INTEGRITI DATA

1
INTEGRITI DATA

• Objektif
• Mengetahui maksud ralat dalam komunikasi data dan
  rangkaian
• Memahami teknik mengenalpasti dan membetulkan
  ralat.

2
Sepintas lalu

• Jenis-jenis ralat
• Ralat 1-bit (Single-bit error)
• Ralat Meletus (Burst error)
• Kaedah pengawalan ralat
• Penyemakan pariti (Vertical Redundancy Check)
• Longitudanal Redundancy Check
• Cyclical Redundancy Check
• Checksums
• Kod Hamming
• Penyemakan echo
• Pariti bulatan (cyclical)

3

• Dalam rangkaian komunikasi data, mungkin berlaku
  ralat dalam transmisi data
• Mengelak atau membetulkan ralat ini dipanggil
  mengekalkan kesahihan/integriti data
• Integriti merujuk kepada data yg diterima
  adalah sama dengan data yang dihantar.
• Keselamatan merujuk kepada data yang dihantar
  selamat daripada intipan termasuk juga
  keselamatan data drp perbuatan yg tidak
  disengajakan.

4

• Kawalan ke atas rangkaian diperlukan utk
• Mencegah sebarang ancaman drp berlaku
• Mengesan sebarang ancaman yg akan berlaku
• Membetulkan kesan ancaman yang telah dikesan.
• Rangkaian mesti dikawal drp
• Ralat yang diciptakan oleh manusia
• Ralat rangkaian yang mengakibatkan kehilangan
  data, perubahan data dan kerosakan data.

5
Jenis-jenis ralat

• Data boleh menjadi rosak semasa transmisi.
• Utk komunikasi yg boleh dipercayai, semua ralat
  hendaklah dikesan dan diperbetulkan.
• Apabila isyarat elektromagnet mengalir dari satu
  titik ke titik lain, gangguan drp panas, medan
  magnet dan lain-lain bentuk elektrik boleh
  berlaku.
• Gangguan ini boleh mengubah bentuk atau
  penjangkamasa isyarat.
• Jika isyarat membawa data binari yang dikodkan,
  perubahan boleh menukarkan maksud asal data.
• 2 jenis ralat
• Ralat 1-bit (Single-bit error)
• Ralat Letusan (Burst error)

6
Ralat 1-bit

• Hanya satu bit dalam unit data seperti (bait,
  aksara, paket) yg berubah dari bit 1 ke bit 0
  atau bit 0 ke bit 1.
• Contoh bit 01000001 (ASCII huruf A) dihantar,
  tetapi 01001001 (ASCII huruf I) diterima.
• Ia selalunya berlaku apabila kita menghantar
  menggunakan transmisi selari.
• Contoh 8 wayar digunakan utk menghantar semua 8
  bit bagi satu bait pd masa yg sama, dan salah
  satu wayar amat sibuk, satu bit boleh menjadi
  rosak dalam setiap bait.

7
Contoh Ralat 1-bit
8
Ralat Letusan (Burst Error)

• Dua atau lebih bit dalam unit data telah berubah
  dari bit 1 ke bit 0 atau sebaliknya
• Contoh bit 01000001 (ASCII huruf A) dihantar,
  tetapi 01110011 (ASCII huruf s) diterima
• Panjang letusan (burst) disukat drp bit yg mula
  tercemar sehingga bit terakhir yg tercemar
• Sesetengah bit diantaranya mungkin tidak tercemar
• Ia selalunya berlaku dalam transmisi sesiri

9
Contoh Ralat Letusan
10
Kaedah Kawalan Ralat

• Terdapat pelbagai kaedah yang digunakan untuk
  mengesan ralat, diantaranya ialah
• Penyemakan pariti (Vertical Redundancy Check)
• Longitudanal Redundancy Check
• Cyclical Redundancy Check
• Checksums
• Penyemakan talun (echo)
• Pariti Kitaran (cyclical)
• Kod Hamming

Menggunakan konsep redundancy
11
Mengesan Ralat Ulangan

• Ia menggunakan konsep pengulangan, iaitu menambah
  bit tambahan untuk mengesan ralat di peranti
  destinasi (penerima).
• Bit pengulang digunakan utk memeriksa ketepatan
  unit data.
• Apabila strim data dikeluarkan, ia melalui
  peranti yang menganalisa dan menambah kod
  pemeriksaan pengulangan.
• Unit data menjadi lebih besar dengan tambahan bit
  dan ia bergerak melalui talian ke penerima.
• Penerima meletakkan keseluruhan strim melalui
  fungsi pemeriksaan.
• Jika strim bit yg diterima lulus kriteria
  pemeriksaan, data akan diterima dan bit
  pengulangan akan dibuang.

12
Contoh Proses Mengesan Ralat
13
Pengesanan Ralat

• 4 jenis pemeriksaan pengulangan digunakan dalam
  komunikasi data
• Vertical redundancy check (VRC) (juga dikenali
  sebagai parity check)
• Longitudinal redundancy check (LRC)
• Cyclical redundancy check (CRC)
• Checksum
• VRC, LRC, CRC selalunya diimplementasikan dalam
  lapisan fizikal utk digunakan pada lapisan pautan
  data.
• Checksum digunakan terutamanya oleh lapisan
  teratas dlm OSI Reference Model

14
VRC/Semakan Pariti

• Mekanisma pengesanan ralat yg paling digemari,
  murah - dikenali sebagai penyemakan pariti
  Digunakan dalam penghantaran asinkroni
• Jenis penyemakan pariti genap, ganjil, ruang,
  tanda, tiada pariti dan pariti tak diendahkan
• Penyemakan pariti memerlukan setiap transmisi
  menghantar bit pengulangan (yg dipanggil bit
  pariti ditambah pada setiap unit data) mengikut
  keperluan pariti.
• Contoh menjadikan bilangan bit 1 (termasuk bit
  pariti) menjadi genap utk bit pariti genap

15
VRC/Semakan Pariti
Pariti Genap bil. bit 1 perlu genap pd setiap
bait
Pariti Ganjil bil. bit 1 perlu ganjil pd setiap
bait
Pariti Ruang menggunakan bit 0 utk setiap bit
pariti
Pariti Tanda menggunakan bit 1 utk setiap bit
pariti
Gunakan kod ASCII 7-bit. Bit paling kiri adalah
bit pariti
ASCII Pariti Genap Pariti Ganjil Pariti Ruang Pariti Tanda
A 01000001 11000001 01000001 11000001
B 01000010 11000010 01000010 11000010
C 11000011 01000011 01000011 11000011
D 01000100 11000100 01000100 11000100
16
Proses VRC (pariti genap)

• Andaikan kita ingin mentransmit unit data binari
  1100001 ASCII a
• Mencampurkan bilangan bit 1 menjadikan 3, iaitu
  nombor ganjil
• Sebelum mentransmit, unit data melalui penjana
  pariti
• Penjana pariti mengira bilangan bit 1 dan
  meletakkan bit pariti (bit 1) pd penghujung
• Jumlah bilangan bit 1 adalah 4, nombor genap

17
Proses VRC (Pariti genap)
18
Proses VRC

• Sistem mentransmit keseluruhan unit data ke
  destinasi
• Apabila ia tiba pada destinasi, penerima
  meletakkan semua 8 bit melalui fungsi penyemakan
  pariti genap
• Jika penerima melihat 11000011, ia mengira 4 utk
  bit 1, iaitu nombor genap, dan unit data diterima
• Jika bilangan bit 1 adalah ganjil, penerima tahu
  bahawa ralat telah berlaku dalam data unit
  tersebut dan menolak unit data

19
Contoh VRC (Pariti genap)

• Andaikan pengirim ingin menghantar perkataan
  world, dlm ASCII, lima aksara dikodkan sebagai
• Setiap 4 aksara pertama mempunyai bilangan bit 1
  yg genap, oleh itu bit pariti adalah 0.
• Aksara terakhir d, mempunyai 3 bit 1 (ganjil),
  oleh itu parity bit adalah 1 untuk menjadikan bit
  1 sebagai pariti genap.

1110111 1101111 1110010 1101100 1100100
w o r l d
01110111 01101111 01110010 01101100 11100100
w o r l d
20
Contoh VRC (cont.)

• Andaikan perkataan world diterima oleh penerima
  tanpa berlaku ralat dlm transmisi.
• Penerima mengira bit 1 dalam setiap aksara dan
  memperolehi nombor genap (6,6,4,4,4).
• Data tersebut boleh diterima.

21
Contoh VRC (cont..)

• Andaikan perkataan world yg diterima oleh
  penerima mempunyai ralat semasa transmisi.
• Penerima mengira bit 1 dalam setiap aksara dan
  mendapati terdapat bilangan genap dan ganjil
  (7,6,5,4,4).
• Penerima tahu bhw data tersebut telah diubah, dan
  membuangnya serta memohon transmisi semula.

01111111 01101111 01110110 01101100 11100100
DEL o v l d
22
Prestasi VRC (even parity)

• VRC boleh mengesan semua jenis single-bit
  error.
• Ia juga boleh mengesan burst errors jika
  bilangan bit yang berubah adalah ganjil
  (keburukan)
• Contoh Unit data menggunakan pariti genap di
  mana bilangan bit 1 termasuk bit pariti adalah 6,
  iaitu 10011111
• Jika mana-mana nilai utk 3 bit berubah, hasilnya
  pariti akan menjadi ganjil dan ralat boleh
  dikesan.
• 111011117, 110010115, 100000113 semua ganjil
• Unit data tidak akan diterima.

23
Prestasi VRC (samb)

• Contoh Unit data menggunakan pariti genap di
  mana bilangan bit 1 termasuk pariti bit adalah 6,
  iaitu 10011111
• Andaikan 2 bit atau nombor genap bit berubah
  111111118, 111010116, 101000002 semua genap
• Unit data masih boleh diterima walaupun
  mengandungi ralat.

24
Kelemahan VRC

• VRC tidak boleh mengesan ralat meletus di mana
  bilangan bit yang berubah adalah genap.
• Jika 2 bit berubah semasa transmisi, unit data
  dapat diluluskan semasa melalui pemeriksaan
  pariti walaupun unit data adalah rosak.
• Ia juga benar untuk semua nombor genap yang
  berlaku ralat.

25
Longitudinal Redundancy Check (Semakan pariti
2-dimensi)

• Dalam LRC, blok bit disusun dalam bentuk jadual
  (baris dan lajur)
• Contoh selain menghantar satu blok yg
  mengandungi 32 bit, ia boleh disusun dalam bentuk
  jadual yg terdiri drp 4 baris dan 8 lajur
• Kemudian, kita mengira bit pariti utk setiap
  lajur dan menambah baris baru yg terdiri dari 8
  bit, di mana merupakan bit pariti utk keseluruhan
  blok
• Pariti bit pertama dalam baris ke-5 dikira
  berdasarkan semua bit pertama dlm setiap baris,
  pariti bit kedua dikira berdasarkan semua bit
  kedua dlm setiap baris dan seterusnya.
• Kesemua 8 bit pariti disertakan bersama-sama
  dengan data asal dan dihantar ke penerima.

26
Longitudinal Redundancy Check
11100111 11011101 00111001 10101001
10101010
Original
LRC
Original
Plus LRC
27
Contoh LRC/2-dimensi

• Andaikan blok di bawah dihantar
• Semasa transmisi, gangguan berlaku mengakibatkan
  beberapa bit berubah (burst error)
• Apabila penerima memeriksa LRC, sesetengah bit
  tidak mengikuti peraturan pariti genap, maka
  keseluruhan blok tidak diterima.

10101001 11001010 11000011 11100100 01000100
T e a r LRC
10100011 01111010 11000011 11100100 01000100
Q a r LRC
10100011 01111010 11000011 11100100 01000100
Q a r LRC
28
Prestasi LRC/2-dimensi

• LRC meningkatkan keupayaan utk mengesan burst
  errors.
• LRC dengan n bit mudah utk mengesan burst error
  utk n bit.
• Kelemahan Jika dua bit dalam satu unit data
  rosak, dan 2 bit tsb berada pada posisi yg sama
  dlm unit data yg juga rosak, pemeriksaan LRC
  tidak dapat mengesan ralat.
• Contoh, 2 unit data 11110000 dan 11000011.
• Jika bit pertama dan bit terakhir dalam setiap
  unit data di atas berubah, menjadikannya sebagai
  01110001 dan 01000010, maka ralat tidak boleh
  dikesan oleh LRC.

29
Cyclical Redundancy Check (CRC)

• Teknik pemeriksaan ralat yg terbaik menggunakan
  konsep pengulangan
• Kaedah pengesanan ralat yang hampir tepat
  berdasarkan corak bit sebagai polinomial.
• Ianya adalah berasaskan pembahagian perduaan
• Turutan bit pengulangan yg dinamakan sbg CRC atau
  baki CRC, diletakkan bersama pada penghujung data
  unit supaya hasilnya boleh dibahagi dgn suatu
  nombor perduaan kedua (yg ditentukan)

30
CRC (samb)

• Pada destinasi, unit data yg diterima dibahagi
  dgn nombor perduaan tadi
• Pada peringkat ini, jika tiada baki, unit data
  dikira tidak berubah dan diterima
• Kehadiran baki menunjukkan bhw data unit telah
  rosak semasa penghantaran dan perli ditolak.
• Bit pengulangan yg digunakan oleh CRC didapati
  drp membahagikan unit data dengan pembahagi,
  iaitu baki dalam CRC

31

• Sebagai pengesahan, CRC mesti mempunyai dua
  kualiti.
• Ia mesti mempunyai kurang 1 bit drp pembahagi,
• Menambahnya pd penghujung rentetan data
  menghasilkan jujukan bit yg boleh dibahagi dgn
  tepat oleh pembahagi.

32
Proses CRC

1. Rentetan n bit 0 ditambah pd hujung unit data. n
   adalah suatu nombor yg kurang 1 drp bilangan bit
   yg terdapat dalam pembahagi (bil bit pembahagi
   n1)
2. Unit data yg terhasil (dr langkah 1.) dibahagi
   dengan pembahagi menggunakan proses pembahagian
   perduaan. Baki drp pembahagian ini merupakan CRC
3. CRC (Baki) bagi n bit yg didapati dalam langkah
   2. akan menggantikan bit-bit 0 yang ditambah pd
   penghujung unit data (CRC mungkin juga suatu
   jujukan bit 0 cth 0000)

33
Proses CRC (samb)

• Unit data tiba pada penerima, diikuti oleh CRC.
  Penerima mengambil keseluruhan jujukan bit yg
  diterima (unit data CRC) dan membahagikannya
  dgn pembahagi yg sama utk mendapatkan baki CRC
• Jika rentetan tiba tanpa ralat, penyemak CRC akan
  mendapati tiada baki (baki0) dan unit data
  diterima
• Jika rentetan berubah semasa transmisi,
  pembahagian menghasilkan baki dan unit data tidak
  diterima

34
Proses CRC
35
Pembahgian dlm penjana CRC
n 3
n1 4
Jika bit plg kiri bg baki 0, guna pembhgi dgn
semua bit 0 (dan bukan pembhgi asal)
36
Pembahagian dlm penyemak CRC
37
Polinomial mewakili pembahagi
38
Name Polynomial Application
CRC-8 x8 x2 x 1 ATM header
CRC-10 x10 x9 x5 x4 x 2 1 ATM AAL
ITU-16 x16 x12 x5 1 HDLC
ITU-32 x32 x26 x23 x22 x16 x12 x11 x10 x8 x7 x5 x4 x2 x 1 LANs
Darjah polinomial kuasa tertinggi
39
Prestasi CRC

• CRC boleh mengesan semua ralat letusan yg
  mengubah bil bit yg ganjil
• CRC boleh mengesan semua ralat letusan yg
  panjangnya lt darjah polinomial
• CRC boleh mengesan hampir kesemua (99.97) ralat
  letusan yg panjangnya gt darjah polinomial

40
Checksum/Jumlah semakan

• Juga berasaskan konsep pengulangan
• Ia dibentuk dengan menambah bit strim menggunakan
  arithmetik komplimen 1 (ones complement
  arithmetic) dan kemudian mengkomplimen hasilnya
• Pada pengirim, pengeluar checksum membahagikan
  data unit kedalam segmen yg sama utk beberapa n
  bit
• Segmen ini ditambah bersama2 menggunakan ones
  complement arithmetic supaya jumlah panjangnya
  juga n bit
• Jumlah itu kemudian dikomplimen dan ditambah pada
  penghujung data unit asal sbg bit pengulang, yang
  dikenali sebagai medan jumlah semakan (checksum
  field)

41
Checksum (samb)

• Data unit tsb dihantar melalui rangkaian.
• Jika jumlah segmen data adalah T, maka checksum
  adalah T.
• Penerima membahagikan data unit, dan menambah
  semua segmen bersama2 dan komplimen hasilnya.
• Jika data unit tidak mengandungi ralat, jumlah
  nilai dgn menambah data segmen dan medan checksum
  hendaklah 0.
• Jika hasilnya bukan 0, paket tersebut mengandungi
  ralat dan penerima menolak data tsb.

42
(No Transcript)
43

• Pengirim mengikut langkah2 ini
• Unit dibahagikan kpd k seksyen, setiap satu n
  bit.
• Semua seksyen ditambah menggunakan ones
  complement untuk mendapat jumlah.
• Jumlahnya dikomplemen dan menjadi medan checksum
• Checksum akan dihantar bersama2 data unit.
• Penerima mengikut langkah2 ini
• Unit dibahagikan kpd k seksyen, setiap satu n
  bit.
• Semua seksyen ditambah menggunakan ones
  complement untuk mendapat jumlah.
• Jumlahnya dikomplemen.
• Jika hasilnya adalah 0, data diterima, jika
  tidak, data ditolak.

44
Contoh Checksum

• Andaikan blok yg mengandungi 16 bit berikut
  dihantar menggunakan checksum 8 bit 10101001
  00111001
• Nombor ditambah menggunakan 1s complement
  arithmetic
• Corak yg dihantar adalah

10101001 00111001
SUM 11100010
CHECKSUM 00011101
10101001 00111001 00011101
checksum
45
Contoh Checksum (samb)

• Andaikan penerima menerima corak yg dihantar dan
  tidak mengandungi ralat 10101001 00111001
  00011101
• Apabila penerima menambah tiga seksyen bersama2,
  ia akan mendapat semua nilai 1s, dan apabila
  dikomplimen, nilai menjadi 0s menunjukkan tiada
  ralat berlaku.

checksum 10101001 00111001 00011101
SUM 11111111
COMPLEMENT 00000000
46
Contoh Checksum (samb)

• Andaikan burst error berlaku sepanjang 5 bit yg
  mempengaruhi 4 bit 10101111 11111001 00011101
• Apabila penerima menambah 3 seksyen bersama-sama,
  ia akan mendapat
• Bermaksud data unit mengandungi ralat.

checksum 10101111 11111001 00011101
SUM 11000110
COMPLEMENT 00111001
47
Prestasi Checksum

• Ia mengesan semua ralat termasuk bit nombor
  ganjil dan genap.
• Walau bagaimanapun, jika satu atau lebih bit
  dalam satu segmen rosak, dan nilai bit yg sama yg
  terdapat bertentangan dalam segmen kedua juga
  rosak, dan jumlah dalam kolum tidak berubah, maka
  penerima tidak dapat mengesan ralat.

48
Kod Hamming

• Ia bukan sekadar mengesan ralat, tetapi dapat
  juga membetulkan ralat dengan ketepatan 100
• Kod Hamming utk aksara ASCII 7-bit memerlukan 4
  bit pariti, menjadikannya 11 bit
• Bit pariti berada pada kedudukan 1,2,4,8 (2X),
  manakala bit data berada pada kedudukan
  3,5,6,7,9,10,11
• Ia juga membenarkan penyemakan pariti genap dan
  ganjil

49
Contoh Hamming Code

• Andaikan aksara A dihantar menggunakan hamming
  code 1000001
• Kedudukan 1,2,4,8 digunakan utk bit pariti,
  manakala kedudukan 3,5,6,7,9,10,11 digunakan utk
  bit data

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
? ? 1 ? 0 0 0 ? 0 0 1
P1 P2 B1 P4 B2 B3 B4 P8 B5 B6 B7
50
Contoh Kod Hamming (genap)

• Andaikan hamming code menggunakan pariti genap
• Bit 1,3,5,7,9,11 disemak oleh bit pariti 1 (P1)
• Bit 2,3,6,7,10,11 disemak oleh bit pariti 2 (P2)
• Bit 4,5,6,7 disemak oleh bit pariti 4 (P4)
• Bit 8,9,10,11 disemak oleh bit pariti 8 (P8)
• Oleh itu bit 00100001001 dihantar

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1
P1 P2 B1 P4 B2 B3 B4 P8 B5 B6 B7
51

• Bagaimana mengesan membetulkan ralat?
• Tentukan pariti mana yg mengesan ralat (jika
  semuanya tiada ralat maka penghantaran dianggap
  tiada ralat)
• Jumlahkan lokasi pariti bit yg ralat (andaikan P2
  dan P4)
• Jumlah tersebut adalah lokasi ralat
• Tukarkan bit tersebut (jika 1 jadikan 0 dan
  sebaliknya).

52
P11,3,5,7,9,11 P22,3,6,7,10,11
P44,5,6,7 P88,9,10,11

• Andaikan hamming code menggunakan pariti genap
  dan bit yg dihantar mengandungi ralat
• pariti 1 (P1) dan pariti 8 (P8) menyemak dan
  mendapati bil. bit 1 adalah genap. (tiada ralat)
• pariti 2 (P2) dan pariti 4 (P4) menyemak dan
  mendapati bil. bit 1 adalah ganjil. (ada ralat)
• Apabila kita menambah pariti yg mempunyai ralat
  (246), ia menunjukkan bit 6 tidak benar
• Oleh itu bit pd kedudukan ke-6 ditukar dari bit 1
  ke bit 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1
P1 P2 B1 P4 B2 B3 B4 P8 B5 B6 B7
53
Cyclical Parity (Pariti Kitaran)

• Ia menggunakan 2 bit pengesan ralat.
• Melalui pariti bulatan, ia meningkatkan kecekapan
  mengesan ralat.
• Ia juga mempunyai penyemakan pariti bulatan genap
  dan ganjil.
• Setiap bit pariti menyemak bit-bit tertentu dalam
  sesuatu bait.
• Contohnya, bit pariti pertama menyemak bit pada
  lokasi 1,3,5,7 dan bit pariti kedua menyemak pada
  lokasi 2,4,6.

54
Contoh Pariti Bulatan (genap)

• Andaikan, kita menggunakan pariti bulatan genap,
  dan rentetan data unit yang hendak dihantar
  adalah 1000011
• Maka bit pariti pertama akan memasukkan nilai 0
  (kerana jumlah bit adalah genap), dan bit pariti
  kedua akan memasukkan nilai 1 (kerana jumlah bit
  adalah ganjil).

Data unit Data unit Data unit Data unit Data unit Data unit Data unit P1 P2
1 0 0 0 0 1 1 0 1
P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P1 P2
55
Semakan Talun (Echo Checking)

• Penerima mengulang semua data unit yg diterima
  daripada pengirim
• Jika aksara ABC ditransmit menggunakan
  penyemakan echo, penerima akan menghantar kembali
  ABC kepada pengirim
• Pengirim boleh mengenalpasti sama ada data unit
  yg dihantar mengandungi ralat atau tidak
• Jika mengandungi ralat, pengirim boleh
  mentransmit semula data unit tersebut