İletişim Ağları. İletişim Ortamları Hata Tespiti ve Hata Düzeltme Yöntemleri. Dr. Öğr. Üyesi Serap Karagol

İletişim Ağları

İletişim Ortamları

Hata Tespiti ve Hata Düzeltme Yöntemleri 09 3/0 /2021

İletişim Ortamları

Yapısal Kablolama

 Bir bilgisayar ağı kurulurken en önemli unsurlardan iki tanesi teknoloji seçimi ve kablolama alt yapısıdır.

 Tüm sistemin performansını ve bağlantı esnekliğini doğrudan etkiler.

 Uygulamada çeşit çeşit kablo türleri, bağlantı konektörleri vardır.

 Bilgisayar sisteminin bu kadar yaygınlaşmadığı dönemlerde, bina içi ve binalar arası iletişim kablolamasında tüm üreticilerin uyduğu bir standart yoktu ve kablolama alt

yapısı çoğunlukla ya uygulamaya veya üreticiye göre farklılık gösteren özel sistemlerdi.

 Dolayısıyla farklı üreticilerin cihazlarını veya sistemlerini aynı iletişim ortamı içinde karşılıklı çalıştırma sorunu vardı.

 Standart tanımlamaları yapılarak kabloların kullanım şekilleri ve alanları belirlenmiştir.

 Örneğin; IBM firması kendi sistemleri için farklı kablolama ve sonlandırma uçları kullanırken DEC firması kendine özgü bir yapı kullanabilmekteydi.

Yapısal Kablolama

 Bu standart veri iletişiminde kullanılacak kablolama alt yapısı için

o kablo türlerini,

o fiziksel bağlantı biçimlerini,

o kablo üzerinde taşınacak verinin kodlama frekanslarını o ve buna benzer bir çok özelikleri tanımlamıştır

 Üreticiler de bu standartlara uyarak cihazlarını üretirler.

 Bu amaçla, önemli iki standart ortaya çıkmıştır.

o ANSI/TIA/EIA-568-A o ISO/IEC 11801

 EIA-568/A’da kablolar CAT2, CAT3, CAT4, CAT5,CAT6 diye ayrılır.

 ISO 11801’de ise kablolar A,B,C,… şeklinde sınıflandırılmıştır.

Koaksiyel (Eş eksenli) Kablo

 Merkezde iletken bir kablo (bakır), kablonun dışında yalıtkan bir tabaka, onun üstünde metal örgülü bir koruma kılıfı ve en dışta yalıtkan bir dış yüzeyden oluşmaktadır.

 Televizyon kablosunun daha esnek ve ince olanıdır.

 Bakır tellerden ve üzerinde manyetik korumadan ibarettir.

Koaksiyel (Eş eksenli) Kablo

 İki çeşittir

o İnce (Thin Coax), taşıma mesafesi 185m

o Kalın (Thick Coax), 500 metredir

Koaksiyel Kablo Konnektör

 BNC (British Naval Connector) konnektör

o Eş eksenli kablolarda kullanılır

 BNC-T konnektör

o 10Base2 sistemlerde kullanılır.

o İki kablo ucunu ve Ethernet kartını bağlamak için kullanılır.

 BNC Barrel Konnektör

o İki kabloyu birleştirmek için kullanılır..

Koaksiyel 10Base2 Kablo Kuralları

 10Mbs hızında

 Segment yani bilgisayarları dolaşan kablo enfazla 185m olabilir.

 Aynı segmente 30'dan fazla makine bağlanamaz.

 Her bir makine arasında en az 0.5m mesafe bırakılmalıdır.

Çift Burgulu Kablolar (Twisted –Pair)

 Network haberleşmesinde en çok kullanılan kablo türüdür.

 Ucuz ve döşemesi kolaydır.

 Dolanmış çift kablolarda kablo çiftlerinin olabildiğince birbirinden

uzaklaştırılmaması gerekmektedir.

 Tek (örneğin dahili hatlarda), dört (oldukça yaygındır) veya sekiz çift kablodan

oluşabilir

o UTP (Unshielded Twisted Pair) o STP (Shielded Twisted Pair)

Kaplamasız Çift Burgulu Kablo (UTP)

 Bilgisayar ağlarında en çok kullanılan kablo türüdür.

 İkişer ikişer birbirine dolanmış dört çift kablonun bir dış yalıtkan kılıf içine yerleştirilmesiyle üretilirler.

 Bu kablolarda sonlandırmak için RJ-45 adı verilen ve 8 uca sahip bir konnektör (birleştirici) kullanılmaktadır.

Kaplamalı Çift Burgulu Kablo (STP)

 UTP kablolarda olduğu gibi 8 iletkenden oluşmaktadır.

 UTP den tek farkı kabloların dışında bulunan metal kaplamadır.

 Bu kaplamanın amacı veriyi elektromanyetik kirlilikten korumaktır.

 UTP kablolara göre daha pahalıdır. STP kabloların kurulumu daha zahmetlidir.

Çift Burgulu Kablo

 IEEE standartlarına göre;

 10Base-T (10 Mbps),

o 10BaseT star bus topoloji kullanan ethernet kablolama sistemini tanımlar.

o 10 maksimum hızı yani 10Mbit çalıştığını

o T harfi kullanılan kabloyu belirtir (Twisted Pair)

o Node-Node arasındaki kablo uzunluğu 100m'yi geçmez.

 100Base- T (100 Mbps)

 1000Base- T (1000 Mbps)

Fiber Optik Kablo (Fiber Optic Cable)

 Fiber optik kablo, temelde bir sinyali iletmek için elektrik akımı yerine ışığı kullanan bir iletim aracıdır.

 Optik fiber kablolar, kendi boyunca içinden ışığı yönlendirebilen plastik veya cam fiberlerden oluşmuştur.

 Dalga boyları telin kalınlığını belirler.

 İçinde saf cam bulunan ve dışı tamamen yansıtıcı bir yüzeyle kaplı olan fiber kablo ışığı soğurmaz ve idealde kayıpsız iletilmesini sağlar.

 Cam tamamen saf değilse sinyalde bir düşüş olacaktır.

Fiber Optik Kablonun Avantajları

 Boyutları ve buna bağlı olarak ağırlıkları çok azdır.

 Işık yada bu frekanstaki işarete dış elektriksel gürültülerin etkisi olmaz.

 Bir fiber kablonun içindeki ışık ile komşu kablodaki ışık arasında herhangi bir girişim olmaz.

 Fiber optik kablolardaki zayıflama, diğer iletim sistemlerindeki zayıflamalardan çok daha azdır.

 Fiber optik sistemler çok geniş bantlıdır.

Fiber Optik Kablonun Avantajları

 Fiber optik malzemenin maliyeti gün geçtikçe düşmektedir. Buna bağlı olarak da fiber optik kablolar kullanılarak kurulan sistemlerin maliyeti düşmektedir.

 Dünyadaki bakır kaynakları sınırlıdır. Hammaddesi cam ve kum olan fiber optik kabloların maliyetlerinin yükselmesi mümkün görülmemektedir.

 Güvenlik açısından da fiber malzeme yalıtkan özelliğinde olduğu metalik hatlardaki kısa devre ve gerilim çarpmaları fiber kablolarda oluşmaz.

 Fiber malzemelerin çevrede yaratacağı korozyon çok azdır.

Fiber Optik Kabloların Çeşitleri

 Cam fiberler

o Çekirdeği ve kılıfı camdan imal edilirler.

o Veri iletimi açısından en iyi performansı gösterirler.

o Yapısında kullanılan cam, çok saf silikon dioksit veya kuartz kristalidir.

 Plastik kaplı silisyum siber

o Cam çekirdeğe ve plastik kılıfa sahiptirler o Fiyat olarak cam fiberlere göre daha ucuzdurlar

ama performans olarak daha verimsizdirler.

 Plastik fiberler

o En ucuz fiber tipidir.

o Çekirdeği de kılıfı da plastiktir.

Kaplaması yoktur. Kısa mesafe iletimi için

Yapısal Kablolama Mimarisi

Üç omurgaya ayrılır.

1. KAMPÜS OMURGASI : Birkaç km’lik çaplı olan içerisinde bulunan binaların birbirine bağlanmasını sağlar. Genel olarak FO kablo(MMF veya SMF) kullanılır.

2. BİNA OMURGASI: Binadaki katlar arası bağlantıyı ve bina içerisinde bulunan sistem odaları arasındaki ana bağlantıları kapsar. Genel olarak FO veya Cat5 bakır UTP kablo kullanılır

3. YATAY KABLOLAMA: Bina içerisindeki sistem odalarında bilgisayarlara veya diğer sayısal sistemlere yapılan bağlantıyı içerir.

o Genel olarak UTP Cat5 kablo kullanılması hız-maliyet dengesini optimum yapmaktadır.

o Kablo, bina içine 3-5 metreden fazla girmeden sonlandırılıp bina omurgası ile birleştirilir.

o Bu nedenle bina girişlerinde kampüs omurgası ile bina omurgasını birleştiren sonlandırma kutuları koyulur.

o Binalar arasına döşenen kablo hem o anki gereksinimi karşılamalı hem de yedek anlamında

Hata Tespiti ve Hata Düzeltme

Yöntemleri

Hata Tespiti

 Elektronik ortamda veri aktarımları her zaman ideal şekilde gerçekleşmez.

 Cihazlar arası ve cihaz içi haberleşmelerde veri iletimi sırasında veri bitlerinde bozulmalar meydana gelebilir.

 Bu veri bitleri günümüzde hata olarak algılanıp belirli bir düzeye kadar düzeltilebilmektedir.

 Veri alışverişi sırasında alıcı ve verici arasında gönderilen bitlerde bazen bozulmalar yaşanır.

 Bunlar ilk olarak hata algılama (error detection) dediğimiz tekniklerle belirlenir. Sadece hatanın oluştuğunu ve verinin doğru şekilde iletilmediğini biliyorum.

 Bu durumda iki seçenek vardır

o Alıcı vericiye bir mesaj iletir ve verinin yeniden gelmesini sağlar ki bu verinin orjinal hali gelene kadar sürecektir.

o Diğeri ise alıcı bu mesajı kendi bildiği teknik ve kod ile çözümleyerek hangi bitin hatalı

olduğunu tesbit eder ve düzeltir. Burada kendi bildiği teknik ve kod aynı zamanda vericininde uyguladığı teknik ve kod ile aynı olmalıdır.

Hata ve Çeşitleri

 Hata algılama (Error detection) : Alıcıya gönderilen verinin gürültü ve diğer faktörlerin neden olduğu bozulmaların algılanması işlemidir.

 Hata düzeltme (Error correction) : Alıcının gönderilen verideki oluşan bozulmaları gidererek orjinal veriyi elde etmesi işlemidir.

 Hata tespiti; veri iletimi sırasında farklı nedenlerle bozulan veriyi tespit etme işlemidir.

1. Patlama (burst): çevre koşulları nedeniyle bir süre alıcıya gerçek olmayan anlamsız bilgiler gelir. Bu süre 1-100 ms olabilir.

2. Rastgele (random) : iletim yolundaki gürültü nedeniyle bilgi katarı

Hata Tespit Yöntemleri

 Hata tespiti için bir çok yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntemlerin hemen hepsinde hata tespiti amacı ile veriye bilgi eklenmektedir.

 En bilinen hata tespit mekanizmaları

o Yankılama o Eşlik denetimi

o İki boyutlu eşlik denetimi o Sağlama

o Döngüsel artıklık denetimi

Yankılama

 Bu yöntem bir ana sisteme bağlı terminallerde kullanılmaktadır.

 Çalışma Şekli:

o Terminalde tuşa basıldığında bu tuşa karşı düşen karakter ana sisteme gider;

o Ana sistem hem bu karakteri işler, hem de gönderen terminale geri yankılar.

o Terminal ana sistemden gelen bu karakteri gönderdiği ile karşılaştırır veya ekranda gösterir.

o Böylece terminal başındaki kullanıcı hatalı aktarımları görebilir.

Eşlik Denetimi (Parity Check)

 Aktarılan veride oluşan tek sayıda hatayı sezmek için kullanılır.

 Amaç, verideki birlerin sayısını tek ya da çift olacak şekilde düzenlemektir.

Bu amaçla veriye bir eşlik biti eklenir.

 Eşlik biti 1 ya da 0 yapılarak tüm veri grubunun içindeki 1’lerin sayısının çift ya da tek olması sağlanır.

 Birlerin sayısının çift olmasına çift eşlik, tek olmasına da tek eşlik durumu denir.

 Bu yöntem ile veride oluşabilecek çift sayıda hata tespit edilememektedir.

 Eşlik biti bir bit dizisi içerisinde tek sayıda olan (1,3,5,…adet) hatayı sezmek için kullanılır.

Tek E şlik Sınaması

 Veri : 0110

 Tek eşlik bitinin hesaplanması ~(Xor)

~(0^1^1^0) =1

 Gönderilecek Veri : 01101

1. Yöntem 2. Yöntem

Çift E şlik Sınaması

 Veri : 0110

 Çift eşlik bitinin hesaplanması (Xor) (0^1^1^0) = 0

 Gönderilecek Veri : 01100

1. Yöntem 2. Yöntem

İki Boyutlu Eşlik Denetimi (Two Dimension Parity Check)

 Birden çok bit dizisi içeren verilerdeki hatayı sezmek ve kısmi olarak düzeltmek için kullanılır.

 Bu teknik eşlik biti sınamasının hem satır hem de sütun için yapılmasıdır.

 Bu yöntemde aynı pozisyondaki çift sayıda bitin bozulması sezilemez. Ancak, diğer şekillerdeki bir bitin bozulması hem sütun hem de satır eşlik bitini etkileyeceği için hatanın yerini de bulmak ve dolayısıyla hatayı düzletmek mümkün olur.

 Her bir veriye bir eşlik biti eklenirken aynı sıra numarasındaki

Örnek: LRC- Boyuna Fazlalık Sınaması

 Çift eşlik sınaması yapılmıştır

Bir Bit Hatası İki Bit Hatası

Sağlama (Checksum)

 Veri içerisinde belirli sayıdaki bit (8, 16 veya 32 bit) grupları toplanarak bir sayı elde edilmektedir.

 Bu sayı verinin arkasına sağlama değeri olarak eklenip gönderilmektedir.

 Alıcı taraf veriyi aldığında benzer işlemi yaparak çıkan sonucu sağlama değeri ile karşılaştırmaktadır.

 Sağlama değerinin hesaplanması için veri 8 bitlik gruplar halinde toplanmaktadır.

 83+69+76+65+77=370 =101110010

Döngüsel Artıklık Denetimi

(CRC- Cyclic Redundancy Check)

 CRC yöntemi veri bloklarındaki hataları algılamak için kullandığımız başka bir tekniktir.

 Bu teknik seri haberleşmede hata algılamak için yaygın olarak kullanılır.

 Checksum yönteminin aksine burada karakter bazlı bir kontrol söz konusu değildir.

 Veri bloğunu bir dizi olarak ele alır ve değerlendirir.

 2 bitten fazla sayıdaki bozulmaları algılar.

 Yöntem temel olarak bir kod üretip bunu verinin sonuna ekler ve karşıya iletir.

 Her iki tarafın bildiği bir kod ile bu veri bölme işlemine tabi tutularak kontrol edilir.

Döngüsel Artıklık Denetimi

(CRC- Cyclic Redundancy Check)

 Döngüsel artıklık denetiminin yazılımsal olarak uygulanması için belli uzunluktaki bit dizilerine ihtiyaç duyulmaktadır.

 Bu bit dizilerine CRC polinomu denmektedir.

 Verinin sonuna CRC polinomunun bit sayısının bir eksiği kadar sıfır

eklenmesinden sonra CRC polinomuna bölümünden kalanın hesaplanmasıdır.

 Bölümden kalan bit dizisine çerçeve kontrol dizisi (Frame Check Sequence - FCS) denilmektedir.

 Hatanın belirlenmesi amacı ile hesaplanan FCS gönderilecek veriye eklenmektedir.

alıcıya ulaştığında aynı CRC polinomuna bölünerek kalan değere bakılır.

Örnek- CRC-6

Veri (10 bit) : 1110100011

Bölme işleminde kullanılacak veri (16 bit) : 1110100011000000

7-bit CRC polinomu: 1000011 (x⁶+x+1)

FCS : 010000

Gönderilecek Veri (16 bit) : 1110100011010000

Hata Düzeltme Teknikleri

 Hata olduğunda sezilmesi ve bazı durumlarda bozulmanın onarılması LRC ve CRC’ de de mümkün olmaktadır.

 Sezilemediği durumlarda otomatik tekrarlama isteği bilgisi gönderilerek hatalı olan verinin tekrar gönderilmesi istenebilir.

 Bazı uygulamalar var ki, gönderici tekrar gönderemeyebilir veya göndermesi zordur, dolayısıyla uygun kodlama ile hatanın alıcıda düzeltilmesine çalışılır.

Hata düzeltme kodlaması kullanılırsa, alıcı, vericinin gönderdiği

Hata Düzeltme Teknikleri

 Daha çok, hatayı alıcıda düzeltmek için kullanılan en yaygın olarak kullanılan yöntemdir.

 Her bir sözcüğün yolda j bitinin bozulması durumunda, hatayı

düzeltmenin mümkün olduğu kod’a j bit hata bağışıklığı olan kod denir.

 Örneğin 4 bitlik data ve 3 adet parity biti kullanan Hamming (7,4)

kodunda, 7 bitlik bir kod sözcüğü elde edilir. 4 bit veri biti, 3 bit parity biti olarak.

 Genellikle sözcüğün sadece tek bir bitinin yolda bozulabileceği kabul edilen uygulamalarda kullanılır.

Hamming Kodlama: 1. Yöntem

 Örneğin, aynı anda yalnız 1 bitin bozulduğu varsayılarak,

 (a0, a1, a2, a3) veri bitlerini ve (a4, a5, a6) ise Hamming bitlerini ifade etsin.

 Bu durumda 7 bitlik bir sözcük elde edilir.

 Düzeltme bitleri aşağıdaki formulasyonla hesap edilir;

 Bu şekilde elde edilen bitler ile sözcük oluşturulup alıcıya

Hamming Kodlama: 1. Yöntem

 Alıcı tarafta okunan bitler, a0‘, a1’ , a2’, a3’, a4’, a5’, a6’ olsun.

 Alınan bitlere göre hesaplanan düzeltme bitleri;

 şeklindedir. Alıcı tarafta alınan ve hesaplanan bitlerin karşılaştırılması;

 Sonucunda s4, s5, s6 bitlerinin sonuçları 0 olursa gönderilen ve alınan sözcük doğrudur.

Hamming Kodlama: 1. Yöntem

 s4, s5, s6 bitlerinin geriye kalan 7 kombinasyonu ise, hatanın hangi bitte olduğunu sezmeye ve düzeltmeye yarar.

Örnek-1

 Veri 1011 olsun. Yani a0=1 , a1=0, a2=1 ve a3=1

 a4 = 1 0 1 = 0

 a5 = 0 1 1 = 0

 a6 = 1 1 0 = 0

 Veri 1011 000 olur

 Alıcı tarafta okunan bitler, 1 0 0 1 0 0 0 olsun

 a4’’ = 1 0 0 = 1

 a5’’ = 0 0 1 = 1

 a6’’ = 0 1 0 = 1

Örnek -1

 a4’’ = 1

 a5’’ = 1

 a6’’ = 1

 a4 = 0

 a5 = 0

 a6 = 0

 s4 = 1



Hamming Kodlama: 2. Yöntem

 Hata düzletmek için kullanılan en yaygın yöntem Hamming kodlamasıdır.

 Tek bit hataların düzeltilmesi veya iki bit hataların sezilmesi yapılır.

o d+p+1≤2^p

o d- veri bitlerinin sayısı o p- eşlik bitlerinin sayısı

 Eşlik bitlerinin yeri 2’ nin katlarıdır.

Örnek-2

 Veri : 00110011001

 Kaç tane eşlik biti kullanılmalı?

 11+p+1≤2p eşitliğinin sağlanabilmesi için p’nin değerinin 4 olması gerekir.

Hamming Kodlama Örnek-2

Yanlış bitin konumu = 2+4+8 =14