomen van onveilige interactie

voorbeelden:

• interactie tussen verkeersdeelnemers en verkeerslichten;

• interactie tussen mens en geldautomaat;

• interactie tussen personen in een klaslokaal;

• interactie tussen personen in een telefoonconferentie.

Berichten versus Stromen

Waarde broadcast-netwerk evenreding aan omvang netwerk → Omdat het aantal deelnemers gelijk is aan de omvang van het netwerk.

• Bij telefonie gaat het om een stroom gegevens die overgestuurd wordt, zelfs twee stromen: voor elke deelnemer één.

• Voor de communicatie moet een verbinding worden opgebouwd met adressering in de vorm van bijvoorbeeld telefoonnummers.

• Een dergelijk communicatienetwerk heeft de eigenschap dat je alleen kunt communiceren met partijen die op het netwerk aangesloten zijn.

• Telefonie is een gelijktijdige vorm van communicatie = symmetrische communicatie

• E-mail of briefpost een niet gelijktijdige communicatievorm = asymmetrische communicatie

Communicatie in netwerken

Symmetrische netwerken

bijvoorbeeld: het telefoonnetwerk, chatten via Facebook

eisen symmetrisch netwerk: zender en ontvanger kunnen tegelijk communiceren, iedere deelnemer moet toegang hebben tot het netwerk

aantal communicatiepartners symmetrisch netwerk berekenen: aantal personen (N) in netwerk - 1 (jezelf) → N*(N-1) → ongeveer N^2

Wet van Metcalfe: waarde symmetrisch communicatienetwerk evenredig met kwadraat van aantal deelnemers

Facebook en andere social media hebben het netwerk gesplitst in zgn. deelnetwerken. Voor e-mail geldt dit niet omdat je van iedere plaats en locatie kunt e-mailen.

Asymmetrische netwerken

bijvoorbeeld: broadcastnetwerk, zoals televisie of radionetwerk

asymmetrische communicatie: alleen de zender kan communiceren, de ontvanger niet

Wet van Sarnoff: waarde broadcast netwerk is evenredig aan aantal deelnemers

Één zender met N ontvangers, dit veranderd niet bij meerdere kanalen aangezien een deelnemer naar één kanaal tegelijk kan luisteren.

Verbinden en berichten in netwerken

circuit-switched netwerk: verbinding die tot stand komt door daadwerkelijk draden aan elkaar te verbinden, hierbij kan je alleen na het verbreken van een verbinding een nieuwe starten.

packed-switched netwerk: wanneer de berichten via schakelpunten uiteindelijk op de juiste bestemming komen. (Als een bericht van Z via A en daarna B naar O gestuurd wordt, dan is de verbinding (draad of auto) tussen A en B weer vrij voor andere berichten als het bericht in B aangekomen is.)

Technische eigenschappen van communicatie

Voorbeelden kanaal → het telefoonnetwerk (van toestel tot toestel), de brievenpost (van brievenbus tot brievenbus), een ethernetverbinding tussen twee computers, een wifiverbinding tussen een computer en een audioset

zender → kanaal → ontvanger

kanaal: technische term voor het communicatiemiddel zoals telefoonnetwerk, brievenpost, ethernetverbinding tussen twee computers, een wifiverbinding tussen een computer en audioset

Snelheid: bitsnelheid en vertraging

• De eerste eigenschap van een kanaal is de snelheid waarbij de lengte van de af te leggen afstand en de snelheid van de bits over de lijn het belangrijkst zijn.

• De tweede eigenschap van een kanaal is de snelheid waarmee de zender zendt en de ontvanger ontvangt. Zaken als codering/decodering. encryptie/decryptie en mogelijke buffering kunnen voor vertraging zorgen

twee eigenschappen kanaal: snelheid van de bits met afstand en bitsnelheid van zender en ontvanger

drie dingen die voor vertraging kunnen zorgen: codering/decodering. encryptie/decryptie en mogelijke buffering

Snelheid van zender en ontvanger

redundantie: wordt gebruikt om het signaal te comprimeren, er moet dan wel aan de kant van de ontvanger ook weer decodering (decompressie) plaatsvinden.

zender → brondcodering → kanaal → broncodering → ontvanger

broncodering: signaal comprimeren en weer decoderen

Foutgedrag en beveiliging

Betrouwbaarheid en foutgedrag

Wanneer een bit in het kanaal verminkt is betekent dat nu dat een 0 & 1 door de war zijn gehaald.

verminkingen bits: homogeen verdeelde fouten (ruis) en fouten in ‘bursts‘ (uitbarstingen)

homogene fouten → bijv. magnetron die WiFi signaal verstoord aangezien ze op dezelfde radioband werken

fouten in ‘bursts‘ → bijv. wanneer een straaljager overvliegt en je dus even niks kan verstaan

Foutherstel

hertransmissie: fouten in een (deel)bericht te detecteren en in het geval van een fout dit (deel)bericht nogmaals over te sturen, wordt bij WiFi gebruikt (op basis van TCP)

kanaalcodering: foutherstellende codes: de bits worden zo verpakt dat als er een verstoring plaatsvindt, deze gedetecteerd en hersteld kan worden met behulp van de andere bits die meegestuurd worden. ("Forward error correction")

zender → kanaalcodering → kanaal → kanaalcodering → ontvanger

Vertraging

Door extra bits mee te sturen voor controle kunnen er minder bits worden verstuurd in het bericht. Dit levert dus vertraging op.

Toch is niet alle vertraging ernstig. Neem een telefoongesprek. Als daar een beetje ruis op de lijn zit kun je vaak uit de context het bericht nog wel herkennen.

Veiligheid

Authenticatie: weet je zeker met wie je communiceert

Integriteit: komt de boodschap zoals de zender die vertsuurd heeft ook over bij de ontvanger zonder dat deze onderweg gemanipuleerd is.

Bescherming tegen afluisteren: Komt de boodschap die de zender verstuurd over bij alleen de ontvanger, of wordt deze onderweg afgeluisterd?

nadeel bescherming veiligheid: beveiligingsbits kunnen vertraging opleveren

Het internet als universele logische laag

Voor communicatie is altijd een fysiek medium nodig.

tegenhanger logisch netwerk: fysiek netwerk

IP: verzameling afspraken waarop bepaalde fysieke componenten gebruikt moeten worden

Universeel: algemeen toepasbaar

Digitale codering

Niet alle digitale verbindingen zijn universeel. Een netwerk voor digitale tv of digitale telefonie is meestal alleen dààrvoor ingericht.

Multiplexing

time-multiplexing: stroom segmenteren en de segmenten van de verschillende stromen wisselen af, zolang de bandbreedte groot genoeg is worden stromen bij elkaar behorende bits gesegmenteerd

wanneer segmenten versturen: wanneer er geen verkeer is (stilte telefoongesprek, site lezen etc.), er is dan namelijk meer bandbreedte

Twee lagen model

IP, de onderste laag,

best-effort pakketcommunicatie (packed-switched netwerk): Pakketten worden getransporteerd zo goed en kwaad de hardware dit toelaat.

TCP, de tweede laag: Transmission Control Protocol. Dit protocol zorgt ervoor dat de best-effort pakketcommunicatie voor betrouwbare verbindingen (datastromen) zorgt. Dit gebeurt door in het geval van ontbrekende of beschadigde pakketten te zorgen voor hertransmissie (opnieuw verzenden).

UDP, de tweede laag: User Datagram Protocol, voor toepassingen waar het best-effertmodel voldoende is

Een TCP- of UDP-header bevat een poort nummer. De identificatie van een stroom is dan: ((IP-adres zender, poortnrzender), (IP-adres ontvanger, poortnr ontvanger)).

Het gelaagde IP-model

De stapeling van lagen vinden we terug als een 'nesting' van pakketten. Een TCP-segment bevat een IP-pakket dat weer bevat is in bijvoorbeeld een Ethernetpakket (frame).

Voor de behandeling van een bepaalde laag bestaan de bovenliggende lagen uit 'data' die zonder verdere interpretatie getransporteerd worden. Alleen de header-informatie uit de laag zelf wordt gebruikt voor de behandeling van de laag.

Het IP-protocol

internet: netwerk van netwerken, verbindt lokale netwerken (lokaal ruim begrip)

host: elke computer in een netwerk

router: verbindt twee of meer lokale netwerken en verzorgd de communicatie hiertussen

Routers

• Een router heeft een netwerkinterface voor elk netwerk waarmee hij verbonden is.

• Een router opereert op het niveau van de innetrnet (IP) laag en daaronder.

• De gegevens van de hogere laag protocollen worden zonder verder interpretatie doorgegeven. (gesloten enveloppen)

End-to-end principe

• Het netwerk verzorgt alleen het relatief eenvoudige 'best-effort' transport van IP pakketten.

• De complexere afhandeling van de hogere niveaus van het IP-protocol (bijvoorbeeld afhandeling van fouten door het TCP-protocol) vindt plaats in de eindpunten (sterke computers, maar kan ook een I-phoine zijn bijvoorbeeld) van het netwerk. Het End-to-End principe.

• Elke uitbreiding van het netwerk vindt plaats in deze eindpunten. Daarvoor is geen aanpassing van het netwerk nodig en ook geen toestemming van een netwerkbeheerder.

Adressering

Adressering & bezorging internet

mogelijkheid door pakketcommunicatie: een verbinding gebruiken voor meerdere computers en meerdere toepassingen tegelijk

mechanisme wat pakketten op juiste plaats, computer en toepassing bezorgt: adressering en routering (bezorging)

Adressering computers

identificatie computers: het IP-adres indentificeert het netwerkinterface van de computer.

gedeelten IP-adres: netwerkadres en adres van het computer-netwerkinterface in dat netwerk

• Een router is met meerdere netwerken verbonden via verschillende interfaces. → Een router heeft dus ook meerdere IP-adressen

stappen bezorging pakket: eerst afleveren juiste netwerk, vervolgens juiste computer-netwerkinterface

• Het IP-adres van een computer hangt af van het netwerk waarmee deze verbonden is. Een laptop op school zal een ander IP-adres hebben dan diezelfde laptop thuis.

• Een computer die in meerdere netwerken actief is heeft dus meerdere IP-adressen. Dit geldt in het bijzonder voor routers

Bezorging lokaal netwerk

bezorgen binnen lokaal netwerk: fysieke laag van dat netwerk (WiFi, Ethernet)

naam bezorging lokaal: routering

Ipv4 en Ipv6

Ipv4: 32 bits adres, max 4 miljard adressen, groepen van 8 bits, gescheiden door punt, decimaal getal tussen 0-255, hoogste bits geven adres netwerk, laagste bits adres computer, 92.212.12.193

Ipv6: 128 bits adres, veel meer adressen, 8 16-bits hexadecimale getallen, gescheiden door dubbele punt, 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334, serie nullen begin kan worden weggelaten, eerste 64 bits netwerkadres, laatste 64 bits adres computer in netwerk

IP-adres

eisen IP-adres: netwerkdeel moet overeenstemmen met IP-adres lokale netwerk en het computer- of hostdeel moet uniek zijn in het lokale netwerk

toekenner IP-adressen: DHCP-server (ingebouwd in de router)

• De DHCP-server kan een vast adres aan een computer toewijzen op basis van een lokale tabel

• De DHCP-server kan een variabel (dynamisch) adres aan een computer toewijzen van een adres dat op dat moment vrij is binnen het netwerk.

computer zelf uniek hostadres bepalen: bij ipv6, dan is DHCP overbodig

Routering

• Op grond van het IP-adres komt het pakket in het juiste netwerk. Dit gebeurt door de routers. Deze hebben een zgn. routeringstabel in zich waarin de volgende stap van de bezorging beschreven staat. Of te wel: welke lokale netwerk is het eerstvolgende netwerk dat verbonden is aan deze router.

• Het aantal netwerken kan heel groot zijn. Er is hiërarchische voorkeur voor routering. Alle netwerken van een bepaalde provider beginnen met een gemeenschappelijk deel.

• Waar komt de routeringstabel in de router vandaan? Dit gebeurt via logaritmen die hier niet verder besproken worden.

NAT: vertaalt externe adressen in de interne adressen van lokaal netwerk, vaak gecombineerd met firewall (computers op netwerk IP-adres delen)

Pakketten in IP

header Ipv6 pakket: versie IP, payload lengte, next header (welk hoger protocol (TCP/UDP)), hop limit (wordt door elke router verlaagt en weggegooit bij 0 om eindeloos ronddwalen te voorkomen), source adress (adres afzender (128 bit)), destination adress (adres ontvanger (128 bit))

• IPv4 heeft bijna hetzelfde maar dan met 32 bits

De transportlaag

• IP biedt geen gegarandeerde levering op tijd.

• De transportlaag bezorgt pakketten op basis van het 'next header' veld in het IP pakket (voor IPv4 heet dit het 'protocol-veld')

• Om een toepassing (beeld, geluid, tekst) te adresseren wordt het poortnummer gebruikt

Poortnummer 20: file-transfer (ftp)

Poortnummer 25: mail (SMTP)

Poortnummer 80: web (HTTP)

UDP

• checksum om bij aankomst te controleren of de headers en de pakketinhoud het transport overleeft hebben

• poortnummer als identificatie van de toepassing op de betreffende computer

Wanneer UDP: maximale bandbreedte en een minimale vertraging van belang en waarbij de toepassing het eventuele verlies van het pakket eenvoudig kan compenseren. (telefonie, streaming van beeld en geluid)

TCP

• De computers in de eindpunten (voeren het TCP-protocol uit), moeten de toestand van de deelproblemen bijhouden, door bijv. bufferruimte te reserveren.

TCP pakket (segment): poortnummer afzender & ontvanger, checksum (controle voor bitfouten), sequence number (segmentnummer), velden voor aknowledgement (ontvangstbevestiging)

Naamgeving

DNS: Domain Name System, hiërarchisch systeem van namen, zorgt voor koppeling IP-adres aan naam, maakt gebruik van DNS server

Toepassingen op basis van het internet

• Iedereen kan nieuwe toepassingen maken

• Sommige toepassingen maken deel uit van de internet infrastructuur en zijn gestandaliseerd. (e-mail, HTTP voor het www.)

• Andere toepassingen zijn eigendom van een organisatie zoals Skype, MSN, Facbook etc. De toepassingen en gebruikte protocollen zijn niet publiek gestandaardiseerd.

E-mail

• Één van de oudste internet toepassingen

• asynchrone aflevering berichten

• geen verbinding zender en ontvanger → niet noodzakelijk om tegelijkertijd verbonden te zijn

De Fysieke laag