ITRW322VBC - Index of

©

©

©

•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•

•
•
•

•
•
•
•
•

•
•
•
•

•
•
•
•

•
•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•

•
•
•

•
•
•

•
•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•

•
•
•

•
•
•

•
•
•

•
•
•

•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•
•

•
•
•

•
•
•

•
•
•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•
•
•

•
•
•

•
•
•

•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•

•
•
•
•

•
•
•
•

•
•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•

•
•
•
•

•
•
•
•

•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•

Addendum 1
Bylaag 1
Addendum 2
Bylaag 2
Addendum 3
Bylaag 3
Addendum 4
Bylaag 4
Additional study material
Addisionele studiemateriaal
Introduction to Computer Networks
Inleiding tot Rekenaarnetwerke
Prof. G.R. Drevin
NWU, Potchefstroomkampus
Layer architecture in data networks: OSI, TCP/IP and X.25
Laag-argitekture in datanetwerke: OSI, TCP/IP en X.25
The physical layer
Die fisiese laag
The data link layer: Examples and analyses of protocols
Die Dataverbindingslaag: Voorbeelde en analise van protokolle

Addendum 1
Introduction to Computer
Networks
1.1 Analog and digital communication
When we discuss the differences between analog and digital communication, it is
important to note what the difference is between data, signals and transmission.
Analog data assume continuous values. Examples of such analog data are sound,
video and temperature. Digital data, on the other hand, have discrete values.
Examples of discrete data are text and integer numbers.
In a communication system, data are conveyed from one point to the next in
the form of signals. Analog signals are electromagnetic waves which can vary
continuously and which can be transmitted via a wide variety of media. Wire
media like woven threads, coaxial cables, optical fibre as well as radio are some
of the possiblities. Digital signals consist of electrical pulses transmitted via a
wire medium. In this a constant voltage level is defined as one, while a second
constant voltage represents a zero.
The advantages of digital signals are that their processing costs less and that
noise has less of a detrimental effect on them. The disadvantage of digital signals
is that attenuation is more severe than for analog signals. (in the chapter on
the physical layer, we shall come back to the matter of the attenuation of digital
signals)
It is possible to represent both digital and analog data by analog as well as
digital signals.
• To communicate digital data by means of aan analog signal, we make use
of a modem to convert the data at one end of the communication line
from a digital signal to an analog signal (to modulate it). At the other
end, the analog signal then has to be converted back to a digital signal
(be demodulated).
• Analog signals are on their part converted by a CODEC to digital (are
encoded) and converted back to analog (decoded). It is also possible for
35

Bylaag 1
Inleiding tot
Rekenaarnetwerke
1.1 Analoog en digitale data kommunikasie
Wanneer die verskille tussen analoog en digitale kommunikasie bespreek word is
dit belangrik om te let na die verskil wat ter sprake is met betrekking tot data,
seine en transmissie.
Data wat analoog is neem waardes aan wat kontinu is. Voorbeelde van data
wat analoog is, is klank, video en temperatuur. Digital data aan die anderkant
neem diskrete waardes aan. Voorbeelde van diskrete data is teks en heelgetalle.
Data word in ’n kommunikasie stelsel in die vorm van seine van een punt na
’n volgende oorgedra. Analoog seine is elektromagnetiese golwe wat kontinu
varieer en oor ’n wye verskeidenheid media gestuur kan word. Draad media soos
vlegpaar, koaksiale-kabels, asook optiese vesel en radio is almal moontlikhede.
Digitale seine bestaan uit elektriese pulse wat oor ’n draad medium gestuur
word. ’n Konstante spanningsvlak word dan as ’n een gedefinieer terwyl ’n
tweede konstante spanningsvlak ’n nul voorstel.
Die voordele van digitale seine is dat dit goedkoper is om te hanteer as analoog
seine en dat ruis ’n minder nadelige uitwerking daarop het. Die nadeel van
digitale seine is egter dat die effek van attenuasie (verswakking) ernstiger is as
met analoog seine. (Daar sal in die hoofstuk oor die fisiese-laag weer aandag
gegee word aan die attenuasie van digitale seine.)
Dit is moontlik om analoog en digitale data kan deur beide analoog en digitale
seine voor te stel.
• Om digitale data deur middel van ’n analoog sein voor te stel word van ’n
modem gebruik gemaak om die data aan die een kant van ’n digitale sein
na ’n analoog sein om te skakel (moduleer) en aan die ander kant om die
analoog sein weer na digitale data om te skakel (demoduleer).
• Analoog seine word weer deur middel van ’n CODEC na digitaal omgeskakel
(gekodeer) en na analoog teruggeskakel (dekodeer). Verder is dit ook
35

1.1. ANALOG AND DIGITAL COMMUNICATION 37
36 ADDENDUM 1. INTRODUCTION TO COMPUTER NETWORKS
(integrated circuits). A similar drop in the price of analog electronics did
not occur. It therefore becomes ever more cost effective to make use of
digital methods.
analog data to be quantified to digital data, which is then presented as a
digital signal.
• Data integrity: The use of digital repeaters rather than analog amplifiers
meant that noise became less of a problem.
• Exploitation of capacity: It is simpler and cheaper to multiplex a
number of signals and send them via a single high band-width channel.
• Analog data is a function of time and as such it covers a limited frequency
range. It is therefore possible to present the data directly as an electromagnetic
signal with the same frequency range. Sound, for instance, has
a frequency range from 20 Hz up to 20 kHz, in which speach occupies
a much smaller range, i.e. 300 Hz to 3400 Hz. It is therefore sufficient
for telephone networks to be processing signals in the range 300 Hz to
3400 Hz.
• Security: Encryption techniques may be used to protect digital data from
unsolicited interception and alteration. The same is true, of course, for
analog data that have been digitised.
• Digital data, finally, may be presented as an electrical signal consisting of
two voltages.
• Integration: It is becoming possible to transmit speech, video, pictures
and digital data via the same system.
Transmission means the exchange of data by the propagation and processing
of signals. Analog signals (which may represent both analog and digital data),
can be handled by analog transmission. However, it is possible for both analog
signals (assuming that it represents digital data) and digital signals (which may
represent analog and digital data) to be handled by digital transmission.
It is important that you should note that the conversion of the telephone network
to a digital network does not neccessarily mean that all transmission has to be
in the form of digital signals. What is true, is that speech (analog data) has to
be handled as digital data. A general technique is to digitise speech so that it is
presented as a stream of binary numbers (bits, zero’s and one’s). This stream
of bits, or rather, the digital signal is then reconverted to an analog signal by
a modem and is then transmitted. At the reception end, the analog signal is
received and converted by a modem to a digital signal. This digital signal is
then converted to analog data to simulate the original speech. The analog signal
used in the transmission, however, bears no resemblance to the original analog
data; it is simply an encoded stream of bits.
Analog transmission is carried out irrespective of the data contents of the signal.
Analog data (voice) and digital data which has been converted by a modem
to an analog signal, are treated identically. However, the analog signal will be
attenuated in the process of being propagated, the more the longer the distance
of transmission. The signal will therefore have to be amplified at regular intervals.
In addition to attenuation, noise will be introduced. When the signal is
amplified, the noise is also amplified. If such a signal is transmitted over a long
distance and is therefore amplified many times, a considerable distortion will
result. This is not a serious problem in the case of speech, but if digital data
is transmitted (in the form of an analog signal) large distortion may result in
errors.
The digitising of speech is done by a technique known as PCM (pulse code
modulation). This technique involves the sampling (measuring) of analog data
at regular intervals. At each sampling the intensity of the data at that instant
of time is measured. The rate at which the data is sampled, is determined by
the Nyquist (sampling theorem). This theorem determines that data has to be
sampled at a rate which is at least twice the highest frequency occuring in the
data. If speech is limited to a maximum frequency of 4000 Hz, it means that
the speech data have to be sampled at a rate of 8000 times per second. The
samples taken is, however, still of analog nature. It is therefore neccessary to
subdivide the range of intensity into a number of intervals numbered from (say)
0 tot n. At each sampling, the interval is determined in which the intensity
lies. The number of the interval then determines the value of the sample. If the
intensity ange is subdivided into 256 intervals, each sample can be expressed
as an 8-bit number. This subdivision produces satisfactory results for speech.
Therefore, to handle speech as digital data, a data rate of 64 kbps (8000 samples
per second multiplied by 8 bits per second = 64000 bits per second) is required.
To handle the signal for a colour TV, with maximum frequency of 3.6 MHz and
10 bits resolution (1024 colours), a data rate of 72 Mbps is required.
In the case of digital transmission, on the other hand, a distinction is made
between analog signals and digital signals. Seeing that attenuation is a major
problem in the handling of digital signals, repeaters are employed (not amplifiers)
at regular distances. A repeater receives the digital signal, recovers the
binary (zero’s and one’s) pattern, and then sends a new digital signal forward
corresponding to the binary pattern. In the case of analog signals, it is assumed
that the signals represent digital data. The repeaters therefore receives the analog
signal and converts this signal to a digital signal (by means of a modem)
and then reconvert the digital signal to a new, clean and noise-free analog signal
(again by means of a modulator). There is no accumulation of noise, and the
data can thus be transmitted over a very long distance.
Traditionally the telephone network made use of analog transmission of analog
signals representing analog data. The introduction of computers however, necessitated
the handling of analog signals representing digital data by the telephone
network. This did not require any change to the network. However, the tendency
is lately to increasingly use digital transmission, and if possible, of digital
signals. The reasons for this change to the well established infrastructure are:
Variations in the PCM technique made it possible that already by 1987 speech
with a data rate of 16 kbps could be done. For video use is also made of the
fact that the data often varies little from frame to frame. Then, by means of
an interframe coding the data rate could be reduced to 1.5 Mbps. By 1988
• Cost: As a result of the development in VLSI (very large scale integration)
technology, a significant drop occurred in the cost of digital IC’s

1.1. ANALOOG EN DIGITALE DATA KOMMUNIKASIE 37
36 BYLAAG 1. INLEIDING TOT REKENAARNETWERKE
(geïntegreerde stroombane). Dieselfde daling in koste kom egter nie voor
by analoog elektronika nie. Dit raak dus al hoe goedkoper om dinge digitaal
te doen.
moontlik om analoog data te versyfer na digitale data wat dan as ’n digitale
sein voorgestel kan word.
• Data integriteit: Met die gebruik van digitale herhalers in plaas van
analoog versterkers is die invloed van ruis ’n baie kleiner faktor.
• Benutting van kapasiteit: Dit is eenvoudiger en goedkoper om ’n aantal
seine te multiplekseer om dit oor ’n enkele hoë bandwydte kanaal te stuur.
• Analoog data is ’n funksie van tyd en as sulks beslaan dit gewoonlik ’n
beperkte frekwensie spektrum. Dit is dus moontlik om die data direk as ’n
elektromagnetiese (analoog) sein met dieselfde frekwensie spektrum voor
te stel. So is klank se frekwensie spektrum 20 Hz tot 20 kHz met spraak
wat ’n veel kleiner spektrum, nl. 300 Hz tot 3400 Hz, beslaan. Dit is dus
voldoende dat die telefoonnetwerk elektromagnetiese seine in gebied van
300 Hz tot 3400 Hz kan hanteer.
• Sekuriteit: Dit is moontlik om enkripsie tegnieke te gebruik om digitale
data te beskerm teen ongemagtigde onderskepping en verandering. Dit
geld natuurlik ook vir analoog data wat versyfer is.
• Digitale data kan laastens direk as ’n twee spannings vlak elektriese sein
voorgestel word.
• Integrasie: Dit raak al hoe meer moontlik om spraak, video, beelde en
digitale data oor dieselfde stelsel te stuur.
Dit is belangrik om op te let dat die verandering van die telefoonnetwerk na ’n
digitale netwerk nie noodwendig beteken dat alles in die vorm van digitale seine
hanteer word nie. Dit is wel nodig dat spraak (analoog data) as digitale data
hanteer word. ’n Algemene tegniek is om die spraak te versyfer sodat dit deur
’n stroom binêre syfers (bisse, nulle en ene) voorgestel word. Hierdie stroom
bisse, of digitale sein, word dan weer deur middel van ’n modem omgeskakel na
’n analoog sein wat dan gestuur word. Aan die ontvang kant word die analoog
sein ontvang en deur middel van ’n modem teruggeskakel na ’n digitale sein.
Hierdie digitale sein word dan na analoog data teruggeskakel om die oorspronklike
spraak te approksimeer. Die analoog sein wat gestuur word toon egter geen
ooreenkoms met die oorspronklike analoog data nie, dit is slegs ’n enkodering
van ’n bisstroom.
Transmissie behels die uitruil van data deur middel van die voortplanting en
bewerking van seine. Analoog seine (wat beide analoog en digitale data voorstel)
kan deur middel van analoog transmissie hanteer word. Dit is egter moontlik
om beide analoog seine (word aanvaar dat dit digitale data is) en digitale seine
(analoog en digitale data) deur middel van digitale transmissie te hanteer.
Analoog transmissie vind plaas sonder inagneming van die inhoud van die data,
analoog data (stem) en digital data, wat deur middel van ’n modem na ’n
analoog sein omgeskakel is, word op dieselfde wyse hanteer. Die analoog sein
ondergaan egter geattenuasie tydens voortplanting, en hoe verder dit gestuur
word hoe groter die verswakking, dus moet die sein op gereelde intervalle versterk
word. Behalwe dat attenuasie plaasvind word ruis ook opgetel. Wanneer
die sein versterk word word die ruis dus ook versterk. Indien die sein oor ’n
groot afstand gestuur word en dus ’n aantal keer versterk word, kan daar dus ’n
groot mate van distorsie voorkom. In die geval van spraak is dit nie ’n ernstige
probleem nie, maar waar digitale data gestuur word (as ’n analoog sein) kan ’n
groot mate van distorsie foute veroorsaak.
Die versyfering van die spraak word deur middel van ’n tegniek wat as PCM
(pulse code modulation) bekend staan gedoen. Hierdie tegniek behels die monstering
(meting) van analoog data op gereelde intervalle. Met elke monstering
word die intensiteit van die data op daardie tydstip bepaal. Die tempo waarteen
die data gemonster word, word deur die Nyquist monstering stelling (sampling
theorem) bepaal. Volgens hierdie stelling moet data teen ten minste twee maal
die hoogste frekwensie wat daarin voorkom gemonster word. Beperk ons dus
spraak tot ’n maksimum frekwensie van 4000 Hz beteken dit dat ons die spraak
data 8000 maal per sekonde moet monster. Die monsters wat geneem word
is egter nog analoog van aard. Dit is dus ook nodig om die intensiteit bestek
op te deel in ’n aantal intervalle wat van (sê) 0 tot n genommer is. Elke keer
wat die data gemonster word, word daar gekyk in watter interval die intensiteit
op daardie tydstip val. Die monster se waarde is dan die nommer van die betrokke
interval. Indien die intensiteit bestek opgedeel word in 256 intervalle is
dit moontlik om elke monster as ’n 8-bis getal voor te stel. Hierdie indeling
lewer aanvaarbare resultate vir spraak. Om spraak dus as digitale data te kan
hanteer word ’n datatempo van 64 kbps (8000 monsters per sekonde maal 8
bisse per monster = 64000 bisse per sekonde) vereis. Om ’n kleur TV sein met
’n maksimum frekwensie van 3.6 MHz en 10 bis resolusie (1024 kleure) te kan
hanteer is ’n datatempo van 72 Mbps nodig.
Met digitale transmissie word daar egter ’n onderskeid getref tussen analoog
seine en digitale seine. Aangesien attenuasie ’n groot probleem is by die hantering
van digitale seine word herhalers (nie versterkers) op gereelde afstande gebruik.
’n Herhaler ontvang die digitale sein, herwin die binêre (nulle en ene)
patroon en stuur dan weer ’n nuwe digitale sein wat met die binêre patroon
ooreenstem uit. In die geval van analoog seine word aanvaar dat die seine digitale
data voorstel. Die herhalers ontvang dus die analoog sein, skakel dit om
na ’n digitale sein (dmv ’n modem) en skakel dan weer die digitale sein om na
’n nuwe skoon en ruislose analoog sein (weer dmv ’n modulator). Daar is nie ’n
opbouing van ruis en data kan dus oor ’n lang afstand gestuur word.
Die tradisionele telefoonnetwerk het gebruik gemaak van analoog transmissie
van analoog seine wat analoog data voorstel. Met die koms van die rekenaar
het dit nodig geword vir die telefoonnetwerk om ook analoog seine wat digitale
data voorstel te hanteer. Dit het egter geen verandering aan die telefoonnetwerk
vereis nie. Die neiging is egter nou om al meer van digitale transmissie gebruik
te maak, en waar moontlik van digitale seine. Die redes vir hierdie verandering
aan ’n geweldige groot bestaande infrastruktuur is:
Variasies in PCM tegniek het tot gevolg gehad dat spraak met datatempos van
16 kbps reeds teen 1987 moontlik was. Met video word daar ook van die feit dat
• Koste: As gevolg van die ontwikkeling in VLSI (very large scale integration)
tegnologie is daar ’n groot daling in die koste van digitale IC’s

1.1. ANALOG AND DIGITAL COMMUNICATION 39
38 ADDENDUM 1. INTRODUCTION TO COMPUTER NETWORKS
Service Number Data rate Combinations
Channels (Mbps) T1 T1C T2
T1 24 1.544
T1C 48 3.152 2
T2 96 6.312 4 2
T3 672 44.736 28 14 7
T4 4032 274.176 168 84 42
commercial video-conferencing equipment with data rates of 64 kbps became
available.
As we have mentioned, multiplexing was one of the reasons why the telephone
network was converted to digital. Multiplexing is widely used for the following
two reasons:
Table 1.1: AT&T TDM carrier services
• The cost effectiveness of equipment improves as the data rate increases.
In other words, the cost of equipment per kbps decreases as the data rate
increases.
Level Number Data rate
Channels (Mbps)
1 30 2.048
2 120 8.448
3 480 34.368
4 1920 139.264
5 7680 565.148
• Most equipment requires a much lower data rate than that offered by
the communication channel. There is therefor a lot of unused (surplus)
capacity if only one set of apparatus communicates over a specific channel.
Multiplexing may be done in two ways:
Table 1.2: ITU-T TDM carrier services
• FDM: Frequency-division multiplexing. In this process the frequency spectrum
of the channel is subdivided into a number of channels where the
frequency range of each is much smaller than the original one. Each signal
that is transmitted, is then modulated by a different carrier wave.
into 24 channels for voice, each at 64 kbps. Each frame is 193 bits long and
consists of 8 bits per channel (192 bits for 24 channels) plus one framing
bit which is used for synchronisation. For voice connections each channel
contains one byte of digitised speech data. The speech is digitised by
means of PCM at a rate of 8000 samples per second and a resolution of 8
bits per sample. The frames therefore have to be transmitted at a rate of
8000 frames per second. For frame lengths of 193 bits, this rate requires
a data rate of 1.544 Mbps. The same T1 structure may also be used for
handling digital data exclusively as well as for a mixture of speech and
digital data. More than one T1 structure may be combined if a higher
rate connection is available. The different possibilities are illustrated in
table 1.1.
• TDM: Time-division multiplexing. By this technique the time is divided
into a number of time slots. The signals are then sent piece-by-piece in
turns. The available data rate is then much higher than that required.
Suppose we have 8 sources, each requiring a data rate of 8 kbps. All 8
sources can then be served by a single mdium that can handle 64 kbps.
The division can be done on the bit-level, or on the byte-level (or on any
other level!). For the bit-level division one bit of each source is sent in
turn. As soon as one bit from each source had been sent, the next bit from
every source is sent, etc. For the byte-level division one byte from each
source is sent in turn. A time slot is therefore allocated to each source.
The series of time slots for each source is known as a channel, while one
cycle of time-slots (one per source) is called a frame. In the instance where
a fixed time slot from each frame is assigned to each source, we have what
is called a synchrone TDM. This technique is the simpler and cheaper
one of the two and this is therefore the technique that is used in the new
digital telephone network.
• A second system of this nature has been proposed as the standard system,
by the CCITT (Comité Consultatif International de Télégraphique et
Téléphonique) or rather the Telecommunications Standards Sector of the
ITU (International Telecommunication Union), called the ITU-T. 1 The
basic system handles a data rate of 2.048 Mbps, divided into 30 channels.
The details of the system is summarised in table 1.2. This system is being
used in the rest of the world.
Digital switching systems have also been developed since the middle of the 70’s.
When the telephone network has been completely digitised, it will be possible
to send all types of data via the telephone network. This includes interactive
data, communication between computers (such as transmission of files), digital
voice and digital pictures. One possibility will therefore be “voice mail” where
Digital transmission is being used more and more in telephone networks. AT&T
(American Telephone & Telegraph) introduced the first commercial digital service
in the USA as early as the 1960’s. It was soon followed by similar services
in other countries. The trend is to move increasingly towards a situation where
the telephone network will be fully digital so that it can provide the services of
both telephone and computer networks. In this way the simultaneous transmission
of speech and data will be possible. There are mainly two systems that
have been installed over the world, i.e.:
1 The ITU-T has been established on 1 March 1993 and it replaced the CCITT. The ITU-T
is part of the ITU which again is a specialised agency of the United Nations Organisation.
• The AT&T system, used mainly in the USA, Canada and Japan, consisting
of a hierarchy of TDM partitions with different data rates. The basic
partition, T1, makes provision for a data rate of 1.544 Mbps, subdivided

1.1. ANALOOG EN DIGITALE DATA KOMMUNIKASIE 39
38 BYLAAG 1. INLEIDING TOT REKENAARNETWERKE
Diens Aantal Datatempo Kombinasies
Kanale (Mbps) T1 T1C T2
T1 24 1.544
T1C 48 3.152 2
T2 96 6.312 4 2
T3 672 44.736 28 14 7
T4 4032 274.176 168 84 42
die data min van raam tot raam verskil gebruik gemaak om deur middel van
tussenraam kodering tegnieke die benodigde datatempo af te bring na 1.5 Mbps.
Teen 1988 was kommersiële video-konferensie toerusting met datatempos van
64 kbps beskikbaar.
Dit is reeds genoem dat multipleksering een van die redes is vir die omskakeling
van die telefoonnetwerk na digitaal. Multipleksering word wyd gebruik om die
volgende twee redes:
Table 1.1: AT&T TDM draer dienste
• Die koste effektiwiteit van toerusting neem toe soos die datatempo toeneem.
Met ander woorde, die koste van toerusting per kbps neem af soos
die datatempo toeneem.
Vlak Aantal Datatempo
Kanale (Mbps)
1 30 2.048
2 120 8.448
3 480 34.368
4 1920 139.264
5 7680 565.148
• Meeste toerusting benodig ’n baie laer datatempo as wat deur die kommunikasie
kanaal gebied word. Daar is dus baie onbenutte kapasiteit indien
slegs een stel apparate oor ’n kanaal kommunikeer.
Multipleksering kan op twee wyses gedoen word:
Table 1.2: ITU-T TDM draer dienste
• FDM: Frekwensie-deel multipleksering. Hier word die frekwensie spektrum
van die kanaal opgedeel in ’n klomp kanale waar die frekwensie spektrum
van elkeen baie kleiner is as die oorspronklikke. Elke sein wat dan gestuur
word, word met ’n ander dra-golf gemodduleer.
• Die AT&T stelsel wat hoofsaaklik in die VSA, Kanada en Japan gebruik
word bestaan uit ’n hierargie van TDM indelings met verskillende
datatempos. Die basiese indeling, T1, het ’n datatempo van 1.544 Mbps
wat opgedeel is in 24 stem kanale van 64 kbps elk. Elke raam is 193 bisse
lank en is opgebou uit 8 bisse per kanaal (192 bisse vir 24 kanale) plus
een ramingsbis wat vir sinkronisasie gebruik word. Vir stem verbindings
bevat elke kanaal een greep versyferde spraak data. Die spraak word deur
middel van PCM versyfer teen ’n tempo van 8000 monsters per sekonde
en ’n resolusie van 8 bisse per monster. Die rame moet dus teen ’n tempo
van 8000 rame per sekonde gestuur word. Met ’n raam lengte van 193
bisse vereis dit dus ’n datatempo van 1.544 Mbps. Dieselfde T1 struktuur
kan ook gebruik word vir die hantering van digitale data alleen asook vir
’n mengsel van spraak en digitale data. Meer as een T1 struktuur kan
gekombineer word indien ’n hoër tempo verbinding beskikbaar is. Die
verskillende moontlikhede word in tabel 1.1 getoon.
• ’n Tweede soortgelyke stelsel is deur die CCITT (Comité Consultatif International
de Télégraphique et Téléphonique) of die ITU (International
Telecommunication Union) se Telekommunikasie Standaarde Sector, die
ITU-T 1 , as ’n standaard voorgestel. Die basiese stelsel kan ’n datatempo
van 2.048 Mbps hanteer wat in 30 kanale opgedeel is. Die volledige stelsel
word in tabel 1.2 saamgevat. Hierdie stelsel word in die res van die wêreld
gebruik.
• TDM: Tyddeel multipleksering. Met hierdie tegniek word tyd weer in
’n aantal gleuwe opgedeel. Die seine word dan stukkie vir stukkie om
die beurt gestuur. Die beskikbare datatempo is dus veel hoër as wat
benodig word. Die data van ’n aantal bronne word dan om die beurt
gestuur. Gestel dus dat ons 8 bronne het wat elk ’n datatempo van 8 kbps
benodig. Dit is dan moontlik om al 8 bronne te bedien met ’n enkele
medium wat 64 kbps kan hanteer. Die indeling kan op bis vlak of greep
vlak (of enige ander vlak!) gedoen word. Met ’n bis vlak indeling word
daar een bis van elke bron om die beurt gestuur. Sodra ’n bis van al die
bronne gestuur is word die volgende bis van elke bron gestuur ens. Met ’n
greep vlak indeling word daar weer ’n greep van elke bron om die beurt
gestuur. Daar word dus ’n tydgleuf aan elke bron toegeken. Die reeks
tydgleuwe van ’n spesifieke bron staan as ’n kanaal bekend terwyl een
siklus van tydgleuwe (een per bron) as ’n raam bekend staan. Indien ’n
vaste tydgleuf uit elke raam aan ’n spesifieke kanaal toegeken word staan
die tegniek as sinkrone TDM bekend. Hierdie tegniek is die eenvoudiger
en goedkoper van die twee en is dan ook die tegniek wat met die nuwe
digitale telefoonnetwerk gebruik word.
Digitale skakel stelsels is ook sedert die middel 1970’s ontwikkel.
Sodra die telefoonnetwerk volledig digitaal geword het sal alle tipes data oor
1 Die ITU-T is op 1 Maart 1993 geskep en vervang die CCITT. Die ITU-T is deel van die
ITU wat weer ’n gespesialiseerde agentskap van die VN is.
Digitale transmissie word al hoe meer gebruik vir die telefoonnetwerk. Reeds in
die 1960’s het AT&T (American Telephone & Telegraph) die eerste kommersiële
digitale diens in die VSA begin en is gou gevolg deur soortgelyke dienste in ander
lande. Daar word dus toenemend beweeg na ’n situasie waar die telefoonnetwerk
ten volle digitaal is en dus die dienste van beide telefoon- en rekenaar-netwerke
kan lewer om sodoende die gelyktydige transmissie van spraak en data moontlik
te maak. Daar is dan ook tans hoofsaaklik twee stelsels wat wêreldwyd
geïnstalleer is nl.:

1.2. INTERCONNECTION OF NETWORKS 41
40 ADDENDUM 1. INTRODUCTION TO COMPUTER NETWORKS
a verbal message may be stored at its destination on disk.
operations that was open, but rather the mechanism of communication
between the systems. We shall go into the details of the OSI model at a
later stage.
1.1.1 Circuit and parcket connection
• The third event was the project embarked on and funded by the Advanced
Research Projects Agency (ARPA) of the defence department of the USA.
The work was started in the 60’s and continued in the 70’s, and it led to
a data communication network, called ARPAnet. The basic concept was
that host computers with specialised capabilities were connected in the
network. Users all over the USA should them be able to log in on any of
the hosts and make use of the specialised software or the number crunching
capabilities of that particular host computer. A backbone communication
network had to be developed to connect the hosts and for this use was
made of packet switching. On the network layer they developed communication
processors which could connect with a host on one side and on the
other could route packets along the network. Algorithms were developed
to do the routing and to control the flow of data. The ARPA workers were
the first to use the word packet, to distinguish between the longer messages
sent by the hosts over the network, and the multiple shorter blocks into
which the messages were divided to improve the network traffic and the
performance of the network. This gave rise to the name of packet switch
for the communication processors.
The telephone network is an example of a circuit switched connected network.
A dedicated connection is set up between two users who desire to communicate
with each other. In this case we have a point-to-point connection. However, the
possibility is also investigated to have real time voice communication by means
of packets over a packet-switched network.
Packet switched networks originated when large main frame computers (or host
computers) were developed in the 1960’s. During that time the development
of networks was initiated to share the extravagant cost of both hardware and
software, which were extremely high for such large systems. Three events taking
place almost simultaneously, were responsible for the rapid development of
packet switched networks:
ARPAnet has also been developed as a layered architecture with so-called
higher level protocols to enable different kinds of hosts to communicate
with each other. The lower level protocols, on the other hand, were responsible
for a satisfactory point-to-point delivery service. (Computers
communicate with each other according to a fixed set of rules. Such a set
of rules is known as a protocol. A group of protocols, which all belong to
a specific model, is called a protocol suite.)
• During the 1960’s companies started selling time sharing (on computers!)
that enabled users to get access by terminals to the host computers of
these companies at relatively low cost. To do this, the companies had to
delvelop networks that would enable users over a wide geographic area
to communicate with the host. Examples of such companies are General
Electric Information Services and Tymshare. The network of the last company,
known as TYMNET gives access to the computers of the company,
spread all over the USA and is one of the main public packet switched
networks in the USA. It has more than 1000 switching nodes and as such
it was possibly the largest network in the world.
This work on data transmission by means of packet switched networks, led to the
development of standards by the CCITT. In 1976 they proposed an architecture
for packet switching consisting of a three-layer interfacing. The standard was
called X.25 and this was used ever since for most packet switching networks.
We shall discuss X.25 at a later stage.
1.2 Interconnection of networks
• The suppliers of computers also had a large share in the development of
packet switched networks. They have developed inter alia specialised communication
processors that removed the burden of communication from
the host computer. They have also developed communication software.
The most important contribution, however, was the inroduction and development
of layered communication architecture. These developments
by computer suppliers have enabled terminals, communication processors,
computers and applications software running on these computers, to communicate
with each other. IBM has, for instance, developed it’s Systems
Network Architecture (SNA) during the late 1960’s and has formally announced
it together with products running on it, during 1974. This architecture
has since been continuously developed. Other examples were
Digital Equipment Corporation with DNA and Burroughs with BNA.
There are thousands of networks in use all over the world and new ones are being
installed daily. These networks vary from local-area-networks serving a single
building, to networks going around the world. Interconnections of networks
are being done increasingly, in order to enable users of different networks to
cooperate. The internet has experienced tremendous growth in recent times.
When networks are connected, the following are required:
• Provision must be made for communication between the networks. The
minimum requirement is that communication between the networks should
at least be possible on the physical layer and data link layer (or equivalent).
These communication architectures enabled communication within families
of computer systems, but between systems of different manufacturers,
silence reigned. This state of affairs forced the International Standards
Organisation (ISO) to set up a task group whose task was to establish a
global communication architecture that would enable communication between
different systems. They started with this mission in 1978 and this
led in 1980 to a proposal for a reference model for Open Systems Interconnection
or OSI, which was approved as international standard during May
1983. It is important that one should note that it was not the internal

1.2. TUSSENVERBINDING VAN NETWERKE 41
40 BYLAAG 1. INLEIDING TOT REKENAARNETWERKE
’n taakgroep in die lewe te bring wat kon kyk na die ontwikkeling van
’n wêreldwye kommunikasie argitektuur standaard wat oop kommunikasie
tussen stelsels sou moontlik maak. Die werk is in 1978 begin en het in
1980 gelei tot ’n voorstel vir ’n verwysings model vir Open Systems Interconnection
of OSI wat in Mei 1983 as internasionale standaard goedgekeur
is. Dit is belangrik om daarop te let dat dit nie die interne werking van
stelsels is wat oop is nie, maar wel die kommunikasie meganisme tussen
die stelsels. Daar sal later in meer detail na die OSI model gekyk word.
die telefoonnetwerk gestuur kan word. Dit sluit in interaktiewe data, kommunikasie
tussen rekenaars (bv. lêeroordragte), digitale stem en digitale beeld.
’n Moonlikheid is dus nou ook “spraak-pos” waar ’n verbale boodskap by die
bestemming op skyf gestoor kan word.
1.1.1 Kring en pakket skakeling
• Die derde gebeurtenis was die werk wat deur die Advanced Research
Projects Agency (ARPA) van die VSA se verdedigings departement begin
en befonds is. Hierdie werk wat ook in die 1960’s begin is en deur die 1970’s
voortgesit is, het gelei tot ’n data kommunikasie-netwerk, ARPAnet. Die
basiese konsep was dat gasheer rekenaars met gespesialiseerde vermoëns
in die netwerk verbind word. Gebruikers regdeur die VSA sou dan kon
inskakel op enige van die gashere en van die betrokke gasheer se gespesialiseerde
programmatuur of number-crunshing vermoë gebruik maak. ’n
Ruggraat (backbone) kommunikasie-netwerk moes ontwikkel word om die
gashere te verbind, hier is dan ook van pakketskakeling gebruik gemaak.
Op die netwerklaag is kommunikasie verwerkers ontwikkel wat aan die een
kant in staat was om te koppel met ’n gasheer en aan die ander kant in
staat was om pakkette langs die netwerk te roeteer. Roetering en vloei
beheer algoritmes is hiervoor ontwikkel. Die term pakket is dan ook eerste
deur die ARPA werkers gebruik om te onderskei tussen die langer boodskappe
wat deur die gashere op die netwerk uitestuur is en die veelvuldige
korter blokke waarin die boodskappe opgebreek is om netwerk verkeer en
werkverrigting te verbeter. Dit het weer gelei tot die term pakketskakel
vir die kommunikasie verwerkers.
Die telefoonnetwerk is ’n voorbeeld van ’n kring geskakelde netwerk. ’n Gededikeerde
verbinding word dus tussen die twee gebruikers wat met mekaar wil kommunikeer
opgestel. Ons het hier dus ’n punt-tot-punt verbinding. Daar word
egter ook studies gedoen om die moontlikheid van intydse stem kommunikasie
deur middel van pakkette oor ’n pakket geskakelde netwerk te ondersoek.
Pakket geskakelde netwerke het begin ontstaan met die ontwikkeling van groot
hoofraam of gasheer (host) rekenaars in die 1960’s. In ’n poging om die koste
van beide apparatuur en programmatuur, wat baie hoog was met hierdie groot
stelsels, te deel is daar begin met die ontwikkeling van netwerke. Daar is veral
drie gebeurtenisse wat omtrent gelyktydig plaasgevind het wat verantwoordelik
was vir die snelle ontwikkeling van pakket geskakelde netwerke:
• Gedurende die 1960’s het tyddeel (rekenaar tyd!) maatskappye ontstaan
wat gebruikers in staat gestel het om deur middel van terminale toegang
tot hierdie maatskappye se gasheer rekenaars te verkry teen ’n relatiewe
lae koste. Die maatskappye moes egter netwerke ontwikkel om gebruikers
oor ’n wye geografiese area in staat te stel om met die betrokke gasheer
te kommunikeer. Voorbeelde van sulke maatskappye is General Electric
Information Services en Tymshare. Laasgenoemde maatskappy se netwerk
wat as TYMNET bekend staan verleen toegang tot die maatskappy se
rekenaars wat regoor die VSA versprei is en is een van die hoof publieke
pakket geskakelde netwerke in die VSA. Met meer as 1000 skakelings nodes
is dit dan dalk ook die grootste netwerk in die wêreld.
ARPAnet is ook as ’n gelaagde argitektuur ontwikkel met sogenaamde hoër
vlak protokolle wat verskillende tipes gashere in staat gestel het om met
mekaar te kommunikeer. Aan die ander kant was die laer vlak protokolle
verantwoordelik vir ’n aanvaarbare punt-tot-punt pakket aflewerings diens.
(Rekenaars kommunikeer met mekaar volgens ’n vasgestelde versameling
reëls. So ’n versameling reëls staan as ’n protokol bekend. ’n Groep
protokolle wat almal aan ’n spesifieke model behoort staan as ’n protokol
suite bekend.)
Hierdie werk in data transmissie deur middel van pakket geskakelde netwerke
het ook die ontwikkeling van standaarde deur die CCITT aan die gang gesit.
Hulle het in 1976 ’n voorstel gemaak vir ’n drie laag koppelvlak argitektuur
vir pakketskakeling. Die standaard is X.25 genoem en is sedertdien vir meeste
pakketskakeling netwerke gebruik. Ons sal weer later terugkom na X.25.
1.2 Tussenverbinding van netwerke
• Die rekenaarverskaffers het ook ’n groot aandeel gehad in die ontwikkeling
van pakket geskakelde netwerke. Hulle het onder andere gespesialiseerde
kommunikasie verwerkers ontwikkel wat die las van kommunikasie weg
van die gasheer rekenaar geneem het. Verder het hulle ook kommunikasie
programmatuur ontwikkel. Die belangrikste bydrae wat gelewer was was
egter die invoer en ontwikkeling van gelaagde kommunikasie argitekture.
Hierdie ontwikkelings van die kant van die rekenaar verskaffers het terminale,
kommunikasie verwerkers, rekenaars en toepassings programmatuur
wat op hierdie rekenaars geloop het in staat gestel om met mekaar te
kommunikeer. So het IBM bv. sy Systems Network Architecture (SNA)
in die laat 1960’s ontwikkel en tesame met produkte wat daarop geloop het
formeel in 1974 bekend gestel. Hierdie argitektuur het egter sedert dien
aanhou ontwikkel. Daar was dan ook Digital Equipment Corporation met
DNA en Burroughs met BNA.
Daar is reeds duisende netwerke wat wêreldwyd in gebruik is en daar word
daagliks nog netwerke geïnstalleer. Hierdie netwerke wissel van lokale-areanetwerke
wat individiueele geboue bedien tot netwerke wat reg oor die aardbol
Hierdie kommunikasie argitekture het kommunikasie binne families van
rekenaar stelsels moontlik gemaak, maar tussen stelsels van verskillende
verskaffers het daar ’n doodse stilte geheers. Hierdie toedrag van sake
het die Internasionale Standaarde Organisasie (ISO) daartoe gedwing om

42 ADDENDUM 1. INTRODUCTION TO COMPUTER NETWORKS
• Routing must be done between users on different networks.
• A bookkeeping should be possible of the use of resources by users on
different networks.
Every interconnection service that is added should be added in such a way that
the architecture of no other network is to be altered. This condition is the main
reason why the interconnection of networks is so complicated, because networks
often are totally incompatible. Usually then limited services are implimented.
The ultimate goal however, remains that the interconnection of networks should
be such that all services available on a network should be accessible for all users
on the other networks.
In the OSI reference model, a piece of hardware that is used to connect two
unconnected systems is called a relay. If the relay estqablishes communication
between layer n on one system with layer n on another system, we call it a ⁀layer n relay. The following terms are generally used:
• Repeater: A physical layer relay.
• Bridge: A data link layer relay.
• Router: A Network layer relay.
• Gateway: Any relay on a layer above the network layer.
Repeaters simply amplify or regenerate the signals. The protocol, however,
remains unchanged. Repeaters are employed to extend the range of a network.
Repeaters therefore are used also in networks that are identical to each other.
When, however, networks are to be connected that are increasingly different,
relays are required that are of an increasingly higher level.
Gateways may also be divided in two halves, with one half at each of the networks
that are to be connected. In such a case each of the halves does only half
of the conversion between two protocols. Atempts are being made to establish
a standard “intermediate” protocol. If this could be done each of the half gateways
would be doing the conversion from the protocol of the network where it
is situated to the “intermediate” protocol. This will come in very useful when a
large number of networks, each having its own protocol, have to be connected.
There are many differences that may exist between different networks, which
have to be resolved by the relay between them. Examples of such differences
are:
• Addressing scheme.
• Packet size.
• Error checking.
• Routing and flow control.
• Interruptions, time synchronisation and length of timeouts.
• Access control.

1.2. TUSSENVERBINDING VAN NETWERKE 43
42 BYLAAG 1. INLEIDING TOT REKENAARNETWERKE
• Pakket grootte.
• Fout beheer.
strek. Tussenverbinding van netwerke word al meer gedoen om sodoende gebruikers
op verskillende netwerke die kans te gee om saam te werk. Die Internet
het oor die afgelope tyd geweldig gegroei.
• Roetering en vloeibeheer.
Vereistes wat gestel kan word wanneer netwerke verbind word is onder andere:
• Onderbrekings, tyd sinkronisasie en lengte van tydverstreke.
• Toegangsbeheer.
• Kommunikasie fasiliteite moet tussen die netwerke verskaf word. As minimum
kan vereis word dat kommunikasie tussen die netwerke op ten minste
die fisiese en dataverbindingslaag (of gelykstaande) moontlik moet wees.
• Roetering tussen gebruikers op verskillende netwerke moet gedoen word.
• Boekhouding van gebruik van nutsbronne deur gebruikers op verskillende
netwerke moet moontlik wees.
Elke tussenverbindingsdiens wat bygevoeg word moet bygevoeg word sonder
dat die argitektuur van enige van die netwerke verander moet word. Dit is
veral hierdie voorwaarde wat die tussenverbinding van netwerke kompleks maak
omdat netwerke dikwels heeltemal onversoenbaar is. Beperkte dienste word dan
gewoonlik geïmplimenteer. Die doelwit vir die tussenverbinding van netwerke
bly egter nog steeds dat alle dienste wat op ’n netwerk beskikbaar is ook vir alle
gebruikers op ander netwerke toeganklik moet wees.
In die OSI verwysingsmodel word ’n stuk toerusting wat gebruik word om twee
ongekoppelde stelsels te verbind, ’n relay genoem. Indien die relay gebruik word
om laag n op een stelsel met laag n op ’n ander stelsel te laat kommunikeer word
van ’n laag n relay gepraat. Die volgende terminologie word egter meer algemeen
gebruik:
• Herhaler (Repeater): Fisiese-laag relay.
• Brug: Dataverbindingslaag relay.
• Roeteerder (Router): Netwerklaag relay.
• Hek (Gateway): Enige relay op ’n laag bokant die netwerklaag.
Herhalers versterk of hergenereer bloot die seine. Die protokol self bly egter
onveranderd. Herhalers word gebruik om die reikwydte van ’n netwerk te vergroot.
Herhalers word dus ook gebruik tussen netwerke wat identies aan mekaar
is. Soos die netwerke wat verbind moet word meer en meer van mekaar verskil
is dit nodig dat die relay tussen hulle op ’n hoër en hoër vlak moet wees.
Hekke kan ook in twee helftes gedeel word, met ’n helfte by elke netwerk wat
verbind moet word. In die geval doen elkeen van die helftes ook net helfte
van die omskakeling tussen die twee protokolle. Daar word ook gepoog om ’n
standaard “tussen” protokol te implimenteer. Dan kan elkeen van die halwe
hekke die omskakeling doen tussen die protokol van die netwerk waar hy geleë is
en die “tussen” protokol. Dit is veral handig wanneer ’n groot aantal netwerke
elk met sy eie protokol met mekaar verbind moet word.
Daar is ’n groot aantal verskille wat tussen netwerke kan bestaan wat deur die
relay tussen hulle opgelos moet word. ’n Paar van hierdie verskille is:
• Adressering skema.

44 ADDENDUM 2. LAYER ARCHITECTURE IN DATA NETWORKS
was then created to enable this reliable error-free transmission of information
via unreliable media, as well as to provide for communication between networks.
This means the capability of computers to communicate over different networks.
By 1988, ten years after OSI was accepted, still only a few pilot projects existed,
while Internet was used widely. In spite of this it appears as though Internet has
a limited future, with OSI the favourite in the long run. However, it remains to
be seen when the ”long run” will begin.
Addendum 2
By 1992 the situation was that the TCP/IP community could demonstrate real
products on real networks, while the OSI community was caught in endless
debates on the advantages of formal description techniques ... etc. However,
OSI is slowly but surely gaining ground. Real OSI products are increasingly
being demonstrated. The issue is not any more which of the two should become
the standards, but rather one of co-existence and integration. The Internet
(TCP/IP) society is experimenting with OSI techniques and applications, because
it can add value to the Internet and because it can serve the society
at large. An open interconnectedness of networks consisting of both OSI and
TCP/IP has been in existence lately.
Layer architecture in data
networks: OSI, TCP/IP en
X.25
The ISO started in 1977 to develop a communication architecture that could
become the international standard. The process of setting up protocols was
open and international comments were invited. Leaders from the entire international
community submitted commentary, each of course based on his own
vision of the future. The resulting set of protocols was called the open systems
interconnection or OSI. The purpose of OSI, like that of TCP/IP, was to enable
two computer systems to exchange information (i.e. intercommunication),
to interpret it and to present it in a format that can be handled by the local
computer and that was understandable for the users (interoperation). The OSI
consists presently of hundreds of standards. Years were spent to develop each
of these standards, to achieve concensus on it and to publish it. OSI is still best
known for the OSI reference model and its seven layers. The standards consists
of abstract definitions, make use of a vocabulary custom made for this purpose,
and is rather expensive. The sad result of all this is that the development and
delivery of commercial OSI systems have been stunted.
2.1 Introduction
On the other hand any member of the Internet society is free to design a protocol
for the Internet suite, to document it, implement it and test it. The
documentation has to be done in the RFC (Request for Comments) series. An
elaborate procedure has been compiled according to which such a protocol may
to be delivered, can be improved, can become a prescribed standard and can
finally become an Internet standard.
A multitude of processes have to be performed in order to establish communication
between two computers via a physical medium (such as a piece of wire).
It has to be ensured that the data sent will be received free of errors, in the
right order and without duplication. In the case where the two computers are
not directly connected, but are linked through a network of connections and
other computers, a route through the network has to be identified. Moreover
the semantics of the information must be conserved, such that the different
applications, electronic mail, file transfers, etc. would be understandable.
It would in principle be possible to implement all these functions into one monolithic
protocol....
We have already mentioned the development of layered architecture for communication
networks. For instance, both the SNA of IBM and ARPAnet are
layered architectures. But the OSI model, which was developed as a layered
architecture, is rapidly becoming the international standard for layered architecture.
During the 1980’s most of the developments around OSI took place
outside the USA. Other than the OSI protocol suite, which was developed by
the international society, we also have the Internet protocol suite. While the
ideals for OSI were that it should become the solution for communication between
systems, the Internet protocol suite was developed through the research
of the computer science community in the USA, funded by the USA Ministry
for Defence. This protocol is known as TCP/IP and was accepted in 1983 as
the standard by the USA Ministry of Defence. Even though the development
of the two protocol suites had started almost simultaneously (during the late
1970’s) the situation is now that Internet suite has been widely implemented,
not only in defence circles in the USA, but in the entire users community. On
the other hand very few OSI systems have been installed. In spite of this, it
is predicted that OSI will be the solution for networks for the future. The
development of the Internet protocol was to provide in a need, namely to enable
a heterogeneous multitude of computers to communicate with each other,
and they restricted themselves to the solution of this problem only. Existing
technology was employed and they were not interested in solving other possible
problems. Originally only one network existed, ARPAnet, which connected a
number of computer systems all over the USA. When other network technologies
developed, like Ethernet, Packet Radio and Satellite, the need developed
to send reliable information via unreliable media that could not guarantee a
dependable, error-free transmission of information. The TCP/IP protocol suite
43

46 BYLAAG 2. LAAG-ARGITEKTURE IN DATANETWERKE
betroubare, foutvrye oordra van inligting oor onbetroubare media te verseker,
asook om tussen netwerk kommunikasie moontlik te maak. Dit is die vermoë
vir rekenaars om oor verskillende netwerke met mekaar te kommunikeer. Teen
1988, tien jaar na die aanvaaring van OSI was daar slegs ’n paar loodsprojekte
terwyl Internet al wyd in gebruik was. Dit lyk egter tog asof Internet ’n beperkte
toekoms het met OSI die langtermyn gunsteling. Wanneer die langtermyn gaan
begin bly egter ’n ope vraag.
Bylaag 2
Teen 1992 was die situasie nog dat die TCP/IP gemeenskap werklike produkte
op werklike netwerke kon demonstreer terwyl die OSI gemeenskap eindeloos
gedebatteer het oor die voordele van formele beskrywings tegnieke ... ens. OSI
is egter stadig maar seker besig om by te kom, al hoe meer werklike OSI produkte
word gedemonstreer. Dit gaan nie meer oor watter een van die twee standaarde
nie, maar al hoe meer oor saam bestaan en integrasie. Die Internet (TCP/IP)
gemeenskap eksperimenteer met OSI tegnieke en toepassings omdat dit waarde
by die Internet voeg en omdat dit die gemeenskap bedien. Oop tussen verbinding
van netwerke bestaan dus nou uit OSI en TCP/IP.
Laag-argitekture in
datanetwerke: OSI,
TCP/IP en X.25
Die ISO het in 1977 begin met die ontwikkeling van ’n kommunikasie argitektuur
wat ’n internasionale standaard kon word. Die proses om protokolle op
te stel is oopgestel vir internasionale kommentaar. Gesaghebbendes vanuit die
hele internasionale gemeenskap het hulle insette gelewer, elkeen natuurlik met sy
eie persoonlike toekomsvisie. Die versameling protokolle het bekend gestaan as
open systems interconnection of OSI. OSI het net soos TCP/IP ten doel gehad
om twee rekenaar stelsels in staat te stel om inligting uit te ruil (intercommunication),
om dit te interpreteer en in ’n formaat aan te bied wat deur die plaaslike
rekenaar hanteerbaar is en verstaanbaar is vir die gebruikers (interoperation).
Daar is tans honderde standaarde wat OSI opmaak. Vir elkeen van die standaarde
is tipies jare gespandeer om dit te ontwikkel, konsensus daaroor te bereik
en te publiseer. Die aspek waarvoor OSI die bekendste is, is maar nog steeds
die OSI verwysings model en sy sewe lae. Die standaarde bestaan uit abstrakte
definisies, gebruik ’n woordeskat wat net vir die doel ontwikkel is, verder is dit
ook duur om kopieë aan te koop. Die ongelukkige gevolg is dat die ontwikkeling
en lewering van komersiële OSI stelsels baie onderdruk is.
2.1 Inleiding
Aan die ander kant kan enige lid van die Internet gemeenskap ’n protokol vir die
Internet suite ontwerp, dokumenteer, implimenteer en toets. Die dokumentering
moet in die RFC (Request for Comments) reeks gedoen word. Daar is ’n hele
prosedure opgestel waarvolgens kommentaar op so ’n protokol gelewer kan word,
die protokol verbeter kan word, dit ’n voorgestelde standaard word en uiteindelik
’n amptelike Internet standaard word.
Daar is heelwat funksies wat verrig moet word om kommunikasie oor ’n fisiese
medium (stuk draad) tussen twee rekenaars te bewerkstellig. Daar moet verseker
word dat data wat gestuur word foutloos, in die regte volgorde en sonder duplikasie
ontvang word. Indien die twee rekenaars nie direk verbind is nie, maar
wel deur ’n netwerk van verbindings en ander rekenaars, is dit nodig om ’n roete
deur die netwerk te identifiseer. Verder moet die semantiek van die inligting behoue
bly sodat die verskillende toepassings, elektroniese pos, lêer oordragte ens,
sin daaruit kan maak.
Dit sou moontlik wees om al hierdie funksies in een monolitiese protokol te
implimenteer...
Daar is reeds melding gemaak van die ontwikkeling van gelaagde argitekture
vir kommunikasie netwerke. So is beide IBM se SNA en ARPAnet gelaagde
argitekture. Verder is die OSI model wat as ’n gelaagde argitektuur ontwikkel
is vinnig besig om die internasionale standaard vir gelaagde argitekture te word.
Gedurende die 1980’s is die meeste werk rondom OSI buite die VSA gedoen. Benewens
die OSI protokol suite, wat deur die internasionale gemeenskap ontwikkel
is, is daar ook die Internet protokol suite. Terwyl daar met OSI gepoog was
om dit dié oplossing vir kommunikasie tussen stelsels te maak, het die Internet
protokol suite sy bestaan te danke aan eksperimentering in die VSA se rekenaarwetenskap
gemeenskap wat deur die VSA se Departement van Verdediging
ondersteun is. Hierdie protokol staan as TCP/IP bekend en is in 1983 as ’n
standaard deur die VSA se Departement van Verdediging aanvaar. Ontwikkeling
van die twee protokol suites het ongeveer dieselfde tyd (laat 1970’s) begin,
maar die situasie is tans dat die Internet suite wyd geïmplimenteer is, nie net in
die VSA verdedigings gemeenskap nie maar reg oor die spektrum van gebruiker
organisasies. Aan die ander kant is daar min OSI stelsels wat reeds geïnstalleer
is, maar word daar voorspel dat OSI die netwerk oplossing van die toekoms is.
Die ontwikkeling van die Internet protokol suite was in antwoord op ’n behoefte
nl. om ’n hetrogene versameling rekenaars met mekaar te laat kommunikeer en
is daar streng by die oplos van hierdie probleem gebly. Bestaande tegnologie is
benut en daar is nie wyer gesoek na “nog moontlike probleme” nie. Aanvanklik
was daar slegs een netwerk, ARPAnet, wat ’n aantal rekenaarstelsels oor die
VSA verbind het. Soos ander netwerk tegnologieë, soos Ethernet, Pakket Radio,
en Satelliet, ontwikkel het, het die behoefte ontstaan vir ’n metode om inligting
betroubaar te versend oor media wat nie die betroubare, foutvrye oordra van inligting
gewaarborg het nie. Die TCP/IP protokol suite het dan ontstaan om die
45

46 ADDENDUM 2. LAYER ARCHITECTURE IN DATA NETWORKS
2.2. THE OSI MODEL 45
Application layer Application layer
Presentation layer Presentation layer
Session layer Session layer
Transport layer Transport layer
Network layer Network layer Network layer
Data link layer Data link layer Data link layer
Physical layer Physical layer Physical layer
Communication path
Figure 2.1: The OSI model.
Figure 2.2: Relationship between a (N)-entity and the entities above and below
it
• The number of layers must be few enough to prevent the description and
integration of the layers from getting complicated.
However, by grouping all these functions so that related functions are taken
together, and by then specifying them as different layers of a protocol, the
complexity of the problem is greatly reduced. The question, however, is how
many layers is required? OSI decided on seven layers, while TCP/IP makes do
with five layers. A basic principle of both these protocols suites (and of others)
is that the communication problem is divided into two parts. One part is the
timely and correct delivery of the data to the user. The second part is to ensure
that the data is recognisable and in a useable state when delivered to the user.
The first part of the problem is handled by the network while the second part
typically resides in the host computers of the users. It is therefore said that
network services, or network protocols handle the first part. The second part is
handled by the so-called higher protocols.
• There should be enough layers so that none of them would get too complex.
2.2 The OSI Model
• Create boundaries where the description of services can be done simply
and where there is little interaction over the boundary. Choose the boundaries
at places which have been proven to be successful.
OSI is a reference model which is used to describe the communication between
computers. The model does not specify:
• Place related functions in the same layer.
• Programming language(s),
• Create a layer of localised functions.
• Operating system(s),
• Make sure it is possible to change functions or protocols within a layer
without any of the other layers being influenced, should changes in the
technology require such changes.
• Applications interfaces or
• User interfaces.
• Create interfaces for each layer with its upper and lower neighbour only.
The model of the OSI is shown in Figure 2.1. The network protocols consist of
the physical-, data linking- and network layers, while the session-, presentationand
application layers form the higher level protocols. The intermediate node
that is shown may on its part have a user (or more than one user) connected
with the associated higher level protocols. However, only the network services
part of the two end users (A and B) that are communicating, is relevant. The
group protocols has to ensure that the data are sent error-free and along the
correct path between the two users. The tasks of the seven layers may be
summarised as follows:
Only the external performance of systems is described, independent of their
internal mechanism — we therefore specify what is exported on the linking
media and when, and not how computers should be built in order to ensure
the desired performance. The OSI protocols are therefore defined in pairs: one
specifying the service provided by such an entity, while the other specifies the
protocol or mechanism used by the entity in order to provide the service. It is
therefore possible to build (or write) individual entities without any knowledge
about the other entities.
The ISO laid down a number of principles according to which the set of layers
of the OSI have to be constructed. The application of these principles led to
the seven layers of which the OSI consists. Some of these principles are:

48 BYLAAG 2. LAAG-ARGITEKTURE IN DATANETWERKE
2.2. DIE OSI MODEL 47
Toepassingslaag Toepassingslaag
Voorstellingslaag Voorstellingslaag
Sessie-laag Sessie-laag
Transportlaag Transportlaag
Netwerklaag Netwerklaag Netwerklaag
Dataverbindingslaag Dataverbindingslaag Dataverbindingslaag
Fisiese-laag Fisiese-laag Fisiese-laag
Kommunikasie pad
Figure 2.1: Die OSI model.
Figure 2.2: Verwantskap tussen ’n (N)-entiteit en die entiteite bo en onder hom.
• Daar moet nie soveel lae wees dat die beskrywing en integrasie van die lae
moeilik raak nie.
Deur egter al die funksies te groepeer sodat verwante funksies saam val, en hulle
dan as verskillende lae van ’n protokol te spesifiseer word die kompleksiteit van
die probleem baie verminder. Die vraag is egter hoeveel lae is nodig? OSI
het besluit op sewe lae terwyl TCP/IP regkom met vyf lae. Basies aan hierdie
twee protokol suites (en ander) is die opdeel van die kommunikasie probleem
in twee dele. Die een deel is om data betyds en korrek aan die gebruiker af te
lewer. Die tweede deel is om te sorg dat die data herkenbaar en bruikbaar is vir
die gebruiker. Die eerste deel van die probleem word deur die netwerk hanteer
terwyl die tweede deel tipies by die gebruikers se gasheer rekenaars gesetel is.
Daar word dan ook gepraat van netwerk dienste of netwerk protokolle wat die
eerste deel van die probleem hanteer. Die tweede deel word deur sogenaamde
hoër vlak protokolle hanteer.
• Daar moet genoeg lae wees sodat geen laag te kompleks raak nie.
2.2 Die OSI Model
• Skep grense waar die beskrywing van dienste eenvoudig gedoen kan word
en waar min interaksie oor die grens is. Kies ook grense op plekke wat
ervaring as suksesvol bewys het.
OSI is ’n verwysings model wat gebruik word om die kommunikasie tussen rekenaars
te beskryf. Die model spesifiseer nie:
• Plaas verwante funksies in dieselfde laag.
• Programmeertaal/tale,
• Skep ’n laag van gelokaliseerde funksies.
• Bedryfstelsel(s),
• Sorg dat dit moontlik is om funksies of protokolle binne ’n laag te verander
sonder om die ander lae te beïnvloed indien veranderinge in tegnologie dit
regverdig.
• Toepassings koppelvlakke of
• Gebruiker koppelvlakke.
• Skep vir elke laag koppelvlakke met slegs sy onderste en boonste buurman.
Die OSI model word in figuur 2.1 getoon. Die netwerk protokolle bestaan uit
die fisiese-, dataverbindings- en netwerk-lae, terwyl die sessie-, voorstelling- en
toepassing-lae die hoër vlak protokolle opmaak. Die transport-laag kan by beide
die netwerk protokolle en die hoër vlak protokolle ingedeel word. Die tussen node
wat getoon is kan ook weer ’n gebruiker (of meer as een) met gepaardgaande
hoër vlak protokolle verbind hê, maar wat die twee eind gebruikers (A en B) wat
met mekaar kommunikeer betref is slegs die netwerk dienste deel van belang.
Die groep protokolle is daarvoor verantwoordelik dat die data tussen die twee
gebruikers foutloos en langs die korrekte pad gestuur word. Die take van die
sewe lae kan soos volg opgesom word:
Slegs die eksterne gedrag van stelsels word beskryf, onafhanklik van hulle interne
konstruksie - daar word dus gespesifiseer wat op die verbindingsmedia uit
gaan en wanneer, en nie hoe die rekenaars gebou moet word om die verlangde
werking te verseker nie. Die OSI protokolle word gevolglik in pare gedefinieer,
een spesifiseer die diens wat deur ’n entiteit gelewer word terwyl die ander die
protokol of meganisme wat deur die entiteit gebruik word om die diens te lewer.
Dit is dus moontlik om individuele entiteite te bou/skryf sonder enige kennis
van enige van die ander entiteite.
Die ISO het ’n aantal beginsels vasgestel waarvolgens die vesameling lae van die
OSI model opgestel moes word. Die toepassing van hierdie beginsels het dan
gelei tot die sewe lae waaruit die OSI model bestaan. Van hierdie beginsels is:

48 ADDENDUM 2. LAYER ARCHITECTURE IN DATA NETWORKS
2.2. THE OSI MODEL 47
• The application layer. If one has two application processes cooperating
to perform a task on both sides of a link, then this layer ensures that they
can understand each other. This layer therefore deals with the semantics
of the information. The applications are not completely included in the
OSI model and are therefore not standardised. However, there are certain
procedures that are common to all application protocols and these procedures
are then indeed standardised. In OSI these procedures are called
common application service elements. Examples of these are for instance
the procedures for the setting up and termination of links between the application
processes. Then the application layer consists of these common
elements that couple to the presentation layer, as well as the elements
that are unique to the different applications. Service elements that are
available in the OSI model, are for instance a virtual terminal service, a
file transfer service and a task transfer and manipulating service
• The presentation layer. Here the independence of application processes
having different data representations, i.e. different syntax, is ensured. A
common form for the presentation and manipulation of data is defined.
Two repesentations commonly used by different computer systems are
ASCII and EBCDIC, and then data are also stored in different ways in
memory and on disk. The presentation layer therefore has the task to
convert the data on one end to a machine independent form, which can
be transmitted, and then at the receiver end to convert the data to the
machine-specific form of the destination system.
• The session layer. Here the dialog between the two end users is controlled.
A session link first has to be established between the two end
users by negotiating the parameters related to the link. The dialog between
two end users can for instance be full- or half duplex. Then a
synchronisation service is provided to recover from any errors if any are
detected. To achieve this, synchronisation markers are placed in the data
stream. Should an error then occur, recovery is performed to a fixed point,
i.e. that of the last synchronisation marker before the occurence of the
error. A session can also be divided into activities, which each may have
its own identity. It is then possible to interrupt a session and continue
with the next activity at a later stage.
• The transport layer. According to ISO/IEC7498:1984 the transport
layer provides transparent transmission of data from a source open system
to a destination open system. The transport layer has to protect the
session layer from differences that may occur in the supporting network.
The supporting network may be packet switched or circuit switched, it
may be a local-area network (LAN) covering a small geographic area or
it may be a large wide-area network (WAN); there may be slow satellite
links or land lines with relatively high error rates. However, in spite of the
supporting network, the transport layer creates and maintains a point-topoint
link between the two communicating session entities.
Figure 2.3: Relationship between protocol data units (PDU’s), service data
units (SDU’s) and protocol control information (PCI).
• The network layer. This layer establishes a route through the network
from source to destination and ensures that data is sent along this particular
route. The service provided by the network layer is independent of

50 BYLAAG 2. LAAG-ARGITEKTURE IN DATANETWERKE
2.2. DIE OSI MODEL 49
• Die toepassingslaag. Hier word verseker dat twee toepassingsprosesse,
wat saam werk om ’n taak aan beide kante van ’n verbinding uit te voer,
mekaar kan verstaan. Dit gaan dus in hierdie laag oor die semantiek
van die inligting. Die toepassings is nie volledig vervat binne in die OSI
model nie en word dus nie as sulks gestandaardiseer nie. Daar is egter
prosedures wat wel gemeenskaplik is aan alle toepassingsprotokolle, en dit
is dan juis hierdie prosedures wat gestandaardiseer word. In OSI staan
hierdie prosedures bekend as gemeenskaplike toepassings diens elemente
(common application service elements). So is daar byvoorbeeld prosedures
vir die opstel en terminering van verbindings tussen toepassingsprosesse.
Die toepassingslaag bestaan dan uit hierdie gemeenskaplike elemente, wat
met die voorstellingslaag koppel, asook die elemente wat eie is aan die
verskillende toepassings. Toepassings dienste wat binne die OSI model
beskikbaar is, is bv. ’n virtuele terminaal diens, lêer oordra diens en ’n
taak oordra en manipulering diens.
• Die voorstellingslaag. Hier word die onafhanklikheid van toepassingsprosesse
van verskille in data voorstellings, dit wil sê sintaks, verseker. ’n
Gemeenskaplike vorm vir die voorstelling en manipulering van data word
gedefinieer. Twee voorstellings wat algemeen deur verskillende rekenaarstelsels
gebruik word is ASCII en EBCDIC, verder word data op verskillende
maniere in geheue en op skyf gestoor. Die voorstellingslaag is dus
verantwoordelik daarvoor om data aan die een kant om te skakel na ’n
masjien onafhanklike vorm wat oorgestuur kan word, en dan by die ontvang
kant weer om te skakel na die masjien spesifieke vorm van die bestemming
stelsel.
• Die sessielaag. Hier word die dialoog tussen die twee eindgebruikers beheer.
’n Sessie verbinding word eers tussen die twee eindgebruikers opgestel
deurdat die parameters aangaande die verbinding onderhandel word.
Die dialoog tussen twee eindgebruikers kan bv. vol- of half-dupleks wees.
Verder word ’n sinkronisasie diens verskaf sodat daar herstel kan word
van foute indien enige waargeneem is. Om dit te doen word sinkronisasie
merkers in die datastroom geplaas. Indien daar dan ’n fout voorkom word
herstel tot ’n vaste punt, nl. die sinkronisasie merker voordat die fout
plaasgevind het. ’n Sessie kan ook opgedeel word in aktiwiteite, wat elk
’n identiteit kan besit. Dit is dus moontlik om ’n sessie te onderbreek en
op ’n later stadium met die volgende aktiwiteit aan te gaan.
• Die transportlaag Volgens ISO/IEC7498:1984 verskaf die transportlaag
deursigtige oordra van data vanaf ’n bron oop stelsel na ’n bestemming oop
stelsel. Die tranportlaag moet die sessielaag afskerm van verskille wat in
die onderliggende netwerk kan voorkom. Die onderliggende netwerk kan
pakket of kring geskakel wees, dit kan ’n lokale areanetwerk wees wat oor
’n klein geografiese gebied versprei is of dit kan ’n groot wye areanetwerk
wees. daar kan stadige satelliet verbindings wees asook landlyne met relatiewe
hoë fout tempos. Nieteenstaande die onderliggende netwerk skep
en onderhou die transportlaag ’n punt-tot-punt verbinding tussen die twee
kommunikerende sessie entiteite.
Figure 2.3: Verwantskap tussen protokol-data-eenhede (PDE’e), diens-dataeenhede
(DDE’s) en protokol-beheer-inligting (PBI).
• Die netwerklaag. Hierdie laag stel ’n roete deur die netwerk op vanaf
bron tot by bestemming en sorg dan dat die data oor die betrokke roete

50 ADDENDUM 2. LAYER ARCHITECTURE IN DATA NETWORKS
2.2. THE OSI MODEL 49
2.2.1 Services
The notation (N-1), (N) and (N+1) is employed to refer to a layer (the N-th
layer) and the layers immediately below it and above it. In the OSI model
(N) can take on the values 1 to 7, and (N)=1 refers to the physical layer while
(N)=7 refers to the application layer. Then also the word entity is used to refer
to the active element(s) within a layer (Figure 2.2). The word entity may be
compared to the word process which was used in operating systems, except that
an entity is not something which is implemented. We therefore now refer to an
(N)-entity when the active elements of layer (N) are meant. Different notations
are used in the literature. For instance, layer-5 entity , (5)-entity, session entity
and S-entity all refer to the same thing. The last one, where the first letter of
the layer name is used, is frequently found in OSI standard documents.
An (N)-entity performs (N) functions and in the process provides a set of (N) facilities
to the (N+1)-entity above it. These (N) facilities are called (N)-services.
In order to provide the (N) services to the (N+1)-entity above it, the (N)-entity
on its part makes use of (N-1)-services from the (N-1)-entity below it. The (N)entity
providing an (N)-service is known as an (N)-service provider, and because
it makes use of an (N-1)-service, it is know as an (N-1)-service user. There is
a conceptual point, or interface, on the boundary between the layers (N) and
(N+1) where the (N)-service is provided to the (N+1)-entity. This point is
known as an (N)-service access point, ((N)-DTP, (N)-service-access-point, (N)-
SAP).
Figure 2.4: Multiplexing and de-multiplexing by an (N)-entity
When two application entities (on the same system or on different systems) are
to communicate with each other, they make use of presentation services provided
by the presentation entities under them. They are therefore known as
presentation service users. The two application entities communicating with
each other are called (peer entities) because they are on the same layer. The
communication process consists of three phases: the link set-up phase, the data
transmission phase and the link termination phase. During all three of the
phases use is made of the presentation layers. During the link set-up phase,
a number of parameters are negotiated which then will determine the nature
of the data transmission phase. As soon as the link is established, the data
transmission stage commences. During the data tansmission phase it is necessary
that errors are detected and corrected. It may also be necessary for the
data to be divided into units and be numbered on the dispatching side, and
then to be rearranged and combined at the receiving side. Other (N)-services
that are provided by an (N)-entity to the (N+1)-entity above it, includes flow
control, routing, synchronisation, etc. As soon as the data transmission phase
is completed, the link termination phase is commenced, during which the link
is terminated.
Figure 2.5: Division and combination by an (N)-entity
the type (or number of types) of communication media and includes all
routing and internetwork functions. Furthermore, the flow control is also
managed by this layer. Flow control involves the spreading of the load
over the network to avoid congestion at any particular link.
• The data link layer. This layer ensures the orderly and error-free transmission
of data across the link between two nodes. These are not necessarily
the source and destination nodes, but may be every pair of nodes
on the route between the source and the destination. Any transmission
errors occuring have to be corrected here.
In setting up a link between two application entities, a virtual link, known as
a (peer-to-peer) link, is established. The two application entities therefore do
not communicate directly with each other, but through the two presentation
entities below them. Between the two presentation entities a peer-to-peer link
is also established and they also do not communicate directly with each other,
but through the session entities below them. Between the two session entities a
peer-to-peer link is once again established...... until finally two physical entities
are communicating directly with each other by means of the communication
• The physical layer. Here the mechanical, electrical/optical, functional
and procedure characteristics are specified, in order to establish physical
links, maintain them and terminate them so that streams of bits may be
transported across them. Only individual bits are recognised, not characters
or messages.

52 BYLAAG 2. LAAG-ARGITEKTURE IN DATANETWERKE
2.2. DIE OSI MODEL 51
Figure 2.5: Opdeel en samevoeging deur ’n (N)-entiteit.
Figure 2.4: Multipleksering en de-multipleksering deur ’n (N)-entiteit.
as (N)-dienste bekend. Om die (N)-dienste aan die (N+1)-entiteit bo hom te
verskaf, maak die (N)-entiteit weer gebruik van (N-1)-dienste van die (N-1)entiteit
onder hom. Die (N)-enteiteit wat ’n (N)-diens verskaf staan bekend
as ’n (N)-diens-verskaffer, en aangesien dit van ’n (N-1)-diens gebruik maak
staan dit as ’n (N-1)-diens-gebruiker bekend. Daar is ’n konseptuele punt, of
koppelvlak, op die grens tussen lae (N) en (N+1) waar die (N)-diens aan die
(N+1)-entiteit verskaf word. Hierdie punt staan as ’n (N)-diens-toegangs-punt
((N)-DTP, (N)-service-access-point, (N)-SAP) bekend.
gestuur word. Die diens wat deur die netwerklaag verskaf word is onafhanklik
van die tipe (asook aantal tipes) kommunikasie media, en sluit
alle roetering en tussen-netwerk funksies in. Verder word vloeibeheer ook
deur hierdie laag hanteer. Vloeibeheer bestaan daaruit dat die lading oor
die netwerk versprei word en kongestie op verbindings voorkom word.
• Die dataverbindingslaag. Hierdie laag verseker die ordelike en foutvrye
oordra van data oor ’n verbinding tussen twee nodes, nie noodwendig die
bron en bestemming nodes nie, maar tussen elke paar nodes op die roete
tussen die bron en bestemming. Enige transmissie foute wat voorkom
moet hier gekorrigeer word.
Wanneer twee toepassings-entiteite (op dieselfde stelsel of op verskillende stelsels)
met mekaar wil kommunikeer maak hulle gebruik van voorstellings-dienste wat
deur die voorstellings-entiteite onder hulle verskaf word, hulle staan dus ook as
voorstellings-diens-gebruikers bekend. Die twee toepassings-entiteite wat met
mekaar kommunikeer staan as gelyke entiteite (peer entities) bekend aangesien
hulle op dieselfde laag is. Die kommunikasie proses bestaan uit drie fases, die
verbinding opstel fase, die data oordrag fase en die verbinding terminering fase.
Tydens al die drie fases word daar van die dienste van die voorstellingslae gebruik
gemaak. Tydens die verbinding opstel fase word ’n versameling parameters onderhandel
wat dan die aard van die data oordrag fase gaan bepaal. Sodra die
verbinding opgestel is word daar oorgegaan na die data oordrag fase. Tydens
die data oordrag fase is dit dan nodig dat foute waargeneem en herstel moet
word. Verder is dit moontlik dat data in eenhede opgedeel en genommer moet
word aan die stuur kant en weer ge-orden en saamgevoeg moet word aan die
ontvang kant. Verdere (N)-dienste deur ’n (N)-entiteit aan die (N+1)-entiteit
bokant hom verskaf word tydens die data oordrag fase is vloei beheer, roetering,
sinkronisasie ens. Sodra die data oordrag fase voltooi is word daar oorgegaan
na die verbinding terminering fase waartydens die verbinding getermineer word.
• Die fisieselaag. Hier word meganiese, elektriese/optiese, funksionele en
prosedure karakteristieke gespesifiseer wat daarop gemik is om fisiese verbindings
op te stel, te onderhou en te termineer sodat bisstrome daaroor gestuur
kan word. Slegs individueele bisse word herken, nie karakters of
boodskappe nie.
2.2.1 Dienste
In die opstel van ’n verbinding tussen twee toepassing-entiteite word ’n virtuele
verbinding wat as ’n gelyke-tot-gelyke (peer-to-peer) verbinding bekend staan
opgestel. Die twee toepassing-entiteite kommunikeer dus nie direk met mekaar
nie, maar wel deur die twee voorstelling-entiteite onder hulle. Tussen die twee
voorstelling-entiteite word weer ’n gelyke-tot-gelyke verbinding opgestel en kommunikeer
die twee entiteite ook nie direk met mekaar nie, maar wel deur die
sessie-entiteite onder hulle. Tussen die twee sessie-entiteite word weer ’n gelyke-
Die notasie (N-1), (N) en (N+1) word gebruik om na ’n laag (die N-de laag) en
die lae direk onder en bo dit te verwys. Met betrekking tot die OSI model kan
(N) die waardes 1 tot 7 aanneem, en verwys (N)=1 na die fisiese-laag terwyl
(N)=7 na die toepassingslaag verwys. Verder word daar van die term entiteit gebruik
gemaak om te verwys na die aktiewe element(e) binne ’n laag (figuur 2.2).
Die term entiteit kan vergelyk word met die term proses wat by bedryfstelsels
gebruik is, behalwe vir die feit dat ’n entiteit nie iets is wat geïmplimenteer is
nie. Daar word dus nou verwys na ’n (N)-entiteit wanneer die aktiewe elemente
van laag (N) ter sprake is. Verskeie skryfwyses kom in die literatuur voor, so
verwys laag-5-entiteit, (5)-entiteit, sessie-entiteit en S-entiteit almal na dieselfde
ding. Laasgenoemde skryfwyse, nl. die eerste letter van die laag se naam kom
algemeen in OSI standaard dokumente voor.
’n (N)-entiteit verrig (N)-funksies om sodoende ’n versameling (N)-fasilitiete
aan die (N+1)-entiteit bo hom beskikbaar te stel. Hierdie (N)-fasiliteite staan

52 ADDENDUM 2. LAYER ARCHITECTURE IN DATA NETWORKS
2.2. THE OSI MODEL 51
Application layer
Transport layer
Internet layer
Netwerk-interface layer
Physical layer
Figure 2.9: TCP/IP architecture
Figure 2.6: Segmentation and reconstruction
one-to-one. Multiplexing is achieved by having one (N)-entity providing a service
to a number of (N+1)-entities (Figure 2.4). The inverse of this (at the
receiving side) is then de-multiplexing. Furthermore, it is possible that a single
(N+1)-entity would use the services of a number of (N)-entities. This process
is known as (splitting) while the inverse is known as (recombining) (Figure 2.5).
Sometimes maximum lengths are prescribed for the PDU which is to be exchanged
between two peer entities. It may therefore be necessary for an (N)-
SDU to be divided (segmented) into a number of (N)-PDU’s and that the (N)-
PDU’s again be recombined into a single (N)-SDU (Figure 2.6). It is also possible
that a number of (N+1)-PDU’s can be combined at a (N)-DTP into a single
(N)-SDU. At the receiving end the (N)-SDU is then split at the (N)-DTP into
the original (N+1)-PDE’de (Figure 2.7). A final possiblity is that a number
of (N)-SDU’s are blocked by an (N)-entity in a single (N)-PDU which is again
de-blocked at the receiving end by the receiving (N)-entity into the original
(N)-SDU’s (Figure 2.8).
Figure 2.7: Combination and separation
This discussion gives an indication of the complexity (and almost incomprehensibility?)
of OSI-speak. We have not even touched upon the four primitive
services (request, indication, response and confirmation), time diagrams, connected
and unconnected services, confirmed and unconfirmed services, the three
communication phases on each layer for different types of communication, etc,
etc, etc...
2.3 TCP/IP
link between them.
When the application entity has to send data to its peer entity it submits the
data together with control information in the form of an application-protocoldata-unit,
(application-PDU) to the presentation entity below it. The application-
PDU is cast at the application-DTP on a presentation-service-data-unit, (presentation-
SDU). The presentation entity then adds presentation-protocol-control-information,
(presentation-PCI) to form a presentation-PDU which it submits to the session
entity below it. To put it generally: an (N+1)-entity submits an (N+1)-PDU
to the (N)-entity below it. At the (N)-DTP the (N+1)-PDU is imaged on an
(N)-SDU and to this the (N)-entity then adds (N)-PCI to form an (N)-PDU
(Figure 2.3). This (N)-PDU is then submitted to the (N-1)-entity... On the receiving
side the process is then deconvoluted so that the application entity ends
up with the original application-PDU which had been sent to it by its peer.
The five layers of TCP/IP (Figure 2.9) are also divided into two groups, i.e.
the application services, which consist of the application layer, and the network
services which consist of the physical-, network interface- internet- and
transport layers.
The relationship between service users and service providers is not necessarily
All the end user services which in the OSI are incorporated into the top three
layers, are here handled by the applications layer. Available applications are inter
alia TELNET (virtual terminal), FTP (file transfer) and RJE (task transfer
and manipulation).
The transport layer of the TCP/IP provides exactly the same services as the
transport layer of the OSI.
While the network layer of OSI provides both virtual ring and datagram services,
the internet layer of TCP/IP provides only a datagram service. This layer
contains the functions required to send data from a source code via a multitude
Figure 2.8: Blocking and de-blocking

54 BYLAAG 2. LAAG-ARGITEKTURE IN DATANETWERKE
2.2. DIE OSI MODEL 53
Figure 2.8: Blokking en ontblokking.
Figure 2.6: Segmentasie en rekonstruksie.
Toepassingslaag
Transportlaag
Internetlaag
Netwerk-koppelvlaklaag
Fisiese-laag
Figure 2.9: TCP/IP argitektuur.
Daar word soms maksimum lengtes bepaal vir die PDE wat tussen twee gelyke
entiteite uitgeruil word. Dit kan dus nodig word dat ’n (N)-DDE in ’n aantal
(N)-PDE’de opgedeel (gesegmenteer) word en dat die (N)-PDE’de weer by die
ontvang kant saamgevoeg word in ’n enkele (N)-DDE (figuur 2.6). Verder kan
’n aantal (N+1)-PDE’de by ’n (N)-DTP saamgevoeg word in ’n enkele (N)-
DDE. By die ontvang kant word die (N)-DDE weer by die (N)-DTP geskei in
die oorspronklike (N+1)-PDE’de (figuur 2.7). ’n Laaste moontlikheid is dat ’n
aantal (N)-DDE’de deur ’n (N)-entiteit geblok word in ’n enkele (N)-PDE wat
weer by die ontvang kant deur die ontvangende (N)-entiteit ontblok word in die
oorspronklike (N)-DDE’de (figuur 2.8).
Figure 2.7: Samevoeging en skeiding.
tot-gelyke verbinding opgestel... Uiteindelik is dit die twee fisiese-entiteite wat
direk met mekaar kommunikeer deur middel van die kommunikasie pad tussen
hulle.
Hierdie bespreking gee ’n aanduiding van die kompleksiteit (en bykans onverstaanbaarheid?)
van OSI-speak. Wat nie aangeraak is, is die vier primitiewe
dienste (versoek, indikasie, respons en bevestiging), tyd-diagramme verbinde en
onverbinde dienste, bevestigde en onbevestigde dienste, die drie kommunikasie
fases op elke laag vir verskillende tipes kommunikasie, ens, ens, ens...
2.3 TCP/IP
Die vyf lae van TCP/IP (figuur 2.9) word ook in twee groepe gedeel, nl. die
toepassingsdienste wat bestaan uit die toepassingslaag en die netwerkdienste
wat bestaan uit die fisiese-, netwerk-koppelvlak-, internet- en transport-lae.
Die toepassing-entiteit wat data aan sy gelyke entiteit wil stuur handig die data
tesame met beheer inligting in die vorm van ’n toepassing-protokol-data-eenheid
(toepassing-PDE, application-protocol-data-unit, application-PDU) oor aan die
voorstelling-entiteit onder hom. Die toepassing-PDE word by die toepassing-
DTP op ’n voorstelling-diens-data-eenheid (voorstelling-DDE, presentation-servicedata-unit,
presentation-SDU) afgebeeld. Hierby voeg die voorstelling-entiteit
weer voorstelling-protokol-beheer-inligting (voorstelling-PBI,presentation-protocolcontrol-information,
presentation-PCI) om ’n voorstelling-PDE te vorm wat hy
aan die sessie-entiteit onder hom oorhandig. In die algemeen: ’n (N+1)-entiteit
handig ’n (N+1)-PDE aan die (N)-entiteit onder hom oor. By die (N)-DTP
word die (N+1)-PDE op ’n (N)-DDE afgebeeld, hierby voeg die (N)-entiteit
dan (N)-PBI om ’n (N)-PDE te vorm (figuur 2.3). Hierdie (N)-PDE word dan
aan die (N-1)-entiteit oorhandig... By die ontvang kant word die proses weer ontrafel
sodat die toepassing-entiteit eindig met die oorspronklike toepassing-PDE
wat deur sy gelyke aan hom gestuur is.
Al die eindgebruiker dienste wat by OSI in die boonste drie lae vervat is word
hier deur die toepassingslaag hanteer. Beskikbare toepassings is onder andere
TELNET (virtuele terminaal), FTP (lêer oordrag) en RJE (taak oordra en
manipulering).
Die transportlaag van TCP/IP lewer basies dieselfde dienste as OSI se transportlaag.
Die verwantskap tussen diens gebruikers en diens verskaffers is nie noodwendig
een-tot-een nie. Multipleksering word bewerkstellig deurdat een (N)-entiteit ’n
diens aan ’n aantal (N+1)-entiteite verskaf (figuur 2.4). Die omgekeerde (by die
ontvang kant) hiervan is dan de multipleksering. Verder is dit ook moontlik dat
’n enkele (N+1)-entiteit die dienste van ’n aantal (N)-entiteite gebruik. Hierdie
proses staan as opdeel (splitting) bekend terwyl die omgekeerde as samevoeging
(recombining) bekend staan (figuur 2.5).

2.4. THE X.25 PROTOCOL 53
OSI model X.25 protocol
Application layer
Presentation layer
Session layer
Transport layer
Network layer Packet layer
Data link layer Frame layer
Physical layer Physical layer
Addendum 3
The physical layer
Figure 2.10: The relationship between the OSI model and X.25 protocol
of networks to a destination.
The network interface layer of TCP/IP corresponds to a combination of the
data link layer of OSI and the network dependent parts of its network layer.
3.1 Introduction
2.4 The X.25 protocol
The lowest layer of the OSI model, the physical layer, deals with the conversion
of a stream of bits to electrical or optical signals, the transmission of the signals
through a transmission medium from one point of the network to the next,
and the conversion of the electrical or optical signals to a stream of bits at the
destination.
3.1.1 Linking modes
The X.25 network interface was approved as a recommendation in 1976 by the
CCITT. Revisions followed in 1980 and in 1984. The connection of terminals,
computers and other appliances to a packet linked network, is specified by X.25.
In X.25 terminology the appliances that are coupled are called DTE’s (dataterminal
equipment), while the network equipment or node to which the DTE is
coupled, is called a DCE (data circuit-terminating equipment). A DTE typically
has the role of communicating with another DTE via the network. The access
of the DTE to the network is controlled by the DCE to which it is coupled.
The network is responsible for the handling of the communication between the
two DCE’s to which the communicating DTE’s are coupled. Here X.25 only
specifies the communication between DTE and DCE.
There are basically two ways in which the electrical signal representing the bits
may be transmitted. The one is the parallel transmission mode. By this method
there are a number of links between the source and destination. A number of bits
can therefore be transmitted simultaneously, one bit per link. The transmission
delays at the different links may differ, for instance because the physical lengths
of the different conducters may be different. The result is that the bits of a data
unit may arrive at different times at the destination. This method is therefore
only suitable for the transmission of data over short distances and is normally
used between sub-units of the computer system (such as to the printer).
The X.25 protocol is a three-layer protocol of which the layers correspond to
the bottom three OSI layers. The relationship is illustrated in Figure 2.10.
The other method is the bit-serial transmission of data. Here use is made of a
single link (such as a pair of conductors), to transmit the data. Only one bit
can be transmitted per time, so that they are sent one-by-one. This method
is generally used when data are to be sent over long distances and this is the
method we shall consider henceforth.
3.1.2 Communication modes
Communication between two parties may take place in various ways. During
a speech, for instance, information is mainly conveyed from one party to the
other. However, during a conversation, information is being exchanged in both
directions between two persons, usually alternating. It may also happen that
information is exchanged during a conversation or a speech in both directions
55

2.4. DIE X.25 PROTOKOL 55
Bylaag 3
OSI model X.25 protokol
Toepassingslaag
Voorstellingslaag
Sessie-laag
Transportlaag
Netwerklaag Pakketlaag
Dataverbindingslaag Raamlaag
Fisiese-laag Fisiese-laag
Die Fisiese laag
Figure 2.10: Die verwantskap tussen die OSI model en X.25 protokol.
Terwyl OSI se netwerklaag beide virtuele kring en datagram dienste verskaf word
slegs ’n datagram diens deur TCP/IP se Internetlaag verskaf. Hierdie laag bevat
die funksies wat nodig is om data vanaf ’n bron node, oor veelvuldige netwerke,
na ’n bestemming node te stuur.
3.1 Inleiding
Die netwerk-koppelvlak-laag van TCP/IP kom ooreen met ’n kombinasie van
OSI se dataverbindingslaag asook die netwerk afhanklike dele van die netwerklaag.
Die onderste laag van die OSI model, die fisiese laag, het te doen met die
omskakeling van ’n stroom bisse na elektriese of optiese seine, die stuur van
die die seine deur ’n transmissie medium van een punt van die netwerk na ’n
ander, en die omskakeling van elektriese of optiese seine na ’n stroom bisse by
die bestemming.
2.4 Die X.25 protokol
3.1.1 Verbindingsmodusse
Daar is basies twee wyses waarop die elektriese sein wat die bisse voorstel oorgestuur
kan word. Die een is parallelle oorstuur modus. Met hierdie metode is daar
’n aantal verbindings tussen die oorsprong en bestemming. ’n Aantal bisse kan
dus gelyktydig, ’n bis per verbinding, oorgestuur word. Die voortplanting vertragings
op die verskillende verbindings kan van mekaar verskil, bv. omdat die
fisiese lengtes van die verskillende verbindings van mekaar verskil. Die gevolg
is dat die bisse van ’n data eenheid op verskillende tye by die bestemming kan
aankom. Hierdie metode is dus slegs geskik vir die stuur van data oor kort
afstande en word gewoonlik tussen subeenhede van die rekenaarstelsel gebruik
(bv. na die drukker).
Die X.25 netwerk koppelvlak is in 1976 as ’n aanbeveling deur die CCITT
goedgekeur. Hersienings het in 1980 en 1984 gevolg. Die verbinding van terminale,
rekenaars en ander toestelle aan ’n pakket-geskakelde netwerk word deur
X.25 gespesifiseer. In X.25 terminologie word die toestelle wat gekoppel word
DTE’s (data-terminal equipment) genoem terwyl die netwerk toerusting of node
waaraan die DTE gekoppel word as ’n DCE (data circuit-terminating equipment)
bekend staan. ’n DTE wil tipies met ’n ander DTE kommunikeer deur
middel van die netwerk. Die toegang van die DTE tot die netwerk word beheer
deur die DCE waaraan dit gekoppel is. Die netwerk is verantwoordelik vir die
hantering van die kommunikasie tussen die twee DCE’s waaraan die kommunikerende
DTE’s gekoppel is. X.25 spesifiseer slegs die kommunikasie tussen
DTE en DCE.
Die X.25 protokol is ’n drie laag protokol waarvan die lae ooreenstem met die
onderste drie OSI lae. Die verwantskap word in figuur 2.10 getoon.
Die ander metode is die bis-seriale transmissie van data. Hier word van ’n enkele
verbinding (paar geleiers) gebruik gemaak om die data oor te stuur. Slegs een
bis kan dus op ’n slag gestuur word, dus word die bisse een na die ander gestuur.
Hierdie metode word algemeen gebruik wanneer data oor lang afstande gestuur
moet word en is die metode wat voortaan beskou word.
3.1.2 Kommunikasiemodusse
Wanneer kommunikasie tussen twee partye geskied kan dit op verskeie maniere
geskied. Tydens ’n toespraak word inligting hoofsaaklik van die een party na die
ander oorgedra, aan die ander kant word inligting gedurende ’n gesprek tussen
twee persone in beide rigtings, gewoonlik alternerend, uitgeruil. Dit kan egter
57

3.2. TRANSMISSION MEDIA 57
56 ADDENDUM 3. THE PHYSICAL LAYER
firstly of an encoding method which does not only contain information about the
values of the bits, but also sufficient information for the receiver to synchronise
its clock with that of the sender. Each frame is also preceded by one or more
reserved characters which may be used to establish byte synchronisation. These
characters are called “sync” characters. Finally. each frame is preceded by a
frame start character and is concluded by a frame end character. These two
characters are used to establish frame synchronisation.
simultaneously. Similarly one can distinguish between three communication
modes when data are exchanged between two pieces of computer hardware:
• Simplex: Data is transmitted in one direction only. An example is the
communication between a computer and a printer. Data are being sent
to the printer, but no data is received from the printer. (In this case
the control signals transmitted from the printer to the computer are not
considered as data.)
3.2 Transmission media
• Half-duplex: Data are sent in an alternating fashion one way or the other
between two appliances. Each of these appliances can then only send or
receive at a specific time and they have to switch between sending and
receiving.
The transmission media used in todays networks may be divided into two main
categories. These categories are firstly conducting media like cables and optical
fibres, and secondly radiative media, like radio or satellite broadcasting.
• (Full) Duplex: In this case data are sent simultaneously in both directions
between two appliances. Both appliances must therefore be able to send
and receive simultaneously.
• Open pair conductors
Open pair conductors are the simplest and cheapest type of transmission
medium. The two conductors are isolated from each other electrically, but
is electromagnetically open. This type of link is satisfactory for connecting
appliances at short distances and low bit rates. The signal is normally in
the form of a voltage difference between the two conductors. With this
medium one should guard against a cross coupling of signals on different
conductors. Then also is noise pick-up a serious problem. It may typically
happen that noise is picked up by one of the pair of conductors, resulting
in a higher or lower voltage difference.
3.1.3 Transmission modes
Normally data are sent as multiples of fixed-length units between two computers.
This fixed-length unit is normally eight bits and is called a byte, an octet or
a character. Each character, (byte, octet) is sent bit-serial. The destination
therefore receives a string of signals representing the bits of a character. The
destination appliance has to be able to perform three tasks in order to make
sense of the string of signals it receives:
• Twisted pair
Beter immunity against noise may be achieved by using a twisted pair. In
this case the two conductors are twisted around each other. When noise
is picked up, it would be picked up by both conductors, and the voltage
difference between the two conductors will not change. Twisted pairs may
also sometimes be shielded; then we call them a shielded twisted pair. One
disadvantage occuring for a twisted pair is the skin effect. As the bitrate,
and therefore the frequency, increases, the current in the conductors will
flow ever closer to the surface. Less of the cross section of the conductor is
used, and consequently an increase in the resistance will occur. This means
that the signal is more attenuated at higher frequencies than at lower
frequencies. A further loss is experienced at higher frequencies because of
radiation.
1. It must be able to decide when a bit starts in order to evaluate each bit.
2. The start and end of each character has to be identified.
3. The start and end of each message (which is a string of characters) have
to be identified. A message is also known as a frame.
These three tasks are also called bit- or clock synchronisation, byte- or character
synchronisation and block- or frame synchronisation.
Synchronisation is normally achieved in one of two ways. The method depends
on whether the clocks of the two DTU’s run independently or whether the clocks
are synchronised.
• Coaxial cable
The disadvantages experienced with a twisted pair, namely that of radiation
and the surface effect, are greatly reduced in coaxial cables. Coaxial
cables are also more immune against noise. Very high data rates are possible,
even as high as 400 Mbps.
In the case where the clocks run independently we call it asynchronous transmission.
In this case the bit- and byte resynchronisation is done at the beginning
of every byte. This method is usually employed when the characters that are to
be transmitted are generated at random intervals, for instance, when they are
typed on a keyboard. There are therefore random intervals (which are relatively
long) between characters. There can be no frame synchronisation in the case of
asynchronous transmission.
• Optical fibre
In optical fibres the signal is in the form of a light ray. Very high data rates
(1 Gbps and higher) are possible and a further advantage is that optical
The second way of synchronisation is synchronous transmission. This method
is used especially when large blocks of data are to be sent. The block of data
is sent as a continuous stream of bits without any delay between every pair
of consecutive bytes. To retain the three levels of synchronisation, use is made

3.2. TRANSMISSIE MEDIA 59
58 BYLAAG 3. DIE FISIESE LAAG
word as ’n aaneenlopende stroom bisse gestuur sonder dat daar ’n vertraging
tussen elke paar opeenvolgende grepe is. Om die drie vlakke van sinkronisasie te
kan handhaaf word daar eerstens van ’n enkodering metode gebruik gemaak wat
nie net inligting oor die bisse se waardes bevat nie maar ook genoeg inligting
om dit vir die ontvanger moontlik te maak om sy klok met die sender se klok
te sinkroniseer. Verder word elke raam deur een of meer gereserveerde karakters
voorafgegaan wat gebruik kan word om greepsinkronisasie te bewerkstellig.
Hierdie karakters staan as “sync” karakters bekend. Laastens word elke raam
ook deur ’n begin van raam karakter voorafgegaan en afgesluit met ’n einde van
raam karakter. Hierdie twee karakters word gebruik om raamsinkronisasie te
bewerkstellig.
wees dat inligting gedurende ’n toespraak of gesprek in beide rigtings gelyktydig
uitgeruil word. Op dieselfde wyse kan daar tussen drie kommunikasiemodusse
onderskei word wanneer data tussen twee stukke rekenaar toerusting uitgeruil
word:
• Simpleks: Data word slegs in een rigting oorgedra. ’n Voorbeeld is is die
kommunikasie tussen ’n rekenaar en drukker, data word na die drukker
gestuur maar geen data word van die drukker ontvang nie. (Ons beskou
die beheerseine wat deur die drukker na die rekenaar gestuur word nie as
data nie.)
3.2 Transmissie media
• Half-dupleks: Data word alternerend heen en weer tussen twee stukke
toerusting gestuur. Elke stuk toerusting kan tipies slegs stuur of ontvang
en dus moet hulle tussen die stuur en ontvang kan skakel.
Die transmissie media wat in hedendaagse rekenaarnetwerke gebruik word kan in
twee breë katogorieë opgedeel word. Hierdie kategorieë is eerstens die geleidende
media soos kabels en optiese vesel en tweedens uitstralende media waaronder
radio uitsendings en die gebruik van satelliete val.
• (Vol-)Dupleks: Data word hier gelyktydig in beide rigtings tussen twee
stukke toerusting gestuur. Beide stukke toerusting moet dus gelyktydig
kan stuur en ontvang.
3.1.3 Transmissiemodusse
• Oop paar geleiers.
Oop paar geleiers is die eenvoudigste en goedkoopste tipe transmissie
medium. Die twee geleiers is elektries van mekaar geisoleer maar is elektromagneties
oop. Hierdie tipe verbinding is aanvaarbaar om toerusting
oor kort afstande en teen lae bistempos met mekaar te verbind. Die sein
is gewoonlik in die vorm van ’n spanning verskil tussen die twee geleiers.
Daar moet met hierdie tipe medium gewaak word teen kruiskoppeling van
seine op verskillende geleierpare. Verder is die optel van ruis ’n groot
probleem. Dit kan tipies gebeur dat ruis deur slegs een van die geleiers
in ’n paar opgetel word sodat die ’n kleiner of groter resulterende spanningsverskil
verkry word.
Data word gewoonlik as veelvoude van ’n vaste lengte eenheid tussen twee rekenaars
gestuur. Die vaste lengte eenheid is gewoonlik agt bisse en word ’n greep,
oktet of karakter genoem. Elke karakter (greep, oktet) word bis-seriaal gestuur.
Die bestemming ontvang dus ’n string seine wat die bisse van die karakter voorstel.
Daar is drie take wat die bestemming moet kan uitvoer om in staat te wees
om sin te maak van die string seine wat dit ontvang:
1. Dit moet kan vasstel wanneer ’n bis begin om sodoende elke bis se waarde
te kan vasstel.
2. Die begin en einde van elke karakter moet geïdentifiseer word.
• Vlegpaar.
Beter ruis immuniteit kan verkry word met die gebruik van ’n vlegpaar.
Hier is die twee geleiers om mekaar gedraai. Indien ruis opgetel word
sal dit deur beide geleiers opgetel word, gevolglik sal die spanning verskil
tussen die twee geleiers nog dieselfde wees. Vlegpare word soms ook
afgeskerm, dan praat ons van ’n afgeskermde vlegpaar. ’n Nadeel wat by
vlegpaar ’n rol speel is die oppervlakeffek (skin effect). Soos die bistempo,
en dus die frekwensie, toeneem sal die stroom in die geleiers al nader aan
die oppervlak vloei. Minder van die geleier se deursnee word gebruik en
gevolglik is daar ’n toename in weerstand. Die sein word dus meer verswak
by hoër frekwensies as by lae frekwensies. Verdere verliese word by hoë
frekwensies ondervind as gevolg van uitstraling.
3. Die begin en einde van elke boodskap (string karakters) moet geïdentifiseer
word. ’n Boodskap staan ook as ’n raam bekend.
Hierdie drie take staan ook as bis- of kloksinkronisasie, greep- of karaktersinkronisasie
en blok- of raamsinkronisasie bekend.
Sinkronisasie word in die algemeen op een van twee maniere verkry. Die metode
hang af van of die twee DTE’s se klokke onafhanklik van mekaar loop en of die
klokke met mekaar gesinkroniseer is.
• Koaksiale kabel.
Die nadele ten opsigte van oppervlak effek en uitstraling wat by vlegpaar
ondervind is word by koaksiale kabels verminder. Koaksiale kabels het
ook weer ’n groter ruis immuniteit as vlegpaar. Baie hoë datatempos is
moontlik, self tot 400 Mbps.
Indien die klokke onafhanklik van mekaar loop praat ons van asinkrone transmissie.
Hier word bis- en greep hersinkronisasie aan die begin van elke greep gedoen.
Hierdie metode word gewoonlik gebruik indien die karakters wat gestuur
moet word op lukraak intervalle gegenereer word, bv. by ’n sleutelbord ingetik
word. Daar bestaan dus willekeurige intervalle (wat relatief lank is) tussen
karakters. Verder is daar geen sprake van raamsinkronisasie met asinkrone
transmissie.
Die tweede metode van sinkronisasie is sinkrone transmissie. Hierdie metode
word veral gebruik wanneer groot blokke data gestuur moet word. Die blok data

3.4. MODULATION 59
58 ADDENDUM 3. THE PHYSICAL LAYER
• Errors
Another consideration is the error rate of the medium at different data
rates. Is the error rate acceptably low, and is it possible to recover the
errors without losing too much of the rate of data transmission?
fibre is totally immune against electomagnetic interference. Losses are
minimal. The cost involved in optical fibre, however, is quite high. Special
optical emitters and receivers have to be employed, and the connections
are difficult and expensive. Optical cable is also mechanically weaker than
coaxial cable.
• Security
One should look at the vulnerability of the network against unwarranted
access. Fraudulent access may be passive— where the transgressor is
just eavesdropping, or it may be active — the transgressor modifies the
information....
• Microwaves
For microwave radio transmissions line-of-sight is required, i.e. the emitter
and receiver have to be able to “see” each other. A typical example is
satellite links, where use is made of communication satellites.
• Security and number of nodes
If one is dealing with a small number of nodes in a limited area, one can
make use of a LAN and install the medium oneself. However, as the area
increases, for instance when it is spread over a city, use should rather
be made of a medium provided by a third party (such as the telephone
network). If the area is spread over the entire country, or maybe the entire
earth, then a communication satellite is probably the way to go.
3.3 Media selection criteria
When a network is set up, there are a number of criteria for the selection of the
transmission medium. Not all factors are relevant, however, in every situation.
They are also interdependent.
• Environment
One should consider the electromagnetic environment. In a factory, for
instance, there may be much electromagnetic interference because of electric
motors. In such an environment a medium should be chosen having
high immunity against noise. Then local authority ordinances and rental
contracts may be factors. The local authority may prohibit the installing
of cables over or under a street. On the other hand the rental contract may
specify that no satellite dish may be installed on the roof of a building.
• Cost
As the technology improves, the cost is reduced. One should, however, not
only look at the cost of the medium (for instance, the price of cable per
metre) but the cost of special hardware and software must also be taken
into consideration. Then also the cost of possible future extension of the
network must be kept in mind.
• Maintenance and reliability
The cost and time involved to fix interruptions play a major role. A
contingency plan should probably be considered in the form of backup
media if the link is down.
• Speed
When speed is considered, there are two factors that come into play. First
is response time. Especially for real time systems one should take into
account the response time for every type of transaction. Response time
again is determined by two components, i.e. the time to transmit the
request and then the result, and the time it takes to process the request.
The speed of the medium used only plays a role with the first of these
factors.
3.4 Modulation
The second factor that affects the speed is the average data rate, which is
especially important when large volumes of data are to be transmitted.
The telephone network was originally designed for speech communication. Speech
consists of a mixture of (audio) frequencies ranging from 400 to 3400 Hz. The
telephone network was therfore designed to transmit signals in the frequncy
range 400 to 3400 Hz. Signals below and above this frequency range is not
passed. In the case of digital data two voltages are normally used to represent
0’s and 1’s. It may therefore happen that some data would have too low
frequencies, especially when long strings of 0’s and 1’s are sent. The frequency
restrictions of the telephone network therefore prevents such digital signals from
being transmitted. Data sent via the telephone thus have to be converted first to
a form that is acceptable for the telephone network. To convert the digital signal
of the computer to an audio signal that is acceptable for the telephone network,
use is made of a modem. Before the signal is sent, it has to be MOdulated, and
the signal received at the destination is then DEModulated.
• Availability
The consideration here is that the medium must be available when it is
required, and sufficient capacity must be available to handle the volume
of data. If the telephone network is used, it may happen that no line is
available during the peak telephone usage.
• Extendability
A network often has to be expanded, either by installing more nodes in a
room (or building, or factory, or campus) or by connecting more rooms ( or
buildings, factories or campuses) to the network. Factors to be considered
are cost and the work involved to do the expansion. One can also investigate
whether it is possible to make use of multiplexers or concentrators
with the medium chosen (does the medium have the necessary capacity
to handle the increased traffic of more nodes?).

3.4. MODULASIE 61
60 BYLAAG 3. DIE FISIESE LAAG
gekyk word of dit moontlik is om multipleksers of konsentreerders met die
geselekteerde medium te gebruik (het die medium die nodige kapasiteit
om ’n groter aantal nodes se verkeer te hanteer?).
• Foute.
Daar moet gekyk word na die fouttempo van die medium teen verskillende
data tempos. Is dit aanvaarbaar laag en is dit moonlik om sonder te veel
verlies van data tempo te herstel van die foute wat voorkom?
• Optiese vesel.
By optiese vesel is die sein in die vorm van ’n ligbundel. Baie hoë datatempos
(1 Gbps en hoër) is moontlik en verder is optiese vesel heeltemal immuun
teen elektromagnetiese steurings. Verliese is ook baie laag. Die
koste verbonde aan optiese vesel is egter hoog, spesiale optiese send- en
ontvangseenhede moet gebruik word, die maak van koppelings is moeilik
en duur. Verder is optiese vesel ook meganies swakker as koaksiale kabels.
• Sekuriteit.
Daar moet gekyk word na hoe maklik dit vir indringers is om op die
netwerk in te breek. Inbraak kan passief wees- die inbreker luister net af,
of dit kan aktief wees- die inbreker verander aan die inligting....
• Mikrogolwe.
By mikrogolf radio uitsendings is lyn van sig kommunikasie ter sprake,
m.a.w. die sender en ontvanger moet mekaar kan “sien”. ’n Tipiese voorbeeld
is satelliet verbindings waar van kommunikasie satelliete gebruik
gemaak word.
• Sekuriteit en aantal nodes.
Indien daar ’n klein aantal nodes in ’n beperkte gebied ter sprake is kan die
onderneming van ’n LAN gebruik maak en self die medium installeer, soos
die gebied groter word, bv. oor die stad versprei, moet die onderneming
dalk eerder van ’n medium wat deur ’n derde party (telefoon netwerk)
verskaf word gebruik maak. Indien die gebied oor die hele land (aardbol)
versprei is, is ’n kommunikasie satelliet dalk eerder die uitweg wat gevolg
moet word.
3.3 Media seleksie kriteria
Daar is ’n aantal faktore wat ’n rol speel by die selektering van ’n transmissie
medium wanneer ’n netwerk opgestel word. Nie alle faktore speel egter in elke
situasie ’n rol nie. Die faktore beïnvloed ook mekaar.
• Omgewing.
Daar moet gekyk word na die elekromagnetiese omgewing, in ’n fabriek
kan daar dalk baie elektromagnetiese steurings as gevolg van elektriese
masjiene wees. In so ’n omgewing moet ’n medium gekies word wat ’n hoë
ruis immuniteit het. Verder is veral plaaslike wetgewing en huur kontrakte
ter sprake. Plaaslike wetgewing kan ’n onderneming dalk verbied om sy
eie kabels oor of onderdeur ’n straat te span. Aan die anderkant kan hy
dalk deur ’n huurkontrak verbied word om ’n satellietskottel om die gebou,
waarin hy kantore het, se dak te installeer.
• Koste.
Soos tegnologie verbeter kom die koste af. Daar moet egter nie net na
die koste van die medium (bv. kabel per meter) gekyk word nie maar ook
na die koste van spesiale apparatuur (koppeleenhede) en programatuur.
Verder moet die koste van uitbreiding ook in gedagte gehou word.
• Instandhouding/betroubaarheid
Die koste en tyd verbonde aan herstel van breuke speel hier ’n groot rol.
Verder moet daar ook gekyk word na die beskikbaarheid van rugsteun
verbindings indien ’n verbinding afgaan.
• Spoed.
By spoed is daar twee faktore wat ’n rol speel. Eerstens is daar responstyd.
Veral by intydse stelsels moet daar na die responstyd van elke tipe
transaksie gekyk word. Responstyd bestaan uit twee komponente, nl. die
tyd om die versoek en dan die resultaat oor te stuur en die tyd wat dit
neem om die versoek te verwerk. Die spoed van die medium wat gebruik
word speel egter net by die eerste van hierdie twee faktore ’n rol.
Die tweede faktor wat by spoed ’n rol speel is die gemiddelde data tempo,
wat veral belangrik is by die oorstuur van groot volumes data.
3.4 Modulasie
• Beskikbaarheid.
Hier moet daar gekyk word na die beskikbaarheid van die medium wanneer
dit benodig word asook na die beskikbaarheid van kapasiteit om die
volume data te kan hanteer. Indien die telefoon netwerk gebruik word kan
dit gebeur dat daar nie ’n lyn beskikbaar is tydens tye van piek telefoon
gebruik.
Die telefoon netwerk is aanvanklik ontwerp om spraak kommunikasie te hanteer.
Spraak bestaan uit ’n mengsel (audio) frekwensies wat wissel tussen 400 en 3400
Hz. Die telefoon netwerk is dan ook ontwerp om alle seine met frekwensies
tussen 400 en 3400 Hz deur te laat. Alle seine onder en bo hierdie gebied word
nie deurgelaat nie. In die geval van digitale data word twee spanningsvlakke
gewoonlik gebruik om 0’e en 1’e voor te stel. Dit kan dus nou gebeur dat
’n klomp data wat gestuur word ’n te lae frekwensie het, veral as daar lang
stringe 0’e of 1’e gestuur word. Vanwee die frekwensie beperking van die telefoon
netwerk kan sulke digitale seine dus nie daaroor gestuur word nie. Data wat oor
• Uitbreibaarheid.
Dit is soms nodig om ’n netwerk uit te brei, hetsy deur meer nodes in ’n
vertrek (gebou, fabriek, kampus) te plaas of deur nog vertrekke (geboue,
fabrieke, kampusse) by die netwerk in te skakel. Faktore waarna gekyk
moet word is koste en moeite verbonde aan ’n uitbreiding. Daar kan ook

3.5. BANDWIDTH 61
60 ADDENDUM 3. THE PHYSICAL LAYER
3.5 Bandwidth
Bandwidth is defined as the difference between the maximum and minimum
frequencies that can be handled by the medium. The bandwidth of the telephone
network is therefore 3000 Hz (3400-400). Bandwidth is a measure of the rate
at which data can be transmitted by a medium. Two other terms used in this
connection, are baud and bitrate (also written bit rate). Baud is the number
of signal changes that can occur per second, while bitrate describes the number
of bits that can be transferred per second. Normally baud and bitrate are the
same thing, but in the event of quadrature modulation, where every signal level
can represent two bits, the bitrate is double the baud rate.
There are several ways in which the modulation can be done. In all cases a
carrier wave is used. When the carrier wave is unchanged, it means that no
information is tansmitted. The carrier wave is a sine wave and has a frequency
which is suitable for the telephone network. The carrier wave can be written as
a function of time as:
d(t) = A sin(2πft) + θ
where A is the amplitude and f is the frequency of the carrier wave, while θ
represents the phase of the carrier wave. All three these properties may be
varied. It may for instance, be decided that a 0-bit is represented by one value
of one of these properties (e.g. the amplitude) while a different value of the
same property will represent a 1-bit. This conversion of a stream of bits to a
carrier wave of which one or more property is varied to represent the stream of
bits, is called modulation.
According to Nyquist the maximum number of binary numbers that can be
transferred is equal to twice the bandwidth. A generalisation of his formula
is that: C = 2B log2 M. In this equation C is the bitrate in bps, B is the
bandwidth in Hz and M is the number of signal levels used to represent data.
(I.e. in quadrature modulation M is equal to 4.) However, one should remember
that Nyquist did not take interference into account.
Shannon, However, does take the signal strength of both the data signals and
the noise ito account. According to Shannon: C = B log2(1 + S
R ). Once again,
C is the bitrate in bps and B is the bandwidth in Hz. Furthermore, S is the
signal strength in watt and R is the noise level in watt. The ratio S
R is known
as the signal-to-noise ratio. The signal-to-noise ratio can also be expressed in
dB: s
r = 10 log10( S
R ) dB.
• The first method of modulation is amplitude modulation. This is where a
carrier wave with constant frequency is used, but with variable amplitude.
A certain amplitude represents a 0-bit, and another amplitude represents
a 1-bit. The problem with amplitude variation is that it is very sensitive
to noise. Attenuation is also a considerable factor.
Shannon’s limit is an absolute upper limit, but in practice this limit is not really
achieved.
• Frequency modulation, on the other hand, is more immune against noise
and is also not so prone to attenuation. In frequency modulation use is
made of two carrier waves with different frequencies. The one frequency
represents a 0-bit, the other a 1-bit. This method is known as fequency
shift transformation. This method is used in modems handling lower data
rates.
3.6 Attenuation and distortion
3.6.1 Transmission of bits over a digital link
Bits may be transferred over a digital link, which is not subject to the limitations
applying to the (analog) telephone network, by alternating a physical property
like voltage or current. For instance, one voltage level can repressent a bit with
value 0 while another voltage level could represent a bit of value 1. By plotting
the voltage or the current as a function of time, g(t), it is then possible to analyse
the signal by means of a Fourier analysis. According to Fourier’s theory, any
function which is more or less periodic may be written as the sum of a (possibly
∞
bn sin(2πnft)
infinite) number of sines and cosines:
∞
g(t) = an cos(2πnft) +
n=0
n=0
• The third and last characteristic of the carrier wave that can be varied,
is its phase. Both the amplitude and the frequency of the carrier wave is
kept constant. One way to impliment the modulation, is to make use of
two carrier waves with the same frequency and amplitude, but with phases
differing by 180◦ . The one carrier wave then represents a 0-bit and the
other a 1-bit. As the data is transmitted, one of the carrier waves is sent,
depending whether it should be a 0 or a 1. In this method it is necessary
that a reference carrier wave should reside at the receiver, for comparison
with the received signal. This method is known as phase coherent
phase shift distortion. This method requires rather complex demodulation
circuits. An alternative method involves a phase shift for every binary
number that is sent. In this case a phase shift of 90◦ represents a 0 and
a phase shift of 270◦ a 1. Use can also be made of four (or more) phases.
Where for instance four phases are used, each phase represents two binary
numbes; i.e. 45◦ represents 00, 135◦ 01, 225◦ 10 and 315◦ represents 11.
In this expression f is the fundamental frequency, while an and bn are the
amplitudes of the n’th harmonic of the Fourier component’s cosine and sine
terms. Then also the frequency of the n’th harmonic is equal to n times the
fundamental frequency. When a stream of bits is therefore to be transferred as
an electronic signal, then what is actually transferred is a number of sine waves
of increasing frequency.
• Combinations of the three methods of modulation are also possible. With
quadrature modulation use is made of two amplitude levels and two phase
shifts so that 2 bits can be represeted with each signal combination. In
this way, three bits can be represeted per signal combination if use would
be made for instance of 4 phase shifts and 2 frequencies.

3.5. BANDWYDTE 63
62 BYLAAG 3. DIE FISIESE LAAG
• Kombinasies van die drie modulasie metodes is ook moontlik. Met kwadratuur
modulasie word twee amplitude vlakke en twee faseverskuiwings gebruik
sodat 2 bisse met elke seinkombinasie voorgestel kan word. So kan drie
bisse per seinkombinasie voorgestel word indien bv. 4 faseverskuiwings en
2 frekwensies gebruik word.
die telefoon netwerk gestuur moet word, moet dus eers omgeskakel word na ’n
vorm wat vir die telefoon netwerk aanvaarbaar is. Om die rekenaar se digitale
sein om te skakel na ’n audio sein wat vir die telefoon netwerk aanvaarbaar
is word van ’n modem gebruik te maak. Voordat data gestuur word word dit
eers geMOduleer en die sein wat by die bestemming ontvang word, word dan
geDEModuleer.
3.5 Bandwydte
Daar is verskeie wyses waarop modulasie gedoen kan word. In alle gevalle is daar
’n dragolf ter sprake. Indien die dragolf onveranderd is beteken dit dat daar
geen inligting gestuur word nie. Die dragolf is sinusvormig en het ’n frekwensie
wat deur die telefoon netwerk hanteer kan word. Die dragolf kan as ’n funksie
van tyd geskryf word:
d(t) = Asin(2πft) + θ
Bandwydte word gedefinieer as die verskil tussen die maksimum en minimum
frekwensies wat deur ’n medium hanteer kan word. Die bandwydte van die
telefoon netwerk is dus 3000 Hz (3400-400). Bandwydte is ’n maat van die
tempo waarteen data oor ’n medium gestuur kan word. Nog twee terme wat
hier tersprake kom is baud en bistempo. Baud is die aantal seinveranderings
wat per sekonde kan voorkom terwyl bistempo die aantal bisse per sekonde is
wat gestuur kan word. Normaalweg is baud en bistempo dieselfde, maar in die
geval van kwadratuur modulasie, waar elke seinvlak twee bisse kan voorstel is
die bistempo dubbel die baud tempo.
Hier is A die amplitude en f die frekwensie van die dragolf terwyl θ die fase van
die dragolf is. Al drie hierdie eienskappe kan verander word. So kan besluit word
dat ’n 0-bis deur een waarde van een van hierdie eienskappe (bv. amplitude)
voorgestel word terwyl ’n verskillende waarde van dieselfde eienskap ’n 1-bis
voorstel. Hierdie omskakeling van ’n stroom bisse na ’n dragolf waarvan een
(of meer) eienskap verander word om die stroom bisse voor te stel staan as
modulasie bekend.
Volgens Nyquist is die maksimum aantal binere syfers wat gestuur kan word
gelyk aan twee maal die bandwydte. ’n Veralgemening van sy bewering is:
C = 2B log2 M. Hier is C die bistempo in bps, B is die bandwydte in Hz en M
is die aantal seinvlakke wat per seineenheid voorgestel kan word. (M.a.w. met
kwadratuur modulasie is M gelyk aan 4.) Dit is egter belangrik om te onthou
dat Nyquist glad nie steurings in aanmerking geneem het nie.
• Die eerste metode van modulasie is amplitude modulasie. Hier word ’n
dragolf met konstante frekwensie gebruik maar word die dragolf se amplitude
verander. ’n Sekere amplitude stel ’n 0-bis voor en ’n ander amplitude
’n 1-bis. Amplitude modulasie is egter baie gevoelig vir ruis. Verder speel
verswakking van die sein ook ’n groot rol.
Shannon bring egter wel die seinsterkte van beide dataseine en ruis in aanmerking.
Volgens Shannon is: C = B log2 (1 + S
R ). Weereens is C bistempo in bps
en B die bandwydte in Hz. Verder is S die seinsterkte in watt en R die ruissterkte
in watt. S
R staan as die sein tot ruis verhouding bekend. Die sein tot
ruis verhouding kan ook in dB gegee word: s
r = 10 log10( S
R ) dB.
Shannon se limiet is ’n absolute bogrens maar in die praktyk is dit egter moeilik
om naby die waarde te kom.
• Frekwensie modulasie daarenteen is meer immuun teen ruis en is ook nie
so gevoelig vir verswakking van die sein nie. By frekwensie modulasie word
daar van twee dragolwe met verskillende frekwensies gebruik gemaak. Die
een frekwensie stel dan ’n 0-bis voor en die ander ’n 1-bis. Hierdie metode
staan as frekwensieskuifvervorming bekend. Hierdie is dan ook die metode
wat gebruik word met modems wat laer data tempos hanteer.
3.6 Attenuasie en distorsie
3.6.1 Transmissie van bisse oor ’n digitale verbinding
Bisse kan oor ’n digitale verbinding, wat nie onderhewig is aan die beperkings
wat by die (analoog) telefoonnetwerk geld, gestuur word deur ’n fisiese eienskap
soos spanning of stroom te wissel. So kan een spanningvlak bv. ’n bis met
die waarde 0 voorstel terwyl ’n ander spanningvlak ’n 1 bis voorstel. Deur
die spanning of stroom as ’n funksie van tyd, bv. g(t), voor te stel is dit
dan moontlik om die gedrag van die sein wiskundig, d.m.v. Fourier analise, te
analiseer. Volgens Fourier analise kan enige funksie wat naastenby periodies is
geskryf word as die som van ’n (moontlik oneindige) aantal sinusse en cosinusse:
∞
g(t) =
• Die derde en laaste eienskap van die dragolf wat kan verander is sy fase.
Beide die frekwensie en amplitude van die dragolf word konstant gehou.
Een metode om amplitude modulasie te implementeer is om twee dragolwe
met dieselfde frekwensies en amplitudes maar met fases wat met 180◦ verskil
te hê. Die een dragolf stel dan ’n 0-bis en die ander ’n 1-bis voor. Soos
die data gestuur word, word een van die dragolwe gestuur, afhangende
van of ’n 0 of ’n 1 gestuur moet word. Met hierdie metode is dit nodig
dat ’n verwysing dragolf by die ontvanger moet wees waarteen die ontvangde
sein gemeet kan word. Hierdie metode staan as fase-koherente
faseskuifvervorming bekend. Hierdie metode benodig dan ook komplekse
demodulering stroombane. ’n Alternatiewe metode behels dat daar met
elke binere syfer wat gestuur word ’n fase verskuiwing plaasvind. Hierdie
metode staan as differentiale faseskuifvervorming bekend. Hier stel ’n fase
verskuiwing van 90◦ ’n 0 voor en ’n fase verskuiwing van 270◦ ’n 1. Daar
kan ook van vier (of meer) fases gebruik maak. In die geval van vier fases
stel elke fase twee binere syfers voor, dus 45◦ stel 00 voor, 135◦ 01, 225◦ 10 en 315◦ stel 11 voor.
∞
bn sin(2πnft)
an cos(2πnft) +
n=0
n=0

3.7. SIGNAL PROPAGATION DELAY 63
62 ADDENDUM 3. THE PHYSICAL LAYER
3.6.2 Attenuation
amplitude. One should however keep in mind that, although an impulse
may be only half a second in duration, 1200 bits will be distorted if data
are being transmitted at a rate of 2400 bps.
• Cross coupling:
We have already mentioned this kind of noise when we discussed open
conductor pairs. It occurs as a result of electric and magnetic coupling
between different conductors. As a result of this a signal on one conductor
will appear as a small, but detrimental signal on another conductor. You
may have experienced the so-called “crossed lines” which occur from time
to time on the telephone network.
3.7 Signal propagation delay
As a signal propagates along a transmission medium, it amplitude decreases.
This phenomenon is called signal attenuation or weakening. Attenuation is not
constant for all frequencies, but typically increases as the frequency increases.
The result is that the different Fourier components of a signal are attenuated
differently, with the higher frequencies that are attenuated most. When the
Fourier components are then again combined, a signal is obtand that is not
only weaker, but that is also distorted. To take the attenuation into account,
a maximum length is specified for each type of cable to ensure that the signal
arriving at the receiver is of sufficient magnitude to be recognised. Should
the maximum lengths be exceeded, it becomes necessary to use amplifiers or
repeaters in the transmission line, at these maximum lengths, in order to recover
the original strength of the signal. Seeing that the attenuation varies with
frequency, it is necessary that the amplifiers or repeaters should be such that
they amplify all frequencies to their original values.
A signal (whether electric or optic or radio) always takes a finite time to travel
from source to destination. The delay between send and receive of a signal is
known as propagation delay. When source and destination are close together,
the delay is small. In space electromagnetic signals (radio, light) travel at a
speed of 3 ∗ 108 meters per second. In ’n twisted pair, however, the speed of a
signal may only be of the order of 2 ∗ 108 meters per second.
3.6.3 Delay distortion
In data communication, data are sent in blocks or frames of bits. Then, typically,
an acknowledgement is returned when the bits have been received. It is therefore
important that we should know for a data link what the return time is, i.e. the
time from when the first bit of the frame is sent until the time when the last
bit of the acknowledgement is received. The return time depends on both the
propagation delay and the transmission delay (this is the time it takes to send
the frame at the bitrate of the link)
The rate at which the different Fourier components are propagated along a transmission
medium, is different for different frequencies. Consequently different
Fourier components of a signal do not arrive simultaneously at the destination.
This phenomenon is known as delay distortion. As the rate at which the bits are
transferred increases, it may happen that some of the Fourier components of a
particular bit may be delayed so much that they only arrive simultaneously with
the next bit. The result is that the bits will be interpreted incorrectly. Delay
distortion is also called inter-symbol interference. The effect of delay distortion
increasesas the bitrate and the distance of transfer increase.
3.6.4 Noise
If no data are being sent over a transmission medium, then ideally there will be
no electric signal on the medium. However, the real situation is that random
electrical pulses will exist on the medium. These random pulses are called noise.
Different kinds of noise can be identified :
• White noise:
White noise (also known as thermal or gaussian noise) is caused by the
natural motion of electrons in the transmission medium. The strength of
white noise at 0 Kelvin is 0 watt and it increases as the temperature of
the medium increases. This noise consists of components with random
frequencies and amplitudes.
• Impulse noise:
As indicated by its name, this noise consists of discrete pulses. These
pulses are produced by switching elements in telephone exchanges or by
lightning. Another source of impulse noise may be electrical motors on a
factory floor. The source of this kind of noise is therefore extermnal to the
medium. The impulses are usually of short duration, and have variable

3.7. SEIN VOORTPLANTING VERTRAGING 65
64 BYLAAG 3. DIE FISIESE LAAG
Witruis se sterkte by 0 Kelvin is 0 watt en neem toe soos die temperatuur
van die medium toeneem. Die ruis bestaan uit komponente met lukraak
frekwensies en amplitudes.
In hierdie uitdrukking is f die fundamentele frekwensie terwyl an en bn die amplitudes
van die n’e harmoniek of Fourier komponent se kosinus en sinus terme
is, verder is die frekwensie van die n’e harmoniek gelyk aan n maal die fundamentele
frekwensie. Wanneer ’n stroom bisse dus as ’n elektroniese sein gestuur
word, word daar in werklikheid ’n klomp sinusvormige seine van toenemende
frekwensie gestuur.
• Impulsruis:
Soos die naam aandui bestaan hierdie ruis uit diskrete pulse. Die pulse
word veroorsaak deur skakelelemente in sentrales of weerlig. Nog ’n bron
van impulsruis is elektriese masjiene op ’n fabriekvloer. Die bron van die
ruis is dus ekstern tot die medium. Sulke impulse is gewoonlik van korte
duur en het wisselende amplitudes. Daar moet egter in ag geneem word
dat al is ’n impuls ’n halwe sekonde lank sal daar 1200 bisse onderhewig
wees aan distorsie indien data teen ’n tempo van 2400 bps gestuur word.
3.6.2 Attenuasie
• Kruiskoppeling:
Hierdie tipe ruis is reeds genoem tydens die bespreking van oop geleierpare.
Dit kom voor as gevolg van die elektriese en elektromagnetiese koppeling
tussen verskillende geleiers. Die gevolg is dat die sein wat lang een geleier
gestuur word nou ook as ’n klein maar soms nadelige sein op ’n ander
geleier voorkom. Vergelyk sogenaamde “gekruisde lyne” wat van tyd tot
tyd op die telefoonnet voorkom.
3.7 Sein voortplanting vertraging
Soos ’n sein langs ’n transmissie medium voortgeplant word raak sy amplitude
kleiner. Hierdie verskynsel staan as sein attenuasie of verswakking bekend. Attenuasie
is ook nie konstant vir alle frekwensies nie, tipies raak attenuasie groter
soos frekwensie toeneem. Die gevolg is dat die verskillende Fourier komponente
van ’n sein verskillend verswak word, met die hoër frekwensie die meeste verswak.
Wanneer die Fourier komponente dan weer bymekaargetel word word ’n
sein verkry wat nie net verswak is nie maar ook vervorm is. Om vir attenuasie
voorsiening te maak word daar vir elke tipe kabel maksimum lengtes gespesifiseer
om te verseker dat die sein wat by die ontvanger aankom groot genoeg is
om herken te kan word. Indien oor die maksimum lengtes gegaan word is dit
nodig om versterkers of herhalers in die transmissielyn, op hierdie maksimum
lengtes, te plaas om die sein tot sy oorspronklike seinsterkte te herstel. Aangesien
attenuasie ook met frekwensie wissel is dit nodig dat die versterkers of
herhalers wat gebruik word alle frekwensies tot die selfde seinsterkte versterk.
Dit neem ’n sein (elektries, lig of radio) altyd ’n eindige tyd om van oorsprong na
bestemming te beweeg. Die vertraging tussen die stuur en ontvang van ’n sein
staan as voortplanting vertraging bekend. Indien die bron en bestemming naby
aan mekaar is, is die voortplanting vertraging klein. In die ruimte beweeg ’n
elektromagnetiese sein (radio, lig) teen 3 ∗ 108 meter per sekonde, in ’n flegpaar
is die spoed van ’n elektriese sein egter slegs in die orde van 2 ∗ 108 meter per
sekonde.
3.6.3 Vertragingsdistorsie
Met datakommunikasie word data in blokke of rame van bisse gestuur, verder
word daar tipies ’n erkenning op terug gestuur wanneer ’n raam ontvang is. Dit
is dus belangrik om vir ’n dataverbinding te weet wat die omkeertyd is, dit wil
sê die tyd vandat die eerste bis van die raam gestuur is totdat die laaste bis van
die erkenning ontvang is. Omkeertyd is afhanklik van beide die voortplanting
vertraging en die transmissie vertraging (die tyd wat dit neem om die raam te
stuur teen die verbinding se bis tempo). ie relatiewe ge
Die tempo waarteen die verskillende Fourier komponente van ’n sein langs ’n
transmissie medium voortgeplant word verskil van frekwensie tot frekwensie.
Die gevolg is dat die verskillende Fourier komponente van ’n sein nie gelyktydig
by die bestemming aankom nie. Hierdie verskynsel staan as vertragingsdistorsie
bekend. Soos die tempo waarteen bisse gestuur word toeneem gebeur dit
dat sommige van die Fourier komponente van een bis soveel vertraag word dat
dit eers tydens die opvolgende bis ontvang word. Die gevolg is dan dat van
die bisse verkeerd geïnterpreteer word. Vertragingsdistorsie staan dan ook as
tussensimbool steuring bekend. Die effek van vertragingsdistorsie neem toe soos
die bistempo asook die afstand waaroor die data gestuur word toeneem.
3.6.4 Ruis
Indien geen data oor ’n transmissie medium gestuur word sal daar in die ideale
geval geen elektriese sein op die medium teenwoordig wees nie. In werklikheid
is daar wel lukraak elektriese seine op die medium teenwoordig. Hierdie lukraak
elektriese seine staan as ruis bekend. Verskillende tipes ruis kan geïdentifiseer
word:
• Witruis:
Witruis (staan ook as termiese of gausiese ruis bekend) word veroorsaak
deur die normale beweging van elektrone in die transmissie medium.

74 ADDENDUM 4. THE DATA LINK LAYER
Character Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 Parity
bit
I 1 0 0 1 0 0 1 1
N 1 0 0 1 1 1 0 0
L 1 0 |0| 1 1 0 |0| 1
I 1 0 0 1 0 0 1 1
G 1 0 0 0 1 1 1 0
T 1 0 1 0 1 0 0 1
I 1 0 0 1 0 0 1 1
N 1 0 |0| 1 1 1 |0| 0
G 1 0 0 0 1 1 1 0
BST 0 1 0 1 1 1 0 0
Addendum 4
Figure 4.1: Example of a block sum test Even parity is used for the rows and
odd parity for the columns. If the four marked bits are inverted, the error will
not be detected.
The data link layer:
Examples and analyses of
protocols
is more generally used. In the next paragraphs we shall consider in more
detail the protocols making use of this mechanism of error control.
We are now going to study the methods use to determine whether the information
that was received was correct or not. At a later stage we shall go into
methods to request a repeat of the information if it was not received correctly.
4.1 Error detection
4.1.1 Errors do occur!
4.1.2 Parity
Parity is one of the simplest and most generally used methods to do error
detection. Parity is used where small numbers of information bits are involved
and where the possibility of an error occuring is small. A single bit, the parity
bit, is added to every information element or to every character. In the case of
even parity, the parity bit is chosen such that an even number of 1 bits occurs
in the character plus the parity bit. Where use is made of odd parity, there has
to be an odd number of 1 bits. The receiver simply counts the number of 1 bits
in every character and if there is an even (odd) number, the character has been
received correctly. The sender and receiver has naturally to decide beforehand
which parity will be used.
When information is transmitted by electromagnetic waves from one point to
another, distortion of the information may occur because of electromagnetic interference.
The result may be that bits, of which the values were supposed to be
1’s, become 0’s and vice versa. It is neccessary to ensure that the probability of
correct information reaching the destination, is large. It is therefore neccessary
to be able to derive with much confidence whether the information has been received
correctly or not. If the information has been received incorrectly, it must
be possible to obtain the correct information. There are two ways to approach
the problem in order to achieve the above goals:
Parity will detect all errors where an odd number of bits are involved (in a
character). If an even number of bits are involved, the error will not be detected.
4.1.3 Block sum test
1. Forwards error control. This is where a sufficient amount of additional
or redundand information is sent together with every character or frame
to enable the receiver to test whether the information had been received
correctly or not, as well as to determine the original information from
that which was received, should the information not be received correctly.
This method is not used very generally because too much redundant information
has to be sent together with a frame in order to guarantee the
neccessary level of error correction.
When infromation is sent in frames, the use of a single parity bit can be extended
to the use of an additional set of parity bits, the so-called block sum test (BST),
which is calculated over the entire frame’s characters. In this method a parity
bit is still calculated for every individual character. But then for every bit
position another parity bit is calculated. I.e. for all the most significant bits a
parity bit is calculated, and similarly for the second most significant bits, etc.
up to the least significant bits and parity bits.
2. Feed-back error control, also called error detection by repeat transmission.
This method is more generally known as ARQ (automatic repeat request).
In ARQ the minimum additional information is sent together with every
character or frame to enable the receiver to decide whether the received
information is correct or not. It is then the responsibility of the receiver to
request the correct information from the sender. This way of error control
73

76 BYLAAG 4. DIE DATAVERBINDINGSLAAG
Karakter Bis 6 Bis 5 Bis 4 Bis 3 Bis 2 Bis 1 Bis 0 Pariteitbis
I 1 0 0 1 0 0 1 1
N 1 0 0 1 1 1 0 0
L 1 0 |0| 1 1 0 |0| 1
I 1 0 0 1 0 0 1 1
G 1 0 0 0 1 1 1 0
T 1 0 1 0 1 0 0 1
I 1 0 0 1 0 0 1 1
N 1 0 |0| 1 1 1 |0| 0
G 1 0 0 0 1 1 1 0
BST 0 1 0 1 1 1 0 0
Bylaag 4
Figure 4.1: Voorbeeld van ’n bloksomtoets. Ewe pariteit is vir die rye gebruik
en onewe pariteit vir die kolomme. Indien die vier gemerkte bisse geïnverteer
word sal die fout nie waargeneem word nie.
Die Dataverbindingslaag:
Voorbeelde en analise van
protokolle
in meer detail kyk na protokolle wat van hierdie foutbeheer meganisme
gebruik maak.
Daar sal nou slegs gekyk word na metodes wat gebruik kan word om vas te stel
of die inligting wat ontvang is korrek ontvang is al dan nie. Daar sal later gekyk
word na metodes om inligting weer aan te vra indien dit nie korrek ontvang is
nie.
4.1 Foutwaarneming
4.1.1 Foute kom voor!
4.1.2 Pariteit
Pariteit is een van die die eenvoudigste en mees algemene metodes om foutwaarneming
te doen. Pariteit word gebruik waar klein hoeveelhede inligting
bisse ter sprake is en daar ’n klein waarskynlikheid is dat ’n fout kan voorkom.
’n Enkele bis, die pariteitbis, word by elke inligting element of karakter gevoeg.
Die pariteitbis se waarde word so gekies dat daar ’n ewe aantal 1 bisse in die
karakter plus pariteitbis voorkom in die geval van ewe pariteit. Indien onewe
pariteit gebruik word moet daar ’n onewe aantal bisse met die waarde 1 wees.
Die ontvanger tel dan bloot die aantal 1 bisse in elke karakter, indien daar ’n
ewe (onewe) aantal is, is die karakter korrek ontvang. Die sender en ontvanger
moet egter vooraf ooreenkom watter pariteit gebruik gaan word.
Wanneer inligting deur middel van elektromagnetiese golwe van een punt na ’n
ander gestuur word kan dit gebeur dat distorsie van die inligting plaasvind as
gevolg van elektromagnetiese steurings. Die gevolg is dan dat bisse waarvan
die waardes 1’e moes wees nou 0’e is en anders om. Dit is egter wenslik om
te verseker dat die waarskynlikheid dat inligting die bestemming korrek bereik
groot is. Dit is dus nodig om met ’n groot mate van vertroue te kan aflei of
inligting korrek ontvang is al dan nie. Indien inligting foutief ontvang is moet dit
ook moontlik wees om die korrekte inligting te verkry. Daar is twee benaderings
wat gevolg kan word om bogenoemde doel te bereik:
Pariteit sal alle foute waar ’n onewe aantal bisse (in ’n karakter) by betrokke is
uitvang. Indien ’n ewe aantal bisse betrokke is sal die fout nie uitgevang word
nie.
1. Voorwaartse foutbeheer. Hier word genoeg addisionele of oortollige inligting
saam met elke karakter of raam gestuur om die ontvanger in staat te
stel om te toets of die inligting korrek ontvang is al dan nie asook om die
oorspronklike inligting, uit dit wat ontvang is, af te lei indien die inligting
nie korrek ontvang is nie. Hierdie metode word nie oor die algemeen gebruik
nie aangesien daar te veel oortollige inligting met ’n raam gestuur
moet word om die verlangde vlak van fout herstel te kan waarborg.
4.1.3 Bloksomtoets
Wanneer inligting in rame gestuur word kan die gebruik van ’n enkele pariteitbis
uitgebrei word na die gebruik van ’n addisionele stel pariteitbisse, die bloksomtoets
(BST), wat oor die hele raam se karakters bereken word. Met hierdie
metode word daar nog steeds ’n pariteitbis vir elke individuele karakter bereken.
Daar word verder vir elke bis posisie nog ’n pariteitbis bereken. Dit wil sê daar
2. Terugvoer foutbeheer of ook foutwaarneming met hertransmissie. Hierdie
metode staan algemeen bekend as ARQ (automatic repeat request) bekend.
Met ARQ word slegs genoeg addisionele inligting met elke karakter of raam
gestuur om die ontvanger in staat te stel om te besluit of dit wat ontvang
is korrek is al dan nie. Die ontvanger is dan daarvoor verantwoordelik om
die korrekte inligting van die sender aan te vra. Hierdie is die foutbeheer
metode wat algemeen gebruik word. Ons sal in die opvolgende paragrawe
75

76 ADDENDUM 4. THE DATA LINK LAYER
4.1. ERROR DETECTION 75
The process may also be considered as follows (Figure 4.1): The binary values
of the characters in the frame that has to be sent, are written below each other.
Each row contains a character while the most significant bit of every character
appears in the left hand column, and so forth up to the least significant bits,
which appear in the right hand column. A parity bit is then calculated for every
character or row. This bit is known as the row-parity bit. Then a parity bit,
the column parity bit, is calculated for every column.
If a two-bit error occurs in a row, it will not be detected by the row-parity bits.
Such an error, however, will be detected by the column bits of the particular
columns (except if a two bit error occurs in the columns as well). Such a situation
is illustrated in Figure 4.1. If the four marked bits are received incorrectly, so
that there are two columns and two rows sharing the two-bit errors, the errors
will not be detected.
1 1 0 0 0 0 1 0 1 0
1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0
1 0 0 1 1
1 0 0 1 1
1 0 0 1 1
0 0 0 0 1
0 0 0 0 0
0 0 0 1 0
0 0 0 0 0
0 0 1 0 1
0 0 0 0 0
0 1 0 1 1
0 0 0 0 0
1 0 1 1 0
1 0 0 1 1
0 1 0 1 0
0 0 0 0 0
1 0 1 0 0
1 0 0 1 1
0 1 1 1 0
0 0 0 0 0
1 1 1 0
The probability that an error will be detected, is nevertheless improved by the
block sum test.
4.1.4 Cyclic redundant test
The most general type of error occuring in information transmitted by electromagnetic
waves, is an error burst. In this kind of error a series of consecutive
bits are distorted. Such an error burst starts and ends with a bit that is incorrect.
The bits in between need not neccessarily be incorrect also. The length
of an error burst is defined by the number of bits between the two faulty bits,
including the faulty bits. When the length of an error burst is calculated, the
burst has to be followed by a series of correct bits which is as long or longer
than the error burst.
It was found that both the parity and block sum tests are not effective for the
detection of error bursts. The alternative method used to detect the occurence
of error bursts is based on the use of polynomial codes.
Figure 4.2: Calculation of a CRT. The message to be sent is 1101011011, the generator
polynomial is 10011 and the message multiplied by 24 is 11010110110000.
The message plus CRT which is sent is 11010110111110.
By means of polynomial codes a series of bits are considered as a polynomial of
which the coefficients can be only 0 or 1. Therefore a k-bit frame is considered
to be a polynomial with k terms ranging from xk−1 to x0 . The most significant
bit in the frame is the coefficient of the term xk−1 , the second most significant
bit is the coefficient of the term xk−2 etc. until the least significant bit, which
is the coefficient of the term x0 . The series of bits 10011 therefore represents a
4th order, 5 term, polynomial. The polynomial is therefore 1∗x 4 + 0∗x 3 + 0∗
x2 +1∗x 1 +1∗x 0 . Normally terms with zero coefficients are omitted. Therefore
we can also write the polynomial as x4 + x1 + 1.
For every frame that is sent a number of test bits are calculated and added to
the back of the frame. The receiver of the frame then does a calculation which
includes the entire frame, with its test bits. If no errors are present, a known
value is always obtained. If this known value is not obtained, it means that
an error has occurred. However, even if the known value has been obtained,
there still is a small chance that an error has occurred. The number of test bits
calculated per frame, is adapted to the worst case of error that can be expected.
The most common is 16 and 32 bits. These test bits are known as a cyclic
redundancy test (CRT).

78 BYLAAG 4. DIE DATAVERBINDINGSLAAG
4.1. FOUTWAARNEMING 77
word vir al die mees beduidende bisse ’n pariteitbis bereken, net so vir die
tweede mees beduidende bisse en so aan tot vir die mins beduidende bisse en
pariteitbisse.
Die proses kan ook soos volg beskou word (figuur 4.1): Die binêre waardes
van die karakters in die raam wat gestuur moet word, word eers onder mekaar
geskryf. Elke ry bevat dan ’n karakter terwyl elke karakter se mees beduidende
bis in die linker kolom voorkom en so aan tot die mins beduidende bisse in
die regter kolom. Daar word dan ’n pariteitbis vir elke karakter of ry bereken.
Hierdie bis staan as die ry-pariteitbis bekend. Daarna word daar vir elke kolom
’n pariteitbis, die kolom-pariteitbis, bereken.
1 1 0 0 0 0 1 0 1 0
1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0
1 0 0 1 1
1 0 0 1 1
1 0 0 1 1
0 0 0 0 1
0 0 0 0 0
0 0 0 1 0
0 0 0 0 0
0 0 1 0 1
0 0 0 0 0
0 1 0 1 1
0 0 0 0 0
1 0 1 1 0
1 0 0 1 1
0 1 0 1 0
0 0 0 0 0
1 0 1 0 0
1 0 0 1 1
0 1 1 1 0
0 0 0 0 0
1 1 1 0
Indien daar ’n tweebis-fout in ’n ry voorkom sal dit nie deur die ry-pariteitbis
waargeneem word nie. So ’n fout sal wel deur die twee betrokke kolomme se
kolom-pariteitbisse waargeneem word, tensy daar in elke kolom ook ’n tweebisfout
voorkom. So ’n situasie word in figuur 4.1 getoon. Indien die vier gemerkte
bisse foutief ontvang word, daar is dus twee kolomme en twee rye wat tweebisfoute
deel, sal die fout nie waargeneem word nie.
Die waarskynlikheid dat ’n fout uitgevang sal word, word met die gebruik van
die bloksomtoets verhoog.
4.1.4 Sikliese oortolligheidstoets
Die mees algemene tipe fout wat voorkom in inligting wat deur middel van
elektromagnetiese golwe gestuur word is ’n foutsarsie. Met hierdie tipe fout
is daar dan ’n string opeenvolgende bisse wat vervorm word. So ’n foutsarsie
begin en eindig met ’n bis wat foutief is, die bisse wat tussenin voorkom hoef
nie noodwendig foutief te wees nie. Die lengte van ’n foutsarsie word gedefineer
deur die aantal bisse tussen twee foutiewe bisse, die foutiewe bisse ingesluit.
Wanneer die lengte van ’n foutsarsie bereken word moet die foutsarsie gevolg
word deur ’n string korrekte bisse wat net so lank of langer is as die foutsarsie.
Daar is gevind dat beide pariteit en bloksomtoetse nie effektief is in die opspoor
van foutsarsies nie. Die alternatief wat gebruik word om die voorkoms van
foutsarsies waar te neem is gebaseer op die gebruik van polinomiale kodes.
Figure 4.2: Berekening van ’n SOT. Die boodskap wat gestuur moet word
is 1101011011, die generator polinoom is 10011 en die boodskap met 24 verminigvuldig
is 11010110110000. Die boodskap plus SOT wat gestuur word is
11010110111110.
Met polinomiale kodes word ’n string bisse beskou as ’n polinoom waarvan die
koëffisiënte slegs 0 of 1 kan wees. Dus sal ’n k-bis raam beskou word as ’n
polinoom met k terme wat strek van xk−1 tot x0 . Die mees beduidende bis in
die raam is die koëffisiënt van die term xk−1 , die tweede mees beduidende bis
van die term xk−2 en so aan tot die mins beduidende bis wat die koëffisiënt van
die term x0 is. Die string bisse 10011 stel dus ’n 4’e orde, 5 term, polinoom
voor. Die polinoom is dus 1∗x 4 + 0∗x 3 + 0∗x 2 + 1∗x 1 + 1∗x 0 . Normaalweg
word die terme met nul koëffisiënte weggelaat. Dus kan ons die polinoom ook
skryf as x4 + x1 + 1.
Daar word vir elke raam wat gestuur word ’n enkele groep toetsbisse bereken en
agteraan die raam gelas. Die ontvanger van die raam doen dan ’n berekening
wat die hele raam, toetsbisse ingesluit, dek. Indien geen foute voorkom word ’n
bekende waarde altyd verkry. Indien hierdie bekende waarde nie verkry word nie
dui dit daarop dat ’n fout voorgekom het. Indien die bekende waarde wel verkry
word is daar egter tog nog steeds ’n klein kans dat ’n fout wel voorkom. Die

78 ADDENDUM 4. THE DATA LINK LAYER
4.2. BASIC ARQ PROTOCOLS 77
the packets and the correct receipt of packets must be acknowledged, to ensure
the error free receipt. The packets also have to be numbered to ensure
that they are transfered in the correct sequence to the network layer of the receiver.
In order to be able to handle these functions, the data link layer adds
its PBI to the packet, thereby producing a frame. The PBI consists inter alia
of synchronisation fields, control fields containing sequence numbers and abba
recognitions, error detection fields and other fields which we shall discuss later
when we discuss HDLC.
A brief summary of the method is as follows: Modulo-2 arithmetic is used in all
the calculations. Addition and subtraction is therefore identical to the exclusive
or. Also long division is the same as ordinary binary division except that the
subtraction is replaced by the exclusive or. In modulo-2 division we say that
the divisor goes into the divident when the divident and the divisor have an
equal number of bits (and the most significant bits of both are 1’s).
The sender and the receiver must decide in advance on a generator polynomial,
say G(x), that will be used. Both the most and least significant bits of G(x)
have to be 1’s. Let G(x) be r + 1 bits long. Let also the message to be sent,
B(x), be longer than G(x).
Several variations of ARQ are possible. Every frame that is received may be
acknowledged individually by means of special acknowledgement frames (ACK),
or the acknowledgement may be ”piggy-backed” by a data frame, or it is possible
to make use of negative acknowledgements (NAC) if frames are received
incorrectly or not in the correct sequence. Each frame sent has to be stored
at the sender in a buffer. When an ACK is received for that frame, it may be
removed from the buffer. However, a time elapsed mechanism has also to be
provided at the sender to ensure that it does not wait indefinitely for an ACK
which may have gone missing. In this case, as well as when a NAC is recieved,
the particular frame has to be sent again. For the handling of ACK’s and NAC’s
there are several possibilities:
1. Multiply B(x) by 2r . Effectively this means that r bits, all of them 0’s,
are added to the end of B(x).
2. Divide B(x) ∗ 2 r by G(x). Modulo-2 division has to be used.
3. Subtract the result, R(x), which was obtained by the division, from B(x)∗
2r . (Modulo-2 subtraction). Let this result be called T(x).
4. Send T(x) to the receiver.
1. Stop-and-wait: The sender sends only one frame and then waits until it
receives a ACK/NAC for that frame. If an ACK is received, it sends the
next frame. Otherwise, if the time limit is exceeded or if a NAC is received,
the same frame is sent again. In Stop-and-wait it is thus only necessary
to have a buffer for a single frame at the sender. There is also no problem
getting the frames in the right sequence at the receiver. Should the
receiver receive a frame out of the correct sequence, because a frame (or
more than one frame) went missing, it simply ignores it and sends a NAC
for the frame it needs. This protocol is especially useful for half-duplex
communication, where the two nodes take turns to send. The protocol
however, has too low a throughput in the case of full duplex communication,
especially when the propagation delay exceeds the transmission
delay. But, if the point-to-point link is short, the throughput of this protocol
may still be acceptable. In the next paragraph we shall look more
closely at the quantitative analysis of the Stop-and-wait protocol.
5. The receiver divides (modulo-2) T(x) by G(x). If the result that is now
obtained is 0, the message was received correctly. If a non-zero result is
obtained the message is incorrect.
Suppose the frame B(x)=1101011011 has to be sent and the generator polynomial
is G(x)=x4 + x1 + 1=10011 (Figure 4.2). The value of r is therefore 4, i.e.
the polynomial is r + 1 bits long. The frame is first multiplied by 24 to yield
B(x) ∗ 24 =11010110110000. After B(x) ∗ 24 has been divided by G(x) a result
R(x)=1110 is obtained. R(x) is subtracted modulo-2 from B(x) ∗ 24 to yield
T(x)=11010110111110.
There are several generator polynomials that are considered as standards, eg.:
• CRC-12 = x 12 + x 11 + x 3 + x 2 + x 1 + 1 = 1100000001111
• CRC-16 = x 16 + x 15 + x 2 + 1 = 11000000000000101
2. Go-back-N, or continuous transmission: In this protocol the sender continues
to send frames without waiting for an ACK. Each frame is kept
in a buffer at the sender until a ACK is received for that frame. When
the ACK is received, that frame may be removed from the buffer, and the
buffer can be used for the next frame. Should however, a NAC be received
for a frame, or if the time limit for that frame is exceeded, that frame as
well as all the frames following it are sent again. The sender therefore
requires a sufficient number of buffers to store all the frames for which
the ACK’s are still outstanding. Then also the sender has to have a clock
mechanism whereby the waiting time for the ACK can be recorded for
each of the frames. On the receiver end, error tests have to be performed
to see if every frame is error-free and in the correct sequence. If it is not,
a NAC should be sent to indicate which frame is expected. When a frame
has been received error-free and in the correct sequence, it is transferred
• CRC-CCITT = x 16 + x 12 + x 5 + 1 = 10001000000100001
CRC-16 and CRC-CCITT will detect all single bit errors, all errors involving an
odd number of bits and all error bursts shorter than 16 bits. It will also detect
more than 99.99% of error bursts of 17 bits or more.
4.2 Basic ARQ protocols
Communication between nodes in a network is usually synchrone. Consequently
it is neccessary that individual packets should contain synchronisation information
in order to achieve bit synchronisation between sender and receiver. A
further requirement is that it must be possible to determine the correctness of

80 BYLAAG 4. DIE DATAVERBINDINGSLAAG
4.2. BASIESE ARQ PROTOKOLLE 79
sinkronisasie tussen sender en ontvanger te bewerkstellig. Verder moet die korrektheid
van pakkette vasgestel kan word en moet die erkenning van pakkette
wat korrek ontvang is gedoen kan word om die foutlose ontvangs daarvan te
waarborg. Dit is ook nodig dat pakkette genommer word om te verseker dat
hulle in die korrekte volgorde aan die ontvanger se netwerklaag oorgedra word.
Om hierdie funksies te kan hanteer voeg die dataverbindingslaag sy PBI by
die pakket om sodoende ’n raam te vorm. Die BPI bestaan onder andere uit
sinkronisasie velde, beheer velde wat volgorde nommers en abba erkennings bevat,
foutwaarneming velde en nog ander velde wat met HDLC se bespreking
beskryf sal word.
aantal toetsbisse wat per raam bereken word, word aangepas by die ergste geval
fout wat verwag word. Die algemeenste is 16 en 32 bisse. Hierdie toetsbisse
staan as ’n sikliese oortolligheidstoets (SOT) bekend.
Die metode kan kortliks soos volg opgesom word: Modulo-2 rekenkunde word
gebruik in al die berekenings, optel en aftrekking is dus identies aan eksklusiewe
of. Verder is lang deling dieselfde as gewone binêre deling behalwe dat die
aftrekking deur eksklusiewe of vervang kan word. Met modulo-2 deling sê ons
dat die deler in die deeltal “ingaan” indien die deeltal en deler eweveel bisse het
(en die mees beduidende bisse van altwee 1’e is).
Verskei variasies van ARQ is moontlik, elke raam wat korrek ontvang is kan individueel
erken word met spesiale erkennings (ERK) rame, die erkenning kan deur
’n dataraam “ge-abba” word, dit is ook moontlik om van negatiewe erkennings
(NEK) gebruik te maak indien rame foutief of uit volgorde ontvang word. Elke
raam wat gestuur word moet by die sender in ’n buffer gestoor word. Sodra ’n
ERK vir ’n raam ontvang word kan daardie raam uit die buffer verwyder word.
Daar moet egter by die sender ook ’n tydverstreke meganisme ingebou word om
te verseker dat hy nie onbeperk wag vir ’n ERK wat self weg geraak het nie.
In hierdie geval asook wanneer ’n NEK ontvang word moet die betrokke raam
weer oor gestuur word. Wat die hantering van ERK’e en NEK’e betref is daar
ook verskillende moontlikhede:
Die sender en ontvanger moet vooraf besluit op die generator polinoom, sê G(x),
wat gebruik gaan word. Beide die mees en mins beduidende bisse van G(x) moet
1’e wees. Laat G(x) r + 1 bisse lank wees. Laat verder B(x), die boodskap wat
gestuur moet word, langer wees as G(x).
1. Vermenigvuldig B(x) met 2r . Daar word dus effektief r bisse, almal 0’e,
agter aan B(x) gevoeg.
2. Deel B(x) ∗ 2 r deur G(x), modulo-2 deling moet gebruik word.
3. Trek die res, R(x), wat met die deling verkry is van B(x)∗2r af. (Modulo-2
aftrekking.) Noem die resultaat T(x).
4. Stuur T(x) aan die ontvanger.
1. Stop-en-Wag: Die sender stuur slegs een raam en wag dan totdat hy ’n
ERK/NEK vir daardie raam ontvang. Indien hy ’n ERK ontvang stuur
hy die volgende raam. Anders, indien ’n tydverstreke plaasvind of hy ’n
NEK ontvang stuur hy die raam oor. Met Stop-en-Wag is dit dus slegs
nodig om ’n buffer vir ’n enkele raam by die sender te hê. Verder is daar
ook geen probleem om die rame in volgorde te kry by die ontvanger nie.
Indien die ontvanger ’n raam buite volgorde kry omdat ’n raam (of meer
as een raam) weggeraak het, ignoreer hy dit bloot en stuur ’n NEK vir die
raam waarvoor hy wag. Hierdie protokol is veral geskik vir half-dupleks
kommunikasie waar die twee nodes om die beurt stuur. Die protokol het
egter ’n onnodig lae deurvoer in die geval van vol-dupleks kommunikasie,
veral as die voortplanting vertraging groter as die transmissie vertraging
is. Indien die punt-tot-punt verbinding egter kort is, is die deurvoer van
die protokol nog aanvaarbaar. Daar sal in die volgende paragraaf aandag
gegee word aan die kwantitatiewe analise van die Stop-en-Wag protokol.
5. Die ontvanger deel (modulo-2) T(x) deur G(x). Indien die res wat nou
verkry word 0 is, is die boodskap korrek ontvang. Indien ’n nie-nul res
verkry word is daar fout met die boodskap.
Gestel die raam B(x)=1101011011 moet gestuur word en die generator polinoom
is G(x)=x4 + x1 + 1=10011 (figuur 4.2). Die waarde van r is dus 4, maw die
polinoom is r + 1 bisse lank. Die raam word dus eers met 24 vermenigvuldig
om B(x) ∗ 24 =11010110110000 te lewer. Nadat B(x) ∗ 24 deur G(x) gedeel is
word ’n res R(x)=1110 verkry. R(x) word modulo-2 van B(x) ∗ 24 afgetrek om
T(x)=11010110111110 te lewer.
Daar is verskeie generator polinome wat as standaarde beskou word, bv.:
• CRC-12 = x 12 + x 11 + x 3 + x 2 + x 1 + 1 = 1100000001111
• CRC-16 = x 16 + x 15 + x 2 + 1 = 11000000000000101
2. Gaan-N-Terug of kontinue transmissie: Met hierdie protokol stuur die
sender aanhoudend rame sonder om te wag vir ’n ERK. Elke raam word
in ’n buffer by die sender gehou totdat ’n ERK vir die raam ontvang is.
Met die ontvangs van ’n ERK vir ’n raam kan die raam verwyder word en
die buffer vir ’n volgende raam gebruik word. Indien ’n NEK vir ’n raam
ontvang word, of tydverstreke vir die raam plaasvind word daardie raam
en al die rame wat daarop volg weer gestuur. Die sender moet dus genoeg
buffers hê om al die rame waarvoor nog vir ERK’e gewag word in te stoor.
Verder moet die sender oor ’n tydhou meganisme beskik waarmee vir elke
raam tyd gehou kan word van hoe lank vir ’n ERK gewag word. Aan die
ontvanger se kant moet daar weer getoets word of ’n raam foutloos is en
of dit in volgorde is. Indien nie moet ’n NEK gestuur word om aan te dui
• CRC-CCITT = x 16 + x 12 + x 5 + 1 = 10001000000100001
CRC-16 en CRC-CCITT sal alle enkel-bis en dubbel-bis foute, alle foute waar
’n onewe aantal bisse betrokke is en alle foutsarsies korter as 16 bisse uitvang.
Verder sal meer as 99.99% foutsarsies wat 17 bisse en langer is uitgevang word.
4.2 Basiese ARQ protokolle
Kommunikasie tussen nodes in ’n netwerk is gewoonlik asinkroon gevolglik is
daar nodigheid dat individuele pakkette sinkronisasie inligting bevat om bis

4.3. ANALYSIS OF THE STOP-AND-WAIT PROTOCOL 79
to the network layer of the receiver. It is obvious that the throughput of
this protocol, because of its pipe-line operation, will be superior to that
of the Stop-and-wait protocol.
Addendum 5
3. Selective repeat or selective reject: This protocol is basically the same
as the Go-back-N, except that only the frame that was received incorrectly
will be NAC’ed and will be sent again. In this case the receiver
should possess over a sufficiently large buffer to store the frames that have
been received out of the right sequence, to first sort them before passing
them on to the network layer in the correct sequence. This protocol has
lately become more attractive, because of the improvements in memory
technology and the accompanying drop in prices.
Network layer: Route
control capability
5.1 Introduction
The purpose of the network layer is to transfer packets from their source on
one end of the communication subnet, to their destination on the other end of
the subnet. The network layer makes use of the services of the data link layer,
to transfer frames over the various physical links ranging from the source to
the destination. The path from source to destination may pass a number of
nodes. Because the data link layer is concerned only with the transfer of frames
from one point of a link to the next, it differs from the network layer. The
result is that the network layer is the lowest layer of the OSI model handling
endpoint-to-endpoint traffic.
To achieve its purpose, the network layer has to know the topology of the
communication subnet so that routes may be chosen through the subnet. The
network layer has to choose the routes in such a way that no links will be
overloaded while other links are standing idle. If the source and the destination
are in different networks, it is the task of the network layer to span the differences
between the networks.
The network layer provides four services to the transport layer above it, i.e.:
1. Routing of packets through the subnet.
2. Congestion control.
3. Flow control.
4. Interlinking of different networks (internetworking).
5.1.1 Routing
In most subnets it is neccessary that packets should ”jump” a few times from
node to node. The exceptions are the so-called broadcasting networks, like
103

4.3. ANALISE VAN DIE STOP-EN-WAG PROTOKOL. 81
watter raam verwag word. Sodra ’n raam foutloos en in volgorde ontvang
is kan dit deurgegee word aan die netwerklaag van die ontvanger. Dit is
duidelik dat die deurvoer van hierdie protokol as gevolg van sy pyplyn
werking beter as die van die Stop-en-Wag protokol is.
Bylaag 5
Netwerklaag:
Roetebeheerfunksie
3. Selektiewe Herhaal of Selektiewe Verwerp: Hierdie protokol werk basies
dieselfde as Gaan-N-Terug behalwe dat slegs die raam wat foutief ontvang
word ge-NEK word en oor gestuur word. Dit is dus hier nodig dat die
ontvanger oor ’n groot genoeg buffer beskik om rame wat uit volgorde
is in te stoor sodat hulle eers gesorteer kan word voordat hulle dan in
volgorde aan die netwerklaag deurgegee word. Met die verbetering in
geheue tegnologie en die gepaardgaande daling in geheue pryse raak hierdie
protokol al hoe meer aantreklik.
5.1 Inleiding
Die netwerklaag se doel is om pakkette vanaf hulle oorsprong aan een kant van
die kommunikasie subnet tot by hulle eindbestemming aan die anderkant van
die subnet te kry. Die netwerklaag maak van die dienste van die dataverbindingslaag
gebruik vir die oordra van rame oor die verskillende fisiese vebindings
wat vanaf oorsprong tot eindbestemming strek. Die pad vanaf oorsprong tot
bestemming kan oor ’n hele aantal nodes strek. Daar is dus onmiddellik ’n
onderskeid wat met die dataverbindingslaag getref kan word aangsien laasgenoemde
slegs gemoeid is met die oordra van rame van een punt van ’n verbinding
na die ander. Ons het dus dat die netwerklaag die laagste laag in die OSI
model is wat eindpunt-tot-eindpunt verkeer hanteer.
Om in sy doel te kan slaag is dit dus nodig dat die netwerklaag oor kennis van
die topologie van die kommunikasie subnet beskik sodat roetes deur die subnet
gekies kan word. Die netwerklaag moet ook roetes so kies dat geen verbindings
oorlaai word nie terwyl ander verbindings niks het om te doen nie. Indien die
oorsprong en eindbestemming in verskillende netwerke geleë is, is dit ook die
netwerklaag se taak om die verskille tussen die netwerke te oorkom.
Die netwerklaag lewer vier dienste aan die transportlaag bokant hom, nl.:
1. Roetering van pakkette deur die subnet.
2. Kongestie beheer.
3. Vloei beheer.
4. Tussenverbinding van verskillende netwerke (internetworking).
105

5.1. INTRODUCTION 105
104 ADDENDUM 5. NETWORK LAYER
5.1.2 Congestion and flow control
CSMA/CD networks and satellite/radio networks like the ALOHA system. But
even in these cases it is still neccessary that routing should be done if the source
and the destination are on different networks.
When too many packets are in a section of the subnet, the functioning may deteriorate.
This situation is known as congestion. Under normal circumstances,
the number of packets delivered by the subnet, is proportional to the number
of packets introduced into the subnet, provided that the number of packets imported
are within its capacity. Except for the few packets that pick up errors
along the way and that have to be sent again, all packets that are imported are
delivered. However, when the packets imported exceed the capacity of the network,
the intermediary nodes will not be able to handle the number of packets,
so that they will start losing packets. Should the number of packets be further
increased, the functioning of the subnet will deteriorate further up to the point
that almost no packets will be delivered.
At every node, therefore, use is made of some algorithm to decide on which
outgoing link a package that was received should be sent off. If the network
makes use of datagrams, the choice is made for every packet that is received.
However, if the network makes use of virtual rings, the choice is made only once
during the set-up of the virtual ring. All packets to be sent over the virtual
ring, will then be sent via the same outgoing link.
Irrespective of whether the type of network is a datagram or virtual ring, there
are still a number of properties that are desirable in the routing algorithm. Some
of these properties are correctness, simplicity, robustsness, stability, fairness and
optimality.
One of the reasons why congestion occurs, is because the intermediary nodes are
too slow in doing the neccessary bookkeeping about the filling and emptying of
the buffers, the updating of tables, etc. Another reason is that the traffic exceeds
the capacity of the subnet. In both cases queues of packets will build up at the
nodes of the subnet, flooding the buffers. When all the buffers of a node are full,
the node cannot receive any more packets and all new packets arriving have to
be ”discarded”. Each node which had sent a packet which had been discarded,
will record a timeout on that packet and will send it again. The sender node also
cannot get rid of the packet before it had been acknowledged, so that its own
buffer is also kept occupied. The result is that the sending node will also get to
the stage when it has no more space in its buffers. In this way a congestion will
cause a build-up effect which will wash back to the source of the packets.
The essence of correctness and simplicity is self evident. Robustness is neccessary,
because when a large network is established, it should be functioning for a
long period (maybe even years) without any network-wide interruptions. However,
during that time some hardware or software are bound to fail. Nodes and
links will sometimes be down and the topology will be changing all the time.
Then also, there will be a persistant fluctuation in the traffic on the network.
The routing algorithm should be able to handle all these problems and should
keep routing the traffic without an initiation of the network to be required every
time. To do so, the network algorithm will have to monitor the operation of the
network, decide on routing based on the present topology and traffic through
the network, and implement these decisions. This means that in the routing
algortithm congestion control comes into play.
Congestion control is when excessive loads on some nodes is avoided, by requesting
nodes carrying a lesser load to postpone their transmissons for a while.
From this it is obvious that congestion control should address a global problem.
Flow control, on the other hand, is the management of the traffic over a pointto-point
link between two nodes. The purpose of flow control is to ensure that a
fast node will not send packets faster than they can be received by a slow node
at the other end of the point-to-point link. In flow control a direct feed-back
from receiver to sender usually takes place.
The routing algorithm is stable if the changes it makes go smoothly. Therefore
small alterations in the network traffic and network topology should result
in small alterations in the present routing. Instability is the situation where
the routing algorithm adjusts the routing through the network because of the
changes in the state of the network, and this results in a change in the traffic
through the network which then again requires an adjustment, etc.
5.1.3 Internetworking
A routing algorithm is fair if all packets will have to wait an equal time at all
nodes before being transferred. This definition can also be adjusted to include
different classes of priorities. If priorites (or service qualities as they are also
known) are assigned, then all packets of the same priority should have to wait
the same time.
Internetworking, just like congestion control, is closely associated with the routing
function of the network layer. In the case of internetworking the routing
problems are, however, compounded because the source and the destination of
the packets are not in the same subnet. So, for instance, is it possible that the
two networks containing the source and the destination nodes are not directly
linked. Then it is the task of the network layer to find a route through one or
more intermediary subnets. Over and above the routing problems, matters can
be even worse when the different subnets do not use the same protocols. Then
conversions between the different protocols have to be performed. Just imagine
the problems that will arise when packets have to be sent along both datagram
and virtual ring networks. A further problem may be that the addressing of
different networks may differ.
Optimality is a property that concerns the global operation of the routing algorithm.
Optimality includes different measurable aspects. One of these is that
the waiting time of packets should be kept as short as possible. If there are a
large number of packets which all have a small waiting time before being sent,
but a few with a long waiting time, then the average waiting time will be small.
But from the viewpoint of the packets which have to wait long, this situation is
not a fair one.

5.1. INLEIDING 107
106 BYLAAG 5. NETWERKLAAG
delde wagtyd laag wees. Die situasie is egter nie regverdig vanuit di oogpunt
van die enkele pakkette wat lang wagtye beleef.
5.1.1 Roetering
5.1.2 Kongestie en vloei beheer
Dit is in die meeste subnette nodig dat pakkette ’n aantal keer van node tot
node moet “spring”. Die uitsondering is sogenaamde uitsaai netwerke soos
CSMA/CD netwerke en satelliet/radio netwerke soos die ALOHA stelsel. Dit
is in hierdie gevalle nog steeds nodig om roetering te doen indien oorsprong en
eindbestemming op verskillende netwerke is.
Sodra daar te veel pakkette in ’n gedeelte van ’n subnet is kan werkverrigting
degradeer. Hierdie toedrag van sake staan as kongestie bekend. Onder normale
omstandighede is die aantal pakkette wat deur die subnet afgelewer word
eweredig aan die aantal pakkette wat in die subnet ingevoer is mits die aantal
pakkette wat ingevoer word binne die subnet se dravermoë of kapasiteit is. Behalwe
vir die enkele pakkette wat foute langs die pad optel en herversend moet
word, word alle pakkette wat ingevoer word dus afgelewer. Sodra die aantal
pakkette wat ingevoer word egter die kapasiteit van die netwerk oorskrei kan
die intermediêre nodes nie meer die hoeveelheid pakkette hanteer nie met die
gevolg dat hulle pakkette begin verloor. Indien die invoer verder verhoog word,
sal die subnet se werkverrigting nog verder verswak tot die punt dat byna geen
pakkette afgelewer word nie.
Daar word dus by elke node op die subnet van een of ander roetering algoritme
gebruik gemaak om te besluit op watter uitgaande verbindig ’n pakket wat
ontvang is uitgestuur moet word. Indien die netwerk van datagramme gebruik
maak word die keuse vir elke pakket wat ontvang word gedoen. Indien die
netwerk egter van vituele kringe gebruik maak word die keuse eenmaal gedoen
tydens die opstel van ’n virtuele kring. Alle pakkette wat dan oor die betrokke
virtuele kring gestuur word sal dan op dieselfde uitgaande verbinding uitgestuur
word.
Nieteenstaande die tipe netwerk, datagram of virtuele kring, is daar tog ’n
aantal eienskappe wat wenslik is van ’n roetering algoritme. Van die eienskappe
is korrektheid, eenvoud, robuustheid, stabiliteit, regverdigheid en optimaliteit.
Een oorsaak van kongestie is dat die intermediêre nodes te stadig is om die
nodige boekhouding te doen rondom buffers vul en leegmaak, tabelle op datum
hou ens. Nog ’n oorsaak is verkeer wat hoër is as die kapasiteit van die subnet.
In beide gevalle gaan daar toue van pakkette by die nodes in die subnet opbou
en dus gaan die buffers vol raak. Sodra al die buffers van ’n node vol is kan die
node nie meer pakkette ontvang nie en moet enige nuwe pakkette wat aankom
“weggegooi” word. Elke node wat ’n pakket gestuur het wat “weggegooi” is gaan
’n tydverstreke op daardie pakket kry en dit dus weer stuur. Die stuurende node
kan ook nie van die pakket ontslae raak voordat die pakket nie erken is nie, dus
word ’n buffer ook by hom opgehou. Die gevolg is dat die stuurende node ook
na ’n tyd oor geen oop buffers beskik nie en sodoende gaan die kongestie ’n
opdamming veroorsaak wat terug beweeg na die bron van die pakkette.
Die noodsaaklikheid van korrektheid en eenvoud is vanselfsprekend. Wat robuustheid
betref is dit nodig om te besef dat nadat ’n groot netwerk aan die gang
gesit is dit vir ’n lang tydberk (jare!) moet kan funksioneer sonder enige netwerkwye
onderbrekings. Maar gedurende daardie tyd sal daar beslis apparatuur en
programatuur wees wat faal. Nodes en verbidings sal afgaan en die topologie
sal dus voortdurend verander. Verder is daar ook voortdurende wisseling in
die verkeer wat deur die netwerk vloei. Die roetering algoritme moet al hierdie
probleme kan hanteer en verkeer aanhoudend roeteer sonder dat die netwerk
met elke verandering van vooraf geïnisieer word. Dit is dus nodig dat die roetering
algoritme voortdurend die netwerk se werking monitor, roetering besluite
neem op grond van die huidige topologie en verkeer wat deur die netwerk vloei
en om dan hierdie besluite te implimenteer. Daar is dus sprake van kongestie
beheer by die roetering algoritme.
Kongestie beheer kom daarop neer dat verhoed word dat sommige nodes buitensporig
oorlaai word deurdat nodes wat ’n ligter las dra versoek word om hulle
transmissies ’n rukkie uit te stel. Dit is dus duidelik dat kongestie beheer ’n
globale probleem moet aanspreek.
Aan die anderkant hanteer vloei beheer die verkeer oor ’n punt-tot-punt verbinding
tussen twee nodes. Die doel van vloei beheer is om te sorg dat ’n vinnige
node nie pakkette vinniger stuur as wat ’n stadiger node aan die ander kant
van die punt-tot-punt verbinding hulle kan ontvang nie. Vloei beheer behels
gewoonlik die direkte terugvoer vanaf die ontvanger na die sender van pakkette.
Die roetering algoritme is stabiel indien die veranderings wat dit aangebring
glad verloop. Klein veranderings in netwerk verkeer en netwerk topologie moet
dus klein veranderings in die huidige roetering teweeg bring. Onstabiliteit is die
situasie waar die roetering algoritme die roetering deur die netwerk aanpas op
grond van veranderings in die netwerk se huidige stand, net om weer te veroorsaak
dat die verkeer deur die netwerk verander waarop daar weer ’n aanpassing
gemaak moet word... en so aan.
5.1.3 Netwerk tussenverbinding
’n Roetering algoritme is regverdig indien alle pakkette by alle nodes ewe lank
wag voordat hulle aangestuur word. Hierdie definisie kan ook aangepas word
om verskillende klasse van prioriteite in te sluit. Indien daar van prioriteite, of
kwaliteite van diens soos dit ook bekend staan, gebruik maak, moet alle pakkette
met dieselfde prioriteit dus ewe lank wag.
Netwerk tussenverbinding is net soos kongestie beheer nou gekoppel aan die
roetering funksievan die netwerklaag. Met netwerk tussenverbinding word die
roetering probleme egter vererger aangesien die oorsprong en eindbestemming
van pakkette nie in dieselfde subnet is nie. Dit is byvoorbeeld moontlik dat
die twee netwerke wat die oorsprong en eindbestemming nodes bevat nie direk
verbind is nie. Dit is dan die taak van die netwerklaag om ’n roete deur een
of meer intermediêre subnette te vind. Behalwe die probleme rondom roeter-
Optimaliteit het weer te doen met die globale werking van die roetering algoritme.
Verskillende aspekte kan gemeet word wanneer dit kom by optimaliteit.
Een moontlikheid is om die gemiddelde wagtyd van pakkette so kort as moontlik
te hou. Indien daar dus ’n groot aantal pakkette is wat almal kort wagtye voor
versending deurbring met enkele pakkette wat lank moet wag, gaan die gemid-

5.2. ROUTING ALGORITHMS 107
106 ADDENDUM 5. NETWORK LAYER
5.2 Routing algorithms
Virtual Source Intermediary Destination
ring node node(s) node
V1 5 2 3 4
V2 1 2 3 6
V3 2 3 6 7 8
V4 4 3 6 5
V5 4 3 2 5
.
.
.
.
The entries in the route table of node 3 will then be as follows:
Virtual Exit
ring link
V1 4
V2 6
V3 6
V4 6
As mentioned abopve, it is the purpose of routing to find a route through a
subnet along which packets may be sent from a given source to a specific destination.
One possibility is to let the packets travel along a virtual ring, which
would mean that all packets belonging to a specific communication session would
follow the same route. Another possibility is that packets may travel independently
as datagrams through the subnet. In both cases a route table at each
node comes into play. In the case of a virtual ring, the route table will have an
entry for each virtual ring to indicate on which exit link the route of the ring
would lie. For datagrams the route table will have an entry for each possible
destination giving the exit link for the best route to that destination. In this
last case it is also possible to have a table containing a number of exit links,
each for a different route, arranged from best to worst. When a packet arrives
at a node, the node checks its route table to determine along which exit link the
packet has to be sent to finally reach its destination. These route tables have
to be compiled by the routing algorithm of the network layer.
V5 2
.
.
Consider for example the network in Figure 5.1. In the case of datagrams the
entries in the route table of (say) node 5 may appear as follows:
Each time a new virtual ring is set up, a new entry is made in the route table.
Information from a datagram route table may be used in the process. It is therefore
possible to have virtual rings from the same source to the same destination
running along different paths, such as virtual rings V4 and V5 in the example.
When a virtual ring is terminated, its entry is removed from the route tables.
Routing algorithms may be classified in different fashions. We distinguish for
instance, between non-adaptable or static routing algorithms and adaptable or
dynamic routing algorithms. In static routing algorithms the routing is not
based on the continuous measurement or estimation of the traffic, or on the
changes in the topology. In fact, the routing tables are determined in advance
when the network is set up, and is then installed on the different nodes. On the
other hand dynamic routing algorithms continually adapt the routing tables to
changes in the traffic through the subnet, as well as to changes in the topology
of the subnet.
Destination Exit Fraction
link
1 1 0.9
2 0.1
2 2 0.9
1 0.1
3 6 0.6
2 0.4
4 6 0.6
2 0.4
.
.
.
Another distinguishing factor is where the algorithm is executed. Some algorithms,
for instance, are executed on a specific node and calculate route tables
for all the nodes in the subnet. Such a node is known as the route control
centre. The route tables then have to be distributed throughout the network.
These algorithms are called centralised routing algorithms. The alternative is
decentralised routing algorithms where each node calculates its own route table.
A further distinguishing factor is the way in which optimality is calculated. One
possiblity is to find for each source-destination pair the the shortest or cheapest
path. We call this the shortest path routing. We shall consider this type of
algorithm in more detail. The other possibility is to minimise the network-wide
average waiting times. By this method it is possible that more than one route
may exist between a given source-destination pair, as shown in the example of
the datagram route tables above. Algorithms minimising network wide mean
waiting times are known as multipad or bifurcation routing algorithms.
The exit link is identified as the node at the other end of the point-to-point
link. There are more than one path to each of the other nodes. The choice
of path can be done randomly. For each packet arriving a random number is
generated in the interval [0, 1]. Suppose the destination of a packet is node 4.
If the random number generated is less than 0.6, the packet is sent to node 6,
otherwise it is sent to node 2. This means that node 5 will send 60% of the
packets destined for node 4 to node 6, and 40% to node 2.
In virtual rings, the routing tables will be specifying paths around the different
virtual rings. Suppose that the following virtual rings have been set up by
the network in Figure 5.1 (The numbers of the virtual rings are, for simplicity,
considered to be constant throughout the network):

5.2. ROETERING ALGORITMES 109
108 BYLAAG 5. NETWERKLAAG
60% van die pakkette wat vir node 4 bestem is na node 6 toe stuur en 40% na
node 2.
Die roetering tabelle met virtuele kringe word weer rondom die verskillende
virtuele kringe georganiseer. Gestel dat die volgende virtuele kringe deur die
netwerk in figuur 5.1 opgestel is (die virtuele kringe se nommers word ter vereenvoudiging
as konstant regdeur die netwerk beskou):
ing kan sake nog verder vererger word deurdat die verskillende subnette nie
dieselfde protokolle gebruik nie. Daar moet dan omskakelings tussen verskillende
protokolle gedoen word. Dink maar aan die probleme wat ervaar sal word
indien pakkette deur beide datagram en virtuele kring subnette gestuur moet
word. Nog ’n probleem is dat adressering in verskillende netwerke van mekaar
verskil.
Virtuele Oorsprong Intermediêre Eindbestemming
kring node node(s) node
V1 5 2 3 4
V2 1 2 3 6
V3 2 3 6 7 8
V4 4 3 6 5
5.2 Roetering algoritmes
V5 4 3 2 5
.
.
.
.
Die inskrywings in die roete tabel van node 3 lyk dan soos volg:
Virtuele Uitgaande
kring verbinding
V1 4
V2 6
V3 6
V4 6
V5 2
.
.
Soos reeds genoem is dit die doel van roetering om ’n roete deur ’n subnet te
verkry waarlangs pakkette vanaf ’n gegewe oorsprong tot ’n gegewe eindbestemming
gestuur kan word. Een moontlikheid is dat pakkette langs ’n virtuele kring
beweeg, in welke geval alle pakkette van ’n gegewe kommunikasie sessie langs
dieselfde roete sal beweeg. ’n Ander moontlikheid is dat pakkette afsonderlik
as datagramme deur die subnet beweeg. In beide gevalle is daar sprake
van ’n roete tabel by elke node. In die geval van virtuele kringe sal die roete
tabel ’n inskrywing vir elke virtuele kring bevat wat aandui op watter uitgaande
verbinding die virtuele kring se roete lê. By datagramme sal die roetetabel vir
elke moontlikke eindbestemming ’n inskrywing hê wat die uitgaande verbinding
bevat vir die beste roete na daardie eindbestemming. In laasgenoemde geval is
dit ook moontlik om ’n tabel te hê wat ’n aantal uitgaande verbindings bevat,
elk vir ’n ander roete, wat van beste tot slegste gerangskik is. Sodra ’n pakket
dus by ’n node aankom kyk die node net in sy roete tabel om vas te stel langs
watter uitgaande verbinding die pakket gestuur moet word om uiteindelik by sy
eidbestemming aan te kom. Hierdie roete tabelle moet deur die netwerklaag se
roetering algoritme opgestel word.
Elke keer wat ’n nuwe virtuele kring opgestel word, word ’n nuwe inskrywing
in die roete tabel gemaak. Inligting soos vervat in ’n datagram roete tabel kan
in die proses gebruik. Dit is dus dan ook moontlik om virtuele kringe vanaf
dieselfde oorsprong na dieselfde eindbestemming te hê wat langs verskillende
paaie loop soos virtuele kringe V4 en V5 in die voorbeeld. Wanneer ’n virtuele
kring getermineer word, word sy inskrywing uit die roete tabelle verwyder.
Beskou byvoorbeeld die netwerk in figuur 5.1. In die geval van datagramme kan
die inskrywings in (sê) node 5 we roete tabel soos volg lyk:
Roetering algoritmes kan op verskillende maniere geklassifiseer word. Een onderskeid
is tussen nie-aanpasbare of statiese roetering algoritmes en aanpasbare
of dinamiese roetering algoritmes. Met statiese roetering algoritmes word die
roetering nie gebasseer op die voortdurende meting of skatting van verkeer of
verandering in topologie nie. Die roetering tabelle word eerder vooruit bepaal
en dan op die verskillende nodes geïnstalleer met die opstel van die netwerk.
Dinamiese roetering algoritmes aan die ander hand pas voorturend die roete
tabelle aan by veranderinge in die verkeer wat deurdie subnet beweeg asook
veranderinge in die topologie van die subnet.
Bestemming Uitgaande Breukdeel
verbinding
1 1 0.9
2 0.1
2 2 0.9
1 0.1
3 6 0.6
2 0.4
4 6 0.6
2 0.4
.
.
.
Nog ’n onderskeid wat getref kan word is aan die hand van waar die algoritme
uitgevoer word. Daar is byvoorbeeld algoritmes wat op ’n spesifieke node uitgevoer
word en roete tabelle vir al die nodes in die subnet bereken. So ’n
node staan dan bekend as ’n roete beheer sentrum. Dit is dan nodig dat die
roete tabelle deur die netwerk versprei word. Hierdie algoritmes staan as gesentraliseerde
roetering algoritmes bekend. Die alternatief is gedesentraliseerde
algoritmes waar elke node sy eie roete tabel bereken.
Die uitgaande verbinding word geïdentifiseer as die node aan die ander punt van
die punt-tot-punt verbinding. Daar is meer as een mmontlike pad na elkeen van
die ander nodes. Die keuse van watter een van die paaie gebruik moet word kan
lukraak gedoen word. Met elke pakket wat aankom word daar eers ’n waarde
lukraak in die interval [0, 1] gegenereer. Gestel die bestemming vir ’n pakket is
node 4. Indien die kansgetal wat gegenereer is kleiner is as 0.6 word die pakket
na node 6 aangestuur, anders word dit na node 2 aangestuur. Node 5 sal dus

5.2. ROUTING ALGORITHMS 109
108 ADDENDUM 5. NETWORK LAYER
j is given by l(i, j). If nodes i and j are not directly linked, the cost between
them is given by l(i, j) = ∞. Also the cost of the shortest path from each node
v to the source node b is given by A(v). The exit link (next node) on this path
is given by O(v). For each node the pair [O(v),A(v)] is calculated. With the
iterations of the algorithm the value A(v) may become smaller and O(v) may
change to indicate the cost and the exit link on a shorter path. Node O(v)
finally, is the parent of node v in the shortest path tree of node b.
The algorithm has two parts, i.e. an initialisation step and a step that is repeated
until the algorithm terminates. The algorithm works as follows (with b the
source node):
1. Initial ring step:
• Place the source node in the set N, therefore N = {b}.
• Calculate [O(v),A(v)] for each node v not in N:
[b,l(b,v)] if nodes v and b are directly linked
[O(v), A(v)] =
[·, ∞] anders
• Place node b as the root node in the shortest path tree.
2. Iterative step:
Figure 5.1: Example network
• From the nodes not in N, find the node w with the smallest A(w).
5.2.1 Shortest path routing
• Add w to N.
• Add node w as a child of node O(w) in the shortest path tree.
• Recalculate [O(v),A(v)] for all nodes v which are not in N.
[O(v), A(v)] = inf cost([O(v),A(v)], [w, A(w) + l(v, w)]).
• Repeat this step until all nodes are in N.
In shortest path routing an attempt is made to minimise the cost of the route
between every source-destination pair. It may therefore also be called lowest
cost routing. The cost of a link may depend on various factors. It may inter
alia be a function of the physical length, of the bandwidth and of the security
of the link. The number of intermediate nodes on a route may also contribute
to the cost of the route. We consider two centralised algorithms, one due to
Dijkstra and the other due to Ford and Fulkerson.
Example
Consider the network in Figure 5.1. Choose node 4 as the source node, then we
get:
Dijkstra’s algorithm
Step N [O(v),A(v)]
1 2 3 5 6 7 8
Initiating {4} [·, ∞] [·, ∞] [4, 4] [·, ∞] [·, ∞] [·, ∞] [·, ∞]
1 {3,4} [·, ∞] [3, 8] [4, 4] [·, ∞] [3, 9] [·, ∞] [·, ∞]
2 {2,3,4} [2, 11] [3, 8] [2, 13] [3, 9] [·, ∞] [·, ∞]
3 {2,3,4,6} [2, 11] [6, 11] [3, 9] [6, 13] [·, ∞]
4 {1,2,3,4,6} [2, 11] [6, 11] [6, 13] [·, ∞]
5 {1,2,3,4,5,6} [6, 11] [6, 13] [·, ∞]
6 {1,2,3,4,5,6,7} [6, 13] [7, 16]
7 {1,2,3,4,5,6,7,8} [7, 16]
FINAL [2, 11] [3, 8] [4, 4] [6, 11] [3, 9] [6, 13] [7, 16]
This algorithm determines the shortest or cheapest path from a specific node,
the source node, to all the other nodes in a network. However, the algorithm
requires information about the global topology of the network. The algorithm,
in a step-by-step procedure, builds a shortest path tree of the network. The
algorithm terminates when a shortest path has been found to the furthest node.
The root node in the tree is then the one for which the shortest paths to all the
other nodes are required. After the kth step has been performed, the shortest
paths to the k nodes closest to the source will be available. The nodes to which
the shortest routes have already been found, are placed in a set N. If there are
M nodes in the network, the algorithm will require M steps to construct the
shortest path tree.
For each step the [O(v),A(v)] pair of the node with the lowest cost (shortest
path) is underlined. The values cannot change and therefore they are not shown
in the table any more. The shortest path tree built for node 4 (in the network
of Figure 5.1), is shown in Figure 5.2.
Some information is required for the algorithm, such as the distance or cost
between each pair of nodes in the network. The cost between node i and node

5.2. ROETERING ALGORITMES 111
110 BYLAAG 5. NETWERKLAAG
stap vir stap ’n kortste pad boom van die netwerk op. Die algoritme termineer
sodra die kortste pad na die verste node gevind is. Die wortel node in die boom
is dan die een waarvoor die kortste paaie na al die ander nodes verlang word.
Nadat die k’e stap uitgevoer is sal die kortste paaie na die k nodes naaste aan
die bron node beskikbaar wees. Die nodes waarheen kortste paaie reeds gevind
is word in ’n versameling N geplaas. Indien daar M nodes in die netwerk is sal
die algoritme M stappe benodig om die kortste pad boom op te stel.
Vir die algoritme word die volgende inligting benodig: Die afstand of koste
tussen elke paar nodes in die netwerk. Die koste tussen node i en node j word
gegee deur l(i, j), Indien nodes i en j nie direk verbind is word die koste tussen
hulle gegee deur l(i, j) = ∞. Verder word die koste van die kortste pad vanaf
elke node v na die bron node b gegee deur A(v). Die uitgaande verbinding
(volgende node) op hierdie pad word gegee deur O(v). Vir elke node word die
paar [O(v), A(v)] bereken. Soos die algoritme itereer kan A(v) kleiner word en
O(v) verander om die koste van en uitgaande verbinding op ’n korter pad aan te
dui. Node O(v) is dan uiteindelik die ouer van node v in die kortste pad boom
van node b.
Die algoritme het twee dele, nl. ’n inisiërings stap en ’n stap wat herhaal word
totdat die algoritme termineer. Die algoritme lyk soos volg (met node b die
bron node):
1. Inisiëring stap:
• Plaas die bron node in die versameling N, dus N = {b}.
• Bereken [O(v), A(v)] vir elke node v nie in N nie:
[b, l(b, v)] as nodes v en b direk verbind is
[O(v), A(v)] =
[·, ∞] anders
Figure 5.1: Voorbeeld netwerk
• Plaas node b as wortel node in die kortste pad boom.
2. Iteratiewe stap:
Nog ’n onderskeid kan getref word op die wyse waarop optimaliteit bereken
word. Die een moontlikheid is om vir elke gegewe oorsprong-eindbestemming
paar die kortste of goedkoopste pad te vind. Hier word dus gepraat van kortste
pad roetering. Ons sal in meer detail ingaan op hierdie tipe algoritmes. Die
ander moontlikheid is dat die netwerkwye gemiddelde wagtye geminimeer word.
Dit is in hierdie geval moontlik dat daar meer as een roete tussen ’n gegewe
oorsprong-eindbestemming paar kan bestaan soos in die voorbeeld van datagram
roetetabelle hierbo. Algoritmes wat netwerkwye gemiddelde wagtye minimeer
staan as multipad of bifurkasie roetering algoritmes bekend.
• Kry uit die nodes wat nie in N is nie die node w met die kleinste
A(w).
• Voeg w by N.
• Voeg node w as ’n kind van node O(w) in die kortste pad boom by.
• Herbereken [O(v), A(v)] vir alle nodes v wat nie in N is nie.
5.2.1 Kortste pad roetering
[O(v), A(v)] = inf koste([O(v), A(v)], [w, A(w) + l(v, w)]).
• herhaal hierdie stap totdat alle nodes in N is.
Voorbeeld
Beskou die netwerk in figuur 5.1. Neem node 4 as die bron node, dan het ons:
Met kortste pad roetering word daar gepoog om die koste van die roete tussen
elke oorsprong-eindbestemming paar te minimeer. Ons kan dus ook praat van
laagste koste roetering. Die koste van ’n verbinding kan verskillende vorms
aanneem. Dit kan ’n funksie wees van onder andere die fisiese lengte, bandwydte
en sekuriteit van die verbinding. Verder kan die aantal intermediêre nodes op
’n roete deel uitmaak van die roete se koste. Ons beskou twee gesentraliseerde
algoritmes, een te danke aan Dijkstra en die ander aan Ford en Fulkerson.
Stap N [O(v),A(v)]
1 2 3 5 6 7 8
Inisiëring {4} [·, ∞] [·, ∞] [4, 4] [·, ∞] [·, ∞] [·, ∞] [·, ∞]
1 {3,4} [·, ∞] [3, 8] [4, 4] [·, ∞] [3, 9] [·, ∞] [·, ∞]
2 {2,3,4} [2, 11] [3, 8] [2, 13] [3, 9] [·, ∞] [·, ∞]
3 {2,3,4,6} [2, 11] [6, 11] [3, 9] [6, 13] [·, ∞]
4 {1,2,3,4,6} [2, 11] [6, 11] [6, 13] [·, ∞]
5 {1,2,3,4,5,6} [6, 11] [6, 13] [·, ∞]
6 {1,2,3,4,5,6,7} [6, 13] [7, 16]
7 {1,2,3,4,5,6,7,8} [7, 16]
FINAAL [2, 11] [3, 8] [4, 4] [6, 11] [3, 9] [6, 13] [7, 16]
Dijkstra se algoritme
Hierdie algoritme vind die kortste of goedkoopste pad vanaf ’n spesifieke node,
die bron node, na al die ander nodes in ’n netwerk. Die algoritme benodig egter
inligting aangaande die globale topologie van die nerwerk. Die algoritme bou

5.2. ROUTING ALGORITHMS 111
110 ADDENDUM 5. NETWORK LAYER
The Ford and Fulkerson algorithm
The algorithm of Ford and Fulkerson also has two parts, just as was the case for
the algorithm of Dijkstra, i.e. an initiating step and a step that is repeated until
the algorithm terminates. The iterative step, however, in this case terminates as
soon as it performs an iteration in which no change takes place. The algorithm
is (let node b be the source node):
1. Initiating step:
Let A(b) = 0, for all the other nodes [O(v),A(v)] = [·, ∞].
2. Iterative step: For all nodes v = b:
• Calculate A(w)+l(v,w) for all nodes w linked directly to v. Use the
present values A(w) of each node w.
• Calculate
[O(v),A(v)] = minw([w, A(w) + l(v,w)]).
The value O(v) is the parent of each node v in the shortest path tree. These
values can therefore be used to set up the shortest path tree for node b.
Example
Once again consider the network of Figure 5.1. Suppose again that node 4 is
the source node, then we get:
Step [O(v),A(v)]
1 2 3 5 6 7 8
Initiation [·, ∞] [·, ∞] [·, ∞] [·, ∞] [·, ∞] [·, ∞] [·, ∞]
1 [·, ∞] [·, ∞] [4,4] [·, ∞] [3,9] [6, 13] [7, 16]
2 [·, ∞] [3,8] [4,4] [6, 11] [3,9] [6, 13] [7, 16]
3 [2, 11] [3,8] [4,4] [6, 11] [3,9] [6, 13] [7, 16]
4 [2, 11] [3,8] [4,4] [6, 11] [3,9] [6, 13] [7, 16]
From the values of O(v) we once again get the shortest path tree as shown in
Figure 5.2.
Figure 5.2: Shortest path tree for node 4 of the network in figuur 5.1

5.2. ROETERING ALGORITMES 113
112 BYLAAG 5. NETWERKLAAG
Met elke stap word die node met die laagste koste (kortste afstand) se [O(v), A(v)]
paar onderstreep. Die waardes kan nie weer verander dus word hulle ook nie
verder in die tabel getoon nie. Die kortste pad boom wat vir node 4 (in die
netwerk van figuur 5.1) op gebou is word in figuur 5.2 getoon.
Ford en Fulkerson se algoritme
Die algoritme van Ford en Fulkerson het nes Dijkstra se algoritme twee dele,
nl. ’n inisiërings stap en ’n stap wat herhaal word totdat die algoritme termineer.
Die iteratiewe stap termineer nou egter sodra dit ’n iterasie gedoen het
waartydens geen verandering plaasgevind het nie. Die algoritme lyk soos volg (
Die algoritme het twee dele, nl. ’n inisiërings stap en ’n stap wat herhaal word
totdat die algoritme termineer. Die algoritme lyk soos volg (gestel node b is die
bron node):
1. Inisiëring stap:
Stel A(b) = 0, vir al die ander nodes [O(v), A(v)] = [·, ∞].
2. Iteratiewe stap: Vir alle nodes v = b:
• Bereken A(w)+l(v,w) vir alle nodes w wat direk met v verbind is.
Gebruik die huidige waardes A(w) van elke node w.
• Bereken
[O(v), A(v)] = minw([w, A(w) + l(v, w)]).
Die waarde O(v) is die ouer van elke node v in die kortste pad boom. Hierdie
waardes kan dus gebruik word om die kortste pad boom vir node b op te stel.
Voorbeeld
Beskou weereens die netwerk in figuur 5.1. Neem weer node 4 as die bron node,
dan het ons:
Stap [O(v),A(v)]
1 2 3 5 6 7 8
Inisiëring [·, ∞] [·, ∞] [·, ∞] [·, ∞] [·, ∞] [·, ∞] [·, ∞]
1 [·, ∞] [·, ∞] [4, 4] [·, ∞] [3, 9] [6, 13] [7, 16]
2 [·, ∞] [3, 8] [4, 4] [6, 11] [3, 9] [6, 13] [7, 16]
3 [2, 11] [3, 8] [4, 4] [6, 11] [3, 9] [6, 13] [7, 16]
4 [2, 11] [3, 8] [4, 4] [6, 11] [3, 9] [6, 13] [7, 16]
Uit die waardes van O(v) word dan weereens die kortste pad boom soos in
figuur 5.2 verkry.
Figure 5.2: Kortste pad boom vir node 4 van die netwerk in figuur 5.1