ΙΕΚ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ 1Ολυμπίου Διαμαντή 1Δημόκριτος (4ος όροφος)Τ.Κ. 54626, ΘεσσαλονίκηΤηλ. 2310 – 539622, 538298Fax: 2310 – 539256Email: mail@1iek-thess.thess.sch.grURL: http://1iek-thess.thess.sch.gr

Ειδικότητα: ΤΕΧΝΙΚΟΣ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Σημειώσεις για το μάθημα:

« Δίκτυα υπολογιστών I »Β’ εξάμηνο

Υπεύθυνοι Εκπαιδευτές:Τσολακίδης ΑθανάσιοςΒουλγαροπούλου Σοφία

(Εαρινό εξάμηνο 2011 – 2012)

Θεσσαλονίκη, Απρίλιος 2012

Περιεχόμενα1. Εισαγωγή............................................................................................................................................4

Ορισμοί...................................................................................................................................................4

1

Μοντέλο επικοινωνιών δεδομένων...............................................................................................4

Ανάγκες επικοινωνίας υπολογιστικών συσtημάτων...............................................................5

2. Εντολές βολιδοσκόπησης διαδικτύου / συνδεσιμότητας / παρακολούθησης πακέτων πληροφοριών..........................................................................................................................6

Το ping....................................................................................................................................................6

Το traceroute........................................................................................................................................7

Άλλες χρήσιμες εντολές...................................................................................................................8

Για network interface (σύνδεση υπολογιστή με υπολογιστή)..........................................8

Για δικτυακά χαρακτηριστικά....................................................................................................9

Για πίνακα δρομολόγησης..........................................................................................................10

Για συνδέσεις TCP, UDP..............................................................................................................11

3. Υπόδειγμα πελάτη – διακομιστή..............................................................................................13

4. Τοπική ασύγχρονη επικοινωνία................................................................................................14

Πρότυπο RS 232.................................................................................................................................14

Ταχύτητα baud...................................................................................................................................14

Eύρος ζώνης.......................................................................................................................................15

Παραδείγματα ασκήσεων...............................................................................................................15

5. Συνδεσμολογίες & Τύποι Καλωδίωσης...................................................................................15

Περιγραφή των μέσων μετάδοσης..............................................................................................15

Παράδειγμα άσκησης με δορυφόρους........................................................................................16

Δισύρματα Καλώδια.........................................................................................................................16

Βασικά χαρακτηριστικά Ενσύρματων Γραμμών.....................................................................17

Ωμική αντίσταση...........................................................................................................................17

Επαγωγική και χωρητική αντίσταση (reactance)............................................................17

Τυποποιήσεις χάλκινων καλωδίων..............................................................................................18

Ομοαξονικά Καλώδια.......................................................................................................................18

Οπτικές Ίνες........................................................................................................................................19

Καλωδιακά Συστήματα....................................................................................................................25

Δομημένη Καλωδίωση......................................................................................................................26

Υποσύστημα Θέσης Εργασίας.......................................................................................................27

Οριζόντια Καλωδίωση.....................................................................................................................29

Ενδιάμεσος Κατανεμητής Ορόφου..............................................................................................33

Κεντρικός Κατανεμητής.................................................................................................................34

Δίκτυο Κορμού....................................................................................................................................34

Εξωτερικό Δίκτυο Κορμού (campus)..........................................................................................36

2

6. Διαδίκτυο και πρωτόκολλα........................................................................................................37

Περιγραφή υπηρεσιών.....................................................................................................................39

Τι είναι ένα πρωτόκολλο................................................................................................................40

Τι βρίσκεται στην άκρη του δικτύου..........................................................................................41

Υπηρεσία με σύνδεση...................................................................................................................42

Υπηρεσία χωρίς σύνδεση............................................................................................................44

7. Τύποι Δικτύων.................................................................................................................................45

Διασπορά επεξεργασίας..................................................................................................................45

Τοπολογική Διαίρεση.......................................................................................................................47

Γεωγραφική διαίρεση δικτύων.....................................................................................................49

Διαίρεση δικτύων με βάση τις τηλεπικοινωνίες....................................................................51

8. Δίκτυα μεταγωγής – Δίκτυα ακρόασης.................................................................................55

Δίκτυα Μεταγωγής (Switching)....................................................................................................55

Δίκτυα Ακρόασης (Broadcasting)................................................................................................60

3

1. Εισαγωγή

ΟρισμοίΜε τον όρο Επικοινωνίες Δεδομένων εννοούμε την ανταλλαγή πληροφοριών υπό μορφή data μεταξύ υπολογιστικών και τερματικών σταθμών. Οι πληροφορίες αυτές είναι δεδομένα (data) που απαρτίζονται από χαρακτήρες όπως είναι τα γράμματα της αλφαβήτου, οι αριθμοί, τα σημεία στίξης και διάφορα άλλα σύμβολα.

Αξίζει να σημειωθεί εδώ ότι η διάκριση μεταξύ των επικοινωνιών data και των άλλων μορφών, δηλαδή φωνής, εικόνας κλπ. είναι το τί μεταφέρεται και όχι ο τρόπος με τον οποίο μεταφέρεται. Ο ψηφιακός τρόπος μετάδοσης που χρησιμοποιόταν μέχρι τώρα σχεδόν κατ' αποκλειστικότητα για την μεταφορά data, σήμερα με τίς νέες τεχνικές χρησιμοποιείται και για μεταφορά φωνής και εικόνας.

Ας δούμε τώρα τους όρους πληροφορία data, μετάδοση, επικοινωνία, όρους κλειδιά για το θέμα μας. Με τον όρο πληροφορία στις επικοινωνίες ερμηνεύουμε κάθε οργανωμένο σήμα, ενώ με τη λέξη δεδομένα ή data εννοούμε το συμβολισμό που αναπαριστά την κωδικοποιημένη μορφή της πληροφορίας με τη μορφή γραμμάτων ή συμβόλων. Η κωδικοποίηση γίνεται με τέτοιο τρόπο (συνήθως ψηφιακά) ώστε να καταστήσει την πληροφορία κατάλληλη για επεξεργασία, αποθήκευση ή μετάδοση.

Με την έννοια μετάδοση δεδομένων ( data transmission) προσδιορίζουμε την μετακίνηση της πληροφορίας μέσα από φυσικά κανάλια μετάδοσης.

Η Επικοινωνία Δεδομένων έχει ευρύτερη έννοια από αυτήν της Μετάδοσης, καθώς εκτός από τη λειτουργία της εκπομπής και της κωδικοποίησης της πληροφορίας, περιέχει τον έλεγχο της μετάδοσης ως προς τη φορά και την ορθότητα της, αλλά και τους κανόνες που πρέπει να διέπουν συστήματα ανταλλαγής πληροφοριών. Δηλαδή περιέχει τα φυσικά κυκλώματα μετάδοσης, τον απαιτούμενο εξοπλισμό και το λογισμικό, διαδικασίες αναγνώρισης και διόρθωσης των σφαλμάτων μετάδοσης, έλεγχο της ροής των δεδομένων και συνολικά κανόνες για την εξασφάλιση της επικοινωνίας δύο ή περισσοτέρων τερματικών σταθμών.

Μοντέλο επικοινωνιών δεδομένωνΤο Επικοινωνιακό μοντέλο που παραθέτουμε, μας βοηθά να κατανοήσουμε ακόμα καλύτερα την έννοια "επικοινωνίες δεδομένων", Σε ένα μοντέλο επικοινωνιών δεδομένων περιλαμβάνονται η πηγή της πληροφορίας, η μονάδα κωδικοποίησης και μετατροπής της πληροφορίας σε μορφή κατάλληλη για το σύστημα μετάδοσης, η μονάδα εκπομπής της διαμορφωμένης πλέον πληροφορίας, τα μέσα μετάδοσης, η μονάδα λήψης της πληροφορίας, η μονάδα αποκωδικοποίησης και τέλος η μονάδα παρουσίασης της πληροφορίας στη λήψη (σχήμα).

Αυτό το μοντέλο αναλύει και περιγράφει τα διάφορα στάδια από τα οποία θα περάσει η πληροφορία. Βασικές λειτουργίες του μοντέλου είναι:

1. Προετοιμασία της πληροφορίας προς αποστολή.2. Συγχρονισμός των διαφόρων συμμετεχόντων στοιχείων της μετάδοσης.3. Συντονισμός δηλαδή όλων των συσκευών και των λειτουργιών που4. επιτελούν.5. Προσδιορισμός του προορισμού της πληροφορίας, 6. Δρομολόγηση της πληροφορίας.7. Έλεγχος ροής.8. Διαδικασίες λήψης.9. Αναγνώριση / διόρθωση σφαλμάτων.

4

10.Ασφάλεια μεταδιδομένων data11.Τακτοποίηση / παρουσίαση ληφθέντος μηνύματος.12.Διαχείριση συνομιλίας.

Ποια όμως είναι τα κύρια θέματα που απασχολούν τίς επικοινωνίες και που αναγκαστικά θα πρέπει να γίνουν αντικείμενο ανάλυσης σε αυτό το βιβλίο; Το βασικό θέμα είναι να ξεκαθαρισθεί από την αρχή ποια πληροφορία είναι αυτή που θέλουμε να μετακινήσουμε, να μάθουμε τους τρόπους που υπάρχουν σήμερα για μια επιτυχή μετάδοση, να διελευκάνουμε έννοιες του χώρου των επικοινωνιών και εν γένει τίς ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά μιας μετάδοσης.

Σημαντικό θέμα στον χώρο των τηλεπικοινωνιών είναι επίσης τα μέσα μετάδοσης, ο δρόμος δηλαδή που χρησιμοποιεί η πληροφορία για την μετάδοση της. Ενα άλλο κρίσιμο σημείο είναι οι τεχνικές μετάδοσης των δεδομένων, οι τρόποι διαμόρφωσης και η χρήση της ψηφιακής τεχνολογίας.

Τα interfaces ,οι συσκευές που χρησιμοποιούνται στις μεταδόσεις data και οι συστάσεις των διεθνών οργανισμών γι' αυτά είναι ενδιαφέροντα για ανάπτυξη θέματα, που θα μας απασχολήσουν βέβαια κατά την εξέλιξη του βιβλίου. Ανάγκες επικοινωνίας υπολογιστικών συστημάτων

Ανάγκες επικοινωνίας υπολογιστικών συσtημάτωνΗ ανάπτυξη της ηλεκτρονικής τεχνολογίας επέτρεψε την κατασκευή ηλεκτρονικών υπολογιστών με χαμηλό κόστος. Η πλατιά διάδοση της χρήσης των υπολογιστών που ακολούθησε, δημιούργησε έντονη την ανάγκη της επικοινωνίας τους.

Με την ευχέρεια που δίνουν οι σύγχρονες τηλεπικοινωνίες, πλήθος χρηστών έχει την δυνατότητα να χρησιμοποιεί την δύναμη ενός μεγάλου υπολογιστή μέσω τερματικών συσκευών χαμηλού κόστους ή μέσω προσωπικών υπολογιστών (personal computer).

Τώρα πια οι τερματικοί σταθμοί δεν περιορίζονται να είναι στον ίδιο χώρο με τον Η/Υ, καθώς μπορούν να είναι εγκατεστημένοι και σε άλλους χώρους, διαφορετικές πόλεις ή και χώρες ακόμη. Αλλά και οι ανάγκες επικοινωνιών μεταξύ υπολογιστών αυξάνουν μέρα με τη μέρα. Ετσι σήμερα οι επικοινωνίες δεδομένων έχουν αναδειχθεί σε μία από τις βασικότερες δραστηριότητες κάθε μηχανογραφικού κέντρου. Σε πολλές μεγάλες επιχειρήσεις το τμήμα επικοινωνιών αποτελεί ανεξάρτητο τμήμα του μηχανογραφικού κέντρου αφού ο τομέας αυτός απαιτεί ιδιαίτερη τεχνογνωσία, που διαφέρει από αυτήν των κλασσικών μηχανογραφικών αναγκών.

Ποικίλες είναι οι εφαρμογές που για την ανάπτυξη τους έχουν παίξει μεγάλο ρόλο οι επικοινωνίες. Ας δούμε τις πιο γνωστές από αυτές:

1. Data collection (Συλλογή δεδομένων)2. Remote batch processing (Απομακρυσμένη επεξεργασία)3. Time sharing (Σύστημα καταμερισμού χρόνου)

5

ΕΙΣΟΔΟΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑ ΚΩΔΙΚΟ-

ΠΟΙΗΣΗΣ DATA ΠΡΟΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΠΟΜΠΟΣ ΣΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΜΕΣΟ

ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΔΕΚΤΗΣ DATA ΛΗΨΗΣ ΑΠΟΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΤΗΣ ΣΥΣΤΗΜΑ

ΕΞΟΔΟΥ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΕΞΟΔΟΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ

ΜΟΝΤΕΛΟ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

4. On line transactions (Συναλλαγές διαλογικού τύπου)5. File transfer (Μεταφορά αρχείων)6. Data enrty (Εισαγωγή στοιχείων)

2. Εντολές βολιδοσκόπησης διαδικτύου / συνδεσιμότητας / παρακολούθησης πακέτων πληροφοριών

Το ping Σήμερα υπάρχουν αυτοματοποιημένα εργαλεία, τα οποία είναι υπεύθυνα για την αποστολή μηνυμάτων σε μακρινούς υπολογιστές και την αξιολόγηση των απαντήσεων τους. Από τα πιο απλά εργαλεία βολιδοσκόπησης (probing) του διαδικτύου είναι το πρόγραμμα ping, το οποίο δέχεται ως όρισμα το όνομα ή την αριθμητική διεύθυνση του μακρινού υπολογιστή στο διαδίκτυο. Π.χ. ένας χρήστης μπορεί να καλέσει το ping μέσω κονσόλας ως εξής:

Έναρξη > εκτέλεση > (πληκτρολογούμε cmd.exe) + ok > ping + διεύθυνση

Το πρόγραμμα ping στέλνει ένα μήνυμα στον καθορισμένο υπολογιστή και με τά περιμένει ένα μικρό χρονικό διάστημα για απόκριση. Αν έρθει απόκριση, αναφέρει στο χρήστη ότι αυτός ο υπολογιστής είναι ενεργός (alive) αλλιώς αναφέρει ότι δεν αποκρίνεται. Τώρα, υπάρχουν εκδόσεις του ping που επιτρέπουν στο χρήστη να καθορίζει το μέγεθος του πακέτου που στέλνεται, υπολογίζουν το χρόνο μετάβασης και επιστροφής (round-trip time ), δηλ. το χρόνο από την αποστολή ενός μηνύματος μέχρι την επιστροφή μιας απάντησης, και στέλνουν ένα μήνυμα πολλές φορές το δευτερόλεπτο μέχρι να διακοπεί το πρόγραμμα. Το ping λαμβάνει μια γραμμή εξόδου για κάθε απόκριση που λαμβάνεται. Η έξοδος του προγράμματος αναφέρει το μέγεθος του πακέτου που λήφθηκε, το σειριακό αριθμό, το χρόνο μετάβασης και επιστροφής σε χιλιοστά του δευτερολέπτου. Αν ο χρήστης διακόψει την εκτέλεση του ping, αυτό δίνει μια συνοπτική αναφορά που προσδιορίζει τον αριθμό των πακέτων που μεταδόθηκαν και λήφθηκαν, τα πακέτα που χάθηκαν, και τον ελάχιστο, το μέσο και το μέγιστο χρόνο μετάβασης και επιστροφής.

Μειονεκτήματα : Δεν μπορεί να εξηγήσει καθυστερήσεις στη μετάδοση των πακέτων. Δεν μπορεί να προσφέρει πολλά ως εργαλείο αποσφαλμάτωσης δικτύου,

καθώς επιστρέφει απάντηση μόνο όταν ένας υπολογιστής αποκρίνεται με επιτυχία.

Αποτυγχάνει όταν το δίκτυο είναι υπερφορτωμένο και η κυκλοφορία δεδομένων καθυστερεί για απαράδεκτα μεγάλο χρονικό διάστημα.

Γενικά δεν έχει τρόπο να προσδιορίσει την αιτία του προβλήματος.

6

Ωστόσο, το ping χρησιμοποιείται πολύ ως διαγνωστικό εργαλείο, παρά τους περιορισμούς του. Μάλιστα, οι διαχειριστές δικτύων συχνά χρησιμοποιούν το ping, ώστε αφού χωρίσουν το δίκτυο σε τμήματα, να μπορέσουν να προσδιορίσουν ποια τμήματα λειτουργούν ακόμα σωστά και ποια όχι. Τα αποτελέσματα βοηθούν στο να εντοπίσουν γρήγορα τη βλάβη.

Προσοχή!Μερικές εταιρείες διευθετούν με τέτοιον τρόπο τις διευθύνσεις τους ώστε να απορρίπτουν πακέτα του ping. Ο λόγος είναι η ασφάλεια, δηλ. για αποφυγή επιθέσεων άρνησης εξυπηρέτησης (Denial Of Service – DOS) και κατάκλυσης (flooding), κατά τις οποίες έρχονται τόσα πολλά πακέτα ώστε τα δίκτυα και οι υπολογιστές της εταιρείας δεν μπορούν να αποκριθούν στις κανονικές αιτήσεις εξυπηρέτησης.

Το tracerouteΤο traceroute είναι χρήσιμο για τους διαχειριστές δικτύων προκειμένου να προσδιορίσουν τους ενδιάμεσους υπολογιστές κατά μήκος μιας διαδρομής προς ένα μακρινό υπολογιστή. Όπως και το ping, δέχεται ως όρισμα το οποίο καθορίζει ένα όνομα ή μια διεύθυνση μακρινού υπολογιστή. Πληκτρολογούμε traceroute και το όνομα/διεύθυνση του υπολογιστή (tracert για Windows).

Έναρξη > εκτέλεση > (πληκτρολογούμε cmd.exe) + ok > traceroute + διεύθυνση

Το traceroute προσδιορίζει όλους του ενδιάμεσους δρομολογητές κατά μήκος μιας διαδρομής μέχρι τον προορισμό και τυπώνει μια γραμμή για καθέναν από αυτούς.

Όπως βλέπουμε, το traceroute δίνει περισσότερες πληροφορίες από το ping. Στην εικόνα, έχουμε 6 γραμμές εξόδου για τη διαδρομή μεταξύ του σταθμού εργασίας του συγγραφέα και του υπολογιστή προορισμού στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Αντιστοιχεί από μία γραμμή για καθέναν από τους 5 ενδιάμεσους υπολογιστές και μία γραμμή στον τελικό προορισμό. Λέμε ότι ο προορισμός απέχει 6 άλματα (hops). Επίσης , έχουμε τη δυνατότητα αναφοράς απώλειας πακέτων. Το traceroute στέλνει 3 μηνύματα βολιδοσκόπησης (probes) για κάθε ενδιάμεσο υπολογιστή. Όταν φτάσουν και οι 3 απαντήσεις, τυπώνεται το όνομα του ενδιάμεσου υπολογιστή και ο ελάχιστος, μέσος και μέγιστος χρόνος μετάβασης και επιστροφής. Σε περίπτωση που εμφανιστεί αστερίσκος (*) σημαίνει ότι το αντίστοιχο μήνυμα δεν απαντήθηκε (δηλ. τα πακέτα χάθηκαν). Στην παρακάτω εικόνα, έχουμε ένα τέτοιο παράδειγμα, στη γραμμή 5, ωστόσο από τη στιγμή που

7

φτάνουμε στον τελικό προορισμό, καταλαβαίνουμε ότι το πρόβλημα μάλλον ήταν προσωρινό και πιθανότατα προκλήθηκε από συμφόρηση σε κάποια από τις διαδρομές μεταξύ αφετηρίας και προορισμού.

Προσοχή!Όπως και με το ping, μερικοί διαχειριστές δικτύων επιλέγουν να απενεργοποιήσουν το traceroute για να εμποδίσουν παρείσακτους να αποκτήσουν λεπτομερείς πληροφορίες για την αρχιτεκτονική του δικτύου τους.

Άλλες χρήσιμες εντολές

Για network interface (σύνδεση υπολογιστή με υπολογιστή)Unix: netstat –i

Windows: netstat –e

8

9

Για δικτυακά χαρακτηριστικάUnix: ifconfig

Windows: ipconfig

10

Για πίνακα δρομολόγησης Windows / Unix: netstat –r

11

Για συνδέσεις TCP , UDP

Windows/ Unix*: netstat –a

12

13

3. Υπόδειγμα πελάτη – διακομιστήΑν και ένα δίκτυο μετάδοσης δεδομένων μεταφέρει δεδομένα από 1 σημείο σε 1 άλλο, το ίδιο το δίκτυο είναι παθητικό, δηλ. ούτε παράγει ούτε καταλαβαίνει τα δεδομένα που στέλνονται. Για την ακρίβεια το δίκτυο δε διαθέτει καμιά υπηρεσία για επεξεργασία πληροφοριών. Αυτή γίνεται από προγράμματα – εφαρμογές. Όταν οι εφαρμογές χρησιμοποιούν ένα δίκτυο, τότε το κάνουν ανά ζεύγη. Στα περισσότερα δίκτυα, η μία εφαρμογή ξεκινάει 1η και περιμένει να έρθει σε επαφή μαζί της η άλλη εφαρμογή. Η 2η εφαρμογή πρέπει να γνωρίζει τη θέση που περιμένει η 1η εφαρμογή. Αυτή η διευθέτηση γίνεται με το λεγόμενο υπόδειγμα πελάτη – διακομιστή (client – server paradigm). Το πρόγραμμα που περιμένει να έρθει σε επαφή μαζί του ένα άλλο πρόγραμμα λέγεται διακομιστής (server), ενώ το πρόγραμμα που εγκαινιάζει την επαφή πελάτης (client).

Στο διαδίκτυο, τα περισσότερα προγράμματα – εφαρμογές χρησιμοποιούν την ίδια βασική ακολουθία ενεργειών όταν επικοινωνούν. Τα βήματα έχουν ως εξής:

1. Η εφαρμογή – διακομιστής ξεκινάει πρώτη και περιμένει να έρθει σε επαφή μαζί της ένας πελάτης.

2. Ο πελάτης προσδιορίζει τη θέση του διακομιστή και ζητάει την παργματοποίηση μιας σύνδεσης.

3. Αφου πραγματοποιηθεί η σύνδεση, ο πελάτης και ο διακομιστής τη χρησιμοποιούν για να ανταλλάξουν μηνύματα.

4. Μόλις ολοκληρωθεί η αποστολή των δεδομένων, τόσο ο πελάτης όσο και ο διακομιστής στέλνουν ένα σήμα τέλους αρχείου (end-of-file) για να τερματίσουν την επικοινωνία.

Σε περίπτωση που σε μια εφαρμογή έχουμε πολλές συνδέσεις, υπάρχει η περίπτωση εμπλοκής στα δεδομένα. Εδώ δίνει τη λύση μια συνάρτηση με όνομα select, η οποία μπορεί να διαχειρίζεται πολλές συνδέσεις, ελέγχοντας ποια είναι έτοιμη να πραγματοποιηθεί και χρησιμοποιώντας σειρά προτεραιότητας.

Το σύνολο των λειτουργιών που είναι διαθέσιμες σε έναν προγραμματιστή τέτοιων εφαρμογών ονομάζονται διασύνδεση προγραμματισμού εφαρμογών (Application Program Interface - API). Στον πίνακα παρακάτω φαίνονται κάποια παραδείγματα συναρτήσεων που μπορεί να καλέσει μια εφαρμογή.

Λειτουργία Σημασία await_contact Χρησιμοποιείται από ένα διακομιστή για να περιμένει

επαφή από κάποιον πελάτηmake_contact Χρησιμοποιείται από έναν πελάτη για να έρθει σε επαφή με

ένα διακομιστήcname_to_comp Χρησιμοποιείται για τη μετάφραση του ονόματος ενός

υπολογιστή σε μια ισοδύναμη εσωτερική δυαδική τιμή appname_to_appnum Χρησιμοποιείται για τη μετάφραση ενός ονόματος

προγράμματος σε μια ισοδύναμη εσωτερική δυαδική τιμήsend Χρησιμοποιείται είτε από τον πελάτη είτε από το

διακομιστή για την αποστολή δεδομένων recv Χρησιμοποιείται είτε από τον πελάτη είτε από τον

διακομιστή για λήψη δεδομένωνsend_eof Χρησιμοποιείται και από τον πελάτη και από τον

διακομιστή μετά την ολοκλήρωση της αποστολής δεδομένων

Στην εικόνα φαίνεται σχηματικά ένα παράδειγμα, όπου έχουμε μια εφαρμογή κατά την οποία ο πελάτης έρχεται σε επαφή με έναν διακομιστή, στέλνει 1 μόνο αίτηση και παίρνει 1 μόνο απάντηση.

14

15

4. Τοπική ασύγχρονη επικοινωνία Ασύγχρονη επικοινωνία είναι αυτή στην οποία αποστολέας και παραλήπτης κάποιου μηνύματος πληροφορίας δε χρειάζεται να συγχρονίζονται πριν από κάθε μετάδοση μηνύματος. Κάθε μήνυμα αποτελείται από ένα σύνολο χαρακτήρων τα οποία και μεταφέρονται με διάφορα μέσα μετάδοσης που θα δούμε σε επόμενη ενότητα.

Πρότυπο RS 232Ο πιο διαδεδομένος τρόπος για τη μεταφορά χαρακτήρων μέσω συρμάτων χαλκού ανάμεσα σε έναν υπολογιστή και μια συσκευή (μόντεμ, πληκτρολόγιο, τερματικό) είναι το RS 232, για το οποίο απαιτείται η σύνδεση να έχει μήκος κάτω από 15 μέτρα, καθώς και οι ηλεκτρικές τάσεις που χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση δεδομένων να είναι μεταξύ -15 και +15 Volt. Το RS 232 ορίζει τη σειριακή ασύγχρονη επικοινωνία, που ονομάζεται έτσι, ακριβώς επειδή τα bits ταξιδεύουν το ένα μετά το άλλο κατά μήκος του σύρματος. Επίσης, επιτρέπει στον αποστολέα να μεταδίδει ένα χαρακτήρα οποιαδήποτε στιγμή και να καθυστερεί οσοδήποτε πριν στείλει άλλο χαρακτήρα.

Στο RS 232 η τάση του ρεύματος αλλάζει ανάλογα με την τιμή του bit (0 ή 1). Το πρότυπο, λοιπόν, απαιτεί ο αποστολέας να μεταδίδει ένα επιπλέον bit πριν μεταδώσει τα bits του κάθε χαρακτήρα, το οποίο ονομάζει έναρξης (start bit). Επίσης, μετά την αποστολή κάποιου χαρακτήρα υπάρχει μια ελάχιστη περίοδος αδράνειας, η οποία καθορίζεται με ένα επιπλέον bit μετά τα bits του χαρακτήρα, το οποίο ονομάζεται τερματισμού (stop bit).

Ταχύτητα baudΠρέπει εδώ να πούμε ότι τα υλικά πρέπει να συμφωνούν για τη χρονική διάρκεια που θα διατηρείται η τάση για κάθε bit. Αντί λοιπόν να καθορίζουμε το χρόνο ανά bit (που είναι ένα μικρό κλάσμα του δευτερολέπτου!!), καθορίζουμε τον αριθμό των bits που μπορούν να μεταφέρονται μέσα σε ένα δευτερόλεπτο. Έτσι, το υλικό μετάδοσης βαθμολογείται σε baud. Η ταχύτητα baud είναι ο αριθμός των

16

Διακομιστής Πελάτης

await_contact

recv

send

sendeof

make_contact

send

sendeof

recv

μεταβολών του σήματος τις οποίες παράγει το υλικό ανά δευτερόλεπτο. Π.χ. 9600 baud σημαίνει 9600 bits το δευτερόλεπτο. Η ταχύτητα μπορεί να διευθετείται είτε άμεσα (με διακόπτες στο υλικό που εγκαθιστούμε στον υπολογιστή) είτε αυτόματα (μέσω λογισμικού οδήγησης συσκευών στον υπολογιστή). Αν το υλικό αποστολής και λήψης δεν είναι διευθετημένα να χρησιμοποιούν την ίδια ταχύτητα baud τότε θα παρουσιαστούν σφάλματα επειδή το χρονόμετρο του δέκτη δε θα περιμένει το κατάλληλο χρονικό διάστημα για το κάθε bit.

Eύρος ζώνης Είναι ο μέγιστος ρυθμός με τον οποίο το υλικό μπορεί να μεταβάλλει ένα σήμα. Μετράται σε κύκλους ανά δευτερόλεπτο ή Hertz και σε ένα σύστημα μετάδοσης, έχει άμεση σχέση με τον ελάχιστο αριθμό των bits ανά δευτερόλεπτο τα οποία μπορούν να μεταφερθούν μέσω αυτού του συστήματος. Πιο αναλυτικά, δίνεται το θεώρημα του Nyquist:

D = 2*B*log2K

Όπου Κ: πιθανές τιμές τάσης, Β: εύρος ζώνης και D: μέγιστος ρυθμός μεταφοράς δεδομένων σε bit ανά δευτερόλεπτο (δεν μπορεί να επιτευχθεί στην πράξη – γιατί;; > θεώρημa Shannon).

Ο Shannon προσδιορίζει το μέγιστο ρυθμό μεταφοράς δεδομένων που μπορεί να επιτευχθεί σε ένα σύστημα μετάδοσης το οποίο εισάγει θόρυβο.

C = B*log2(1+S/N)

Όπου C: το πραγματικό όριο της χωρητικότητας του καναλιού σε bit ανά δευτερόλεπτο, Β: το εύρος ζώνης του υλικού, S: η μέση ισχύς του σήματος και Ν: η μέση ισχύς θορύβου.

Παραδείγματα ασκήσεων1. Υποθέστε ότι κάποιος έστειλε 10000 χαρακτήρες των 7 bit μέσω μιας

σύνδεσης RS-232 η οποία λειτουργούσε στα 9600 baud. Πόσο χρόνο θα χρειαζόταν η μετάδοση; (Υπόδειξη: Θυμηθείτε να λάβετε υπόψη ένα bit έναρξης και ένα bit τερματισμού για τον κάθε χαρακτήρα.).

Λόγω της υπόδειξης απαιτούνται 9 bit/χαρακτήρα, άρα 90.000 bit. Οπότε ο απαιτούμενος χρόνος είναι 90.000/9.600 = 9,375 δευτερόλεπτα

2. Χρησιμοποιήστε το θεώρημα του Nyquist για να προσδιορίσετε το μέγιστο ρυθμό μεταφοράς, σε bit ανά δευτερόλεπτο, με τον οποίο μπορούν να στέλνονται δεδομένα μέσω ενός συστήματος μετάδοσης που έχει εύρος ζώνης 4000 Hz και χρησιμοποιεί τέσσερις τιμές τάσης για την κωδικοποίηση των πληροφοριών.

Απλή εφαρμογή του τύπου: D = 2*B*log2K = 16.000 bps

5. Συνδεσμολογίες & Τύποι Καλωδίωσης

Περιγραφή των μέσων μετάδοσης Στη σύντομη περιγραφή των μέσων μετάδοσης που ακολουθεί, θεωρήσαμε σκόπιμο να δώσουμε έμφαση σε ορισμένα κρίσιμα χαρακτηριστικά, όπως είναι :

Εύρος ζώνης συχνοτήτων. Προσδιορίζει το φάσμα ιών συχνοτήτων που μπορούν να διέλθουν ανεμπόδιστα από το μέσον, καθώς ο ρυθμός

17

μετάδοσης (ταχύτητες)και κατά συνέπεια ο όγκος της μεταφερόμενης πληροφορίας εξαρτάται άμεσα από το εύρος ζώνης του μέσου.

Μέγιστο μήκος του μέσου μετάδοσης. Χαρακτηριστικό που εξαρτάταιαπό τίς απώλειες που εισάγει το μέσον στα σήματα επικοινωνίας.

Ευαισθησία σε θόρυβο. Η ευκολία με την οποία το μέσο επηρεάζεταιαπό θορύβους που παρενοχλούν το προς μετάδοση σήμα.

Ευκολία χρήσης. Η ευκολία με την οποία επιτυγχάνονται οι εγκαταστάσεις του μέσου, οι διάφορες συνδέσεις, οι έλεγχοι και η συντήρηση του.

Ασφάλεια. Πόσο ασφαλές είναι το μέσον από ανεπιθύμητες παρεμβολές και υποκλοπές.

Στον παρακάτω πίνακα αναφέρονται όλα τα δυνατά μέσα μετάδοσης δεδομένων.

Σύρματα χαλκού Περιγράφονται παρακάτωΟπτικές ίνες Περιγράφονται παρακάτω

Δορυφόροι

Γεωσύχρονοι (τροχιά συγχρονισμένη με αυτήν την γης) ή υψηλής τροχιάς (φαίνονται ακίνητοι από τη γη)

Χαμηλή τροχιάς (συχνότητα περιστροφής μεγαλύτερη από αυτήν της γης – δεν παραμένουν πάνω από το ίδιο σημείο)Συστοιχίες δορυφόρων χαμηλής τροχιάς (χρησιμοποιούνται

για την καλύτερη επικοινωνία των δορυφόρων χαμηλής τροχιάς)

ΜικροκύματαΥπέρυθρες ακτίνες

Φως από λέιζερΡαδιοκύματα

Παράδειγμα άσκησης με δορυφόρους 3. Αν ένας δορυφόρος βρίσκεται ακριβώς 32.000 χιλιόμετρα επάνω από την

επιφάνεια της Γης, πόσο χρόνο χρειάζεται ένα ραδιοσήμα για να φτάσει σε αυτόν και να επιστρέψει; Αν ο δορυφόρος βρίσκεται ακριβώς στα 35.778 χιλιόμετρα; (Θεωρήστε ότι το σήμα διαδίδεται με την ταχύτητα του φωτός(1), και ότι ο δορυφόρος χρειάζεται 53 μικροδευτερόλεπτα για να επαναμεταδώσει ένα σήμα.).

Το ραδιοσήμα χρειάζεται να διανύσει δύο φορές την απόσταση d μεταξύ δορυφόρου και επίγειου σταθμού. Εάν η ταχύτητα είναι c = 299,79 εκατ. μέτρα/δευτερόλεπτο, τότε ο απαιτούμενος χρόνος είναι: 2* d/c + 53 μsec = 2 * 106.741 + 53 μsec, για απόσταση d = 32.000 km αντίστοιχα και για απόσταση d = 35.778 km

Δισύρματα ΚαλώδιαΕίναι ο απλούστερος κατασκευαστικά τύπος μέσου μετάδοσης. Το μόνο που

υπάρχει εδώ είναι δύο σύρματα μονωμένα μεταξύ τους. Συνήθως χρησιμοποιείται για συνδέσεις πολύ κοντινών αποστάσεων και τέτοιους τύπους βλέπουμε και σε συνδέσεις μεταξύ υπολογιστών και περιφερειακών συσκευών. Σημαντικό πρόβλημα που καθιστά τα καλώδια αυτά μη κατάλληλα για μακρινές αποστάσεις είναι η μεγάλη ευαισθησία που παρουσιάζουν σε περιβάλλον θορύβου. Οι χωρητικές και επαγωγικές συζεύξεις που εμφανίζονται στίς παράλληλες οδεύσεις των συρμάτων στο ίδιο καλώδιο, βοηθούν στη συλλογή ανεπιθύμητων σημάτων από γειτονικά σύρματα φαινόμενο που ονομάζεται παραδιαφωνΐα.

Μία εξελιγμένη μορφή δισύρματων καλωδίων είναι τα συνεστραμμένα ζεύγη (twisted pair) όπου μονωμένοι αγωγοί είναι συνελιγμένοι μεταξύ τους όπως φαίνεται στο σχήμα 3.1. Ο βασικός λόγος ύπαρξης της συνέλιξης (συστροφής) είναι το ότι αυτή προσφέρει σαφώς μεγαλύτερη αντίσταση στην παρουσία

18

θορύβου. Με τα συνεστραμμένα καλώδια ένα σήμα μπορεί να διανύσει αποστάσεις χιλιομέτρων. Αυτό ήταν και το πρώτο μέσο που χρησιμοποιήθηκε από τους Τηλεπικοινωνιακούς οργανισμούς στα τηλεφωνικά δίκτυα. Εχει εύρος ζώνης συχνοτήτων μερικών εκατοντάδων KHz, μέγεθος που εξαρτάται και από την διάμετρο των συρμάτων. Οσο μεγαλύτερη είναι η διάμετρος τόσο μεγαλύτερο είναι και το εύρος ζώνης. Η απόσβεση του σήματος αυξάνεται στις υψηλές συχνότητες. Είναι εν γένει εύκολο μέσο στην εγκατάσταση του και στην ευκολία που προσφέρει για νέες συνδέσεις και απομάστευση καλωδίων από κεντρικό αγωγό, γι' αυτό και έχει την προτίμηση των τεχνικών στις μέρες μας.

Προκειμένου να αυξήσουμε την αντίσταση των καλωδίων αυτών στον θόρυβο, τα μονώνουμε με εξωτερικό προστατευτικό κάλυμμα, δημιουργώντας τα γνωστά θωρακισμένα (shielded) καλώδια.

Η συνέλιξη των καλωδίων μειώνει την επίδραση από θορύβους χαμηλών συχνοτήτων. Η παραδιαφωνία μεταξύ γειτονικών ζευγών μειώνεται ακόμα περισσότερο, αν τα δύο ζεύγη χρησιμοποιούν διαφορετικό μήκος έλικα συνέλιξης. Μέσω των συνεστραμμένων καλωδίων μεταδίδουμε αναλογικά σήματα κυρίως στην περιοχή των ακουστικών συχνοτήτων. Μπορούμε επίσης να μεταδώσουμε και ψηφιακά σήματα περιοριζόμενοι όμως σε μικρές αποστάσεις, καθώς τα σήματα αυτά εμφανίζουν σημαντικό αρμονικό περιεχόμενο στις υψηλές συχνότητες οι οποίες αποσβένονται γρήγορα. Ενδεικτικά η απόσβεση που εμφανίζουν συνεστραμμένα καλώδια στις ακουστικές συχνότητες είναι της τάξης του 1 dB το χιλιόμετρο.

Βασικά χαρακτηριστικά Ενσύρματων ΓραμμώνΗ βάση των τηλεφωνικών δικτύων είναι τα δισύρματα καλώδια. Εδώ

εξετάζουμε τα βασικά χαρακτηριστικά τους που είναι σκόπιμο να γνωρίζει ο αναγνώστης. Αναλύονται κατά σειρά η ωμική αντίσταση, η επαγωγική και χωρητική αντίσταση (reactance) καθώς και η σύνθετη αντίσταση ή εμπέδηση (impedance).

Ωμική αντίστασηΚάθε καλώδιο εμφανίζει μια ωμική αντίσταση που ανάλογα με το μέγεθος

της έχει άμεση επίπτωση στην εξασθένηση των σημάτων. Η εξασθένηση οφείλεται σε απώλεια μέρους της ισχύος του σήματος πάνω στη γραμμή υπό μορφή θερμότητας,

Η ωμική αντίσταση μιας γραμμής εξαρτάται από το είδος του υλικού, το μήκος του και την διάμετρο του κάθε καλωδίου. Αυξανομένου του μήκους του αυξάνει αναλογικά και η αντίσταση του, ενώ αυξανομένης της διαμέτρου του μειώνεται η αντίσταση που προβάλλει στο ρεύμα. Η αντίσταση μιας καλωδιακής γραμμής συνήθως μετράται ανά μονάδα μήκους, παραδείγματος χάριν σε Ωμ ανά χιλιόμετρο. Στον πίνακα 3.1 φαίνεται η ωμική αντίσταση χάλκινων αγωγών διαφόρων διαμετρημάτων.

Επαγωγική και χωρητική αντίσταση (reactance)Τα τηλεφωνικά καλώδια έχουν κατανεμημένη επαγωγή κατά μήκος τους και

κατανεμημένη χωρητικότητα μεταξύ των δύο αγωγών επαγωγική και χωρητική αντίσταση στη διέλευση των εναλασσόμενων σημάτων των ακουστικών συχνοτήτων. Η επαγωγική αντίσταση είναι ανάλογη του μήκους του καλωδίου και ανάλογη της συχνότητας του σήματος που εισάγεται στη γραμμή. Επειδή η επαγωγική αντίσταση rl αυξάνει αναλογικά με τη συχνότητα παρατηρούμε μεγάλη εξασθένηση στις υψηλές συχνότητες κατά τη μετάδοση.

Η χωρητική αντίσταση rc οφείλεται στη χωρητικότητα που εμφανίζεται μεταξύ των αγωγών. Οπως ένας πυκνωτής αποτελείται από δύο πλάκες -αγωγούς

19

και μια ποσότητα διηλεκτρικού ανάμεσα τους, έτσι και η γραμμή εμφανίζεται σαν πυκνωτής με πόλους τους δυο αγωγούς και διηλεκτρικό το μεταξύ τους μονωτικό υλικό.

Ενα σημείο που πρέπει να προσέχουμε είναι ότι η σύνθετη αντίσταση εκφρασμένη σε Ωμ από μόνη της δεν λέει τίποτα, καθώς όπως είπαμε και προηγουμένως σχετίζεται άμεσα με την συχνότητα του σήματος της γραμμής. Ετσι όταν λέμε ότι μία γραμμή έχει σύνθετη αντίσταση 600 Ω πρέπει επιπλέον να αναφέρουμε και την αντίστοιχη συχνότητα. Για λόγους τυποποίησης οι σύνθετες αντιστάσεις μετρώνται για συχνότητα 1000 Hz.

Κάθε γραμμή έχει τα δικά της χαρακτηριστικά ανάλογα με τις R, rt και rc- Η ωμική αντίσταση μιας γραμμής εξαρτάται από το μήκος, την διάμετρο και το υλικό κατασκευής του σύρματος. II επαγωγή είναι στην ουσία η ιδιότητα του αγωγού να αντιδρά σε κάθε μεταβολή του μαγνητικού πεδίου γύρω από τον αγωγό και εξαρτάται και αυτή άμεσα από το μέγεθος του σύρματος, Η χωρητικότητα εξαρτάται από το μήκος και τη διάμετρο των αγωγών, την απόσταση μεταξύ των αγωγών και τον τύπο του διηλεκτρικού υλικού που τους διαχωρίζει Η Ζ των τηλεφωνικών γραμμών είναι 600 Ω για τίς voiceband και 150 Ω για τίς baseband γραμμές. Η έξοδος του πομπού καθώς και η είσοδος του δέκτη των συσκευών που συνδέονται στις τηλεφωνικές γραμμές, χαρακτηρίζονται από μία σύνθετη αντίσταση. Είναι γνωστό ότι η μέγιστη μεταφορά ισχύος επιτυγχάνεται όταν οι σύνθετες αντιστάσεις των διατάξεων εκπομπής και λήψης είναι ίσες. Στην περίπτωση αυτή λέμε ότι έχουμε προσαρμογή συνθέτων αντιστάσεων. Απαραίτητη λοιπόν συνθήκη για τη μεγιστοποίηση της ισχύος του σήματος που φθάνει στο δέκτη και στην ελαχιστοποίηση των ανακλάσεων είναι ο πομπός, η τηλεφωνική γραμμή και ο δέκτης να διαθέτουν ίσες σύνθετες αντιστάσεις

Τυποποιήσεις χάλκινων καλωδίωνΛόγω του ότι τα συνεστραμμένα χάλκινα καλώδια έχουν μεγάλα πρακτικά πλεονεκτήματα, όπως η ευκολία εγκατάστασης, η γνώση χρήσης τοιις από τους τεχνίτες, και το κόστος, τα τελευταία χρόνια γίνεται μια προσπάθεια για επέκταση της χρήσης τους σε αντικατάσταση των εξειδικευμένων ομοαξονικών, διαξονικών κλπ καλωδίων σε συγκεκριμένες εφαρμογές.

Η αντικατάσταση αυτή γίνεται με συγκεκριμένα κάθε φορά χάλκινα καλώδια. Μάλιστα ο στόχος είναι να γίνεται χρήση των αθωράκιστών καλωδίων (JUTΡ - Unshielded Twisted Pair), καθώς είναι φθηνότερα και πιο εύκολα στην εγκατάσταση τους από τα θωρακισμένα (STP - Shielded Twisted Pair), tcod χρησιμοποιούνται όμως οε ειδικές περιπτώσεις, όπως αυτές με επιβάρυνση θορύβου στο περιβάλλον εγκατάστασης τους.

Προκειμένου να αποφευχθεί η πανσπερμία λύσεων και τύπων καλωδίων, καθιερώθηκαν κάποιες τυποποιήσεις κατά πρώτον από την Ε1Α/ΤΙΛ (Elec-tronic/Telecommunication Industry Association). Η τυποποίηση αυτή γνωστή ως ΕΙ Α/ΤΙ Α - 568 αναφέρεται στη χρήση συνεστραμμένων καλωδίων για ευρεία τηλεπικοινωνιακή χρήση. Περισσότερες πληροφορίες γύρω από αυτό το στάνταρντ υπάρχουν στο τέλος του κεφαλαίου αυτού όπου αναπτύσσονται τα σύγχρονα συστήματα καλωδιώσεων.

Ομοαξονικά ΚαλώδιαΠροκειμένου να ξεπεράσουμε τους περιορισμούς που θέτουν τα συνε-στραμμένα καλώδια όσον αφορά τίς ταχύτητες επικοινωνίας, χρησιμοποιούμε ένα άλλο μέσον μετάδοσης, τα ομοαξονικά καλώδια.

20

Χτα ομοαξονικά καλώδια έχουμε δύο αγωγούς. Ο κεντρικός αγωγός περιβάλλεται από τον εξωτερικό αγωγό γης, όπως φαίνεται και στο σχήμα 3.6. Ακριβώς λόγω του ότι ο κεντρικός αγωγός και ο εξωτερικός αγωγός έχουν κοινό άξονα περί τον οποίο ευρίσκονται, ονομάζεται το καλώδιο ομοαξονικό. Εξω από τον εξωτερικό αγωγό υπάρχει μονωτικό και προστατευτικό κάλυμμα, ενώ ανάμεσα στον αγωγό σήματος και τον εξωτερικό αγωγό, διηλεκτρικό μονωτικό υλικό για την απομόνωση τους. Λόγω της κατασκευής του καλωδίου αυτού, ο εσωτερικός αγωγός επιδέχεται πολύ περιορισμένο ποσοστό θορύβου.

Η διάμετρος των συνηθισμένων ομοαξονικών καλωδίων ξεκινά από 0,6 cm και φθάνει τα 2 cm. Συνήθως βλέπουμε να χαρακτηρίζονται τα ομοαξονικά καλώδια με τα αρχικά RG και αριθμούς που προσδιορίζουν την διάμετρο του εσωτερικού αγωγού, την συνολική του διάμετρο και το τι είδους μόνωση υπάρχει μεταξύ των αγωγών. Από πλευράς εγκαταστάσεων είναι δύσχρηστο λόγω της διαμέτρου του, της μηχανικής σχετικής δυσκαμψίας του αλλά και της δύσκολης συνδετικής του ικανότητας αφού επιδέχεται μόνον ειδικούς connector. Προσφέρει υψηλό εύρος ζώνης συχνοτήτων και συνεπώς υψηλές ταχύτητες μετάδοσης data. To χρησιμοποιούμενο εύρος ζώνης φθάνει τα 400 MHz. Για τους λόγους αυτούς χρησιμοποιείται σε εφαρμογές όπως η καλωδιακή τηλεόραση, τα τοπικά δίκτυα υπολογιστών και για υπεραστικές συνδέσεις του τηλεφωνικού μας συστήματος. Χρησιμοποιείται για μεταδόσεις και αναλογικών και ψηφιακών σημάτων, ενώ για μετάδοση σε μεγάλες αποστάσεις παρεμβάλλονται αναμεταδότες.

Οπτικές ΊνεςΗ καλύτερη εναλλακτική λύση σήμερα στα μέσα μετάδοσης εμφανίζεται να είναι η οπτική ίνα. Μία λύση με αρκετά πλεονεκτήματα που κερδίζει έδαφος συνεχώς τα τελευταία χρόνια.

Η βασική ιδέα εδώ είναι η χρήση της οπτικής ίνας ως μέσου και του φωτός ως φορέα της πληροφορίας, αντί για το ρεύμα ή την τάση που χρησιμοποιούμε στα ενσύρματα μέσα. Ο τρόπος που αποστέλλεται η ψηφιακή πληροφορία είναι η διαμόρφωση πλάτους του εκπεμπόμενου από την πηγή φωτός σε μορφή on / off.

Σχήμα 3.7 Καλώδιο οπτικής ίνας

21

Φωτεινή δέσμη

Προστατευτικό κάλυμμα

Το μέσον που χρησιμοποιείται είναι ίνες γυαλιού ή πλαστικού που έχουν την ιδιότητα να εγκλωβίζουν τις οπτικές ακτίνες και να τις οδηγούν στο τέρμα. Οι ίνες αυτές που ονομάζονται fiber αποτελούνται συνήθως από τρεις ομόκεντρες κυλινδρικές οντότητες διηλεκτρικού υλικού, που είναι η κεντρική ίνα (core), η επίστρωση (cladding) και το κάλυμμα (βλέπε σχήμα 3.7).

Η φωτεινή δέσμη που μεταφέρει την πληροφορία, μεταδίδεται μέσω της κεντρικής ίνας (core) που είναι από γυαλί ή πλαστικό. Η φωτεινή δέσμη οδεύει με διαδοχικές ανακλάσεις στα τοιχώματα της ίνας προς το άλλο άκρο. Η επιτυχία της μετάδοσης αυτής οφείλεται στο γεγονός ότι το σήμα υφίσταται ολικές ανακλάσεις με αποτέλεσμα η ενέργεια της φωτεινής δέσμης να παραμένει εγκλωβισμένη στην οπτική ίνα. Οπως γνωρίζουμε από την Φυσική, βασική προϋπόθεση για να συμβεί η ολική ανάκλαση είναι, αφ' ενός ο δείκτης διάθλασης του εξωτερικού υλικού να είναι μικρότερος του εσωτερικού, αφ' ετέρου η γωνία πρόσπτωσης της ακτίνας να είναι μεγαλύτερη από κάποια τιμή που ονομάζεται "ορική" γωνία. Στο σχήμα 3.8 φαίνεται η βασική λειτουργία της μεθόδου των οπτικών ινών.

Στην περίπτωση των οπτικών ινών η επίστρωση της κεντρικής ίνας (clad ding) γίνεται με υλικό που έχει μικρότερο δείκτη διάθλασης από αυτόν της κεντρικής ίνας. Ο άλλος στόχος που είναι η πρόσπτωση των ακτινών με γωνία μεγαλύτερη της ορικής επιτυγχάνεται με τη χρήση ινών πολύ μικρού διαμετρήματος. Στο τέρμα της οπτικής ίνας ευρίσκεται ένας φωτοδέκτης που ανιχνεύει την έλευση του φωτός.

Στη συνέχεια αναφέρονται μερικά από τα πλεονεκτήματα της χρήσης των οπτικών ινών σε σχέση με τα άλλα μέσα μετάδοσης.

Εύρος ζώνης. Οι οπτικές ίνες διαθέτουν πολύ μεγάλο εύρος ζώνης συχνοτήτων, με αποτέλεσμα την επίτευξη υψηλών ρυθμών μετάδοσης. Υπάρχουν σήμερα εγκατεστημένες οπτικές ίνες με ρυθμούς μετάδοσης2,5 Gbps, ενώ σε εργαστηριακές εφαρμογές φθάνουμε ακόμα και τα 6 Gbps. Η τεχνολογία βελτιώνει συνεχώς τα χαρακτηριστικά των οπτικών ινών με αποτέλεσμα να αυξάνεται η ταχύτητα και κατά συνέπεια το πλήθος των τηλεφωνικών καναλιών που φιλοξενούνται σε μία ίνα. Σήμερα η χωρητικότητα της οπτικής ίνας έχει ξεπεράσει τα 30000 ψηφιακά κανάλια φωνής.

Θόρυβος. Είναι ανεπηρέαστες από ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία και ως εκ τούτου συνιστάται η χρήση τους σε βιομηχανικούς χώρους με περιβάλλον υψηλού θορύβου.

Ο ρυθμός εμφάνισης σφαλμάτων (error rate) είναι σε χαμηλά επίπεδα. Εν γένει μπορούμε να πούμε ότι είναι καλύτερος από τα ενσύρματα μέσα μετάδοσης κατά 3 τάξεις μεγέθους.

Υλικό. Το βάρος και ο όγκος των οπτικών ινών είναι σημαντικά μικρότερος από άλλους αντίστοιχους αγωγούς. Για παράδειγμα χάλκινο καλώδιο των 1000 ζευγών σε μήκος 500 μέτρων ζυγίζει περί τα 4000 κιλά, ενώ καλώδιο οπτικής ίνας για την ίδια απόσταση ζυγίζει περί τα 45 κιλά και ταυτόχρονα παρέχει τον ίδιο αριθμό καναλιών. Επιπλέον δεν είναι ευαίσθητες σε υγρά περιβάλλοντα, όπου τα χάλκινα καλώδια μπορεί να δημιουργήσουν βραχυκυκλώματα και παραδιαφωνΐες.

Επειδή δεν μεταφέρει ηλεκτρικό σήμα, προτιμάται σε περιοχές υψηλού κινδύνου εκρήξεων από σπινθήρες (χώροι καυσίμων, εύφλεκτων αερίων κλπ.).

Ασφάλεια. Είναι αρκετά ασφαλές μέσον μεταφοράς, καθώς είναι πολύ δύσκολο να παρέμβει κάποιος για να υποκλέψει ή να παρεμβάλει data.

Απόσβεση. Οι οπτικές ίνες προξενούν μικρότερη εξασθένηση στα σήματα από ότι τα χάλκινα καλώδια και τα ομοαξονικά. Επιτυγχάνουμε σήμερα αποστάσεις οπτικών ινών χωρίς αναμεταδότη, που ξεπερνούν τα 300 χιλιόμετρα, νούμερο που συνεχώς αυξάνεται.

22

Στα μειονεκτήματα των οπτικών ινών καταλογίζονται:

Είναι δύσκολοι οι τρόποι σύνδεσης και βυσμάτωσης των οπτικών ινών σε εκπομπό και δέκτη. Οι δυσκολίες εμφανίζονται στην προσαρμογή και ευθυγράμμιση της ίνας με τη φωτεινή πηγή του πομπού. Μικρές αποκλίσεις των βυσμάτων σύνδεσης προξενούν διασπορά και απώλεια του εκπεμπόμενου σήματος.

Είναι δύσκολη η σύνδεση πολλών χρηστών πάνω σε ένα καλώδιο, καθώς δεν είναι εύκολος ακόμη ο τρόπος απομάστευσης με οπτικές ίνες. Μέχρι στιγμής οι οπτικές ίνες ικανοποιούν κυρίως point to point συνδέσεις.

Οπως κάθε προϊόν νέας τεχνολογίας η χρήση τους είναι περιορισμένη και η υπάρχουσα υποδομή ανεπαρκής.

Πού εφαρμόζονται οι οπτικές ίνες.

Τα συστήματα καλωδιώσεων με οπτικές ίνες συνεχώς αυξάνονται καθώς όλο και νέες εφαρμογές χρησιμοποιούν τα πλεονεκτήματα τους. Ας δούμε λοιπόν τα πεδία εφαρμογής τους.

α. Συνδέσεις τηλεπικοι τηλεπικοινωνιακών συστημάτων επίγειες και υποθαλάσσιες μακρινών αποστάσεων, όπου υποκαθιστούν τα ομοαξονικά καλώδια, τίς μικρό κυματικές ζεύξεις και τους δορυφόρους.

Τώρα τελευταία έχουν ποντισθεί πολλά τέτοια καλώδια που συνδέουν ηπείρους μεταξύ τους με χωρητικότητα που ξεπερνά τα 30000 κυκλώματα φωνής. Παραδείγματα τέτοιων συνδέσεων είναι η επικείμενη ζεύξη Μασσαλίας - Σιγκαπούρης, το Υπερσηβηρικό καλώδιο κλπ.

β. Συνδέσεις σε βιομηχανικές περιοχές με υψηλό επίπεδο ηλεκτρομαγνητικών θορύβων.

γ. Σε τοπικά δίκτυα για επικοινωνίες data μεγάλων ταχυτήτων.

5. Στα νέα Αστικά Δίκτυα (Metropolitan Area Network) που αναπτύσσονται τελευταία.

ε. Για μεταδόσεις με υψηλές απαιτήσεις ασφάλειας που απαιτούν οι κρατικές υπηρεσίες πληροφοριών, οι στρατιωτικές εφαρμογές κλπ.

Είδη εκπομπής σε οπτικές ίνες

Ανάλογα με τον τύπο της πηγής που χρησιμοποιείται διακρίνουμε δύο κατηγορίες εκπομπής οπτικών σημάτων. Την Laser (Light amplification by stimulated emission of radiation) και την LED (Light Emitting Diode).

Συγκρΐνοντας Laser και LED θα λέγαμε ότι στα πλεονεκτήματα των Laser καταλογίζεται το ότι διαθέτουν :

μεγαλύτερη ισχύ εκπομπής. υψηλότερο ρυθμό μετάδοσης (bit rate). στενή δέσμη φωτός. συνεργασία με multimode και single mode τύπο οπτικής ίνας. μικρή χρωματική διάχυση καθώς είναι σχεδόν μονοχρωματική. ενώ στα πλεονεκτήματα των LED ανήκουν : το χαμηλότερο κόστος. η μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. η μικρή ευαισθησία σε μεταβολές της θερμοκρασίας

Τρόποι μετάδοσης.

23

Οπως αναφέραμε και προηγουμένως, τα οπτικά σήματα μεταφέρονται με διαδοχικές ανακλάσεις στα τοιχώματα της οπτικής ίνας. Υπάρχουν διαφορετικοί τρόποι μετάδοσης μέσω των οπτικών ινών, η αρχή λειτουργίας των οποίων φαίνεται στο σχήμα 3.9. Διακρίνουμε δύο βασικούς τρόπους μετάδοσης, την multimodc και την single mode ή monomodc. Οι ίνες multimode έχουν τυπική διάμετρο 50, 62,5 ή ΙΟΟμιη με επίστρωση (cladding) διαμέτρου 125μιτι. Οι ίνες single mode έχουν διάμετρο πυρήνα από 5 έως ΙΟμπι.

Οι διάφορες ακτίνες του οπτικού σήματος ανάλογα με την είσοδο τους στην οπτική ίνα οδεύουν ανακλώμενες υπό διαφορετικές γωνίες όπως φαίνεται στο σχήμα 3.9α. Φυσικά μόνον οι ακτίνες που προσπίπτουν με γωνία μεγαλύτερη της ορικής διαδίδονται κατ' αυτόν τον τρόπο, ενώ οι υπόλοιπες διαθλώνται στην εξωτερική επίστρωση (cladding).

Ο τρόπος αυτός μετάδοσης ονομάζεται multimodc καθώς έχουμε πολλούς δρόμους μετάδοσης που αντιστοιχούν στις διαφορετικές γωνίες ανάκλασης. Οσο μικρότερη είναι η διάμετρος της κεντρικής ίνας τόσο λιγότερους δρόμους μετάδοσης έχουμε. Οταν η διάμετρος μειωθεί στο επίπεδο του μήκους κύματος του εκπεμπόμενου οπτικού σήματος, τότε ένας μόνο τρόπος μετάδοσης παραμένει, η αξονική μετάδοση που ονομάζεται single mode (βλ. σχήμα 3.9γ).

Οι οπτικές ίνες με multimode τρόπο μετάδοσης διακρίνονται σε δύο κατηγορίες. Στίς step index και graded index.

Α) Οπτική ίνα mullimode step index

Β) Οπτική ίνα multimode graded index

Σχήμα 3.9 Τρόποι μετάδοσης σε οπτικές ίνες

Οι ίνες step index χαρακτηρίζονται έτσι λόγω της απότομης μεταβολής του δείκτη διάθλασης μεταξύ της κεντρικής ίνας και του υλικού επίστρωσης (cladding). Ο

24

Φωτεινές ακτίνες

φωτεινή πηγή

Φωτεινή πηγήΦωτεινές ακτίνες

δείκτης διάθλασης του cladding είναι πάντα μικρότερος από αυτόν του κεντρικού πυρήνα ώστε να επιτυγχάνεται ολική ανάκλαση. Οι ίνες graded index χαρακτηρίζονται από τη βαθμιαία μείωση του δείκτη διάθλασης του υλικού όσο απομακρυνόμαστε από το κέντρο προς την εξωτερική επιφάνεια της κεντρικής ίνας. Το σχήμα 3.9β δείχνει την πορεία των ακτινών σε μία τέτοια ίνα,

Ο single mode τρόπος μετάδοσης εμφανίζει σαφώς καλύτερα χαρακτηριστικά και επιτυγχάνει υψηλότερους ρυθμούς μετάδοσης (ταχύτητες) από τους multimodc. Η εξασθένηση που εισάγει είναι 0,2 - 2 dB/km.

Ο κάθε δρόμος μετάδοσης του multimodc έχει και διαφορετικό μήκος με αποτέλεσμα η κάθε ακτίνα να φθάνει σε διαφορετικές χρονικές στιγμές στο δέκτη δημιουργώντας παραμόρφωση στο αρχικό σήμα. Η εξασθένηση που εισάγουν στο σήμα οι Step index multimodc κυμαίνεται περίπου από 4 - 10 dB/km, ενώ στις Graded index είναι από 2 - 5 dB/km.

Για το λόγο αυτό η χρήση της multimodc ίνας περιορίζεται σε μικρές αποστάσεις και για μικρότερους ρυθμούς μετάδοσης από την single mod Προϋπολογισμός ισχύος οπτικών ινών

Σε συνδέσεις οπτικών ινών πρέπει να γίνεται προσεκτικός υπολογισμός της οπτικής ισχύος για να βεβαιωθούμε ότι οι εξασθενήσεις του οπτικού σήματος δεν είναι υπερβολικές ώστε να δημιουργήσουν απώλεια επικοινωνίας.

Ο πλέον κοινός πομπός για οπτικές ίνες είναι οι δίοδοι LED. Οι δίοδοι αυτές εκπέμπουν ένα ευρύ σχετικά κώνο φωτός σε σχέση με την πραγματική διάμετρο της ίνας. Ενα μεγάλο μέρος της φωτεινής ισχύος χάνεται έτσι ανεκμετάλλευτο. Οσο μεγαλύτερη είναι η διάμετρος της ίνας τόσο καλύτερη είναι η σύζευξη με την πηγή.

Οι πλέον κοινές διάμετροι ίνας είναι 50/125, 62,5/125, 100/140. Μία ίνα100/140 θα αποροφήσει από την πηγή τετραπλάσια ισχύ ή 6 dB (=101og4) σε σχέση με μια ίνα 50/125 που έχει τη μισή διάμετρο, λόγω του ότι η απορρόφηση είναι ανάλογη με την επιφάνεια της τομής της ίνας. Οι απώλειες εκφράζονται σε dB. Εάν για παράδειγμα η ισχύς εισόδου στην ίνα είναι 1 μ\Υ (—30 dB) και η ισχύς εξόδου στο άλλο άκρο 0,5 μ\Υ (=-33 dB), τότε οι απώλειες είναι lOlogl/0,5-3 dB.

Η μέγιστη επιτρεπτή οπτική εξασθένηση σε μία σύνδεση, το link budget, ορίζεται ως η ισχύς που εισάγεται στην μία άκρη της ίνας μείον την ισχύ που απαιτείται για να διεγείρει τον δέκτη (ευαισθησία δέκτη) στην άλλη άκρη της ίνας. Η εξασθένηση σε μια οπτική σύνδεση δημιουργείται από:

Απώλειες στην οπτική ίνα

Συχνά με την πάροδο του χρόνου και την γήρανση του υλικού ή με τη μεταβολή της θερμοκρασίας η συνολική απώλεια μιας σύνδεσης μπορεί να αυξηθεί κατά μερικά dB. Αυτό πρέπει να λαμβάνεται υπόψη ιδιαίτερα όταν ο προϋπολογισμός ισχύος είναι οριακός. Τυπικές τιμές απωλειών για σήμα LED 820 nm, έχουν ως εξής:

50/125 3 - 3,5 dB/km

62,5/125 3,5 - 4 dB/km

100/140 4,5 - 5 dB/km

Απώλειες στους συνδέσμους (connector)

Οι σύνδεσμοι είναι τα κρισιμότερα στοιχεία στον προϋπολογισμό ισχύος, διότι έχουν πολύ μεγάλες απώλειες, της τάξεως 1 - 2 dB ανά σύνδεσμο. Συχνά ένας κακός σύνδεσμος μπορεί να εισάγει απώλεια ισχύος όσο και 1 χλμ καλωδίου. Για το

25

λόγο αυτό η χρήση τους πρέπει να περιορίζεται στο ελάχιστο δυνατό. Η απώλεια στους συνδέσμους είναι μεγαλύτερη όσο αυξάνεται η διάμετρος της οπτικής ίνας.

Απώλειες στους μόνιμους συνδέσμους (splices)

Η σύνδεση οπτικών ινών με μόνιμους συνδέσμους είναι περισσότερο αξιόπιστη και έχει μικρότερες απώλειες από σύνδεση με συνδέσμους. Τυπική τιμή απώλειας σε μόνιμο σύνδεσμο είναι 0,1 - 0,2 dB. Στον πίνακα παρουσιάζεται ένα παράδειγμα προϋπολογισμού οπτικής ισχύος, για την εκτίμηση της μέγιστης απόστασης σε μια απλή ζεύξη με διάφορους τύπους οπτικής ίνας, με χρήση δύο συνδέσμων και δύο splice. Η ισχύς εισόδου στις στήλες του πίνακα διαφέρουν λόγω διαφορετικής διαμέτρου των ινών, πράγμα που επιδρά στην απορροφώμενη ισχύ.

Το περιθώριο ασφαλείας χρησιμοποιείται για να μας εξασφαλίσει από αυξημένες απώλειες που μπορεί να προκύψουν από διάφορες αιτίες όπως είναι η γήρανση της ίνας ή του LED εκπομπής, κακές επαφές σε συνδέσμους ή splices, θερμοκρασιακές μεταβολές κλπ.

Στον πίνακα 3.2 κατ' αρχήν υπολογίζεται το link budget, από το οποίο στη συνέχεια αφαιρούνται οι απώλειες στους συνδέσμους και splices, αλλά και το περιθώριο ασφαλείας. Από την επιτρεπτή εξασθένηση της ζεύξης που απομένει προσδιορίζεται με βάση την εξασθένηση του καλωδίου, η μέγιστη απόσταση του καλωδίου της ζεύξης.

ΠΙΝΑΚΑΣ 3.2 ΠΡΟΥΠΟΛΟΠΣΜΟΣ ΙΣΧΥΟΣ ΟΠΤΙΚΩΝ ΙΝΩΝ

Τύπος ίνας Multim

ode Single

mode

Χαρακτηριστικό 50/125 62,5/12

5 100/14

0 9/120

1

2

Ισχύς εισόδου στην ίνα

Ευαισθησία δέκτη

-20dBm

-32dbm

-18 dBm -32 dbm

-14 dBm -32 dbm

-18 dBm -32 dbm

3 Link budget (=1-2) 12 dB 14 dB 18 dB 14 dB

4 Απώλεια 2 connector 2 dB 2 dB 1 dB 3 dB

5

6

Απώλεια 2 splices

Περιθώριο ασφαλείας

0,4 db 2 dB

0,4 db

2 dB

0,4 db

2 dB

0,4 db

2 dB

7 Σύνολο λοιπών απωλειών

(=4+5+6) 4,4 dB 4,4 dB 3,4 dB 5,4 dB

8 Επιτρεπτή εξασθένηση ζεύξης

(=3-7) 7,6 dB 9,6 dB 14,6 dB 8,6 dB

9 Εξασθένηση καλωδίου dB/Km 3

dB/Km 3,5

dB/Km 4

dB/Km 0,7

dB/Km

10 Μέγιστη απόσταση (=8/9) 2,5 Km 2,7 Km 3,7 Km 12,3 Km

26

Στοιχεία που απαρτίζουν ένα δίκτυο οπτικών ινών

Για ένα σύστημα τέτοιας μορφής επικοινωνίας απαιτούνται πέραν των οπτικών ινών και άλλα απαραίτητα εξαρτήματα όπως οι πομποί, οι δέκτες, οι σύνδεσμοι (connectors), οι μόνιμοι σύνδεσμοι (splices), οι διακλαδωτές (couplers), οι επαναλήπτες (repeaters) κλπ. Μία σύντομη περιγραφή του καθενός θα μας εξοικειώσει με τα εξαρτήματα αυτά.

Πομποί

Ο πομπός διαμορφώνει το εκπεμπόμενο φως με το σήμα που εμείς του δίνουμε για μετάδοση. Δύο είναι οι μεγάλες κατηγορίες πομπών, αυτή που για πηγή φωτός χρησιμοποιεί LED και αυτή που χρησιμοποιεί Laser. Τα LED και τα Laser είναι ημιαγωγοΐ που εκπέμπουν φως όταν εφαρμοσθεί κατάλληλη τάση στα άκρα τους. Τα Laser που χρησιμοποιούνται στις οπτικές ίνες είναι ημιαγωγοΐ γνωστοί και με τον όρο ILD (Injection Laser Diode). Εκπέμπουν μονοχρωματικό φως αλλά η λειτουργία τους διαφέρει από αυτή των κλασσικών συστημάτων εκπομπής ακτινών Laser. Με τις πηγές φωτός LED εκπέμπεται φως στην αόρατη περιοχή δίπλα στις υπέρυθρες. Το μήκος κύματος που χρησιμοποιείται εδώ κυμαίνεται από 700 - 900 nm με πιο συνήθη τα 820 ή 850 nm. Σημειώστε ότι η οπτική περιοχή είναι από τα 400 (ιώδες) έως τα 750 nm (ερυθρό).

Με ειδικές μίξεις ινδΐου, γαλλίου, αρσενικού και φωσφόρου κατασκευάζουμε ημιαγωγούς Laser ικανούς να εκπέμψουν στα 1300 και 1550 nm. Οι ημιαγωγοί Laser παράγουν μονοχρωματική ακτινοβολία που παραμορφώνουν λιγότερο το σήμα εξόδου. Ως γνωστόν οι πολυχρωματικές δέσμες παραμορφώνουν το σήμα λόγω της διαφορετικής ταχύτητας μετάδοσης κάθε συχνότητας πάνω στην οπτική ίνα. Επίσης παρουσιάζουν πιο κατευθυντική δέσμη και μεγαλύτερη ισχύ σήματος.

Συνοψΐζοντας τα παραπάνω θα λέγαμε ότι για κοντινές αποστάσεις χρησιμοποιούμε συνήθως πηγές LED 850 nm. Για μεγαλύτερες αποστάσεις και ρυθμούς μετάδοσης χρειάζονται πηγές Laser ή LED 1300 nm ή ακόμη καλύτερα πηγές Laser 1550 nm. Οι πηγές LED προτιμώνται για τα αναλογικά σήματα καθώς έχουν καλή συμπεριφορά σε γραμμική απόκριση. Laser και LED χρησιμοποιούνται για ψηφιακές μεταδόσεις, με τα Laser προτιμώμενα σε υψηλότερους ρυθμούς μετάδοσης (ταχύτητες).

Δέκτες

Οι δέκτες είναι τα εξαρτήματα εκείνα που αφού λάβουν το οπτικό σήμα από την οπτική ίνα το μετατρέπουν σε ηλεκτρικό, το καθαρίζουν, το ενισχύουν και το προωθούν στο καλώδιο πίσω από τον δέκτη. Ο ανιχνευτής που χρησιμοποιείται για τη μετατροπή του οπτικού σήματος σε ηλεκτρικό είναι η φωτοδίοδος. Μέχρι τώρα χρησιμοποιούνται δυο τύποι φωτοδιόδων, οι PIN και οι δίοδοι "χιονοστιβάδας" (APD Avalanche Photo Diode). Οι δίοδοι PIN είναι λιγότερο ευαίσθητες στο φως και φθηνότερες των APD. Οι δύο κρίσιμοι παράγοντες στην αναγνώριση του σήματος είναι η ένταση (signal strength) και ο λόγος σήματος προς θόρυβο (S/N).

Σύνδεσμοι (connector)

Με τον όρο conneetor εννοούμε τους συνδέσμους για προσωρινή σύνδεση μεταξύ δύο οπτικών καλωδίων ή μεταξύ του καλωδίου και του πομπού ή του δέκτη. Με τη λέξη "προσωρινή" εννοούμε συνδέσεις που μπορούν κατά τη βούληση μας να διακόπτονται και να αποκαθίστανται.

Ο connector σημειωτέον συνδέει όλο το καλώδιο και όχι μόνο την ίνα. Οι οπτικές ίνες είναι πολύ ευαίσθητες στις συνδέσεις τους καθώς η παραμικρή μετατόπιση

27

της μιας έναντι της άλλης προξενεί εξασθένηση του σήματος, ίσως και διακοπή της μετάδοσης. Γι' αυτό πρέπει οι κεντρικές ίνες να εφάπτονται ακριβώς η μία με την άλλη στο σημείο σύνδεσης.

Τα σημεία συνδέσεων των φορητών συσκευών και των οργάνων γίνονται με την χρήση connector. Με λίγα λόγια ο connector στις οπτικές ίνες παίζει το ρόλο της πρίζας ή του φις στο ηλεκτρικό ρεύμα.

Το σημαντικότερο χαρακτηριστικό των connector είναι η εξασθένηση. Κάθε φορά που ένα σήμα περνάει μέσα από ένα σύνδεσμο χάνει ένα μέρος της ισχύος του. Σήμερα η τεχνολογία μπορεί να προσφέρει συνδέσμους (connector) με εξασθένηση της τάξης του 1 dB.

Ενα άλλο σοβαρό θέμα είναι η συμβατότητα connector, καλωδίου, πομπού και δέκτη. Η έλλειψη σήμερα αποδεκτής διεθνούς τυποποίησης δημιουργεί σημαντικά προβλήματα συμβατότητας.

Μόνιμοι σύνδεσμοι (splices)

Οι μόνιμοι σύνδεσμοι (splices) στην ουσία κάνουν την ίδια δουλειά με τους connector, μόνο που χρησιμοποιούνται για μόνιμες συνδέσεις μεταξύ οπτικών ινών. Είναι κάτι σαν τις μούφες των υδραυλικών. Οταν θέλουμε να επεκτείνουμε ένα καλώδιο, όταν θέλουμε να συνδέσουμε ένα κομμένο καλώδιο, χρησιμοποιούμε splices. Επειδή προορίζεται για μόνιμες συνδέσεις, είναι έτσι κατασκευασμένα που εισάγουν πολύ μικρή εξασθένηση, της τάξης του 0,1 dB.

Διακλαδωτές (couplers)

Οι διακλαδωτές είναι η συσκευή εκείνη με την οποία διασυνδέεται μία οπτική ίνα με περισσότερες. Σε αντίθεση με τους συνδέσμους (connector) και τους μόνιμους διακλαδωτές (splices) που συνδέουν δύο οπτικά καλώδια, οι coupler συνδέουν τουλάχιστον τρία. Στην περίπτωση αυτή το οπτικό σήμα διερχόμενο από έναν coupler χάνει αρκετή από την ισχύ του. Αυτό έχει σαν επίπτωση τον περιορισμένο πρακτικά αριθμό των εξόδων ενός διακλαδωτή.

Μέχρι στιγμής έχουν αναπτυχθεί δύο τεχνολογίες διακλαδωτών. Οι παθητικοί και οι ενεργητικοί. Παθητικοί είναι αυτοί που απλώς διαβιβάζουν το οπτικό σήμα από μία είσοδο σε πολλές εξόδους. Οι ενεργητικοί βάζουν ένα δέκτη στη κεντρική είσοδο και μετά οδηγούν την ηλεκτρική πλέον έξοδο του δέκτη σε πολλούς πομπούς. Ετσι δεν έχουμε το μειονέκτημα της εξασθένησης του σήματος. Επιπλέον και στην κατασκευή οι ενεργητικοί είναι ευκολότεροι απ' ότι οι παθητικοί.

Διακρίνουμε τους διακλαδωτές σε ακτινωτούς και T-coupler ανάλογα με τη γεωμετρία της σύνδεσης. Επίσης διακρίνονται σε κατενθνντικούς όπου το σήμα ταξιδεύει σε συγκεκριμένη κατεύθυνση και σε αμφικατευθνντικούς, όπου οποιαδήποτε από τις εισόδους - εξόδους του coupler μπορεί να εκπέμπει σήμα προς όλες τις άλλες. Τέλος έχουμε διακλαδωτές που διαχωρίζουν τα διαφορετικά μήκη κύματος των σημάτων εισόδου και τα δρομολογούν σε διαφορετικές εξόδους.

Καλωδιακά ΣυστήματαΤα τελευταία χρόνια έχουν αυξηθεί δραματικά οι εφαρμογές που χρησιμοποιούν καλώδια ασθενών ρευμάτων. Σε αντίθεση με τις παλαιότερες συνθήκες όπου είχαμε μόνο την τηλεφωνία, οι σημερινές ανάγκες επεκτείνονται και σε νέες εφαρμογές όπως :

28

Δίκτυα data (LAN, WAN) Σύνδεση τερματικών με υπολογιστές ή controllers, Συστήματα ασφαλείας και ελέγχου (πυρανίχνευση/πυρόσβεση, συνα

γερμοί, σηματοδότηση, έλεγχος προσπέλασης κλπ.), Σύγχρονα τηλεφωνικά κέντρα, Telefax, Μετάδοση εικόνας, Ενδοεπικοινωνίες.

Ολες οι παραπάνω εφαρμογές απαιτούν πληθώρα εξειδικευμένων κάθε φορά καλωδιακών συστημάτων. Η πρόσθετη και εκ των υστέρων καλωδίωση που τοποθετείται για να κάλυψη τις εκάστοτε ανάγκες έχει επίπτωση στην αισθητική των κτιρίων, έχει υψηλό κόστος, αλλά είναι και εξαιρετικά δύσκολη στην κατασκευή.

Κατόπιν τούτου δημιουργήθηκε η ανάγκη για μια ενοποιημένη αντιμετώπιση του όλου θέματος με ένα μοναδικό, γενικού σκοπού, ευέλικτο, επεκτάσιμο καλωδιακό σύστημα, που θα μπορεί να ανταποκρίνεται στις παραπάνω παρούσες αλλά και μελλοντικές ανάγκες. Οι ανάγκες αυτές είναι σήμερα άκρως επιτακτικές ιδίως στα σύγχρονα κτίρια γραφείων, σε βιομηχανικούς χώρους, πανεπιστήμια, νοσοκομεία κλπ.

Δομημένη ΚαλωδίωσηΕνα σύστημα "δομημένης καλωδίωσης" έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:

Είναι ανεξάρτητο των εφαρμογών και των συσκευών που χρησιμο-ποιούνται, δηλαδή είναι σχεδιασμένο να εξυπηρετεί τόσο ανάγκες τηλεφωνίας, όσο και data, video κλπ.

Εγκαθίσταται άπαξ με τέτοιο τρόπο που να εξυπηρετούνται παρούσες και μελλοντικές εφαρμογές.

Είναι επεκτάσιμο και ευέλικτο στις ανακατατάξεις θέσεων στους χώρους εργασίας.

Είναι φθηνότερο. Εχει παρατηρηθεί ότι είναι 2-3 φορές φθηνότερο από τα κόστη που επιβάλουν οι εκ των υστέρων πρόσθετες λύσεις.

Συμβάλλει στην τυποποίηση και συνεπώς στην απλούστευση και ενιαία αντιμετώπιση του τρόπου σύνδεσης όλων των συσκευών. Εχει προδιαγραφές ποιότητας και επιδόσεων.

Με τον όρο δομημένη καλωδίωση εννοούμε ένα πλήρες καλωδιακό σύστημα που υποδιαιρείται σε αυτόνομα υποσυστήματα. Συνήθως τα υποσυστήματα αυτά είναι τα εξής επτά :

Υποσύστημα θέσης εργασίας, Οριζόντια καλωδίωση. Ενδιάμεσοι κατανεμητές οριζόντιας καλωδίωσης. Καλωδίωση κορμού (κατακόρυφη). Κεντρικός κατανεμητής κτιρίου. Εξωτερικό δίκτυο κορμού (campus). Υποσύστημα διαχείρισης.

Μια πολύ αποδεκτή τυποποίηση καλωδιακών συστημάτων είναι η Αμερικανική ΕΙΑ/ΤΙΑ 568 που κυρίως προτείνει την χρήση καλωδίων συνεστραμ-μένων ζευγών (UTP - Unshielded Twisted Pair) ή οπτικών ινών. Θα αναφερθούμε με περισσότερη λεπτομέρεια όταν θα εξετάσουμε στη συνέχεια τα διάφορα υποσυστήματα που απαρτίζουν την δομημένη καλωδίωση.

Στο σχήμα 3.29 φαίνεται ο τρόπος οργάνωσης και τα υποσυστήματα ενός τυπικού δομημένου καλωδιακού συστήματος.

29

Κεντρικός κατανεμητής

ΚΤΙΡΙΟ Α

Σχήμα 3.29 Υποσυστήματα δομημένης καλωδίωσης

Υποσύστημα Θέσης Εργασίας Τα ζωτικά στοιχεία αυτού του υποσυστήματος είναι οι σύνδεσμοι (connector) και τα καλώδια για την σύνδεση των συσκευών στις θέσεις εργασίας με τις πρίζες του καλωδιακού συστήματος. Αόγω της πληθώρας των συσκευών που συνδέονται σε ένα καλωδιακό δίκτυο, η τυποποίηση των στοιχείων αυτών είναι δύσκολη και κατ' ανάγκη πρέπει να είναι ευέλικτη.

Το καλώδιο σύνδεσης, αν πρόκειται για απλές τηλεφωνικές συσκευές ή modem, είναι καλώδιο 1, 2, ή 3 ζευγών με σύνδεσμο τύπου RJ-11 (σχήμα 331) ή καλώδιο 4 ζευγών με σύνδεσμο τύπου RJ-45 (σχήμα 330). Στις περιπτώσεις τερματικών συσκευών που απαιτούν ομοαξονικό καλώδιο, όπως πχ τερματικά ΪΒΜ, χρησιμοποιούνται ειδικοί προσαρμογείς (baluns) της σύνθετης αντίστασης, για την σύνδεση του ομοαξονικού καλωδίου στην πρίζα. Η τυποποίηση ΕΙΑ/ΤΙΑ-568 προβλέπει καλώδιο 4 ζευγών, πρίζα RJ-45 και μήκος καλωδίου μεταξύ συσκευής και πρίζας όχι μεγαλύτερο από 3 μέτρα.

30

Υποσύστημα θέσης εργασίας

Δίκτυο κορμού ευρύτερης περιοχής campus)

ΚΤΙΡΙΟ Β

Οριζόντια ΚαλωδίωσηΜε τον όρο αυτό εννοούμε το υποσύστημα που αποτελείται από την πρίζα τοίχου, το καλώδιο σύνδεσης της πρίζας με τον κατανεμητή ορόφου και τους εκεί τυχόν απαιτούμενους τερματικούς συνδέσμους (connectors).

Οσον αφορά τις πρίζες, ο συνηθέστερος τύπος είναι ο RJ-45 με 8 pin, που καλύπτεται από το standard ISO-8877, και τερματίζει UTP καλώδιο της οριζόντιας καλωδίωσης. Επίσης μπορεί να χρησιμοποιούνται πρίζες τύπου IEEE 8025 (Token Ring) για τερματισμό καλωδίου STP και πρίζες BNC για τερματισμό ομοαξονικού καλωδίου 50 Ω (IEEE 802.3). Η κάθε πρίζα είναι συνδεδεμένη απ' ευθείας, ακτινωτά

31

με τον κατανεμητή ορόφου, και η καλωδιακή απόσταση για καλώδια UTP δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερη των 95 μέτρων.

Για την οριζόντια καλωδίωση χρησιμοποιούνται 4 τύποι καλωδίων : α. Καλώδιο 4 συνεστραμμένων ζευγών χωρίς θωράκιση (UTP – Unshielded Twisted Pair) χαρακτηριστικής αντίστασης 100 Ω . β. Καλώδιο 2 συνεστραμμένων ζευγών με θωράκιση (STP - Shielded Twisted Pair) χαρακτηριστικής αντίστασης 150 Ω . γ. Ομοαξονικό καλώδιο 50 Ω. δ. Καλώδιο οπτικής ίνας 625/125 μιτι.

Για κάθε θέση εργασίας προτείνεται να υπάρχουν 2 τουλάχιστον πρίζες. Η μία για χρήση τηλεφωνίας και η άλλη για data. Η πρώτη από αυτές πρέπει να χρησιμοποιεί UTP καλώδιο και η δεύτερη μπορεί να χρησιμοποιεί UTP 100 Ω καλώδιο ή 150 Ω STP, ή 50 Ω ομοαξονικό. Σε περίπτωση που χρησιμοποιείται οπτική ίνα αυτό γίνεται με τρίτη πρίζα.

Αναφερόμενοι στα UTP καλώδια παρατηρούμε τα εξής :

Είναι μονόκλωνοι χάλκινοι αγωγοί διαμέτρου 24 AWG (Φ = 0,5 mm περίπου) ταξινομημένοι σε 4 ζεύγη και κλεισμένοι από εξωτερικό θερμοπλαστικό περίβλημα. Μερικές φορές το εξωτερικό περίβλημα αποτελείται από ειδικό βραδύκαυστο ή άκαυστο και άκαπνο υλικό. Τα καλώδια που έχουν αυτές τις ιδιότητες χαρακτηρίζονται σαν κατάλληλα για εγκαταστάσεις "Plenum". Plenum ονομάζεται το διάκενο που υπάρχει στο εσωτερικό των κτιρίων μεταξύ τοίχων, σε ψευδοροφές ή ψευδό πάτωμα τα και μπορεί να χρησιμοποιείται για την όδευση καλωδίων.

Το μέσο βήμα τυλίγματος του κάθε ζεύγους δεν υπερβαίνει τα 15 cm (τουλάχιστον 2 συστροφές/ft), ενώ το βήμα τυλίγματος διαφέρει για κάθε ζεύγος ώστε να μειώνεται η μεταξύ των ζευγών παραδιαφωνΐα. Η μέγιστη εξωτερική διάμετρος του καλωδίου είναι 6,35 mm. Η χαρακτηριστική αντίσταση του κάθε ζεύγους στις συχνότητες για μετάδοση δεδομένων είναι 100 Ω . Στον πίνακα 3.6 θα δείτε τυπικές τιμές της σύνθετης αντίστασης του καλωδίου UTP σε διάφορες συχνότητες.

Η DC αντίσταση δεν υπερβαίνει τα 28,6 Ω ανά 305 μέτρα, ενώ η ασυμμετρία DC αντίστασης μεταξύ οποιωνδήποτε αγωγών οποιουδήποτε ζεύγους, δεν πρέπει να υπερβαίνει το 5%. Η χωρητικότητα του κάθε ζεύγους στο 1 KHz δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 20 nF στα 305 μέτρα.

Τα UTP

καλώδια διακρίνονται σε 5 κατηγορίες :

32

Κατηγορίες 1 & 2 ; Απλοί αγωγοί κατάλληλοι μόνο για τηλεφωνία. Δεν συνιστώνται για χρήση σε συστήματα δομημένης καλωδίωσης.

Κατηγορία 3 : Τα καλώδια αυτά είναι κατάλληλα εκτός από τηλεφωνία και για μετάδοση δεδομένων σε συχνότητες μέχρι 16 MHz. Στην πράξη προορίζονται για Token Ring 4 Mbps και Ethernet 10 Mhps.

Κατηγορία 4 : Τα χαρακτηριστικά αυτών των καλωδίων είναι λίγο καλύτερα και προσδιορίζονται για χρήση μέχρι 20 MHz. Στην πράξη προορίζονται για εξυπηρέτηση εφαρμογών Token Ring στα 16 Mbps.

Κατηγορία 5 : Είναι για χρήση μέχρι 100 MHz και προορίζονται για εφαρμογές φωνής και data μέχρι 100 Mbps όπως το TPDDI (Twisted Pair DD1 αντίστοιχο του FDDI).

Ενα από τα σημαντικότερα χαρακτηριστικά των UTP καλωδίων είναι η εξασθένηση που εισάγουν στο σήμα λόγω κυρίως της κατανεμημένης χωρητικότητας και της ωμικής αντίστασης τους. Η μέγιστη εξασθένηση σε (IB ανά 305 μ, για κάθε κατηγορία καλωδίου που προδιαγραφεί η τυποποίηση ΕΓΑ/ΤΙΑ 568 φαίνεται στον πίνακα 3.7.

ΠΙΝΑΚΑΣ 3.7. ΜΕΓΙΣΤΗ ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ UTP dB/305m(1000 ft)

ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 3 ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 4 ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 5

64 KHz 2.8 2.3 2.2

256 KHz 4.0 3.4 3.2

512 KHz 5.6 4.6 4.5

772 KHz 6.8 5.7 5.5

1.00 MHz 7.8 6.5 6.3

4.00 MHz 17 13 13

8.00 MHz 26 19 18

10.00 MHz 30 22 20

16.00 MHz 40 27 25

20.00 MHz .- 31 28

25.00 MHz — — 32

31.25 MHz . — 36

62.50 MHz — — 52

100.00 MHz — — 67

Απώλεια NEXT

Ενα άλλο χαρακτηριστικό των καλωδίων UTP είναι η απώλεια παραδια-φωνίας NEXT (Near End Cross Talk). Η παράμετρος αυτή μας δίνει το μέτρο της επαγωγικής μεταφοράς σήματος μεταξύ γειτονικών ζευγαριών στο ίδιο καλώδιο και μετράται στην πλευρά εκπομπής του καλωδίου (near end).

Για την μέτρηση της απώλειας παραδιαφωνΐας NEXT μετράται η στάθμη του σήματος που επάγεται στο προς έλεγχο ζευγάρι, όταν εκπέμπεται ένα σήμα γνωστής στάθμης σε ένα γειτονικό ζευγάρι. Η διαφορά στην στάθμη των δυο σημάτων (λόγος σε dB) μας δίνει την απώλεια NEXT, που μειώνεται όσο αυξάνεται η συχνότητα του σήματος. Οι μακρινές άκρες (remote end) των ζευγών του

33

καλωδίου, είναι τερματισμένες στη χαρακτηριστική αντίσταση των 100 Ω. Η ελάχιστη ανεκτή απώλεια NEXT για οποιονδήποτε συνδυασμό ζευγαριών σε ένα καλώδιο UTP μήκους 305 μέτρων, δίδεται από την σχέση

NEXT (f) - ΝΕΧΤ(772 KHz) - 15 log (f/772)

Οπου f η συχνότητα του σήματος μέτρησης, ενώ ΝΕΧΤ( 772 KHz ) = 43 dB για καλώδια κατηγορίας 3, -58 dB για καλώδια κατηγορίας 4 και ^64 dB για καλώδια κατηγορίας 5.

Στον πίνακα 3.8 φαίνεται η ελάχιστη απώλεια NEXT που πρέπει να διακρίνει ένα καλώδιο, ώστε αυτό να ανήκει στην κατηγορία 3, 4, ή 5.

Στο σχήμα 332 θα βρείτε τους συχνότερα απαντημένους τύπους πριζών οριζόντιας καλωδίωσης UTP με τους ακροδέκτες τους και την διάταξη των ζευγών. Ο χρωματικός κώδικας που χρησιμοποιείται για τα καλώδια που καταλήγουν στις πρίζες αυτές συνήθως είναι δύο χρωμάτων αν και σε ορισμένες περιπτώσεις χρησιμοποιείται ο παλαιός κώδικας απλού χρώματος. Στον πίνακα 3.9 περιγράφονται οι δύο αυτοί χρωματικοί κώδικες. Οι δύο πρώτοι τύποι είναι αυτοί που προδιαγράφει η ΕΙΑ/ΤΙΑ- 568. Στο σχήμα 3.32 θα βρείτε επίσης και τις Αμερικάνικες προδιαγραφές USOC.

34

ΠΙΝΑΚΑΣ 3.8. ΕΛΑΧΙΣΤΗ ΑΠΩΛΕΙΑ NEXT (Near End Cross Talk) ΣΕ UTP dB @305m (1000ft)

ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 3 ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 4 ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ 5

150 KHz 54 68 74

772 KHz 43 58 64

1.00 MHz 41 56 62

4.00 MHz 32 47 53

8.00 MHz 28 42 48

10.00 MHz 26 41 47

16.00 MHz 23 38 44

20.00 MHz — 36 42

35

25.00 MHz — — 41

31.25 MHz — — 40

62.50 MHz — — 35

100.00 MHz — · "~ 32

ΠΙΝΑΚΑΣ 3.9 ΧΡΩΜΑΤΙΚΟΙ ΚΩΔΙΚΕΣ

ΖΕΥΓΟΣ ΑΓΩΓΩΝ ΚΩΔΙΚΑΣ 2 ΧΡΩΜΑΤΩΝ ΚΩΔΙΚΑΣ 1 ΧΡΩΜΑΤΟΣ

Τ1 Ασπρο-Μττλέ Πράσινο Κόκινο Τ2 R2 Ασττρο-Πορτοκαλί Πορτοκαλί- Μαύρο Κίτρινο Τ3 Ασπρο-Πράσινο Πρασινο-Ασττρο ΑσπροΤ4 R4 Ασττρο-Καφέ Πορτοκαλί Καφέ

Ομοαξονικά καλώδια

Τα ομοαξονικά καλώδια πρέπει να ικανοποιούν τις συστάσεις της IEEE 8023 (H)Basc2), δηλαδή να είναι τύπου RG-58A/U με χαρακτηριστική αντίσταση 50 Ω. Αλλοι χαρακτηριστικοί τύποι ομοαξονικών καλωδίων που συναντώνται είναι:

ΤΥΠΟΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΠΑΧΟΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ

Ethernet IEEE 10Base5 0,4" 50 Ω

RG-58A/ IEEE 10Base2 0,18" 50 Ω

RG-59/U CATV, Arcnet 0,25" 75 Ω

RG-62/U IBM 3270 0,25" 93 Ο

STP καλώδια

Είναι καλώδια που περιέχουν δύο συνεστραμμένα ζεύγη με θωράκιση (STP - Shielded Twisted Pair) χαρακτηριστικής αντίστασης 150 Ω και χρησιμοποιούνται κυρίως στο καλωδιακό σύστημα της IBM για εφαρμογές Token ring και 3270. Ο connector που χρησιμοποιείται εδώ είναι ο γνωστός connector της IBM. Τα καλώδια αυτά πρέπει να ικανοποιούν τις συστάσεις της ΕΙΑ Interim Standard Omnibus Specification, NQ-EIA/IS-43.

Οπτικές ίνες

Οι οπτικές ίνες χρησιμοποιούνται κυρίως στο υποσύστημα campus και στην κατακόρυφη καλωδίωση κορμού. Σε λιγοστές περιπτώσεις χρησιμοποιούνται και για την οριζόντια καλωδίωση των κτιρίων. Τα καλώδια οπτικών ινών έχουν χαμηλό κόστος σε σχέση με το εύρος ζώνης που προσφέρουν, έχουν όμως το σημαντικό μειονέκτημα της εξαιρετικά δύσκολης σύνδεσης connectors στην άκρη τους. Για να συνδεθεί τις περισσότερες φορές ένας connector στην άκρη μιας οπτικής ίνας, απαιτείται ειδικός χώρος με ελεγχόμενες συνθήκες θερμοκρασίας, υγρασίας και καθαριότητας (clean room), ειδικά μηχανήματα και αρκετός χρόνος (20 - 30 λεπτά της ώρας). Τέτοιου είδους συνθήκες δεν μπορούν να ικανοποιηθούν στα σημεία εγκατάστασης των καλωδίων.

Για τον λόγο αυτό εφαρμόζονται διαφορετικές τεχνικές. Οι connectors έρχονται προσυνδεδεμένοι με ένα μικρού μήκους τμήμα οπτικής ίνας (γνωστό σαν pig tail) από το εργοστάσιο κατασκευής.

36

Αντί λοιπόν να συνδεθεί ο connector πάνω στην οπτική ίνα, ενώνονται μεταξύ τους οι οπτικές ίνες με μια τεχνική γνωστή ως splicing. Η σύνδεση μεταξύ οπτικών ινών είναι σημαντικά ευκολότερη από την σύνδεση ίνας -connector και μπορεί να γίνει στους χώρους εγκατάστασης των καλωδίων, παρότι και εδώ απαιτείται ο κατάλληλος τεχνικός εξοπλισμός. Οι οπτικές ίνες για τα δομημένα καλωδιακά συστήματα είναι συνήθως, τύπου multimode, graded index με διαμέτρους πυρήνα/περιβλήματος 62,5/125 μπι.

Τα χαρακτηριστικά μετάδοσης είναι :

Μήκος κύματος Max Εξασθένηση Min Χωρητικότητα

(nm) 850 1300 (dB/Km) 3,75 1,5 (MHz-Km) 160 500

Περισσότερα στοιχεία για τους διάφορους τύπους οπτικών ινών και την θεωρία μετάδοσης του οπτικού σήματος θα βρείτε στο αντίστοιχο θέμα του κεφαλαίου. Τέλος και όσον αφορά τα φυσικά χαρακτηριστικά της οπτικής ίνας, αυτά πρέπει να συμφωνούν με την τυποποίηση ANSI/1CEA S-83-596 γνωστή από την εφαρμογή του FDD1.

Ενδιάμεσος Κατανεμητής ΟρόφουΕίναι το σημείο συγκέντρωσης της οριζόντιας καλωδίωσης, ονομάζεται δε

κατανεμητής καλωδίων ή γνωστότερα τηλεφωνικός κατανεμητής (telephone closet). Στον κατανεμητή αυτό γίνονται οι διασυνδέσεις μεταξύ οριζόντιας και κατακόρυψης καλωδίωσης, γνωστές και σαν σμεικτονομήσειςς.

Για τους ενδιάμεσους κατανεμητές (IDF - Intermediate Distribution Frame) δεν υπάρχει τυποποίηση και ο κάθε κατασκευαστής προσφέρει το δικό του προϊόν. Στην έννοια του κατανεμητή συμπεριλαμβάνονται και όσες συσκευές, ενεργές ή παθητικές χρησιμοποιούν για τη διανομή των σημάτων στον όροφο. Παραδείγματα τέτοιων στοιχείων είναι οι οριολωρΐδες (ρεγκλέ-τες), patch panels, patch cords, Hubs, concentrators, multiplexers κλπ.

Σήμερα έχει επικρατήσει η χρήση οριολωρίδων σφηνωτού τύπου IDC (Insulation Displacement Contacts) που με χρήση ενός απλού εργαλείου επιτρέπει ταχύτατη και ασφαλή σύνδεση των καλωδίων στην οριολωρίδα χωρίς να προαπαιτείται απογύμνωση του πλαστικού περιβλήματος των αγωγών. Συμπληρωματικά ή και εναλλακτικά, αντί οριολωρίδων στους κατανεμητές μπορούν να χρησιμοποιηθούν patch panel και patch eord. Σημειωτέον ότι η χρήση των patch cords στους ενδιάμεσους κατανεμητές, αυξάνει την ευελιξία του συστήματος καλωδίωσης, αν και αυξάνει το κόστος, μειώνοντας παράλληλα την διαθεσιμότητα του.

Κεντρικός Κατανεμητής Είναι το σημείο συγκέντρωσης των καλωδιώσεων κορμού, ονομάζεται δε

κεντρικός κατανεμητής (MDF - Main Distribution Frame). Εν γένει γίνεται προσπάθεια ο κατανεμητής αυτός να τοποθετείται κοντά σε κεντρικές συσκευές διανομής σημάτων, όπως τα τηλεφωνικά κέντρα, terminal controllers, κεντρικοί υπολογιστές κλπ. Οπως και στον ενδιάμεσο κατανεμητή, δεν υπάρχει τυποποίηση και ο κάθε κατασκευαστής προσφέρει το δικό του προϊόν, ενώ περιλαμβάνει ομοίως οριολωρΐδες, patch panels κλπ. Οι κεντρικοί κατανεμητές όπως και οι ενδιάμεσοι, πρέπει να έχουν καλό σύστημα γείωσης, που χρησιμοποιείται για λόγους προστασίας και ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης.

37

Δίκτυο ΚορμούΕίναι γνωστό και ως "κατακόρυφος κορμός" (vertical backbone ή riser). Αποτελείται από τα παθητικά στοιχεία, όπως καλώδια και σχετικό υλικό διασύνδεσης, που απαιτείται για την σύνδεση των ενδιάμεσων κατανεμητών του κτιρίου. Σαν ενδιάμεσος κανανεμητής (IDF - Intermediate Distribution Frame) ορίζονται τα σημεία συγκέντρωσης του συστήματος οριζόντιας καλωδίωσης που συνήθως υπάρχουν σε κάθε όροφο του κτιρίου. Τα καλώδια του δικτύου κορμού ξεκινούν από τον κεντρικό κατανεμητή (MDF) και καταλήγουν στους ενδιάμεσους κατανεμητές.

Τα καλώδια που χρησιμοποιούνται στο εσωτερικό δίκτυο κορμού είναι κυρίως UTP ή οπτικές ίνες. Η σύνδεση τους γίνεται σε διάταξη αστέρα όπου στο κέντρο του αστέρα υπάρχουν ο κεντρικός ή οι κεντρικοί κατανεμητές και στην περιφέρεια οι ενδιάμεσοι κατανεμητές. Οι μέγιστες αποστάσεις για χρήση UTP σε τοπικά δίκτυα LAN υψηλής ταχύτητας, συστήνεται να μην υπερβαίνουν τα 90-100 μέτρα. Για το λόγο αυτό, το προτιμητέο μέσο καλωδίωσης κορμού για εφαρμογές data σε κτίρια με δίκτυο κορμού μεγάλων αποστάσεων, είναι οι οπτικές ίνες. .

Χαρακτηριστικά UTP καλωδίωσης κορμού

Και στην περίπτωση αυτή το UTP βασίζεται στην προδιαγραφή της ΕΙΑ/ΤΙΑ-568 για καλώδια πολλαπλών συνεστραμένων ζευγών των 100 Ω. Η κατασκευή τους είναι με χάλκινους αγωγούς διαμέτρου 24 AWG και σε ομάδες των 25 ζευγών. Οι ομάδες αυτ;ες είναι ανεξάρτητες μεταξύ τους και κάθε ομάδα ξεχωρίζει, αφού είναι περιτυλιγμένη με πλαστικές ταινίες χρωματικά κωδικοποιημένες. Στον πίνακα 3.10 φαίνεται ο χρωματικός κώδικας των 25 ζευγών. Επίσης φαίνονται και οι ακροδέκτες που αντιστοιχούν στους connector των 50 επαφών των Τ/Κ.

Το καλώδιο έχει μία ή περισσότερες τέτοιες ομάδες, που είναι συνολικά προστατευμένες με θερμοπλαστικό περίβλημα ή άλλο άκαυστο υλικό για τις περιπτώσεις εγκαταστάσεων μέσα από ψευδοροφές. Προαιρετικά μπορεί το καλώδιο να έχει και μεταλλικό προστατευτικό περίβλημα σε μορφή ταινίας. Ενας ενδεικτικός κανόνας είναι: το πλήθος των απαιτούμενων ζευγών για εφαρμογές τηλεφωνίας είναι τυπικά το τριπλάσιο των θέσεων εργασίας, ώστε να υπάρχει μελλοντική επέκταση.

Η συστροφές των ζευγών πρέπει να είναι τουλάχιστον 2 ανά foot, ενώ δεν επιτρέπεται για οποιαδήποτε δύο ζευγάρια στην ομάδα των 25 ζευγών να έχουν το ίδιο βήμα συστροφής. Οι αγωγοί είναι χρωματικά κωδικοποιημένοι βάσει του κώδικα 10 χρωμάτων που έχει τυποποιηθεί για τέτοιου είδους καλώδια. Το μέγιστο επιτρεπτό μήκος για UTP καλώδια κορμού σε κτίρια είναι 800 μέτρα.

ΠΙΝΑΚΑΣ 3.10 ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΛΩΔΙΟΥ 25 ΖΕΥΓΩΝ

38

ΖΕΥΓΟΣ ΑΓΩΓΟΙ ΚΩΔΙΚΑΣ

XPΩMATQN Ακροδέκτης στο

Connector 50 pin

Ζεύγος 1 Τ1 Ασπρο-Μπλέ 26

R1 Μπλέ-Ασπρο 1

Ζεύγος 2 Τ2 Ασπρο-Πορτοκαλί

27

R2 Πορτοκαλί- Ασπρο

2

Ζεύγος 3 Τ3 Ασπρο-Πράσινο 28

R3 Πράσινο-Ασπρο 3

Ζεύγος 4 Τ4 Ασπρο-Καφέ 29

R4 Καφέ-Ασττρο 4

Ζεύγος 5 Τ5 Ασττρο-Γκρί 30

R5 Γκρί-Ασπρο 5

Ζεύγος 6 Τ6 Κόκκινο-Μπλέ 31

R6 Μπλέ-Κόκκίνο 6

Ζεύγος 7 Τ7 Κόκκινο-Πορτοκαλί

32

R7 Πορτοκαλί-Κόκκινο

7

Ζεύγος 8 Τ8 Κόκκινο-Πράσινο 33

R8 Πράσινο-Κόκκινο 8

Ζεύγος 9 Τ9 Κόκκινο-Καφέ 34

R9 Καφέ-Κόκκινο 9

Ζεύγος 10 Τ10 Κόκκινο-Γκρί 35

R10 Γκρί-Κόκκινο 10

Ζεύγος 11 Τ11 Μαύρο-Μπλέ 36

R11 Μπλέ-Μαύρο 11

Ζεύγος 12 Τ12 Μαύρο-Πορτοκαλί

37

R12 Πορτοκαλί-Μαύρο

12

Ζεύγος 13 Τ13 Μαύρο-Πράσινο 38

R13 Πράσινο-Μαύρο 13

Ζεύγος 14 TU Μαύρο-Καφέ 39

R14 Καφέ-Μαύρο 14

Ζεύγος 15 Τ15 Μαύρο-Γκρί 40

R15 Γκρί-Μαύρο 15

Ζεύγος 16 Τ16 Κίτρινο-Μπλέ 41

R16 Μπλέ-Κίτρινο 16

Ζεύγος 17 Τ17 Κίτρινο-Πορτοκαλί

42

R17 ΠορτοκαΑί-Κίτρινο

17

Ζεύγος 18 Τ18 Κίτρινο-Πράσινο 43

R18 Πράσινο-Κίτρινο 18

Ζεύγος 19 Τ19 Κίτρινο-Καφέ 44

R19 Καφέ-Κίτρινο 19

39

Ζεύγος 20 Τ20 Κίτρινο-Γκρί 45

R20 Γκρί-KiTprvo 20

Ζεύγος 21 Τ21 Βιολετί-Μττλέ 46

R21 Μπλέ-Βιολετί 21

Ζεύγος 22 Τ22 Βιολετί-Πορτοκαλί

47

R22 Πορτοκαλί-βιολετί

22

Ζεύγος 23 Τ23 Βιολετί-Πράσινο 48

R23 Πράσινο-Βισλετί 23

Ζεύγος 24 Τ24 Βιολετί-Καφέ 49

R24 Καφέ-Βιολετί 24

Ζεύγος 25 Τ25 Βιολετι'-Γκρί 50

R25 Γκρί-Βιολετί 25

Αξίζει να σημειωθεί ότι πρέπει να αποφεύγονται η μίξη STP και UTP καλωδίωσης για την ίδια σύνδεση (π.χ. STP στον κορμό και UTP στην οριζόντια) διότι δημιουργεί προβλήματα στην μετάδοση data. Τα χαρακτηριστικά των STP, ομοαξονικών και καλωδίων οπτικών ινών για την κατακόρυφη καλωδίωση είναι τα ίδια με αυτά της οριζόντιας.

Εξωτερικό Δίκτυο Κορμού (campus)Αποτελείται από τα καλώδια και το απαιτούμενο hardware για τη διασύνδεση μεταξύ κεντρικών κατανεμητών που ευρίσκονται σε διαφορετικά κτίρια σε μία ευρύτερη περιοχή (campus).

Τα καλώδια που χρησιμοποιούνται στα εξωτερικά δίκτυα κορμού είναι UTP για φωνή και οπτικές ίνες για data. Οσον αφορά το UTP έχει τα ίδια χαρακτηριστικά με αυτά της κατακόρυφης καλωδίωσης, με τη διαφορά της καλύτερης θωράκισης και προστασίας, ώστε να είναι κατάλληλο για εγκατάσταση σε εξωτερικούς και υπόγειους χώρους. Η οπτική ίνα έχει τα χαρακτηριστικά της FDDI, με την απαιτούμενη προστασία εξωτερικού χώρου.

Ως προς την τοπολογία, παρότι δεν υπάρχουν τυποποιημένοι κανόνες, προτείνεται η χρήση της σύνδεσης αστέρα (star) με κάποιο κεντρικό κτίριο, που έχει τα πλεονεκτήματα του κεντρικού ελέγχου και διαχείρισης.

40

6. Διαδίκτυο και πρωτόκολλα

Το διαδίκτυο είναι μια αρκετά πολύπλοκη δομή και αν προσπαθήσουμε να δώσουμε τον ορισμό του σε μία πρόταση δεν θα καταφέρουμε να αποδώσουμε ένα σημαντικό μέρος της λειτουργίας του. Για το λόγο αυτό είναι καλύτερα να ακολουθήσουμε μια πιο περιγραφική προσέγγιση. Ένας τρόπος είναι να περιγράψουμε τα δομικά στοιχεία του διαδικτύου δηλαδή, το υλικό (hardware) και το λογισμικό (software) που το αποτελούν. Ένας άλλος τρόπος είναι να περιγράψουμε τη δικτυακή υποδομή που παρέχει υπηρεσίες σε κατανεμημένες εφαρμογές.

Ξεκινάμε λοιπόν τη περιγραφή του διαδικτύου χρησιμοποιώντας την Εικόνα-1 για να περιγράψουμε τα δομικά στοιχεία του. Το δημόσιο Διαδίκτυο (public Internet) είναι ένα δίκτυο υπολογιστών που έχει αναπτυχθεί σε παγκόσμια κλίμακα και διασυνδέει εκατομμύρια υπολογιστικές συσκευές μεταξύ τους.

Εικόνα 1: Μερικά κομμάτια του διαδικτύου

Οι περισσότερες από αυτές τις υπολογιστικές συσκευές είναι τυπικοί οικιακοί Η/Υ, σταθμοί εργασίας UNIX καθώς και εξυπηρετητές που αποθηκεύουν και μεταδίδουν πληροφορίες όπως ιστοσελίδες (Web pages) και ηλεκτρονικά μηνύματα (e-mails). Βέβαια στις μέρες μας έχουν αρχίσει να συνδέονται στο Διαδίκτυο υπολογιστικές συσκευές που παραδοσιακά δεν τις συσχετίζαμε με αυτό (π.χ., pagers, Web Tvs, έως και ψυγεία!). Στη γλώσσα του διαδικτύου οι συσκευές αυτές καλούνται τερματικά συστήματα (end systems - hosts). Οι εφαρμογές του διαδικτύου με τις οποίες πολλοί από εμάς είμαστε εξοικειωμένοι, όπως το ηλεκτρονικό ταχυδρομείο είναι δικτυακές εφαρμογές που εκτελούνται σε τέτοιες τερματικές συσκευές.

Οι τερματικές συσκευές, όπως και άλλα «κομμάτια» του διαδικτύου εκτελούν πρωτόκολλα τα οποία ελέγχουν την αποστολή και τη λήψη πληροφορίας μέσα στο Διαδίκτυο. Τα δύο πιο σημαντικά πρωτόκολλα του διαδικτύου είναι το TCP (Transmission Control Protocol) και το IP (Internet Protocol). Τα βασικά πρωτόκολλα του διαδικτύου είναι συνολικά γνωστά ως TCP/IP πρωτόκολλα.

Οι τερματικές συσκευές είναι διασυνδεδεμένες μέσω γραμμών επικοινωνίας. Οι γραμμές αυτές μπορούν να είναι κατασκευασμένες από διαφόρων ειδών φυσικά μέσα συμπεριλαμβάνοντας ομοαξονικά καλώδια, χάλκινα καλώδια, οπτικές ίνες, και ράδιο-φάσμα. Μέσα από τα διαφορετικά είδη γραμμών μπορούμε να μεταδίδουμε δεδομένα σε διαφορετικούς ρυθμούς. Ο ρυθμός μετάδοσης μετριέται σε bits/δευτερόλεπτο.

Συνήθως οι τερματικές συσκευές δεν διασυνδέονται απ’ ευθείας μεταξύ τους. Αντίθετα, διασυνδέονται έμμεσα μεταξύ τους μέσω ενδιάμεσων ειδικών συσκευών που ονομάζονται δρομολογητές (routers). Ένας δρομολογητής παίρνει την πληροφορία που δέχεται από μία εισερχόμενη γραμμή επικοινωνίας και την προωθεί σε μία από τις εξερχόμενες γραμμές επικοινωνίας. Το πρωτόκολλο IP καθορίζει τη μορφοποίηση της πληροφορίας που λαμβάνεται και αποστέλλεται μεταξύ των δρομολογητών και των τερματικών συσκευών. Το μονοπάτι (route ή path) που ακολουθεί μια μεταδιδόμενη πληροφορία συμπεριλαμβάνει την τερματική συσκευή που την αποστέλλει, μια σειρά από τερματικές συσκευές και δρομολογητές καθώς και την τερματική συσκευή που τελικά την λαμβάνει. Οι δρομολογητές διαθέτουν τα κατάλληλα στοιχεία ώστε να προωθούν τα δεδομένα που δέχονται προς τη σωστή κατεύθυνση και τον τελικό προορισμό τους.

Στο Διαδίκτυο αντί να χρησιμοποιείται μια γραμμή αποκλειστικά αφιερωμένη μεταξύ δύο επικοινωνούντων τερματικών συσκευών, χρησιμοποιείται μια τεχνική που ονομάζεται μεταγωγή πακέτων (packet switching). Η τεχνική αυτή επιτρέπει πολλαπλά επικοινωνούντα συστήματα να μοιράζονται ένα μονοπάτι, ή μέρος ενός μονοπατιού, την ίδια χρονική στιγμή. Όπως θα δούμε πιο κάτω η μεταγωγή πακέτων μπορεί συχνά να χρησιμοποιήσει μια γραμμή πιο αποδοτικά από ότι η μεταγωγή κυκλωμάτων (όπου κάθε ζεύγος επικοινωνούντων τερματικών συσκευών αποκτάει για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα ένα αποκλειστικά δεσμευμένο μονοπάτι).

Στην πραγματικότητα το Διαδίκτυο είναι ένα «δίκτυο πολλών δικτύων». Δηλαδή το Διαδίκτυο είναι ένα διασυνδεδεμένο σύνολο δικτύων ιδιωτικής ή δημόσιας ιδιοκτησίας και διαχείρισης. Κάθε δίκτυο που συνδέεται στο Διαδίκτυο πρέπει να εκτελεί το πρωτόκολλο IP και να συμμορφώνεται σε συγκεκριμένες συμβάσεις ονοματολογίας και απόδοσης διευθύνσεων. Πέρα όμως από αυτούς τους λίγους περιορισμούς, ο διαχειριστής ενός δικτύου μπορεί να διαμορφώσει και να διαχειριστεί το δίκτυο του (δηλαδή ένα μέρος του διαδικτύου), όπως αυτός επιθυμεί.

Η τοπολογία του διαδικτύου, δηλαδή η δομή των διασυνδέσεων ανάμεσα στα διάφορα μέρη του διαδικτύου, ακολουθεί ένα είδος ιεραρχικής μορφής. Σε αυτή την ιεραρχία, και ξεκινώντας από κάτω προς τα πάνω, οι τερματικές συσκευές συνδέονται σε τοπικούς παρόχους πρόσβασης στο Διαδίκτυο (Internet Service Providers – ISPs), μέσω κατάλληλων δικτύων πρόσβασης (access networks). Ένα δίκτυο πρόσβασης μπορεί να είναι για παράδειγμα ένα τοπικό δίκτυο μιας εταιρείας ή ενός Πανεπιστημίου ή μια

42

τηλεφωνική γραμμή και ένα modem. Οι τοπικοί ISPs συνδέονται σε περιφερειακούς ISPs, οι οποίοι με τη σειρά τους συνδέονται σε εθνικούς και διεθνείς ISPs. Οι εθνικοί και οι διεθνείς ISPs συνδέονται μεταξύ τους στο υψηλότερο επίπεδο της ιεραρχίας.

Στο τεχνικό και το αναπτυξιακό επίπεδο το Διαδίκτυο έγινε πραγματικότητα μέσα από τη δημιουργία, τον έλεγχο και την υλοποίηση εδικών προτύπων (standards). Τα πρότυπα αυτά αναπτύσσονται από το Internet Engineering Task Force (IETF- www.ietf.org). Τα πρότυπα αυτά περιγράφονται σε ειδικά κείμενα που ονομάζονται RFCs (request for comments). Τα RFCs αρχικά δεν ήταν τίποτα παραπάνω από αιτήσεις για σχολιασμό (για αυτό και ονομάστηκαν έτσι) για να λυθούν αρχιτεκτονικά προβλήματα που αντιμετώπιζαν οι πρόγονοι του διαδικτύου. Παρόλο που τα RFCs δεν είναι φορμαλιστικά πρότυπα, έχουν εξελιχθεί στο σημείο ώστε να παραθέτονται ως τέτοια. Τα RFCs είναι συνήθως αρκετά τεχνικά και λεπτομερή κείμενα.. Ορίζουν πρωτόκολλα όπως το TCP, το IP, το HTTP (για το Web) και το SMTP (για το ηλεκτρονικό ταχυδρομείο). Σήμερα υπάρχουν πάνω από 2.000 RFCs.

Το δημόσιο Internet ( δηλαδή το παγκόσμιο δίκτυο δικτύων που συζητήσαμε προηγουμένως) αναφέρεται συνήθως ως το Internet – Διαδίκτυο. Υπάρχουν όμως και αρκετά άλλα ιδιωτικά δίκτυα επιχειρήσεων ή κυβερνητικά των οποίων οι τερματικές συσκευές δεν μπορούν να ανταλλάξουν μηνύματα με τερματικές συσκευές έξω από αυτά τα δίκτυα. Τα δίκτυα αυτά καλούνται intranets αφού χρησιμοποιούν την ίδια τεχνολογία και τις συσκευές (π.χ., δρομολογητές) του διαδικτύου.

Περιγραφή υπηρεσιώνΗ περιγραφή στην προηγούμενη ενότητα προσδιόρισε αρκετά από τα κομμάτια που συνθέτουν το Διαδίκτυο. Σε αυτή την ενότητα θα ακολουθήσουμε μια πιο αφηρημένη περιγραφή που είναι προσανατολισμένη ως προς τις υπηρεσίες.

Το Διαδίκτυο επιτρέπει κατανεμημένες εφαρμογές οι οποίες εκτελούνται σε τερματικές συσκευές και ανταλλάσσουν μηνύματα ανάμεσα τους. Οι εφαρμογές αυτές συμπεριλαμβάνουν την απομακρυσμένη πρόσβαση σε ένα υπολογιστή, τη μεταφορά αρχείων, το ηλεκτρονικό ταχυδρομείο, μεταφορά ήχου και εικόνας σε πραγματικό χρόνο, κατανεμημένα παιχνίδια, το World Wide Web κτλ. Αξίζει να σημειώσουμε εδώ ότι το Web δεν είναι ένα ξεχωριστό δίκτυο αλλά μία κατανεμημένη εφαρμογή που χρησιμοποιεί τις υπηρεσίες επικοινωνίας που παρέχει το Διαδίκτυο. Η εφαρμογή του Web θα μπορούσε να εκτελείται και πάνω από άλλα δίκτυα πέρα από το διαδίκτυο. Ένας βασικός λόγος όμως που το Web εκτελείται στο Διαδίκτυο είναι γιατί δεν υπάρχει άλλο δίκτυο μεταγωγής πακέτων που να συνδέει πάνω από 43 εκατομμύρια υπολογιστές (στοιχεία του 1999) και 100 εκατομμύρια χρήστες (στοιχεία του 1998) μεταξύ τους.

Σημειώστε ότι ο ακριβής καθορισμός του αριθμού των υπολογιστών που είναι συνδεδεμένοι στο διαδίκτυο είναι μία δύσκολη δουλειά αφού δεν υπάρχει κεντρική υπηρεσία που να καταγράφει ποιός είναι συνδεδεμένος στο διαδίκτυο σε όλο τον κόσμο. Κάθε φορά που συνδέεται ένα νέο δίκτυο στο διαδίκτυο οι διαχειριστές του δεν είναι υποχρεωμένοι να αναφέρουν ποιες τερματικές συσκευές έχουν εγκατασταθεί σε αυτό το δίκτυο.

Το διαδίκτυο παρέχει 2 υπηρεσίες στις κατανεμημένες εφαρμογές του: μια υπηρεσία με σύνδεση (connection oriented) και μια υπηρεσία χωρίς σύνδεση (connectionless). Η υπηρεσία με σύνδεση εγγυάται ότι τα δεδομένα που μεταδίδει ο αποστολέας θα φθάσουν στον παραλήπτη στη σωστή σειρά και πλήρη. Η υπηρεσία χωρίς σύνδεση δεν εγγυάται ότι τα δεδομένα θα φθάσουν τελικά στον προορισμό τους. Συνήθως μια κατανεμημένη εφαρμογή κάνει χρήση μόνο μίας από τις δύο αυτές υπηρεσίες. Οι υπηρεσίες αυτές εξετάζονται σε μεγαλύτερη λεπτομέρεια σε επόμενη ενότητα.

43

Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι το διαδίκτυο δεν παρέχει μια υπηρεσία που να εγγυάται το πόσο χρόνο θα πάρει να μεταδοθούν τα δεδομένα από τον αποστολέα στον παραλήπτη. Πέρα από την αύξηση της ταχύτητας τους στη γραμμή σύνδεσης με τον ISP τους οι χρήστες δεν μπορούν να κάνουν κάτι παραπάνω για να έχουν μια καλύτερη υπηρεσία ακόμα και αν πληρώσουν περισσότερο για αυτή.

Μέχρι σε αυτό το σημείο έχουμε δώσει δύο περιγραφές του διαδικτύου η μία εκ των δύο σχετίζεται με το υλικό και το λογισμικό του διαδικτύου και η άλλη με τις υπηρεσίες που παρέχονται. Αλλά ίσως σε αυτό το σημείο να είστε πιο μπερδεμένοι σε σχέση με τι τελικά είναι το διαδίκτυο. Τι είναι η μεταγωγή πακέτων το TCP/IP και υπηρεσία με σύνδεση; Τι είναι οι δρομολογητές; Τι είδη γραμμών επικοινωνίας υπάρχουν στο διαδίκτυο; Αυτές οι σημαντικές ερωτήσεις και έννοιες θα εξηγηθούν στις επόμενες ενότητες.

Τι είναι ένα πρωτόκολλοΕίναι ίσως ευκολότερο να κατανοήσουμε την έννοια ενός πρωτοκόλλου σε δίκτυα υπολογιστών αν αναλογιστούμε για λίγο τα πρωτόκολλα που χρησιμοποιούμε στην καθημερινή μας ζωή.

Σκεφτείτε για παράδειγμα τι κάνετε όταν θέλετε να ρωτήσετε κάποιον τι ώρα είναι. Ένα τυπικό παράδειγμα παρουσιάζεται στην Εικόνα-2. Στα πρωτόκολλα επικοινωνίας ανάμεσα σε ανθρώπους (στην περίπτωση που είναι ευγενικοί) συνηθίζεται ο ένας να προσφέρει ένα χαιρετισμό (το πρώτο «γειά» στην εικόνα 1-2) στον άλλο πριν ξεκινήσουν την επικοινωνία μεταξύ τους. Η τυπική απάντηση σε ένα τέτοιο μήνυμα (τουλάχιστον στις περιοχές έξω από την Αθήνα) είναι ένα ακόμα μήνυμα «γειά». Το μήνυμα αυτό είναι μια ένδειξη για τον πρώτο ομιλητή να ρωτήσει την ώρα. Μια διαφορετική απάντηση στο πρώτο «γειά» όπως για παράδειγμα «вапвпвлпрв» ή μία σειρά από αγενείς απαντήσεις (σε μια σειρά περιοχές της πρωτεύουσας) επιδεικνύουν μια αδυναμία ή απροθυμία για επικοινωνία και κατά συνέπεια το πρωτόκολλο επικοινωνίας μεταξύ ανθρώπων επιβάλλει να μη ζητηθεί η πληροφορία της τρέχουσας ώρας.

Εικόνα 2: Πρωτόκολλο επικοινωνίας μεταξύ ανθρώπων και υπολογιστών

Σημειώστε ότι στο συγκεκριμένο παράδειγμα πρωτοκόλλου επικοινωνίας μεταξύ των ανθρώπων υπάρχουν συγκεκριμένα μηνύματα που στέλνουμε και συγκεκριμένες ενέργειες που εκτελούμε στις απαντήσεις που λαμβάνουμε ή σε άλλα γεγονότα (π.χ., δεν παίρνουμε απάντηση στην ερώτηση μας για κάποια ώρα). Στην περίπτωση που οι άνθρωποι χρησιμοποιούν διαφορετικά πρωτόκολλα (για παράδειγμα αν ο ένας έχει τρόπους ενώ ο άλλος όχι) οι μηχανισμοί επικοινωνίας τους δεν είναι συμβατοί και κατά συνέπεια δεν μπορεί να υπάρξει ουσιαστική ανταλλαγή πληροφοριών. Η ίδια αρχή υπάρχει και στα δίκτυα, όπου χρειάζονται τουλάχιστον 2 οντότητες που επικοινωνούν χρησιμοποιώντας το ίδιο πρωτόκολλο προκειμένου να παράγουν κάποιο έργο.

44

Ένα πρωτόκολλο δικτύου είναι παρόμοιο με ένα ανθρώπινο πρωτόκολλο επικοινωνίας, εκτός από το γεγονός ότι οι επικοινωνούσες οντότητες που ανταλλάσσουν μηνύματα και εκτελούν ενέργειες είναι κομμάτια υλικού ή λογισμικού ενός δικτύου υπολογιστών. Έτσι κάθε ενέργεια στο διαδίκτυο που εμπλέκει δύο ή περισσότερες επικοινωνούσες οντότητες καθορίζεται και ελέγχεται από ένα πρωτόκολλο. Πρωτόκολλα στους δρομολογητές καθορίζουν το μονοπάτι που θα ακολουθήσεις ένα πακέτο πληροφορίας από την πηγή προς τον προορισμό του. Πρωτόκολλα που είναι υλοποιημένα στο υλικό δύο καρτών δικτύου δύο φυσικά συνδεδεμένων υπολογιστών ελέγχουν τη ροή των bits στο καλώδιο που συνδέει τους δύο υπολογιστές. Ένα πρωτόκολλο ελέγχου συμφόρησης ελέγχει το ρυθμό με τον οποίο πακέτα μεταδίδονται ανάμεσα στον αποστολέα και τον παραλήπτη.

Σαν παράδειγμα πρωτοκόλλου με το οποίο είστε πιθανώς εξοικειωμένοι σκεφτείτε τι συμβαίνει κάθε φορά που στέλνετε μια αίτηση στο Web εξυπηρετητή, δηλαδή, τι συμβαίνει κάθε φορά που γράφετε το URL (διεύθυνση) μιας ιστοσελίδας στο Web browser του υπολογιστή σας. Το σενάριο αυτό παρουσιάζεται στο δεξί μέρος της εικόνας 2. Αρχικά ο υπολογιστής στέλνει μια αίτηση σύνδεσης (TCP connection request) στον Web εξυπηρετητή και περιμένει μια απάντηση. Ο εξυπηρετητής

λαμβάνει τελικά την αίτηση σύνδεσης και επιστρέφει μια απάντηση (TCP connection reply). Γνωρίζοντας τώρα ο υπολογιστής ότι μπορεί να αιτηθεί την λήψη της ιστοσελίδας, στέλνει με ένα ειδικό μήνυμα το όνομα της ιστοσελίδας στον εξυπηρετητή (get http:www.uop.gr/tst/k01/index.html). Μόλις λάβει αυτό το μήνυμα ο εξυπηρετητής επιστρέφει τα περιεχόμενα της ιστοσελίδας στον υπολογιστή σας.

Βάση των προηγούμενων παραδειγμάτων μπορούμε να ορίσουμε τα βασικά στοιχεία ενός πρωτοκόλλου ως εξής:

Ένα πρωτόκολλο ορίζει τη μορφή και τη σειρά των μηνυμάτων που ανταλλάσσονται μεταξύ δύο ή περισσοτέρων οντοτήτων που επικοινωνούν καθώς και τις ενέργειες που εκτελούνται κατά τη μετάδοση ή τη λήψη ενός μηνύματος ή ενός άλλου γεγονότος.

Στο διαδίκτυο και στα δίκτυα τηλεπικοινωνιών γενικότερα γίνεται εκτεταμένη χρήση πρωτοκόλλων. Διαφορετικά πρωτόκολλα χρησιμοποιούνται για να εκτελέσουν διαφορετικές ενέργειες απαραίτητες στην ανταλλαγή πληροφοριών. Πολλά από αυτά τα πρωτοκόλλα είναι ιδιαίτερα απλά ενώ άλλα είναι ιδιαίτερα πολύπλοκα. Η

45

κατανόηση των δικτύων επικοινωνιών είναι ουσιαστικά ισοδύναμη με την κατανόηση αυτών των πρωτοκόλλων.

Τι βρίσκεται στην άκρη του δικτύουΣτις προηγούμενες ενότητες προσφέραμε μια υψηλού επιπέδου περιγραφή του διαδικτύου και των δικτυακών πρωτοκόλλων. Στις επόμενες ενότητες θα εμβαθύνουμε στην κατανόηση των στοιχείων του διαδικτύου. Σε αυτή την εμβάθυνση θα επικεντρώσουμε την προσοχή μας αρχικά στην άκρη του δικτύου όπου βρίσκονται συσκευές (π.χ., Η/Υ) με τις οποίες είστε πιο εξοικειωμένοι.

Όπως προαναφέρουν στη γλώσσα του διαδικτύου οι υπολογιστές που χρησιμοποιούμε και συνδέονται σε αυτό ονομάζονται ξένιοι υπολογιστές (hosts) ή τερματικά συστήματα (end systems). Ο πρώτος όρος χρησιμοποιείται γιατί οι Η/Υ φιλοξενούν (εκτελούνται σε αυτούς) δικτυακά προγράμματα-εφαρμογές όπως προγράμματα για τη αποστολή και λήψη ηλεκτρονικών μηνυμάτων, τη μεταφορά αρχείων κτλ. Ο δεύτερος όρος χρησιμοποιείται γιατί αυτοί οι υπολογιστές βρίσκονται στην άκρη του δικτύου (βλ. Εικόνα-3). Οι δύο όροι χρησιμοποιούνται ισοδύναμα.

Οι υπολογιστές χωρίζονται πολλές φορές σε δύο κατηγορίες: σε πελάτες (clients) και εξυπηρετητές (servers). Σε γενικές γραμμές μπορούμε να πούμε ότι οι «πελάτες» είναι συνήθως υπολογιστές γραφείου ή σταθμοί εργασίας ενώ οι εξυπηρετητές είναι συνήθως πιο ισχυρές υπολογιστικές μηχανές. Υπάρχει βέβαια πιο ακριβής σημασία στον καθορισμό ενός πελάτη και ενός εξυπηρετητή στα δίκτυα υπολογιστών. Στο λεγόμενο μοντέλο πελάτη εξυπηρετητή (client-server model) ένα πρόγραμμα πελάτη που εκτελείται σε μία τερματική συσκευή αιτείται και λαμβάνει πληροφορίες από ένα πρόγραμμα εξυπηρετητή που εκτελείται σε κάποιο άλλο τερματικό σύστημα. Το μοντέλο αυτό είναι αναμφισβήτητα το επικρατέστερο στις εφαρμογές διαδικτύου. Εφαρμογές όπως το Web, το ηλεκτρονικό ταχυδρομείο, η απομακρυσμένη πρόσβαση σε υπολογιστή (π.χ., telnet), και αρκετές άλλες πολύ δημοφιλείς εφαρμογές έχουν υιοθετήσει το προαναφερθέν μοντέλο. Αφού συνήθως ένας πελάτης τρέχει σε ένα σύστημα ενώ ο εξυπηρετητής σε ένα άλλο οι εφαρμογές διαδικτύου είναι εξ΄ορισμού κατανεμημένες (distributed applications). Ο πελάτης και ο εξυπηρετητής αλληλεπιδρούν μεταξύ τους επικοινωνώντας (δηλαδή, ανταλλάσσοντας μηνύματα) μέσα από το διαδίκτυο. Σε αυτό το επίπεδο αφαίρεσης οι δρομολογητές, οι γραμμές και τα άλλα στοιχεία του διαδικτύου είναι απλά ένα «μαύρο κουτί» το οποίο μπορεί να μεταφέρει τα μηνύματα των κατανεμημένων εφαρμογών. Ποια όμως είναι τα χαρακτηριστικά των υπηρεσιών επικοινωνίας που παρέχονται; Στο διαδίκτυο και πιο γενικά στα δίκτυα TCP/IP παρέχονται δύο υπηρεσιών στις εφαρμογές: υπηρεσία με σύνδεση (connection-oriented) και υπηρεσία χωρίς σύνδεση (connectionless). Ένας δημιουργός μιας εφαρμογής διαδικτύου (π.χ., ένα πρόγραμμα αποστολής και λήψης ηλεκτρονικών μηνυμάτων, μια εφαρμογή τηλεφωνίας πάνω από το διαδίκτυο) πρέπει να διαλέξει μία από τις δύο αυτές υπηρεσίες. Στις επόμενες υπο-ενότητες περιγράφουμε τις δύο αυτές υπηρεσίες.

46

Εικόνα 3: Αλληλεπίδραση τερματικών συστημάτων

Υπηρεσία με σύνδεση Όταν μια υπηρεσία χρησιμοποιεί την υπηρεσία με σύνδεση ο πελάτης και ο εξυπηρετητής (που συνήθως βρίσκονται σε διαφορετικά συστήματα) στέλνουν πακέτα ελέγχου ο ένας στον άλλο πριν να στείλουν πακέτα με πραγματικά δεδομένα (π.χ., τα περιεχόμενα ενός αρχείου). Αυτός ο μηχανισμός χειραψίας (handshake mechanism) όπως ονομάζεται ετοιμάζει τον πελάτη και τον εξυπηρετητή να πάρουν μέρος στην ανταλλαγή πακέτων πληροφορίας. Αξίζει να σημειώσουμε ότι ο μηχανισμός χειραψίας είναι παρόμοιος με το πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται στην ανθρώπινη επικοινωνία (π.χ., η ανταλλαγή από «γειά» στην εικόνα-2). Τα δύο μηνύματα του TCP που εμφανίζονται στην εικόνα-2, είναι στην πράξη τα δύο από τα τρία μηνύματα που χρησιμοποιούνται από το TCP για να εγκαταστήσει μια σύνδεση ανάμεσα σε ένα αποστολέα και ένα παραλήπτη. Το τρίτο μήνυμα του TCP το οποίο δε φαίνεται στο σχήμα και το οποίο ολοκληρώνει τη σύνδεση περιέχεται στο μήνυμα get.

Μόλις ολοκληρωθεί η διαδικασία χειραψίας, μία σύνδεση εγκαθίσταται μεταξύ των δύο τερματικών συστημάτων. H σύνδεση αυτή είναι αρκετά χαλαρή1 αφού, μόνο οι δύο τερματικές συσκευές έχουν γνώση της ύπαρξης της. Οι ενδιάμεσες δικτυακές συσκευές (π.χ., δρομολογητές) την αγνοούν παντελώς. Αυτό ισχύει αφου μία σύνδεση TCP δεν είναι τίποτα παραπάνω από την κατανομή πόρων (π.χ., buffers) και η αρχικοποίηση των τιμών των μεταβλητών που περιέχουν την τρέχουσα κατάσταση των

1 για αυτό και ο αγγλικός όρος connection-oriented

47

τερματικών συστημάτων. Σημειώστε ότι οι δρομολογητές δεν κρατούν κάποια πληροφορία για την κατάσταση της σύνδεσης.

Η υπηρεσία με σύνδεση δένεται συνήθως και με άλλες υπηρεσίες όπως η αξιόπιστη μεταφορά δεδομένων (reliable data transfer), ο έλεγχος ροής (flow control) και ο έλεγχος συμφόρησης (congestion control). Με τον όρο «αξιόπιστη μεταφορά δεδομένων» εννοούμε ότι μια εφαρμογή μπορεί να βασίζεται στη σύνδεση ότι θα μεταφέρει τα δεδομένα χωρίς λάθη και στη σωστή σειρά. Η αξιοπιστία στο διαδίκτυο επιτυγχάνεται με τη χρήση επιβεβαιώσεων (acknowledgements) και επαναμεταδόσεων (retransmissions). Για να πάρετε μια αρχική ιδέα πώς υλοποιείται η αξιόπιστη μεταφορά δεδομένων στο διαδίκτυο σκεφθείτε μια εφαρμογή η οποία εγκαθιστά μια σύνδεση μεταξύ δύο συστημάτων Α και Β. Όταν το σύστημα Β δέχεται ένα πακέτο από το σύστημα Α στέλνει μια επιβεβαίωση στο σύστημα Α. Όταν το σύστημα Α δεχτεί την επιβεβαίωση ξέρει ότι το πακέτο που έστειλε έφθασε χωρίς λάθη στον προορισμό του. Σε περίπτωση που το σύστημα Α δεν λάβει κάποια επιβεβαίωση θεωρεί ότι πακέτο που έστειλε δεν έφθασε (ή δεν έφθασε σωστά) στο σύστημα Β. Σε αυτή την περίπτωση ξαναστέλνει το πακέτο και περιμένει να λάβει επιβεβαίωση από το Β.

Ο έλεγχος ροής εξασφαλίζει ότι καμία από τις δύο πλευρές που επικοινωνούν δε θα στείλει στην άλλη πάρα πολλά πακέτα πολύ γρήγορα. Τις περισσότερες φορές, δεδομένων και των διαφορών στην υπολογιστική ισχύ των μηχανημάτων που επικοινωνούν, η εφαρμογή στην μία πλευρά μπορεί να μην μπορεί να επεξεργαστεί μια πληροφορία τόσο γρήγορα όσο τη λαμβάνει. Αν δεν υπήρχε ο έλεγχος ροής δεδομένων το ένα από τα δύο συστήματα θα υπερφορτωνόταν. Για αυτό ο έλεγχος ροής αναγκάζει τα συστήματα να στέλνουν δεδομένα σε τέτοιους ρυθμούς ώστε να μην υπάρχει ο κίνδυνος υπερφόρτωσης.

Πολλές φορές όταν πολλές υπηρεσίες μεταδίδουν δεδομένα είναι δυνατό οι δρομολογητές του δικτύου να βρεθούν σε κατάσταση συμφόρησης. Σε αυτή την κατάσταση οι καταχωρητές των δρομολογητών2 γεμίζουν με πακέτα και τα καινούργια πακέτα που φθάνουν δεν μπορούν να αποθηκευθούν και πετιόνται. Σε μια τέτοια περίπτωση αν τα τερματικά συστήματα συνεχίσουν να στέλνουν πακέτα στο δίκτυο με τον ίδιο ρυθμό τότε πολύ λίγα πακέτα θα φθάνουν στον προορισμό τους. Στο διαδίκτυο αποφεύγουμε αυτό πρόβλημα αναγκάζοντας τα τερματικά συστήματα να μειώσουν το ρυθμό αποστολής πακέτων όσο υπάρχει συμφόρηση στο δίκτυο. Τα τερματικά συστήματα ενημερώνονται για την ύπαρξη συμφόρησης στο δίκτυο όταν σταματούν να δέχονται επιβεβαιώσεις για τα πακέτα που έχουν στείλει.

Τονίζουμε στο σημείο αυτό ότι παρά το γεγονός ότι στο διαδίκτυο η υπηρεσία με σύνδεση είναι άρρηκτα δεμένη με τις υπηρεσίες αξιόπιστης μεταφοράς δεδομένων, του ελέγχου ροής και του ελέγχου συμφόρησης, τα τρία αυτά χαρακτηριστικά δεν είναι απαραίτητα σε μία υπηρεσία με σύνδεση. Ένας διαφορετικός τύπος δικτύου θα μπορούσε να παράσχει υπηρεσία με σύνδεση στις εφαρμογές του χωρίς να τη δένει με ένα από τα προαναφερθέντα χαρακτηριστικά. Ένα πρωτόκολλο που εκτελεί ένα μηχανισμό χειραψίας μεταξύ δύο τερματικών συσκευών, πριν ξεκινήσει να μεταφέρει δεδομένα παρέχει μια υπηρεσία με σύνδεση.

2 εκεί αποθηκεύονται προσωρινά τα πακέτα των εφαρμογών, μέχρι να επιλέξει ο δρομολογητής την κατάλληλη γραμμή εξόδου που θα στείλει το πακέτο για να φτάσει στον προορισμό του.

48

Στο διαδίκτυο το πρωτόκολλο που παρέχει υπηρεσία με σύνδεση είναι το TCP – Transmission Control Protocol. Η αρχική έκδοση του TCP ορίστηκε στο RFC 793. Οι υπηρεσίες που προσφέρει το TCP σε μία εφαρμογή είναι αξιόπιστη μεταφορά των δεδομένων, έλεγχος ροής και έλεγχος συμφόρησης. Είναι σημαντικό να αναφέρουμε ότι οι εφαρμογές ενδιαφέρονται μόνο για το είδος των υπηρεσιών που παρέχονται σε αυτά και όχι για το πώς αυτές οι υπηρεσίες υλοποιούνται από το TCP.

Υπηρεσία χωρίς σύνδεσηΣτην υπηρεσία χωρίς σύνδεση του διαδικτύου δεν υπάρχει μηχανισμός χειραψίας. Όταν το ένα μέρος μιας εφαρμογής θέλει να στείλει δεδομένα στο άλλο μέρος ο αποστολέας απλά στέλνει τα πακέτα. Αφού δεν υπάρχει ο μηχανισμός στην αρχή τα πακέτα μπορούν να σταλούν πιο γρήγορα. Όμως σε αυτή την υπηρεσία δεν υπάρχουν ούτε επιβεβαιώσεις σωστής λήψης και κατά συνέπεια ο αποστολές δεν γνωρίζει αν τα δεδομένα του έχουν ληφθεί ή όχι. Επιπλέον η υπηρεσία δεν παρέχει έλεγχο ροής ή έλεγχο συμφόρησης. Η υπηρεσία χωρίς σύνδεση παρέχεται στο διαδίκτυο από UDP – User Datagram Protocol. Το UDP καθορίζεται στο RFC 768.

Οι περισσότερες γνωστές εφαρμογές του διαδικτύου χρησιμοποιούν το πρωτόκολλο TCP (π.χ., το SMTP (μεταφορά ηλεκτρονικών μηνυμάτων), FTP (μεταφορά αρχείων), HTTP (για το Web)). Όμως το UDP χρησιμοποιείται από αρκετές εφαρμογές συμπεριλαμβανομένων εφαρμογών πολυμέσων όπως η τηλεφωνία μέσω διαδικτύου η μεταφορά ήχου και video σε πραγματικό χρόνο κτλ. Ο λόγος που χρησιμοποιείται το UDP αντί του TCP σε αυτές τις εφαρμογές είναι το γεγονός ότι σε περίπτωση λανθασμένης λήψης ενός πακέτου ήχου η αναμονή για τη σωστή επαναμετάδοση του είναι άχρηστη αφού σε αυτό το διάστημα θα έχουν μεταδοθεί τα επόμενα πακέτα.

49

Εικόνα 4: Το εσωτερικό του δικτύου

7. Τύποι Δικτύων

Διασπορά επεξεργασίας Μια πρώτη υποδιαίρεση είναι αυτή που διακρίνει τα δίκτυα ανάλογα με τη γεωγραφική θέση τών μονάδων επεξεργασίας και που τα διαιρεί σε συγκεντρωτικά, κατανεμημένα και αποκεντρωμένα.

Συγκεντρωτικό δίκτυο (Centralized)

Αυτή είναι η πρωτοεμφανιζόμενη ιστορικά πρακτική όπου η βασική επεξεργασία, οι βάσεις δεδομένων και η ανάπτυξη τών εφαρμογών γίνονται σε κεντρικό Η/Υ και τα τερματικά για τις όποιες εργασίες τους πρέπει να συνδέονται με αυτόν.

Κατανεμημένο δίκτυο

Σχήμα 7.1 Συγκεντρωτικό & κατανεμημένο δίκτυο

Η πλειοψηφία των μεγάλων δικτύων σήμερα είναι αυτής τής μορφής και στη χώρα μας καλύπτουν το μεγαλύτερο ποσοστό τών εφαρμογών με εκτεταμένα δίκτυα. Τυπικό συγκεντρωτικό δίκτυο εμφανίζεται στο σχήμα 7.1α.

Κατανεμημένο δίκτυο (Distributed)

Το κατανεμημένο δίκτυο αποτελείται απο πολλές υπολογιστικές μονάδες, με τα περιφερειακά τους γεωγραφικά συγκεντρωμένα σε ένα σημείο. Η κάθε υπολογιστική μονάδα αναλαμβάνει μέρος τού όλου φόρτου για ταχύτερη και αποδοτικότερη επεξεργασία. Πολλές φορές δημιουργείται σύγχιση μεταξύ τών εννοιών κατανεμημένο καί αποκεντρωμένο δίκτυο. Τυπικό κατανεμημένο δίκτυο εμφανίζεται στο σχήμα 7.1β.

50

Τα κατανεμημένα συστήματα χωρίζονται σε δυο κατηγορίες αναλόγως τού βαθμού σύζευξης μεταξύ τών υπολογιστικών συστημάτων. Η πρώτη κατηγορία είναι τής χαλαρής σύζευξης (loosely coupled) όπου οι υπολογιστές συνδέονται σαν να ευρίσκονται μακριά ο ένας απο τον άλλον. Η δεύτερη είναι τής σφιχτής σύζευξης (tightly coupled) όπου πολλά στοιχεία τού ενός υπολογιστή μοιράζονται και απο τους άλλους (όπως η κοινή μνήμη), ενώ οι διάφοροι processors εκτελούν παράλληλα τίς εκάστοτε εργασίες.

Αποκεντρωμένο δίκτυο (Decentralized)

Το αποκεντρωμένο δίκτυο αποτελείται απο υπολογιστικές μονάδες γεωγραφικά διεσπαρμένες καθώς και απο τερματικές μονάδες γύρω απο τους υπολογιστές. Ο κάθε υπολογιστής τρέχει τα ίδια προγράμματα και η κάθε συναλλαγή μπορεί να εκτελεσθεί σε οποιονδήποτε απο αυτούς. Ανάλογα με την γεωγραφική κατανομή τα τερματικά εξυπηρετούνται απο τους υπολογιστές που είναι συνδεδεμένα. Οι βάσεις δεδομένων μπορεί να είναι τεμαχισμένες σε πολλά τμήματα και να είναι διεσπαρμένες στους κατά τόπους υπολογιστές.

Πλεονεκτήματα τών αποκεντρωμένων έναντι τών συγκεντρωτικών δικτύων είναι :

Συνήθως βελτιώνει τον χρόνο απόκρισης. Αυξημένη εφεδρικότητα.

Μειονεκτήματα :

Δυσκολία διαχείρησης τού όλου συστήματος, καθώς απαιτούνται προς τούτο, ιδιαίτερα πολύπλοκες μέθοδοι, μη τυποποιημένες μέχρις στιγμής.

Απαιτείται πολλαπλό και εξειδικευμένο προσωπικό για τα πολλά κέντρα. Υψηλό λειτουργικό κόστος λόγω πολλαπλών εγκαταστάσεων. Μειωμένη τεχνική υποστήριξη τών απομακρυσμένων περιοχών τουλάχιστον στην

Ελλάδα.

Σχήμα 7.2 Αποκεντρωμένο δίκτυο

Οσον αφορά το θέμα τής σύγκρισης τού κόστους μεταξύ τών δύο, αυτό καθορίζεται κάθε φορά απο την συγκεκριμένη εφαρμογή. Οπως αναφέρθηκε και προηγουμένως τα περισσότερα μεγάλα δίκτυα σε παγκόσμιο επίπεδο είναι συγκεντρωτικά. Τελευταία όμως με την πτώση τού κόστους τού hardware, την εμφάνιση φθηνών PC για σταθμούς

51

εργασίας, με τη βελτίωση τών μέσων επικοινωνίας (Laser, fiber optics, satellite κλπ.), καθώς και με την ανάπτυξη τυποποιήσεων στους τρόπους προσπέλασης στις βάσεις δεδομένων και στα προγράμματα, την ανάπτυξη εργαλείων για αποκεντρωμένα συστήματα, παρατηρείται μια τάση μετάβασης προς τα κατανεμημένα και αποκεντρωμένα δίκτυα.

Τα συγκεντρωτικά δίκτυα διατηρούν συχνά την αίγλη τους καθώς αρκετές φορές το κόστος είναι μικρότερο, έχουν συγκεντρωμένο το εξειδικευμένο προσωπικό, ενώ η διαχείριση ως συγκεντρωτική είναι ευκολότερη, φθηνότερη και αποδοτικότερη. Στη χώρα μας επιπλέον υπάρχει ο περιορισμός τής συγκεντρωτικής τεχνικής υποστήριξης απο πλευράς εταιριών προμήθειας εξοπλισμού και λογισμικού, πράγμα που περιορίζει την ανάπτυξη τών αποκεντρωμένων δικτύων.

Εν πάσει περιπτώσει δεν υπάρχει συνταγή για το τι δίκτυο πρέπει να αποφασίσει κανείς να σχεδιάσει. Οι συγκεκριμένες απαιτήσεις είναι αυτές που θα μάς καθοδηγήσουν στην επιλογή.

Τοπολογική ΔιαίρεσηΚρίνοντας τα δίκτυα ως προς την τοπολογική διαίρεση τους τα χαρακτηρίζουμε ακτινωτά, βρόχου και κομβικά.

Ακτινωτό

Ενα δίκτυο χαρακτηρίζεται ως ακτινωτό όταν όλες οι περιφεριακές .τερματικές συσκευές του συνδέονται ακτινωτά με τον κεντρικό υπολογιστή. Το σχήμα 7.3 εμφανίζει ένα ακτινωτό δίκτυο με point-to-point συνδέσεις.

Τα πλεονεκτήματα ενός ακτινωτού δικτύου είναι η εύκολη σχεδίαση και υποστήριξη, ο μικρός χρόνος απόκρισης και η πολύ καλή αξιοπιστία του.

Ως μειονεκτήματα τού ακτινωτού δικτύου αναφέρονται η υποχρεωτική διέλευση απο το κέντρο των συνδέσεων μεταξύ των τερματικών και το υψηλότερο κόστος δικτύου και συσκευών επικοινωνίας που απαιτούν. Τέτοια δίκτυα συναντάμε σε μικρές και μεσαίες εφαρμογές.

Σχήμα 7.3 Ακτινωτό δίκτυο

Δίκτυα βρόχου (Mesh)

Τα δίκτυα βρόχου είναι αυτά που ο κάθε σταθμός είναι συνδεδεμένος με τους άλλους με δύο τουλάχιστον δρόμους και με τέτοιο τρόπο που να κλείνουν βρόχους. Τα δίκτυα βρόχου χρησιμοποιούνται συνήθως για σύνδεση τηλεπικοινωνιακών κόμβων μεταξύ τους, σε αντίθεση με τα ακτινωτά που κυρίως συνδέουν τερματικά με υπολογιστές. Η τοπολογία των βροχικών δικτύων χαρακτηρίζεται απο το γεγονός οτι εν γένει

52

υπάρχουν περισσότεροι τού ενός δρόμοι για την ανταλλαγή μηνυμάτων μεταξύ δύο σημείων (βλέπε σχήμα 7.4).

Πλεονέκτημα τών δικτύων βρόχου είναι η δυνατότητα επιλογών εναλλακτικής δρομολόγησης τών μηνυμάτων σε περίπτωση διακοπής ή υπερφόρτωσης μιας σύνδεσης. Είναι σαφές οτι οι κόμβοι ενός δικτύου βρόχου πρέπει να έχουν την ικανότητα αποθήκευσης μηνυμάτων, δρομολόγησης και αναδρομο-λόγησής τους, καθώς και τη γνώση τών διαδικασιών χρήσης τού δικτύου.

Ενα τέτοιο δίκτυο έχει γενικά μεγαλύτερο κόστος, καθώς απαιτεί πολλαπλές μισθώσεις τηλεπικοινωνιακών γραμμών και ιδιαίτερα έξυπνους κόμβους. Η απόδοση ενός δικτύου βρόχου επηρεάζεται απο την αξιοπιστία τών κόμβων, τους ρυθμούς μετάδοσης, τίς μεθόδους δρομολόγησης, τη διαδικασία σύνδεσης βρόχων - τερματικών σημείων και βρόχων μεταξύ τους, αλλά και απο την αποθηκευτική ικανότητα τών κόμβων.

Κομβικά δίκτυα (Nodal)

Το κομβικό δίκτυο που αλλιώς ονομάζεται καί ιεραρχικό είναι η σύνθεση πολλών ακτινωτών σε ένα δίκτυο σπονδυλική στήλη, με κόμβους κατάλληλους για την δρομολόγηση τών μηνυμάτων. Οι κόμβοι αυτοί μπορεί να είναι απλοί πολυπλέκτες που απλώς συγκεντρώνουν το φόρτο πολλών γραμμών σε μία, μπορεί όμως να είναι και σύνθετοι υπολογιστές τηλεπικοινωνιών με πολλές ικανότητες στη διεκπεραίωση τών μηνυμάτων.

Τα κομβικά δίκτυα κάνουν καλύτερη χρήση τών γραμμών, παρέχουν λύσεις σε περιπτώσεις διακοπής κεντρικών γραμμών, υποβοηθούν τη χωρίς λάθη (error free) μετάδοση, μειώνουν δε το κόστος τών νοικιασμένων γραμμών κατά πολύ όπως φαίνεται και απο τη μέχρι σήμερα πρακτική.

Στο σχήμα 7.6 παρουσιάζεται ένα κομβικό δίκτυο ευρείας περιοχής (WAN), που είναι αντιπροσωπευτικό τών περισσότερων τέτοιων δικτύων στη χώρα μας. Παρατηρείστε οτι ο κορμός τού δικτύου βασίζεται σε τοπολογία βρόχου με περιφεριακούς κόμβους, ενώ τα ακραία σημεία χρησιμοποιούν τοπολογία αστέρα για τη σύνδεση τους με τους κόμβους.

Σχήμα 7.4 Δίκτυο βρόχου

53

Σχήμα 7.5 Κομβικό δίκτυο

Γεωγραφική διαίρεση δικτύωνΑν δούμε τώρα τα δίκτυα απο πλευράς γεωγραφικής ανάπτυξης, τα διαιρούμε στα δίκτυα ευρείας περιοχής (WAN), τα τοπικά δίκτυα και τα αστικά (Metropolitan) δίκτυα.

Δίκτυα ευρείας περιοχής (Wide area network - WAN)

Οπως λέει και η ίδια η έκφραση τα δίκτυα ευρείας περιοχής (WAN) είναι ένα σύνολο απο υπολογιστές, τερματικά, τηλεπικοινωνιακές συσκευές, τηλεπικοινωνιακές γραμμές και συνδέσεις, τα οποία εκτείνονται σε ευρεία γεωγραφική περιοχή αστική και υπεραστική, φεύγοντας απο τα στενά πλαίσια ενός συγκεκριμένου χώρου. Παραδείγματα τέτοιων δικτύων είναι τα διάφορα τραπεζικά δίκτυα που εκτείνονται σε όλη την Ελλάδα και διεθνώς, τα τών αεροπορικών εταιριών, τα δημόσια δίκτυα δεδομένων κλπ.

54

Σχήμα 7.6 Τυπικό κομβικό δίκτυο WAN

Τοπικά δίκτυα ( Local Area Networks - LAN )

Τοπικά είναι τα δίκτυα εκείνα όπου όλα τα στοιχεία που τα απαρτίζουν όπως οι υπολογιστές, οι διασυνδέσεις, οι γραμμές, βρίσκονται στον ίδιο γεωγραφικό χώρο. Τέτοια δίκτυα είναι το Ethernet και το Token ring.

Ο διαχωρισμός μεταξύ τών τοπικών δικτύων που συνήθως είναι υψηλής ταχύτητας και τών δικτύων ευρείας περιοχής (WAN), οφείλεται στο οτι χρησιμοποιούν εντελώς διαφορετικές τεχνικές λειτουργίας. Χρησιμοποιούνται διαφορετικοί τρόποι προσπέλασης τής πληροφορίας, διαφορετικά πρωτόκολλα επικοινωνίας, διαφορετικοί τύποι διασυνδέσεων (interfaces), διαφορετικές ταχύτητες (τυπικές τιμές σε WAN 9600 bps, ενώ σε LAN 10 Mbps). Συχνά τα δίκτυα WAN καλούνται να υποστηρίξουν επικοινωνίες μεταξύ τοπικών δικτύων.

Αστικά δίκτυα (Metropolitan area networks - MAN)

Μια νέα υποδιαίρεση δικτύων που πρωτοεμφανίσθηκε το 1990 είναι τα αστικά δίκτυα ή MAN που αναφέρονται σε δίκτυα που δεν ξεπερνούν τα σύνορα μιας πόλης. Τα δίκτυα

55

αυτά αναπτύσσονται ξεπερνώντας τους περιορισμούς σε ταχύτητα και απόσταση τών τοπικών δικτύων. Καλύπτουν τις μεγάλες ανάγκες επικοινωνίας μέσα στην ίδια πόλη, με συχνότερη χρήση τη διασύνδεση τοπικών δικτύων. Χρησιμοποιώντας οπτικές ίνες επιτυγχάνουν ρυθμούς μετάδοσης τής τάξης τών 100 Mbps. Γνωστό δίκτυο αυτής τής μορφής είναι το FDDI.

Διαίρεση δικτύων με βάση τις τηλεπικοινωνίες Αν δούμε τα δίκτυα απο την πλευρά τών τηλεπικοινωνιών και τών παρεχομένων υπηρεσιών απο τους τηλεπικοινωνιακούς οργανισμούς, τα διακρίνουμε σε δημόσιο επιλεγόμενο τηλεφωνικό δίκτυο, σε ιδιωτικά δίκτυα, σε δημόσια δίκτυα δεδομένων και σε ISDN.

Επιλεγόμενο τηλεφωνικό δίκτυο

Είναι γνωστό και ως Δημόσιο Επιλεγόμενο Τηλεφωνικό Δίκτυο (Public Switched Telephone Network PSTN). To δίκτυο με τα τηλεφωνικά κέντρα, τα τηλέφωνα, το ζευκτικό και το ακραίο δίκτυο γραμμών, το αστικό, το υπεραστικό και το διεθνές τηλεφωνικό δίκτυο.

Σε αυτό το σημείο θα πρέπει να αναφέρουμε και μερικά στοιχεία σχετικά με τη δομή τού τηλεφωνικού δικτύου. Βασικά στοιχεία ενός τέτοιου δικτύου είναι :

οι τηλεφωνικές συσκευές τών συνδρομητών. το τοπικό ή ακραίο δίκτυο. τα τηλεφωνικά κέντρα. το ζευκτικό δίκτυο.

Α. Οι τηλεφωνικές συσκευές μετατρέπουν τα ηχητικά κύματα τής φωνής μας σε ηλεκτρικά σήματα και αντίστροφα, ενώ συνδέονται με το τοπικό τηλεφωνικό κέντρο με ένα ζεύγος καλωδίων.

Β. Το ακραίο δίκτυο αποτελείται απο τα ζεύγη καλωδίων που συνδέουν ακτινωτά τους συνδρομητές με τα τηλεφωνικά κέντρα σε αποστάσεις μερικών χιλιομέτρων. Οι δισύρματες αυτές τηλεφωνικές γραμμές μεταφέρουν:

Το ηλεκτρικό σήμα φωνής τών συνδρομητών. Τους παλμούς ή τόνους επιλογής και τη σηματοδότηση μεταξύ υνδρομητών και

κέντρου. Το κουδούνισμα ειδοποίησης απο το κέντρο προς το συνδρομητή.

Το τηλεφωνικό κέντρο εφαρμόζει στους δυο αγωγούς τής γραμμής μία τάση συνεχούς -48 ή -60 V ανάλογα με τον τύπο του. Οταν ο συνδρομητής σηκώσει το ακουστικό του, η τάση αυτή δημιουργεί ένα ρεύμα βρόχου απο 25 - 55 mA που ονομάζεται και ρεύμα συγκράτησης. Με τον τρόπο αυτό το κέντρο αντιλαμβάνεται οτι ο συνδρομητής ζητάει εξυπηρέτηση και τού στέλνει ένα χαρακτηριστικό ηχόσημα συχνότητας 425 ή 450 Hz.

Ο καλών συνδρομητής στη συνέχεια σχηματίζει τον αριθμό κλήσης τού καλούμενου στο δίσκο επιλογής τού τηλεφώνου του. Οι επιλογικοί παλμοί που δημιουργούνται είναι παλμοί διακοπής τού ρεύματος συγκράτησης, έχουν συχνότητα 10 παλμούς το δευτερόλεπτο και το πλήθος τους κάθε φορά ισούται με το επιλεγόμενο ψηφίο (επτά παλμοί για το 7, δέκα για το 0 κλπ). Το κέντρο ανιχνεύει τους παλμούς επιλογής και συνδέει τον καλούντα με τον αντίστοιχο καλούμενο. Το κλείσιμο τής γραμμής γίνεται με την απόθεση τού ακουστικού στο τηλέφωνο.

Εναλλακτικά η επιλογή γίνεται με τόνους DTMF (κεφ. 32) που αναγνωρίζεται απο τα σύγχρονα ψηφιακά κέντρα τού ΟΤΕ και που υπερέχει σε ταχύτητα επιλογής και ακρίβεια, απο το παλαιότερο παλμικό σύστημα.

56

Οταν ένας συνδρομητής καλείται, το τοπικό κέντρο στέλνει προς τη συσκευή του ένα κλητήριο ρεύμα με συχνότητα 25 Hz και τάση 35 - 80 V rms που δημιουργεί το

κουδούνισμα κλήσης.

Σχήμα 7.7 Τηλεφωνικό δίκτυο

Οι γραμμές τού ακραίου τηλεφωνικού δικτύου αποτελούνται απο χάλκινα καλώδια με διάμετρο 0,4, 0,6, 0,8 ή 0,9 mm ανάλογα με την απόσταση τού συνδρομητή απο το κέντρο και την περιοχή.

Η μέγιστη ωμική αντίσταση βρόχου τών γραμμών αυτών κυμαίνεται απο Π00 έως 2400 Ω ανάλογα με τον τύπο τού τοπικού κέντρου. Στην τιμή αυτή συμπεριλαμβάνεται και η ωμική αντίσταση τής τηλεφωνικής συσκευής η οποία δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 400 Ω.

Γ. Τα τηλεφωνικά κέντρα είναι τα σημεία τού δικτύου που ασχολούνται με τη διεκπεραίωση τών κλήσεων και είναι διάσπαρτα στη χώρα, συγκροτούν δε ένα ιεραρχικά δομημένο δίκτυο. Ή χωρητικότητα τών τοπικών κέντρων είναι συνήθως τής τάξης τών δέκα χιλιάδων συνδρομητών το καθένα.

Τα τοπικά τερματικά κέντρα τού Ελληνικού τηλεφωνικού δικτύου διακρίνονται σε υψοστροφικά, κινητηριακά, περιστροφικά, και ραβδεπαφικά ανάλογα με την τεχνολογία που χρησιμοποιούν. Τελευταία εγκαθίστανται ψηφιακά κέντρα που προοδευτικά αντικαταθιστούν τα παλαιότερης τεχνολογίας.

Δ. Το Ζευκτικό δίκτυο είναι το δίκτυο που χρησιμοποιείται για τη σύνδεση μεταξύ τών τηλεφωνικών κέντρων. Ενα μεγάλο μέρος τού ζευκτικού δικτύου ιδιαίτερα μεταξύ κοντινών κέντρων αστικών περιοχών, χρησιμοποιεί απλά χάλκινα καλώδια. Χρησιμοποιούνται επίσης φερεσυχνα που είναι κυκλώματα

πολύπλεξης συχνότητας (Frequency Division Multiplexing FDM) καθώς και συστήματα παλμοκωδικής διαμόρφωσης (Pulse Code Modulation PCM). Οταν χρησιμοποιούνται

57

Τηλεφωνικό δίκτυο (PSTN)

διατάξεις πολύπλεξης τα μέσα μετάδοσης είναι χάλκινα καλώδια με ειδικές ενισχυτικές διατάξεις, ομοαξονικά καλώδια, οπτικές ίνες ή μικροκυματικές ζεύξεις.

Τελευταία εφαρμόζονται σύγχρονες τεχνικές διασύνδεσης τών ζευκτικών κέντρων που βασίζονται στην τεχνική SDH (κεφ. 4.5), όπως ο "Ολυμπιακός δακτύλιος" που διασυνδέει με οπτικές ίνες κέντρα στην περιοχή τής Αθήνας.

Το τηλεφωνικό δίκτυο είναι ο πρώτος ιστορικά φυσικός δρόμος για τίς επικοινωνίες δεδομένων. Η μετάδοση data μέσα απο το τηλεφωνικό δίκτυο γίνεται με τη βοήθεια modem. To τηλεφωνικό δίκτυο προσφέρει δύο διαφορετικές υπηρεσίες μετάδοσης data στους συνδρομητές του. Μέσω τών κοινών επιλεγόμενων (dial up) γραμμών που περιγράψαμε προηγουμένως και μέσω τών αφιερωμένων γραμμών.

Η χρήση τών επιλεγόμενων γραμμών προτιμάται όταν έχουμε προς αποστολή πληροφορίες μικρού όγκου και διάρκειας. Επίσης όταν χρειάζεται πρόσκαιρη σύνδεση με πολλούς υπολογιστές, βάσεις δεδομένων κλπ. Χρησιμοποιείται ακόμη σαν εφεδρικός τρόπος σύνδεσης σε δίκτυα με αφιερωμένες γραμμές.

Οι επικοινωνίες μέσω τού επιλεγόμενου δικτύου γίνονται κυρίως με ταχύτητες 1200 και 2400 bps. Χρησιμοποιούνται επίσης ταχύτητες 300, 600, 4800, 9600, 14400, 28800 bps. Τα modem και τις τυποποιήσεις για τη χρήση τού επιλεγόμενου δικτύου θα τα βρείτε στο κεφάλαιο 6. 11 ανώτερη δυνατή ταχύτητα εξαρτάται απο την ποιότητα τής σύνδεσης, απο την ποιότητα εν γένει τού συγκεκριμένου τηλεφωνικού δικτύου. Δεν είναι δηλαδή κάτι το απόλυτο η ανώτερη ταχύτητα, ενώ μπορούμε να ισχυρισθούμε οτι τα 1200 bps είναι μία σίγουρη ταχύτητα.

Κάθε κλήση έστω και άν απευθύνεται στον ίδιο συνδρομητή χρησιμοποιεί εν γένει διαφορετική γραμμή τού ζευκτικού δικτύου. Γι' αυτό όταν συναντάμε προβλήματα επικοινωνίας μπορούμε να διακόψουμε μία κλήση και να ξεκινήσουμε μιά νέα.

Βασικό πλεονέκτημα τού επιλεγόμενου δικτύου είναι η δυνατότητα σύνδεσης με ποικίλους υπολογιστές σε διάφορα γεωγραφικά σημεία, αρκεί να διαθέτουν τηλεφωνική συσκευή και modem. Με αυτό τον τρόπο τα τερματικά δεν είναι υποχρεωμένα να είναι συνδεδεμένα μόνιμα σε έναν υπολογιστή. Τέλος, η χρήση τού κοινού τηλεφωνικού δικτύου για μεταδόσεις data εν γένει μειονεκτεί καθόσον η επιτεύξιμη ταχύτητα είναι μικρή, ενώ ο θόρυβος που ενυπάρχει είναι πάντα ενοχλητικός.

Αφιερωμένες γραμμές

Οι αφιερωμένες γραμμές προσφέρονται απο το τηλεφωνικό δίκτυο κυρίως για επικοινωνίες data. Οι γραμμές αυτές είναι μόνιμα συνδεδεμένες μεταξύ των συνδρομητών, γι' αυτό και ονομάζονται "αφιερωμένες" (dedicated lines). Η πλέον συνηθισμένη έκφραση γι αυτές τις γραμμές που δεν αντικατοπτρίζει όμως σαφώς την πραγματικότητα, είναι "νοικιασμένες" (leased lines).

Ομοαξονικά καλώδια, δισύρματα συνεστραμμένα καλώδια, μικροκυματικες ζεύξεις, οπτικές ίνες κλπ. συνθέτουν μία αφιερωμένη γραμμή που παρουσιάζει μία φυσική συνέχεια δρομολογούμενη απο κέντρο σε κέντρο μεταξύ τών συνδρομητών. Χρησιμοποιούν το ίδιο ακραίο και το ίδιο ζευκτικό δίκτυο με την τηλεφωνία, προσπερνώντας όμως τα τοπικά τηλεφωνικά κέντρα. Οι γραμμές φθάνουν στο χώρο τών κέντρων, παρέρχονται τών συσκευών παροχής τάσης, τών επιλογέων και τών υπόλοιπων τμημάτων τού κέντρου και συνδέονται με τίς γραμμές ή τίς διατάξεις πολύπλεξης τού ζευκτικού δικτύου.

Η CCITT έχει δώσει συγκεκριμένες προδιαγραφές για τίς αφιερωμένες γραμμές για διέλευση data, που περιγράφονται στο κεφάλαιο 3. Η χρέωση τών γραμμών αυτών στη χώρα μας γίνεται με σταθερό μηνιαίο μίσθωμα που εξαρτάται απο την απόσταση τών

58

δύο συνδεδεμένων σημείων, ενώ είναι ανεξάρτητη απο την ταχύτητα και τον όγκο τών μηνυμάτων.

Πλεονέκτημα τών αφιερωμένων γραμμών είναι οτι είναι καθαρότερες απο άποψη θορύβου, έχουν δε σταθερή συμπεριφορά ως προς τα χαρακτηριστικά τους, με αποτέλεσμα τη μεγαλύτερη αξιοπιστία τους. Δεν πρέπει να ξεχνάμε τέλος οτι οι multipoint συνδέσεις χρησιμοποιούν μόνο αφιερωμένες γραμμές.

Δημόσια δίκτυα δεδομένων

Το μεγάλο κόστος τών ιδιωτικών δικτύων τόσο σε γραμμές επικοινωνίας όσο και σε εξοπλισμό (κόμβους κλπ), οδήγησε στην ανάπτυξη τών δημόσιων δικτύων δεδομένων. Στην πράξη συναντάμε εν γένει δύο τύπους δημόσιων δικτύων data. Τα δίκτυα μεταγωγής πακέτων (packet switching) που χρησιμοποιούν Χ.25 τεχνική και τα ψηφιακά δίκτυα που παρέχουν υπηρεσίες φορέα (carrier). Στην πρώτη κατηγορία ανήκει το δίκτυο Hellaspac και στην δεύτερη το Hellascom.

Τα δημόσια δίκτυα μεταγωγής πακέτων προσφέρουν τη δυνατότητα στους συνδρομητές τους να μεταφέρουν data απο ένα σημείο σε άλλο, όπως ακριβώς γίνεται με τη φωνή και το τηλεφωνικό δίκτυο. Οποιοσδήποτε είναι συνδρομητής τού δικτύου μπορεί να επικοινωνεί με όποιον άλλο συνδρομητή απλώς επιλέγοντας τον.

Κάθε τερματικό σημείο οφείλει να έχει έναν αυστηρά καθορισμένο τρόπο σύνδεσης (interface) με το δημόσιο δίκτυο και να υπακούει στους κανόνες παιχνιδιού που έχει θέσει το δημόσιο δίκτυο.

Τα δημόσια δίκτυα μεταγωγής πακέτων γνωρίζουν εξαιρετική ανάπτυξη στις μέρες μας, υπάρχουν σε πολλές χώρες, έχουν δε τη δυνατότητα να συνδέονται και μεταξύ τους για διεθνείς επικοινωνίες. Τα γνωστότερα δημόσια δίκτυα μεταγωγής πακέτων είναι :

Transpac (Γαλλία) Datapac (Καναδάς) Iberpac (Ισπανία) Datex-p (Γερμανία) Datex-Ι (Γερμανία) EPSS (Αγγλία) Hellaspac (Ελλάδα) DCS (Βέλγιο) Finnpac (Φινλανδία) DDX-P (Ιαπωνία) SCT (Μεξικό) Datanet (Ολλανδία) Telepak (Σουηδία) Telepac (Ελβετία) Telenet (ΗΠΑ) Tymnet (ΗΠΑ) Uninet (ΗΠΑ) Austpac (Αυστραλία) Datex-P (Αυστρία) Arpac (Αργεντινή)

Τα ψηφιακά δίκτυα όπως το Hellascom, προσφέρουν ψηφιακές συνδέσεις υψηλών ταχυτήτων (απο 19200 Kbps έως 2 Mbps) μεταξύ συνδρομητών. Οι συνδέσεις αυτές είναι μόνιμες και σταθερές μεταξύ τών δύο ακραίων σημείων και δεν προσφέρουν τη δυνατότητα κατ' επιλογήν συνδέσεων, όπως γίνεται με το Hellaspac ή το ISDN.

59

ISDN

Η ύπαρξη πολλών εξειδικευμένων δικτύων διαφορετικών για κάθε εφαρμογή (τηλεφωνία για μετάδοση φωνής, δημόσια δίκτυα δεδομένων για μετάδοση data, δίκτυο telex κλπ.), οδηγεί στη μη ορθολογική αντιμετώπιση τών τηλεπικοινωνιακών αναγκών. Μία προσπάθεια ενιαίας αντιμετώπισης όλων τών εξειδικευμένων δικτύων είναι το ISDN (Integrated Services Digital Network) που σημαίνει Ψηφιακό Δίκτυο Ολοκληρωμένων Υπηρεσιών. Με αυτό παρέχεται σε κάθε συνδρομητή η δυνατότητα τής κατ' επιλογήν ψηφιακής σύνδεσης με οποιονδήποτε άλλον συνδρομητή τού δικτύου για την εξυπηρέτηση ενός ευρέως φάσματος εφαρμογών.

To ISDN διαιρείται σε ISDN στενής ζώνης (narrowband) και ISDN ευρείας ζώνης (broadband). To πρώτο προορίζεται για εκμετάλλευση τής ήδη υπάρχουσας υποδομής τού τηλεφωνικού δικτύου. Χρησιμοποιεί ψηφιακή μεταγωγή και μετάδοση, με ρυθμούς μετάδοσης που φθάνουν τα 2 Mbps και εξυπηρετεί μετάδοση φωνής, κειμένου, data, και στατικής εικόνας. To ISDN στενής ζώνης έχει τεθεί ήδη πιλοτικά σε εμπορική εκμετάλλευση (Αγγλία, Γερμανία).

To ISDN ευρείας ζώνης χρησιμοποιεί νέα μέσα μετάδοσης με μεγάλο εύρος ζώνης συχνοτήτων όπως είναι οι οπτικές ίνες, θά εξυπηρετεί δε πέραν τών προηγουμένων και κινούμενη εικόνα.

8. Δίκτυα μεταγωγής – Δίκτυα ακρόασης Διαιρώντας τα δίκτυα ως προς την τεχνική προώθησης της πληροφορίας από ένα τερματικό σημείο προς άλλο, διακρίνουμε δύο μεγάλες κατηγορίες:

Δίκτυα μεταγωγής (switching) Δίκτυα ακρόασης (broadcasting network).

Δίκτυα Μεταγωγής (Switching)Κύριο χαρακτηριστικό των δικτύων αυτών είναι η δυνατότητα του κάθε

συνδρομητή να καλεί επιλογικά τον ανταποκριτή του. Τα δίκτυα μεταγωγής αποτελούνται από κόμβους συνδεδεμένους μεταξύ τους, οι οποίοι αναλαμβάνουν τη δρομολόγηση της εκπεμπόμενης από τον εκάστοτε αποστολέα πληροφορίας (σχήμα 7.8). Data που εισέρχονται στο δίκτυο από κάποιο τερματικό σταθμό, δρομολογούνται από κόμβο σε κόμβο μέχρι τον προκαθορισμένο δέκτη. Μερικοί κόμβοι δεν έχουν συνδεδεμένους τερματικούς σταθμούς, απλά παίζουν το ρόλο του διεκπεραιωτή πληροφορίας. Για λόγους αύξησης της αξιοπιστίας οι συνδέσεις των κόμβων γίνονται με τέτοιο τρόπο ώστε να υπάρχει εναλλακτικός δρόμος μεταξύ των τερματικών σημείων. Τα δίκτυα μεταγωγής συνήθως προσφέρονται από τους οργανισμούς τηλεπικοινωνιών. Υπάρχουν τρεις βασικές μέθοδοι αποκατάστασης σύνδεσης δύο τερματικών σταθμών στα δίκτυα μεταγωγής.

• Μεταγωγή κυκλώματος (Circuit switching).• Μεταγωγή μηνυμάτων (Message switching).• Μεταγωγή πακέττων (Packet switching).

Μεταγωγή κυκλώματος (Circuit switching)Η μεταγωγή κυκλώματος είναι τεχνική κατά την οποία αφιερώνεται μία φυσική

ζεύξη μεταξύ των συνδρομητών για όλη τη διάρκεια της επικοινωνίας τους. Η σύνδεση είναι τμηματική και αποτελείται από τμήματα γραμμών που συνδέουν τους διάφορους κόμβους του δικτύου. Με τη μεταγωγή κυκλώματος κάθε φυσική γραμμή που καταλαμβάνεται για μία σύνδεση απασχολείται πλήρως και αποκλειστικά με την επικοινωνία των δύο συνδρομητών. Κλασσικό παράδειγμα αυτού του είδους τεχνικής είναι το κοινό τηλεφωνικό δίκτυο.

60

Το σχήμα 7.8 παριστάνει ένα τέτοιο δίκτυο με 6 κόμβους Κι.,.Κή και τερματικά Ti...Ts-Εστω ότι το τερματικό σημείο Τι θέλει να επικοινωνήσει με το Τ4- Το Τι στέλνει στο Κι μία αίτηση για σύνδεση με το Τη. Ο κόμβος Κι ακολουθώντας τις διαδικασίες επιλογής κατάλληλου δρόμου (ποιος είναι εύκαιρος, με λιγότερη κίνηση κλπ), επιλέγει τον κόμβο KU

μεταφέροντας του την απαίτηση για σύνδεση με το Τ,}. Η σύνδεση μεταξύ των Κι και Κ4 γίνεται καταλαμβάνοντας ένα από τα κανάλια του ζευκτικου δικτύου μεταξύ Κι και Κ4. Ομοίως ο Κ4 επιλέγει ένα από τα κανάλια της ζεύξης του με τον Κ6. Τέλος ο Ke αποκαθιστά το κύκλωμα με το Τ4, εφόσον φυσικά το Τ4 είναι διαθέσιμο να επικοινωνήσει. Από αυτή τη στιγμή το Τι μπορεί να επικοινωνεί με το Τ4 σαν να υπήρχε μεταξύ τους μία αφιερωμένη γραμμή. Στο τέλος της επικοινωνίας η σύνδεση τερματίζεται αφού ειδοποιηθούν ταυτόχρονα και οι κόμβοι Κι, Κ4, Κ6 ώστε να διακόψουν τη κατάληψη των καναλιών που τους συνδέουν.

Στην περίπτωση της μεταγωγής κυκλώματος η γραμμή παραμένει κατειλημμένη ακόμα και κατά τα χρονικά διαστήματα όπου δεν μεταφέρονται data. Εχει αποδειχθεί στατιστικά δε ότι ο κενός χρόνος σε μία σύνδεση δύο τερματικών σημείων είναι σχετικά μεγάλος.Ομως με την τεχνική circuit switching έχουμε το πλεονέκτημα ότι σε μια αποκατασταθείσα σύνδεση οι χρήστες μπορούν να χρησιμοποιήσουν όλη τη μεταφορική ικανότητα (throughput) της γραμμής, με μόνη καθυστέρηση τον μικρό χρόνο μετάβασης (propagation delay) και την αρχική καθυστέρηση για την αποκατάσταση της σύνδεσης.

Σχήμα 7.8 Σύνδεση με μεταγωγή κυκλώματος

Μεταγωγή μηνυμάτων (Message switching)

61

Κατ' αυτήν ο αποστολέας οργανώνει την προς μετάδοση πληροφορία σε μήνυμα που το δίνει στο δίκτυο για διεκπεραίωση. Το δίκτυο προωθεί από κόμβο σε κόμβο το μήνυμα μέχρι τον τελικό παραλήπτη. Είδαμε ότι η χρήση της μεταγωγής κυκλώματος παρουσιάζει δύο βασικά μειονεκτήματα. Το πρώτο είναι ότι την ώρα της αποστολής μηνυμάτων, πρέπει να είναι διαθέσιμοι και οι δύο τερματικοί/υπολογιστικοί σταθμοί (DTE). Το δεύτερο είναι ότι για την αποκατάσταση της επαφής, αλλά και καθόλη τη διάρκεια της, οι γραμμές είναι κατειλημμένες από τους τερματικούς σταθμούς είτε επικοινωνούν είτε όχι. Υπάρχουν'δηλαδή κενά διαστήματα χρόνου όπου γραμμές του ζευκτικου δικτύου είναι δεσμευμένες ενώ δεν χρησιμοποιούνται. Η τεχνική μεταγωγής μηνυμάτων βοηθάει σημαντικά προς την επίλυση αυτών των προβλημάτων. Το δίκτυο αναλαμβάνει τη διεκπεραίωση των μηνυμάτων και όχι την αποκατάσταση του φυσικού δρόμου. Το δίκτυο εκμεταλλεύεται τίς φυσικές συνδέσεις μεταξύ των κόμβων για την αποστολή μηνυμάτων όλων των συνδρομητών. Σε κάθε μήνυμα είναι σημειωμένη η διεύθυνση του παραλήπτη, ούτως ώστε ο κάθε κόμβος να το προωθεί στον επόμενο όταν φυσικά βρεί ελεύθερο κανάλι.

Σχήμα 7.9 Σύνδεση με μεταγωγή μηνυμάτων

Οι κόμβοι ενός δικτύου μεταγωγής μηνυμάτων δεν είναι απλώς έναηλεκτρομηχανικό ή ηλεκτρονικό κέντρο που διασυνδέει κανάλια για να περάσει το μήνυμα, αλλά υπολογιστές επικοινωνιών με αρκετό χώρο μνήμης προκειμένου να αποθηκεύουν τα μηνύματα που λαμβάνουν πρίν τα αποστείλουν στον επόμενο κόμβο. Στους κόμβους αυτούς κάθε μήνυμα υπόκειται σε κάποια καθυστέρηση, που οφείλεται στο ότι πρέπει να παραληφθεί πρώτα όλο το μήνυμα και μετά να βρεθεί ο κατάλληλος κενός δρόμος για την περαιτέρω αποστολή του.

Για παράδειγμα, έστω ότι ο Τι του σχήματος 7.9 επιθυμεί να στείλει ένα μήνυμα στο σταθμό Τφ Ο Τι αφού τοποθετήσει τη διεύθυνση του παραλήπτη Τ4 στέλνει το μήνυμα στον κόμβο Κι. Αφού ο Κι λάβει όλο το μήνυμα ψάχνει να βρει ελεύθερο δρόμο για να το προωθήσει. Οταν τον βρει (Κι - ]<U), αρχίζει-τη μετάδοση προς τον Κ4- Ομοίως ο Κ4 για τον Ke και από εκεί για το Τ4-

Λόγω του ότι κάθε κόμβος αποθηκεύει το μήνυμα πρίν το μεταδώσει, η τεχνική αυτή ονομάζεται και store-and-forward (αποθήκευση - προώθηση). Μερικά από τα πλεονεκτήματα της τεχνικής message switching έναντι της circuit switching είναι :

62

Δεν ενδιαφέρει αν την ώρα που ο αποστολέας στέλνει το μήνυμα, ο αποδέκτης είναι σε θέση να το δεχτεί. Το δίκτυο μπορεί να φυλάξει το μήνυμα και να το στείλει αργότερα.

Η εκμετάλλευση των φυσικών συνδέσεων (γραμμών) είναι πολύ καλύτερη, αφού ένα κανάλι μπορεί να διεκπεραιώσει μηνύματα πολλών χρηστών..

Η τεχνική message switching παρέχει τη δυνατότητα πολλαπλής αποστολής του αυτού μηνύματος σε πολλούς χρήστες.

Ο έλεγχος σφαλμάτων και γενικά οι διαδικασίες προστασίας από τα σφάλματα μπορούν να γίνουν από το δίκτυο.

Οι δύο τερματικοί σταθμοί έχουν τη δυνατότητα να ανταλλάσσουν μηνύματα γραμμένα σε διαφορετικό κώδικα και με διαφορετική ταχύτητα.

Τη δουλειά της μετατροπής κάνουν οι ακραίοι κόμβοι στους οποίους έχει δηλωθεί από πριν με ποια ταχύτητα και με ποιο κώδικα συνεννοείται ο συγκεκριμένος τερματικός σταθμός.

Ενα βασικό μειονέκτημα της τεχνικής αυτής είναι ότι δεν είναι κατάλληλη για real time εφαρμογές, επειδή οι καθυστερήσεις που υπεισέρχονται από τους κόμβους είναι μεγάλες και αγνώστου διαρκείας. Στην πράξη η τεχνική μεταγωγής μηνυμάτων είναι η λιγότερο εφαρμοσμένη από τις άλλες δύο.

Μεταγωγή πακέτων (Packet switching)

Με την τεχνική μεταγωγής πακέτων έγινε μία σοβαρή προσπάθεια εκμετάλλευσης των πλεονεκτημάτων του circuit και του message switching και παράλληλης ελαχιστοποίησης των μειονεκτημάτων τους.

Το κάθε μήνυμα που πρέπει να μεταφερθεί μέσω ενός τέτοιου δικτύου τεμαχίζεται σε πακέτα. Το μήκος των πακέτων είναι μικρό, συνήθως 128 ή 256 χαρακτήρες, χωρίς να αποκλείονται σε ορισμένες περιπτώσεις μεγαλύτερα ή μικρότερα, ώστε να ελαχιστοποιούνται οι απαιτήσεις μνήμης των κόμβων. Οπως και στην περίπτωση της μεταγωγής μηνυμάτων, οι κόμβοι οφείλουν να έχουν επεξεργαστική ικανότητα για την προώθηση των πακέτων. Οι μέθοδοι προώθησης των πακέτων είναι δύο :

Datagram Virtual circuit

Με τη μέθοδο datagram τα πακέτα ενός μηνύματος θα φθάσουν στον παραλήπτη χρησιμοποιώντας το καθένα το δικό του συντομότερο δρόμο. Στο παράδειγμα του σχήματος 7.10 το Τι θέλει να στείλει στο Τ4 ένα μήνυμα το οποίο τεμαχίζεται σε 4 πακέτα. Στέλνει τα πακέτα 1, 2, 3. 4, με τη σειρά στον Κι ο οποίος για κάθε πακέτο και κάθε φορά επιλέγει τον πιο σύντομο δρόμο αποστολής. Εστω ότι το πακέτο Ί πηγαίνει από τον Κι στον ]\4 και από εκεί στον Ka για να καταλήξει στο Ύί. Για το πακέτο 2 ο Kj αποφασίζει ότι. επειδή ο δρόμος για τον Κ4 είναι αρκετά φορτωμένος και ο δρόμος για το Κ2 έχει λιγότερα πακέτα σε αναμονή, πρέπει να το στείλει στον Κ.2. Από εκεί το πακέτο πρωθεΐται μέσω του Ks στον Κδ και μετά στο tu. To πακέτο 3 ακολουθεί τον ίδιο με το 2 δρόμο και το 4 τον δρόμο Κι - Kj - Kg – τα.

63

Σχήμα 7.10 Χρήση της μεθόδου Datagram

Τα πακέτα ενώ έχουν τον ίδιο προορισμό δεν ακολουθούν όλα τον ίδιο δρόμο και λόγω αυτού υπάρχει η πιθανότητα να φθάσουν με διαφορετική σειρά από αυτή που ξεκίνησαν. To T4 θα πρέπει να τα τοποθετήσει εκ νέου στην ορθή σειρά.

Με τη μέθοδο virtual circuit (νοητού κυκλώματος), πριν αποσταλούν τα πακέτα αποκαθίσταται μια σταθερή νοητή σύνδεση μεταξύ των δύο ανταποκριτών τερματικών σταθμών απ7 όπου κατόπιν θα περάσουν όλα τα πακέτα του μηνύματος.

Ας υποθέσουμε ότι στο σχήμα 7.11 το Τι θέλει να στείλει στο Τ 4 ένα' μήνυμα που τεμαχίζεται σε 4 πακέτα. Το Τι πριν από όλα στέλνει ένα Call Request (απαίτηση κλήσης) πακέτο προς τον Κ; για το Τφ Ο Κι αποφασίζει να προωθήσει το πακέτο προς τον KU, αυτός με τη σειρά του στον Κό ο οποίος και στέλνει τελικά το Call Request στο Τφ Το Τι στέλνει στο Τι απαντητικό μήνυμα Call Accept μέσω των Κ6, Κ4, Κι, δηλαδή από τον ίδιο δρόμο. Εκτοτε ανταλάσσουν μηνύματα και επικοινωνούν συνεχώς μέσω του νοητού δρόμου που αποκαταστάθηκε στην αρχή. Κάθε πακέτο που εκπέμπεται από το Ύ\, ακολουθεί τον δρόμο Τι - Κι - Κ4 - Κ& - Τ4 και κάθε πακέτο από το Τ4 ακολουθεί το δρόμο Τ4 - Ke - Κ4 - Κι - Τι. Η επικοινωνία σταματά μόλις ένας από τους δύο τερματικούς σταθμούς στείλει ένα Clear Request πακέτο. Η κυρίως διαφορά της virtual circuit με τη datagram είναι ότι με την πρώτη τεχνική ο δρόμος για όλα τα πακέτα μιας σύνδεσης, καθορίζεται μία φορά στην αρχή και μετά παραμένει ο ίδιος μέχρι τη διακοπή της, ενώ στη δεύτερη ο κάθε κόμβος επιλέγει κάθε φορά και για κάθε πακέτο τον καταλληλότερο δρόμο. Η πρώτη τεχνική δεν πρέπει να παρομοιαστεί με την circuit switching, καθώς το κάθε πακέτο κρατείται προσωρινά σε κάθε κόμβο πριν ακολουθήσει την πορεία του. Με αυτή την τεχνική απλώς οι κόμβοι δεν επιλέγουν για κάθε πακέτο και \ διαφορετικό δρόμο.

64

Σχήμα 7.11 Σύνδεση με νοητά κυκλώματα

Πλεονεκτήματα της virtual circuit έναντι της datagram είναι :

1. Γρήγορη και σωστή ταξινόμηση των παραληφθέντων μηνυμάτων.2. Ελεγχο ορθότητας της σειράς λήψης των πακέτων.3. Επιβεβαίωση του ότι όλα τα πακέτα παραλήφθηκαν σωστά.4. Υπάρχει επιπλέον η δυνατότητα για flow control (έλεγχο ροής) ούτως ώστε αν ο

παραλήπτης έχει προσωρινή αδυναμία λήψης, ειδοποιεί τον αποστολέα να σταματήσει μέχρι νεωτέρας εντολής.

Πλεονεκτήματα της datagram τεχνικής :

1. Είναι πιο αξιόπιστη αφού αν ένας κόμβος χαλάσει, όλα τα virtual circuit που διέρχονται από τον κόμβο αυτό θα χαθούν, ενώ με τη datagram τα πακέτα θα διοχετευθούν από άλλους εναλλακτικούς δρόμους μέσω άλλων κόμβων.

2. Αν έχουμε συμφόρηση της κίνησης σε κάποια μέρη του δικτύου, με την τεχνική virtual circuit είναι αρκετά πιο δύσκολο να αναδρομολογηθούν τα μηνύματα προς άλλη κατεύθυνση απ' ότι με τη datagram.

3. Επειδή στη datagram η φάση έναρξης της συνομιλίας (Call request, Call accept) δεν απαιτείται, η μέθοδος είναι ταχύτερη.

4. Οπως φαίνεται σε επικοινωνία με λίγα μηνύματα ευνοείται η datagram, ενώ αν αυτή είναι μακρόχρονη προτιμάται η virtual circuit. Τα δημόσια δίκτυα χρησιμοποιούν την τεχνική virtual circuit.

Η σύνδεση τερματικών σε packet switching δημόσια δίκτυα έχει τυποποιηθεί από την CCITT με το πρωτόκολλο Χ25. Η σύσταση αυτή προβλέπει τρία επίπεδα, το φυσικό (physical layer), το επίπεδο πλαισίων (frame layer) και το επίπεδο πακέτου (packet layer) που θα αναλυθούν στο κεφάλαιο 9.

Δίκτυα Ακρόασης (Broadcasting)Μία άλλη φιλοσοφία δικτύου διαφορετική από τις τεχνικές μεταγωγής που εξετάσαμε προηγουμένως είναι τα δίκτυα ακρόασης. Το τηλεοπτικό δίκτυο είναι παράδειγμα τέτοιου δικτύου όπου οι τερματικοί σταθμοί, δηλαδή οι τηλεοράσεις μας λαμβάνουν όλες το ίδιο σήμα. Στο σχήμα 7.12 φαίνονται παραδείγματα τέτοιων δικτύων.

Κύρια χαρακτηριστικά των δικτύων ακρόασης είναι :

65

Δεν υπάρχουν κόμβοι μεταγωγής (switching). Μήνυμα που εκπέμπει ένας σταθμός λαμβάνεται συνήθως από όλους. Η ύπαρξη

ειδικών τεχνικών ελέγχου προσπέλασης των μηνυμάτων καθώς όλοι οι σταθμοί μοιράζονται το μέσο επικοινωνίας.

Κλασσικοί τύποι τέτοιων δικτύων είναι :

Packet radio δίκτυα. Δορυφορικά δίκτυα. Τοπικά δίκτυα. Τηλεοπτικά δίκτυα.

Στα packet radio δίκτυα ο κάθε σταθμός χρησιμοποιεί κεραίες εκπομπής - λήψης ενώ πρέπει να βρίσκεται μέσα στην εμβέλεια των υπολοίπων. Ο ένας σταθμός εκπέμπει στον αέρα και οι άλλοι κάνουν ακρόαση.

Στα δορυφορικά δίκτυα οι τερματικοί σταθμοί συνομιλούν μέσω δορυφόρου ενώ στα τοπικά δίκτυα χρησιμοποιούν με διάφορες μεθόδους ακρόασης ένα κοινό καλώδιο σαν μέσοεπικοινωνίας.

Τεχνικές ελέγχου προσπέλασης

Ενα από τα σημαντικότερα θέματα στα δίκτυα ακρόασης είναι οι τεχνικές ελέγχου προσπέλασης του καναλιού (access control techniques). Με τον όρο αυτό εννοούμε τις μεθόδους που αντιμετωπίζουν την ταυτόχρονη εκπομπή στο κοινό κανάλι. Οι τεχνικές αυτές διακρίνονται κατά πρώτο λόγο από το αν χρησιμοποιούνται σε συγκεντρωτικά ή σε κατανεμημένα δίκτυα επεξεργασίας.

Στα συγκεντρωτικά δίκτυα τον έλεγχο του δικτύου κατέχει ένας σταθμός, ενώ κάθε άλλος προκειμένου να εκπέμψει ένα μήνυμα πρέπει να πάρει την άδεια από αυτόν.

Στα κατανεμημένα δίκτυα χρησιμοποιούνται ειδικές τεχνικές προκειμένου δυναμικά κάθε φορά. να αποφασίζεται ποιοι σταθμοί και με ποια σειρά μπορούν να εκπέμπουν.

Γενικά οι τεχνικές προσπέλασης διακρίνονται σε σύγχρονες και ασύγχρονες. Παραδείγματα σύγχρονων τεχνικών είναι η πολύπλεξη συχνότητας και χρόνου (FDM και TDM) και γενικά οι τεχνικές που χρησιμοποιούνται όταν συγκεκριμένο κομμάτι από την χωρητικότητα του καναλιού αφιερώνεται για κάθε σύνδεση. Οι σύγχρονες τεχνικές δεν προτιμώνται στα broadcasting δίκτυα καθόσον οι ανάγκες μετάδοσης του κάθε σταθμού αυτών των δικτύων είναι εν γένει απρόβλεπτες. Αντίθετα ταιριάζουν σε δίκτυα που τα μεγέθη των μηνυμάτων μεταξύ των σταθμών είναι σταθερά. Ετσι οι ασύγχρονες τεχνικές είναι προτιμότερες, διακρίνονται δε σε τρεις κατηγορίες :

Round robin. Reservation. Contention.

Round robin είναι η τεχνική που στηρίζεται στην αρχή του ότι σε κάθε γύρο ο κάθε σταθμός έχει μία ευκαιρία να εκπέμψει. Οταν έρθει η σειρά του εκπέμπει και περιμένει μέχρις ότου πάρουν ένας προς έναν την ευκαιρία και οι άλλοι σταθμοί. Η τεχνική αυτή προτιμάται όταν πολλοί σταθμοί του δικτύου εκπέμπουν πολλές φορές και για σύντομο χρονικό διάστημα. Στα συγκεντρωτικά δίκτυα είναι γνωστή σαν polling τεχνική, ενώ στα κατανεμημένα ως token bus και token ring ανάλογα με την τοπολογία.

66

Reservation είναι η τεχνική που χρησιμοποιείται κυρίως σε εκτενείς επικοινωνίες και σχεδόν συνεχείς. Διαιρεί τη χωρητικότητα του μέσου σε τμήματα (όπως TDM), καθένα από τα οποία εκμεταλλεύεται ρ κάθε σταθμός.

Contention είναι η τεχνική που χρησιμοποιείται συνήθως σε σποραδικές, και σύντομες επικοινωνίες. Κατ' αυτήν δεν υπάρχει σειρά που εκπέμπουν οι σταθμοί, αλλά όποιος επιθυμεί μπορεί να εκπέμψει. Τέτοιες τεχνικές χρησιμοποιούνται κυρίως σε κατανεμημένα δίκτυα ακρόασης και οι πιο γνωστές από αυτές είναι η ALOHA, η CSMA, καί η CSMA/CD των τοπικών δικτύων. Περισσότερες πληροφορίες θα βρείτε στο κεφάλαιο 10.4

Αν δούμε τους συνδυασμούς των διαφόρων τύπων δικτύων ακρόασης με τις τεχνικές που χρησιμοποιούν, βλέπουμε ότι τα packet radio δίκτυα χρησιμοποιούν τις τεχνικές ALOHA, CSMA. Τα δορυφορικά δίκτυα χρησιμοποιούν την ALOHA, την συγκεντρωτική reservation και την κατανεμημένη reservation. Τέλος τα τοπικά δίκτυα τις CSMA/CD, Token bus, Token ring.

67