· PDF file∆ίκτυα...

232
∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την ανάπτυξη των κειµένων σύµφωνα µε τη Μεθο- δολογία της εξ Αποστάσεως Εκπαίδευσης. Για την επιστηµονική αρτιότητα και πληρότητα των συγγραµ- µάτων την αποκλειστική ευθύνη φέρουν οι συγγραφείς, κριτικοί αναγνώστες και ακαδηµαϊκοί υπεύθυνοι που ανέλαβαν το έργο αυτό.

Transcript of · PDF file∆ίκτυα...

Page 1: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

∆ίκτυα Yπολογιστών I

ΣηµείωσηΤο ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την ανάπτυξη των κειµένων σύµφωνα µε τη Μεθο-δολογία της εξ Αποστάσεως Εκπαίδευσης. Για την επιστηµονική αρτιότητα και πληρότητα των συγγραµ-µάτων την αποκλειστική ευθύνη φέρουν οι συγγραφείς, κριτικοί αναγνώστες και ακαδηµαϊκοί υπεύθυνοιπου ανέλαβαν το έργο αυτό.

Page 2: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την
Page 3: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Σχολή Θετικών Επιστηµών και Τεχνολογίας

Πρόγραµµα Σπουδών

ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ

Θεµατική Eνότητα

BΑΣΙΚΑ ΖΗΤΗΜΑΤΑ ∆ΙΚΤΥΩΝ Η/Υ

Tόµος Γ'

∆ίκτυα Yπολογιστών IΓΙΩΡΓΟΣ ΦΟΥΣΚΑΣ

Eιδικός Λειτουργικός Eπιστήµονας ITE – EIXHMYΘ

ΠATPA 2002

Page 4: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Σχολή Θετικών Επιστηµών και Τεχνολογίας

Πρόγραµµα Σπουδών

ΠΛHPOΦOPIKH

Θεµατική Ενότητα

BAΣIKA ZHTHMATA ∆IKTYΩN H/Y

Τόµος Γ'

∆ίκτυα Yπολογιστών I

Συγγραφή

ΓIΩPΓOΣ ΦOYΣKAΣ

Eιδικός Λειτουργικός Eπιστήµονας ITE – EIXHMYΘ

Κριτική Ανάγνωση

KΩNΣTANTINOΣ ΠAΠAN∆PEOY

∆ιδάκτωρ Tηλεπληροφορικής

∆ρ ΦΩTHΣ ΛIOTOΠOYΛOΣ

Mηχανικός H/Y & Πληροφορικής

∆ρ MIXAHΛ ΠAPAΣKEYAΣ

Hλεκτρολόγος Mηχανικός & Tεχνολογίας Yπολογιστών

Ακαδηµαϊκός Υπεύθυνος για την επιστηµονική επιµέλεια του τόµου

ΠAYΛOΣ ΣΠYPAKHΣ

Kαθηγητής Tµήµατος Mηχανικών H/Y & Πληροφορικής

Πανεπιστηµίου Πατρών

Επιµέλεια στη µέθοδο της εκπαίδευσης από απόσταση

IΩANNHΣ KOYTΣONIKOΣ

Γλωσσική Επιµέλεια

PΩΞANH KATΣH

Τεχνική Επιµέλεια, Καλλιτεχνική Επιµέλεια, Σελιδοποίηση

TYPORAMA

Συντονισµός ανάπτυξης εκπαιδευτικού υλικού και γενική επιµέλεια των εκδόσεων

ΟΜΑ∆Α ΕΚΤΕΛΕΣΗΣ ΕΡΓΟΥ ΕΑΠ / 2002

ISBN: 960–538–468–X

Kωδικός Έκδοσης: ΠΛH 22/3

Copyright 2000 για την Ελλάδα και όλο τον κόσµο

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Οδός Παπαφλέσσα & Υψηλάντη, 26222 Πάτρα – Τηλ: (2610) 314094, 314206 Φαξ: (2610) 317244

Σύµφωνα µε το Ν. 2121/1993, απαγορεύεται η συνολική ή αποσπασµατική αναδηµοσίευση του βιβλίου αυτού

ή η αναπαραγωγή του µε οποιοδήποτε µέσο χωρίς την άδεια του εκδότη.

Page 5: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

¶ÂÚȯfiÌÂÓ·

K ∂ º ∞ § ∞ π √ 1

∂ÈÛ·ÁˆÁ‹ ÛÙ· ¢›ÎÙ˘· H/Y

Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά,

Eισαγωγικές παρατηρήσεις .................................................................................................................................... 13

1.1 ∆ικτυακές εφαρµογές

Προσδοκώµενα αποτελέσµατα ........................................................................................................... 15

1.1.1. O Παγκόσµιος Iστός (WWW) ........................................................................................... 15

1.1.2 Εφαρµογές των δικτύων Η/Υ – Μια συνοπτική παρουσίαση ................. 16

1.1.3 Εφαρµογές στα µελλοντικά δίκτυα Η/Υ .................................................................... 18

1.2 ∆ιασυνδεσιµότητα

Προσδοκώµενα αποτελέσµατα ........................................................................................................... 19

1.2.1 Σύνδεσµοι και κόµβοι ................................................................................................................ 20

1.2.2 ∆ίκτυα µεταγωγής ......................................................................................................................... 20

1.2.3 ∆ίκτυα µεταγωγής κυκλώµατος ........................................................................................ 21

1.2.4 ∆ίκτυα µεταγωγής πακέτων – Μετάδοση µε αποθήκευση

και προώθηση .................................................................................................................................... 22

1.2.5 ∆ιευθυνσιοδότηση και ∆ροµολόγηση .......................................................................... 23

1.2.6 ∆ίκτυα µεταγωγής πακέτων µε ιδεατά κυκλώµατα .......................................... 24

1.2.7 ∆ίκτυα µεταγωγής µε αυτοδύναµα πακέτα .............................................................. 24

1.2.8 Χαρακτηρισµός των δικτύων ως προς την έκτασή τους .............................. 26

1.3 ∆ιαµοιρασµός πόρων

Προσδοκώµενα αποτελέσµατα ........................................................................................................... 26

1.3.1 Πολύπλεξη χρόνου και πολύπλεξη συχνοτήτων ................................................. 27

1.3.2 Στατιστική πολύπλεξη ................................................................................................................ 28

1.4 Αξιοπιστία µεταφοράς

Προσδοκώµενα αποτελέσµατα ........................................................................................................... 30

1.4.1 Αιτίες των σφαλµάτων µεταφοράς ................................................................................. 30

1.4.2 Μηχανισµοί εντοπισµού και αντιµετώπισης

Page 6: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

6 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

σφαλµάτων µεταφοράς .............................................................................................................. 31

1.4.3 ∆είκτης αξιόπιστης µεταφοράς .......................................................................................... 32

1.5 Απόδοση δικτύου

Προσδοκώµενα αποτελέσµατα ........................................................................................................... 33

1.5.1 ∆ιαµετακοµιστική Ικανότητα .............................................................................................. 33

1.5.2 Καθυστέρηση Μεταφοράς ..................................................................................................... 34

1.5.3 Χαρακτηρισµός της απόδοσης δικτύου ...................................................................... 35

Σύνοψη κεφαλαίου ......................................................................................................................................................... 37

Bιβλιογραφία ..................................................................................................................................................................... 38

K ∂ º ∞ § ∞ π √ 2

∞Ú¯ÈÙÂÎÙÔÓÈ΋ ¢ÈÎÙ‡Ô˘

Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά,

Eισαγωγικές παρατηρήσεις .................................................................................................................................... 39

2.1 Αρχιτεκτονικές δικτύων σε επίπεδα

Προσδοκώµενα αποτελέσµατα ........................................................................................................... 41

2.1.1 ∆ιαστρωµάτωση και πρωτόκολλα ................................................................................... 43

2.1.2 Ενθυλάκωση ....................................................................................................................................... 47

2.2 Το µοντέλο αναφοράς OSI

Προσδοκώµενα αποτελέσµατα ........................................................................................................... 49

2.2.1 Το Φυσικό Επίπεδο ....................................................................................................................... 51

2.2.2 Το Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων ................................................................................... 51

2.2.3 Το Επίπεδο ∆ικτύου ..................................................................................................................... 52

2.2.4 Το Επίπεδο Μεταφοράς ............................................................................................................ 53

2.2.5 Το Επίπεδο Συνόδου .................................................................................................................... 54

2.2.6 Το Επίπεδο Παρουσίασης ....................................................................................................... 55

2.2.7 Το Επίπεδο Εφαρµογής ............................................................................................................. 55

2.3 Η αρχιτεκτονική του ∆ιαδικτύου

Προσδοκώµενα αποτελέσµατα ........................................................................................................... 57

Page 7: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2.3.1 Το Επίπεδο Πρόσβασης ∆ικτύου ...................................................................................... 58

2.3.2 Το Επίπεδο ∆ικτύου ..................................................................................................................... 59

2.3.3 Το Επίπεδο Μεταφοράς ............................................................................................................ 59

2.3.4 Το Επίπεδο Εφαρµογής ............................................................................................................. 60

Σύνοψη κεφαλαίου ......................................................................................................................................................... 61

Bιβλιογραφία ..................................................................................................................................................................... 63

K ∂ º ∞ § ∞ π √ 3

∞¢ı›·˜ ™‡Ó‰ÂÛË KfiÌ‚ˆÓ

Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά,

Eισαγωγικές παρατηρήσεις .................................................................................................................................... 65

3.1 Πλαισίωση

Προσδοκώµενα αποτελέσµατα ........................................................................................................... 68

3.1.1 Πρωτόκολλα πλαισίωσης µε οργάνωση ανά byte ............................................. 69

3.1.2 Πρωτόκολλα πλαισίωσης µε οργάνωση ανά bit .................................................. 72

3.1.3 Πρωτόκολλα πλαισίωσης βασισµένα σε καθολικό ρολόι ........................... 73

3.2 Εντοπισµός σφαλµάτων

Προσδοκώµενα αποτελέσµατα ........................................................................................................... 77

3.2.1 Έλεγχος κυκλικού πλεονασµού ......................................................................................... 78

3.3 ∆ιόρθωση σφαλµάτων

Προσδοκώµενα αποτελέσµατα ........................................................................................................... 83

3.3.1 Γραµµικοί κώδικες δέσµης .................................................................................................... 84

3.3.2 ∆υνατότητες διόρθωσης σφαλµάτων ............................................................................ 85

3.3.3 Η λειτουργία της κωδικοποίησης ..................................................................................... 87

3.3.4 ∆ιόρθωση σφαλµάτων µε Πίνακα Τυπικής ∆ιάταξης .................................... 88

Σύνοψη κεφαλαίου ......................................................................................................................................................... 93

Bιβλιογραφία ..................................................................................................................................................................... 95

7¶ E P E X O M E N A

Page 8: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

8 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

K ∂ º ∞ § ∞ π √ 4

¶ÚˆÙfiÎÔÏÏ· E·ÓÂÎÔÌ‹˜

Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά,

Eισαγωγικές παρατηρήσεις .................................................................................................................................... 97

4.1 Βασικές αρχές στην επανεκποµπή πλαισίων

Προσδοκώµενα αποτελέσµατα ........................................................................................................... 99

4.1.1 Η επιβεβαίωση λήψης και ο χρόνος προθεσµίας ................................................ 99

4.1.2 Η αρίθµηση των πλαισίων .................................................................................................. 101

4.1.3 Η αρίθµηση στις επιβεβαιώσεις λήψης .................................................................... 102

4.1.4 Η απόδοση ενός πρωτοκόλλου επανεκποµπής .................................................. 103

4.2 Το πρωτόκολλο εναλλασσοµένου bit

Προσδοκώµενα αποτελέσµατα ........................................................................................................ 105

4.2.1 Ο τρόπος λειτουργίας του πρωτοκόλλου ABP .................................................. 105

4.2.2 Η απόδοση του πρωτοκόλλου ABP ............................................................................ 106

4.2.3 Το πρωτόκολλο XMODEM ............................................................................................... 110

4.3 Το πρωτόκολλο οπισθoχώρησης κατά N

Προσδοκώµενα αποτελέσµατα ........................................................................................................ 112

4.3.1 Ο τρόπος λειτουργίας του πρωτοκόλλου GO BACK N ............................ 112

4.3.2 Η απόδοση του πρωτοκόλλου GO BACK N ...................................................... 115

4.3.3 Εφαρµογή της τεχνικής GBN

στα δηµόσια δίκτυα δεδοµένων Χ.25 ........................................................................ 118

4.4 Το πρωτόκολλο επιλεκτικής επανάληψης

Προσδοκώµενα αποτελέσµατα ........................................................................................................ 120

4.4.1 Ο τρόπος λειτουργίας του πρωτοκόλλου SRP ................................................... 121

4.4.2 Η απόδοση του πρωτοκόλλου SRP ............................................................................. 124

Σύνοψη κεφαλαίου...................................................................................................................................................... 126

Bιβλιογραφία .................................................................................................................................................................. 128

Page 9: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

K ∂ º ∞ § ∞ π √ 5

∆ÔÈο ¢›ÎÙ˘·

Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά,

Eισαγωγικές παρατηρήσεις ................................................................................................................................ 129

5.1 Η αρχιτεκτονική των τοπικών δικτύων

Προσδοκώµενα αποτελέσµατα ........................................................................................................ 132

5.1.1 Τα πρωτόκολλα LAN και το µοντέλο αναφοράς OSI ................................. 132

5.1.2 Τοπολογίες τοπικών δικτύων ............................................................................................ 134

5.1.3 Μηχανισµοί ελέγχου προσπέλασης του φυσικού µέσου .......................... 136

5.1.4 Μέθοδοι µετάδοσης στα τοπικά δίκτυα ................................................................... 139

5.2 ∆ίκτυα IEEE 802.3 (Ethernet)

Προσδοκώµενα αποτελέσµατα ........................................................................................................ 141

5.2.1 Κατηγορίες δικτύων 802.3 .................................................................................................. 142

5.2.2 Το υποεπίπεδο MAC ................................................................................................................ 143

5.2.3 Υλοποίηση δικτύων Ethernet µε µεταγωγείς ...................................................... 147

5.2.4 Ιδεατά τοπικά δίκτυα (VLANs) ...................................................................................... 149

5.3 ∆ίκτυα δακτυλίου µε κουπόνι

Προσδοκώµενα αποτελέσµατα ........................................................................................................ 153

5.3.1 Ο τρόπος λειτουργίας του δακτυλίου µε κουπόνι ........................................... 154

5.3.2 Το υποεπίπεδο MAC ................................................................................................................ 156

5.4 ∆ίκτυα FDDI

Προσδοκώµενα αποτελέσµατα ........................................................................................................ 160

5.4.1 Ο τρόπος λειτουργίας του FDDI .................................................................................... 161

5.4.2 Το υποεπίπεδο MAC ................................................................................................................ 162

5.5 Ασύρµατα τοπικά δίκτυα 802.11

Προσδοκώµενα αποτελέσµατα ........................................................................................................ 168

5.5.1 Ο τρόπος λειτουργίας του 802.11 ................................................................................. 170

5.5.2 Το υποεπίπεδο MAC ................................................................................................................ 174

5.6 Επίπεδο Eλέγχου Λογικής Σύνδεσης

9¶ E P E X O M E N A

Page 10: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 0 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

Προσδοκώµενα αποτελέσµατα ........................................................................................................ 176

5.6.1 Τύποι υπηρεσιών ......................................................................................................................... 177

5.6.2 Η µορφή του πλαισίου LLC .............................................................................................. 178

Σύνοψη κεφαλαίου...................................................................................................................................................... 179

Bιβλιογραφία .................................................................................................................................................................. 181

Aπαντήσεις Aσκήσεων Aυτοαξιολόγησης ............................................................................................... 183

Ενδεικτικές Απαντήσεις ∆ραστηριοτήτων .............................................................................................. 213

Γλωσσάρι όρων ............................................................................................................................................................. 221

Page 11: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

στον Κωνσταντούλα…

¶ÚfiÏÔÁÔ˜

Η ραγδαία εξέλιξη της τεχνολογίας στο χώρο των τηλεπικοινωνιών δυσκολεύει τη

συγγραφή ενός βιβλίου για τα δίκτυα υπολογιστών, καθώς το περιεχόµενό του µπο-

ρεί πολύ σύντοµα να γίνει ανεπίκαιρο. Σε αυτό το εισαγωγικό βιβλίο περιγράφουµε

τις βασικές αρχές λειτουργίας και σχεδίασης δικτύων Η/Υ, προβάλλοντας, όπου

υπάρχουν, πραγµατικά και επιτυχηµένα παραδείγµατα. Σκοπός του είναι να βοηθή-

σει τον αναγνώστη να αποκτήσει το αναγκαίο υπόβαθρο γνώσης για την κατανόη-

ση των δικτύων υπολογιστών και της συντελούµενης εξέλιξής τους.

Το βιβλίο αυτό αποτελεί µέρος του εκπαιδευτικού υλικού (3ος Τόµος) της Θεµατι-

κής Ενότητας «Βασικά Ζητήµατα ∆ικτύων Η/Υ», του Προγράµµατος Σπουδών «Πλη-

ροφορική» του Ε.Α.Π., και συµπληρώνεται µε τον τόµο «∆ίκτυα Υπολογιστών ΙΙ».

Έχει γραφτεί µε τρόπο κατάλληλο για εξ΄ αποστάσεως εκπαίδευση, ορίζοντας µε

σαφήνεια τους στόχους και τα προσδοκώµενα αποτελέσµατα των Κεφαλαίων και

των επιµέρους Ενοτήτων και εµπλουτίζοντας το κείµενο µε Παραδείγµατα, Ασκή-

σεις αυτοαξιολόγησης και ∆ραστηριότητες.

Οργάνωση του Βιβλίου

Στο 1ο Κεφάλαιο περιγράφουµε τις γενικές απαιτήσεις που θα πρέπει να ικανοποι-

εί ένα δίκτυο υπολογιστών, έτσι ώστε να µπορεί να υποστηρίξει ένα τυπικό σύνολο

δικτυακών εφαρµογών. Αρχικά κάνουµε µία συνοπτική αναφορά σε δηµοφιλείς

εφαρµογές δικτύου και στη συνέχεια επεξηγούµε µερικούς βασικούς όρους και τεχνι-

κές όπως π.χ. µεταγωγή κυκλώµατος και πακέτων, διευθυνσιοδότηση και δροµολό-

γηση, πολύπλεξη, απόδοση δικτύου, κ.ά.

Για να ελαττώσουµε το βαθµό πολυπλοκότητας στη σχεδίαση, οργανώνουµε τα

δίκτυα σε σειρές από στρώµατα ή επίπεδα και στα αντίστοιχα πρωτόκολλά τους. Στο

2ο Κεφάλαιο του βιβλίου εξηγούµε αρχικά την ανάγκη και τα πλεονεκτήµατα αυτής

της διαστρωµάτωσης και κατόπιν παρουσιάζουµε τις βασικές ιδέες της αρχιτεκτο-

νικής δικτύων υπολογιστών. Στη συνέχεια, περιγράφουµε το µοντέλο αναφοράς για

τη διασύνδεση ανοικτών συστηµάτων OSI και την αρχιτεκτονική του ∆ιαδικτύου.

Στο 3ο Κεφάλαιο παρουσιάζουµε τα κύρια πρωτόκολλα πλαισίωσης της πληροφο-

ρίας, τα οποία κατατάσσουµε σε τρεις κατηγορίες: στα πρωτόκολλα όπου το πλαί-

σιο θεωρείται ως ένα σύνολο από bytes, σε αυτά που το πλαίσιο θεωρείται ως µία

συλλογή από bits και, τέλος, σε αυτά όπου η πλαισίωση βασίζεται σε ένα καθολικό

Page 12: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 2 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

ρολόι που λειτουργεί σε όλο το εύρος του δικτύου. Κατόπιν, περιγράφουµε τον έλεγ-

χο κυκλικού πλεονασµού, ως τον χαρακτηριστικότερο και πλέον ευρέως χρησιµο-

ποιούµενο µηχανισµό εντοπισµού σφαλµάτων µεταφοράς. Στο 3ο Κεφάλαιο κατα-

λήγουµε µε τα χαρακτηριστικά και τις ιδιότητες των γραµµικών κωδίκων δέσµης,

µία βασική τεχνολογία για την αυτόµατη διόρθωση των σφαλµάτων µεταφοράς κατά

την άφιξη των πλαισίων πληροφορίας στον τελικό παραλήπτη.

Στο 4ο Κεφάλαιο παρουσιάζουµε αρχικά κάποιες βασικές αρχές που πρέπει να ακο-

λουθούν οι διαδικασίες επανεκποµπής πλαισίων και στη συνέχεια περιγράφουµε

εκτενώς τρία ευρέως χρησιµοποιούµενα πρωτόκολλα επανεκποµπής πλαισίων, τα

οποία µας εξασφαλίζουν µία αξιόπιστη µετάδοση, απαλλαγµένη από σφάλµατα µετα-

φοράς, πάνω από ένα αναξιόπιστο κανάλι επικοινωνίας. Σε καθένα από αυτά εξη-

γούµε τον τρόπο λειτουργίας του και αναλύουµε την αποδοτικότητά του, δίνοντας

παράλληλα και κάποια χαρακτηριστικά παραδείγµατα υλοποίησής του.

Στο 5ο Κεφάλαιο ασχολούµαστε µε τα τοπικά δίκτυα υπολογιστών. Αρχικά παρου-

σιάζουµε την αρχιτεκτονική και τα γενικά χαρακτηριστικά των τοπικών δικτύων,

επικεντρώνοντας την προσοχή µας στις τοπολογίες τοπικών δικτύων, στον έλεγχο

προσπέλασης του φυσικού µέσου και στις µεθόδους µετάδοσης. Στη συνέχεια περι-

γράφουµε αναλυτικά τους τέσσερις τύπους τοπικών δικτύων που έχουν καθολικά

επικρατήσει στην αγορά. Αυτά είναι τα ενσύρµατα δίκτυα Ethernet/IEEE 802.3,

∆ακτυλίου µε Κουπόνι/IEEE 802.5 και FDDI και τα ασύρµατα δίκτυα IEEE 802.11.

Ευχαριστίες

Από τη θέση αυτή θα ήθελα να ευχαριστήσω όλους όσοι συνέβαλαν, ο καθένας µε

το δικό του τρόπο, στην παραγωγή και την ολοκλήρωση αυτού του βιβλίου.

Ειδικότερα, θα ήθελα να ευχαριστήσω τους κ.κ. Κωνσταντίνο Παπανδρέου, Φώτη

Λιοτόπουλο, Μιχάλη Παρασκευά και Ιωάννη Κουτσονίκο για την εξαντλητική κριτι-

κή ανάγνωση του κειµένου, τα εύστοχα σχόλια και τις χρήσιµες υποδείξεις που ανέ-

πτυξαν, και τον κ. Παύλο Σπυράκη, Ακαδηµαϊκό Υπεύθυνο της Θ.Ε., για τη θεµατι-

κή καθοδήγησή του. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω την κα ∆ήµητρα Παρασκευο-

πούλου για τη φιλική της στάση, την υποµονή της και τη βοήθεια που απλόχερα µου

προσέφερε σε όλα τα στάδια συγγραφής αυτού του κειµένου.

Γιώργος Κ. Φούσκας

Μάιος 2002

Page 13: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

∂ÈÛ·ÁˆÁ‹ ÛÙ· ¢›ÎÙ˘· H/Y

™ÎÔfi˜

Σε αυτό το κεφάλαιο θα γνωρίσουµε τις γενικές απαιτήσεις που θα πρέπει να ικανο-

ποιεί ένα δίκτυο υπολογιστών έτσι ώστε να µπορεί να υποστηρίξει ένα τυπικό σύνο-

λο δικτυακών εφαρµογών.

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· ·ÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτό το κεφάλαιο, θα µπορείτε να:

• δώσετε πέντε παραδείγµατα τυπικών δικτυακών εφαρµογών,

• εξηγήσετε τις τρεις διαφορετικές µορφές έµµεσης διασύνδεσης υπολογιστών,

• αναλύσετε την αποδοτικότερη τεχνική µετάδοσης πληροφορίας στα δίκτυα υπολο-

γιστών,

• περιγράψετε τις τρεις βασικές τεχνικές διαµοιρασµού πόρων στα δίκτυα υπολογι-

στών,

• αναφέρετε τρεις αιτίες εµφάνισης και τρεις τρόπους αντιµετώπισης των σφαλµά-

των µεταφοράς πληροφορίας,

• προσδιορίσετε δύο δείκτες µέτρησης της απόδοσης δικτύου.

ŒÓÓÔȘ ÎÏÂȉȿ

1∫ ∂ º ∞ § ∞ π √

• διαµετακοµιστική ικανότητα

• δίκτυα µεταγωγής

• καθυστέρηση µεταφοράς

• µεταγωγή αυτοδύναµων πακέτων

• µεταγωγή πακέτων

• µεταγωγή πακέτων µε ιδεατά κυκλώ-

µατα

• µεταγωγή κυκλώµατος

• µετάδοση µε αποθήκευση και προώ-

θηση

• πολύπλεξη χρόνου

• στατιστική πολύπλεξη

• χρόνος διάδοσης

• χρόνος µετάδοσης

Page 14: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

∂ÈÛ·ÁˆÁÈΤ˜ ·Ú·ÙËÚ‹ÛÂȘ

Τα δίκτυα υπολογιστών (computer networks) ανήκουν στη γενικότερη κατηγορία των

τηλεπικοινωνιακών δικτύων (telecommunication networks), δηλαδή σε εκείνα τα

κατανεµηµένα συστήµατα που επιτρέπουν στους χρήστες τους να µεταβιβάζουν ή να

ανταλλάσσουν πληροφορίες.

Τα πλέον γνωστά και εκτεταµένα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα είναι το τηλεφωνικό δίκτυο

και το δίκτυο της τηλεόρασης. ∆ύο είναι τα κύρια σηµεία που έχουν κοινά αυτά τα

δίκτυα. Το πρώτο είναι ότι έχουν σχεδιαστεί ειδικά για την εξυπηρέτηση µιας συγκε-

κριµένης υπηρεσίας (για τη µετάδοση φωνής και την εκποµπή κινούµενης εικόνας και

ήχου, αντίστοιχα). Το δεύτερο είναι ότι απαιτούν ειδικό τερµατικό εξοπλισµό για τη

λειτουργία τους (τις συσκευές τηλεφώνου και τηλεόρασης, αντίστοιχα).

Τι είναι αυτό που διαφοροποιεί τα δίκτυα Η/Υ από τα παραπάνω δίκτυα; Ίσως το πιο

σηµαντικό χαρακτηριστικό των δικτύων υπολογιστών είναι η γενικότητά τους. Τα

δίκτυα Η/Υ αναπτύσσονται και λειτουργούν κυρίως µε προγραµµατιζόµενες συσκευ-

ές γενικού σκοπού (π.χ. µία τερµατική συσκευή δικτύου Η/Υ µπορεί να είναι και ο

προσωπικός σας υπολογιστής, δηλαδή η ίδια συσκευή µε την οποία γράφετε τα κεί-

µενά σας, εκτελείτε τους υπολογισµούς σας, τηρείτε τα λογιστικά σας βιβλία κ.ά.).

Και επειδή αυτές οι συσκευές δεν έχουν σχεδιαστεί για την εξυπηρέτηση µιας µόνο

µορφής αναπαράστασης πληροφορίας (όπως, π.χ. η φωνή ή το σήµα τηλεόρασης),

έχουν τη δυνατότητα να εξυπηρετούν πολλές διαφορετικές µορφές αναπαράστασης

της πληροφορίας. Έτσι, τα δίκτυα υπολογιστών µπορούν να υποστηρίζουν µια µεγά-

λη (και ολοένα αυξανόµενη) ποικιλία εφαρµογών.

1 4 K E º A § A I O 1 : ∂ π ™ ∞ ° ø ° ∏ ™ ∆∞ ¢ π ∫ ∆ À∞ H / Y

Page 15: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1.1 ¢ÈÎÙ˘·Î¤˜ ÂÊ·ÚÌÔÁ¤˜

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· ·ÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτή την ενότητα, θα µπορείτε να:

• δώσετε πέντε παραδείγµατα υπηρεσιών στο ∆ιαδίκτυο,

• εξηγήσετε πώς αυξάνει τη λειτουργικότητα των Η/Υ η διασύνδεσή τους σε δίκτυο,

• περιγράψετε τρεις µελλοντικές δικτυακές υπηρεσίες που αναµένουµε να επηρεά-

σουν την καθηµερινή ζωή µας,

Σε αυτή την ενότητα παρουσιάζουµε αρχικά τη γνωστότερη δικτυακή υπηρεσία, τον

Παγκόσµιο Ιστό. Κατόπιν κάνουµε µια συνοπτική αναφορά σε µερικές άλλες εφαρ-

µογές δικτύου που χρησιµοποιούνται ευρέως, αλλά και σε εφαρµογές που περιµέ-

νουµε να δούµε στα µελλοντικά δίκτυα Η/Υ.

1.1.1 √ ¶·ÁÎfiÛÌÈÔ˜ πÛÙfi˜ (WWW)

Ο Παγκόσµιος Ιστός (World Wide Web – WWW) είναι µια σχετικά πρόσφατη

δικτυακή υπηρεσία, που γνώρισε καθολική αποδοχή. Η επιτυχία του ήταν τέτοια,

που οδήγησε στη ραγδαία εξάπλωση του ∆ιαδικτύου (Internet) – ο περισσότερος

κόσµος, άλλωστε, τον θεωρεί συνώνυµο του ∆ιαδικτύου.

Ο Παγκόσµιος Ιστός αποτελεί µια τεράστια συλλογή πληροφοριών, αποθηκευµένων

σε διάφορες µορφές (κείµενο, εικόνα, ήχος, κινούµενη εικόνα και γραφικά κ.ά.).

Αυτή η συλλογή είναι κατανεµηµένη και διατίθεται στο ∆ιαδίκτυο µέσω ειδικών

εφαρµογών, που ονοµάζονται εξυπηρετητές Παγκοσµίου Iστού (WWW servers).

Κάθε χρήστης του ∆ιαδικτύου µπορεί να περιηγηθεί στον Παγκόσµιο Ιστό και να

προσπελάσει τις διαθέσιµες πληροφορίες χρησιµοποιώντας µια ειδική εφαρµογή –

πελάτη, που ονοµάζεται πρόγραµµα περιήγησης Π.I. (WWW browser). Κατά τη διάρ-

κεια µιας περιήγησης, η διεύθυνση προορισµού ορίζεται µε µοναδικό τρόπο, όπως,

π.χ. η ακόλουθη:

http://www.parliament.gr/videoaudio/default.htm

Πληκτρολογώντας την παραπάνω διεύθυνση, ζητάµε από το πρόγραµµα περιήγησης

να συνδεθεί µε τον εξυπηρετητή Π.I. του Ελληνικού Κοινοβουλίου

(www.parliament.gr) και να προσπελάσει την ιστοσελίδα «videoaudio/default.htm»,

έτσι ώστε να παρακολουθήσουµε «ζωντανά» µια συνεδρίαση της Ολοµέλειας της

Βουλής. Στην Εικόνα 1.1 απεικονίζεται ένα στιγµιότυπο µιας συνεδρίασης του

1 51 . 1 ¢ π ∫ ∆ À∞ ∫ ∂ ™ ∂ º ∞ ƒ ª √ ° ∂ ™

Page 16: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 6 K E º A § A I O 1 : ∂ π ™ ∞ ° ø ° ∏ ™ ∆∞ ¢ π ∫ ∆ À∞ H / Y

Σεπτεµβρίου 2002, όπως το βλέπουµε µέσα από τον Παγκόσµιο Ιστό.

Το παραπάνω παράδειγµα µας έδωσε την ευκαιρία να παρουσιάσουµε δύο πολύ χρή-

σιµους όρους: τον πελάτη και τον εξυπηρετητή µιας υπηρεσίας. Στην πλειοψηφία

τους, οι δικτυακές υπηρεσίες προσφέρονται ακολουθώντας αυτό το µοντέλο.

1.1.2 ∂Ê·ÚÌÔÁ¤˜ ÙˆÓ ‰ÈÎÙ‡ˆÓ ∏/À – ªÈ· Û˘ÓÔÙÈ΋ ·ÚÔ˘Û›·ÛË

Σε αυτό το τµήµα θα παραθέσουµε συνοπτικά µερικές εφαρµογές των δικτύων Η/Υ,

αρχίζοντας από τις ευρέως χρησιµοποιούµενες υπηρεσίες του ∆ιαδικτύου.

Υπηρεσίες στο ∆ιαδίκτυο

Ο κατάλογος των υπηρεσιών ∆ιαδικτύου που ακολουθεί απέχει πολύ από το να χαρα-

κτηριστεί πλήρης, είναι όµως αντιπροσωπευτικός:

• Ηλεκτρονικό ταχυδροµείο (e – mail): είναι η ηλεκτρονική εκδοχή του παραδο-

σιακού ταχυδροµείου. Ο χρήστης χρησιµοποιεί µια εφαρµογή «πελάτη e – mail»

για να αποστείλει τα µηνύµατά του στο ηλεκτρονικό ταχυδροµικό κουτί του παρα-

λήπτη, το οποίο φυλάσσεται σε κάποιον εξυπηρετητή e – mail. Ανάλογη εφαρ-

µογή πελάτη χρησιµοποιεί ο χρήστης και για τη λήψη των προσωπικών του µηνυ-

µάτων από τον εξυπηρετητή και την ανάγνωσή τους.

• Μεταφορά αρχείων (file transfer, ftp): ο χρήστης µπορεί να συνδεθεί µε έναν εξυ-

∂ÈÎfiÓ· 1.1

Ένα στιγµιότυπο

της συνεδρίασης

της Ολοµέλειας

της Βουλής, όπως

το βλέπουµε µέσα

από τον Παγκό-

σµιο Ιστό.

Page 17: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

πηρετητή διάθεσης αρχείων, στον οποίο έχει πρόσβαση, να δει τα περιεχόµενά του

και να ανακτήσει ή να αποθηκεύσει αξιόπιστα πλήθος αρχείων από/σε αυτόν.

• Οµάδες ειδήσεων (newsgroup): είναι το ηλεκτρονικό ισοδύναµο των παραδοσια-

κών πινάκων ανακοινώσεων. Η αντίστοιχη εφαρµογή – πελάτης του χρήστη συν-

δέεται µε τον εξυπηρετητή οµάδων ειδήσεων, επιλέγει µία ή περισσότερες οµά-

δες ειδήσεων και διαβάζει επιλεκτικά τα άρθρα που τον ενδιαφέρουν. Επιπλέον,

µπορεί να δηµοσιεύσει και ένα δικό του άρθρο σε κάποια οµάδα ειδήσεων.

• Ανοικτή συνοµιλία (Internet Relay Chat, IRC): διάφοροι εξυπηρετητές ανοικτής

συνοµιλίας στο ∆ιαδίκτυο σάς δίνουν τη δυνατότητα να συζητήσετε µε ένα ή

περισσότερα άτοµα θέµατα κοινού ενδιαφέροντος. Για τη σύνδεση απαιτείται η

χρήση ειδικής εφαρµογής – πελάτη και συνήθως παρέχεται η δυνατότητα µετά-

δοσης φωνής και εικόνας.

Εφαρµογές στον εργασιακό χώρο

Η χρήση των υπολογιστών έχει µεγάλη επίδραση στον εργασιακό χώρο. Επιπλέον,

η διασύνδεσή τους σε δίκτυο Η/Υ αυξάνει τη λειτουργικότητά τους προσθέτοντας

δυνατότητες όπως, π.χ. οι ακόλουθες:

• ∆ιαµοιρασµός εφαρµογών: οι ακριβές εφαρµογές (όπως, π.χ. ένα στατιστικό πακέ-

το, ένας προσοµοιωτής ή ένα εικονικό εργαστήριο) µπορούν να χρησιµοποιού-

νται ταυτόχρονα από διάφορους χρήστες στο εταιρικό δίκτυο, χωρίς να είναι απα-

ραίτητη η εγκατάστασή τους σε καθενός τον υπολογιστή ξεχωριστά.

• ∆ιαµοιρασµός περιφερειακών συσκευών: όλα τα συστήµατα του εταιρικού δικτύ-

ου θα µπορούν να χρησιµοποιούν ακριβές περιφερειακές συσκευές, όπως, π.χ.

έναν έγχρωµο εκτυπωτή laser, ένα σαρωτή υψηλής ευκρίνειας κ.ά.

• ∆ιαµοιρασµός αρχείων: διάφορα κοινόχρηστα αρχεία (π.χ., το αρχείο διαθέσιµων

υλικών µιας αποθήκης) µπορούν να αποθηκεύονται σε ένα µόνο υπολογιστή του

δικτύου και να επιτρέπεται η ελεγχόµενη προσπέλασή τους σε όλους τους υπο-

λογιστές των ενδιαφερόµενων χρηστών.

1 71 . 1 ¢ π ∫ ∆ À∞ ∫ ∂ ™ ∂ º ∞ ƒ ª √ ° ∂ ™

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 1.1

Ας θεωρήσουµε ότι µπορούµε να προσπελάσουµε το αρχείο διαθέσιµων υλικών

µιας αποθήκης µε δύο τρόπους:

(α)µέσω του αποθηκάριου, στον οποίο υποβάλλουµε οποιαδήποτε ερώτηση ή αίτη-

ση για κίνηση (π.χ., εισαγωγή ή εξαγωγή υλικού). Αυτός, µε τη σειρά του, εκτε-

Page 18: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 8 K E º A § A I O 1 : ∂ π ™ ∞ ° ø ° ∏ ™ ∆∞ ¢ π ∫ ∆ À∞ H / Y

1.1.3 ∂Ê·ÚÌÔÁ¤˜ ÛÙ· ÌÂÏÏÔÓÙÈο ‰›ÎÙ˘· ∏/À

Ένας από τους λόγους επιτυχίας του ∆ιαδικτύου ήταν η συνύπαρξή του µε φτηνούς

προσωπικούς υπολογιστές, ικανούς να εκτελέσουν αποδοτικά σύνθετες εφαρµογές

που περιέχουν ήχο, γραφικά και κινούµενη εικόνα.

Καθώς το ∆ιαδίκτυο είχε σχεδιαστεί αρχικά για τη µετάδοση δεδοµένων, αντιµετωπί-

ζει δυσκολίες στο να µεταδώσει αποδοτικά και άλλες µορφές αναπαράστασης πληρο-

φορίας, όπως είναι ο ήχος και η κινούµενη εικόνα, και στο να εγγυηθεί την ποιότητα µιας

παρεχόµενης υπηρεσίας. Έτσι, το επόµενο βήµα που αναµένεται στο χώρο της τεχνο-

λογίας των δικτύων Η/Υ είναι η εµφάνιση των δικτύων υψηλής απόδοσης ή υψηλών

ταχυτήτων, τα οποία θα µπορούν να εγγυηθούν την παρεχόµενη ποιότητα εξυπηρέτη-

σης.

Οι δυνατές εφαρµογές αυτών των µελλοντικών δικτύων είναι πάρα πολλές και ανα-

µένουµε να επηρεάσουν σηµαντικά αρκετούς τοµείς της ζωής µας. Μερικές τέτοιες

εφαρµογές είναι:

• τηλεδιάσκεψη: θα αποτελέσει µια εναλλακτική οικονοµική λύση για τα επαγγελ-

µατικά ταξίδια. Όλοι οι χρήστες θα βρίσκονται και θα συνοµιλούν σε έναν «εικο-

νικό» χώρο, θα µοιράζονται τις ηλεκτρονικές σηµειώσεις τους και θα γράφουν

τις παρατηρήσεις τους σε έναν ηλεκτρονικό «πίνακα».

• τηλε – ιατρική: η άµεση πρόσβαση σε ιατρικές πληροφορίες τεράστιου όγκου, η

αναζήτηση παρόµοιων περιστατικών και η «ζωντανή» σύνδεση του ιατρικού και

λεί τις απαραίτητες ενέργειες και κατόπιν µας ενηµερώνει για το αποτέλεσµα, ή

(β) απευθείας, όπου εισάγουµε µόνοι µας τις ερωτήσεις ή εκτελούµε εµείς τις κινή-

σεις.

Σε ποιον από τους δύο τρόπους θα υπάρχει:

(α) (β)

Ταχύτερη απόκριση; ……… ………

Πληρέστερη ενηµέρωση; ……… ………

Αυξηµένος φόρτος διαχείρισης; ……… ………

Μεγαλύτερη ασφάλεια; ……… ………

Αυξηµένη διαθεσιµότητα; ……… ………

Page 19: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

νοσηλευτικού προσωπικού µε κόµβους επιστηµονικής υποστήριξης είναι δυνατό-

τητες που µπορούν να υποστηρίξουν αποδοτικά τα µελλοντικά δίκτυα και αναµέ-

νεται ότι θα βελτιώσουν το επίπεδο των προσφερόµενων ιατρικών υπηρεσιών.

• τηλε – εκπαίδευση: µε τα µελλοντικά δίκτυα αναµένουµε ότι ο κάθε εκπαιδευό-

µενος θα µπορεί από το χώρο του να παρακολουθεί τη διδασκαλία ενός θέµατος

όποτε θέλει, µε το ρυθµό που κρίνει αποδοτικό, επιλέγοντας ή επαναλαµβάνο-

ντας τµήµατά της, και έχοντας ταυτόχρονα πρόσβαση σε µια τεράστια ποικιλία

επικουρικού και συµπληρωµατικού υλικού, όπως, π.χ. ψηφιακές βιβλιοθήκες, ηλε-

κτρονικά εργαστήρια, εκπαιδευτικό λογισµικό κ.ά.

• ηλεκτρονικό εµπόριο: όπως και σήµερα, έτσι και µε τα µελλοντικά δίκτυα, ο κάθε

άνθρωπος θα µπορεί να κάνει µια έρευνα αγοράς για τα προϊόντα που τον ενδιαφέ-

ρουν πριν τα αγοράσει. Η µεγάλη διαφορά όµως είναι ότι θα κάνει την έρευνα αγο-

ράς από το χώρο του, εύκολα και γρήγορα, και ψάχνοντας σε οποιοδήποτε ηλε-

κτρονικό κατάστηµα του πλανήτη διαθέτει τέτοια προϊόντα. Επιπλέον, από το χώρο

του, θα µπορεί να πραγµατοποιήσει, µε ασφάλεια και µυστικότητα, και οποιαδήπο-

τε εµπορική συναλλαγή επιθυµεί, όπως, π.χ. παραγγελίες, πληρωµές κ.ά.

• διανοµή ψυχαγωγικών προγραµµάτων: η εκποµπή ραδιοφωνικών προγραµµάτων

υψηλής πιστότητας και τηλεοπτικών προγραµµάτων υψηλής ευκρίνειας, η επι-

λογή προβολής ταινιών ή εκτέλεσης µουσικών έργων κατ’ απαίτηση και η

«ζωντανή» σύνδεση µε οποιοδήποτε σηµείο του πλανήτη (ή και εκτός αυτού),

στο οποίο εξελίσσεται ένα ενδιαφέρον φαινόµενο ή παρουσιάζεται µια ευχάρι-

στη εκδήλωση, είναι από τις πρώτες υπηρεσίες που περιµένουµε να εµφανιστούν

στα δίκτυα υψηλής απόδοσης.

1.2 ¢È·Û˘Ó‰ÂÛÈÌfiÙËÙ·

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· ·ÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτή την ενότητα, θα µπορείτε να:

• αναφέρετε τους διαφορετικούς τύπους των απευθείας συνδέσεων.,

• εξηγήσετε την ανάγκη της έµµεσης διασύνδεσης,

• διακρίνετε τους τύπους των δικτύων έµµεσης διασύνδεσης,

• συγκρίνετε την τεχνική µεταγωγής κυκλώµατος µε τη µεταγωγή πακέτων,

• περιγράψετε µια αποδοτική τεχνική µετάδοσης της πληροφορίας στο δίκτυο,

• συγκρίνετε την τεχνική µεταγωγής πακέτων µε ιδεατά κυκλώµατα µε τη µεταγωγήµε αυτοδύναµα πακέτα.

• χαρακτηρίσετε τα δίκτυα ως προς την έκταση την οποία καταλαµβάνουν.

1 91 . 2 ¢ π ∞ ™ À ¡ ¢ ∂ ™ π ª √ ∆ ∏ ∆∞

Page 20: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2 0 K E º A § A I O 1 : ∂ π ™ ∞ ° ø ° ∏ ™ ∆∞ ¢ π ∫ ∆ À∞ H / Y

Πριν προσπαθήσουµε να καταλάβουµε τον τρόπο µε τον οποίο σχεδιάζονται και λει-

τουργούν τα δίκτυα Η/Υ, θα αναλύσουµε τις γενικές απαιτήσεις που πρέπει να ικα-

νοποιούν έτσι ώστε να υποστηρίζουν εφαρµογές όπως αυτές που παρουσιάσαµε στην

προηγούµενη ενότητα.

Αρχίζοντας από τα προφανή, το δίκτυο θα πρέπει να διασυνδέει ένα πλήθος υπολο-

γιστών.

™¯‹Ì· 1.1

Σύνδεσµος (α)

σηµείου µε

σηµείο, (β) πολλα-

πλής πρόσβασης.

...

(α)

(β)

1.2.1 ™‡Ó‰ÂÛÌÔÈ Î·È ÎfiÌ‚ÔÈ

Στην απλούστερη µορφή σύνδεσης, οι υπολογιστές συνδέονται απευθείας µε ένα φυσι-

κό µέσο, όπως, π.χ. καλώδιο χαλκού, οπτική ίνα ή ασύρµατη ζεύξη. Αυτό το φυσικό

µέσο ονοµάζεται σύνδεσµος (link) και οι υπολογιστές του δικτύου ονοµάζονται κόµ-

βοι (nodes). Οι σύνδεσµοι διακρίνονται σε σηµείου µε σηµείο (point – to – point), οι

οποίοι συνδέουν δύο µόνο κόµβους, και σε πολλαπλής πρόσβασης (multiple – access),

οι οποίοι συνδέουν δύο ή και περισσότερους κόµβους (βλέπε Σχήµα 1.1).

1.2.2 ¢›ÎÙ˘· ÌÂÙ·ÁˆÁ‹˜

Οι σύνδεσµοι πολλαπλής πρόσβασης έχουν συνήθως µικρό µήκος και εκτείνονται

σε περιορισµένη περιοχή (µια εξαίρεση είναι οι δορυφορικοί σύνδεσµοι, που καλύ-

πτουν ευρείες γεωγραφικές εκτάσεις). Κατά συνέπεια, για τη διασύνδεση αποµα-

κρυσµένων περιοχών χρησιµοποιούνται σύνδεσµοι σηµείου µε σηµείο.

Έστω ότι θέλουµε να διασυνδέσουµε 6 αποµακρυσµένους κόµβους. Αν είχαµε τον

περιορισµό της χρησιµοποίησης µόνον απευθείας συνδέσεων µεταξύ των κόµβων,

τότε θα σχεδιάζαµε το δίκτυο του Σχήµατος 1.2.α, µια ακριβή λύση µε αυξηµένο δια-

χειριστικό φόρτο. Έτσι, αναπτύχθηκε η επιλογή της έµµεσης διασύνδεσης, η οποία

πραγµατοποιείται µε τη συνεργασία ενδιάµεσων κόµβων, που ονοµάζονται µεταγω-

γείς (switches).

Οι µεταγωγείς είναι εξοπλισµένοι µε δύο ή περισσότερους συνδέσµους και µία κύρια

λειτουργία τους είναι η προώθηση των δεδοµένων που λαµβάνουν από ένα σύνδε-

Page 21: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

σµό τους σε έναν άλλο. Στο Σχήµα 1.2.β απεικονίζεται ένα δίκτυο µεταγωγής για τη

διασύνδεση των 6 κόµβων. Οι δύο ενδιάµεσοι κόµβοι παίζουν το ρόλο του µεταγω-

γέα, ο δε σύνδεσµος που τους ενώνει χαρακτηρίζεται ως διαµοιραζόµενος σύνδεσµος

(shared link), γιατί χρησιµοποιείται για τη µετάδοση πληροφορίας και µεταξύ κόµ-

βων διαφορετικών από αυτούς που συνδέει άµεσα.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι δικτύων µεταγωγής, από τους οποίους οι πιο συνηθισµέ-

νοι είναι το δίκτυο µεταγωγής κυκλώµατος (circuit switched network) και το δίκτυο

µεταγωγής πακέτων (packet switched network). Ο πρώτος τύπος δικτύων µεταγωγής

χρησιµοποιείται αποκλειστικά στο τηλεφωνικό δίκτυο, ενώ ο δεύτερος έχει κυριαρ-

χήσει στα δίκτυα Η/Υ.

1.2.3 ¢›ÎÙ˘· ÌÂÙ·ÁˆÁ‹˜ ΢ÎÏÒÌ·ÙÔ˜

Στα δίκτυα µεταγωγής κυκλώµατος, η µετάδοση δεδοµένων είναι εφικτή µόνο µετά

την εγκαθίδρυση µιας φυσικής ζεύξης – κυκλώµατος µεταξύ των δύο ενδιαφεροµέ-

νων κόµβων. Η µετάδοσή τους είναι διαφανής, µε την έννοια ότι τα δεδοµένα δεν

υποβάλλονται σε καµία επεξεργασία κατά τη διέλευσή τους από το δίκτυο. Αυτό το

κύκλωµα παραµένει ενεργό καθ’ όλη τη διάρκεια της επικοινωνίας των κόµβων,

ακόµα και όταν δεν ανταλλάσσουν δεδοµένα.

Για παράδειγµα, έστω ότι το δίκτυο µεταγωγής του Σχήµατος 1.3 είναι ένα τηλε-

φωνικό δίκτυο και ότι ο χρήστης Α θέλει να συνοµιλήσει µε το χρήστη Π. Τότε, ο Α

στέλνει αρχικά στο µεταγωγέα Μ3 µια αίτηση σύνδεσης µε τον Π. Βασιζόµενος σε

κάποια κριτήρια, ο µεταγωγέας αποφασίζει να µεταδώσει την πληροφορία µέσω του

συνδέσµου Μ3 – Μ4. Εάν υπάρχει διαθέσιµο κανάλι φωνής στο διαµοιραζόµενο

σύνδεσµο Μ3 – Μ4, τότε δεσµεύεται αυτό το κανάλι και η αίτηση προωθείται στον

Μ4. Η ίδια διαδικασία επαναλαµβάνεται και στον Μ4 και, εάν η αίτηση φτάσει στον

Μ5, τότε αυτός µε τη σειρά του ελέγχει εάν ο κόµβος Π είναι διαθέσιµος. Εάν είναι,

τότε εγκαθιδρύει το κύκλωµα Α – Μ3 – Μ4 – Μ5 – Π και επιτρέπει την επικοινω-

2 11 . 2 ¢ π ∞ ™ À ¡ ¢ ∂ ™ π ª √ ∆ ∏ ∆∞

™¯‹Ì· 1.2

(α) Tο δίκτυο δια-

σύνδεσης 6 κόµ-

βων χρησιµοποιώ-

ντας µόνο απευ-

θείας συνδέσεις,

(β) ένα δίκτυο

µεταγωγής για

τη διασύνδεση

6 κόµβων.

(α) (β)

Page 22: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2 2 K E º A § A I O 1 : ∂ π ™ ∞ ° ø ° ∏ ™ ∆∞ ¢ π ∫ ∆ À∞ H / Y

νία τους. Εάν δεν είναι, τότε απορρίπτει την αίτηση επικοινωνίας και αποδεσµεύει

τα κανάλια φωνής που είχαν δεσµευτεί στους συνδέσµους Μ3 – Μ4 και Μ4 – Μ5.

Τα κανάλια φωνής παραµένουν δεσµευµένα καθ’ όλη τη διάρκεια της επικοινωνίας

και αποδεσµεύονται µε το πέρας αυτής.

1.2.4 ¢›ÎÙ˘· ÌÂÙ·ÁˆÁ‹˜ ·Î¤ÙˆÓ – ªÂÙ¿‰ÔÛË Ì ·Ôı‹Î¢ÛË Î·È ÚÔÒıËÛË

Στα δίκτυα µεταγωγής πακέτων τα δεδοµένα κατακερµατίζονται σε µικρότερα τµή-

µατα πριν από τη µετάδοσή τους. Αυτά τα τµήµατα δεδοµένων τα ονοµάζουµε πακέ-

τα (packets). Στον κόµβο προορισµού, τα αρχικά δεδοµένα επανασυνθέτονται από

τα ληφθέντα πακέτα. Η µέθοδος που ακολουθείται για τη µετάδοση των πακέτων

είναι γνωστή ως αποθήκευση και προώθηση (store – and – forward). Σύµφωνα µε

αυτή τη µέθοδο, όταν ένας κόµβος λαµβάνει δεδοµένα από κάποιον σύνδεσµο, τα

αποθηκεύει στην προσωρινή του µνήµη, µέχρις ότου αυτά σχηµατίσουν ένα πλήρες

πακέτο, και στη συνέχεια προωθεί αυτό το πακέτο προς τον σύνδεσµο εξόδου. Yιο-

θετώντας αυτή την τεχνική µετάδοσης, τα πακέτα µπορούν να στέλνονται συνεχό-

µενα στο δίκτυο και είναι συνήθως εξαιρετικά αποδοτική.

¶·Ú¿‰ÂÈÁÌ· 1.1

Ας θεωρήσουµε το δίκτυο µεταγωγής του Σχήµατος 1.4, και έστω ότι θέλουµε να

µεταδώσουµε ένα αρχείο δεδοµένων από τον κόµβο Α στον κόµβο Γ. Αν οι χρόνοι

µετάδοσης του αρχείου από τον Α στο Β και από το Β στο Γ είναι ίδιοι και ίσοι µε

60 sec, τότε ο συνολικός χρόνος µετάδοσης θα είναι ίσος µε 120 sec.

Αν κατακερµατίσουµε το αρχείο σε 60 ισοµεγέθη πακέτα, τότε ο χρόνος µετάδοσης

ενός πακέτου από τον Α στο Β ή από το Β στο Γ θα είναι ίσος µε 1 sec. Στο 1ο sec

το πρώτο πακέτο του αρχείου θα σταλεί από τον Α στο Β. Στο 2ο sec το δεύτερο

πακέτο θα σταλεί από τον Α στο Β, ενώ ταυτόχρονα το πρώτο πακέτο θα σταλεί από

™¯‹Ì· 1.3 Ένα δίκτυο µεταγωγής κυκλώµατος

Η µετάδοση δεδοµένων µεταξύ Α και Π

είναι εφικτή µόνο µετά την εγκαθίδρυση

ενός ανάλογου κυκλώµατος (π.χ.

του Α – Μ3 – Μ4 – Μ5 – Π).

Το κύκλωµα παραµένει ενεργό

καθ’ όλη τη διάρκεια της επικοινωνίας των κόµβων

και αποδεσµεύεται µε το πέρας αυτής.

A

M3

M1

M4

M2

M5Π

Page 23: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1.2.5 ¢È¢ı˘ÓÛÈÔ‰fiÙËÛË Î·È ¢ÚÔÌÔÏfiÁËÛË

Η ύπαρξη άµεσου ή έµµεσου τρόπου σύνδεσης µεταξύ των υπολογιστών ενός δικτύ-

ου δεν επαρκεί για την επίτευξη της διασυνδεσιµότητάς τους. Μια επιπλέον απαί-

τηση είναι η εκχώρηση µιας µοναδικής διεύθυνσης σε κάθε κόµβο του δικτύου, ικα-

νής να τον διαφοροποιεί από τους υπόλοιπους κόµβους του δικτύου.

Όταν ένας χρήστης του δικτύου θέλει να µεταβιβάσει κάποια πληροφορία σε ένα

2 31 . 2 ¢ π ∞ ™ À ¡ ¢ ∂ ™ π ª √ ∆ ∏ ∆∞

™¯‹Ì· 1.4 Ένα παράδειγµα

της µετάδοσης µε

αποθήκευση και

προώθηση

Τα πακέτα στέλνο-

νται συνεχόµενα

στο δίκτυο και έτσι

µειώνουµε τον

απαιτούµενο

χρόνο µετάδοσης

της πληροφορίας

1

2

1

1

23

60

60

59

0

1

2

… … … …

60

61

A B Γ

Xρόνος(σε sec)

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 1.2

Έστω ότι θέλουµε να µεταφέρουµε ένα αρχείο µεγέθους S bits µέσα από ένα δίκτυο

µεταγωγής πακέτων N συνδέσµων. Εάν ο κάθε σύνδεσµος µπορεί να µεταδίδει R

bits σε κάθε sec (δηλαδή έχει ρυθµό µετάδοσης R bits/sec) και το µέγεθος πακέτου

είναι P bits, τότε υπολογίστε το συνολικό χρόνο µεταφοράς T του αρχείου. Επίσης,

πόσο θα πρέπει να µειώσουµε το µέγεθος του πακέτου έτσι ώστε να µεταφέρουµε

το αρχείο στο µισό χρόνο;

το Β στο Γ. Έτσι, ο συνολικός χρόνος µετάδοσης του αρχείου θα είναι ίσος µε 61

sec. Η εξοικονόµηση χρόνου µετάδοσης θα είναι µεγαλύτερη όσο περισσότεροι είναι

οι ενδιάµεσοι κόµβοι.

Page 24: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2 4 K E º A § A I O 1 : ∂ π ™ ∞ ° ø ° ∏ ™ ∆∞ ¢ π ∫ ∆ À∞ H / Y

συγκεκριµένο προορισµό στο δίκτυο, τότε πρέπει να προσδιορίσει τη διεύθυνση του

αντίστοιχου κόµβου. Η διεύθυνση προορισµού καταγράφεται σε καθένα από τα µετα-

διδόµενα πακέτα. Εάν ο αποστολέας και ο παραλήπτης δεν είναι άµεσα συνδεδεµέ-

νοι µεταξύ τους, τότε οι ενδιάµεσοι µεταγωγείς του δικτύου χρησιµοποιούν τη διεύ-

θυνση του κόµβου προορισµού για να αποφασίσουν από ποιο σύνδεσµό τους θα προ-

ωθήσουν τα µεταδιδόµενα πακέτα. Αυτή η διαδικασία επιλογής του συνδέσµου επα-

ναπροώθησης των πακέτων στους µεταγωγείς ονοµάζεται δροµολόγηση (routing).

1.2.6 ¢›ÎÙ˘· ÌÂÙ·ÁˆÁ‹˜ ·Î¤ÙˆÓ Ì ȉ·ٿ ΢ÎÏÒÌ·Ù·

Εάν οι µεταγωγείς του δικτύου δροµολογούν τα πακέτα µιας ροής δεδοµένων από τον

ίδιο πάντα σύνδεσµο εξόδου, τότε το δίκτυο θα ονοµάζεται δίκτυο µεταγωγής πακέτων

µε ιδεατά κυκλώµατα (virtual circuit packet switched network). Ως ροή δεδοµένων (data

flow) ορίζουµε την ακολουθία πακέτων µε τον ίδιο αποστολέα και τον ίδιο παραλή-

πτη, όπως, για παράδειγµα, αυτή που δηµιουργείται κατά τη µεταφορά ενός αρχείου

µεταξύ δύο υπολογιστών.

Σε αυτήν την περίπτωση, θα µπορούµε να σκιαγραφήσουµε στο δίκτυο ένα ιδεατό

κύκλωµα (virtual circuit). Η διαδικασία εγκαθίδρυσης του ιδεατού κυκλώµατος προη-

γείται της µεταφοράς των δεδοµένων και είναι αντίστοιχη µε αυτή στα δίκτυα µετα-

γωγής κυκλώµατος.

Στο Σχήµα 1.5 απεικονίζεται η αρχή λειτουργίας των δικτύων µεταγωγής πακέτων

µε ιδεατά κυκλώµατα. Το ιδεατό κύκλωµα που εγκαθιδρύθηκε για την επικοινωνία

των κόµβων Α και Π είναι το Α – Μ3 – Μ4 – Μ5 – Π.

1.2.7 ¢›ÎÙ˘· ÌÂÙ·ÁˆÁ‹˜ Ì ·˘ÙÔ‰‡Ó·Ì· ·Î¤Ù·

Εάν οι µεταγωγείς του δικτύου επιλέγουν το σύνδεσµο επαναπροώθησης σε κάθε

πακέτο της ροής δεδοµένων ξεχωριστά, τότε το δίκτυο θα ονοµάζεται δίκτυο µετα-

γωγής µε αυτοδύναµα πακέτα (datagram packet switched network). Έτσι, τα πακέτα

µιας ροής δεδοµένων µπορεί να ακολουθήσουν διαφορετικές διαδροµές κατά τη διέ-

™¯‹Ì· 1.5 Ένα δίκτυο µεταγωγής πακέτων µε ιδεατά κυκλώµατα

Σε κάθε µεταγωγέα του δικτύου τα πακέτα µιας ροής

δεδοµένων δροµολογούνται πάντα από τον ίδιο σύν-

δεσµο. Έτσι, µπορούµε να σκιαγραφήσου-

µε στο δίκτυο ένα ιδεατό κύκλωµα που

αφιερώνεται για την εξυπηρέτηση του

συγκεκριµένου ζευγαριού (αποστολέα – παραλήπτη).

κ α λ όκ α λ ό κ α λ ό

κ α λ ό

A

ΠM3

M4

M1M2

M5

Page 25: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

™¯‹Ì· 1.6 Ένα δίκτυο µεταγωγής µε αυτοδύναµα πακέτα

Σε κάθε µεταγωγέα του δικτύου τα πακέτα

µιας ροής δεδοµένων δροµολογούνται

ανεξάρτητα το ένα από το άλλο. Έτσι,

µπορούν να ακολουθήσουν

διαφορετικές διαδροµές κατά τη διέλευσή τους

από το δίκτυο.

2 51 . 2 ¢ π ∞ ™ À ¡ ¢ ∂ ™ π ª √ ∆ ∏ ∆∞

κ α λ ό

κ α

κ α

λ ό

ό

λ

ό

κ α

κ α

λό

A

ΠM3

M4

M1M2

M5

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 1.3

Εάν είχατε να επιλέξετε µεταξύ των δύο τύπων µεταγωγής πακέτων, θα επιλέγατε

τη µεταγωγή µε αυτοδύναµα πακέτα γιατί:

(α)τα πακέτα φτάνουν στον προορισµό τους µε τη σειρά που έχουν σταλεί

(β)παρουσιάζει υψηλότερη ανοχή στα προβλήµατα δυσλειτουργίας του δικτύου

(γ) εµφανίζει µικρότερη διακύµανση στο χρόνο µεταφοράς των πακέτων

(δ) δεν επιβαρύνει τους µεταγωγείς του δικτύου µε λειτουργίες εγκαθίδρυσης

κυκλώµατος

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 1.4

Έστω ότι θέλετε να µεταδώσετε K = 91 πακέτα µέσα από ένα ιδεατό κύκλωµα

N = 10 συνδέσµων. Οι ρυθµοί µεταγωγής των συνδέσµων είναι ίδιοι και ίσοι µε

R = 10 Kbps. Για τη δροµολόγησή του, κάθε πακέτο επιβαρύνεται µε 5 bits επιπλέ-

ον, στα οποία καταχωρίζεται η διεύθυνση του παραλήπτη. Ο χρόνος εγκαθίδρυσης

του ιδεατού κυκλώµατος είναι σταθερός και ίσος µε 100 ms.

Επίσης, ας θεωρήσουµε ότι, εάν στέλναµε τα πακέτα ως αυτοδύναµα µέσα στο

δίκτυο, τότε θα ακολουθούσαν όλα τη διαδροµή που επιλέχθηκε για το παραπάνω

ιδεατό κύκλωµα (ξέρω ότι είναι καταπληκτικές συµπτώσεις όλα αυτά, αλλά τις

δεχόµαστε γιατί εξυπηρετούν την εκπαιδευτική διαδικασία). Επειδή για την εξυ-

πηρέτηση των αυτοδύναµων πακέτων είναι απαραίτητη και η διεύθυνση του απο-

στολέα, η επιβάρυνση του πακέτου θα είναι τώρα 2 ¥ 5 = 10 bits.

Με ποιον τρόπο µεταγωγής θα έχουµε το µικρότερο χρόνο µετάδοσης των πακέτων;

λευσή τους από το δίκτυο.

Στο Σχήµα 1.6 απεικονίζεται η αρχή λειτουργίας των δικτύων µεταγωγής µε αυτο-

δύναµα πακέτα.

Page 26: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2 6 K E º A § A I O 1 : ∂ π ™ ∞ ° ø ° ∏ ™ ∆∞ ¢ π ∫ ∆ À∞ H / Y

1.2.8 ÷ڷÎÙËÚÈÛÌfi˜ ÙˆÓ ‰ÈÎÙ‡ˆÓ ˆ˜ ÚÔ˜ ÙËÓ ¤ÎÙ·Û‹ ÙÔ˘˜

Ένας τρόπος χαρακτηρισµού των δικτύων Η/Υ είναι ως προς την έκταση την οποία

καταλαµβάνουν.

Όταν οι διασυνδεδεµένοι υπολογιστές εκτείνονται στα όρια ενός κτιρίου ή γειτονι-

κών κτιρίων, τότε αποτελούν ένα Τοπικό ∆ίκτυο (Local Area Network – LAN). Τα

µεγαλύτερα δίκτυα που δεν ξεπερνούν τα όρια µιας µικρής πόλης ονοµάζονται

Mητροπολιτικά ∆ίκτυα (Μetropolitan Area Networks – MAN). Τέλος, τα δίκτυα που

εκτείνονται σε µια ευρεία γεωγραφική περιοχή (όπως, π.χ. τα υπεραστικά ή τα διε-

θνή) ονοµάζονται ∆ίκτυα Ευρείας Περιοχής (Wide Area Networks – WANs).

Σε αυτή την κατηγοριοποίηση ο κάθε τύπος δικτύου απαιτεί διαφορετικές αρχές σχε-

διασµού και τεχνολογίες υλοποίησης από τους υπόλοιπους τύπους δικτύων.

1.3 ¢È·ÌÔÈÚ·ÛÌfi˜ fiÚˆÓ

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· ·ÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτή την ενότητα, θα µπορείτε να:

• περιγράψετε πώς µπορούµε να διαµοιράσουµε ένα σύνδεσµο,

• εξηγήσετε τις βασικές αρχές των διαφόρων τεχνικών διαµοιρασµού συνδέσµου,

• προσδιορίσετε την αποδοτικότερη τεχνική διαµοιρασµού πόρων για τα δίκτυα µετα-

γωγής πακέτων.

Όπως είδαµε στην προηγούµενη ενότητα, κλειδί στην ανάπτυξη και επέκταση των

δικτύων αποτελεί η δυνατότητα έµµεσης διασύνδεσης, δηλαδή η δυνατότητα δια-

¢Ú·ÛÙËÚÈfiÙËÙ· 1.1

Συγκρίνετε την τεχνική µεταγωγής κυκλώµατος µε την τεχνική µεταγωγής πακέ-

των. Ποια είναι τα συγκριτικά πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατά της;

¢Ú·ÛÙËÚÈfiÙËÙ· 1.2

Συγκρίνετε την τεχνική µεταγωγής πακέτων µε ιδεατά κυκλώµατα µε την τεχνική

µεταγωγής µε αυτοδύναµα πακέτα. Ποια είναι τα συγκριτικά πλεονεκτήµατα και

µειονεκτήµατά της;

Page 27: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

µοιρασµού των ενδιάµεσων συνδέσµων τους. Πώς όµως µπορούµε να επιτύχουµε

την ταυτόχρονη χρήση ενός συνδέσµου από δύο ή περισσότερα ζεύγη κόµβων;

Ας θεωρήσουµε το δίκτυο µεταγωγής του Σχήµατος 1.7, και έστω ότι οι κόµβοι Α1

και Α2 θέλουν να µεταδώσουν πληροφορία στους κόµβους Π1 και Π2, αντίστοιχα.

Σε αυτή την περίπτωση ο σύνδεσµος Μ1 – Μ2 πρέπει να µεταδίδει τα δεδοµένα και

από τα δύο ζεύγη κόµβων. Τα προς µετάδοση δεδοµένα θα πρέπει να πολυπλέκονται

σε µια ενιαία ροή δεδοµένων πριν από την είσοδό τους στο διαµοιραζόµενο σύνδε-

σµο και να αποπλέκονται κατά την έξοδό τους από αυτόν. Οι συσκευές που εκτελούν

τις αντίστοιχες λειτουργίες ονοµάζονται πολυπλέκτης (multiplexer) και αποπλέκτης

(demultiplexer) και τοποθετούνται στην είσοδο και έξοδο του διαµοιραζόµενου συν-

δέσµου, αντίστοιχα.

2 71 . 3 ¢ π ∞ ª √ π ƒ∞ ™ ª √ ™ ¶ √ ƒ ø ¡

™¯‹Ì· 1.7 Ένα παράδειγµα δικτύου µε διαµοιραζόµενο σύνδεσµο

Οι ροές δεδοµένων Α1 – Π1 και Α2 – Π2 πολυπλέκονται σε µια ενι-

αία ροή δεδοµένων πριν από την είσοδό τους στο διαµοιραζόµενο

σύνδεσµο Μ1 – Μ2 και αποπλέκονται κατά την

έξοδό τους από αυτόν.

A1

A2

M1 M2

Π1

Π2

1.3.1 ¶ÔχÏÂÍË ¯ÚfiÓÔ˘ Î·È ÔχÏÂÍË Û˘¯ÓÔًوÓ

Μια µέθοδος διαµοιρασµού των ενδιάµεσων συνδέσµων είναι η πολύπλεξη χρόνου

(Time – Division Multiplexing – TDM). Σε αυτήν τη µέθοδο ο χρόνος µοιράζεται

σε πολύ µικρά στοιχειώδη τµήµατα (χρονοθυρίδες) και η εξυπηρέτηση των κόµβων

γίνεται κυκλικά, δεσµεύοντας εκ των προτέρων ένα ή περισσότερα στοιχειώδη τµή-

µατα χρόνου για κάθε κόµβο ανά κύκλο εξυπηρέτησης. Έτσι, εάν στο παράδειγµά

µας το εύρος της χρονοθυρίδας είναι ίσο µε το χρόνο µετάδοσης ενός bit και ο χρό-

νος εξυπηρέτησης µοιράζεται ισοµερώς στους δύο κόµβους, τότε κατά την πρώτη

χρονική στιγµή µεταδίδεται το 1ο bit από τον κόµβο Α1, τη δεύτερη χρονική στιγ-

µή το 1ο bit από τον κόµβο Α2, την τρίτη χρονική στιγµή το 2ο bit από τον Α1 κ.ο.κ.

∆ηλαδή τις µονές χρονικές στιγµές θα µεταδίδονται δεδοµένα από τον κόµβο Α1,

ενώ τις ζυγές στιγµές από τον Α2. Η πολύπλεξη χρόνου χρησιµοποιείται συχνά στα

τηλεφωνικά δίκτυα.

Μια άλλη µέθοδος είναι η πολύπλεξη συχνοτήτων (Frequency – Division

Multiplexing – FDM), κατά την οποία τα δεδοµένα από ένα συγκεκριµένο κόµβο

µεταδίδονται σε διαφορετικό φάσµα συχνοτήτων από ό,τι τα δεδοµένα των άλλων

κόµβων. Αν στο παράδειγµά µας ο διαµοιραζόµενος σύνδεσµος µπορεί να µεταδώ-

Page 28: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2 8 K E º A § A I O 1 : ∂ π ™ ∞ ° ø ° ∏ ™ ∆∞ ¢ π ∫ ∆ À∞ H / Y

σει δεδοµένα στις συχνότητες από 1000 Hz έως 3000 Hz, τότε µπορεί να οριστεί να

µεταδίδει τα δεδοµένα του κόµβου Α1 στο φάσµα συχνοτήτων 1000 – 2000 Hz και

τα δεδοµένα του Α2 στο φάσµα 2000 – 3000 Hz. Η πολύπλεξη συχνοτήτων χρησι-

µοποιείται ευρέως στα δίκτυα τηλεόρασης και ραδιοφώνου.

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 1.5

Η πολύπλεξη χρόνου είναι πολύ απλή, τόσο στη σύλληψη όσο και στην υλοποίηση,

και είχε χρησιµοποιηθεί στο παρελθόν σε ευρεία κλίµακα για τη διασύνδεση τερ-

µατικών σταθµών µε αποµακρυσµένα συστήµατα Η/Υ. Βασιζόµενοι στην αρχή λει-

τουργίας της, απαντήστε εάν είναι σωστό ή λάθος ότι µε την πολύπλεξη χρόνου:

Σωστό Λάθος

Πρέπει να γνωρίζουµε εκ των προτέρων το πλήθος των

κόµβων που θα εξυπηρετούµε στο διαµοιραζόµενο σύνδεσµο.

Ο διαµοιραζόµενος σύνδεσµος µπορεί να παραµένει αχρησι-

µοποίητος, παρ’ όλο που υπάρχουν δεδοµένα προς µετάδοση.

Η εξυπηρέτηση ενός κόµβου είναι ανεξάρτητη από το φόρτο

και τη λειτουργία των άλλων εξυπηρετούµενων κόµβων.

1.3.2 ™Ù·ÙÈÛÙÈ΋ ÔχÏÂÍË

Στα δίκτυα µεταγωγής πακέτων ο διαµοιρασµός των συνδέσµων συνήθως υλοποι-

είται µε τη στατιστική πολύπλεξη (statistical multiplexing). Στο Σχήµα 1.8 απεικονί-

ζεται η αρχή λειτουργίας της στατιστικής πολύπλεξης.

Κάθε κόµβος αποστέλλει τα δεδοµένα προς µετάδοση στο µεταγωγέα µε τη µορφή

πακέτων. Αυτά αποθηκεύονται σε έναν προσωρινό ενταµιευτή (buffer), από όπου και

λαµβάνονται για µετάδοση στο διαµοιραζόµενο σύνδεσµο. Η σειρά εξυπηρέτησης

πακέτων από τον ενταµιευτή µπορεί να είναι ίδια µε τη σειρά µε την οποία έφτασαν

σε αυτόν. Αυτός ο τρόπος εξυπηρέτησης είναι γνωστός ως FCFS (First Come First

Served) και είναι πολύ συνηθισµένος στα δίκτυα µεταγωγής πακέτων.

Το µεγάλο πλεονέκτηµα της στατιστικής πολύπλεξης είναι η αποδοτική χρησιµοποίη-

ση του διαµοιραζόµενου συνδέσµου, καθώς ο κάθε κόµβος δεσµεύει χρόνο εξυπηρέ-

τησης µόνο όταν έχει δεδοµένα προς µετάδοση (σε αντίθεση µε την πολύπλεξη χρόνου,

όπου ο χρόνος εξυπηρέτησης κατανέµεται στατικά στους κόµβους). Επίσης, ένα άλλο

πλεονέκτηµά της είναι η δυνατότητα εξυπηρέτησης των κόµβων και στην ειδική περί-

Page 29: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

πτωση όπου το άθροισµα των ρυθµών άφιξης δεδοµένων από τους κόµβους υπερβεί

στιγµιαία το ρυθµό µετάδοσης δεδοµένων του διαµοιραζόµενου συνδέσµου. Αυτό συµ-

βαίνει γιατί ο ενταµιευτής του µεταγωγέα µπορεί να απορροφήσει προσωρινά τον υπερ-

βάλλοντα όγκο δεδοµένων, αρκεί να διαθέτει τον απαιτούµενο χώρο. Εάν ο ενταµιευ-

τής γεµίσει, τότε τα εισερχόµενα πακέτα θα απορρίπτονται.

2 91 . 3 ¢ π ∞ ª √ π ƒ∞ ™ ª √ ™ ¶ √ ƒ ø ¡

™¯‹Ì· 1.8

Η αρχή λειτουργίας της στατιστικής πολύπλεξης πακέτων

Τα µεταβιβαζόµενα πακέτα αποθηκεύονται σε έναν

προσωρινό ενταµιευτή, από όπου και εξυπηρετού-

νται από το διαµοιραζόµενο σύνδεσµο. Έτσι, ο κάθε

κόµβος δεσµεύει χρόνο εξυπηρέτησης µόνο όταν έχει δεδοµένα

προς µετάδοση.

Ο στατιστικός πολυπλέκτης και ο αποπλέκτης είναι πιο πολύπλοκες συσκευές από

τις αντίστοιχες συσκευές πολύπλεξης χρόνου, γιατί απαιτούν επεξεργασία καθενός

πακέτου ξεχωριστά για να προσδιορίσουν τη ροή δεδοµένων στην οποία ανήκει.

Υπενθυµίζεται ότι µε τον όρο ροή δεδοµένων εννοούµε εκείνη την ακολουθία πακέ-

των τα οποία έχουν κοινό αποστολέα και κοινό παραλήπτη. Επίσης, η προσωρινή

ενταµίευση στην είσοδο του µεταγωγέα εισάγει µία µεταβλητή καθυστέρηση στη

µετάδοση της κάθε ροής δεδοµένων, η τιµή της οποίας εξαρτάται από τις υπόλοιπες

ροές δεδοµένων και, σε γενικές γραµµές, δεν είναι εύκολο να υπολογιστεί.

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 1.6

Απαντήστε στα ερωτήµατα της Άσκησης αυτοαξιολόγησης 1.5 για την περίπτωση

της στατιστικής πολύπλεξης.

¢Ú·ÛÙËÚÈfiÙËÙ· 1.3

Εξηγήστε γιατί η στατιστική πολύπλεξη είναι αποδοτικότερη τεχνική διαµοιρα-

σµού πόρων στα δίκτυα Η/Υ από τις τεχνικές TDM και FDM.

Page 30: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

3 0 K E º A § A I O 1 : ∂ π ™ ∞ ° ø ° ∏ ™ ∆∞ ¢ π ∫ ∆ À∞ H / Y

1.4 ∞ÍÈÔÈÛÙ›· ÌÂÙ·ÊÔÚ¿˜

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· ·ÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτή την ενότητα, θα µπορείτε να:

• παρουσιάσετε τρεις τουλάχιστον αιτίες σφαλµάτων µεταφοράς,

• περιγράψετε µε αδρές γραµµές τρεις τεχνικές αντιµετώπισης των σφαλµάτων

µεταφοράς,

• ορίσετε ένα δείκτη µέτρησης της αξιοπισxτίας µεταφοράς δεδοµένων.

Είναι προφανές ότι ένα δίκτυο θα θέλουµε να µεταφέρει χωρίς σφάλµατα την πλη-

ροφορία από άκρο σε άκρο. Και επειδή, όπως συνήθως συµβαίνει, τα σφάλµατα είναι

αναπόφευκτα, το δίκτυο θα πρέπει να είναι εξοπλισµένο µε µηχανισµούς εντοπισµού

και αντιµετώπισης σφαλµάτων µεταφοράς.

1.4.1 ∞Èٛ˜ ÙˆÓ ÛÊ·ÏÌ¿ÙˆÓ ÌÂÙ·ÊÔÚ¿˜

Τα σφάλµατα µεταφοράς µπορούν να πηγάζουν από διάφορες αιτίες.

Συχνά είναι τα σφάλµατα κατά τη διάδοση των δεδοµένων πάνω από το φυσικό µέσο

µεταφοράς (π.χ., καλώδιο χαλκού, οπτική ίνα ή ασύρµατη ζεύξη). Σε αυτή την περί-

πτωση αντιστρέφεται η τιµή σε ένα bit ή σε µία οµάδα από συνεχόµενα bits (από 0

γίνεται 1, και το αντίστροφο). Αιτίες εµφάνισης τέτοιων σφαλµάτων είναι, π.χ. η

ηλεκτροµαγνητική παρεµβολή, ο εξωτερικός θόρυβος και ο θόρυβος από τα κυκλώ-

µατα ποµπού και δέκτη.

Μια άλλη συχνή αιτία εµφάνισης σφαλµάτων µεταφοράς είναι η απόρριψη πακέτων

στους µεταγωγείς. Κατά την εφαρµογή της στατιστικής πολύπλεξης, τα πακέτα απο-

θηκεύονται προσωρινά στους ενταµιευτές των µεταγωγέων. Επειδή αυτοί οι εντα-

µιευτές είναι πεπερασµένου µεγέθους, ένα πακέτο είναι πιθανό να συναντήσει τον

ενταµιευτή γεµάτο κατά την άφιξή του στο µεταγωγέα. Σε αυτή την περίπτωση το

πακέτο απορρίπτεται από το µεταγωγέα.

Οι βλάβες ή οι δυσλειτουργίες του τηλεπικοινωνιακού εξοπλισµού και η εσφαλµέ-

νη διαµόρφωση και παραµετροποίηση του δικτυακού λογισµικού είναι επίσης πιθα-

νές αιτίες εµφάνισης σφαλµάτων µεταφοράς (π.χ., µια λανθασµένη ενηµέρωση των

πινάκων δροµολόγησης ενός µεταγωγέα µπορεί να ανακατευθύνει όλα τα πακέτα

µιας ροής δεδοµένων προς ένα ανύπαρκτο προορισµό). Σε αυτή την περίπτωση, ο

παραλήπτης κόµβος µπορεί να µη λάβει δεδοµένα που του είχαν αποσταλεί ή µπο-

ρεί και να λάβει δεδοµένα που δεν προορίζονταν γι’ αυτόν.

Page 31: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

¶·Ú¿‰ÂÈÁÌ· 1.2

Έστω ότι θέλουµε να µεταφέρουµε ένα αρχείο µέσω δικτύου. Εάν το αρχείο κατα-

κερµατίζεται σε πακέτα πλήθους N και η πιθανότητα εµφάνισης σφάλµατος κατά τη

µεταφορά ενός πακέτου είναι p, τότε µπορούµε να υπολογίσουµε την πιθανότητα

αλάνθαστης µεταφοράς του αρχείου, υποθέτοντας ότι τα σφάλµατα µεταφοράς πακέ-

του είναι ανεξάρτητα γεγονότα.

Από τις πιθανότητες γνωρίζουµε ότι, εάν x και y είναι ανεξάρτητα γεγονότα, τότε η

πιθανότητα εµφάνισης του γεγονότος x ◊ y δίνεται από τη σχέση

P [x ◊ y] = P [x] ◊ P [y]

όπου P[x], P[y] είναι οι πιθανότητες εµφάνισης των γεγονότων x και y, αντίστοιχα.

Επίσης, η πιθανότητα να µεταφερθεί ένα πακέτο από το δίκτυο χωρίς σφάλµα ισού-

ται µε q = 1 – p.

Από τα παραπάνω συµπεραίνουµε ότι η πιθανότητα αλάνθαστης µεταφοράς του

αρχείου θα δίνεται από τη σχέση

Q = qN = (1 – p)N.

1.4.2 ªË¯·ÓÈÛÌÔ› ÂÓÙÔÈÛÌÔ‡ Î·È ·ÓÙÈÌÂÙÒÈÛ˘ ÛÊ·ÏÌ¿ÙˆÓ ÌÂÙ·ÊÔÚ¿˜

Το δίκτυο θα πρέπει να είναι σε θέση να αναγνωρίζει τα εσφαλµένα πακέτα πριν τα

παραδώσει στον προορισµό τους. Για το λόγο αυτό, το δίκτυο προσθέτει σε κάθε

πακέτο µία επιπρόσθετη πληροφορία πριν από τη µεταφορά του. Ανάλογα µε το χρη-

σιµοποιούµενο µηχανισµό εντοπισµού και την έκταση της επιπλέον πληροφορίας,

το δίκτυο θα είναι σε θέση να εντοπίσει αλλοιώσεις σε ένα, δύο ή και περισσότερα

bits ταυτόχρονα.

Αυτή η επιπρόσθετη πληροφορία µπορεί να χρησιµοποιηθεί και για τη διόρθωση

των εσφαλµένων bits. Εάν ένα bit αναγνωριστεί ως λανθασµένο, τότε η διόρθωσή

του απαιτεί απλώς την αντιστροφή του 0 σε 1 ή του 1 σε 0.

Μια άλλη τεχνική αντιµετώπισης των σφαλµάτων µεταφοράς είναι η επανεκποµπή

των εσφαλµένων ή απωλεσθέντων πακέτων, στην οποία ο παραλήπτης ζητάει την

επαναµετάδοση του συγκεκριµένου πακέτου από τον αποστολέα.

Τέλος, θα θέλαµε να παρατηρήσουµε ότι αρκετές σύγχρονες εφαρµογές παρουσιά-

ζουν µια µικρή ανοχή στην εµφάνιση σφαλµάτων. Για παράδειγµα, κατά τη µετά-

δοση κινούµενης εικόνας ένα πακέτο αντιστοιχεί σε ένα πολύ µικρό τµήµα της εικό-

νας, π.χ., 8 ¥ 8 κουκκίδες. Στην περίπτωση απώλειας πακέτου, ενεργοποιούνται διά-

3 11 . 4 ∞ • π √ ¶ π ™ ∆ π ∞ ª ∂ ∆∞ º √ ƒ∞ ™

Page 32: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

3 2 K E º A § A I O 1 : ∂ π ™ ∞ ° ø ° ∏ ™ ∆∞ ¢ π ∫ ∆ À∞ H / Y

φορες τεχνικές επαναδηµιουργίας του τµήµατος εικόνας από τα γειτονικά του αντί-

στοιχα τµήµατα. Έτσι, η απώλεια ενός πακέτου γίνεται αντιληπτή στον τελικό χρή-

στη µε µια µικρή ποιοτική υποβάθµιση της λαµβανόµενης εικόνας, η οποία είναι

συνήθως µέσα στα αποδεκτά όρια.

¢Ú·ÛÙËÚÈfiÙËÙ· 1.4

Έστω ότι χρησιµοποιούµε ένα δίκτυο µεταγωγής πακέτων για µεταφορά φωνής.

Κατά τη συνοµιλία δύο προσώπων, µπορούµε να χρησιµοποιήσουµε την τεχνική

επανεκποµπής πακέτων για την αντιµετώπιση των λανθασµένων πακέτων της;

Υπόδειξη: Αιτιολογήστε την απάντησή σας ως συνάρτηση της καθυστέρησης µετα-

φοράς του δικτύου.

1.4.3 ¢Â›ÎÙ˘ ·ÍÈfiÈÛÙ˘ ÌÂÙ·ÊÔÚ¿˜

Γενικότερα για τις συσκευές, ως δείκτης αξιοπιστίας χρησιµοποιείται ο Μέσος Χρό-

νος Μεταξύ Βλαβών, ο οποίος προσδιορίζει τη µέση χρονική απόσταση µεταξύ δύο

διαδοχικών βλαβών. Αυτός ο δείκτης µπορεί, φυσικά, να χρησιµοποιηθεί και σε όλες

τις συσκευές δικτύου.

Ειδικότερα όµως για τα δίκτυα Η/Υ, µπορούµε να ορίσουµε ένα δείκτη αξιοπιστίας

µε την ακόλουθη σχέση:

Ως εσφαλµένα θεωρούµε εκείνα τα δεδοµένα µε σφάλµατα µεταφοράς για τα οποία:

• είτε δεν εντοπίστηκαν τα σφάλµατά τους,

• είτε εντοπίστηκαν, αλλά δεν µπόρεσαν να διορθωθούν από τους µηχανισµούς

αντιµετώπισης σφαλµάτων του δικτύου.

Επίσης, ως εσφαλµένα θεωρούνται και εκείνα τα πακέτα που ελήφθησαν περισσό-

τερες από µία φορές (π.χ., γιατί ζητήθηκε εσφαλµένα η επανεκποµπή τους).

Όσο πιο κοντά στη µονάδα είναι αυτός ο δείκτης, τόσο πιο αξιόπιστο είναι το δίκτυο

για τη µεταφορά δεδοµένων.

∆είκτης αξιόπιστης µεταφοράς =1

εσφαλµένα δεδοµένα

σύνολο ληφθέντων δεδοµένων-

Page 33: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1.5 ∞fi‰ÔÛË ‰ÈÎÙ‡Ô˘

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· ·ÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτή την ενότητα, θα µπορείτε να:

• προσδιορίσετε δύο δείκτες µέτρησης της απόδοσης δικτύου,

• αναφέρετε τρεις παράγοντες που επιδρούν στην εισαγωγή καθυστέρησης κατά τη

µεταφορά πληροφορίας µέσω του δικτύου,

• εξηγήσετε γιατί η εισαγωγή διαφόρων απαιτήσεων ποιότητας εξυπηρέτησης από

το χρήστη δυσκολεύει το χαρακτηρισµό της απόδοσης δικτύου,

• δώσετε ένα παράδειγµα στο οποίο να παρουσιάζεται εµφανώς η δυσκολία χαρα-

κτηρισµού της απόδοσης των σύγχρονων και µελλοντικών δικτύων.

Όπως όλα σχεδόν τα συστήµατα, έτσι και τα δίκτυα Η/Υ πρέπει να σχεδιάζονται υπό

τον περιορισµό (ή την επιθυµία) της µεγαλύτερης δυνατής απόδοσης.

Πώς όµως µετράµε την απόδοση του δικτύου; Συγκεκριµένα, ποια είναι η απόδοση

του δικτύου κατά τη µεταφορά µια ροής δεδοµένων από ένα άκρο του σε ένα άλλο

άκρο του; ∆ύο µετρήσιµοι όροι που χρησιµοποιήθηκαν ευρέως κατά το παρελθόν

για το χαρακτηρισµό της απόδοσης δικτύου είναι η διαµετακοµιστική ικανότητα

(throughput) και η καθυστέρηση µεταφοράς (latency).

1.5.1 ¢È·ÌÂÙ·ÎÔÌÈÛÙÈ΋ πηÓfiÙËÙ·

Η διαµετακοµιστική ικανότητα συνήθως εκφράζεται ως το πλήθος των bits που µπο-

ρούν να µεταφερθούν αξιόπιστα µέσα από το δίκτυο σε ένα συγκεκριµένο χρονικό

διάστηµα. π.χ. ένα δίκτυο µε διαµετακοµιστική ικανότητα 10 Mbps περιµένουµε ότι

θα µπορεί να µεταφέρει από άκρο σε άκρο, χωρίς σφάλµατα, 10 εκατοµµύρια bits

στο χρόνο του ενός δευτερολέπτου.

Σε γενικές γραµµές, η διαµετακοµιστική ικανότητα ενός δικτύου Η/Υ είναι ένας πολύ

σύνθετος παράγοντας, ο οποίος εξαρτάται από τους ρυθµούς µετάδοσης των µεταγωγέ-

ων, από τις λειτουργίες ελέγχου και διαχείρισης κυκλοφορίας που εκτελούνται στους

µεταγωγείς και από το ρυθµό εµφάνισης σφαλµάτων κατά τη µεταφορά δεδοµένων.

Εάν η δικτυακή εφαρµογή που θέλουµε να εκτελέσουµε απαιτεί τη µεταφορά αρχεί-

ων µεγάλου µεγέθους (π.χ., η ανάκτηση άρθρων από ψηφιακή βιβλιοθήκη), τότε η

διαµετακοµιστική ικανότητα είναι καθοριστικός παράγοντας χαρακτηρισµού της

απόδοσης του δικτύου.

3 31 . 5 ∞ ¶ √ ¢ √ ™ ∏ ¢ π ∫ ∆ À √ À

Page 34: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

3 4 K E º A § A I O 1 : ∂ π ™ ∞ ° ø ° ∏ ™ ∆∞ ¢ π ∫ ∆ À∞ H / Y

1.5.2 ∫·ı˘ÛÙ¤ÚËÛË ªÂÙ·ÊÔÚ¿˜

Η καθυστέρηση µεταφοράς εκφράζει το χρονικό διάστηµα που απαιτείται για να

µεταφερθεί ένα bit από ένα άκρο του δικτύου σε ένα άλλο άκρο και ισούται µε το

ακόλουθο άθροισµα:

Καθυστέρηση Μεταφοράς = Χρόνος ∆ιάδοσης + Χρόνος Μετάδοσης + Χρόνος Αναµονής

Ο πρώτος όρος του αθροίσµατος είναι ο απαιτούµενος χρόνος για να διαδοθεί ένα

bit διαµέσου των φυσικών µέσων που συνθέτουν την από άκρο – σε – άκρο διαδρο-

µή. Επειδή τίποτα δεν µπορεί να διαδοθεί µε ταχύτητα µεγαλύτερη από αυτήν του

φωτός, ο χρόνος διάδοσης έχει ως κάτω φράγµα το πηλίκο της απόστασης των δύο

άκρων διά την ταχύτητα διάδοσης του φωτός.

Ο χρόνος µετάδοσης ισούται µε τον αντίστροφο της διαµετακοµιστικής ικανότητας

της διαδροµής του δικτύου. Π.χ. σε µία διαδροµή µε διαµετακοµιστική ικανότητα

10 Mbps, ο χρόνος µετάδοσης ενός bit θα είναι ίσος µε 0.1 µsec.

Τέλος, ο χρόνος αναµονής ισούται µε το χρόνο που περιµένει το πακέτο στον προ-

σωρινό ενταµιευτή του κάθε µεταγωγέα µέχρι να εξυπηρετηθεί. Ο ακριβής υπολο-

γισµός του χρόνου αναµονής είναι ένα δύσκολο πρόβληµα, και, τουλάχιστον από

όσα γνωρίζουµε, µπορούµε να εκφράσουµε προσεγγιστικές εκτιµήσεις µόνο για µερι-

κές ειδικές κατηγορίες δικτύων.

Στα σύγχρονα δίκτυα ο χρόνος διάδοσης αποτελεί τον κυρίαρχο όρο στο άθροισµα

υπολογισµού της καθυστέρησης µεταφοράς.

Εάν η δικτυακή εφαρµογή που θέλουµε να εκτελέσουµε απαιτεί µικρούς χρόνους

απόκρισης και ανταλλάσσει αρχεία µικρού µεγέθους µεταξύ των πελατών και των

εξυπηρετητών της (π.χ. τηλε – ειδοποίηση ή τηλε – έλεγχος), τότε η καθυστέρηση

µεταφοράς παίζει σηµαντικό ρόλο στο χαρακτηρισµό της απόδοσης δικτύου.

¶·Ú¿‰ÂÈÁÌ· 1.3

Έστω ότι ενώνουµε δύο κόµβους σε Αθήνα και Θεσσαλονίκη µε απευθείας σύνδε-

σµο, ο οποίος έχει ρυθµό µεταγωγής 1 Mbps, δεν παρουσιάζει σφάλµατα κατά τη

µεταφορά δεδοµένων και διατίθεται αποκλειστικά για την εξυπηρέτηση αυτών των

δύο κόµβων και µόνο.

Γνωρίζοντας ότι η απόσταση Αθήνας – Θεσ/νίκης ισούται µε 500 km, µπορούµε να

υπολογίσουµε την καθυστέρηση µεταφοράς L από την ακόλουθη σχέση:

L L= + ¤ = +500

300 000

1

101 67

6

km

km sec

bit

bpsmsec 0,001 msec

.,

Page 35: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

∆ιευκρινίζουµε ότι, επειδή ο σύνδεσµος διατίθεται αποκλειστικά για την εξυπηρέ-

τηση των δύο κόµβων, τα πακέτα της αντίστοιχης ροής δεδοµένων δε θα επιβαρύ-

νονται µε χρόνο αναµονής.

Σε αυτό το παράδειγµα βλέπουµε ότι ο χρόνος διάδοσης είναι τρεις τάξεις µεγέθους

µεγαλύτερος από το χρόνο µετάδοσης. Αυτή η διαφορά θα αµβλυνθεί σηµαντικά στα

µελλοντικά δίκτυα Η/Υ, καθώς η διαµετακοµιστική τους ικανότητα αναµένουµε να

εµφανιστεί τάξεις µεγέθους µεγαλύτερη από ό,τι στα σύγχρονα δίκτυα.

1.5.3 ÷ڷÎÙËÚÈÛÌfi˜ Ù˘ ·fi‰ÔÛ˘ ‰ÈÎÙ‡Ô˘

Οι δύο όροι που παρουσιάσαµε στις προηγούµενες παραγράφους χρησιµοποιήθηκαν

ευρέως κατά το παρελθόν για να χαρακτηρίσουν την απόδοση ενός δικτύου. Αξίζει να

παρατηρήσουµε ότι, µέχρι πρόσφατα, οι δικτυακές εφαρµογές δεν είχαν ιδιαίτερες

απαιτήσεις ποιότητας εξυπηρέτησης (Quality of Service – QoS) από το δίκτυο. π.χ. δε

νοµίζω ποτέ κανένας χρήστης να ξεκίνησε τη µεταφορά αρχείου από αποµακρυσµένο

κόµβο έχοντας προσυµφωνήσει µε το δίκτυο έναν αυστηρό χρόνο παράδοσης.

Στα σύγχρονα δίκτυα, όµως, αρχίζουν να εµφανίζονται και διάφορες υπηρεσίες που

έχουν πολύ αυστηρούς περιορισµούς στη λαµβανοµένη από το δίκτυο ποιότητα εξυ-

πηρέτησης. π.χ. στην εκποµπή κινούµενης εικόνας, η διακύµανση της καθυστέρη-

σης µεταφοράς πακέτου δε θέλουµε να υπερβαίνει µία συγκεκριµένη τιµή. Πράγ-

µατι, στην εκποµπή κινούµενης εικόνας κάθε στιγµιότυπο (καρέ) µεταδίδεται στο

δίκτυο µε σταθερό ρυθµό – συνήθως ίσο µε 30 καρέ/sec. Έτσι, κατά την είσοδό του

στο δίκτυο, κάθε καρέ απέχει από το προηγούµενό του και το επόµενό του χρόνο ίσο

µε 33 msec. Το κάθε καρέ, κατά τη µεταφορά του από το δίκτυο, υποµένει διαφο-

ρετική καθυστέρηση από τα υπόλοιπα καρέ. Αν η διαφορά στην καθυστέρηση που

έχουν υποστεί δύο διαδοχικά καρέ υπερβαίνει τα 33 msec, τότε το δεύτερο καρέ δε

θα είναι διαθέσιµο προς απεικόνιση στην ώρα του, µε συνέπεια µια στιγµιαία παρα-

µόρφωση της λαµβανόµενης εικόνας.

Κατά συνέπεια, αναµένουµε ότι για το χαρακτηρισµό της απόδοσης ενός µελλοντι-

κού δικτύου θα πρέπει να συνυπολογίζουµε και τα προκαθορισµένα και προσυµφω-

νηµένα όρια αποδεκτής ποιότητας εξυπηρέτησης των διαφόρων κλήσεων.

3 51 . 5 ∞ ¶ √ ¢ √ ™ ∏ ¢ π ∫ ∆ À √ À

Page 36: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

3 6 K E º A § A I O 1 : ∂ π ™ ∞ ° ø ° ∏ ™ ∆∞ ¢ π ∫ ∆ À∞ H / Y

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 1.7

Στην προηγούµενη παράγραφο, στο παράδειγµα µε την εκποµπή κινούµενης εικό-

νας, αναφέραµε ότι «το κάθε καρέ, κατά τη µεταφορά του από το δίκτυο, υποµέ-

νει διαφορετική καθυστέρηση από τα υπόλοιπα καρέ». Αυτή η διακύµανση στην

καθυστέρηση προκύπτει γιατί κάθε καρέ έχει διαφορετικό:

(α)χρόνο διάδοσης

(β)χρόνο µετάδοσης

(γ) χρόνο αναµονής από τα υπόλοιπα καρέ;

¢Ú·ÛÙËÚÈfiÙËÙ· 1.5

∆ώστε δύο παραδείγµατα υπηρεσιών που αναµένουµε στα µελλοντικά δίκτυα και

περιγράψτε από δύο κριτήρια ποιότητας εξυπηρέτησής τους.

Page 37: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

™‡ÓÔ„Ë

• Τα δίκτυα Η/Υ είναι ένα σύνολο από διασυνδεδεµένους κόµβους οι οποίοι επιτρέ-

πουν την ανταλλαγή ή τη µεταβίβαση πληροφορίας.

• Οι υπολογιστές διασυνδέονται απευθείας, είτε µε συνδέσµους σηµείου µε σηµείο

είτε µε συνδέσµους πολλαπλής πρόσβασης.

• Για τη διασύνδεση αποµακρυσµένων κόµβων χρησιµοποιούνται µεταγωγείς και

διαµοιραζόµενοι σύνδεσµοι σηµείου µε σηµείο.

• Οι πιο συνηθισµένοι τύποι δικτύων µεταγωγής είναι τα δίκτυα µεταγωγής κυκλώ-

µατος και τα δίκτυα µεταγωγής πακέτων. Η µεταγωγή πακέτων µπορεί να χρησι-

µοποιεί είτε ιδεατά κυκλώµατα είτε αυτοδύναµα πακέτα.

• Η µετάδοση µε αποθήκευση – και – προώθηση είναι µια αποδοτική τεχνική, που

χρησιµοποιείται στα δίκτυα µεταγωγής πακέτων.

• Σε κάθε κόµβο του δικτύου έχει καταχωριστεί µια µοναδική διεύθυνση. Η διεύ-

θυνση του κόµβου προορισµού χαρακτηρίζει τα πακέτα µιας ροής δεδοµένων και

χρησιµοποιείται από τους µεταγωγείς για τη δροµολόγηση των πακέτων.

• Ένας σύνδεσµος µπορεί να χρησιµοποιείται ταυτόχρονα από διάφορες ροές δεδο-

µένων µε εφαρµογή της πολύπλεξης.

• Η στατιστική πολύπλεξη είναι πιο αποδοτική τεχνική διαµοιρασµού συνδέσµων

στα δίκτυα µεταγωγής πακέτων από τις τεχνικές TDM και FDM.

• Το δίκτυο πρέπει να εξοπλίζεται µε µηχανισµούς εντοπισµού και αντιµετώπισης

σφαλµάτων µεταφοράς.

• ∆ύο δείκτες µέτρησης της απόδοσης δικτύου είναι η διαµετακοµιστική ικανότητα

και η καθυστέρηση µεταφοράς. Ο χρόνος διάδοσης αποτελεί τον κυρίαρχο παρά-

γοντα της καθυστέρησης µεταφοράς.

• Η εισαγωγή διαφόρων απαιτήσεων ποιότητας εξυπηρέτησης δυσκολεύει το χαρα-

κτηρισµό της απόδοσης δικτύου.

3 7™ Y N O æ H

Page 38: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

3 8 K E º A § A I O 1 : ∂ π ™ ∞ ° ø ° ∏ ™ ∆∞ ¢ π ∫ ∆ À∞ H / Y

µÈ‚ÏÈÔÁÚ·Ê›·

Το Κεφάλαιο 1 στο βιβλίο των Peterson και Davie (1996) και τα Κεφάλαια 1 και 2

στο βιβλίο του Walrand (1998) παρουσιάζουν µε κατατοπιστικό τρόπο τις γενικές

απαιτήσεις των δικτύων Η/Υ. Η προηγούµενη έκδοση του βιβλίου του Walrand έχει

µεταφραστεί στα ελληνικά από τον Μ. Αναγνώστου (1997). Καλογραµµένο και πλή-

ρες είναι το βιβλίο του Tanenbaum (1998), το οποίο αποτελεί ένα από τα βιβλία ανα-

φοράς στο χώρο της προπτυχιακής εκπαίδευσης στα δίκτυα Η/Υ. Η προηγούµενη

έκδοση και από αυτό το βιβλίο έχει µεταφραστεί στα ελληνικά από τους Ν. Παπα-

ντώνη και Κ. Καραΐσκο (1992). Μια περιεκτική αναφορά των υπηρεσιών του ∆ια-

δικτύου δίνεται στο βιβλίο του Comer (1997). Τέλος, ιδιαίτερα διαφωτιστικό είναι

το βιβλίο των Α. Αλεξόπουλου και Γ. Λαγογιάννη (1997).

[1] Larry L. Peterson and Bruce S. Davie. «Computer Networks: A System Approach».

Morgan Kaufmann Publishers, Inc. ISBN 1 – 55860 – 368 – 9. (1996).

[2] Jean Walrand. «Communications Networks: A First Course». Second Edition.

McGraw – Hill. ISBN 0 – 256 – 17404 – 0. (1998).

[3] Jean Walrand. «∆ίκτυα Επικοινωνιών». Μετάφραση: Μιλτιάδης Αναγνώστου.

Εκδόσεις Παπασωτηρίου. ISBN 960 – 7510 – 45 – 3. (1997).

[4] Andrew Tanenbaum. «Computer Networks». Third Edition. Prentice – Hall, Inc.

ISBN 0 – 13 – 349945 – 6. (1996).

[5] Andrew Tanenbaum. «∆ίκτυα Υπολογιστών». Μετάφραση: Νίκος Παπαντώνης και

Κώστας Καραΐσκος. Εκδόσεις Παπασωτηρίου. ISBN 960 – 7182 – 00 – 6. (1992).

[6] Douglas E. Comer. «The Internet Book: Everything you need to know about

computer networking and how the Internet works». Second Edition. Prentice –

Hall, Inc. ISBN 0 – 13 – 890161 – 9. (1997).

[7] Άρης Αλεξόπουλος και Γιώργος Λαγογιάννης. «Τηλεπικοινωνίες και ∆ίκτυα

Υπολογιστών». Τέταρτη Έκδοση. ISBN 960 – 220 – 086 – 3. (1997).

Page 39: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

• ενθυλάκωση

• Επίπεδο Εφαρµογής

• Επίπεδο ∆ικτύου

• Επίπεδο Μεταφοράς

• Επίπεδο Παρουσίασης

• Επίπεδο Συνόδου

• Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων

• µοντέλο αναφοράς OSI

• πρωτόκολλο IP

• πρωτόκολλο TCP

• πρωτόκολλο UDP

• Φυσικό Επίπεδο

∞Ú¯ÈÙÂÎÙÔÓÈ΋ ¢ÈÎÙ‡Ô˘

™ÎÔfi˜

Σε αυτό το κεφάλαιο θα γνωρίσουµε τις βασικές αρχές της αρχιτεκτονικής δικτύου

και δύο εφαρµογές τους: το µοντέλο αναφοράς για τη διασύνδεση ανοικτών συστη-

µάτων OSI και την αρχιτεκτονική του ∆ιαδικτύου.

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· ·ÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτό το κεφάλαιο, θα µπορείτε να:

• δώσετε δύο τουλάχιστον λόγους γιατί να οργανώνουµε τις λειτουργίες των δικτύων

σε επίπεδα,

• ορίσετε τους όρους «πρωτόκολλο», «αρχιτεκτονική» και «ενθυλάκωση» σε ένα

επικοινωνιακό σύστηµα,

• περιγράψετε τα επτά επίπεδα του µοντέλου αναφοράς OSI και να προσδιορίσετε

τις βασικές λειτουργίες που εκτελούνται σε καθένα από αυτά,

• αναφέρετε τα τέσσερα επίπεδα στα οποία οργανώνονται οι λειτουργίες ενός δικτύ-

ου που χρησιµοποιεί τα πρωτόκολλα του ∆ιαδικτύου και να περιγράψετε τις βασι-

κές λειτουργίες που εκτελούνται σε καθένα από αυτά,

• αντιστοιχίσετε τα επίπεδα του ∆ιαδικτύου µε τα επίπεδα του µοντέλου OSI.

ŒÓÓÔȘ ÎÏÂȉȿ

2∫ ∂ º ∞ § ∞ π √

Page 40: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

4 0 K E º A § A I O 2 : ∞ ƒ Ã π ∆ ∂ ∫ ∆ √ ¡ π ∫ ∏ ¢ π ∫ ∆ À √ À

∂ÈÛ·ÁˆÁÈΤ˜ ·Ú·ÙËÚ‹ÛÂȘ

Όπως είδαµε στο Κεφάλαιο 1, ένα δίκτυο υπολογιστών θα πρέπει να έχει σχεδιαστεί

και αναπτυχθεί έτσι ώστε να αποτελεί ένα αξιόπιστο, αποδοτικό, ασφαλές και οικο-

νοµικό µέσο ανταλλαγής ή µεταβίβασης πληροφοριών µεταξύ των χρηστών. Επίσης,

κατά τη σχεδίαση και ανάπτυξη ενός δικτύου Η/Υ θα πρέπει να λαµβάνεται υπόψη

ότι είναι ένα περιβάλλον δυναµικά εξελισσόµενο, καθώς προσπαθεί να ικανοποιή-

σει τόσο τις συνεχώς αυξανόµενες και µεταβαλλόµενες απαιτήσεις των χρηστών όσο

και να ενσωµατώσει τις ραγδαίες τεχνολογικές εξελίξεις.

Όλες οι παραπάνω απαιτήσεις καθιστούν τη σχεδίαση ενός δικτύου υπολογιστών ένα

πολύπλοκο πρόβληµα. Για να µπορέσουν να χειριστούν αυτή την πολυπλοκότητα, οι

σχεδιαστές οργανώνουν τις λειτουργίες των δικτύων υπολογιστών σε σειρές από

στρώµατα ή επίπεδα. Αυτή η διαστρωµάτωση είναι η βασική ιδέα, αλλά και η κοινή

πρακτική, σε όλες τις αρχιτεκτονικές δικτύων.

Σε αυτό το κεφάλαιο προσδιορίζουµε µε σαφήνεια την έννοια της διαστρωµάτωσης

και, κατ’ επέκταση, τις βασικές αρχές της αρχιτεκτονικής δικτύου και παρουσιάζου-

µε συνοπτικά το µοντέλο αναφοράς για τη διασύνδεση ανοικτών συστηµάτων OSI

(Open Systems Interconnection) και την αρχιτεκτονική του ∆ιαδικτύου.

Page 41: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2.1 ∞Ú¯ÈÙÂÎÙÔÓÈΤ˜ ‰ÈÎÙ‡ˆÓ Û ›‰·

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· ·ÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτή την ενότητα, θα µπορείτε να:

• εξηγήσετε την ανάγκη ιεράρχησης των υπηρεσιών στα επικοινωνιακά συστήµατα,

• αναφέρετε δύο πλεονεκτήµατα της διαστρωµάτωσης υπηρεσιών στα συστήµατα

επικοινωνιών,

• δώσετε τον ορισµό του πρωτοκόλλου και της αρχιτεκτονικής σε ένα επικοινωνια-

κό σύστηµα,

• προσδιορίσετε την αναγκαιότητα των σηµείων επαφής υπηρεσίας και πρωτοκόλλου,

• περιγράψετε τη διαδικασία της ενθυλάκωσης των µηνυµάτων υψηλότερου επιπέ-

δου στα µηνύµατα χαµηλότερου επιπέδου.

Ένα πολύπλοκο σύστηµα, για να µπορέσουµε να το χειριστούµε, πρέπει να αρχί-

σουµε να το σκεφτόµαστε αφαιρετικά. Η βασική ιδέα είναι να µπορέσουµε να δια-

κρίνουµε ένα τµήµα του συστήµατος, να προσδιορίσουµε επακριβώς τις λειτουργίες

του και να καθορίσουµε µε σαφήνεια τα σηµεία επαφής του και τις αλληλεξαρτή-

σεις του µε τα υπόλοιπα τµήµατα του συστήµατος. Έτσι, θα µπορέσουµε να το αντι-

καταστήσουµε µε ένα «µαύρο κουτί», αποκρύπτοντας τις περιττές λεπτοµέρειες και

την πολυπλοκότητα του τµήµατος αυτού.

¶·Ú¿‰ÂÈÁÌ· 2.1

Έστω ότι ο γενικός διευθυντής µιας πολυεθνικής εταιρείας θέλει να στείλει ένα µήνυ-

µα σε όλους τους τοπικούς διευθυντές υποκαταστηµάτων ανά τον κόσµο. Ας θεω-

ρήσουµε ότι ο γενικός διευθυντής γράφει το µήνυµά του στα ελληνικά. ∆ε γνωρίζει

τη γλώσσα που µιλάει ο παραλήπτης, αλλά ούτε και τον ενδιαφέρει – απλώς συντάσ-

σει το µήνυµά του.

4 12 . 1 ∞ ƒ Ã π ∆ ∂ ∫ ∆ √ ¡ π ∫ ∂ ™ ¢ π ∫ ∆ À ø ¡ ™ ∂ ∂ ¶ π ¶ ∂ ¢ ∞

Page 42: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

4 2 K E º A § A I O 2 : ∞ ƒ Ã π ∆ ∂ ∫ ∆ √ ¡ π ∫ ∏ ¢ π ∫ ∆ À √ À

™¯‹Ì· 2.1

Ένα παράδειγµα επικοινωνίας σε επίπεδα

Τα διευθυντικά στελέχη επικοινωνούν µεταξύ τους αγνοώντας τη γλώσσα οµιλίας και τον αριθµό fax του παραλήπτη.

Οι µεταφραστές επικοινωνούν µεταξύ τους χωρίς να εξετάζουν το περιεχόµενο του µηνύµατος και µη γνωρίζοντας

τον αριθµό fax του παραλήπτη.

Οι γραµµατείς επικοινωνούν µεταξύ τους χωρίς να εξετάζουν ούτε το περιεχόµενο αλλά ούτε και τη γλώσσα του

µηνύµατος.

Mου αρέσει

να παίζω golf

L : English L : English

L : EnglishL : English

I like play-ing golf

I like play-ing golf

I like play-ing golf

I like play-ing golf

Fax No : # Fax No : #

J' aimeà jouer golf

µήνυµα

µεταφραστής

γραµµατέας

Κατόπιν το µήνυµα προωθείται στο µεταφραστή, ο οποίος το µετατρέπει σε µια

καθολικά κατανοητή γλώσσα, π.χ. στα αγγλικά. Ο µεταφραστής δεν εξετάζει το

περιεχόµενο του µηνύµατος – απλώς το µεταφράζει.

Τελικά το µήνυµα φτάνει στη γραµµατέα. Αυτή δεν εξετάζει ούτε το περιεχόµενο

ούτε τη γλώσσα του µηνύµατος – απλώς επισυνάπτει τον αριθµό fax του παραλήπτη

και αποστέλλει το µήνυµα. Έχει όµως υποχρέωση να στείλει αξιόπιστα το τηλεο-

µοιοτυπικό µήνυµα. Εδώ θα πρέπει να προσθέσουµε ότι η γραµµατέας αγνοεί τις

αρχές λειτουργίας µιας συσκευής fax, γνωρίζει µόνο το χειρισµό της.

Έστω τώρα ότι το µήνυµα φτάνει στο υποκατάστηµα των Βρυξελλών. Η γραµµατέ-

ας του υποκαταστήµατος εξασφαλίζει την αναγνωσιµότητα της τηλεοµοιοτυπίας,

τηλεφωνώντας στη γραµµατέα του γενικού διευθυντή για αναµετάδοση του µηνύ-

µατος, εάν χρειάζεται.

Page 43: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Ο µεταφραστής του υποκαταστήµατος µετατρέπει το µήνυµα στα γαλλικά και το

παραδίδει στους διευθυντές του υποκαταστήµατος.

Σ’ αυτό το παράδειγµα η επικοινωνία λαµβάνει χώρα σε τέσσερα επίπεδα: στο χαµη-

λότερο επίπεδο (το οποίο θα καλούµε επίπεδο 1) επικοινωνούν οι συσκευές fax µετα-

ξύ τους, στο επίπεδο 2 επικοινωνούν οι γραµµατείς, στο επίπεδο 3 οι µεταφραστές

και στο επίπεδο 4 τα διευθυντικά στελέχη (βλέπε Σχήµα 2.1).

4 32 . 1 ∞ ƒ Ã π ∆ ∂ ∫ ∆ √ ¡ π ∫ ∂ ™ ¢ π ∫ ∆ À ø ¡ ™ ∂ ∂ ¶ π ¶ ∂ ¢ ∞

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 2.1

Ας θεωρήσουµε το Παράδειγµα 2.1 Είναι σωστό ή λάθος ότι:

Σωστό Λάθος

Τα διευθυντικά στελέχη αντιλαµβάνονται τις δυσκολίες

αποστολής του µηνύµατος µέσω fax.

Στο αρχικό µήνυµα έχει προστεθεί επιπλέον πληροφορία

πριν αποσταλεί µέσω του fax.

Η ανταλλαγή µηνυµάτων µεταξύ των διευθυντικών στελεχών

είναι ουσιαστικά ισοδύναµη µε την απευθείας επικοινωνία.

Κάθε επίπεδο επικοινωνίας πρέπει να γνωρίζει να αλληλεπιδρά

µε όλα τα υπόλοιπα επίπεδα επικοινωνίας.

¢Ú·ÛÙËÚÈfiÙËÙ· 2.1

Ας θεωρήσουµε το επικοινωνιακό σύστηµα του Σχήµατος 2.2, το οποίο διασυνδέει τους

τερµατικούς σταθµούς Α και Π, χρησιµοποιώντας δύο επίγειες µικροκυµατικές ζεύξεις

(τις α και δ) και δύο δορυφορικές ζεύξεις (τις β και γ). Μέσω αυτού του συστήµατος ο

2.1.1 ¢È·ÛÙڈ̿وÛË Î·È ÚˆÙfiÎÔÏÏ·

Στα συστήµατα επικοινωνιών, η αφαιρετική τους θεώρηση συνήθως οδηγεί στην

ιεράρχηση υπηρεσιών και στη διαστρωµάτωση. Για την παροχή µιας σύνθετης τηλε-

πικοινωνιακής υπηρεσίας η βασική ιδέα είναι απλή στη σύλληψη: ξεκινάµε µε τις

υπηρεσίες που παρέχει το χρησιµοποιούµενο υλικό και πάνω τους «χτίζουµε» µια

σειρά από επίπεδα, το καθένα από τα οποία προσφέρει υπηρεσίες µε υψηλότερο

βαθµό αφαίρεσης. Οι υπηρεσίες των υψηλότερων επιπέδων σχεδιάζονται και υλο-

ποιούνται έτσι ώστε να χρησιµοποιούν τις υπηρεσίες των χαµηλότερων επιπέδων.

Page 44: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

4 4 K E º A § A I O 2 : ∞ ƒ Ã π ∆ ∂ ∫ ∆ √ ¡ π ∫ ∏ ¢ π ∫ ∆ À √ À

χρήστης Α ανταλλάσσει µηνύµατα ηλεκτρονικού ταχυδροµείου µε το χρήστη Π.

Οργανώστε τις υπηρεσίες που παρέχει το επικοινωνιακό σύστηµα του Σχήµατος

2.2 σε τέσσερα επίπεδα, περιορίζοντας τις υπηρεσίες ενός επιπέδου να χρησιµο-

ποιούν µόνο τις υπηρεσίες του αµέσως χαµηλότερου επιπέδου.

™¯‹Ì· 2.2

Ένα επικοινωνιακό σύστηµα µε επίγειες µικροκυµατικές και δορυφορικές ζεύξεις

Ο χρήστης Α επικοινωνεί µέσω ηλεκτρονικού ταχυδροµείου µε το χρήστη Π.

Τα δεδοµένα αποστέλλονται από το ένα άκρο στο άλλο µέσω δύο επίγειων µικροκυµατικών

ζεύξεων (των α και δ) και µέσω δύο δορυφορικών ζεύξεων (των β και γ).

A Π

δα

β γ

Πλεονεκτήµατα της διαστρωµάτωσης

Ο σχεδιασµός δικτύων σε επίπεδα απλοποιεί την υλοποίησή τους. Αντί να αναπτυ-

χθεί ο απαραίτητος κώδικας ως ένα µονολιθικό κοµµάτι το οποίο θα επιλύει όλα τα

ενδεχόµενα προβλήµατα διασύνδεσης, είναι απλούστερο να αναπτυχθούν ξεχωρι-

στά κοµµάτια κώδικα για καθένα διαφορετικό πρόβληµα, τα οποία θα αλληλεπιδρούν

µε σαφή και προκαθορισµένο τρόπο.

Επιπλέον, η διαστρωµάτωση µας παρέχει τις δυνατότητες της δοµηµένης σχεδίασης

και της επαναχρησιµοποίησης λογισµικού. Για παράδειγµα, εάν στο σύστηµα του

Σχήµατος 2.2 ο τερµατικός σταθµός Α επικοινωνήσει απευθείας µε το δορυφόρο

(δηλαδή εάν οι σύνδεσµοι α και β αντικατασταθούν µε ένα νέο δορυφορικό σύνδε-

σµο), τότε η εφαρµογή του ηλεκτρονικού ταχυδροµείου δε χρειάζεται να υποστεί

καµία τροποποίηση, καθώς αλληλεπιδρά µόνο µε την υπηρεσία της από άκρο σε

άκρο επικοινωνίας. Όλες οι απαραίτητες τροποποιήσεις απορροφούνται στα χαµη-

λότερα επίπεδα επικοινωνίας.

Page 45: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Πρωτόκολλα

Οι αφηρηµένες οντότητες που συνθέτουν τα επίπεδα σε ένα επικοινωνιακό σύστη-

µα ονοµάζονται πρωτόκολλα.

Ένα πρωτόκολλο εκτελεί πρωτογενείς λειτουργίες και παρέχει συγκεκριµένες υπη-

ρεσίες σε οντότητες υψηλότερου επιπέδου του ίδιου υπολογιστή (δηλαδή είτε σε

άλλα πρωτόκολλα υψηλότερου επιπέδου είτε σε εφαρµογές τελικού χρήστη). Αυτές

οι λειτουργίες και οι υπηρεσίες καθορίζονται µε σαφήνεια στα σηµεία επαφής υπη-

ρεσίας (service interfaces) του πρωτοκόλλου (βλέπε Σχήµα 2.4). Ένα πρωτόκολλο

µπορεί να παρέχει πολλές διαφορετικές υπηρεσίες στο ίδιο επίπεδο.

4 52 . 1 ∞ ƒ Ã π ∆ ∂ ∫ ∆ √ ¡ π ∫ ∂ ™ ¢ π ∫ ∆ À ø ¡ ™ ∂ ∂ ¶ π ¶ ∂ ¢ ∞

Πρωτόκολλοεπιπέδου N + 1

Πρωτόκολλοεπιπέδου N + 1

Πρωτόκολλοεπιπέδου N

Πρωτόκολλοεπιπέδου N

Πρωτόκολλοεπιπέδου N - 1

Πρωτόκολλοεπιπέδου N - 1

Σηµείο επαφήςπρωτοκόλλου

Σηµείο επαφήςυπηρεσίας

(ιδεατήεπικοινωνία)

(πραγµατική επικοινωνία)

Tοπικός H/Y Aποµακρυσµένος H/Y

™¯‹Ì· 2.4

Τα σηµεία επαφής υπηρεσίας και πρωτοκόλλου

Οι πρωτογενείς λειτουργίες που εκτελεί ένα πρωτόκολλο και οι υπηρεσίες που παρέχει σε οντότητες υψηλότερου

επιπέδου καθορίζονται µε σαφήνεια µέσω των σηµείων επαφής υπηρεσίας του πρωτοκόλλου. Ένα πρωτόκολλο

µπορεί να παρέχει πολλές διαφορετικές υπηρεσίες στις οντότητες των υψηλότερων επιπέδων.

Οι οντότητες ενός πρωτοκόλλου επικοινωνούν µε τις οµότιµες οντότητες του αποµακρυσµένου υπολογιστή µέσω

του σηµείου επαφής πρωτοκόλλου, το οποίο καθορίζει τους κανόνες και τις συνθήκες αυτής της επικοινωνίας.

Σκοπός αυτής της επικοινωνίας είναι η υλοποίηση των παρεχόµενων υπηρεσιών του πρωτοκόλλου.

Οι επικοινωνίες των οντοτήτων γειτονικών επιπέδων είναι πραγµατικές, σε αντίθεση µε τις επικοινωνίες των οµό-

τιµων οντοτήτων, που είναι ιδεατές. Εξαίρεση αποτελεί η επικοινωνία των οµότιµων οντοτήτων του φυσικού επι-

πέδου, η οποία είναι πραγµατική.

Page 46: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

4 6 K E º A § A I O 2 : ∞ ƒ Ã π ∆ ∂ ∫ ∆ √ ¡ π ∫ ∏ ¢ π ∫ ∆ À √ À

Για παράδειγµα, το πρωτόκολλο της από άκρο σε άκρο επικοινωνίας της ∆ραστη-

ριότητας 2.1 µπορεί να παρέχει δύο διαφορετικές υπηρεσίες: µία ακριβή, µε εγγυη-

µένη ελάχιστη καθυστέρηση µεταφοράς µηνυµάτων, και µία φθηνή, χωρίς άνω φράγ-

µα στην καθυστέρηση µεταφοράς των µηνυµάτων. Επιπρόσθετα, σε κάποιο συγκε-

κριµένο επίπεδο µπορεί να υπάρχουν περισσότερα από ένα πρωτόκολλα, το καθένα

από τα οποία παρέχει διαφορετικές υπηρεσίες.

Επίσης, οι οντότητες ενός επιπέδου σ’ έναν υπολογιστή επικοινωνούν µε τις αντί-

στοιχες οντότητες του ιδίου επιπέδου στον αποµακρυσµένο υπολογιστή. Οι κανόνες

και οι συνθήκες που χρησιµοποιούνται σ’ αυτή την επικοινωνία ορίζουν το σηµείο

επαφής πρωτοκόλλου (protocol interface). Οι οντότητες του ιδίου επιπέδου συνήθως

αναφέρονται στη βιβλιογραφία ως οµότιµες οντότητες (peer objects).

Στην πραγµατικότητα, οι οµότιµες διεργασίες δεν επικοινωνούν απευθείας µεταξύ

τους. Στον τοπικό υπολογιστή η τοπική διεργασία χρησιµοποιεί µια παρεχόµενη υπη-

ρεσία του κατωτέρου επιπέδου και αποστέλλει τις πληροφορίες στο χαµηλότερο επί-

πεδο. Αυτό συνεχίζεται µέχρι το φυσικό επίπεδο, στο οποίο υλοποιείται η απευθεί-

ας επικοινωνία των ανάλογων οµότιµων διεργασιών. Στον αποµακρυσµένο υπολο-

γιστή ακολουθείται η αντίστροφη πορεία. Το χαµηλότερο επίπεδο περνάει τις πλη-

ροφορίες στο ανώτερο επίπεδο, µέσω των αντίστοιχων σηµείων επαφής υπηρεσίας,

µέχρις ότου οι πληροφορίες φτάσουν στην οµότιµη διεργασία.

Το σύνολο των πρωτοκόλλων συνθέτουν την αρχιτεκτονική δικτύου (network

architecture). Τα σηµεία επαφής υπηρεσίας και πρωτοκόλλου αποτελούν τις προ-

διαγραφές της αρχιτεκτονικής δικτύου. Οι λεπτοµέρειες υλοποίησης των πρωτο-

κόλλων αποκρύπτονται από τον εξωτερικό χρήστη και δεν αποτελούν µέρος της αρχι-

τεκτονικής δικτύου. Πολύ συχνά, στη διεθνή βιβλιογραφία, η έµφαση δίνεται µόνο

στα σηµεία επαφής πρωτοκόλλων, αποκρύπτοντας και όλα τα ενδιάµεσα σηµεία επα-

φής υπηρεσιών, εκτός από τα σηµεία επαφής του υψηλότερου επιπέδου µε τα οποία

αλληλεπιδρά η τελική εφαρµογή.

Η αρχιτεκτονική δικτύου επίσης αναφέρεται και ως στοίβα πρωτοκόλλων (protocol stack).

Page 47: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2.1.2 ∂Óı˘Ï¿ÎˆÛË

Ας επανέλθουµε στο επικοινωνιακό σύστηµα του Σχήµατος 2.2, το οποίο έστω ότι υλο-

ποιείται µε τα πρωτόκολλα του Σχήµατος 2.3. Σύµφωνα µε όσα έχουµε αναφέρει στην

προηγούµενη ενότητα, η εφαρµογή ηλεκτρονικού ταχυδροµείου του τοπικού υπολο-

γιστή αποστέλλει ένα µήνυµα στην οµότιµή της εφαρµογή του αποµακρυσµένου υπο-

λογιστή, µεταβιβάζοντας τα δεδοµένα της στο αµέσως χαµηλότερο επίπεδο.

Το πρωτόκολλο του 3ου επιπέδου (η από άκρο σε άκρο επικοινωνία) δεν εξετάζει το

περιεχόµενο των δεδοµένων που λαµβάνει από την εφαρµογή. Η αποστολή του είναι

να µεταφέρει τα δεδοµένα αξιόπιστα στον αποµακρυσµένο υπολογιστή. Ταυτόχρο-

να όµως θα πρέπει να µεταφέρει και κάποιες πληροφορίες ελέγχου στο οµότιµό του

πρωτόκολλο, οι οποίες θα προσδιορίζουν τις ενέργειες χειρισµού των δεδοµένων

στον αποµακρυσµένο υπολογιστή. Αυτές οι πληροφορίες ελέγχου συνήθως επισυ-

νάπτονται στα δεδοµένα µε τη µορφή επικεφαλίδας (header). Η επικεφαλίδα είναι

µια δοµή δεδοµένων, συνήθως µικρού µεγέθους σε σχέση µε τον όγκο των δεδοµέ-

νων, που επισυνάπτεται στην αρχή του µηνύµατος και χρησιµοποιείται για την επι-

κοινωνία οµότιµων οντοτήτων. Επίσης, σε µερικές περιπτώσεις µέρος των πληρο-

φοριών ελέγχου επισυνάπτονται στο τέλος του µηνύµατος, σχηµατίζοντας έτσι µια

«ουρά» (trailer). Με αυτό τον τρόπο τα δεδοµένα της εφαρµογής περιλαµβάνονται

4 72 . 1 ∞ ƒ Ã π ∆ ∂ ∫ ∆ √ ¡ π ∫ ∂ ™ ¢ π ∫ ∆ À ø ¡ ™ ∂ ∂ ¶ π ¶ ∂ ¢ ∞

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 2.2

Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

(α)Τα σηµεία επαφής υπηρεσίας ενός πρωτοκόλλου εξαρτώνται από τον τρόπο µε

τον οποίο έχει υλοποιηθεί το πρωτόκολλο.

(β)Τα σηµεία επαφής υπηρεσίας των πρωτοκόλλων σχεδιάζονται έτσι ώστε να ελα-

χιστοποιείται ο όγκος της πληροφορίας που ανταλλάσσουν µεταξύ τους τα δύο

γειτονικά πρωτόκολλα.

(γ) Η µορφή των µηνυµάτων που ανταλλάσσουν δύο οµότιµες διεργασίες για την

υλοποίηση µιας υπηρεσίας καθορίζεται στα αντίστοιχα σηµεία επαφής υπηρε-

σίας µε τα υψηλότερα επίπεδα.

(δ) Ο αριθµός των επιπέδων µιας αρχιτεκτονικής δικτύου επιλέγεται έτσι ώστε να

µην υπάρχουν διακεκριµένες λειτουργίες µαζί στο ίδιο επίπεδο.

(ε) Το επίπεδο Ν χρησιµοποιεί τις υπηρεσίες όλων των χαµηλότερων επιπέδων για

να παράσχει τις υπηρεσίες του στα υψηλότερα επίπεδα.

Page 48: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

4 8 K E º A § A I O 2 : ∞ ƒ Ã π ∆ ∂ ∫ ∆ √ ¡ π ∫ ∏ ¢ π ∫ ∆ À √ À

στο νέο µήνυµα που δηµιουργείται από το πρωτόκολλο του 3ου επιπέδου και η δια-

δικασία αυτή καλείται ενθυλάκωση.

Για παράδειγµα, όπως απεικονίζεται στο Σχήµα 2.5, το πρωτόκολλο 3ου επιπέδου επι-

συνάπτει την επικεφαλίδα H3 στα δεδοµένα που λαµβάνει από την εφαρµογή και µετα-

βιβάζει το νέο µήνυµα [H3 | data] στο αµέσως χαµηλότερο επίπεδο. Στο 2ο επίπεδο επι-

συνάπτεται η επικεφαλίδα H2 και το µήνυµα πλέον λαµβάνει τη µορφή [H2 | H3 | data].

Στο φυσικό επίπεδο προστίθενται τόσο η επικεφαλίδα H1 όσο και η «ουρά» T1, και έτσι

στον αποµακρυσµένο υπολογιστή προωθείται το µήνυµα [H1 | H2 | H3 | data | T1].

Στον αποµακρυσµένο υπολογιστή ακολουθείται η αντίστροφη διαδικασία. Στην

πορεία του προς το υψηλότερο επίπεδο, το µήνυµα απαλλάσσεται σταδιακά από τις

πληροφορίες ελέγχου (επικεφαλίδες και «ουρές») και τελικά παραδίδεται στην εφαρ-

µογή εµπεριέχοντας µόνο το αρχικό µήνυµα της οµότιµης εφαρµογής.

™¯‹Ì· 2.5

Η ενθυλάκωση των

µηνυµάτων υψηλότε-

ρων επιπέδων στα

µηνύµατα των χαµηλό-

τερων επιπέδων

Οι πληροφορίες ελέγ-

χου που είναι απαραί-

τητες για την επικοινω-

νία των οµότιµων

οντοτήτων επισυνάπτο-

νται στα µεταβιβαζόµε-

να δεδοµένα σε µορφή

επικεφαλίδας ή/και σε

µορφή «ουράς» του

µηνύµατος.

Πρωτόκολλοεπιπέδου 2

Πρωτόκολλοεπιπέδου 3

Πρωτόκολλοεπιπέδου 2

Τοπικός H/Y

Εφαρµογή Εφαρµογή

ΥλικόΥλικό

Αποµακρυσµένος H/Y

data

data

data

data

data data

data

H3 H3

H3H3

H2 H2

H3H2H1 T1

Πρωτόκολλοεπιπέδου 3

Page 49: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2.2 ∆Ô ÌÔÓÙ¤ÏÔ ·Ó·ÊÔÚ¿˜ OSI

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· ·ÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτή την ενότητα θα µπορείτε να:

• ορίσετε το µοντέλο αναφοράς OSI και να εξηγήσετε τη σκοπιµότητα ύπαρξής του,

• αναφέρετε τα επτά επίπεδα στα οποία οργανώνονται οι λειτουργίες ενός δικτύου

σύµφωνα µε το µοντέλο αναφοράς OSI,

• περιγράψετε τις βασικές λειτουργίες που εκτελούνται σε καθένα από τα επτά επί-

πεδα του µοντέλου OSI,

• προσδιορίσετε ποια είναι τα τρία επίπεδα που υλοποιούνται σε κάθε κόµβο του

δικτύου, είτε είναι ενδιάµεσος είτε είναι τελικός κόµβος,

• ορίσετε ποια είναι η µονάδα της πληροφορίας που ανταλλάσσουν οι οµότιµες οντό-

τητες σε κάθε επίπεδο του µοντέλου OSI.

Στα τέλη της δεκαετίας του 1970, ο ∆ιεθνής Οργανισµός Τυποποίησης (International

Organization for Standardization, ISO) διατύπωσε µια σειρά από οδηγίες για την αρχι-

τεκτονική δικτύου. Αυτές οι οδηγίες συνέθεσαν το µοντέλο αναφοράς για τη ∆ιασύν-

δεση Ανοικτών Συστηµάτων (Open Systems Interconnection, OSI), το οποίο συνοπτι-

κά θα αναφέρεται ως µοντέλο αναφοράς OSI.

Αξίζει να παρατηρήσουµε ότι το µοντέλο αναφοράς OSI δεν αποτελεί µια αρχιτε-

κτονική δικτύου, καθώς δεν καθορίζει τα αναγκαία πρωτόκολλα και τα σηµεία επα-

φής τους. Ο οργανισµός ISO, σε συνδυασµό µε τη ∆ιεθνή Ένωση Τηλεπικοινωνιών

(International Telecommunication Union, ITU), καθόρισε µια σειρά από πρωτόκολ-

λα βασισµένα στο µοντέλο αναφοράς OSI, τα οποία συχνά καλούνται ως η σειρά πρω-

τοκόλλων «X.» (π.χ. X.25, X.400, X.500 κ.ά.). Τα πρωτόκολλα ISO δεν έτυχαν όµως

ευρείας αποδοχής και χαρακτηρίστηκαν έτσι από την εµπορική αποτυχία τους.

4 92 . 2 ∆ √ ª √ ¡ ∆ ∂ § √ ∞ ¡ ∞ º √ ƒ∞ ™ O S I

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 2.3

Κατά το σχεδιασµό ενός πρωτοκόλλου η επικεφαλίδα που επισυνάπτεται στα δεδο-

µένα του υψηλότερου επιπέδου για την επικοινωνία οµότιµων οντοτήτων επιθυ-

µούµε να είναι µικρού µεγέθους σε σχέση µε τον όγκο των δεδοµένων. ∆ικαιολο-

γήστε αυτή τη σχεδιαστική επιλογή.

Page 50: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

5 0 K E º A § A I O 2 : ∞ ƒ Ã π ∆ ∂ ∫ ∆ √ ¡ π ∫ ∏ ¢ π ∫ ∆ À √ À

Το µοντέλο αναφοράς OSI επηρέασε όχι τόσο τον τρόπο µε τον οποίο σχεδιάζουµε,

αλλά πολύ περισσότερο τον τρόπο µε τον οποίο κατανοούµε τα δίκτυα υπολογιστών.

Το µοντέλο αναφοράς OSI έχει επτά επίπεδα (βλέπε Σχήµα 2.6). Τα τρία χαµηλότερα

επίπεδα ασχολούνται µε τον έλεγχο της µετάδοσης των µηνυµάτων µέσα στο δίκτυο,

ενώ τα τέσσερα ανώτερα επίπεδα παρέχουν την αξιόπιστη µεταβίβαση των δεδοµέ-

νων µεταξύ των τελικών χρηστών. Έτσι, και τα επτά επίπεδα υλοποιούνται µόνο

στους υπολογιστές που λειτουργούν ως τερµατικοί σταθµοί.

™¯‹Ì· 2.6

Το µοντέλο

αναφοράς OSI

Το µοντέλο

αναφοράς OSI

οργανώνεται σε

επτά επίπεδα. Οι

λειτουργίες των

τριών χαµηλότε-

ρων επιπέδων

(Φυσικό, Σύνδε-

σης ∆εδοµένων

και ∆ικτύου) διε-

νεργούν τον έλεγ-

χο της µετάδοσης

µηνυµάτων µέσα

στο δίκτυο, ενώ οι

λειτουργίες των

υπόλοιπων ανώτε-

ρων επιπέδων

(Μεταφοράς,

Συνόδου, Παρου-

σίασης και Εφαρ-

µογής) παρέχουν

την αξιόπιστη

µεταβίβαση της

πληροφορίας από

άκρο σε άκρο.

Kόµβοι του δικτύου

∆ικτύου ∆ικτύου ∆ικτύου ∆ικτύου

Σύνδεσης∆εδοµένων

Σύνδεσης∆εδοµένων

Σύνδεσης∆εδοµένων

Σύνδεσης∆εδοµένων

Φυσικό Φυσικό Φυσικό Φυσικό

Mεταφοράς Mεταφοράς

Συνόδου Συνόδου

Παρουσίασης Παρουσίασης

Eφαρµογής Eφαρµογής

Page 51: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2.2.1 ∆Ô º˘ÛÈÎfi ∂›Â‰Ô

Στο Φυσικό Επίπεδο καθορίζονται οι ηλεκτρικές, µηχανικές και λειτουργικές προ-

διαγραφές για τη µετάδοση των δεδοµένων πάνω από ένα φυσικό µέσο, όπως, π.χ.

η οπτική ίνα, το οµοαξονικό καλώδιο, η µικροκυµατική ζεύξη κ.ά.

Για παράδειγµα, οι ερωτήσεις που θα πρέπει να απαντηθούν από τις προδιαγραφές

του Φυσικού Επιπέδου είναι της µορφής:

― Ποια στάθµη τάσης αντιστοιχεί στο bit 1 και ποια στο bit 0;

― Ποια είναι η χρονική διάρκεια του παλµού ενός bit;

― Ποια είναι η διαδικασία εγκαθίδρυσης της σύνδεσης µε το δίκτυο πριν από τη

µετάδοση των δεδοµένων και ποια η διαδικασία τερµατισµού αυτής;

― Πώς καθορίζεται ο ρυθµός µετάδοσης των δεδοµένων;

― Σε τι σήµα αντιστοιχεί ο κάθε ακροδέκτης του συνδετήρα του δικτύου;

Σε αυτό το σηµείο θα πρέπει να τονίσουµε ότι στο Φυσικό Επίπεδο τα δεδοµένα γίνο-

νται αντιληπτά ως µια «ακατέργαστη» ακολουθία bits και µόνο.

2.2.2 ∆Ô ∂›Â‰Ô ™‡Ó‰ÂÛ˘ ¢Â‰Ô̤ӈÓ

Το Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων µάς παρέχει την αξιόπιστη µεταφορά των δεδο-

µένων πάνω από τα φυσικά µέσα. Έτσι, στο Επίπεδο ∆ικτύου το φυσικό µέσο µετά-

δοσης εµφανίζεται ως ένας σύνδεσµος απαλλαγµένος από σφάλµατα µεταφοράς,

κάτι που στην πραγµατικότητα δεν ισχύει.

Τα δεδοµένα που εισέρχονται στο Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων από το υψηλότερο

Επίπεδο ∆ικτύου οργανώνονται σε πλαίσια (frames). Στα πλαίσια ενσωµατώνονται

οι πληροφορίες ελέγχου αυτού του επιπέδου, µε τη µορφή επικεφαλίδας και «ουράς».

Εκτός από τον έλεγχο σφαλµάτων, οι πληροφορίες που περιέχονται στις επικεφαλίδες

και στις «ουρές» των πλαισίων συνήθως χρησιµοποιούνται για τον έλεγχο ροής (flow

control) και για τον προσδιορισµό της διεύθυνσης του φυσικού µέσου.

Στον παραλήπτη, όταν διαπιστωθεί σφάλµα µεταφοράς κατά τον έλεγχο ενός πλαι-

σίου, τότε, συνήθως, είτε ζητείται η επανεκποµπή του λανθασµένου πλαισίου είτε

απλώς ενηµερώνεται το αµέσως ανώτερο επίπεδο µε την αποστολή ενός σχετικού

µηνύµατος ειδοποίησης.

Ένα άλλο θέµα µε το οποίο ασχολείται το Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων είναι ο

έλεγχος της ροής δεδοµένων µεταξύ δύο κόµβων, έτσι ώστε να µη στέλνονται περισ-

σότερα δεδοµένα από αυτά που µπορεί να δεχτεί ο κόµβος προορισµού.

5 12 . 2 ∆ √ ª √ ¡ ∆ ∂ § √ ∞ ¡ ∞ º √ ƒ∞ ™ O S I

Page 52: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

5 2 K E º A § A I O 2 : ∞ ƒ Ã π ∆ ∂ ∫ ∆ √ ¡ π ∫ ∏ ¢ π ∫ ∆ À √ À

Εδώ αξίζει να παρατηρήσουµε ότι, µε βάση τους διαφορετικούς τρόπους χειρισµού

των σφαλµάτων µεταφοράς και της ροής δεδοµένων, το Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµέ-

νων µπορεί να προσφέρει περισσότερες από µία υπηρεσίες στο Επίπεδο ∆ικτύου, η

καθεµία µε διαφορετική ποιότητα και τιµή.

Τέλος, εάν το φυσικό µέσο µετάδοσης υποστηρίζει κάποιο σχήµα διευθυνσιοδότη-

σης, τότε αυτό υλοποιείται στο Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων. Έτσι, στην επικεφα-

λίδα του πλαισίου δεδοµένων θα πρέπει να καθορίζεται η «φυσική» διεύθυνση του

κόµβου προορισµού του. Με τον όρο «φυσική» διεύθυνση ενός κόµβου εννοούµε τη

διεύθυνση της αντίστοιχης µονάδας προσπέλασης του φυσικού µέσου µετάδοσης

πάνω από το οποίο υλοποιείται το δίκτυο. Η φυσική διεύθυνση είναι αποτυπωµένη

στο υλικό µέρος αυτής της συσκευής προσπέλασης («hardwired») και είναι µοναδι-

κή για κάθε συσκευή προσπέλασης του φυσικού µέσου που κατασκευάζεται.

2.2.3 ∆Ô ∂›Â‰Ô ¢ÈÎÙ‡Ô˘

Οι µονάδες δεδοµένων που ανταλλάσσουν οι οµότιµες διεργασίες στο Επίπεδο

∆ικτύου καλούνται πακέτα. Στο Επίπεδο ∆ικτύου καθορίζεται ο τρόπος δροµολόγη-

σης των πακέτων από τον αποστολέα στον παραλήπτη και ο έλεγχος συµφόρησης του

δικτύου. Ως συµφόρηση ορίζεται εκείνη η κατάσταση του δικτύου όπου η εισερχό-

µενη κυκλοφορία είναι µεγαλύτερη από αυτή που µπορεί να εξυπηρετήσει απρό-

σκοπτα το δίκτυο.

Ο αλγόριθµος δροµολόγησης των πακέτων µπορεί να είναι είτε στατικός είτε δυνα-

µικός. Στη δεύτερη περίπτωση, κατά την επιλογή της διαδροµής διοχέτευσης της

κυκλοφορίας µιας κλήσης λαµβάνεται υπόψη και ο φόρτος του δικτύου.

Οι σηµερινοί δυναµικοί αλγόριθµοι δροµολόγησης έχουν ως κύριο στόχο τη γρήγο-

ρη εξάλειψη των περιστατικών συµφόρησης στο δίκτυο. Στα µελλοντικά δίκτυα υψη-

λής απόδοσης, όπου θα προσφέρονται υπηρεσίες πραγµατικού χρόνου που θα απαι-

τούν εγγυηµένη ποιότητα εξυπηρέτησης από το δίκτυο, οι αλγόριθµοι δροµολόγη-

σης θα επιδιώκουν την αποφυγή των περιστατικών συµφόρησης.

Τέλος, σε αυτό το επίπεδο υλοποιείται το σχήµα διευθυνσιοδότησης του δικτύου. Κάθε

κόµβος που ανήκει σε ένα δίκτυο χαρακτηρίζεται µοναδικά από τη διεύθυνση δικτύ-

ου. Η διεύθυνση δικτύου είναι µια παράµετρος του κόµβου, ορίζεται στο λογισµικό

µέρος του και δεν πρέπει να συγχέεται µε τη φυσική διεύθυνσή του. Η δροµολόγηση

των πακέτων γίνεται µε βάση τη διεύθυνση δικτύου του παραλήπτη κόµβου.

Page 53: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

5 32 . 2 ∆ √ ª √ ¡ ∆ ∂ § √ ∞ ¡ ∞ º √ ƒ∞ ™ O S I

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 2.4

Ας θεωρήσουµε τα δύο ξεχωριστά δίκτυα δ1 και δ2 του Σχήµατος 2.7, τα οποία ανα-

πτύσσονται πάνω από διαµοιραζόµενο φυσικό µέσο του ιδίου τύπου. Ποιες από τις

παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

(α)Οι φυσικές διευθύνσεις των κόµβων Α και Β είναι διαφορετικές.

(β)Οι διευθύνσεις δικτύου των κόµβων Α και Β µπορεί να είναι ίδιες.

(γ) Εφόσον οι κόµβοι Α και ∆ είναι διασυνδεδεµένοι σε ανεξάρτητα τµήµατα του

φυσικού µέσου και δεν ανήκουν στο ίδιο δίκτυο, τότε οι φυσικές τους διευθύν-

σεις µπορεί να είναι ίδιες.

(δ) Οι διευθύνσεις δικτύου των κόµβων Α και ∆ πρέπει να είναι διαφορετικές.

(ε) Όταν ο κόµβος Γ µεταφερθεί από το δίκτυο δ2 στο δίκτυο δ1, τότε θα αλλάξει η

φυσική διεύθυνσή του.

A B Γ ∆

δ1 δ2

™¯‹Ì· 2.7

Τα δίκτυα για την

Άσκηση αυτοαξιο-

λόγησης 2.4

2.2.4 ∆Ô ∂›Â‰Ô ªÂÙ·ÊÔÚ¿˜

Στο Επίπεδο Μεταφοράς υλοποιείται το κανάλι επικοινωνίας µεταξύ των τερµατι-

κών κόµβων, µέσω του οποίου θα µεταβιβάζονται αξιόπιστα τα µηνύµατά τους.

Στον αποστολέα κόµβο τα µηνύµατα που εισέρχονται από το ανώτερο Επίπεδο Συνό-

δου συνήθως διασπώνται σε πακέτα, τα οποία αριθµούνται και προωθούνται για

µετάδοση στο χαµηλότερο Επίπεδο ∆ικτύου. Αντίστοιχα, στον παραλήπτη κόµβο τα

αρχικά µηνύµατα επανασυνθέτονται από τα εισερχόµενα πακέτα και προωθούνται

προς επεξεργασία στο Επίπεδο Συνόδου. Σε αυτό το επίπεδο συνήθως συµπεριλαµ-

βάνεται και ένα σχήµα επιβεβαίωσης, το οποίο χρησιµοποιείται για την επαλήθευ-

ση της ορθής παράδοσης των πακέτων στον προορισµό τους.

Επίσης, το Επίπεδο Μεταφοράς είναι υπεύθυνο για την εγκαθίδρυση, τη συντήρη-

ση και τον τερµατισµό των καναλιών επικοινωνίας µεταξύ των τερµατικών κόµβων.

Page 54: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

5 4 K E º A § A I O 2 : ∞ ƒ Ã π ∆ ∂ ∫ ∆ √ ¡ π ∫ ∏ ¢ π ∫ ∆ À √ À

Αυτά µπορεί να είναι είτε ιδεατά κυκλώµατα είτε να υλοποιούνται µε αυτοδύναµα

πακέτα (βλέπε Ενότητα 1.2), επιτυγχάνοντας αντίστοιχα επικοινωνία µε σύνδεση

(connection oriented) ή χωρίς σύνδεση (connectionless).

Σε αρκετές περιπτώσεις περισσότερα από ένα διαφορετικά µηνύµατα χρησιµοποι-

ούν το ίδιο κανάλι επικοινωνίας µεταξύ των τερµατικών κόµβων. Σε άλλες περι-

πτώσεις ένα µήνυµα µπορεί να χρησιµοποιήσει περισσότερα από ένα κανάλια επι-

κοινωνίας µεταξύ του αποστολέα και του προορισµού για να βελτιώσει το ρυθµό

εξυπηρέτησής του. Η πολύπλεξη των µηνυµάτων πραγµατοποιείται στο Επίπεδο

Μεταφοράς και διενεργείται µε τρόπο διάφανο στο Επίπεδο Συνόδου.

Τέλος, στο Επίπεδο Μεταφοράς διενεργείται και ο έλεγχος της ροής των δεδοµένων

µεταξύ των τερµατικών κόµβων, έτσι ώστε να µη λαµβάνει ο παραλήπτης κόµβος

περισσότερα δεδοµένα από όσα µπορεί απρόσκοπτα να εξυπηρετήσει. Ο έλεγχος

ροής σε αυτό το επίπεδο είναι ξεχωριστός και ανεξάρτητος από τον έλεγχο ροής που

διενεργείται στο Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων.

Επειδή σε αυτό το επίπεδο ελέγχεται η από άκρο σε άκρο επικοινωνία, το Επίπεδο

Μεταφοράς (και όλα τα ανώτερα από αυτό επίπεδα) υλοποιείται µόνο στους τερµα-

τικούς και όχι στους ενδιάµεσους κόµβους.

2.2.5 ∆Ô ∂›Â‰Ô ™˘Ófi‰Ô˘

Σε αυτό το επίπεδο διενεργούνται όλες οι απαραίτητες λειτουργίες για την εγκαθί-

δρυση, την επίβλεψη και τον τερµατισµό των συνόδων (sessions) µεταξύ των τελι-

κών εφαρµογών.

Για παράδειγµα, πριν από την έναρξη της µετάδοσης δεδοµένων οι τελικές εφαρµο-

γές θα πρέπει να συµφωνήσουν εάν η επικοινωνία θα είναι αµφίδροµη (full duplex),

εναλλακτικά αµφίδροµη (half duplex) ή µονόδροµη (simplex). Στην πρώτη περί-

πτωση τα δεδοµένα µπορούν να µεταδίδονται και προς τις δύο κατευθύνσεις ταυτό-

χρονα, στη δεύτερη περίπτωση µπορούν να µεταδίδονται και προς τις δύο κατευ-

θύνσεις αλλά όχι ταυτόχρονα, ενώ στην τρίτη περίπτωση τα δεδοµένα µεταδίδονται

µόνο προς µία κατεύθυνση. Αυτή η διαπραγµάτευση διενεργείται µεταξύ των οµό-

τιµων οντοτήτων του Επιπέδου Συνόδου.

Επίσης, από το Επίπεδο Συνόδου προσφέρεται και η υπηρεσία συγχρονισµού, η οποία

χαρακτηρίζεται εξαιρετικά χρήσιµη για την αποτελεσµατική αντιµετώπιση καταστά-

σεων κατάρρευσης της σύνδεσης. Η βασική ιδέα είναι πολύ απλή. Στην ακολουθία

δεδοµένων εισάγονται κάποια προσυµφωνηµένα σηµεία συγχρονισµού πριν από τη

µετάδοσή τους. Εάν η σύνδεση καταρρεύσει, τότε θα επαναµεταδοθούν µόνο τα δεδο-

Page 55: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

µένα που εστάλησαν από το τελευταίο σηµείο συγχρονισµού και µετά και όχι το σύνο-

λό τους, κάτι που θα αποφέρει σηµαντική εξοικονόµηση των πόρων του δικτύου.

2.2.6 ∆Ô ∂›Â‰Ô ¶·ÚÔ˘Û›·Û˘

Το Επίπεδο Παρουσίασης ασχολείται µε την αναπαράσταση των δεδοµένων και έχει

ως κύρια λειτουργία την εξασφάλιση της αναγνωσιµότητάς τους, ακόµα και µεταξύ

κόµβων που χρησιµοποιούν διαφορετικές µορφές αναπαράστασης της πληροφορίας.

Για παράδειγµα, έστω ότι ο αποστολέας κόµβος χρησιµοποιεί την κωδικοσειρά ASCII

για την αναπαράσταση χαρακτήρων και ότι οι ακέραιοι αριθµοί εκφράζονται σαν

συµπλήρωµα ως προς ένα. Επίσης, έστω ότι ο παραλήπτης κόµβος χρησιµοποιεί την

κωδικοσειρά EBCDIC και οι ακέραιοι αριθµοί του εκφράζονται σαν συµπλήρωµα ως

προς δύο. Για να µπορέσουν να επικοινωνήσουν οι δύο κόµβοι, θα πρέπει τα δεδο-

µένα του αποστολέα να µετατραπούν στη µορφή δεδοµένων που αναγνωρίζει ο παρα-

λήπτης. Αυτή η µετατροπή διενεργείται στο Επίπεδο Παρουσίασης.

Τέλος, στο Επίπεδο Παρουσίασης συµφωνείται η τεχνική συµπίεσης δεδοµένων και

το σχήµα κρυπτογράφησης της πληροφορίας που θα ακολουθούν ο αποστολέας και

ο παραλήπτης κόµβος για την εξοικονόµηση των πόρων του δικτύου και την εξα-

σφάλιση της µυστικότητας και της γνησιότητας της πληροφορίας, αντίστοιχα.

2.2.7 ∆Ô ∂›Â‰Ô ∂Ê·ÚÌÔÁ‹˜

Το Επίπεδο Εφαρµογής παρέχει ένα σύνολο δικτυακών υπηρεσιών στις τελικές εφαρ-

µογές των χρηστών (όπως, π.χ. το ηλεκτρονικό ταχυδροµείο, η µεταφορά αρχείων, η

εξοµοίωση τερµατικών, η σύνδεση σε αποµακρυσµένους σταθµούς εργασίας κ.ά.).

Ο αναγνώστης δε θα πρέπει να συγχέει την τελική εφαρµογή µε την αντίστοιχη στοι-

χειώδη υπηρεσία του Επιπέδου Εφαρµογής. Για παράδειγµα, ένα πρόγραµµα µετα-

φοράς αρχείου είναι µια τελική εφαρµογή χρήστη που βασίζεται στο πρωτόκολλο

µεταφοράς αρχείου του Επιπέδου Εφαρµογής. Το πρόγραµµα και το πρωτόκολλο

είναι δύο τελείως διαφορετικές οντότητες και δεν πρέπει να τις συγχέουµε ως έννοι-

ες, παρ’ όλο που έχουν το ίδιο ακρωνύµιο (FTP).

5 52 . 2 ∆ √ ª √ ¡ ∆ ∂ § √ ∞ ¡ ∞ º √ ƒ∞ ™ O S I

Page 56: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

5 6 K E º A § A I O 2 : ∞ ƒ Ã π ∆ ∂ ∫ ∆ √ ¡ π ∫ ∏ ¢ π ∫ ∆ À √ À

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 2.5

Αναγράψτε δίπλα σε κάθε λειτουργία το επίπεδο OSI, στα πλαίσια του οποίου εκτε-

λείται αυτή η λειτουργία. Μια λειτουργία µπορεί να σχετίζεται µε περισσότερα από

ένα επίπεδα ή και µε κανένα από αυτά.

• κρυπτογράφηση

• έλεγχος σφαλµάτων

• υλοποίηση προδιαγραφών

του φυσικού µέσου

• φυσική διευθυνσιοδότηση

• έλεγχος συµφόρησης

• υλοποίηση συνόδων µεταξύ

τελικών εφαρµογών

• πολύπλεξη µηνυµάτων

• έλεγχος ροής

• διευθυνσιοδότηση δικτύου

• δροµολόγηση

• παροχή στοιχειωδών υπηρεσιών

δικτύου στις τελικές εφαρµογές

• συµπίεση

• συγχρονισµός

• υλοποίηση καναλιού επικοινωνίας

µεταξύ τερµατικών κόµβων

• αναπαράσταση δεδοµένων

Page 57: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2.3 ∏ ·Ú¯ÈÙÂÎÙÔÓÈ΋ ÙÔ˘ ¢È·‰ÈÎÙ‡Ô˘

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· ·ÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτή την ενότητα, θα µπορείτε να:

• αναφέρετε τα τέσσερα επίπεδα στα οποία οργανώνονται οι λειτουργίες ενός δικτύ-

ου TCP/IP,

• περιγράψετε τις βασικές λειτουργίες που εκτελούνται σε καθένα από τα τέσσερα

επίπεδα της αρχιτεκτονικής του ∆ιαδικτύου,

• ορίσετε τα δύο πρωτόκολλα του Επιπέδου Μεταφοράς και να διευκρινίσετε την

ειδοποιό διαφορά τους,

• αναφέρετε πέντε πρωτόκολλα εφαρµογής που χρησιµοποιούνται στα δίκτυα

TCP/IP.

Το ∆ιαδίκτυο (Internet) είναι µια (τεράστια) συλλογή συνεργαζόµενων δικτύων υπο-

λογιστών. Το ∆ιαδίκτυο σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε έτσι ώστε να εξασφαλίζει την

αξιόπιστη επικοινωνία µεταξύ των ανοµοιογενών συστηµάτων που το απαρτίζουν.

Το ∆ιαδίκτυο είναι απόγονος του ARPANET, ενός πειραµατικού δικτύου µεταγω-

γής πακέτων, που χρηµατοδότησε το Υπουργείο Άµυνας των ΗΠΑ το 1969. Στόχος

τους ήταν η δηµιουργία ενός δικτύου το οποίο θα µπορούσε αξιόπιστα να µεταφέ-

ρει πληροφορία από ένα άκρο του σε ένα άλλο άκρο ακόµα και όταν µερικοί κόµβοι

του θέτονταν εκτός λειτουργίας. Στην αρχική του υλοποίηση, το ARPANET συνέ-

δεε τέσσερα αποµακρυσµένα συστήµατα.

5 72 . 3 ∏ ∞ ƒ Ã π ∆ ∂ ∫ ∆ √ ¡ π ∫ ∏ ∆ √ À ¢ π ∞ ¢ π ∫ ∆ À √ À

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 2.6

Συµπληρώστε τα κενά της πρότασης επιλέγοντας από τις παρακάτω λέξεις:

Τα προς µετάδοση δεδοµένα οργανώνονται σε ………………………… στο Επίπεδο Μετα-

φοράς, σε ………………………… στο Επίπεδο ∆ικτύου και σε ………………………… στο Επί-

πεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων, ενώ στο Φυσικό Επίπεδο η επεξεργασία τους γίνεται

θεωρώντας τα ως «ακατέργαστη» ………………………… .

ακολουθία bits, πακέτα, µηνύµατα, τµήµατα, ακολουθία bytes, κελιά,

συνόδους, ακολουθία παλµών, πλαίσια, κανάλια επικοινωνίας

Page 58: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

5 8 K E º A § A I O 2 : ∞ ƒ Ã π ∆ ∂ ∫ ∆ √ ¡ π ∫ ∏ ¢ π ∫ ∆ À √ À

Το ARPANET εξαπλώθηκε µε γοργούς ρυθµούς, συµπεριέλαβε πλήθος κόµβων από

την ακαδηµαϊκή και ερευνητική κοινότητα, αλλά σύντοµα αντιµετώπισε το πρό-

βληµα της ανοµοιογένειας των συνδεδεµένων συστηµάτων. Το 1982 υιοθέτησε ένα

σύνολο κανόνων επικοινωνίας, που έγιναν γνωστοί ως η οµάδα πρωτοκόλλων

TCP/IP, διασυνδέοντας έτσι µια µεγάλη ποικιλία συστηµάτων και εφαρµογών.

Το 1985 δηµιουργήθηκε το NSFNET, το οποίο διέθετε ένα πολύ γρήγορο (για την

εποχή του) δίκτυο κορµού και εξυπηρετούσε την ακαδηµαϊκή και ερευνητική κοι-

νότητα των ΗΠΑ. Πολύ σύντοµα πλήθος πανεπιστηµίων, ερευνητικών κέντρων και

οργανισµών από όλο τον κόσµο συνδέθηκαν στο NSFNET, σχηµατίζοντας έτσι ένα

παγκόσµιο διαδίκτυο.

™¯‹Ì· 2.8

Η αρχιτεκτονική των δικτύων TCP/IP

Οι λειτουργίες των δικτύων TCP/IP οργανώνονται σε τέσσε-

ρα επίπεδα. Ονοµάζοντάς τα από το χαµηλότερο επίπεδο

προς το υψηλότερο, αυτά είναι τα επίπεδα Πρόσβασης

∆ικτύου, ∆ικτύου, Μεταφοράς και Εφαρµογής.

IP

TCP UDP

FTP

TELNC

T

RLOGI

N

SMT

P

DNS

...

HTT

P

RTP

TFT

P

Πρόσβαση ∆ικτύου

Η αρχιτεκτονική του ∆ιαδικτύου, ή αλλιώς η αρχιτεκτονική των δικτύων TCP/IP,

απεικονίζεται στο Σχήµα 2.8, όπου παρατηρούµε ότι τα πρωτόκολλα επικοινωνίας

οργανώνονται σε τέσσερα επίπεδα.

2.3.1 ∆Ô ∂›Â‰Ô ¶ÚfiÛ‚·Û˘ ¢ÈÎÙ‡Ô˘

Στο χαµηλότερο επίπεδο αυτής της αρχιτεκτονικής, το οποίο καλούµε Επίπεδο Πρό-

σβασης ∆ικτύου, βρίσκονται εκείνα τα πρωτόκολλα επικοινωνίας που έχουν ως κύρια

λειτουργία τη µετάδοση πακέτων µεταξύ συγκεκριµένων κόµβων του δικτύου.

Οι κόµβοι επικοινωνούν µεταξύ τους είτε µε σύνδεσµο σηµείου µε σηµείο είτε µέσω κάποι-

ου συνδέσµου πολλαπλής πρόσβασης. Μια µεγάλη ποικιλία πρωτοκόλλων έχουν αναπτυ-

χθεί και χρησιµοποιούνται ευρέως για τη µετάδοση πακέτων πάνω από τους συνδέσµους

(π.χ., Ethernet, Token Ring, FDDI, PPP κ.ά.). Συνήθως αυτά τα πρωτόκολλα υλοποιούνται

µε τη συνεργατική λειτουργία ενός τµήµατος υλικού (π.χ. ο προσαρµογέας δικτύου) και

ενός τµήµατος λογισµικού (π.χ. ο αντίστοιχος «οδηγός» του προσαρµογέα δικτύου).

Σύµφωνα µε τα παραπάνω, µπορούµε, σε γενικές γραµµές, να αντιστοιχίσουµε το

Page 59: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Επίπεδο Πρόσβασης ∆ικτύου µε τα δύο χαµηλότερα επίπεδα του µοντέλου αναφο-

ράς OSI (Φυσικό και Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων).

2.3.2 ∆Ô ∂›Â‰Ô ¢ÈÎÙ‡Ô˘

Στο Επίπεδο ∆ικτύου αυτής της αρχιτεκτονικής βρίσκεται µόνο το πρωτόκολλο IP

(Internet Protocol), το οποίο ελέγχει τη διευθυνσιοδότηση των κόµβων του δικτύου και

τη δροµολόγηση των πακέτων. Το IP, ωστόσο, δεν µπορεί να εγγυηθεί ότι θα παραδώσει

όλα τα πακέτα δεδοµένων στον προορισµό τους ή ότι θα τα παραδώσει µε τη σωστή σειρά.

Με το πρωτόκολλο IP κατέστη δυνατή η διασύνδεση πολλών διαφορετικών δικτυακών

τεχνολογιών και η ενοποίησή τους σε ένα λογικό διαδίκτυο. Για παράδειγµα, στο ∆ια-

δίκτυο µπορεί να συνδεθεί κάποιος είτε από το σπίτι του, µέσω του παραδοσιακού τηλε-

φωνικού δικτύου (PSTN) ή του δικτύου ISDN, είτε µέσω του τοπικού δικτύου του γρα-

φείου του και της αντίστοιχης µόνιµης ζεύξης είτε από την παραλία, το βουνό, ή καθ’

οδόν µε τη χρήση ασύρµατων συστηµάτων τηλεπικοινωνιών (π.χ., το δίκτυο κινητής

τηλεφωνίας). Όλοι αυτοί οι χρήστες, παρ’ όλο που χρησιµοποιούν διαφορετικές τεχνο-

λογίες πρόσβασης, έχουν ως κοινό χαρακτηριστικό τη χρήση του πρωτοκόλλου IP.

2.3.3 ∆Ô ∂›Â‰Ô ªÂÙ·ÊÔÚ¿˜

Στο Επίπεδο Μεταφοράς αυτής της αρχιτεκτονικής βρίσκονται τα πρωτόκολλα TCP

(Transmission Control Protocol – πρωτόκολλο ελέγχου µετάδοσης) και UDP (User

Datagram Protocol – πρωτόκολλο αυτοδύναµων πακέτων χρήστη), τα οποία ελέγ-

χουν την ανταλλαγή των πακέτων µεταξύ των τερµατικών κόµβων, ρυθµίζοντας έτσι

την από άκρο σε άκρο επικοινωνία.

Το πρωτόκολλο UDP παραδίδει ένα πακέτο στον προορισµό του, διενεργώντας µόνο

έναν απλό έλεγχο για να διαπιστωθεί αν το πακέτο έχει υποστεί αλλοίωση κατά τη

µεταφορά του µέσω του δικτύου. Αν έχει φθαρεί, τότε απορρίπτεται, αλλιώς προω-

θείται για περαιτέρω επεξεργασία.

Αντίθετα, το πρωτόκολλο TCP διενεργεί πιο σύνθετους ελέγχους σφαλµάτων. Συγκε-

κριµένα, εάν ένα πακέτο διαπιστωθεί ότι έχει φθαρεί, τότε ζητείται από τον αποστο-

λέα κόµβο η επανεκποµπή του πακέτου. Επιπλέον, το πρωτόκολλο TCP διενεργεί και

έλεγχο ροής των πακέτων, φροντίζοντας να µειώσει το ρυθµό µεταφοράς τους σε

καταστάσεις συµφόρησης του δικτύου και µέχρις ότου αυτές εξοµαλυνθούν.

Από τα παραπάνω παρατηρούµε ότι στα δίκτυα TCP/IP οι σηµαντικές λειτουργίες

ελέγχου σφαλµάτων και ελέγχου ροής διενεργούνται στους τερµατικούς κόµβους

του δικτύου, απαλλάσσοντας έτσι τους ενδιάµεσους κόµβους από πολύπλοκες και

5 92 . 3 ∏ ∞ ƒ Ã π ∆ ∂ ∫ ∆ √ ¡ π ∫ ∏ ∆ √ À I N T E R N E T

Page 60: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

6 0 K E º A § A I O 2 : ∞ ƒ Ã π ∆ ∂ ∫ ∆ √ ¡ π ∫ ∏ ¢ π ∫ ∆ À √ À

δαπανηρές λειτουργίες. Αυτό είναι συµβατό µε µια βασική σχεδιαστική αρχή στα

δίκτυα υπολογιστών, σύµφωνα µε την οποία «δεν πρέπει να ζητάµε από το δίκτυο να

κάνει κάτι που µπορούµε να το κάνουµε µόνοι µας».

2.3.4 ∆Ô ∂›Â‰Ô ∂Ê·ÚÌÔÁ‹˜

Πάνω από το Επίπεδο Μεταφοράς βρίσκεται µια µεγάλη ποικιλία πρωτοκόλλων εφαρ-

µογής, όπως τα FTP (File Transfer Protocol – πρωτόκολλο µεταφοράς αρχείου), TFTP

(Trivial File Transfer Protocol – τετριµµένο πρωτόκολλο µεταφοράς αρχείου), SMTP

(Simple Mail Transfer Protocol – απλό πρωτόκολλο µεταφοράς ταχυδροµείου), HTTP

(HyperText Transfer Protocol – πρωτόκολλο µεταφοράς υπερκειµένου), TELNET (πρω-

τόκολλο πρόσβασης σε αποµακρυσµένο υπολογιστή), RTP (Real – time Transfer Protocol

– πρωτόκολλο µεταφοράς πραγµατικού χρόνου), SNMP (Simple Network Management

Protocol – απλό πρωτόκολλο διαχείρισης δικτύου), DNS (Domain Name System – σύστη-

µα ονοµασίας περιοχών), NFS (Network File System – δικτυακό σύστηµα αρχείων), κ.ά.

Η κύρια λειτουργία αυτών των πρωτοκόλλων εφαρµογής είναι η εξασφάλιση της

διαλειτουργικότητας των αντίστοιχων εφαρµογών. Για να µπορέσουµε να κατανοή-

σουµε τη διαφορά µεταξύ του πρωτοκόλλου εφαρµογής και της εφαρµογής, ας θεω-

ρήσουµε τα εργαλεία λογισµικού που χρησιµοποιούνται για ανάγνωση ιστοσελίδων

που υπάρχουν διαθέσιµα στο εµπόριο (π.χ., το Netscape Communicator, το MS –

Internet Explorer, το Mosaic κ.ά.). Όλες αυτές οι εφαρµογές συµµορφώνονται στους

κανόνες του πρωτοκόλλου εφαρµογής HTTP. Συνέπεια αυτού είναι το γεγονός ότι

µπορούµε να χρησιµοποιήσουµε όλα ανεξαιρέτως τα προγράµµατα περιήγησης για

να προσπελάσουµε τις ιστοσελίδες κάποιου ηλεκτρονικού τόπου στο ∆ιαδίκτυο.

Tα περισσότερα πρωτόκολλα εφαρµογής χρησιµοποιούν τις υπηρεσίες του TCP για

την επικοινωνία τους µε τα οµότιµα πρωτόκολλα (π.χ., FTP, SMTP, HTTP, TELNET,

RTP). Aρκετά πρωτόκολλα εφαρµογής χρησιµοποιούν το UDP (π.χ., TFTP, SNMP,

NFS), ενώ υπάρχουν και µερικά πρωτόκολλα που χρησιµοποιούν και το TCP και το

UDP (π.χ., DNS).

Τέλος, σε γενικές γραµµές, θα µπορούσαµε να αντιστοιχίσουµε το Επίπεδο Εφαρ-

µογής στη αρχιτεκτονική των δικτύων TCP/IP µε τα τρία υψηλότερα επίπεδα του

µοντέλου αναφοράς OSI (Συνόδου, Παρουσίασης και Εφαρµογής).

¢Ú·ÛÙËÚÈfiÙËÙ· 2.2

Έστω ότι θέλετε να µεταφέρετε ένα αρχείο από έναν τοπικό σε έναν αποµακρυ-

σµένο υπολογιστή. Ποια από τα πρωτόκολλα της αρχιτεκτονικής TCP/IP θα χρη-

σιµοποιούσατε σε αυτή τη µεταφορά και ποιες είναι οι βασικές λειτουργίες τους;

Page 61: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

™‡ÓÔ„Ë

• Για να χειριστούµε την πολυπλοκότητα στη σχεδίαση των δικτύων υπολογιστών,

οργανώνουµε τις λειτουργίες τους σε στρώµατα ή επίπεδα.

• Η διαστρωµάτωση στις λειτουργίες των δικτύων απλοποιεί την υλοποίησή τους

και παρέχει τις δυνατότητες της δοµηµένης σχεδίασης και της επαναχρησιµοποί-

ησης λογισµικού.

• Οι αφηρηµένες οντότητες που συνθέτουν τα επίπεδα σε ένα επικοινωνιακό σύστη-

µα ονοµάζονται πρωτόκολλα.

• Οι λειτουργίες που εκτελεί ένα πρωτόκολλο και οι υπηρεσίες που παρέχει σε οντότητες

υψηλότερου επιπέδου καθορίζονται στα σηµεία επαφής υπηρεσίας του πρωτοκόλλου.

• Οι κανόνες επικοινωνίας των οµότιµων οντοτήτων ενός πρωτοκόλλου ορίζονται

στο σηµείο επαφής πρωτοκόλλου.

• Ένα σύνολο πρωτοκόλλων ορίζει µια αρχιτεκτονική δικτύου. Τα σηµεία επαφής

υπηρεσίας και πρωτοκόλλου αποτελούν τις προδιαγραφές της αρχιτεκτονικής.

• Η ενθυλάκωση των µηνυµάτων υψηλότερων επιπέδων στα µηνύµατα των χαµηλότε-

ρων επιπέδων είναι µια τυπική διαδικασία στις αρχιτεκτονικές δικτύων, η οποία έχει

ως σκοπό τη µεταβίβαση πληροφοριών ελέγχου µεταξύ των οµότιµων οντοτήτων.

• Το µοντέλο αναφοράς OSI οργανώνεται σε επτά επίπεδα. Στα τρία χαµηλότερα επίπε-

δα (Φυσικό, Σύνδεσης ∆εδοµένων και ∆ικτύου) διενεργείται ο έλεγχος της µετάδοσης

µηνυµάτων µέσα στο δίκτυο. Στα ανώτερα επίπεδα (Μεταφοράς, Συνόδου, Παρουσία-

σης και Εφαρµογής) ελέγχεται η µεταβίβαση της πληροφορίας από άκρο σε άκρο.

• Στο Φυσικό Επίπεδο καθορίζονται οι ηλεκτρικές, µηχανικές και λειτουργικές προ-

διαγραφές του φυσικού µέσου.

• Στο Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων διενεργούνται έλεγχοι σφαλµάτων και ροής και

υλοποιείται η φυσική διευθυνσιοδότηση.

6 1™ Y N O æ H

¢Ú·ÛÙËÚÈfiÙËÙ· 2.3

Τα ιστορικά στοιχεία του ∆ιαδικτύου πιστεύουµε ότι είναι ενδιαφέροντα και ότι αξί-

ζει να διερευνήσετε για απαντήσεις σε ερωτήµατα όπως, π.χ. Σε ποιες πόλεις των

ΗΠΑ βρίσκονταν οι τέσσερις πρώτοι κόµβοι του ARPANET (1969); ή Ποιες περιο-

χές συνέδεε στην αρχική του µορφή το NSFNET (1986); ή Ποιος ήταν ο πρώτος

οργανισµός στην Ελλάδα που συνδέθηκε µε µόνιµη ζεύξη στο ∆ιαδίκτυο (1989);

Page 62: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

6 2 K E º A § A I O 2 : ∞ ƒ Ã π ∆ ∂ ∫ ∆ √ ¡ π ∫ ∏ ¢ π ∫ ∆ À √ À

• Στο Επίπεδο ∆ικτύου διενεργείται ο έλεγχος συµφόρησης και η δροµολόγηση των

πακέτων και υλοποιείται η διευθυνσιοδότηση δικτύου.

• Στο Επίπεδο Μεταφοράς εκτελούνται όλες οι απαραίτητες λειτουργίες για την εγκα-

θίδρυση, τη συντήρηση και τον τερµατισµό των καναλιών επικοινωνίας µεταξύ

των τερµατικών κόµβων, διενεργούνται έλεγχοι σφαλµάτων και ροής και υλοποι-

ούνται διάφορα σχήµατα πολύπλεξης δεδοµένων.

• Το Επίπεδο Συνόδου επιβλέπει τη λειτουργία των συνόδων µεταξύ των τελικών

εφαρµογών, προσφέροντας παράλληλα και την υπηρεσία του συγχρονισµού στη

µετάδοση των δεδοµένων.

• Το Επίπεδο Παρουσίασης ασχολείται µε την αναπαράσταση των δεδοµένων και

την εξασφάλιση της αναγνωσιµότητάς τους, παρέχοντας επιπλέον και τις υπηρε-

σίες συµπίεσης και κρυπτογράφησης.

• Το Επίπεδο Εφαρµογής παρέχει ένα σύνολο δικτυακών υπηρεσιών στις τελικές

εφαρµογές των χρηστών.

• Τα πρωτόκολλα της αρχιτεκτονικής του ∆ιαδικτύου οργανώνονται σε τέσσερα επί-

πεδα: Πρόσβασης ∆ικτύου, ∆ικτύου, Μεταφοράς και Εφαρµογής. Στο Επίπεδο

∆ικτύου περιλαµβάνεται ένα µόνο πρωτόκολλο, το IP, ενώ στο Επίπεδο Μεταφο-

ράς βρίσκονται τα πρωτόκολλα TCP και UDP.

Page 63: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

µÈ‚ÏÈÔÁÚ·Ê›·

Το µοντέλο αναφοράς OSI πρωτοπαρουσιάστηκε στο άρθρο του Zimmerman (1980).

Στο βιβλίο του Tanenbaum (1996) παρουσιάζεται αρχικά µε συνοπτικό τρόπο το

µοντέλο αναφοράς OSI, ενώ στα επόµενα κεφάλαια το κάθε επίπεδο αναλύεται ξεχω-

ριστά. Η προηγούµενη έκδοση του βιβλίου έχει µεταφραστεί στα ελληνικά από τους

Ν. Παπαντώνη και Κ. Καραΐσκο (1992).

Για το ∆ιαδίκτυο ένα πολύ κατατοπιστικό εισαγωγικό άρθρο είναι αυτό του Clark

(1988), ενώ αρκετά χρήσιµο είναι το βιβλίο του Comer (1997). Επίσης, για το ∆ια-

δίκτυο ο αναγνώστης µπορεί να επισκεφτεί τον ηλεκτρονικό τόπο του διεθνούς

φορέα που επιβλέπει την ανάπτυξη των πρωτοκόλλων του (Internet Engineering Task

Force – IETF), στη διεύθυνση http://www.ietf.org.

Εάν ο αναγνώστης επιθυµεί επιπλέον τεχνικό υλικό σχετικά µε το ∆ιαδίκτυο, τότε

ενθαρρύνεται να µελετήσει τα RFCs (Request for Comments). Αυτά είναι άρθρα µε

σχετικά υψηλό βαθµό τεχνικής παρουσίασης, που προηγούνται της τυποποίησης των

πρωτοκόλλων που συνήθως πραγµατεύονται. Για παράδειγµα, τα RFCs 793, 768 και

791 παρουσιάζουν τις προδιαγραφές των πρωτοκόλλων TCP, UDP και IP, αντίστοι-

χα. Επιπλέον, τα RFCs πραγµατεύονται και άλλα, λιγότερο τεχνικά θέµατα, όπως,

π.χ. τις αναµνήσεις ενός από τους πρωτεργάτες του ∆ιαδικτύου του V. Cerf, στο RFC

2468. Τα RFCs είναι διαθέσιµα στη διεύθυνση http://www.rfc–editor.org.

Τέλος, ενδιαφέρουσα και κατατοπιστική είναι η συγκριτική παρουσίαση του µοντέ-

λου OSI και της αρχιτεκτονικής του ∆ιαδικτύου στο Kεφάλαιο 1 του βιβλίου των

Peterson και Davie (1996), αλλά και των βιβλίων του Padlipsky (1985) και του

Walrand (1998). Η προηγούµενη έκδοση του βιβλίου του Walrand έχει µεταφραστεί

στα ελληνικά από τον Μ. Αναγνώστου (1997).

[1]H. Zimmerman. «OSI reference model – The ISO model of architecture for open

systems interconnection». IEEE Transactions on Communications COM –

28(4):425 – 432. (April 1980).

[2]Andrew Tanenbaum. «Computer Networks». Third Edition. Prentice – Hall, Inc.

ISBN 0 – 13 – 349945 – 6. (1996).

[3] Andrew Tanenbaum. «∆ίκτυα Υπολογιστών». Μετάφραση: Νίκος Παπαντώνης και

Κώστας Καραΐσκος. Εκδόσεις Παπασωτηρίου. ISBN 960 – 7182 – 00 – 6. (1992).

[4] D. Clark. «The design philosophy of the DARPA internet protocols». Proceedings

of the SIGCOMM ’88 Symposium, pages 106 – 114. (August 1988).

[5]Douglas E. Comer. «The Internet Book: Everything you need to know about

6 3B I B § I O ° PA º I A

Page 64: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

6 4 K E º A § A I O 2 : ∞ ƒ Ã π ∆ ∂ ∫ ∆ √ ¡ π ∫ ∏ ¢ π ∫ ∆ À √ À

computer networking and how the Internet works». Second Edition. Prentice –

Hall, Inc. ISBN 0 – 13 – 890161 – 9. (1997).

[6] Larry L. Peterson and Bruce S. Davie. «Computer Networks: A System Approach».

Morgan Kaufmann Publishers, Inc. ISBN 1 – 55860 – 368 – 9. (1996).

[7]M. A. Padlipsky. «The Elements of Networking Style and Other Essays and

Animadversions on the Art of Intercomputer Networking». Prentice Hall,

Englewood Cliffs, NJ. (1985).

[8] Jean Walrand. «Communications Networks: A First Course». Second Edition.

McGraw – Hill. ISBN 0 – 256 – 17404 – 0. (1998).

[9] Jean Walrand. «∆ίκτυα Επικοινωνιών». Μετάφραση: Μιλτιάδης Αναγνώστου.

Εκδόσεις Παπασωτηρίου. ISBN 960 – 7510 – 45 – 3. (1997).

Page 65: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

∞¢ı›·˜ ™‡Ó‰ÂÛË KfiÌ‚ˆÓ

™ÎÔfi˜

Σε αυτό το κεφάλαιο θα γνωρίσουµε τα κύρια πρωτόκολλα πλαισίωσης της πληρο-

φορίας και τις βασικές αρχές εντοπισµού και διόρθωσης σφαλµάτων µεταφοράς,

εστιάζοντας την προσοχή µας στις πιο συχνά χρησιµοποιούµενες τεχνικές.

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· ·ÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτό το κεφάλαιο, θα µπορείτε να:

• αναφέρετε δύο βασικές λειτουργίες που υλοποιούν τα πρωτόκολλα πλαισίωσης.

• κατατάξετε σε τρεις κατηγορίες τις τεχνικές πλαισίωσης δεδοµένων.

• προσδιορίσετε τη µορφή πλαισίου ενός χαρακτηριστικού πρωτοκόλλου για καθε-

µία από τις τρεις κατηγορίες πλαισίωσης.

• περιγράψετε µε αδρές γραµµές τις λειτουργίες που εκτελούν ο αποστολέας και ο

παραλήπτης κόµβος για τον εντοπισµό των σφαλµάτων µεταφοράς.

• αναφέρετε συνοπτικά πώς δηµιουργείται ένας συστηµατικός γραµµικός κώδικας

δέσµης για τη διόρθωση σφαλµάτων.

• προσδιορίσετε τις δυνατότητες διόρθωσης σφαλµάτων ενός γραµµικού κώδικα

δέσµης.

ŒÓÓÔȘ ÎÏÂȉȿ

3∫ ∂ º ∞ § ∞ π √

• BISYNC

• DDCMP

• HDLC

• SDH

• SONET

• STM – 1

• απόσταση Hamming

• έλεγχος κυκλικού πλεονασµού (CRC)

• κώδικας δέσµης (n, k)

• κώδικες διόρθωσης σφαλµάτων

(ECC)

• Πίνακας Τυπικής ∆ιάταξης

• πλαισίωση

• προσθήκη bit

Page 66: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

6 6 K E º A § A I O 3 : ∞ ¶ ∂ À £ ∂ π ∞ ™ ™ À ¡ ¢ ∂ ™ ∏ K √ ª µ ø ¡

∂ÈÛ·ÁˆÁÈΤ˜ ·Ú·ÙËÚ‹ÛÂȘ

Όπως είδαµε στην Ενότητα 1.2, ο απλούστερος τρόπος διασύνδεσης δύο κόµβων είναι

µε χρήση απευθείας συνδέσµου σηµείου µε σηµείο. Επίσης, στα δίκτυα µεταγωγής

πακέτων γνωρίζουµε ότι για τη µεταβίβαση πληροφορίας µεταξύ των κόµβων θα πρέ-

πει να έχει εξασφαλιστεί η αξιόπιστη ανταλλαγή πακέτων µεταξύ αυτών. Όµως, το

να έχουµε απλώς «ενώσει» τους δύο κόµβους µε ένα φυσικό µέσο µετάδοσης (π.χ.

ένα καλώδιο οπτικής ίνας) δεν αρκεί για αυτή την αξιόπιστη ανταλλαγή πακέτων. Θα

πρέπει να έχουν αποσαφηνιστεί τουλάχιστον τα παρακάτω τέσσερα βασικά σηµεία

και να έχουν προκαθοριστεί οι λειτουργίες τους:

1. Ποιο είναι το σχήµα κωδικοποίησης των bits πάνω από το φυσικό µέσο µετάδο-

σης; Με άλλα λόγια, ποιες είναι οι ηλεκτρικές, µηχανικές και λειτουργικές προ-

διαγραφές στις οποίες έχουν συµφωνήσει οι δύο κόµβοι έτσι ώστε να µπορούν να

ανταλλάσσουν bits πάνω από το φυσικό µέσο; Οι λειτουργίες που υλοποιούν την

κωδικοποίηση των bits ανήκουν στο Φυσικό Επίπεδο του µοντέλου αναφοράς OSI

(µια λεπτοµερής παρουσίαση αυτών των λειτουργιών δίδεται στο βιβλίο «Ψηφια-

κές Επικοινωνίες» της ίδιας Θεµατικής Ενότητας).

2. Όπως είδαµε στο Κεφάλαιο 2, τα προς µετάδοση bits εισέρχονται στο Φυσικό Επί-

πεδο του αποστολέα κόµβου, όχι ως µια ακατέργαστη ακολουθία, αλλά οµαδοποιη-

µένα σε λογικές ενότητες, οι οποίες καλούνται πλαίσια. Αντίστοιχα, στον παραλήπτη

κόµβο τα πλαίσια αναγνωρίζονται από την ακολουθία των ληφθέντων bits και προ-

ωθούνται για περαιτέρω επεξεργασία ως λογικές ενότητες. Ποια είναι όµως η µορφή

αυτών των πλαισίων; Τι είδους πληροφορίες ελέγχου ενσωµατώνονται στα προς µετά-

δοση bits; Η διαδικασία σύνθεσης των πλαισίων εκτελείται στο Επίπεδο Σύνδεσης

∆εδοµένων του µοντέλου OSI, και συνήθως αναφέρεται στη βιβλιογραφία ως πλαι-

σίωση. Με την πλαισίωση ασχολούµαστε στην Ενότητα 3.1 αυτού του Kεφαλαίου.

3. Τα πλαίσια όµως µπορεί να υποστούν αλλοιώσεις κατά τη µεταφορά τους και, κατά

συνέπεια, ο παραλήπτης κόµβος θα πρέπει να είναι εξοπλισµένος µε µηχανισµούς ελέγ-

χου σφαλµάτων µεταφοράς. Με τους αλγόριθµους εντοπισµού και µε τις αρχές διόρ-

θωσης των σφαλµάτων µεταφοράς ασχολούµαστε στις Ενότητες 3.2 και 3.3, αντίστοιχα.

4. Μόλις ο παραλήπτης κόµβος εντοπίσει ένα αλλοιωµένο πλαίσιο και δεν υλοποιεί

τεχνικές διόρθωσης των σφαλµάτων µεταφοράς, τότε, για να αντιµετωπίσει αυτά

τα σφάλµατα, µπορεί να ζητήσει την επανεκποµπή του πλαισίου από τον αποστο-

λέα κόµβο. ∆ιάφορα πρωτόκολλα επανεκποµπής είναι γνωστά στη βιβλιογραφία

και χρησιµοποιούνται ευρέως στα υπάρχοντα δίκτυα. Αυτά τα πρωτόκολλα παρου-

σιάζονται και αναλύονται στο 4ο Κεφάλαιο του βιβλίου.

Page 67: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Οι λειτουργίες εντοπισµού και αντιµετώπισης των σφαλµάτων µεταφοράς µπορούν

να εκτελούνται είτε στο Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων του δικτύου είτε στο Επίπεδο

Μεταφοράς. Στη δεύτερη περίπτωση εφαρµόζονται επί των µηνυµάτων που ανταλ-

λάσσονται στο από άκρο σε άκρο κανάλι επικοινωνίας που έχει εγκαθιδρυθεί για τη

διασύνδεση των τερµατικών σταθµών, το οποίο γίνεται αντιληπτό ως ένας λογικός

σύνδεσµος.

6 7∂ π ™ ∞ ° ø ° π ∫ ∂ ™ ¶ ∞ ƒ∞∆ ∏ ƒ ∏ ™ ∂ π ™

Page 68: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

6 8 K E º A § A I O 3 : ∞ ¶ ∂ À £ ∂ π ∞ ™ ™ À ¡ ¢ ∂ ™ ∏ K √ ª µ ø ¡

3.1 ¶Ï·ÈÛ›ˆÛË

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· ·ÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτή την ενότητα, θα µπορείτε να:

• αναφέρετε τις τρεις κατηγορίες των τεχνικών πλαισίωσης δεδοµένων,

• προσδιορίσετε τα δύο χαρακτηριστικότερα πρωτόκολλα πλαισίωσης µε οργάνωση

ανά byte,

• περιγράψετε τη µορφή πλαισίου του πρωτοκόλλου HDLC,

• εξηγήσετε πώς αντιµετωπίζουµε την περίπτωση όπου η ειδική ακολουθία συγχρο-

νισµού των πλαισίων εµφανίζεται στα προς µετάδοση δεδοµένα,

• περιγράψετε το πρωτόκολλο πλαισίωσης που χρησιµοποιείται διεθνώς από τους τηλε-

πικοινωνιακούς φορείς για τη µετάδοση ψηφιακού σήµατος πάνω από οπτική ίνα,

• δώσετε δύο πλεονεκτήµατα του πρωτοκόλλου SDH έναντι των παλαιοτέρων τεχνι-

κών πλαισίωσης ψηφιακών δεδοµένων.

Το Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων εκτελεί ένα πλήθος λειτουργιών έτσι ώστε να µας

παρέχει την αξιόπιστη µεταφορά των δεδοµένων πάνω από τα φυσικά µέσα. Η πλη-

ροφορία που εισέρχεται προς µετάδοση ενθυλακώνεται µέσα σε µια λογική ενότη-

τα, η οποία καλείται πλαίσιο. Όλες οι απαραίτητες πληροφορίες ελέγχου ενσωµα-

τώνονται στην επικεφαλίδα και στην ουρά του πλαισίου. Στη συνέχεια, το πλαίσιο

µεταδίδεται ως µια ακολουθία bits πάνω από το φυσικό µέσο (βλέπε Σχήµα 3.1).

Aποστολέας<

κόµβος

Παραλήπτης<

κόµβος

Πληροφορία

προς µετάδοση

Πληροφορία

προς επεξεργασία

0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0

Aκολουθία bits

™¯‹Ì· 3.1

Η µετάδοση δεδοµένων στα δύο

χαµηλότερα επίπεδα του δικτύου

Μεταξύ των κόµβων ανταλλάσσο-

νται λογικές ενότητες πληροφο-

ρίας, οι οποίες ονοµάζονται πλαί-

σια. Η αρχή και το τέλος του κάθε

πλαισίου αναγνωρίζονται στον

παραλήπτη κόµβο από τις πληρο-

φορίες ελέγχου που περιέχουν η

επικεφαλίδα του και η ουρά του.

Page 69: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Ο παραλήπτης κόµβος µε τη σειρά του λαµβάνει αυτή την ακολουθία των bits και

καλείται αρχικά να «σκιαγραφήσει» τα όρια του κάθε πλαισίου, δηλαδή να εντοπί-

σει την αρχή και το τέλος του. Έτσι, θα µπορέσει να διακρίνει την επικεφαλίδα του

και την ουρά του, να εξαγάγει από αυτά τις αναγκαίες πληροφορίες και έτσι να διε-

νεργήσει τους απαραίτητους ελέγχους του επιπέδου. Τέλος, η αρχική πληροφορία

προωθείται προς επεξεργασία στα ανώτερα επίπεδα.

Στη βιβλιογραφία είναι γνωστοί διάφοροι τρόποι για να συνθέσεις ένα πλαίσιο, τους

οποίους θα ονοµάζουµε πρωτόκολλα πλαισίωσης. Αυτά τα πρωτόκολλα τα κατα-

τάσσουµε σε τρεις κατηγορίες: στα πρωτόκολλα όπου το πλαίσιο θεωρείται ως ένα

σύνολο από bytes, σε αυτά που το πλαίσιο θεωρείται ως µια συλλογή από bits και,

τέλος, σε αυτά όπου η πλαισίωση βασίζεται σε ένα καθολικό ρολόι που λειτουργεί

σε όλο το εύρος του δικτύου.

3.1.1 ¶ÚˆÙfiÎÔÏÏ· Ï·ÈÛ›ˆÛ˘ Ì ÔÚÁ¿ÓˆÛË ·Ó¿ byte

Στα πρωτόκολλα αυτής της κατηγορίας το πλαίσιο γίνεται αντιληπτό ως µια συλλο-

γή από bytes. Είναι οι παλαιότερες τεχνικές πλαισίωσης και έχουν λειτουργήσει µε

επιτυχία στο παρελθόν. Τώρα η χρήση τους είναι περιορισµένη.

Τα δύο χαρακτηριστικότερα πρωτόκολλα αυτής της κατηγορίας είναι το BISYNC

(Binary Synchronous Communication), που αναπτύχθηκε από την IBM στα τέλη της

δεκαετίας του ’60 για τη διασύνδεση αποµακρυσµένων τερµατικών µε τους (τότε)

υπερ – υπολογιστές της σειράς IBM S/360, και το DDCMP (Digital Data

Communication Message Protocol) της Digital Equipment Corporation.

Η µορφή πλαισίου του πρωτοκόλλου BISYNC

Στην πραγµατικότητα υπάρχουν διάφορες παραλλαγές του πρωτοκόλλου BISYNC,

ανάλογα µε τις συσκευές επί των οποίων υλοποιείται (τα πιο γνωστά είναι τα πρω-

τόκολλα 3270 BISYNC, 2780 BISYNC και HASP BISYNC). Στην παρουσίασή µας

θα ακολουθήσουµε τις γενικές παραδοχές του πρωτοκόλλου BISYNC όπως αυτές

περιγράφονται στην αντίστοιχη έκδοση – ανακοίνωση της IBM.

Σε αυτό το σηµείο θα θέλαµε να τονίσουµε αυτό το παράδοξο γεγονός, το οποίο συνα-

ντούµε συχνά στα δίκτυα υπολογιστών: οι κατασκευαστές, αντί να αναπτύσσουν

αυτούσιο ένα τυποποιηµένο σύστηµα, αναπτύσσουν παραλλαγές αυτού, δηµιουργώ-

ντας έτσι προβλήµατα στη διαλειτουργικότητα των συστηµάτων. Φυσικά, αυτό δε γίνε-

ται χωρίς λόγο και συνήθως υπαγορεύεται από τα τµήµατα προώθησης πωλήσεων των

εταιρειών. Τα τελευταία χρόνια όµως, µε την ευρεία αποδοχή των «ανοικτών» συστη-

6 93 . 1 ¶ § ∞ π ™ π ø ™ ∏

Page 70: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

7 0 K E º A § A I O 3 : ∞ ¶ ∂ À £ ∂ π ∞ ™ ™ À ¡ ¢ ∂ ™ ∏ K √ ª µ ø ¡

µάτων, παρατηρούµε ότι αυτή η τάση έχει αρχίσει να αντιστρέφεται.

Η µορφή του πλαισίου BISYNC απεικονίζεται στο Σχήµα 3.2.α. Το κάθε πλαίσιο

χωρίζεται σε πεδία. Τα πλαίσια µεταδίδονται από τα αριστερά προς τα δεξιά, δηλα-

δή τα δύο πεδία SYN µεταδίδονται πρώτα, στη συνέχεια το SOH κ.ο.κ. Τα bits του

κάθε πεδίου οµαδοποιούνται σε bytes και µεταδίδονται σε αύξουσα διάταξη (πρώτα

το b0, κατόπιν το b1, … και τελευταίο το bit b7 του κάθε byte). Το µήκος του κάθε

πεδίου σηµειώνεται από πάνω του και η µονάδα µέτρησης είναι το bit. π.χ. το καθέ-

να από τα πεδία SYN έχει µήκος 8 bits, ενώ το πεδίο CRC 16 bits. Στα πεδία όπου

δεν αναγράφεται το µήκος τους αυτό είναι µεταβλητό.

Η αρχή του κάθε πλαισίου δηλώνεται µε τον ειδικό χαρακτήρα συγχρονισµού SYN

(π.χ. ο 0¥16 στον κώδικα ASCII). Οι απαραίτητες πληροφορίες ελέγχου που συνο-

δεύουν το πλαίσιο καταχωρίζονται στην επικεφαλίδα του, η οποία εµφανίζεται στο

σχήµα ως το πεδίο «Header». Η αρχή αυτού του πεδίου δηλώνεται µε τον ειδικό

χαρακτήρα SOH, ενώ το τέλος του δηλώνεται µε το χαρακτήρα STX. Ο STX δηλώ-

νει ταυτόχρονα και την έναρξη των δεδοµένων του πλαισίου, τα οποία εµφανίζονται

στο σχήµα ως το πεδίο «Body». Το τέλος των δεδοµένων δηλώνεται µε τον χαρα-

κτήρα ETX. Τέλος, το πεδίο CRC χρησιµοποιείται από τον παραλήπτη κόµβο για

τον εντοπισµό των σφαλµάτων µεταφοράς.

™¯‹Ì· 3.2

Η µορφή πλαισίων των πρωτοκόλλων πλαισίωσης µε οργάνωση ανά byte

(α) Η µορφή του πλαισίου BISYNC και (β) η µορφή του πλαισίου DDCMP.

8

8 8 8

8 8 8 8

16 16

16

Body

Body

Header

Header

CRC

40

SYN

SYNSYN

SYN SOH

SOH

STX

Count CRC1 CRC2

ETX

(α) H µορφή πλαισίου του πρωτοκόλλου BISYNC

(β) H µορφή πλαισίου του πρωτοκόλλου DDCMP

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 3.1

Στο πρωτόκολλο BISYNC ποιες είναι οι ακολουθίες bits που ισοδυναµούν µε τους

χαρακτήρες ελέγχου SYN, SOH, STX και ETX, αντίστοιχα;

Page 71: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Η µορφή πλαισίου του πρωτοκόλλου DDCMP

Στο πρωτόκολλο DDCMP δε χρησιµοποιούνται ειδικοί χαρακτήρες ελέγχου για να

οριοθετήσουν το πλαίσιο, όπως στο BISYNC. Η βασική του ιδέα είναι πολύ απλή:

χρησιµοποίησε στην αρχή της επικεφαλίδας ένα πεδίο το οποίο να δηλώνει το συνο-

λικό µήκος του πλαισίου σε bytes. Έτσι, καταµετρώντας απλώς τα ληφθέντα bytes,

ο παραλήπτης κόµβος θα µπορεί να προσδιορίσει το τέλος του πλαισίου.

Η µορφή του πλαισίου DDCMP απεικονίζεται στο Σχήµα 3.2.β. Η αρχή του πλαι-

σίου και η αρχή της επικεφαλίδας δηλώνονται µε τους ειδικούς χαρακτήρες SYN και

SOH, αντίστοιχα. Η επικεφαλίδα του πλαισίου έχει µήκος 40 bits, όπου τα 14 πρώτα

bits δηλώνουν το µήκος του πλαισίου.

Η ληφθείσα επικεφαλίδα ελέγχεται για σφάλµατα µεταφοράς αξιοποιώντας την πλη-

ροφορία του πεδίου CRC1. Αυτό το επιπλέον πεδίο ελέγχου είναι απαραίτητο σε

τέτοιες τεχνικές πλαισίωσης, λόγω της κρισιµότητας της πληροφορίας που περιέχε-

ται στην επικεφαλίδα. Εάν το πεδίο που περιέχει το µήκος του πλαισίου αλλοιωθεί,

τότε ο παραλήπτης κόµβος δε θα µπορέσει να οριοθετήσει το πλαίσιο και, κατά συνέ-

πεια, δε θα µπορέσει να αντλήσει το περιεχόµενό του. Είναι, λοιπόν, χρήσιµο να γνω-

ρίζει εκ των προτέρων ότι δεν µπορεί να προσδιορίσει τα όρια του τρέχοντος πλαι-

σίου και να ανιχνεύει την έναρξη του επόµενου πλαισίου, αγνοώντας όλη τη ενδιά-

µεση πληροφορία που λαµβάνει.

Τέλος, τα δεδοµένα του πλαισίου ελέγχονται ως προς τα σφάλµατα µεταφοράς µέσω

του πεδίου CRC2.

7 13 . 1 ¶ § ∞ π ™ π ø ™ ∏

¢Ú·ÛÙËÚÈfiÙËÙ· 3.1

Τι συµβαίνει στην περίπτωση που ο ειδικός χαρακτήρας ελέγχου ETX εµπεριέχε-

ται στα δεδοµένα του πλαισίου;

Μπορείτε να προτείνετε έναν τρόπο αποφυγής εµφάνισης του ανωτέρω γεγονότος;

Υπόδειξη: Χρησιµοποιήστε τον ειδικό χαρακτήρα DLE που παρουσιάσαµε στην

απάντηση της Άσκησης Aυτοαξιολόγησης 3.1.

¢Ú·ÛÙËÚÈfiÙËÙ· 3.2

Τι συµβαίνει στην περίπτωση που ο ειδικός χαρακτήρας ελέγχου ETX αλλοιώνε-

ται κατά τη µεταφορά του πλαισίου;

Page 72: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

7 2 K E º A § A I O 3 : ∞ ¶ ∂ À £ ∂ π ∞ ™ ™ À ¡ ¢ ∂ ™ ∏ K √ ª µ ø ¡

3.1.2 ¶ÚˆÙfiÎÔÏÏ· Ï·ÈÛ›ˆÛ˘ Ì ÔÚÁ¿ÓˆÛË ·Ó¿ bit

Στα πρωτόκολλα αυτής της κατηγορίας το πλαίσιο γίνεται αντιληπτό ως µια ακολουθία

από bits και πουθενά δεν έχουµε την οµαδοποίησή τους και το χειρισµό τους ως bytes.

Το χαρακτηριστικότερο πρωτόκολλο αυτής της κατηγορίας είναι το HDLC (High –

Level Data Link Control), το οποίο ορίστηκε από το ∆ιεθνή Οργανισµό Τυποποίη-

σης (ISO 3309 – 1979) και αποτελεί εξέλιξη του πρωτοκόλλου SDLC (Synchronous

Data Link Control) της IBM.

Στις µέρες µας χρησιµοποιείται ευρέως µια παραλλαγή του HDLC, που ονοµάζεται

PPP (Point – to – Point Protocol). Αυτό το πρωτόκολλο ορίστηκε από την Οµάδα

∆ράσης του ∆ιαδικτύου (Internet Engineering Task Force – IETF) και στην πράξη

έχει αναγνωριστεί ως το κύριο πρωτόκολλο πρόσβασης στο ∆ιαδίκτυο µέσω του επι-

λεγόµενου τηλεφωνικού δικτύου.

Η µορφή πλαισίου του πρωτοκόλλου HDLC

Η µορφή του πλαισίου HDLC απεικονίζεται στο Σχήµα 3.3.

Στην αρχή του πλαισίου υπάρχει ένα πεδίο σηµατοδοσίας, το «Flag», στο οποίο

καταχωρίζεται πάντα η ακολουθία bits 01111110. Η ίδια ειδική ακολουθία bits

01111110 δηλώνει επίσης και το τέλος του πλαισίου.

Πριν από τα δεδοµένα του πλαισίου τοποθετείται η επικεφαλίδα του και µετά από

τα δεδοµένα τοποθετείται το πεδίο CRC, του οποίου η πληροφορία χρησιµοποιείται

για τον εντοπισµό των σφαλµάτων µεταφοράς.

8 816/32 16/32

BodyHeaderFlag FlagCRC

™¯‹Ì· 3.3

Η µορφή πλαισίου

του πρωτοκόλλου

HDLC (οργάνωση

ανά bit)

Ένα βασικό πρόβληµα που πρέπει να αντιµετωπίσει αυτό το πρωτόκολλο πλαισίω-

σης είναι η εµφάνιση της ειδικής ακολουθίας 01111110 µέσα στα δεδοµένα του

πλαισίου. Αυτό επιλύεται µε µια τεχνική που ονοµάζεται προσθήκη bit (bit stuffing)

και η βασική της ιδέα είναι ανάλογη µε την προσθήκη του ειδικού χαρακτήρα DLE

που είδαµε στο πρωτόκολλο BISYNC. Σε αυτή την τεχνική, όταν ο αποστολέας κόµ-

βος µεταδώσει πέντε διαδοχικά 1 από τα δεδοµένα του πλαισίου, τότε προσθέτει ένα

0 πριν µεταδώσει το επόµενο bit. Φυσικά, αυτό δεν εφαρµόζεται στην ειδική ακο-

λουθία που δηλώνει την αρχή και το τέλος του πλαισίου.

Page 73: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

3.1.3 ¶ÚˆÙfiÎÔÏÏ· Ï·ÈÛ›ˆÛ˘ ‚·ÛÈṲ̂ӷ Û ηıÔÏÈÎfi ÚÔÏfiÈ

Η τεχνική της προσθήκης bit προσδίδει µια ιδιαιτερότητα στα πλαίσια HDLC: το µήκος

τους δεν είναι σταθερό και προκαθορισµένο, αλλά εξαρτάται από τα δεδοµένα που

µεταφέρει. Ανάλογα και στα πλαίσια BISYNC, όπου εφαρµόζεται η τεχνική της προ-

σθήκης ειδικού χαρακτήρα. Αντίθετα, το πρωτόκολλο που περιγράφουµε σε αυτή την

υποενότητα µας εξασφαλίζει ότι τα πλαίσια έχουν όλα ίσο και σταθερό µέγεθος.

Το πρωτόκολλο SDH (Synchronous Digital Hierarchy) παρουσιάστηκε στα τέλη της

δεκαετίας του ’80 από τη ∆ιεθνή Ένωση Τηλεπικοινωνιών (International

Telecommunication Union, ITU) και αποτελεί πλέον την πιο αποδοτική, αξιόπιστη

και οικονοµική πρόταση για τη µετάδοση ψηφιακού σήµατος πάνω από οπτική ίνα.

Στις µέρες µας χρησιµοποιείται κυρίως από τους οργανισµούς τηλεπικοινωνιών για

την ανάπτυξη δικτύων κορµού.

Το SDH αποτελεί εξέλιξη του πρωτοκόλλου SONET (Synchronous Optical Network),

που πρωτοπαρουσιάστηκε από την Bell Communications Research (Bellcore) και

αργότερα υιοθετήθηκε από το Αµερικανικό Ινστιτούτο Τυποποιήσεων (American

National Standards Institute, ANSI) για την ψηφιακή µετάδοση πάνω από οπτική

ίνα. Το πρωτόκολλο SONET χρησιµοποιείται στις ΗΠΑ, στον Καναδά και στην

Ιαπωνία, ενώ το SDH στην Ευρώπη και στον υπόλοιπο κόσµο.

Η µορφή πλαισίου του πρωτοκόλλου SDH

Στη σύσταση G.707 της ITU – T ορίζεται η «µονάδα σύγχρονης µεταφοράς»

(Synchronous Transport Module), που αναφέρεται συνοπτικά ως STM – 1 και η οποία

7 33 . 1 ¶ § ∞ π ™ π ø ™ ∏

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 3.2

Έστω ότι ένας κόµβος θέλει να µεταφέρει µέσω του δικτύου τα ακόλουθα δεδοµένα:

011010111111111011110001101011111110110

Αν η εφαρµοζόµενη πλαισίωση είναι η HDLC και υποθέσουµε ότι η επικεφαλίδα

και το πεδίο CRC είναι κενά, τότε ποια θα είναι η ακολουθία bits που θα µεταδώ-

σει ο κόµβος στο δίκτυο;

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 3.3

Περιγράψτε τη διαδικασία που εκτελεί ο παραλήπτης κόµβος για την αφαίρεση των επι-

πρόσθετων bits που προσάρτησε ο αποστολέας κόµβος µε την τεχνική της προσθήκης bit.

Page 74: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

7 4 K E º A § A I O 3 : ∞ ¶ ∂ À £ ∂ π ∞ ™ ™ À ¡ ¢ ∂ ™ ∏ K √ ª µ ø ¡

αποτελεί το πλαίσιο µεταφοράς δεδοµένων σε συνδέσµους SDH µε ρυθµό µετάδοσης

ίσο µε 155,52 Mbps. Η µορφή του πλαισίου STM – 1 απεικονίζεται στο Σχήµα 3.4.

Το πλαίσιο STM – 1 µπορούµε να το θεωρήσουµε ως έναν πίνακα από bytes, µεγέ-

θους 9 γραµµών ¥ 270 στηλών. Η µετάδοσή του γίνεται γραµµή γραµµή, αρχίζοντας

από την πάνω αριστερά γωνία και τελειώνοντας στην κάτω δεξιά γωνία. Η µετάδο-

ση του πλαισίου εκτελείται σε 125 µsec, δίνοντας έτσι ένα συνολικό ρυθµό µετάδο-

σης ίσο µε 9 γραµµές ¥ 270 στήλες ¥ 8 bits/byte ¥ 8000 πλαίσια/sec = 155,52 Mbps.

Τα πρώτα 9 bytes από κάθε γραµµή περιέχουν τις αναγκαίες πληροφορίες ελέγχου

του πρωτοκόλλου, ενώ τα υπόλοιπα 261 bytes περιέχουν τα δεδοµένα του χρήστη

του πρωτοκόλλου SDH. Έτσι, αν παροµοιάσουµε το πλαίσιο µε ένα κιβώτιο µετα-

φοράς αγαθών, τότε το ωφέλιµο φορτίο του είναι ίσο µε 9 ¥ 261 = 2.349 bytes, ενώ

το απόβαρό του, ή αλλιώς η επιβάρυνσή του, είναι ίσο µε 81 bytes. Οι όροι «ωφέλι-

µο φορτίο» (payload) και «επιβάρυνση» (overhead) χρησιµοποιούνται στο πρωτό-

κολλο SDH για να δηλώσουν τις αντίστοιχες ποσότητες.

Τα πρώτα 6 bytes του πλαισίου περιέχουν µια ειδική ακολουθία από bits, η οποία

υποδηλώνει την αρχή του. Το τέλος του πλαισίου είναι, εκ κατασκευής, γνωστό ότι

βρίσκεται σε απόσταση ίση µε 2.430 bytes από την αρχή του. Οπότε, η σκιαγράφη-

ση του πλαισίου µπορεί να γίνει εύκολα µε τη χρήση ενός απλού αριθµητή, αρκεί να

έχουµε εντοπίσει την αρχή του.

™¯‹Ì· 3.4

Η µορφή του πλαισίου STM – 1

Το πλαίσιο STM – 1 αποτελείται

από 9 γραµµές των 270 bytes.

Σε κάθε γραµµή, τα πρώτα 9

bytes αποτελούν την επιβάρυνση

του πρωτοκόλλου και περιέχουν

τις αναγκαίες πληροφορίες ελέγ-

χου, ενώ τα υπόλοιπα 261 bytes

αποτελούν το ωφέλιµο φορτίο

του πλαισίου και περιέχουν τις

πληροφορίες του χρήστη.Eπιβάρυνση(overhead)

Ωφέλιµο φορτίο (payload)

9 γραµµές

1 9

270 στήλες (Bytes)

Page 75: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Σε αυτό το σηµείο το πηγαίο ερώτηµα που θα περίµενα να ακούσω είναι το εξής:

«Και τι γίνεται εάν η ειδική ακολουθία bits, που δηλώνει την αρχή ενός πλαισίου,

εµπεριέχεται στα δεδοµένα του πλαισίου;». Σε αυτό το πρωτόκολλο δεν υπάρχει

τεχνική ανάλογη της προσθήκης bit που συναντήσαµε στο HDLC για να µας προ-

στατέψει από το παραπάνω πρόβληµα.

Αυτό επιλύεται µε έναν πολύ απλό τρόπο. Ο παραλήπτης κόµβος παρατηρεί συνε-

χώς τα εισερχόµενα bits και αναµένει να εντοπίσει την ειδική ακολουθία συγχρονι-

σµού µία φορά κάθε 2.430 bytes, όσο είναι δηλαδή το µήκος του πλαισίου. Εάν εντο-

πίζει την ειδική ακολουθία στο σωστό µέρος αρκετές φορές, τότε ο παραλήπτης κόµ-

βος θεωρεί ότι βρίσκεται σε συγχρονισµό και, κατά συνέπεια, µπορεί µε ακρίβεια

να σκιαγραφήσει τα πλαίσια και να επεξεργαστεί τα δεδοµένα τους.

Οι ρυθµοί µετάδοσης του SDH

Οι τρέχουσες υλοποιήσεις του SDH υποστηρίζουν τη µετάδοση δεδοµένων σε συγκε-

κριµένους τυποποιηµένους ρυθµούς, οι οποίοι παρουσιάζονται στον Πίνακα 3.1.

¶›Ó·Î·˜ 3.1

Οι υποστηριζόµενοι ρυθµοί µετάδοσης δεδοµένων στις τρέχουσες υλοποιήσεις του

SDH και του SONET

Ρυθµός µετάδοσης πλαίσιο SDH πλαίσιο SONET

155,52 Mbps STM – 1 STS – 3 ή OC – 3

622,08 Mbps STM – 4 STS – 12 ή OC – 12

2488,32 Mbps STM – 16 STS – 48 ή OC – 48

9953,28 Mbps STM – 64 STS – 192 ή OC – 192

Αυτό που αξίζει να παρατηρήσουµε είναι ότι οι ρυθµοί µετάδοσης είναι ακέραιοι

πολλαπλάσιοι του ρυθµού του STM – 1. Σύµφωνα µε το SDH, κάθε πλαίσιο µετα-

δίδεται σε χρόνο ίσο µε 125 µsec. Κάνοντας τις κατάλληλες αριθµητικές πράξεις,

διαπιστώνουµε ότι το πλαίσιο STM – 4 έχει µήκος 9.720 bytes, ποσότητα που είναι

ακριβώς τέσσερις φορές µεγαλύτερη από το µήκος του πλαισίου STM – 1. Επίσης,

το µήκος των πλαισίων STM – 16 και STM – 64 είναι 16 και 64 φορές µεγαλύτερο

από το µήκος του STM – 1, αντίστοιχα.

Επειδή τα Ν πλαίσια STM – 1 εφαρµόζουν τέλεια σε ένα πλαίσιο STM – Ν, η πολύ-

πλεξη συνδέσµων χαµηλού ρυθµού µετάδοσης υποστηρίζεται σχετικά εύκολα από το

SDH, συγκρινόµενο µε τις παλαιότερες τεχνικές µετάδοσης ψηφιακών δεδοµένων.

7 53 . 1 ¶ § ∞ π ™ π ø ™ ∏

Page 76: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

7 6 K E º A § A I O 3 : ∞ ¶ ∂ À £ ∂ π ∞ ™ ™ À ¡ ¢ ∂ ™ ∏ K √ ª µ ø ¡

Αυτή η ιδιότητα αποτελεί ένα από τα ισχυρότερα πλεονεκτήµατα του πρωτοκόλλου

SDH. ∆ιαισθητικά, µπορούµε να φανταστούµε ότι το πλαίσιο STM – N δηµιουργεί-

ται από την οµοιόµορφη παρεµβολή των bytes του κάθε πλαισίου STM – 1, δηλαδή

αρχικά µεταδίδεται το πρώτο byte από το πρώτο πλαίσιο, µετά το πρώτο byte από το

δεύτερο πλαίσιο, …, το πρώτο byte από το N – οστό πλαίσιο, κατόπιν το δεύτερο byte

από το πρώτο πλαίσιο, το δεύτερο byte από το δεύτερο πλαίσιο κ.ο.κ.

Στο SONET η µονάδα σύγχρονης µεταφοράς (δηλαδή η αντίστοιχη του STM – 1 του

SDH) ονοµάζεται STS – 1 ή OC – 1 (synchronous transport signal ή optical

container). Ο ρυθµός µετάδοσης δεδοµένων του STS – 1 ισούται µε 51,84 Mbps.

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 3.4

Γνωρίζοντας ότι το πλαίσιο SONET µεταδίδεται επίσης σε χρόνο ίσο µε 125 µsec

και ότι υπάρχει πλήρης συµβατότητα µεταξύ των πρωτοκόλλων SDH και SONET,

µπορείτε να προσδιορίσετε τη µορφή του πλαισίου STS – 1;

Χειρισµός των «εκτός φάσης» δεδοµένων

Το πρωτόκολλο SDH χρησιµοποιείται κυρίως από τους τηλεπικοινωνιακούς οργα-

νισµούς για την ανάπτυξη δικτύων κορµού, ο δε συγχρονισµός των κόµβων επιτυγ-

χάνεται µε τη χρήση ενός καθολικού ρολογιού.

™¯‹Ì· 3.5

Σχηµατική απεικόνιση του τρόπου χει-

ρισµού των «εκτός φάσης» δεδοµένων

Το SDH δίνει τη δυνατότητα έναρξης

εγγραφής των δεδοµένων σε αυθαίρετο

χρόνο µέσα στο πλαίσιο και συνεπώς τα

δεδοµένα µπορεί να καταλαµβάνουν

χώρο από δύο συνεχόµενα πλαίσια.

1ο πλαίσιο

2ο πλαίσιο

Page 77: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Ας θεωρήσουµε το ακόλουθο σενάριο. Έστω ότι το δίκτυο SDH χρησιµοποιείται από

δύο κόµβους του για την ανταλλαγή κινούµενης εικόνας. Ο αποστολέας κόµβος ακο-

λουθεί όλες τις διαδικασίες της στοίβας των δικτυακών πρωτοκόλλων και τα δεδοµέ-

να του πλαισίου SDH είναι έτοιµα προς µετάδοση. Για λόγους απλότητας, έστω ότι το

κανάλι επικοινωνίας είναι ένα STM – 1, και έτσι τα δεδοµένα του αποστολέα κόµβου

είναι οργανωµένα ανά 2.349 bytes. Ποιος όµως µας έχει εξασφαλίσει ότι η χρονική

στιγµή που τα 2.349 bytes είναι διαθέσιµα θα συµπίπτει µε την έναρξη ενός πλαισίου;

Για να αποφύγει την απαίτηση συγχρονισµού των τερµατικών συσκευών µε τους

εσωτερικούς κόµβους του δικτύου, το SDH επιτρέπει στα δεδοµένα να µην περιο-

ρίζονται αυστηρά και µόνο στα όρια ενός πλαισίου, αλλά να υπερχειλίζουν τα όρια

δύο συνεχόµενων πλαισίων και να καταλαµβάνουν µέρος από αυτά. Αυτή η υπερ-

χείλιση απεικονίζεται στο Σχήµα 3.5.

Τα δεδοµένα µπορούν να αρχίσουν σε αυθαίρετο χρόνο µέσα στο πλαίσιο και ανα-

διπλώνονται έτσι ώστε να χωρέσουν στο πλάτος του πλαισίου. Το σηµείο έναρξης

των δεδοµένων υποδηλώνεται από έναν ειδικό δείκτη που είναι αποθηκευµένος στο

χώρο της επιβάρυνσης του πλαισίου.

Εκτός από την αποφυγή συγχρονισµού των τερµατικών συσκευών, ένα επιπλέον

σηµαντικό πλεονέκτηµα αυτής της δυνατότητας είναι ότι δεν απαιτείται ο συγχρο-

νισµός των καθολικών ρολογιών που χρησιµοποιούνται στους διάφορους τηλεπι-

κοινωνιακούς φορείς κατά τη γεφύρωση των δικτύων τους (…και αυτό ήταν ένα πρό-

βληµα που είχε απασχολήσει εκτεταµένα τους τηλεπικοινωνιακούς φορείς στις προη-

γούµενες τεχνολογίες πλαισίωσης).

3.2 ∂ÓÙÔÈÛÌfi˜ ÛÊ·ÏÌ¿ÙˆÓ

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· ·ÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτή την ενότητα, θα µπορείτε να:

• περιγράψετε µε αδρές γραµµές τις λειτουργίες που εκτελούν ο αποστολέας και ο

παραλήπτης κόµβος για τον εντοπισµό των σφαλµάτων µεταφοράς,

• δώσετε τη βασική ιδέα του ελέγχου κυκλικού πλεονασµού (CRC),

• προσδιορίσετε τα τέσσερα βήµατα του αλγόριθµου CRC,

• αναφέρετε τέσσερις δυνατότητες εντοπισµού σφαλµάτων µεταφοράς που έχουν οι

κώδικες CRC.

7 73 . 2 ∂ ¡ ∆ √ ¶ π ™ ª √ ™ ™ º ∞ § ª ∞∆ ø ¡

Page 78: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

7 8 K E º A § A I O 3 : ∞ ¶ ∂ À £ ∂ π ∞ ™ ™ À ¡ ¢ ∂ ™ ∏ K √ ª µ ø ¡

Για λόγους αξιοπιστίας, το δίκτυο θα πρέπει να είναι εξοπλισµένο µε µηχανισµούς

ελέγχου των σφαλµάτων µεταφοράς. Με την ευρεία χρήση των οπτικών ινών τα

σφάλµατα µεταφοράς έχουν µειωθεί σηµαντικά σε σχέση µε το παρελθόν, όπου τα

δίκτυα αναπτύσσονταν αποκλειστικά µε καλώδια χαλκού και µε ασύρµατες ζεύξεις.

∆εν παύουν όµως να αποτελούν ακόµα ένα σηµαντικό παράγοντα του βαθµού χρη-

στικότητας ενός συστήµατος.

Στα δίκτυα υπολογιστών χρησιµοποιούνται δύο τύποι µηχανισµών ελέγχου: ο εντο-

πισµός σφαλµάτων και η διόρθωση σφαλµάτων. Και στις δύο περιπτώσεις από τον

αποστολέα κόµβο προσθέτονται κάποια επιπλέον bits στο πλαίσιο, τα οποία περιέ-

χουν την κατάλληλη πληροφορία για την αποτελεσµατική διενέργεια του ελέγχου.

Στον παραλήπτη κόµβο αναλύονται τα εισερχόµενα δεδοµένα και η επιπρόσθετη

πληροφορία ελέγχου και εκτελείται η αντίστοιχη διαδικασία ελέγχου σφαλµάτων.

Εάν ο παραλήπτης κόµβος εντοπίσει σφάλµατα στη µεταφορά πλαισίων, τότε µια

τυπική ενέργειά του είναι να ζητήσει την επαναµετάδοσή τους από τον αποστολέα,

συµµορφούµενοι και οι δύο σε ένα σύνολο κανόνων που ονοµάζεται πρωτόκολλο

επανεκποµπής. Με τα πρωτόκολλα επανεκποµπής ασχολούµαστε στο 4ο Κεφάλαιο.

Ο χαρακτηριστικότερος, και ο πιο ευρέως χρησιµοποιούµενος, µηχανισµός εντοπι-

σµού σφαλµάτων µεταφοράς είναι ο έλεγχος κυκλικού πλεονασµού (cyclic

redundancy check, CRC), ο οποίος παρουσιάζεται σ’ αυτή την ενότητα.

¢Ú·ÛÙËÚÈfiÙËÙ· 3.3

Γνωρίζοντας ότι η διόρθωση σφαλµάτων είναι πιο δαπανηρή από τον εντοπισµό τους,

όσον αφορά το µέγεθος της επιπρόσθετης πληροφορίας και την απαιτούµενη επε-

ξεργαστική ισχύ, σε ποιες από τις παρακάτω περιπτώσεις θα επιλέγατε τη διόρθωση

αντί της συνδυασµένης δράσης του εντοπισµού και της επανεκποµπής πλαισίων;

(α)µεταφορά φωνής και κινούµενης εικόνας από υπηρεσία τηλεδιάσκεψης

(β)µεταφορά ιστοσελίδας

(γ) µεταφορά µηνύµατος ηλεκτρονικού ταχυδροµείου

(δ) µεταφορά σήµατος πυρόσβεσης

3.2.1 ŒÏÂÁ¯Ô˜ ΢ÎÏÈÎÔ‡ ÏÂÔÓ·ÛÌÔ‡

Ένας (…οµολογουµένως ακραίος) τρόπος για να ελέγξουµε την ορθότητα ενός

ληφθέντος πλαισίου είναι µε την αποστολή δύο αντιγράφων του εξαρχής. Ο παρα-

Page 79: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

λήπτης κόµβος ελέγχει τα ληφθέντα αντίγραφα και, εάν είναι ίδια, τότε θεωρεί ότι

δεν έχουν υποστεί αλλοίωση και προωθεί ένα αντίγραφο για περαιτέρω επεξεργα-

σία. Εάν διαφέρουν, τότε διαπιστώνει ότι συνέβη σφάλµα κατά τη µεταφορά πλαι-

σίου και ζητά την επανεκποµπή τους.

Όµως αυτός ο τρόπος δεν είναι ιδιαίτερα αποδοτικός. Συγκεκριµένα, για κάθε πλη-

ροφορία n bits µεταδίδουµε n επιπρόσθετα bits ως πληροφορία ελέγχου. Το επιθυ-

µητό θα ήταν να στέλναµε k επιπρόσθετα bits, µε k << n. Αυτό ικανοποιείται στον

έλεγχο κυκλικού πλεονασµού (cyclic redundancy check, CRC). Για παράδειγµα, τα

πλαίσια του πρωτοκόλλου τοπικού δικτύου Ethernet εµπεριέχουν µέχρι 12.000 bits

δεδοµένων (1.500 bytes), ενώ ελέγχονται µε έναν κώδικα CRC µήκους 32 bits.

Μια γενική περιγραφή

Η βασική ιδέα του ελέγχου κυκλικού πλεονασµού είναι πολύ απλή στη σύλληψη,

υποστηρίζεται δε από ένα πλήθος µαθηµατικών αποδείξεων, τις οποίες αποφεύγου-

µε να παρουσιάσουµε στην ύλη αυτού του βιβλίου. Για λεπτοµέρειες επί της τεχνι-

κής CRC ο χρήστης παραπέµπεται στο βιβλίο του Blahut (1983).

Τα δεδοµένα ενός πλαισίου διαιρούνται από µια προκαθορισµένη ακολουθία bits, η

οποία είναι γνωστή τόσο στον αποστολέα όσο και στον παραλήπτη κόµβο. Από τη

διαίρεση αυτή προκύπτει ένα πηλίκο και ένα υπόλοιπο. Το πηλίκο το αγνοούµε και

προσαρτούµε το υπόλοιπο της διαίρεσης στο τέλος του πλαισίου ως τη συµπληρω-

µατική πληροφορία ελέγχου για τον εντοπισµό σφαλµάτων. Ο παραλήπτης κόµβος,

όταν λάβει από το δίκτυο ένα πλαίσιο, διαιρεί την εισερχόµενη ακολουθία (δεδοµέ-

να και πληροφορία εντοπισµού σφαλµάτων) µε τη γνωστή ακολουθία bits, και προ-

κύπτει εκ νέου ένα υπόλοιπο. Εάν αυτό το υπόλοιπο είναι µη µηδενικό, τότε ο παρα-

λήπτης αντιλαµβάνεται την ύπαρξη σφάλµατος κατά τη µεταφορά.

Συνοπτική παρουσίαση του αλγόριθµου CRC

Αρχικά θα πρέπει να σκεφτόµαστε οποιαδήποτε ακολουθία n – bits ως ένα πολυώ-

νυµο n – 1 βαθµού. Ο συντελεστής του κάθε όρου του πολυωνύµου λαµβάνει την

τιµή του αντίστοιχου bit της ακολουθίας. Για παράδειγµα, η ακολουθία

1001110101 αντιστοιχεί στο πολυώνυµο.

M(x) = x9 + x6 + x5 + x4 +x2 + 1.

Τόσο στον αποστολέα κόµβο όσο και στον παραλήπτη είναι γνωστή εκ των προτέ-

ρων µια ειδική ακολουθία, η οποία ονοµάζεται πολυώνυµο γεννήτορας και συµβολί-

7 93 . 2 ∂ ¡ ∆ √ ¶ π ™ ª √ ™ ™ º ∞ § ª ∞∆ ø ¡

Page 80: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

8 0 K E º A § A I O 3 : ∞ ¶ ∂ À £ ∂ π ∞ ™ ™ À ¡ ¢ ∂ ™ ∏ K √ ª µ ø ¡

ζεται µε G(x).

Ο αλγόριθµος CRC συνοψίζεται στα ακόλουθα βήµατα:

Αποστολέας κόµβος:

1. Πολλαπλασίασε το M(x) µε το xk, όπου k είναι ο βαθµός του προκαθορισµένου

πολυωνύµου G(x). Αυτό ουσιαστικά αντιστοιχεί σε αύξηση του µήκους των δεδο-

µένων κατά k bits, µε αριστερή ολίσθηση κατά k των αρχικών bits και ταυτόχρονη

πλήρωση των κενών θέσεων µε µηδενικά.

2. ∆ιαίρεσε το M(x) ◊ xk µε το G(x). Από αυτή τη διαίρεση προκύπτουν το πηλίκο

Q(x) και το υπόλοιπο R(x).

3. Σύνθεσε το µήνυµα T(x), το οποίο θα αποστείλεις στο δίκτυο προς µεταφορά, όπου

T(x) = M(x) ◊ xk + R(x).

Παραλήπτης κόµβος:

4. ∆ιαίρεσε το ληφθέν µήνυµα T ¢(x) µε το G(x). Από αυτή τη διαίρεση προκύπτουν το πηλί-

κο Q¢(x) και το υπόλοιπο R¢(x). Εάν R¢(x) = 0, τότε δεν υπάρχει σφάλµα µεταφοράς.

™¯‹Ì· 3.6

Σχηµατική απεικόνιση

του τρόπου υπολογισµού

του υπολοίπου της διαίρεσης

των δεδοµένων

διά του πολυώνυµου γεννήτορα

για το Παράδειγµα 3.1

1 1 0 1 0 1

1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0

1 0 0 1 0 0

1 1 0 1 0 1

1 0 0 0 1 1

1 1 0 1 0 1

1 0 1 1 0 0

1 1 0 1 0 1

1 1 0 0 1 1

1 1 0 1 0 1

1 1 0 0 0 0

1 1 0 1 0 1

1 0 1 0 0

G(x)

M(x)◊xk

R(x)

Page 81: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

¶·Ú¿‰ÂÈÁÌ· 3.1

Έστω ότι το πολυώνυµο γεννήτορας αντιστοιχεί στην ακολουθία 110101, δηλαδή

είναι βαθµού k = 5. Τότε η εφαρµογή του αλγόριθµου CRC επί των δεδοµένων

1001110101 θα µας δώσει τα ακόλουθα βήµατα:

1. M(x) ◊ xk Æ 100111010100000

2. Η διαίρεση του M(x) ◊ xk µε το G(x) απεικονίζεται στο Σχήµα 3.6. Υπενθυµίζου-

µε ότι το υπόλοιπο της διαίρεσης δύο οµοιόβαθµων πολυώνυµων αντιστοιχεί µε

το αποτέλεσµα της πράξης του «αποκλειστικού–Ή» (exclusive – OR, XOR) επί

των αντίστοιχων ακολουθιών bits. Το υπόλοιπο της διαίρεσης είναι το 10100.

3. T(x) Æ 100111010110100

4. Είναι εύκολο να δείξετε ότι, εάν δεν υπάρχει σφάλµα µεταφοράς, τότε το υπό-

λοιπο της διαίρεσης της εισερχόµενης ακολουθίας µε το πολυώνυµο γεννήτορα

θα ισούται µε 0. Επίσης, έστω ότι η µεταφερόµενη ακολουθία αλλοιώνεται στο

δεύτερό της bit, και έτσι η λαµβανόµενη ακολουθία είναι η

110111010110100. Τότε, το υπόλοιπο της διαίρεσης θα ισούται µε 1101,

γεγονός που υποδηλώνει την ύπαρξη σφάλµατος µεταφοράς.

∆υνατότητες εντοπισµού σφαλµάτων

Αν θεωρήσουµε ότι στη µεταφερόµενη ακολουθία bits T ¢(x) προστίθεται ο θόρυβος

E(x), τότε ο παραλήπτης θα λάβει την ακολουθία T ¢(x) = T(x) + E(x) . Κανείς δεν

µπορεί να αποκλείσει την περίπτωση η µορφή του θορύβου να είναι τέτοια έτσι ώστε

η λαµβανόµενη ακολουθία να διαιρείται ακριβώς από το πολυώνυµο γεννήτορας. Σε

αυτή την περίπτωση όµως ο παραλήπτης θα βγάλει το (…λανθασµένο) συµπέρασµα

ότι στη ληφθείσα ακολουθία δεν υπάρχουν σφάλµατα µεταφοράς.

Η επιλογή του πολυώνυµου γεννήτορα είναι λοιπόν κρίσιµος παράγοντας στον έλεγχο

κυκλικού πλεονασµού. Τα κριτήρια επιλογής του πολυωνύµου είναι αρκετά τεχνικά και

σύνθετα και υποστηρίζονται από πολύπλοκα µαθηµατικά αποτελέσµατα. Στην πράξη

έχουν επικρατήσει να χρησιµοποιούνται τα πολυώνυµα του Πίνακα 3.2. Για παράδειγ-

µα, το CRC – ITU – T χρησιµοποιείται στο πρωτόκολλο HDLC, το CRC – 32 στο πρω-

τόκολλο τοπικών δικτύων Ethernet και στο πρωτόκολλο µητροπολιτικών δικτύων FDDI,

ενώ τα CRC – 8 και CRC – 10 χρησιµοποιούνται στο σύγχρονο πρωτόκολλο ATM.

8 13 . 2 ∂ ¡ ∆ √ ¶ π ™ ª √ ™ ™ º ∞ § ª ∞∆ ø ¡

Page 82: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

8 2 K E º A § A I O 3 : ∞ ¶ ∂ À £ ∂ π ∞ ™ ™ À ¡ ¢ ∂ ™ ∏ K √ ª µ ø ¡

¶›Ó·Î·˜ 3.2

Τα πιο συχνά χρησιµοποιούµενα πολυώνυµα γεννήτορες του αλγόριθµου CRC

∆ιακριτικός τίτλος G(x)

CRC – 8 x8 + x2 + x +1

CRC – 10 x10 + x9 + x5 + x4 + x + 1

CRC – ITU – T x16 + x12 + x5 + 1

CRC – 32 x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x11 + x10 + x8 + x7 + x5 +

+ x4 + x2 + x + 1

Σε γενικές γραµµές, µπορεί να αποδειχθεί ότι οι κώδικες CRC µήκους k bits έχουν

τις ακόλουθες δυνατότητες εντοπισµού σφαλµάτων µεταφοράς:

• Όλα τα σφάλµατα µονού bit, αρκεί οι όροι xk και x0 να έχουν µη µηδενικούς

συντελεστές.

• Όλα τα σφάλµατα διπλού bit, αρκεί το πολυώνυµο να περιέχει τρεις τουλάχιστον

όρους.

• Όλα τα σφάλµατα περιττού πλήθους, αρκεί το πολυώνυµο να περιέχει τον όρο (x + 1).

• Όλα τα σφάλµατα σε δέσµη bits µε µήκος µικρότερο από k bits, όπου ως δέσµη

ονοµάζουµε ένα πλήθος από διαδοχικά bits. Επίσης, εντοπίζονται τα περισσότε-

ρα από τα σφάλµατα µεταφοράς σε δέσµες µε µήκος µεγαλύτερο από k bits.

Τελειώνοντας, θα θέλαµε να παρατηρήσουµε ότι η υλοποίηση του αλγόριθµου CRC

είναι απλή και οικονοµική, καθώς απαιτεί µόνο λίγους καταχωρητές ολίσθησης και

µερικές πύλες XOR, και αυτός είναι ένας από τους κύριους λόγους που ο έλεγχος κυκλι-

κού πλεονασµού έχει χρησιµοποιηθεί σε τόσο ευρεία κλίµακα στα δίκτυα υπολογιστών.

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 3.5

Έστω ότι θέλετε να µεταφέρετε τα δεδοµένα 11010011010011110101 και θέλε-

τε να τα προστατέψετε από τα σφάλµατα µεταφοράς εφαρµόζοντας τον αλγόριθ-

µο CRC µε πολυώνυµο γεννήτορα το CRC – 8.

(α)Ποιο είναι το µήνυµα που θα αποστείλετε στο δίκτυο;

(β)Εάν αλλοιωθούν κατά τη µεταφορά το δεύτερο, το τέταρτο και το ενδέκατο bit

του µηνύµατος, ποιο θα είναι το υπόλοιπο της διαίρεσης του µηνύµατος µε το

πολυώνυµο γεννήτορα στον παραλήπτη; Πώς θα εξακριβώσει ο παραλήπτης τα

σφάλµατα µεταφοράς;

Page 83: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

3.3 ¢ÈfiÚıˆÛË ÛÊ·ÏÌ¿ÙˆÓ

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· ·ÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτή την ενότητα, θα µπορείτε να:

• δώσετε τον ορισµό του συστηµατικού γραµµικού κώδικα δέσµης (n, k),

• ορίσετε την απόσταση Hamming µεταξύ δύο κωδικών λέξεων και να δώσετε τη

φυσική ερµηνεία του,

• προσδιορίσετε τις δυνατότητες διόρθωσης σφαλµάτων ενός γραµµικού κώδικα

δέσµης,

• περιγράψετε µε αδρές γραµµές πώς δηµιουργείται ένας συστηµατικός κώδικας

δέσµης,

• αναφέρετε τη διαδικασία κατάστρωσης του Πίνακα Τυπικής ∆ιάταξης ενός κώδι-

κα και το πώς µπορεί αυτός να χρησιµοποιηθεί στη διόρθωση των σφαλµάτων

µεταφοράς.

Για τις υπηρεσίες πραγµατικού χρόνου, η επιθυµητή µέθοδος αντιµετώπισης των

σφαλµάτων µεταφοράς είναι η αυτόµατη διόρθωση των σφαλµάτων κατά την άφιξη

των πλαισίων στον παραλήπτη κόµβο. Επίσης, αυτό ισχύει και για τις υπηρεσίες που

αναπτύσσονται πάνω από µονόδροµα κανάλια επικοινωνίας, αλλά και για τις υπη-

ρεσίες µε πολλαπλούς παραλήπτες. Αυτό επιτυγχάνεται µε τους κώδικες διόρθωσης

σφαλµάτων.

Οι κώδικες διόρθωσης σφαλµάτων (Error Correction Codes, ECC) διαιρούνται συχνά

σε δύο µεγάλες κατηγορίες: στους κώδικες δέσµης (block codes) και στους συνελι-

κτικούς κώδικες (convolutional codes) (βλέπε Σχήµα 3.7). Οι πιο συχνά χρησιµο-

ποιούµενοι είναι οι κώδικες BCH (Bose – Chauduri – Hocquenghem), και ειδικότε-

ρα οι κώδικες Reed – Solomon, οι οποίοι συναντώνται πλέον στις συσκευές ανά-

γνωσης CD, στις µονάδες αποθήκευσης δεδοµένων Η/Υ, στα κινητά τηλέφωνα, στην

ψηφιακή τηλεόραση κ.ά. Οι κώδικες BCH είναι µια υποκατηγορία των γραµµικών

κωδίκων δέσµης.

8 33 . 3 ¢ π √ ƒ £ ø ™ ∏ ™ º ∞ § ª ∞∆ ø ¡

Page 84: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

8 4 K E º A § A I O 3 : ∞ ¶ ∂ À £ ∂ π ∞ ™ ™ À ¡ ¢ ∂ ™ ∏ K √ ª µ ø ¡

Σε αυτή την ενότητα παρουσιάζουµε τους γραµµικούς κώδικες δέσµης, και συγκε-

κριµένα περιγράφουµε συνοπτικά τα χαρακτηριστικά τους και τις ιδιότητές τους,

αποκρύπτοντας, όπου είναι δυνατόν, τη µαθηµατική λεπτοµέρεια. Για περαιτέρω

µελέτη ο αναγνώστης παραπέµπεται στα βιβλία των Clark και Cain (1981) και του

Wicker (1994).

3.3.1 °Ú·ÌÌÈÎÔ› ÎÒ‰ÈΘ ‰¤ÛÌ˘

Στο Σχήµα 3.8 απεικονίζεται µια γενική µορφή του κωδικοποιητή δέσµης. Σύµφω-

να µε αυτό, κάθε ακολουθία δεδοµένων µήκους k bits κωδικοποιείται σε µια ακο-

λουθία από n > k bits, µε την προσθήκη n – k bits ελέγχου. Οι τιµές των επιπρόσθε-

των bits ελέγχου προκύπτουν από τις τιµές των k bits δεδοµένων και µόνο.

Reed - Solomon Binary BCH

BCH

Kώδικες διόρθωσης σφαλµάτων

Kώδικες δέσµης

Γραµµικοί

Kυκλικοί

Golay

µη κυκλικοί

µη γραµµικοί

Συνελικτικοί Kώδικες

™¯‹Ì· 3.7

Μια κατηγοριοποίηση

των κωδίκων διόρθωσης σφαλµάτων

™¯‹Ì· 3.8

Ο συστηµατικός κώδικας

δέσµης (n, k)

Η κωδική λέξη (µήκους n bits)

δηµιουργείται από την αλληλου-

χία της αρχικής ακολουθίας

δεδοµένων (µήκους k bits) µε

µια ακολουθία από bits ελέγχου.

Οι τιµές των bits ελέγχου εξαρ-

τώνται µόνο από τις τιµές των

bits δεδοµένων.

Kωδικοποιητής<δέσµης

ακολουθία δεδοµένων

ακολουθία δεδοµένων(k bits)

πληροφορία ελέγχου

κωδική λέξη(n bits)

k n - k

n

Η ακολουθία από τα n bits που προκύπτει από αυτή την κωδικοποίηση ονοµάζεται

κωδική λέξη (codeword). Το σύνολο των 2k διαφορετικών κωδικών λέξεων ονοµά-

Page 85: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

ζεται σύστηµα κωδικοποίησης ή κώδικας δέσµης (n, k). Εδώ θα πρέπει να τονίσουµε

το γεγονός ότι, ενώ υπάρχουν 2n διαφορετικά στοιχεία µήκους n bits, έγκυρα στοι-

χεία του κώδικα είναι µόνο τα 2k από αυτά.

Εάν τα k bits ελέγχου προστίθενται στο τέλος της ακολουθίας δεδοµένων (δηλαδή δεν

παρεµβάλλονται ανάµεσά τους), τότε ο κώδικας ονοµάζεται συστηµατικός. Επιπλέ-

ον, εάν οποιαδήποτε από τις 2k κωδικές λέξεις µπορεί να γραφεί ως ένας γραµµικός

συνδυασµός από ανεξάρτητες κωδικές λέξεις, τότε ο κώδικας ονοµάζεται γραµµικός.

¶·Ú¿‰ÂÈÁÌ· 3.2

Έστω ότι τα δεδοµένα του πλαισίου είναι ένας από τους χαρακτήρες α, β, γ, δ.

Έτσι, η ακολουθία δεδοµένων έχει µήκος k = 2 bits. Ένας κώδικας δέσµης (5, 2)

παρουσιάζεται στον Πίνακα 3.3.

¶›Ó·Î·˜ 3.3

Ένας συστηµατικός γραµµικός κώδικας δέσµης (5, 2)

∆εδοµένα ∆υαδική αναπαράσταση δεδοµένων Κωδική λέξη

α 00 00000

β 01 01101

γ 10 10011

δ 11 11110

Από τις 25 = 32 διαφορετικές ακολουθίες µήκους 5 bits που υπάρχουν, έγκυρες κωδι-

κές λέξεις είναι µόνο οι 4 από αυτές.

Επειδή η ακολουθία των δεδοµένων εµφανίζεται στις πρώτες δύο θέσεις της αντί-

στοιχης κωδικής λέξης της, ο κώδικας του Πίνακα 3.3 είναι συστηµατικός.

Επίσης, οποιαδήποτε κωδική λέξη µπορεί να γραφεί ως γραµµικός συνδυασµός

άλλων κωδικών λέξεων. Υπενθυµίζουµε ότι οι προσθέσεις στις ακολουθίες bits γίνο-

νται modulo – 2, δηλαδή ο τελεστής είναι το «αποκλειστικό – Ή» (XOR). Για παρά-

δειγµα, είναι εύκολο να δείξετε ότι γ = β ≈ δ. Έτσι, ο κώδικας του Πίνακα 3.3 είναι

ένας συστηµατικός γραµµικός πίνακας δέσµης (5, 2).

3.3.2 ¢˘Ó·ÙfiÙËÙ˜ ‰ÈfiÚıˆÛ˘ ÛÊ·ÏÌ¿ÙˆÓ

Πριν προχωρήσουµε στην παρουσίαση της ιδιότητας διόρθωσης σφαλµάτων που

έχουν οι γραµµικοί κώδικες δέσµης, θα πρέπει να δώσουµε µερικούς απαραίτητους

ορισµούς.

8 53 . 3 ¢ π √ ƒ £ ø ™ ∏ ™ º ∞ § ª ∞∆ ø ¡

Page 86: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

8 6 K E º A § A I O 3 : ∞ ¶ ∂ À £ ∂ π ∞ ™ ™ À ¡ ¢ ∂ ™ ∏ K √ ª µ ø ¡

Ορισµός 3.1: Η απόσταση Hamming µεταξύ δύο κωδικών λέξεων

Ως απόσταση Hamming µεταξύ δύο κωδικών λέξεων ορίζεται το πλήθος των bits

στα οποία διαφέρουν. Η φυσική ερµηνεία αυτής της απόστασης είναι σηµαντική,

καθώς απεικονίζει το πόσο εύκολο ή δύσκολο είναι το να αλλοιωθεί µια κωδική λέξη

και να µετατραπεί σε µια άλλη κωδική λέξη.

Ορισµός 3.2: Το βάρος µιας κωδικής λέξης

Ως βάρος µιας κωδικής λέξης ορίζεται το πλήθος των bits µε τιµή 1 που περιέχει.

¶·Ú¿‰ÂÈÁÌ· 3.3

Υπολογίστε την απόσταση Hamming µεταξύ των κωδικών λέξεων 10011 και

11110 και βρείτε το µικρότερο από τα βάρη τους.

Οι δύο κωδικές λέξεις 10011 και 11110 έχουν απόσταση Hamming ίση µε 3, καθώς

διαφέρουν στο 2ο, στο 3ο και στο 5ο bit. Αυτό σηµαίνει ότι, για να µετατραπεί η

ακολουθία 10011 στην ακολουθία 11110 από σφάλµατα µεταφοράς, θα πρέπει να

υποστούν αλλοίωση και τα τρία προαναφερόµενα bits ταυτόχρονα.

Επίσης, το βάρος της κωδικής λέξης 10011 είναι 3, ενώ της λέξης 11110 είναι 4,

καθώς περιέχουν τρεις και τέσσερις «άσσους», αντίστοιχα. Οπότε, το µικρότερο

βάρος τους είναι 3.

Στη συνέχεια παρατίθενται δύο θεωρήµατα χωρίς απόδειξη. Για την απόδειξη αυτών

των θεωρηµάτων ο αναγνώστης παραπέµπεται στο βιβλίο του Shanmugam (1979),

σελ. 454.

Θεώρηµα 3.1: Η ελάχιστη απόσταση Hamming ενός γραµµικού κώδικα δέσµης ισού-

ται µε το ελάχιστο βάρος των µη µηδενικών λέξεων του κώδικα.

Θεώρηµα 3.2: Ένας γραµµικός κώδικας δέσµης µε ελάχιστη απόσταση Hamming dmin

µπορεί να διορθώσει µέχρι e(dmin – 1)/2u σφάλµατα µεταφοράς σε κάθε κωδική λέξη,

όπου µε exu δηλώνουµε το µεγαλύτερο ακέραιο που δεν υπερβαίνει το x. Επίσης, µπο-

ρεί να ανιχνεύσει µέχρι dmin – 1 σφάλµατα µεταφοράς σε κάθε κωδική λέξη.

Από το θεώρηµα 3.2 γίνεται φανερό ότι, µε δεδοµένα τα n και k, η κατάστρωση του

γραµµικού κώδικα δέσµης (n, k) θα πρέπει να γίνεται µε στόχο τη µεγιστοποίηση

του dmin.

¶·Ú¿‰ÂÈÁÌ· 3.4

Πόσα σφάλµατα µεταφοράς µπορεί να διορθώσει σε κάθε λαµβανόµενη λέξη ο κώδι-

Page 87: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

κας του Πίνακα 3.3; Πόσα µπορεί να ανιχνεύσει;

Τα βάρη των µη µηδενικών λέξεων του κώδικα (β, γ και δ) είναι 3, 3 και 4, αντί-

στοιχα. Κατά συνέπεια, η ελάχιστη απόσταση Hamming του κώδικα είναι dmin = 3.

Έτσι, το πλήθος των σφαλµάτων µεταφοράς που µπορεί να διορθώσει σε κάθε λαµ-

βανόµενη λέξη ο κώδικας ισούται µε e(dmin – 1)/2u = e(3 – 1)/2u = 1 . ∆ηλαδή, εάν

αλλοιωθεί ένα bit κατά τη µεταφορά, τότε ο παραλήπτης µπορεί να το εντοπίσει και

να το διορθώσει αντιστρέφοντας την τιµή του.

Αντίστοιχα, µπορεί να ανιχνεύσει σφάλµατα µεταφοράς σε dmin – 1 = 2 bits, χωρίς να

µπορεί όµως να εντοπίσει ποια είναι τα αλλοιωµένα bits έτσι ώστε να τα διορθώσει.

∆ύο είναι τα βασικά ερωτήµατα που πρέπει να έχουν δηµιουργηθεί σε αυτό το σηµείο:

(α) Πώς δηµιουργείται ο κώδικας, δηλαδή πώς υπολογίζονται οι τιµές των bits ελέγ-

χου από τα δεδοµένα του πλαισίου; και (β) Πώς εντοπίζονται τα αλλοιωµένα bits στον

παραλήπτη κόµβο; ∆ίνοντας τις απαντήσεις σε αυτά τα δύο ερωτήµατα, θα έχουµε

κατανοήσει τις βασικές αρχές λειτουργίας των γραµµικών κωδίκων δέσµης.

3.3.3 ∏ ÏÂÈÙÔ˘ÚÁ›· Ù˘ Έ‰ÈÎÔÔ›ËÛ˘

Η λειτουργία της κωδικοποίησης στους συστηµατικούς κώδικες δέσµης απεικονίζε-

ται στο Σχήµα 3.8. Κάθε ακολουθία δεδοµένων µήκους k bits µετασχηµατίζεται σε

κωδική λέξη µήκους n bits.

Την αρχική ακολουθία δεδοµένων τη συµβολίζουµε µε το διάνυσµα D = (d1, d2, …,

dk), όπου το di, i = 1, 2 …, k, έχει τιµή 0 ή 1.

Την κωδική λέξη που παράγεται από τον κωδικοποιητή δέσµης τη συµβολίζουµε µε

το διάνυσµα C = (c1, c2, …, cn).

Στους συστηµατικούς κώδικες ισχύει ότι

ci = di, i = 1, 2, …, k. (3.1)

Τα επιπρόσθετα n – k bits ελέγχου παράγονται µε γραµµικούς συνδυασµούς των bits

δεδοµένων, δηλαδή

(3.2)

c p d p d p d

c p d p d p d

c p d p d p d

k k k

k k k

n n k n k k n k k

+

+

- - -

= ≈ ≈ ≈= ≈ ≈ ≈

= ≈ ≈ ≈

1 11 1 21 2 1

2 12 1 22 2 2

1 1 2 2

L

L

M

L, , ,

8 73 . 3 ¢ π √ ƒ £ ø ™ ∏ ™ º ∞ § ª ∞∆ ø ¡

Page 88: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

8 8 K E º A § A I O 3 : ∞ ¶ ∂ À £ ∂ π ∞ ™ ™ À ¡ ¢ ∂ ™ ∏ K √ ª µ ø ¡

Οι συντελεστές pij στις εξισώσεις (3.2) έχουν τιµές 0 ή 1, οι δε πράξεις πρόσθεσης

γίνονται modulo – 2, δηλαδή ο τελεστής των εξισώσεων (3.2) είναι το XOR. Έτσι,

τα λαµβανόµενα ci , i = k + 1, …, n, έχουν και αυτά τιµές 0 ή 1.

Χρησιµοποιώντας συµβολισµό πινάκων, µπορούµε να ξαναγράψουµε τις εξισώσεις

(3.1) και (3.2) ως εξής

C1 ¥ n = D1 ¥ k Gk ¥ n (3.3)

όπου ο k ¥ n πίνακας G ονοµάζεται γεννήτορας πίνακας του κώδικα και έχει τη µορφή

(3.4)

¶·Ú¿‰ÂÈÁÌ· 3.5

Είναι εύκολο να δείξετε ότι από τον 2 ¥ 5 γεννήτορα πίνακα

προκύπτει ο συστηµατικός γραµµικός κώδικας δέσµης (5, 2) του Πίνακα 3.3.

Έτσι λοιπόν, εάν γνωρίζουµε το γεννήτορα πίνακα ενός κώδικα, η εφαρµογή του

είναι σχετικά απλή. Η υλοποίηση του αντίστοιχου κωδικοποιητή δέσµης απαιτεί

απλώς µερικούς ολισθητές και µερικούς αθροιστές modulo – 2.

Στο ερώτηµα «πώς γνωρίζουµε το γεννήτορα πίνακα», η απάντηση δεν είναι άλλη από

την «βρίσκοντάς τον σε ένα βιβλίο». Σηµαντική ερευνητική προσπάθεια στη θεωρία

κωδίκων έχει επικεντρωθεί στη διαδικασία κατάστρωσης γεννήτορα πίνακα µε επιθυ-

µητές ιδιότητες στη διόρθωση σφαλµάτων, καλή µαθηµατική δοµή και απλότητα στην

υλοποίηση, και, από όσα γνωρίζουµε, κάποιος συστηµατικός τρόπος κατάστρωσης του

γεννήτορα πίνακα δεν είναι διαθέσιµος. Η παρουσίαση των διαδικασιών κατάστρω-

σης γεννήτορα πίνακα είναι έξω από τους σκοπούς αυτού του βιβλίου και ο αναγνώ-

στης παραπέµπεται στα βιβλία των Clark και Cain (1981) και του Wicker (1994).

3.3.4 ¢ÈfiÚıˆÛË ÛÊ·ÏÌ¿ÙˆÓ Ì ¶›Ó·Î· ∆ È΋˜ ¢È¿Ù·Í˘

Εάν δεν υπάρχουν σφάλµατα µεταφοράς, τότε η ακολουθία bits που λαµβάνει ο

παραλήπτης κόµβος είναι µια έγκυρη κωδική λέξη. Στην αντίθετη περίπτωση, ο απο-

κωδικοποιητής θα πρέπει να διορθώσει το αντίστοιχο σφάλµα µεταφοράς. Ένας τρό-

1 0 0 1 1

0 1 1 0 1

È

ÎÍ

˘

˚˙

G I P

p p p

p p p

p p p

k k n kk n

n k

n k

k k k n k

= [ ] =

È

Î

ÍÍÍÍÍ

˘

˚

˙˙˙˙˙

¥ - ¥

-

-

-

1000 0

0100 0

0000 1

11 12 1

21 22 2

1 2

K L

K L

M M M M

K L

,

,

,

Page 89: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

πος για να γίνει αυτό είναι να αντιστοιχίσουµε µοναδικά την εισερχόµενη ακολου-

θία σε µια έγκυρη κωδική λέξη.

Ας θεωρήσουµε το διανυσµατικό χώρο όλων των n – άδων. Το πλήθος των στοιχεί-

ων του χώρου είναι 2n. Από αυτά τα στοιχεία έγκυρες κωδικές λέξεις είναι τα 2k από

αυτά. Το ζητούµενο είναι να διαµοιράσουµε τα 2n στοιχεία σε 2k µη επικαλυπτόµε-

νους υποχώρους (οµάδες), τις οποίες συµβολίζουµε µε Ti, i = 1, …, 2k. Η έγκυρη

κωδική λέξη Ci, i = 1, …, 2k, ανήκει, εκ κατασκευής, στην οµάδα Ti. Όταν ο παρα-

λήπτης κόµβος λαµβάνει ένα πλαίσιο R και R Œ Ti, i = 1, …, 2k τότε προωθεί προς

επεξεργασία την αντίστοιχη έγκυρη κωδική λέξη Ci.

Εάν συµβολίσουµε µε E το διάνυσµα του σφάλµατος µεταφοράς, το οποίο συνήθως

καλείται ίχνος σφάλµατος (error pattern), τότε η λαµβανόµενη ακολουθία bits στον

παραλήπτη κόµβο θα δίνεται από τη σχέση

R = Ci ≈ E,

όπου Ci, i = 1, 2, …, 2k, είναι η έγκυρη κωδική λέξη που µετέδωσε ο αποστολέας

κόµβος. Για παράδειγµα, εάν η µεταδιδόµενη κωδική λέξη είναι η 01101 και συνέ-

βη σφάλµα στο δεύτερο bit κατά τη µεταφορά, τότε το ίχνος σφάλµατος είναι το

01000 και η λαµβανόµενη ακολουθία είναι η 01101 ≈ 01000 = 00101.

Εάν Ci ≈ Ε Œ Ti, τότε ο αποκωδικοποιητής έχει διορθώσει το σφάλµα µεταφοράς.

Αντίστοιχα, εάν Ci ≈ Ε œ Ti, τότε η αποκωδικοποίηση είναι εσφαλµένη.

Κατάστρωση του Πίνακα Τυπικής ∆ιάταξης

Ένας συστηµατικός τρόπος για την εύρεση των στοιχείων των οµάδων Ti, i = 1, …,

2k, είναι µε την κατάστρωση του Πίνακα Τυπικής ∆ιάταξης για το γραµµικό κώδικα

δέσµης (n, k). Η µορφή αυτού του πίνακα απεικονίζεται στο Σχήµα 3.9.

Στην πρώτη γραµµή του Πίνακα Τυπικής ∆ιάταξης τοποθετούµε τις έγκυρες λέξεις

του κώδικα, φροντίζοντας στην πρώτη στήλη να βάλουµε τη µηδενική λέξη.

Από τα υπόλοιπα 2n – 2k στοιχεία του χώρου των n – άδων επιλέγουµε ένα στοιχείο,

το οποίο συµβολίζουµε µε E2. Τα υπόλοιπα στοιχεία της δεύτερης γραµµής του πίνα-

κα προκύπτουν από την πρόσθεση του E2 µε την έγκυρη κωδική λέξη που βρίσκεται

στην κορυφή της αντίστοιχης στήλης. Κατόπιν επιλέγουµε το στοιχείο – οδηγό της

τρίτης γραµµής E3 από τις εναποµείνασες 2n – 2k + 1 n – άδες και συµπληρώνουµε την

τρίτη γραµµή. Αυτή η διαδικασία εκτελείται µέχρις ότου εξαντληθούν όλες οι n –

άδες, δηλαδή µέχρι να συµπληρωθεί και η 2n – k γραµµή του πίνακα.

8 93 . 3 ¢ π √ ƒ £ ø ™ ∏ ™ º ∞ § ª ∞∆ ø ¡

Page 90: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

9 0 K E º A § A I O 3 : ∞ ¶ ∂ À £ ∂ π ∞ ™ ™ À ¡ ¢ ∂ ™ ∏ K √ ª µ ø ¡

Εάν το ίχνος σφάλµατος που εισάγει το κανάλι µεταφοράς ταυτίζεται µε έναν από

τους οδηγούς των γραµµών του Πίνακα Τυπικής ∆ιάταξης (E2, E3, …, E2n– k), τότε η

αποκωδικοποίηση µπορεί να διορθώσει µε επιτυχία τα σφάλµατα µεταφοράς. Γι’

αυτό το λόγο τα στοιχεία της πρώτης στήλης του Πίνακα Τυπικής ∆ιάταξης καλού-

νται και διορθώσιµα ίχνη σφάλµατος.

Κατά συνέπεια, η επιλογή των οδηγών των γραµµών είναι κρίσιµος παράγοντας στην

ορθότητα της αποκωδικοποίησης. Για παράδειγµα, έστω δύο ίχνη σφάλµατος, τα E

και E¢, µε πιθανότητες εµφάνισης P[E] και P[E¢], αντίστοιχα, και P[E] < P[E¢]. Επι-

λέγοντας ως οδηγό γραµµής το ίχνος E, η πιθανότητα εσφαλµένης αποκωδικοποίη-

σης είναι µεγαλύτερη από την αντίστοιχη πιθανότητα που θα είχαµε εάν επιλέγαµε

ως οδηγό γραµµής το ίχνος E¢.

Αν θεωρήσουµε ότι τα γεγονότα αλλοίωσης της τιµής των bits στη µεταφερόµενη

πληροφορία είναι ανεξάρτητες και ισόνοµες τυχαίες µεταβλητές, τότε ένας κανόνας

επιλογής του οδηγού γραµµής από τα διαθέσιµα διανύσµατα είναι ο εξής: «επίλεξε

το διάνυσµα µε το ελάχιστο βάρος».

¶·Ú¿‰ÂÈÁÌ· 3.6

Καταστρώστε τον Πίνακα Τυπικής ∆ιάταξης του συστηµατικού γραµµικού κώδικα

δέσµης (5, 2) που απεικονίζεται στον Πίνακα 3.3.

Ο Πίνακας Τυπικής ∆ιάταξης αυτού του κώδικα δίδεται στον Πίνακα 3.4. Τα 25 = 32

™¯‹Ì· 3.9

Η µορφή του Πίνακα Τυπικής ∆ιάταξης για ένα γραµµικό κώδικα δέσµης (n, k)

C1

E2

E3

E2n-k

διορθώσιµοίχνος σφάλµατος

C2

C2 ≈ E2

C2 ≈ E3

C2 ≈ E2n-k

C3

C3 ≈ E2

C3 ≈ E3

C3 ≈ E2n-k

T3

...

...

...

...

C2k

C2k ≈ E2

C2k ≈ E3

C2k ≈ E2n-k

κωδική λέξη

...

...

...

...

Page 91: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

στοιχεία του χώρου των 5 – άδων τα διαµοιράζουµε σε 22 = 4 οµάδες των

25 – 2 = 8 στοιχείων. Η πρώτη γραµµή περιέχει τις έγκυρες κωδικές λέξεις. Για να

καταστρώσουµε τη δεύτερη γραµµή, επιλέγουµε από τα διαθέσιµα διανύσµατα αυτό

µε το ελάχιστο βάρος. Συγκεκριµένα, είναι διαθέσιµα πέντε διανύσµατα που περιέ-

χουν από ένα «1» στα ψηφία τους (10000, 01000, 00100, 00010 και 00001),

από τα οποία επιλέγουµε τυχαία το πρώτο. Στη συνέχεια είναι εύκολο να δείτε ότι

τα υπόλοιπα διανύσµατα µε ένα «1» στα ψηφία τους θα αποτελέσουν επίσης οδη-

γούς γραµµών.

Στην έβδοµη γραµµή έχουµε να επιλέξουµε µεταξύ των διανυσµάτων που έχουν δύο

«1» και δεν έχουν εµφανιστεί στον πίνακα (11000, 10100, 01010 και 00110).

Επιλέγοντας οποιαδήποτε δύο από αυτά τα διανύσµατα στις δύο τελευταίες θέσεις,

εµφανίζονται και τα υπόλοιπα δύο, οπότε δεν έχει ιδιαίτερη σηµασία ποιο θα επιλέ-

ξουµε. Έτσι, επιλέγουµε τυχαία το 11000 και υπολογίζουµε τα στοιχεία της έβδο-

µης γραµµής. Στην τελευταία γραµµή επιλέγουµε τυχαία ως οδηγό το 10100, αντί

για το 01010.

¶›Ó·Î·˜ 3.4

Ο Πίνακας Τυπικής ∆ιάταξης του συστηµατικού γραµµικού κώδικα δέσµης (5, 2)

του Πίνακα 3.3

(α) (β) (γ) (δ)

00000 01101 10011 11110

10000 11101 00011 01110

01000 00101 11011 10110

00100 01001 10111 11010

00010 01111 10001 11100

00001 01100 10010 11111

11000 10101 01011 00110

10100 11001 00111 01010

Σύµφωνα µε τον Πίνακα 3.4, εάν, π.χ. η εισερχόµενη ακολουθία bits είναι η 01001,

τότε ο παραλήπτης κόµβος αναγνωρίζει ότι υπήρξε σφάλµα µεταφοράς στο 3ο bit

και προωθεί προς περαιτέρω επεξεργασία την έγκυρη κωδική λέξη 01101.

Όπως είδαµε στο Παράδειγµα 3.4, ο συστηµατικός γραµµικός κώδικας δέσµης (5,

9 13 . 3 ¢ π √ ƒ £ ø ™ ∏ ™ º ∞ § ª ∞∆ ø ¡

Page 92: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

9 2 K E º A § A I O 3 : ∞ ¶ ∂ À £ ∂ π ∞ ™ ™ À ¡ ¢ ∂ ™ ∏ K √ ª µ ø ¡

2) του Πίνακα 3.3 µπορεί να διορθώσει σφάλµατα µεταφοράς σε ένα bit. Έτσι, τα

διορθώσιµα ίχνη σφάλµατος είναι συνολικά 5 (σφάλµα στο 1ο bit της λέξης, σφάλ-

µα στο 2ο bit,…, σφάλµα στο 5ο bit).

Όµως, η έβδοµη και η όγδοη γραµµή του Πίνακα Τυπικής ∆ιάταξης µας υπαγορεύ-

ουν ότι διορθώσιµα ίχνη σφάλµατος είναι επίσης και τα 11000 και 10100, δηλα-

δή τα σφάλµατα στο 1ο και 2ο bit της λέξης και στο 1ο και 3ο bit της λέξης, αντί-

στοιχα. Ας δούµε τι συµβαίνει σε αυτές τις περιπτώσεις.

Έστω ότι η εισερχόµενη ακολουθία bits είναι η 10101. Αυτή η ακολουθία µπορεί

να προέκυψε από ταυτόχρονα σφάλµατα στο 1ο και 2ο bit (β ≈ 11000) ή από σφάλ-

µατα στο 3ο και 4ο bit (γ ≈ 00110). Εάν ο έλεγχος σφάλµατος βασίζεται στον Πίνα-

κα 3.4, τότε η αποκωδικοποίηση θα µας δώσει το χαρακτήρα β. Γνωρίζοντας εκ των

προτέρων ότι τα σφάλµατα σε δύο bit ταυτόχρονα δε διορθώνονται µε ασφάλεια από

τον κώδικα, είναι στην κρίση µας εάν θα χρησιµοποιήσουµε ή όχι το αποτέλεσµα

του αποκωδικοποιητή.

Εάν τα σφάλµατα είναι περισσότερα από όσα µπορεί να ανιχνεύσει µε βεβαιότητα

ο κώδικας, δηλαδή, για τον κώδικα του Πίνακα 3.3, περισσότερα από 2, τότε είναι

δυνατή η περίπτωση εσφαλµένης αναγνώρισης της κωδικής λέξης. π.χ. εάν ο απο-

στολέας στείλει την κωδική λέξη β και συµβεί σφάλµα µεταφοράς στο 1ο, 4ο και 5ο

bit, τότε β ≈ 10011= 11110=δ. ∆ηλαδή ο παραλήπτης κόµβος αναγνωρίζει (εσφαλ-

µένα) την έγκυρη κωδική λέξη δ και την προωθεί προς επεξεργασία.

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 3.6

(α)Κατασκευάστε το συστηµατικό κώδικα δέσµης (6, 3) µε γεννήτορα πίνακα τον

(β)Ποιες είναι οι δυνατότητες διόρθωσης σφαλµάτων του κώδικα;

(γ) Καταστρώστε έναν Πίνακα Τυπικής ∆ιάταξης για τον κώδικα.

(δ) Ποιο θα είναι το αποτέλεσµα της αποκωδικοποίησης εάν η εισερχόµενη ακο-

λουθία bits στον παραλήπτη κόµβο είναι µία από τις: 010111, 000100,

111011, 100101, 111111.

G =È

Î

ÍÍÍ

˘

˚

˙˙˙

1 0 0 1 0 1

0 1 0 1 1 0

0 0 1 0 1 1

Page 93: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

™‡ÓÔ„Ë

• Μεταξύ των κόµβων του δικτύου ανταλλάσσονται λογικές ενότητες, οι οποίες ονο-

µάζονται πλαίσια. Στα πλαίσια ενθυλακώνονται τα προς µετάδοση δεδοµένα, ενώ

οι απαραίτητες πληροφορίες ελέγχου ενσωµατώνονται στην επικεφαλίδα και στην

ουρά του πλαισίου.

• Τους διάφορους τρόπους σύνθεσης ενός πλαισίου τους κατατάσσουµε σε τρεις

κατηγορίες: στα πλαίσια µε οργάνωση ανά byte, στα πλαίσια µε οργάνωση ανά bit

και σε αυτά όπου η οργάνωσή τους βασίζεται σε ένα καθολικό ρολόι που λειτουρ-

γεί σε όλο το εύρος του δικτύου.

• Τα χαρακτηριστικότερα πρωτόκολλα πλαισίωσης µε οργάνωση ανά byte είναι τα

BISYNC και το DDCMP. Στο BISYNC η αρχή και το τέλος του πλαισίου δηλώνο-

νται από ειδικούς χαρακτήρες, ενώ στο DDCMP το τέλος του πλαισίου δηλώνε-

ται µέσω ενός ειδικού πεδίου στην επικεφαλίδα του, το οποίο δηλώνει το µήκος

του πλαισίου. Για την αντιµετώπιση των σφαλµάτων µεταφοράς, τα πλαίσια εξο-

πλίζονται µε πληροφορία ειδική για τον εντοπισµό τους.

• Το χαρακτηριστικότερο πρωτόκολλο πλαισίωσης µε οργάνωση ανά bit είναι το

HDLC. Στο HDLC η αρχή και το τέλος του πλαισίου δηλώνονται από µια ειδική

ακολουθία bits. Για να αποφύγουµε την εµφάνιση αυτής της ειδικής ακολουθίας

µέσα στα δεδοµένα του πλαισίου, υλοποιούµε την τεχνική της προσθήκης bit.

• Το πρωτόκολλο SDH, και το ισοδύναµό του SONET, βασίζεται σε ένα καθολικό

ρολόι που λειτουργεί σε όλο το δίκτυο και αποτελεί πλέον την κύρια λύση για τη

µετάδοση ψηφιακού σήµατος πάνω από οπτική ίνα.

• Το SDH υποστηρίζει, εκ κατασκευής, την πολύπλεξη συνδέσµων χαµηλού ρυθµού µετά-

δοσης και χειρίζεται µε ευκολία τα «εκτός φάσης» δεδοµένα που εισέρχονται στο δίκτυο.

• Στα δίκτυα υπολογιστών χρησιµοποιούνται δύο τύποι µηχανισµών ελέγχου: ο εντο-

πισµός και η διόρθωση σφαλµάτων. Ο εντοπισµός σφαλµάτων συνήθως συµπλη-

ρώνεται από µηχανισµό επανεκποµπής των εσφαλµένων πλαισίων.

9 3™ Y N O æ H

¢Ú·ÛÙËÚÈfiÙËÙ· 3.4

Εξετάστε αν το σύστηµα αποκωδικοποίησης που βασίζεται σε Πίνακα Τυπικής

∆ιάταξης είναι πραγµατοποιήσιµο.

Υπόδειξη: Υπολογίστε τις απαιτήσεις σε µνήµη για τον κώδικα δέσµης (63, 57).

Page 94: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

9 4 K E º A § A I O 3 : ∞ ¶ ∂ À £ ∂ π ∞ ™ ™ À ¡ ¢ ∂ ™ ∏ K √ ª µ ø ¡

• Ο χαρακτηριστικότερος µηχανισµός εντοπισµού σφαλµάτων είναι ο έλεγχος κυκλι-

κού πλεονασµού, γνωστός ως CRC.

• Για τον εντοπισµό των σφαλµάτων µεταφοράς, τα µεταδιδόµενα δεδοµένα εξο-

πλίζονται µε επιπρόσθετα bits, η τιµή των οποίων προκύπτει µε εφαρµογή του

αλγόριθµου CRC.

• Οι δυνατότητες εντοπισµού των σφαλµάτων ποικίλλουν, ανάλογα µε το µέγεθος

και τη µορφή του χρησιµοποιούµενου κώδικα CRC. Στην πράξη έχουν τυποποιη-

θεί και χρησιµοποιούνται σχεδόν αποκλειστικά µερικοί µόνο από τους διαθέσι-

µους κώδικες CRC.

• Η διόρθωση σφαλµάτων είναι επιθυµητή στις υπηρεσίες πραγµατικού χρόνου, στις

µονόδροµες επικοινωνίες και στις υπηρεσίες µε πολλαπλούς παραλήπτες.

• Οι γραµµικοί κώδικες δέσµης χρησιµοποιούνται ευρέως στα επικοινωνιακά συστή-

µατα, κυρίως λόγω της απλότητας στην υλοποίησή τους.

• Η επιπρόσθετη πληροφορία ελέγχου στους γραµµικούς κώδικες δέσµης υπολογί-

ζεται βάσει µιας προκαθορισµένης µεταβλητής, η οποία ονοµάζεται γεννήτορας

πίνακας. Κάποιος συστηµατικός τρόπος επιλογής του γεννήτορα πίνακα δεν είναι

διαθέσιµος, ενώ η τιµή του έχει σηµαντική επίδραση στις δυνατότητες διόρθωσης

σφαλµάτων και στην απλότητα υλοποίησης του κώδικα.

• Ο τρόπος που λειτουργούν οι γραµµικοί κώδικες δέσµης στον παραλήπτη κόµβο για τη

διόρθωση των σφαλµάτων µεταφοράς γίνεται εύκολα αντιληπτός µέσω του Πίνακα

Τυπικής ∆ιάταξης. Στην πράξη οι αποκωδικοποιητές δε χρειάζεται να τηρούν στη µνήµη

τους όλη την Τυπική ∆ιάταξη του κώδικα, αλλά, εκµεταλλευόµενοι τη µαθηµατική δοµή

και τις ιδιότητές του, κρατούν ένα πολύ µικρό µέρος αυτής της πληροφορίας.

Page 95: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

µÈ‚ÏÈÔÁÚ·Ê›·

Για τα πρωτόκολλα πλαισίωσης παραπέµπουµε στο Κεφάλαιο 3 του βιβλίου των

Peterson και Davie (1996), στο Κεφάλαιο 2 του βιβλίου των Bertsekas και Gallager

(1992) και στο Κεφάλαιο 6 του βιβλίου του Walrand (1998). Η προηγούµενη έκδο-

ση του βιβλίου του Walrand έχει µεταφραστεί στα ελληνικά από τον Μ. Αναγνώ-

στου (1997).

Ειδικότερα, για τα πρωτόκολλα DDCMP και HDLC ο αναγνώστης µπορεί να βρει

επιπλέον πληροφορίες στα RFC – 891 και RFC – 1549, αντίστοιχα. Τα RFCs είναι

διαθέσιµα στη διεύθυνση http://www.rfc – editor.org.

Για το SDH εισαγωγικό και εξαιρετικά ευανάγνωστο είναι το αντίστοιχο εγχειρίδιο

τσέπης της εταιρείας Wandel & Goltermann, το οποίο διατίθεται δωρεάν µέσω του

δικτυακού τόπου http://www.wg.com/techlibrary/articles/sdh_guide1.html.

Ο αλγόριθµος εντοπισµού σφαλµάτων CRC παρουσιάζεται συνοπτικά στο Κεφά-

λαιο 3 του βιβλίου των Peterson και Davie (1996), ενώ για περισσότερη πληροφο-

ρία θα πρέπει να ανατρέξετε στο βιβλίο του Blahut (1983).

Οι κώδικες διόρθωσης σφαλµάτων παρουσιάζονται συνοπτικά στο Κεφάλαιο 10 του

βιβλίου των Glover και Grant (1998) και στο Κεφάλαιο 9 του βιβλίου του

Shanmugam (1979). Για την αναλυτική τους παρουσίαση ο αναγνώστης παραπέ-

µπεται στα βιβλία του Wicker (1995) και των Clark και Cain (1981).

[1] Larry L. Peterson and Bruce S. Davie. «Computer Networks: A System Approach».

Morgan Kaufmann Publishers, Inc. ISBN 1 – 55860 – 368 – 9. (1996).

[2]Dimitri Bertsekas and Robert Gallager. «Data Networks». Prentice Hall. ISBN 0

– 13 – 200916 – 1. (1992).

[3] Jean Walrand. «Communications Networks: A First Course». Second Edition.

McGraw – Hill. ISBN 0 – 256 – 17404 – 0. (1998).

[4] Jean Walrand. «∆ίκτυα Επικοινωνιών». Μετάφραση: Μιλτιάδης Αναγνώστου.

Εκδόσεις Παπασωτηρίου. ISBN 960 – 7510 – 45 – 3. (1997).

[5]Blahut, R. E. «Theory and Practice of Error Control Codes». Addison – Wesley

Publishing Company, Reading, MA. (1983).

[6] Ian Glover and Peter Grant. «Digital Communications». Prentice – Hall, Inc.

ISBN 0 – 13 – 565391 – 6. (1998).

[7]K. Sam Shanmugam. «Ψηφιακά και Αναλογικά Συστήµατα Επικοινωνίας». Μετά-

φραση: Κ. Καρούµπαλου. Εκδόσεις Γ. Πνευµατικού. (1979).

9 5B I B § I O ° PA º I A

Page 96: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

9 6 K E º A § A I O 3 : ∞ ¶ ∂ À £ ∂ π ∞ ™ ™ À ¡ ¢ ∂ ™ ∏ K √ ª µ ø ¡

[8]Stephen Wicker. «Error Control Systems for Digital Communication and

Storage». Prentice Hall. ISBN 0 – 13 – 200809 – 2. (1995).

[9]George Clark and Bibb Cain. «Error – Correction Coding for Digital

Communications». Plenum Press. ISBN 0 – 306 – 40615 – 2. (1981).

Page 97: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

¶ÚˆÙfiÎÔÏÏ· E·ÓÂÎÔÌ‹˜

™ÎÔfi˜

Σε αυτό το κεφάλαιο θα γνωρίσουµε τρία ευρέως χρησιµοποιούµενα πρωτόκολλα

επανεκποµπής πλαισίων ή πακέτων, τα οποία µας εξασφαλίζουν µία αξιόπιστη µετά-

δοση, απαλλαγµένη από σφάλµατα µεταφοράς, πάνω από ένα αναξιόπιστο κανάλι

επικοινωνίας.

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· ·ÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτό το κεφάλαιο, θα µπορείτε να :

• αιτιολογήσετε την αναγκαιότητα ύπαρξης των πρωτοκόλλων επανεκποµπής,

• περιγράψετε τις θεµελιώδεις αρχές λειτουργίας αυτών των πρωτοκόλλων,

• ορίσετε την απόδοση ενός πρωτοκόλλου επανεκποµπής,

• αναφέρετε τρία πρωτόκολλα επανεκποµπής που χρησιµοποιούνται ευρέως στα σύγ-

χρονα δίκτυα υπολογιστών,

• περιγράψετε τον τρόπο λειτουργίας και να προσδιορίσετε την απόδοση καθενός

από τα τρία ευρέως χρησιµοποιούµενα πρωτόκολλα επανεκποµπής, τόσο κατά την

απουσία σφαλµάτων µεταφοράς, όσο και κατά την ύπαρξη σφαλµάτων,

• αναφέρετε ποια πρωτόκολλα χαρακτηρίζονται ως ολισθαίνοντος παραθύρου και ποια

ως παύσης και αναµονής και να αιτιολογήσετε τους παραπάνω χαρακτηρισµούς,

• συγκρίνετε τα τρία πρωτόκολλα ως προς την πολυπλοκότητά τους και ως προς την

απόδοσή τους.

ŒÓÓÔȘ ÎÏÂȉȿ

4∫ ∂ º ∞ § ∞ π √

• LAPB

• X.25

• XMODEM

• απόδοση ενός πρωτοκόλλου επανεκ-

ποµπής

• αρνητική επιβεβαίωση (NACK)

• επιβεβαίωση λήψης (ACK)

• πρωτόκολλο εναλλασσοµένου bit (ABP)

• πρωτόκολλο επιλεκτικής επανάληψης

(SRP)

• πρωτόκολλο οπισθοχώρησης κατά Ν

(GBN)

• συνεχής διοχέτευση (pipelining)

Page 98: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

9 8 K E º A § A I O 4 : ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § ∞ E ¶ ∞ ¡ ∂ ∫ ¶ √ ª ¶ ∏ ™

∂ÈÛ·ÁˆÁÈΤ˜ ·Ú·ÙËÚ‹ÛÂȘ

Στα δίκτυα µεταγωγής πακέτων, η µεταφερόµενη πληροφορία οργανώνεται σε πακέ-

τα. Κάθε πακέτο εξοπλίζεται µε τις απαραίτητες πληροφορίες ελέγχου και στη συνέ-

χεια προωθείται στο Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων για την πλαισίωσή του και τη

µεταφορά του πάνω από το φυσικό µέσο. Όµως τα φυσικά µέσα µετάδοσης, όσο προ-

σεκτικά σχεδιασµένα και κατασκευασµένα και να είναι, δεν µπορούν να εγγυηθούν

µία µεταφορά πλαισίου απαλλαγµένη από σφάλµατα. Έτσι, τα δίκτυα επικοινωνιών

πρέπει να περιλαµβάνουν µηχανισµούς για τον εντοπισµό και το χειρισµό των σφαλ-

µάτων µεταφοράς.

Όπως είδαµε στο Κεφάλαιο 3, υπάρχουν διάφορες αποδοτικές τεχνικές που µπορούν

να εντοπίσουν µε ακρίβεια ένα ευρύ φάσµα από σφάλµατα µεταφοράς. Όταν εντοπι-

στεί ένα εσφαλµένο πλαίσιο τότε, είτε διορθώνεται επί τόπου (εάν η αναγκαία πληρο-

φορία γι’ αυτή τη διόρθωση είναι διαθέσιµη), είτε ζητείται η επανεκποµπή του.

Ο έλεγχος επανεκποµπής των εσφαλµένων πλαισίων µπορεί να διενεργηθεί, είτε σε

κάθε σύνδεσµο από τον οποίο διέρχεται η µεταφερόµενη πληροφορία, είτε στο άκρο

του τελικού παραλήπτη κόµβου. Ακολουθώντας τις οδηγίες του µοντέλου αναφοράς

OSI, η πρώτη µορφή ελέγχου θα διενεργείται από το Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων,

ενώ ο δεύτερος έλεγχος θα εκτελείται στο Επίπεδο Μεταφοράς.

Όταν ο έλεγχος σφαλµάτων διενεργείται σε επίπεδο συνδέσµου, τότε, κατά την άφιξη

ενός πλαισίου σε κάθε ενδιάµεσο κόµβο, ελέγχεται αρχικά η ορθότητα των δεδοµένων

του, επαληθεύοντας π.χ. την τιµή CRC που περιέχει. Αν το πλαίσιο είναι λανθασµένο

τότε αυτός ο ενδιάµεσος κόµβος ζητά την επανεκποµπή ενός αντιγράφου του από τον

αµέσως προηγούµενο κόµβο από τον οποίο έλαβε αυτό το εσφαλµένο πλαίσιο. Αυτός

ο έλεγχος διενεργείται σε κάθε σύνδεσµο από τον οποίο διέρχεται το πακέτο.

Όταν ο έλεγχος σφαλµάτων διενεργείται στην από – άκρο – σε – άκρο επικοινωνία,

τότε ο κάθε ενδιάµεσος σύνδεσµος απλώς απορρίπτει το πλαίσιο, όταν αυτό εντοπιστεί

λανθασµένο, και δεν εκτελεί ενέργειες για την επανεκποµπή του. Έτσι όµως, κάποια

πακέτα από την αρχική ροή πληροφορίας δε θα φτάσουν ποτέ στον τελικό προορισµό

τους. Εκεί θα διαπιστωθεί η απουσία τους και τότε θα ξεκινήσουν οι διαδικασίες επα-

νεκποµπής τους από τον αρχικό αποστολέα κόµβο. Αξίζει να παρατηρήσουµε ότι αυτές

οι διαδικασίες επανεκποµπής, ή αλλιώς τα πρωτόκολλα επανεκποµπής των εσφαλµέ-

νων πακέτων, είναι οι ίδιες µ’ αυτές που εκτελούνται στον έλεγχο σε επίπεδο συνδέ-

σµου. Και αυτό γιατί το από – άκρο – σε – άκρο κανάλι επικοινωνίας µπορεί να θεω-

ρηθεί ως ένας ιδεατός σύνδεσµος.

Page 99: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Σ’ αυτό το Κεφάλαιο θα παρουσιάσουµε αρχικά κάποιες βασικές αρχές που πρέπει

να ακολουθούν οι διαδικασίες επανεκποµπής πλαισίων και στη συνέχεια θα περι-

γράψουµε τρία πρωτόκολλα επανεκποµπής, τα οποία χρησιµοποιούνται συνήθως

στα σύγχρονα δίκτυα υπολογιστών. Αυτά είναι:

• το πρωτόκολλο εναλλασσοµένου bit (alternating bit protocol – ABP),

• το πρωτόκολλο οπισθοχώρησης κατά Ν (GO BACK N), και

• το πρωτόκολλο επιλεκτικής επανάληψης (selective repeat protocol – SRP).

Για κάθε ένα πρωτόκολλο θα εξηγήσουµε τον τρόπο λειτουργίας του και θα αναλύ-

σουµε την απόδοσή του, δίδοντας παράλληλα και κάποια χαρακτηριστικά παρα-

δείγµατα της υλοποίησης αυτών των πρωτοκόλλων σε ορισµένα δηµοφιλή δίκτυα.

Αυτά τα πρωτόκολλα χαρακτηρίζονται συχνά στη διεθνή βιβλιογραφία ως πρωτό-

κολλα ARQ (Automatic Repeat reQuest).

4.1 µ·ÛÈΤ˜ ·Ú¯¤˜ ÛÙËÓ Â·ÓÂÎÔÌ‹ Ï·ÈÛ›ˆÓ

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· aÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτήν την ενότητα θα µπορείτε να:

• περιγράψετε τους δύο θεµελιώδεις µηχανισµούς στους οποίους βασίζονται τα πρω-

τόκολλα επανεκποµπής,

• εξηγήσετε γιατί τα πλαίσια δεδοµένων και τα αντίστοιχα πλαίσια επιβεβαίωσης

πρέπει να αριθµούνται κατά τη µετάδοσή τους στο δίκτυο,

• αναφέρετε πώς επιτυγχάνεται η αρίθµηση των πλαισίων,

• ορίσετε την απόδοση ενός πρωτοκόλλου επανεκποµπής.

Τα πρωτόκολλα επανεκποµπής πλαισίων συνήθως υλοποιούνται βασιζόµενα στη

συνδυασµένη χρήση δύο θεµελιωδών µηχανισµών, οι οποίοι παρουσιάζονται στην

Ενότητα 4.1.1: της επιβεβαίωσης λήψης και του χρόνου προθεσµίας.

Επίσης, για την ορθότητα των πρωτοκόλλων επανεκποµπής, τα πλαίσια που µετα-

δίδονται θα πρέπει να αριθµούνται. Αυτή η απαίτηση, αλλά και µία αντίστοιχη απαί-

τηση που έχει εφαρµογή στα πλαίσια επιβεβαίωσης λήψης, εξηγούνται µε δύο χαρα-

κτηριστικά παραδείγµατα στις Ενότητες 4.1.2 και 4.1.3 αντίστοιχα.

9 94 . 1 µ ∞ ™ π ∫ ∂ ™ ∞ ƒ Ã ∂ ™ ™ ∆ ∏ ¡ ∂ ¶ ∞ ¡ ∂ ∫ ¶ √ ª ¶ ∏ ¶ § ∞ π ™ π ø ¡

¢Ú·ÛÙËÚÈfiÙËÙ· 4.1

Σε ποιες περιπτώσεις πιστεύετε ότι ο έλεγχος σφαλµάτων ανά σύνδεσµο υπερτερεί

έναντι του ελέγχου που διενεργείται στο από – άκρο – σε – άκρο κανάλι επικοινωνίας;

Page 100: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 0 0 K E º A § A I O 4 : ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § ∞ E ¶ ∞ ¡ ∂ ∫ ¶ √ ª ¶ ∏ ™

Στα σχήµατα 4.1.α – 4.1.δ απεικονίζονται τέσσερα διαφορετικά σενάρια που πηγά-

ζουν από τη χρήση αυτών των µηχανισµών. Αυτά τα σχήµατα είναι χρονοδιαγράµ-

µατα, όπου ο χρόνος παριστάνεται στον οριζόντιο άξονα και αυξάνει από αριστερά

προς τα δεξιά και είναι ένας συνηθισµένος τρόπος περιγραφής της συµπεριφοράς

™¯‹Ì· 4.1

Τέσσερα διαφορετικά σενάρια που πηγάζουν από τη χρήση των µηχανισµών επιβεβαίωσης λήψης και χρόνου

προθεσµίας.

(α) η επιβεβαίωση λαµβάνεται εντός της προθεσµίας, (β) το πλαίσιο χάνεται κατά τη µεταφορά του και επαναµετα-

δίδεται (αυτή τη φορά µε επιτυχία), (γ) η επιβεβαίωση του πλαισίου χάνεται και έτσι ο αποστολέας µεταδίδει ξανά

το πλαίσιο και (δ) η προθεσµία είναι ανεπαρκής και έτσι το πλαίσιο ενδέχεται να µεταδίδεται συνεχώς στο δίκτυο,

αγνοώντας την ορθή λήψη του από τον παραλήπτη.

αποστολέας

προθεσµία προθεσµία προθεσµία

προθεσµίαπροθεσµίαπροθεσµίαπροθεσµία

χρόνος

πλαίσιο πλαίσιο πλαίσιο

πλαίσιο

πλαίσιο

πλαίσιο

πλαίσιο

ACK

ACK ACKACK ACK

ACK

παραλήπτης

(α) (β)

(γ) (δ)

4.1.1 ∏ ÂȂ‚·›ˆÛË Ï‹„˘ Î·È Ô ¯ÚfiÓÔ˜ ÚÔıÂÛÌ›·˜

Η επιβεβαίωση λήψης (acknowledgment – ACK) είναι ένα πλαίσιο ελέγχου, το οποίο

αποστέλλει ο παραλήπτης κόµβος στον αποστολέα για να τον ενηµερώσει ότι παρέ-

λαβε, χωρίς σφάλµατα, το πλαίσιο που του έστειλε. Το πλαίσιο ACK δεν περιέχει

δεδοµένα και κατά συνέπεια είναι πολύ µικρό σε µέγεθος.

Εάν ο αποστολέας δεν παραλάβει την επιβεβαίωση λήψης µέσα σ’ ένα προκαθορι-

σµένο χρόνο προθεσµίας (timeout), τότε θεωρεί ότι το πλαίσιο που έστειλε χάθηκε

ή έφτασε µε σφάλµατα στον παραλήπτη και το ξαναστέλνει.

Τα πρωτόκολλα στα οποία ο αποστολέας περιµένει µία θετική επιβεβαίωση λήψης

πριν προχωρήσουν στην επόµενη αποστολή πλαισίου καλούνται συχνά πρωτόκολ-

λα PAR (Positive Acknowledgment with Retransmission).

Page 101: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

ενός πρωτοκόλλου. Η πάνω οριζόντια γραµµή αντιστοιχεί στον αποστολέα, ενώ η

κάτω γραµµή αντιστοιχεί στον παραλήπτη κόµβο. Η λοξή γραµµή που ξεκινάει από

τη γραµµή του αποστολέα και καταλήγει στη γραµµή του παραλήπτη παριστάνει τη

µετάδοση του πλαισίου. Αντίστοιχα, η λοξή γραµµή από τον παραλήπτη στον απο-

στολέα παριστάνει τη µετάδοση της επιβεβαίωσης.

Το σχήµα 4.1.α αναπαριστά την περίπτωση εκείνη όπου η επιβεβαίωση λαµβάνεται

από τον αποστολέα πριν από τη λήξη του χρόνου προθεσµίας.

Τα σχήµατα 4.1.β και 4.1.γ αναπαριστούν εκείνες τις περιπτώσεις όπου το πλαίσιο

δεδοµένων, ή η επιβεβαίωση αντίστοιχα, χάνονται ή αλλοιώνονται κατά τη µεταφο-

ρά τους διαµέσου του συνδέσµου. Σ’ αυτές τις περιπτώσεις, µε την πάροδο του χρό-

νου προθεσµίας, ο αποστολέας µεταδίδει ξανά το πλαίσιο στο δίκτυο, οπότε και ελπί-

ζει να ολοκληρωθεί µε επιτυχία αυτή τη φορά η µεταφορά του.

Τέλος, στο σχήµα 4.1.δ έχουµε εκείνη την περίπτωση όπου ο χρόνος προθεσµίας έχει

οριστεί πολύ µικρός και δεν επαρκεί για τη µεταφορά του πλαισίου και της επιβε-

βαίωσής του. Έτσι, ο αποστολέας κόµβος θα «κολλήσει», µεταδίδοντας συνέχεια το

συγκεκριµένο πλαίσιο στο δίκτυο, άσχετα αν αυτό λαµβάνεται σωστά στο άκρο του

παραλήπτη.

4.1.2 ∏ ·Ú›ıÌËÛË ÙˆÓ Ï·ÈÛ›ˆÓ

Όπως είδαµε στην προηγούµενη ενότητα, ο παραλήπτης κόµβος µπορεί να δεχθεί

περισσότερα του ενός αντίγραφα ενός πλαισίου. Έτσι, θα πρέπει να είναι σε θέση να

διαχωρίσει τα αντίγραφα από τα καινούργια πλαίσια. Αυτό επιτυγχάνεται µε την

αρίθµηση των πλαισίων. Στον αποστολέα κόµβο υπάρχει ένας µετρητής, ο οποίος

µηδενίζεται κατά την έναρξη µιας συνοµιλίας και αυξάνει κάθε φορά που ένα και-

νούργιο πακέτο µεταδίδεται στο δίκτυο. Η τιµή αυτού του µετρητή ορίζεται σαν ο

αύξων αριθµός του αντίστοιχου πλαισίου µεταφοράς και επισυνάπτεται στην επικε-

φαλίδα του. Για να περιορίσουµε το χώρο που καταλαµβάνει ο αριθµός πλαισίου

στην επικεφαλίδα του, αυτός υπολογίζεται συνήθως ως το υπόλοιπο της διαίρεσης

του µετρητή µε µία προκαθορισµένη τιµή, η οποία αντιπροσωπεύει το µέγιστο επι-

τρεπτό πλήθος πακέτων που µπορούµε να µεταδώσουµε χωρίς να έχει επιβεβαιωθεί

η λήψη τους. Έτσι, εάν π.χ. τα πλαίσια αριθµούνται modulo 128, τότε ο αριθµός

πλαισίου καταλαµβάνει 7 bits στην επικεφαλίδα του πλαισίου.

Το επόµενο παράδειγµα δείχνει ξεκάθαρα γιατί τα πλαίσια πρέπει να είναι αριθµηµένα.

¶·Ú¿‰ÂÈÁÌ· 4.1

Ας θεωρήσουµε ότι τα πλαίσια στο σχήµα 4.2 µεταδίδονται ως µη αριθµηµένα. Στο

1 0 14 . 1 µ ∞ ™ π ∫ ∂ ™ ∞ ƒ Ã ∂ ™ ™ ∆ ∏ ¡ ∂ ¶ ∞ ¡ ∂ ∫ ¶ √ ª ¶ ∏ ¶ § ∞ π ™ π ø ¡

Page 102: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 0 2 K E º A § A I O 4 : ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § ∞ E ¶ ∞ ¡ ∂ ∫ ¶ √ ª ¶ ∏ ™

Ας εξετάσουµε τώρα το σενάριο του σχήµατος 4.2.β. Το πλαίσιο – 1 φτάνει χωρίς

σφάλµατα στον παραλήπτη, αλλά η επιβεβαίωσή του δε φτάνει ποτέ στον αποστο-

λέα. Έτσι, µε τη λήξη της προθεσµίας, ο αποστολέας επανεκπέµπει ένα αντίγραφο

του πλαισίου – 1, το οποίο φτάνει στον παραλήπτη επίσης τη χρονική στιγµή T.

Αν τα πακέτα δεν είναι αριθµηµένα, τότε, τη χρονική στιγµή T, ο παραλήπτης δε δια-

θέτει την αναγκαία πληροφορία για να προσδιορίσει αν το πλαίσιο που παρέλαβε

είναι ένα αντίγραφο του πλαισίου – 1 ή το πλαίσιο – 2. Κατά συνέπεια, τα πλαίσια

µετάδοσης πρέπει να είναι αριθµηµένα, για να µπορεί ο παραλήπτης να διαχωρίσει

ένα αντίγραφο από ένα καινούργιο πλαίσιο.

4.1.3 ∏ ·Ú›ıÌËÛË ÛÙȘ ÂȂ‚·ÈÒÛÂȘ Ï‹„˘

Μία ακόµα βασική απαίτηση στα πρωτόκολλα επανεκποµπής είναι η αρίθµηση των

πλαισίων επιβεβαίωσης. Αυτό επιτυγχάνεται ενσωµατώνοντας στην επικεφαλίδα του

πλαισίου ACK τον αριθµό αποστολής του αντίστοιχου πλαισίου δεδοµένων του οποί-

ου επιβεβαιώνει την ορθή λήψη. Η αρίθµηση αυτή είναι απαραίτητη για να µπορεί

ο αποστολέας να διαχωρίσει αν η επιβεβαίωση που έλαβε είναι για το πλαίσιο που

µετέδωσε τελευταίο ή για κάποιο προηγούµενό του. Αυτή η περίπτωση φαίνεται

ξεκάθαρα στο παρακάτω παράδειγµα.

™¯‹Ì· 4.2

Μετάδοση µη αριθµηµένων πακέτων.

Αν τα πακέτα δεν είναι αριθµηµένα, τότε, τη χρονική στιγµή T, ο παραλήπτης δε διαθέτει την απαραίτητη πληροφο-

ρία για να προσδιορίσει αν το πλαίσιο που παρέλαβε είναι ένα καινούργιο πλαίσιο (σχήµα α) ή ένα αντίγραφο του

πλαισίου – 1 (σχήµα β).

αποστολέας

προθεσµία

χρόνος

πλαίσιο-2πλαίσιο-1

αντίγραφοπλαισίου-1πλαίσιο-1

ACK

παραλήπτης

(α)

προθεσµία

( β)TT

σχήµα 4.2.α, ο αποστολέας µεταδίδει το πρώτο πακέτο µιας συνοµιλίας, συντάσσο-

ντας το αντίστοιχο πλαίσιο – 1. Το πλαίσιο – 1 φτάνει στον παραλήπτη χωρίς σφάλ-

µατα, ο οποίος συντάσσει και αποστέλλει την αντίστοιχη επιβεβαίωση λήψης. Το

πλαίσιο ACK φτάνει στον αποστολέα εντός του χρόνου προθεσµίας, γεγονός που

τον οδηγεί στη µετάδοση του δεύτερου πακέτου του. Το πλαίσιο – 2 φτάνει στον

παραλήπτη τη χρονική στιγµή T.

Page 103: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

¶·Ú¿‰ÂÈÁÌ· 4.2

Έστω ότι ο αποστολέας µεταδίδει ένα αριθµηµένο πλαίσιο (πλαίσιο – 1) στο δίκτυο,

το οποίο φτάνει χωρίς σφάλµατα στον προορισµό του (βλέπε σχήµα 4.3). Επίσης,

έστω ότι ο παραλήπτης κόµβος καθυστερεί να επεξεργαστεί το πλαίσιο για να διαπι-

στώσει την ορθότητά του και να συντάξει έτσι το πλαίσιο επιβεβαίωσης. Αιτίες αυτής

της καθυστέρησης µπορεί να είναι π.χ. η αναµονή του πλαισίου στην ουρά που ανα-

πτύχθηκε στον ενταµιευτή του συνδέσµου (link buffer) λόγω πρόσκαιρης αυξηµένης

κυκλοφορίας ή η προσωρινή υπεραπασχόληση του επεξεργαστή του µεταγωγέα.

1 0 34 . 1 µ ∞ ™ π ∫ ∂ ™ ∞ ƒ Ã ∂ ™ ™ ∆ ∏ ¡ ∂ ¶ ∞ ¡ ∂ ∫ ¶ √ ª ¶ ∏ ¶ § ∞ π ™ π ø ¡

™¯‹Ì· 4.3

Μετάδοση µε µη αριθµηµένα πλαίσια

επιβεβαίωσης λήψης.

Αν τα πλαίσια ACK δεν είναι αριθµηµένα,

τότε, τη χρονική στιγµή T, ο αποστολέας αντιλαµβάνεται

λανθασµένα ότι το πλαίσιο – 2 παραδόθηκε χωρίς σφάλµατα στον παραλήπτη.

αποστολέας

προθεσµία

παραλήπτης

T

ο αποστολέας θεωρεί λανθασµένα ότι αυτήη επιβεβαίωση είναι για το πλαίσιο-2

καθυστέρηση (π.χ., λόγω αναµονήςστην ουρά του ενταµιευτή)

1 1 2

Τελικά, το πλαίσιο επιβεβαίωσης συντάσσεται και αποστέλλεται πίσω στον αποστο-

λέα, αλλά φτάνει µετά τη λήξη του χρόνου προθεσµίας. Έτσι, ο αποστολέας, που έχει

ήδη µεταδώσει ένα αντίγραφο του πλαισίου – 1, θεωρεί ότι η επιβεβαίωση αυτή είναι

του αντιγράφου και αποστέλλει στο δίκτυο το επόµενο πακέτο µέσω του πλαισίου –

2. Για κάποιους λόγους, το πλαίσιο – 2 χάνεται, ενώ ο αποστολέας δέχεται ένα πλαί-

σιο ACK, το οποίο προέρχεται από την ορθή λήψη του αντιγράφου του πλαισίου – 1.

Αυτό όµως δεν µπορεί να γίνει αντιληπτό από τον αποστολέα, ο οποίος θεωρεί λαν-

θασµένα ότι η επιβεβαίωση προέρχεται από την ορθή λήψη του πλαισίου – 2.

Αν όµως τα πλαίσια ACK ήταν αριθµηµένα, η παραπάνω παρεξήγηση δε θα είχε

συµβεί, καθώς ο αποστολέας θα µπορούσε να διακρίνει σε ποιο πλαίσιο αναφέρεται

η επιβεβαίωση λήψης.

4.1.4 ∏ ·fi‰ÔÛË ÂÓfi˜ ÚˆÙÔÎfiÏÏÔ˘ ·ÓÂÎÔÌ‹˜

Η απόδοση ενός πρωτοκόλλου επανεκποµπής ορίζεται ως το µέσο ποσοστό χρόνου

κατά τον οποίο ο αποστολέας µεταδίδει καινούργια πλαίσια δεδοµένων, υποθέτο-

ντας ότι πάντα υπάρχουν πακέτα προς µετάδοση. Τον υπόλοιπο χρόνο, ο αποστολέ-

Page 104: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 0 4 K E º A § A I O 4 : ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § ∞ E ¶ ∞ ¡ ∂ ∫ ¶ √ ª ¶ ∏ ™

ας είτε περιµένει κάποια επιβεβαίωση λήψης, είτε επαναµεταδίδει αντίγραφα πλαι-

σίων για τα οποία δεν επιβεβαιώθηκε η λήψη τους.

Για παράδειγµα, έστω ότι το πλαίσιο δεδοµένων έχει µέγεθος 2048 bits και ότι ο απο-

στολέας µεταδίδει κυκλοφορία στο δίκτυο µε ρυθµό 64 Kbps. Εάν η απόδοση του

πρωτοκόλλου επανεκποµπής είναι 100%, τότε ο αποστολέας µεταδίδει συνέχεια και-

νούργια πλαίσια δεδοµένων, δηλαδή µεταδίδει 64 ÷2 = 32 νέα πλαίσια ανά δευτε-

ρόλεπτο. Αντίστοιχα, εάν η απόδοση του πρωτοκόλλου είναι 20%, τότε ο αποστο-

λέας µεταδίδει νέα πλαίσια µόνο το 20% του χρόνου του, δηλαδή, κατά µέσο όρο,

µεταδίδει 6,4 νέα πλαίσια ανά δευτερόλεπτο.

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 4.1

Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι αληθείς;

(α)Τα πλαίσια επιβεβαίωσης περιέχουν κώδικα ανίχνευσης λαθών.

(β)Τα πρωτόκολλα επανεκποµπής µπορούν να υλοποιηθούν σε δίκτυα µονόδρο-

µης επικοινωνίας.

(γ) Όταν λέµε ότι ένα πλαίσιο «χάνεται» κατά τη µεταφορά του, εννοούµε ότι υπό-

κειται σε µη επιδιορθώσιµη αλλοίωση, η οποία ανιχνεύεται στον παραλήπτη

κόµβο και γι’ αυτό απορρίπτεται και δεν προωθείται για περαιτέρω επεξεργασία.

(δ) Σύµφωνα µε τους µηχανισµούς επιβεβαίωσης λήψης και χρόνου προθεσµίας,

όταν ο αποστολέας µεταδώσει ένα πακέτο στο δίκτυο, τότε ανακαλεί από το

Επίπεδο ∆ικτύου το επόµενο πακέτο και περιµένει να συµβεί ένα από τα ακό-

λουθα τρία γεγονότα: (1) να λάβει τη σχετική επιβεβαίωση λήψης χωρίς σφάλ-

µατα, (2) να λάβει την επιβεβαίωση αλλοιωµένη και (3) να λήξει ο χρόνος προ-

θεσµίας. Υποθέστε ότι ο ενταµιευτής του αποστολέα έχει µέγεθος ικανό για την

προσωρινή αποθήκευση µόνο ενός πακέτου.

¢Ú·ÛÙËÚÈfiÙËÙ· 4.2

Ο µηχανισµός των πλαισίων επιβεβαίωσης λήψης συχνά κατακρίνεται για µη απο-

δοτική αξιοποίηση του διαθέσιµου εύρους ζώνης του συνδέσµου. Μπορείτε να εξη-

γήσετε το λόγο αυτής της κριτικής; Επίσης, µπορείτε να προτείνετε µία τεχνική

που να βελτιώνει τη χρησιµοποίηση του εύρους ζώνης του συνδέσµου;

Page 105: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

4.2 ∆Ô ÚˆÙfiÎÔÏÏÔ ÂÓ·ÏÏ·ÛÛÔ̤ÓÔ˘ bit

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· ·ÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτήν την ενότητα θα µπορείτε να:

• περιγράψετε τον τρόπο λειτουργίας του πρωτοκόλλου εναλλασσοµένου bit (ABP),

• εξηγήσετε γιατί το ABP χαρακτηρίζεται ως πρωτόκολλο παύσης και αναµονής,

• προσδιορίσετε την απόδοση του πρωτοκόλλου, τόσο κατά την απουσία σφαλµά-

των µεταφοράς, όσο και κατά την ύπαρξη αυτών,

• εξηγήσετε γιατί στο πρωτόκολλο ABP έχουµε απώλεια απόδοσης ακόµα και όταν

δεν έχουµε σφάλµατα µεταφοράς,

• αναφέρετε ένα πρωτόκολλο Σύνδεσης ∆εδοµένων που υλοποιεί την τεχνική επα-

νεκποµπής πλαισίων ABP.

Το πρωτόκολλο εναλλασσοµένου bit (alternating bit protocol – ABP) είναι το απλού-

στερο από τα τρία πρωτόκολλα επανεκποµπής που παρουσιάζουµε σ’ αυτό το Κεφά-

λαιο. Στην αρχή περιγράφουµε τον τρόπο λειτουργίας του και στη συνέχεια αναλύ-

ουµε την απόδοσή του. Και καταλήγουµε σ’ αυτήν την Ενότητα παραθέτοντας το

XMODEM, ένα παράδειγµα υλοποίησης του πρωτοκόλλου ABP.

4.2.1 √ ÙÚfiÔ˜ ÏÂÈÙÔ˘ÚÁ›·˜ ÙÔ˘ ÚˆÙÔÎfiÏÏÔ˘ ABP

Η παύση και αναµονή (stop – and – wait) είναι η βασική ιδέα του πρωτοκόλλου ABP:

µόλις ο αποστολέας µεταδώσει ένα πλαίσιο, περιµένει την επιβεβαίωση λήψης από

τον παραλήπτη πριν προχωρήσει στην αποστολή του επόµενου πλαισίου. Εάν αυτή

η επιβεβαίωση δεν φτάσει µέσα στον προσυµφωνηµένο χρόνο προθεσµίας, τότε

µεταδίδει ξανά το πλαίσιο. Για την αποφυγή παρεξηγήσεων, η διάταξη των πλαισίων

δεδοµένων αποτυπώνεται δεσµεύοντας 1 bit στην επικεφαλίδα του πλαισίου. ∆ηλα-

δή, τα πιθανά νούµερα πλαισίων είναι τα 0 και 1. Επίσης, τα πλαίσια επιβεβαίωσης

περιέχουν αναφορές στην αρίθµηση των αντίστοιχων πλαισίων δεδοµένων που επι-

βεβαιώνουν.

Η ορθότητα του πρωτοκόλλου ABP βασίζεται στην υπόθεση ότι το φυσικό µέσο

µετάδοσης είναι «καλωδιακό» (wire – line), δηλαδή παραδίδει τα πλαίσια µε τη σειρά

αποστολής τους. Επειδή συνήθως τα δίκτυα δεδοµένων υλοποιούνται µε «καλωδια-

κά» µέσα µετάδοσης, αυτή η παραδοχή θα βρίσκεται σε ισχύ τόσο στην παρούσα,

όσο και στις επόµενες Ενότητες του Κεφαλαίου.

1 0 54 . 2 ∆ √ ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § √ ∂ ¡ ∞ § § ∞ ™ ™ √ ª ∂ ¡ √ À B I T

Page 106: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 0 6 K E º A § A I O 4 : ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § ∞ E ¶ ∞ ¡ ∂ ∫ ¶ √ ª ¶ ∏ ™

¶·Ú¿‰ÂÈÁÌ· 4.3

Στο σχήµα 4.4 απεικονίζεται ένα σενάριο µετάδοσης πλαισίων, όταν το εφαρµοζό-

µενο πρωτόκολλο είναι το ABP.

Αρχικά ο αποστολέας θέλει να µεταδώσει το πρώτο πακέτο P(1). Συντάσσει το αντί-

στοιχο πλαίσιο, αριθµώντας το µε την τιµή 0, και το αποστέλλει. Αυτό παραλαµβά-

νεται χωρίς σφάλµατα στο άλλο άκρο, το οποίο επιστρέφει µία επιβεβαίωση λήψης,

η οποία είναι επίσης αριθµηµένη µε την τιµή 0.

Με την επιβεβαίωση της ορθής µετάδοσης του πρώτου πακέτου, ο αποστολέας ξεκι-

νά τη διαδικασία για τη µετάδοση του πακέτου P(2). Το αντίστοιχο πλαίσιο αριθ-

µείται µε 1, αλλά η επιβεβαίωση λήψης του αργεί να φτάσει, οπότε αποστέλλεται

ξανά στο δίκτυο ένα αντίγραφο του P(2), αριθµηµένο επίσης ως 1.

Λίγο µετά την µετάδοση του αντιγράφου του P(2), φτάνει στον αποστολέα η επιβε-

βαίωση λήψης της προηγούµενης µετάδοσης. Ελέγχεται η αρίθµησή του και επειδή

είναι η σωστή (ACK1), ο αποστολέας προχωρά στη µετάδοση του επόµενου πακέ-

του P(3).

A

Π

προθεσµίαπροθεσµίαP(1) P(2) P(2) P(3) P(3) P(4)

0

1

1 0 0 1

ACK0 ACK1 ACK0

ACK1

™¯‹Ì· 4.4

Παράδειγµα µετάδοσης

πλαισίων µε χρήση

του πρωτοκόλλου

εναλλασσοµένου bit.

Το πλαίσιο για το πακέτο P(3) αριθµείται µε το 0 και αποστέλλεται. Κατά τη µετά-

δοσή του όµως χάνεται, ενώ στον αποστολέα φτάνει µία επιβεβαίωση λήψης µε την

αρίθµηση 1. Αυτή η τιµή όµως δεν αντιστοιχεί στην τρέχουσα ανεπιβεβαίωτη απο-

στολή, οπότε και αγνοείται. Ο χρόνος προθεσµίας εκπνέει, και έτσι ο αποστολέας

επαναµεταδίδει το πακέτο P(3), κ.ο.κ.

4.2.2 ∏ ·fi‰ÔÛË ÙÔ˘ ÚˆÙÔÎfiÏÏÔ˘ ABP

Για να κατανοήσουµε την απόδοση του πρωτοκόλλου εναλλασσοµένου bit και τις

παραµέτρους που την επηρεάζουν, θα µελετήσουµε αρχικά την ειδική περίπτωση

όπου δεν υπάρχουν σφάλµατα µεταφοράς στο δίκτυο και στη συνέχεια την επίδρα-

ση των σφαλµάτων µεταφοράς.

Page 107: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Όταν δεν υπάρχουν σφάλµατα µεταφοράς

Ας υποθέσουµε ότι δεν υπάρχουν σφάλµατα µεταφοράς κατά τη µετάδοση ενός πλαι-

σίου ή της επιβεβαίωσης της λήψης του. Αν συµβολίσουµε µε S τον ελάχιστο χρόνο

µεταξύ δύο διαδοχικών µεταδόσεων πλαισίων, τότε αυτός θα ισούται µε το άθροι-

σµα του χρόνου µετάδοσης του πλαισίου (TRANSP) συν το χρόνο διάδοσης του πλαι-

σίου (PROP) συν το χρόνο µετάδοσης της επιβεβαίωσης (TRANSA) συν το χρόνο

διάδοσης της επιβεβαίωσης (PROP). Οι χρόνοι επεξεργασίας του πλαισίου και της

επιβεβαίωσης θεωρήθηκαν, και συνήθως είναι, αµελητέοι (συγκρινόµενοι µε τους

αντίστοιχους χρόνους µετάδοσης και διάδοσης). ∆ηλαδή, ο συνολικός χρόνος που

απαιτείται για τη µεταφορά ενός πακέτου είναι:

S = TRANSP + TRANSA + 2 ¥ PROP (4.1)

Ο χρόνος S αναφέρεται συνήθως στη βιβλιογραφία ως ο χρόνος µετάβασης µετ’ επι-

στροφής (Round Trip Time – RTT).

Έτσι λοιπόν, όταν δεν υπάρχουν σφάλµατα µεταφοράς, ο αποστολέας θα µεταφέρει

διαδοχικά ένα νέο πακέτο κάθε S δευτερόλεπτα. Από αυτά τα S δευτερόλεπτα, ο απο-

στολέας απασχολείται για τη µετάδοση του αντίστοιχου πλαισίου µόνο τα TRANSP.

Οπότε, η απόδοση ηABP του πρωτοκόλλου επανεκποµπής ABP, όταν δεν γίνονται

λάθη, ισούται µε

(4.2)

¶·Ú¿‰ÂÈÁÌ· 4.4

Έστω ότι δύο κόµβοι απέχουν µεταξύ τους 100 Km και συνδέονται µε µία οπτική

ίνα. Γνωρίζουµε ότι σε µία συνήθη οπτική ίνα η ταχύτητα διάδοσης του σήµατος

είναι ίση µε 2 ¥ 105 Km/s. Εάν το µέγεθος του πλαισίου δεδοµένων είναι 2048 bits,

το µέγεθος του πλαισίου επιβεβαίωσης είναι 1024 bits, ο ρυθµός µετάδοσης δεδο-

µένων στο δίκτυο είναι ίσος µε 64 Kbps και το κανάλι επικοινωνίας είναι πλήρως

αξιόπιστο, τότε υπολογίστε την απόδοση του πρωτοκόλλου ABP.

Ο χρόνος µετάδοσης ενός πλαισίου ισούται µε το µέγεθος του διαιρεµένο δια του

ρυθµού µετάδοσης. Επίσης, ο χρόνος διάδοσης ενός bit κατά µήκος ενός καναλιού

επικοινωνίας ισούται µε την απόστασή του διαιρεµένη µε την ταχύτητα διάδοσης

του σήµατος. Από τις σχέσεις (4.2) και (4.1), θα έχουµε

hABP

TRANSP

S=

1 0 74 . 2 ∆ √ ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § √ ∂ ¡ ∞ § § ∞ ™ ™ √ ª ∂ ¡ √ À B I T

Page 108: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 0 8 K E º A § A I O 4 : ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § ∞ E ¶ ∞ ¡ ∂ ∫ ¶ √ ª ¶ ∏ ™

∆ηλαδή, παρόλο που δεν έχουµε σφάλµατα µεταφοράς, έχουµε µία απώλεια απόδο-

σης περίπου 35%, η οποία οφείλεται στην αναµονή για την άφιξη των πλαισίων επι-

βεβαίωσης.

hABP =+ + ¥

¥

= ª

2 048

65 5362 048

65 536

1 024

65 5362

100

2 10

0 03125

0 04787565

5

.

..

.

.

.

,

,%

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 4.2

Πώς αλλάζει η απόδοση του παραδείγµατος 4.4, όταν η απόσταση µεταξύ των κόµ-

βων αυξηθεί στα 1.000 Km ή όταν ο ρυθµός µετάδοσης αυξηθεί στα 2 Mbps;

Όταν υπάρχουν σφάλµατα µεταφοράς

Έστω ότι p είναι η πιθανότητα να µεταφερθεί σωστά ένα πλαίσιο δεδοµένων στον

παραλήπτη και να επιστρέψει χωρίς σφάλµατα η αντίστοιχη επιβεβαίωση λήψης στον

αποστολέα. Τότε, η πιθανότητα απώλειας ενός πλαισίου κατά τη µεταφορά του στο

δίκτυο θα ισούται µε 1 – p.

Έστω επίσης ότι µε X συµβολίζουµε την τυχαία µεταβλητή που περιγράφει το χρόνο

µεταξύ δύο διαδοχικών µεταδόσεων πακέτων στο δίκτυο. Όταν δεν υπάρχουν σφάλ-

µατα τότε αυτός ισούται µε S (βλέπε σχέση (4.1)). Όταν υπάρχουν σφάλµατα, τότε

ο αποστολέας αναµένει τη λήξη του χρόνου προθεσµίας T και µετά ξαναπροσπαθεί

επαναµεταδίδοντας ένα αντίγραφο του πλαισίου. Αυτές οι καταστάσεις απεικονίζο-

νται στο διάγραµµα του σχήµατος 4.5.

Υπάρχουν δύο σηµεία στο σχήµα 4.5: η έναρξη και το τέλος της µετάδοσης ενός

πακέτου, το οποίο τέλος ταυτόχρονα σηµαίνει και την έναρξη µετάδοσης του επό-

µενου πακέτου. Παρατηρούµε ότι, µε πιθανότητα p, ο αποστολέας θα µεταβεί από

την έναρξη στο τέλος και η διάρκεια της αντίστοιχης µετάβασης θα είναι ίση µε S.

Ανάλογα, µε πιθανότητα 1 – p, ο αποστολέας θα παραµείνει στην έναρξη και ο αντί-

στοιχος χρόνος αναµονής θα είναι ίσος µε T.

Page 109: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Με βάση τα παραπάνω, η µέση τιµή του τυχαίου χρόνου X που µεσολαβεί µεταξύ

δύο διαδοχικών µεταδόσεων πακέτων στο πρωτόκολλο ABP δίδεται από τη σχέση

(4.3)

∆ηλαδή, ο αποστολέας θα µεταδίδει, κατά µέσο όρο, ένα νέο πακέτο κάθε E[X] δευ-

τερόλεπτα. Οπότε, παρουσία σφαλµάτων µεταφοράς, η απόδοση ηABP(p) του πρω-

τοκόλλου επανεκποµπής ABP ισούται µε

(4.4) hABP p

TRANSP

E X

p TRANSP

pS p T( )

[ ] ( )= = ¥

+ -1

E X pS p T E X E X S T

p

p[ ] ( )( [ ]) [ ]= + - + ¤ = + -

11

1 0 94 . 2 ∆ √ ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § √ ∂ ¡ ∞ § § ∞ ™ ™ √ ª ∂ ¡ √ À B I T

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 4.3

Έστω το δίκτυο δύο συνδέσµων του σχήµατος 4.6. Τα χαρακτηριστικά των συν-

δέσµων απεικονίζονται στο σχήµα, ενώ το µέγεθος του πλαισίου δεδοµένων έχει

οριστεί στα 1024 bits και το µέγεθος του πλαισίου ACK στα 256 bits. Και στους

δύο συνδέσµους εφαρµόζουµε το πρωτόκολλο επανεκποµπής ABP, έχοντας επι-

λέξει το χρόνο προθεσµίας ίσο µε τον αντίστοιχο χρόνο µετάβασης µετ’ επιστρο-

φής (RTT).

Ποια είναι η διαµετακοµιστική ικανότητα του καναλιού επικοινωνίας ΑΓ;

[T,1 - p]

τυχαίος χρόνος X

[S,p]

επιτυχία

σφάλµα

Έναρξη Tέλος

™¯‹Ì· 4.5

Η συµπεριφορά του τυχαίου χρόνου που µεσολαβεί µεταξύ δύο διαδο-

χικών µεταδόσεων πακέτων στο πρωτόκολλο εναλλασσοµένου bit.

Page 110: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 1 0 K E º A § A I O 4 : ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § ∞ E ¶ ∞ ¡ ∂ ∫ ¶ √ ª ¶ ∏ ™

4.2.3 ∆Ô ÚˆÙfiÎÔÏÏÔ XMODEM

Το XMODEM είναι ένα πολύ απλό πρωτόκολλο Επιπέδου Σύνδεσης ∆εδοµένων, το

οποίο µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την εγκαθίδρυση απευθείας επικοινωνίας δύο προ-

σωπικών υπολογιστών µέσω modems. Το XMODEM υλοποιεί την τεχνική επανεκ-

ποµπής του εναλλασσοµένου bit. Αναπτύχθηκε από τον Ward Cristensen το 1977, ο

οποίος και διένειµε δωρεάν τον πηγαίο κώδικά του. Έτυχε ευρείας αποδοχής και χρή-

σης και για πολλά χρόνια αποτέλεσε το σηµείο αναφοράς στα πρωτόκολλα του είδους.

™¯‹Ì· 4.6

Το δίκτυο δύο

συνδέσµων για την

άσκηση αυτοαξιο-

λόγησης 4.3.

A B Γ

128 Kbps2Km

ασύρµατη ζεύξη

3¥105

Km/sp = 0,9

10 Mbps100 Km

οπτική ίνα

2¥105

Km/sp = 1

™¯‹Ì· 4.7

Η δοµή

του πλαισίου

XMODEM.

1 1 1 1128

Bytes

SO

H

NU

M

CN

UM

DATA

CK

SΗ δοµή του πλαισίου XMODEM απεικονίζεται στο σχήµα 4.7. Η αρχή της επικε-

φαλίδας (Start of Header, SOH) δηλώνεται µε τον ειδικό χαρακτήρα 0000001, ενώ

ο επόµενος χαρακτήρας (NUM) περιέχει τον αριθµό του πλαισίου. Επειδή το µήκος

του πεδίου NUM είναι 8 bits, η αρίθµηση των πλαισίων διενεργείται modulo 256.

Για την προστασία του πεδίου NUM από σφάλµατα µεταφοράς, το πλαίσιο

XMODEM έχει εφοδιαστεί µε το πεδίο CNUM, το οποίο περιέχει το συµπλήρωµα

ως προς 1 του NUM, δηλαδή το χαρακτήρα που παίρνουµε αν αντιστρέψουµε όλα

τα bits του NUM. Το πεδίο DATA είναι σταθερού µεγέθους (128 bytes) και περιέχει

τα µεταφερόµενα δεδοµένα. Τέλος, το πεδίο CKS (checksum – άθροισµα ελέγχου)

περιέχει το άθροισµα των 128 bytes του πεδίου DATA (modulo 256) και χρησιµο-

ποιείται για την ανίχνευση σφαλµάτων µεταφοράς στο πεδίο δεδοµένων. Σε µία

µεταγενέστερη έκδοση του XMODEM, το XMODEM – CRC, το άθροισµα ελέγχου

έχει αντικατασταθεί µε έναν κώδικα κυκλικού πλεονασµού (Cyclic Redundancy

Check, CRC) εύρους 16 – bit.

Όταν ο παραλήπτης δε λαµβάνει δεδοµένα, τότε στέλνει ένα πλαίσιο αρνητικής επι-

Page 111: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

βεβαίωσης (negative ACK – NACK) σε προκαθορισµένα χρονικά διαστήµατα, π.χ.

κάθε 15 δευτερόλεπτα. Το πλαίσιο NACK περιέχει στα δεδοµένα του µόνο τον ειδι-

κό χαρακτήρα 00010101. Όταν ο αποστολέας έχει να µεταφέρει δεδοµένα, τότε

συντάσσει το αντίστοιχο πλαίσιο και περιµένει την άφιξη του εποµένου NACK για

να αρχίσει τη µετάδοσή του, εκτός εάν έχει ήδη λάβει ACK για το τελευταίο πλαί-

σιο που στάλθηκε.

Στο άκρο του παραλήπτη το ληφθέν πλαίσιο ελέγχεται ως προς την ορθότητά του

και αντίστοιχα επιστρέφεται στον αποστολέα ένα πλαίσιο ACK (χαρακτήρας

00000110), εάν ήταν σωστό, ή ένα πλαίσιο NACK, εάν ήταν λανθασµένο. Αν ο απο-

στολέας λάβει ένα πλαίσιο ACK τότε µεταδίδει το επόµενο πακέτο. Αν λάβει ένα

πλαίσιο NACK τότε µεταδίδει ένα αντίγραφο του ανεπιβεβαίωτου πακέτου. Βέβαια

υπάρχει και η περίπτωση να χαθεί το πλαίσιο επιβεβαίωσης (θετικής ή αρνητικής,

δεν έχει σηµασία). Σ’ αυτήν την περίπτωση ο παραλήπτης, αφού περιµένει για 15

δευτερόλεπτα, δε λαµβάνει δεδοµένα και γι’ αυτό ξαναστέλνει ένα πλαίσιο NACK.

Παρατηρούµε ότι στο πρωτόκολλο XMODEM ο χρόνος προθεσµίας ελέγχεται στο

άκρο του παραλήπτη και όχι του αποστολέα.

Για να δηλωθεί το τέλος µετάδοσης των δεδοµένων, ο αποστολέας στέλνει τον ειδι-

κό χαρακτήρα EOT (end of text – 00000100) και περιµένει την επιβεβαίωσή του.

∆ιάφορες παραλλαγές του πρωτοκόλλου XMODEM έχουν προταθεί και υλοποιη-

θεί, στοχεύοντας να βελτιώσουν την απόδοσή του πάνω από γραµµές µε υψηλό

ρυθµό διαµεταγωγής αλλά και να προσθέσουν διάφορες χρήσιµες λειτουργίες (όπως

π.χ. η µαζική αποστολή αρχείων). Από αυτές θα ξεχωρίσουµε τα πρωτόκολλα

XMODEM – 1K και YMODEM (όπου το µέγεθος του πεδίου DATA αυξήθηκε στα

1024 bytes) και ZMODEM (όπου δεν απαιτείται η επιβεβαίωση λήψης για κάθε

µεταφερόµενο πλαίσιο δεδοµένων).

1 1 14 . 2 ∆ √ ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § √ ∂ ¡ ∞ § § ∞ ™ ™ √ ª ∂ ¡ √ À B I T

¢Ú·ÛÙËÚÈfiÙËÙ· 4.3

Ένα πολύ δηµοφιλές πρωτόκολλο για επικοινωνία µέσω modems µεταξύ δύο υπο-

λογιστών είναι το Kermit. Όπως και το XMODEM, τοποθετείται στο Επίπεδο Σύν-

δεσης ∆εδοµένων και χρησιµοποιεί µία τεχνική επανεκποµπής πλαισίων παρόµοια

µε την ABP. Είναι όµως πιο πολύπλοκο, αλλά περισσότερο αποδοτικό, από το

XMODEM. Αφού αναζητήσετε στο ∆ιαδίκτυο υλικό σχετικό µε το πρωτόκολλο

Kermit και το µελετήσετε, περιγράψτε συνοπτικά τη δοµή του πλαισίου του και

τον τρόπο λειτουργίας του.

Page 112: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 1 2 K E º A § A I O 4 : ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § ∞ E ¶ ∞ ¡ ∂ ∫ ¶ √ ª ¶ ∏ ™

4.3 ∆Ô ÚˆÙfiÎÔÏÏÔ ÔÈÛıÔ¯ÒÚËÛ˘ ηٿ N

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· aÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτήν την ενότητα θα µπορείτε να :

• περιγράψετε τον τρόπο λειτουργίας του πρωτοκόλλου οπισθοχώρησης κατά Ν (GBN),

• εξηγήσετε γιατί το πρωτόκολλο GBN χαρακτηρίζεται ως πρωτόκολλο ολισθαίνο-

ντος παραθύρου (sliding window protocol),

• ορίσετε την αρνητική επιβεβαίωση λήψης και να περιγράψετε πώς µπορεί να βελ-

τιώσει την αποδοτικότητα του πρωτοκόλλου GBN,

• προσδιορίσετε την απόδοση του πρωτοκόλλου, τόσο κατά την απουσία σφαλµά-

των µεταφοράς, όσο και κατά την ύπαρξη αυτών,

• εξηγήσετε πώς µπορούµε να επιτύχουµε την µέγιστη απόδοση του 100%, όταν φυσι-

κά δεν έχουµε σφάλµατα µεταφοράς,

• αναφέρετε ένα πρωτόκολλο Σύνδεσης ∆εδοµένων που υλοποιεί την τεχνική επα-

νεκποµπής πλαισίων GBN.

Το πρωτόκολλο οπισθοχώρησης κατά Ν (GO BACK N – GBN) έχει βελτιωµένη από-

δοση συγκρινόµενο µε το ABP, αλλά ταυτόχρονα εµφανίζει αυξηµένη πολυπλοκό-

τητα. Η βασική λειτουργική τους διαφορά είναι ότι το πρωτόκολλο GBN επιτρέπει

στον αποστολέα να έχει περισσότερα του ενός ανεπιβεβαίωτα πλαίσια υπό µεταφο-

ρά, ενώ το ABP επιτρέπει την ύπαρξη µόνο ενός ανεπιβεβαίωτου πλαισίου.

Στην αρχή περιγράφουµε τον τρόπο λειτουργίας του πρωτοκόλλου GBN και στη

συνέχεια αναλύουµε την απόδοσή του για την περίπτωση που δεν υπάρχουν σφάλ-

µατα µεταφοράς, αλλά και για την περίπτωση όπου υπάρχουν. Στο τέλος αυτής της

Ενότητας περιγράφουµε το LAPB, ένα πρωτόκολλο Σύνδεσης ∆εδοµένων που χρη-

σιµοποιείται στο δηµόσιο δίκτυο µεταγωγής δεδοµένων X.25 και υλοποιεί την τεχνι-

κή επανεκποµπής GO BACK N.

4.3.1 √ ÙÚfiÔ˜ ÏÂÈÙÔ˘ÚÁ›·˜ ÙÔ˘ ÚˆÙÔÎfiÏÏÔ˘ GO BACK N

Στο πρωτόκολλο οπισθοχώρησης κατά Ν, ο αποστολέας µπορεί να στείλει ένα πλή-

θος από πλαίσια δεδοµένων πριν λάβει την πρώτη επιβεβαίωση λήψης από τον παρα-

λήπτη. Το πλήθος αυτών των ανεπιβεβαίωτων πλαισίων ονοµάζεται µέγεθος παρα-

θύρου και συµβολίζεται µε W.

Ο αποστολέας λοιπόν µεταδίδει τα πλαίσια µε αριθµό 0, 1, 2, …, W – 1 και µετά

αναµένει, για κάποια προκαθορισµένη προθεσµία T, την άφιξη της αντίστοιχης επι-

Page 113: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

βεβαίωσης λήψης για κάθε µεταφερόµενο πλαίσιο.

Μόλις ο αποστολέας παραλάβει την επιβεβαίωση λήψης ACK – 0 για το πλαίσιο 0,

τότε µεταδίδει το επόµενο πλαίσιο W. Ανάλογα, µόλις παραλάβει το ACK – 1, τότε

αποστέλλει το πλαίσιο W + 1. Έτσι, φροντίζει κάθε στιγµή να βρίσκονται υπό µετα-

φορά ένα παράθυρο W ανεπιβεβαίωτων πλαισίων.

Τι γίνεται όµως όταν ο αποστολέας δε λάβει µία επιβεβαίωση λήψης εντός της προ-

θεσµίας T; Σ’ αυτήν την περίπτωση, ο αποστολέας µεταδίδει το αντίστοιχο παράθυρο

µε πλαίσιο έναρξης το ανεπιβεβαίωτο πλαίσιο του οποίου έληξε ο χρόνος προθεσµίας.

∆ηλαδή, εάν ο αποστολέας δε λάβει, εντός προθεσµίας, επιβεβαίωση για το πλαίσιο

n, τότε µεταδίδει ξανά τα πλαίσια n, n + 1, n + 2, …, n + W – 1. Η ίδια ακολουθία πλαι-

σίων επαναµεταδίδεται και στην περίπτωση που ο αποστολέας λάβει επιβεβαίωση για

το πλαίσιο n + 1 χωρίς να έχει λάβει την επιβεβαίωση λήψης του πλαισίου n.

¶·Ú¿‰ÂÈÁÌ· 4.5

Στο σχήµα 4.8 απεικονίζεται ένα σενάριο µετάδοσης πλαισίων, όταν το εφαρµοζό-

µενο πρωτόκολλο είναι το GO BACK N και το µέγεθος του παραθύρου έχει οριστεί

σε W = 4 πλαίσια.

Αρχικά ο αποστολέας µεταδίδει το παράθυρο των πλαισίων 0, 1, 2, 3. Τα πλαίσια

αυτά φτάνουν χωρίς σφάλµατα στον παραλήπτη και παραδίδονται στο ανώτερο επί-

πεδο προς περαιτέρω επεξεργασία. Ταυτόχρονα, συντάσσονται τα αντίστοιχα πλαί-

σια επιβεβαίωσης λήψης και µεταδίδονται πίσω στον αποστολέα.

Όταν ο αποστολέας λάβει τα πλαίσια ACK – 0 και ACK – 1, µεταδίδει τα επόµενα πλαί-

σια (4 και 5, αντίστοιχα) στο δίκτυο, τα οποία επίσης παραλαµβάνονται χωρίς πρόβλη-

µα από τον παραλήπτη και προωθούνται µε τη σειρά τους για περαιτέρω επεξεργασία.

1 1 34 . 3 ∆ √ ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § √ √ ¶ π ™ £ O Ã ø ƒ ∏ ™ ∏ ™ ∫ ∞∆∞ N

™¯‹Ì· 4.8

Παράδειγµα

µετάδοσης πλαισίων µε

χρήση του πρωτοκόλλου

οπισθοχώρησης κατά Ν.προθεσµίαπροθεσµία

παράδοση παράδοση παράδοσηαπέρριψε αυτά

τα πακέτα(εκτός σειράς)

απέρριψε αυτάτα πακέτα

(εκτός σειράς)

µετέδωσε όλα τα πλαίσιααπό το 2 και µετά

A

Π

0 1 2 3 2 3 4 54 5 6 7 4 5 6 7

Page 114: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 1 4 K E º A § A I O 4 : ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § ∞ E ¶ ∞ ¡ ∂ ∫ ¶ √ ª ¶ ∏ ™

Όµως, το πλαίσιο ACK – 2 αλλοιώνεται κατά τη µεταφορά του και έτσι εκπνέει η

προθεσµία που έχει οριστεί για τη λήψη του. Αυτό, πυροδοτεί µία επανεκποµπή όλων

των πλαισίων του παραθύρου από το πλαίσιο 2 και µετά, δηλαδή των πλαισίων 2, 3,

4 και 5. Τα πλαίσια 2, 3 και 5 φτάνουν χωρίς σφάλµατα στον παραλήπτη, ο οποίος

όµως τα απορρίπτει καθώς έχουν ήδη προωθηθεί και βρίσκονται πλέον εκτός σειράς.

Το πλαίσιο 4 αλλοιώνεται κατά τη µεταφορά του. Με την εκπνοή της προθεσµίας

του, ο αποστολέας είναι υποχρεωµένος να µεταδώσει ξανά τα πλαίσια 4, 5, 6 και 7

στο δίκτυο, κ.ο.κ.

Η µαζική µετάδοση ανεπιβεβαίωτων πλαισίων βελτιώνει την απόδοση του πρωτο-

κόλλου GBN έναντι του ABP. Στο παράδειγµά µας, εάν είχαµε εφαρµόσει το πρω-

τόκολλο ABP, θα είχαµε µεταδώσει µόλις 3 πλαίσια στον ίδιο χρόνο, δεχόµενοι µάλι-

στα ότι δε θα υπήρχαν σφάλµατα µεταφοράς.

ÕÛÎËÛË a˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 4.4

Για τη βελτίωση του πρωτοκόλλου GBN µπορούν να χρησιµοποιηθούν οι αρνητι-

κές επιβεβαιώσεις (negative ACKs – NACKs). Όταν ο παραλήπτης αντιληφθεί ένα

κενό στην αρίθµηση των ληφθέντων πλαισίων, τότε συντάσσει ένα πλαίσιο NACK,

το οποίο αριθµείται µε τον αριθµό του απολεσθέντος πλαισίου και το µεταδίδει

πίσω στον αποστολέα. Όταν ο αποστολέας λάβει την αρνητική επιβεβαίωση, ανα-

µεταδίδει το παράθυρο, από το πλαίσιο που δηλώθηκε µε το NACK και µετά, χωρίς

να χρειάζεται να περιµένει την εκπνοή του αντίστοιχου χρόνου προθεσµίας.

Στο σχήµα 4.9 παρουσιάζεται µία ακολουθία µεταδόσεων πλαισίων. Υποθέτοντας

ότι δε θα υπάρξουν µελλοντικά άλλα σφάλµατα µετάδοσης, ολοκληρώστε το σχήµα

γνωρίζοντας ότι στο σύνδεσµο υλοποιείται (α) το σχήµα επανεκποµπής GBN και

(β) το GBN µε αρνητικές επιβεβαιώσεις. Και στις δύο περιπτώσεις το µέγεθος

παραθύρου έχει οριστεί ίσο µε 5.

προθεσµία

A

Π

0 1 2 3 4

™¯‹Ì· 4.9

Η ακολουθία µεταδό-

σεων πλαισίων για

την άσκηση αυτοα-

ξιολόγησης 4.4.

Page 115: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

4.3.2 ∏ ·fi‰ÔÛË ÙÔ˘ ÚˆÙÔÎfiÏÏÔ˘ GO BACK N

Αρχικά θα εξετάσουµε την περίπτωση όπου δεν υπάρχουν σφάλµατα µεταφοράς στο

δίκτυο και στη συνέχεια τη γενικότερη περίπτωση όπου τα πλαίσια αλλοιώνονται

κατά τη µεταφορά τους.

Όταν δεν υπάρχουν σφάλµατα µεταφοράς

Έστω S ο χρόνος που απαιτείται µεταξύ της έναρξης της µετάδοσης ενός πλαισίου

και της άφιξης της αντίστοιχης επιβεβαίωσης. Υπενθυµίζουµε ότι, απουσία σφαλ-

µάτων µεταφοράς, ο χρόνος αυτός δίδεται από τη σχέση

S = TRANSP + TRANSA +2 ¥ PROP (4.5)

όπου TRANSP είναι ο χρόνος µετάδοσης του πλαισίου, TRANSA είναι ο χρόνος µετά-

δοσης της επιβεβαίωσης και PROP είναι ο χρόνος διάδοσης του πλαισίου, αλλά και

της επιβεβαίωσης.

Στο πρωτόκολλο GBN, ο αποστολέας µεταδίδει αρχικά τα πλαίσια 0, 1, 2, …, W – 1

και αναµένει την επιβεβαίωση του πλαισίου 0, η οποία φτάνει µετά από S δευτερόλε-

πτα. Στη συνέχεια, µεταδίδει το πλαίσιο W, η επιβεβαίωση του οποίου φτάνει επίσης

µετά από S δευτερόλεπτα. Το ίδιο και µε το πλαίσιο W + 1, αλλά και µε όλα τα µετα-

βιβαζόµενα πλαίσια. Έτσι, παρατηρούµε ότι κάθε S δευτερόλεπτα, ο αποστολέας µετα-

δίδει W πλαίσια. Οπότε, η απόδοση του πρωτοκόλλου GBN είναι ίση µε

Στην παραπάνω ανάλυση κάναµε τη σιωπηρή αποδοχή ότι ο S ≥ W ¥ TRANSP, δηλα-

δή ότι ο χρόνος που απαιτείται για να φτάσει η επιβεβαίωση του πρώτου ανεπιβε-

βαίωτου πλαισίου ενός παραθύρου είναι ίσος ή µεγαλύτερος από το συνολικό χρόνο

µετάδοσης των πλαισίων του παραθύρου. Εάν αυτό δεν ισχύει, δηλαδή όταν S < W

¥ TRANSP, τότε ο αποστολέας στέλνει συνεχώς πλαίσια στο δίκτυο, οπότε η από-

δοση του πρωτοκόλλου GBN είναι ίση µε 100%.

Συνοψίζοντας, η απόδοση ηGBN του πρωτοκόλλου GBN, όταν δεν υπάρχουν σφάλ-

µατα µεταφοράς, δίδεται από τη σχέση

(4.6)

¶·Ú¿‰ÂÈÁÌ· 4.6

Έστω ότι δύο κόµβοι απέχουν µεταξύ τους 100 Km και συνδέονται µε µία οπτική

hGBN

W TRANSP

S= ¥Ï

ÌÓ

¸˝˛

min ,1

W TRANSP

S

¥

1 1 54 . 3 ∆ √ ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § √ √ ¶ π ™ £ √ Ã ø ƒ ∏ ™ ∏ ™ ∫ ∞∆∞ N

Page 116: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 1 6 K E º A § A I O 4 : ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § ∞ E ¶ ∞ ¡ ∂ ∫ ¶ √ ª ¶ ∏ ™

ίνα. Εάν το µέγεθος του πλαισίου δεδοµένων είναι 1024 bits, το µέγεθος του πλαι-

σίου επιβεβαίωσης είναι 256 bits, ο ρυθµός µετάδοσης δεδοµένων στο δίκτυο είναι

ίσος µε 34 Mbps και το κανάλι επικοινωνίας είναι πλήρως αξιόπιστο, τότε υπολογί-

στε την απόδοση του πρωτοκόλλου GBN και συγκρίνετέ την µ’ αυτή του ABP.

Οι χρόνοι µετάδοσης πλαισίου TRANSP και µετάβασης µετ’ επιστροφής S είναι ίσοι µε

Από τη σχέση (4.2) υπολογίζουµε ότι η απόδοση του ABP είναι

.

Επίσης, για µέγεθος παραθύρου W, η απόδοση του πρωτοκόλλου GBN είναι

Από την παραπάνω σχέση διαπιστώνουµε ότι, εφαρµόζοντας το πρωτόκολλο GBN

µε W = 2, η απόδοση του δικτύου αυξάνει σε 5,6%. Όσο µεγαλύτερο επιλέγεται το

µέγεθος του παραθύρου, τόσο βελτιωµένη εµφανίζεται η απόδοση. Έτσι, µπορεί να

επιτευχθεί ακόµα και η βέλτιστη απόδοση του 100%, επιλέγοντας µέγεθος παραθύ-

ρου ίσο µε 36.

Όταν υπάρχουν σφάλµατα µεταφοράς

Το διάγραµµα καταστάσεων του σχήµατος 4.10 απεικονίζει την τυχαία εξέλιξη του

πρωτοκόλλου GO BACK N, όπου η κατάσταση n αντιπροσωπεύει την έναρξη της

µετάδοσης µιας ακολουθίας n πακέτων.

Εάν p είναι η πιθανότητα να µεταφερθεί σωστά ένα πλαίσιο δεδοµένων και η αντί-

στοιχη επιβεβαίωσή του, τότε το οριζόντιο βέλος από την κατάσταση n στην κατά-

σταση n – 1 υποδηλώνει ότι ο αποστολέας µεταβίβασε µε επιτυχία ένα πλαίσιο και,

µετά από χρόνο TRANSP, επιχειρεί τη µετάδοση µιας ακολουθίας n – 1 πακέτων.

Αντίστοιχα, το κυκλικό βέλος υποδηλώνει ότι, µε πιθανότητα 1 – p, το πλαίσιο δεδο-

µένων ή το πλαίσιο επιβεβαίωσης υπέστησαν αλλοίωση κατά τη µεταφορά τους και

έτσι, µετά από την εκπνοή της προθεσµίας T, ο αποστολέας επιχειρεί ξανά τη µετά-

δοση της ακολουθίας των n πακέτων.

hGBN

W= ¥ÏÌÓ

¸˝˛

min ,,

,1

0 029

1 036

hABP = ª0 029

1 0362 8

,

,, %

S =

¥ ¥+

¥ ¥+ ¥

¥ª1 024

34 1 024 1 024

256

34 1 024 1 0242

100

2 101 036

5

.

. . . ., msec

TRANSP =

¥ ¥ª1 024

34 1 024 1 0240 029

.

. ., msec

Page 117: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Αντίστοιχη είναι η ερµηνεία της συµπεριφοράς του πρωτοκόλλου όταν ξεκινά τη

µετάδοση της ακολουθίας των n – 1 πακέτων, αλλά και σε όλες τις υπόλοιπες κατα-

στάσεις. Οπότε, η µέση τιµή E[X] του τυχαίου χρόνου που µεσολαβεί µεταξύ δύο

διαδοχικών µεταδόσεων πακέτων, δηλαδή για τη µετάβαση από την κατάσταση n

στην κατάσταση n – 1, για οποιοδήποτε n, δίδεται από τη σχέση

(4.7)

Και επειδή ο χρήσιµος χρόνος είναι αυτός της µετάδοσης του πλαισίου, η απόδοση

του πρωτοκόλλου επανεκποµπής GO BACK N ισούται µε

(4.8)

Εάν επιλέξουµε το χρόνο προθεσµίας T να είναι ίσος µε εκείνη την τιµή του χρόνου

µετάβασης µετ’ επιστροφής που δίδει τη µέγιστη απόδοση του 100% απουσία σφαλ-

µάτων µεταφοράς, δηλαδή εάν επιλέξουµε

T = W ¥ TRANSP

τότε η απόδοση ηGBN (p) εκφράζεται ως ακολούθως

(4.9)

hGBN pW

p

p

( ) =+ -

1

11

hGBN pTRANSP

E X

TRANSP

TRANSP Tp

p

( )[ ]

= =+ -1

E X p TRANSP p T E X E X TRANSP T

p

p[ ] ( )( [ ]) [ ]= ¥ + - + ¤ = + -

11

1 1 74 . 3 ∆ √ ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § √ √ ¶ π ™ £ O Ã ø ƒ ∏ ™ ∏ ™ ∫ ∞∆∞ N

[T,1 - p]

τυχαίος χρόνος X

[TRANSP, p] [TRANSP, p]

επιτυχία επιτυχία

σφάλµα

[T,1 - p]

σφάλµα

[T,1 - p]

σφάλµα

n n -1 n -2

™¯‹Ì· 4.10

Η εξέλιξη του πρωτοκόλ-

λου GO BACK N, όπου η

κατάσταση n αντιπροσω-

πεύει την έναρξη της µετά-

δοσης µιας ακολουθίας n

πακέτων.

Page 118: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 1 8 K E º A § A I O 4 : ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § ∞ E ¶ ∞ ¡ ∂ ∫ ¶ √ ª ¶ ∏ ™

4.3.3 ∂Ê·ÚÌÔÁ‹ Ù˘ Ù¯ÓÈ΋˜ GBN ÛÙ· ‰ËÌfiÛÈ· ‰›ÎÙ˘· ‰Â‰ÔÌ¤ÓˆÓ Ã.25

Πριν από την εµφάνιση του ∆ιαδικτύου, το δηµόσιο δίκτυο δεδοµένων Χ.25 αποτε-

λούσε µία οικονοµική εναλλακτική λύση στα µισθωµένα κυκλώµατα για την υλο-

ποίηση υπηρεσιών ανταλλαγής δεδοµένων, καθώς ο συνδροµητής χρεωνόταν ανα-

λογικά της χρήσης του. Μετά την καθολική αποδοχή του ∆ιαδικτύου, η χρήση των

δηµοσίων δικτύων δεδοµένων έχει αισθητά ατονήσει.

Το Χ.25 αποτελεί σύσταση του διεθνούς οργανισµού τυποποίησης για τις τηλεπι-

κοινωνίες ITU – T και προδιαγράφει τη διεπαφή µεταξύ των χρηστών – συνδροµη-

τών και του δηµοσίου δικτύου δεδοµένων και τα πρωτόκολλα που χρησιµοποιού-

νται στα Επίπεδα 1, 2 και 3 κατά τη µεταξύ τους επικοινωνία. Η πρώτη µορφή της

σύστασης Χ.25 δηµιουργήθηκε το 1976 και έκτοτε αναθεωρείται περιοδικά. Σηµα-

ντικές βελτιώσεις του Χ.25 αναπτύχθηκαν µέχρι το 1984, οπότε έλαβε και τη σηµε-

ρινή µορφή του.

Στο Επίπεδο ∆ικτύου το Χ.25 χρησιµοποιεί το πρωτόκολλο PLP (packet – layer

protocol). Επίσης, στο Φυσικό Επίπεδο του δικτύου Χ.25 χρησιµοποιούνται ένα πλή-

θος τυποποιηµένων διασυνδέσεων, µε ευρύτερα χρησιµοποιούµενες τις X.21bis,

EIA/TIA – 232 και G.703. Στο Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων, το πρωτόκολλο που

χρησιµοποιείται είναι το LAPB (link access protocol, Balanced).

Το πλαίσιο του LAPB είναι παρόµοιο µ’ αυτό του πρωτοκόλλου HDLC που παρου-

σιάσαµε στην Ενότητα 3.1.2 (βλέπε σχήµα 4.11). Η επικεφαλίδα (address + control)

και το πεδίο CRC έχουν µήκος 16 bits, και κατά τη µετάδοση του πλαισίου χρησι-

µοποιείται επίσης η τεχνική της προσθήκης bit για την αποφυγή εµφάνισης των ειδι-

κών ακολουθιών ελέγχου (flags) µέσα στα δεδοµένα του πλαισίου.

8 8 8 16 8

bits

Flag Flagaddress control CRC

πλαίσιο LAPB

µεταβλητό

δεδοµένα

πακέτο PLP™¯‹Ì· 4.11

Η δοµή του πλαι-

σίου LAPB.

Page 119: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Υπάρχουν τριών ειδών πλαίσια: τα τύπου – I, τα τύπου – S και τα τύπου – U. Τα πλαί-

σια τύπου – I (information frames), µεταφέρουν τα δεδοµένα της επικοινωνίας και

µερικές πληροφορίες ελέγχου. Τα πλαίσια τύπου – S (supervisory frames) και τα πλαί-

σια τύπου – U (unnumbered frames) µεταφέρουν µόνο πληροφορίες ελέγχου.

Το πρωτόκολλο LAPB χρησιµοποιεί την τεχνική επανεκποµπής GO BACK N µε

θετικές και αρνητικές επιβεβαιώσεις, ενώ το µέγεθος του παραθύρου µπορεί να πάρει

τιµή από 1 έως 8. Οι απαραίτητες πληροφορίες αρίθµησης των πλαισίων και των επι-

βεβαιώσεων περιέχονται µόνο στα πλαίσια τύπου – I και τύπου – S και συγκεκρι-

µένα στο πεδίο ελέγχου αυτών. Η µορφή του πεδίου ελέγχου του πλαισίου LAPB

παρουσιάζεται στο σχήµα 4.12.

Όπως παρατηρούµε στο σχήµα 4.12, σε κάθε πλαίσιο δεδοµένων (που, εξ ορισµού,

είναι τύπου – I) υπάρχει το πεδίο Ns, εύρους 3 bits, στο οποίο καταχωρείται ο αριθ-

µός του πλαισίου modulo 8.

1 1 94 . 3 ∆ √ ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § √ √ ¶ π ™ £ √ Ã ø ƒ ∏ ™ ∏ ™ ∫ ∞∆∞ N

TYΠOΣ

Information

1

1

1 1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1 1

1 1 1

1

2 3 4 5 6 7 8

Bits πεδίου ελέγχου

ENTOΛHI

AΠOKPIΣH

0

0

0 0

00

0 0

0

00

0

Ns P

P

P

P/F

P/F

P/F

Nr

Nr

Nr

NrREJ

RNR

RR

REJ

RNR

RR

SAMB

DISC

DM

UA

FRMR

Unnumbered

Frames

Supervisory

Frames

1 1 1 0 F

F

F

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

PR¡ : Receive Ready

RNR¡ : Receive Not Ready

REJ¡ : Reject

SAMB¡ : Set Asynchronous

¡ Balanced Mode

DISC¡ : Disconnect

DM¡ : Disconnect Mode

UA¡ : Unnumbered ACK

FRMR¡ : Frame Reject

P/F¡ : Poll/Final

™¯‹Ì· 4.12

Η µορφή του πεδίου ελέγχου του πλαισίου LAPB.

Page 120: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 2 0 K E º A § A I O 4 : ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § ∞ E ¶ ∞ ¡ ∂ ∫ ¶ √ ª ¶ ∏ ™

Όµως, στο πλαίσιο τύπου – I υπάρχει και ένας ακόµα απαριθµητής, ο Nr, ο οποίος

καταλαµβάνει τα bits 6, 7 και 8 του πεδίου ελέγχου. Ποια θα µπορούσε άραγε να είναι

η χρήση του; Λοιπόν, αυτός ο απαριθµητής χρησιµοποιείται για την υλοποίηση της

εµβόλιµης επιβεβαίωσης λήψης (piggy – backing), µιας τεχνικής που αναφέραµε στην

ενδεικτική απάντηση της ∆ραστηριότητας 4.2. Συγκεκριµένα, η τιµή του υπολογίζε-

ται µε την πρόσθεση µίας µονάδας στην τιµή που είχε ο απαριθµητής Ns στο τελευ-

ταίο πλαίσιο δεδοµένων που ελήφθη. Έτσι, ο κόµβος που αποστέλλει το πλαίσιο – I

ενηµερώνει τον απέναντί του κόµβο, ότι έχει παραλάβει επιτυχώς το πλαίσιο µε αριθ-

µό Nr – 1 και ότι, τώρα αναµένει το πλαίσιο δεδοµένων µε αριθµό Nr.

Εκτός της εµβόλιµης επιβεβαίωσης λήψης, το LAPB διαθέτει και ξεχωριστά πλαί-

σια επιβεβαίωσης, θετικής ή αρνητικής, τα οποία υλοποιούνται µε πλαίσια τύπου –

S. Συγκεκριµένα, το πλαίσιο RR (receive ready) επιβεβαιώνει τον αποστολέα, ότι

έχει ληφθεί χωρίς σφάλµατα το πλαίσιο µε αριθµό Nr – 1 και ότι ο παραλήπτης µπο-

ρεί να δεχθεί το επόµενο πλαίσιο. Το πλαίσιο RNR (receive not ready) επιβεβαιώνει

επίσης τον αποστολέα για την ορθή λήψη του πλαισίου Nr – 1, αλλά ταυτόχρονα τον

ενηµερώνει ότι ο απέναντι κόµβος δεν µπορεί να δεχθεί άλλο πλαίσιο. Αυτή η κατά-

σταση αδυναµίας λήψης τερµατίζεται µε την αποστολή πλαισίου RR. Επίσης, το

πλαίσιο REJ είναι ένα πλαίσιο NACK και η λήψη του από τον αποστολέα πυροδο-

τεί µία µαζική µετάδοση πλαισίων από το Nr και µετά.

Τέλος, τα πλαίσια τύπου – U µεταφέρουν πληροφορίες που απαιτούνται για την εγκα-

θίδρυση και τον τερµατισµό των λογικών καναλιών επικοινωνίας µεταξύ αποστολέα

και παραλήπτη κόµβου.

4.4 ∆Ô ÚˆÙfiÎÔÏÏÔ ÂÈÏÂÎÙÈ΋˜ ·ӿÏ˄˘

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· ·ÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτήν την ενότητα θα µπορείτε να :

• περιγράψετε τον τρόπο λειτουργίας του πρωτοκόλλου επιλεκτικής επανάληψης (SRP),

• προσδιορίσετε τα κοινά χαρακτηριστικά των πρωτοκόλλων SRP και GBN, αλλά

και τις µεταξύ τους διαφορές,

• εξηγήσετε πώς περιορίζουµε το µέγιστο αριθµό πλαισίων που ενδέχεται να χρεια-

στούν προσωρινή αποθήκευση στον παραλήπτη κατά την εφαρµογή του SRP,

• περιγράψετε τον τρόπο αρίθµησης των πλαισίων στο πρωτόκολλο SRP,

• προσδιορίσετε την απόδοση του πρωτοκόλλου, τόσο κατά την απουσία σφαλµά-

Page 121: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

των µεταφοράς, όσο και κατά την ύπαρξη αυτών,

• κατατάξετε τα πρωτόκολλα ABP, GBN και SRP ως προς την πολυπλοκότητά τους

και ως προς την απόδοσή τους.

Όπως το πρωτόκολλο GBN, έτσι και το πρωτόκολλο επιλεκτικής επανάληψης

(selective repeat protocol – SRP) επιτρέπει στον αποστολέα να έχει ένα πλήθος ανε-

πιβεβαίωτων πλαισίων υπό µεταφορά.

Σύµφωνα µε όσα είδαµε στην Ενότητα 4.3, το πρωτόκολλο GBN µπορεί να µετα-

δώσει πλαίσια που παρεδόθησαν στον παραλήπτη χωρίς σφάλµατα µεταφοράς και

τα οποία έχουν ήδη επιβεβαιωθεί εντός του χρόνου προθεσµίας. Για παράδειγµα, εάν

το πλαίσιο 1 αλλοιωθεί κατά τη µεταφορά του, ενώ τα πλαίσια 2, 3,…, W και οι αντί-

στοιχες επιβεβαιώσεις τους παραδοθούν σωστά, τότε ο αποστολέας είναι υποχρεω-

µένος να µεταδώσει όλα τα πλαίσια από την αρχή. Αυτές οι επαναµεταδόσεις, οι

οποίες επιβραδύνουν την απόδοση του πρωτοκόλλου GBN, δεν υπάρχουν στο πρω-

τόκολλο επιλεκτικής επανάληψης. Αντίθετα, όπως άλλωστε δηλώνει και το όνοµά

του, το πρωτόκολλο SRP επαναλαµβάνει επιλεκτικά µόνο εκείνες τις µεταδόσεις για

τις οποίες δεν υπάρχει εµπρόθεσµη επιβεβαίωση λήψης.

4.4.1 √ ÙÚfiÔ˜ ÏÂÈÙÔ˘ÚÁ›·˜ ÙÔ˘ ÚˆÙÔÎfiÏÏÔ˘ SRP

Όπως και στα προαναφερθέντα πρωτόκολλα επανεκποµπής, το πρωτόκολλο επιλε-

κτικής επανάληψης βασίζεται στους µηχανισµούς επιβεβαίωσης λήψης και χρόνου

προθεσµίας και επιτρέπει περισσότερα από ένα ανεπιβεβαίωτα πλαίσια να βρίσκο-

νται κάθε στιγµή υπό µεταφορά. Επίσης, χρησιµοποιεί έναν ενταµιευτή στον απο-

στολέα, για να αποθηκεύει προσωρινά τα ανεπιβεβαίωτα πλαίσια.

Σ’ αυτό που διαφέρει είναι στο ότι χρησιµοποιεί προσωρινό ενταµιευτή και στον

παραλήπτη κόµβο, στον οποίο αποθηκεύονται τα πλαίσια που λαµβάνονται εκτός

σειράς, µέχρις ότου έρθει η στιγµή για να προωθηθούν προς περαιτέρω επεξεργα-

σία. Και αυτή η στιγµή έρχεται, όταν ο παραλήπτης λαµβάνει τα πλαίσια που έλει-

παν από την επιθυµητή διάταξη.

Έστω ότι W είναι το µέγεθος παραθύρου του πρωτοκόλλου και T είναι ο χρόνος προ-

θεσµίας. Επίσης, δεχόµαστε ότι τα πακέτα αριθµούνται κατ’ αύξουσα διάταξη (0, 1,

2, 3, κ.ο.κ.), ανάλογα µε το χρόνο άφιξης στον αποστολέα. Τότε, το πρωτόκολλο SRP

λειτουργεί µε βάση τους ακόλουθους κανόνες:

1. Ο αποστολέας αποθηκεύει αντίγραφα των ανεπιβεβαίωτων πλαισίων. Εάν, για

κάποιο ανεπιβεβαίωτο πλαίσιο, δε λάβει την επιβεβαίωση λήψης του µέσα σε

χρόνο T, τότε το επαναµεταδίδει.

1 2 14 . 4 ∆ √ ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § √ ∂ ¶ π § ∂ ∫ ∆ π ∫ ∏ ™ ∂ ¶ ∞ ¡ ∞ § ∏ æ ∏ ™

Page 122: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 2 2 K E º A § A I O 4 : ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § ∞ E ¶ ∞ ¡ ∂ ∫ ¶ √ ª ¶ ∏ ™

2. Ο αποστολέας µπορεί να αποθηκεύει προσωρινά µέχρι W ανεπιβεβαίωτα πλαίσια.

3. Σε οποιαδήποτε αυθαίρετη χρονική στιγµή, ας συµβολίσουµε µε L το µεγαλύτε-

ρο εκείνο ακέραιο για τον οποίο ισχύει ότι ο αποστολέας έχει λάβει όλες τις επι-

βεβαιώσεις για τα πλαίσια 0, 1, 2,…, L. Εκείνη τη χρονική στιγµή, ο αποστολέ-

ας επιτρέπεται να µεταδώσει µόνο τα πλαίσια L + 1, L + 2,…, L + W.

4. Ο παραλήπτης επιβεβαιώνει όλα τα πλαίσια που λαµβάνει χωρίς σφάλµατα. Εάν

βρίσκονται εκτός σειράς, τα αποθηκεύει προσωρινά µέχρις ότου φτάσουν τα πλαί-

σια που λείπουν από τη διάταξη, οπότε και τα παραδίδει µε τη σωστή σειρά για

περαιτέρω επεξεργασία.

5. Σε οποιαδήποτε αυθαίρετη χρονική στιγµή, ας συµβολίσουµε µε R το µεγαλύτε-

ρο εκείνο ακέραιο για τον οποίο ισχύει ότι ο παραλήπτης έχει λάβει σωστά τα

πλαίσια 0, 1, 2,…, R. Εκείνη τη χρονική στιγµή, ο παραλήπτης µπορεί να λάβει

ένα πλαίσιο µε αριθµό διάταξης που να ανήκει στο σύνολο R – (W – 1), R – (W

– 2), …, R, R + 1, …, R + W. Εάν το ληφθέν πλαίσιο έχει αριθµό διάταξης στο

σύνολο R – (W – 1), R – (W – 2), …, R, τότε επιβεβαιώνει απλώς τη λήψη του

και καταστρέφει το πλαίσιο. Εάν το ληφθέν πλαίσιο είναι ένα από τα R + 1, R +

2, …, R + W τότε το αποθηκεύει, εάν βρίσκεται εκτός διάταξης, ή το παραδίδει,

εάν συµπληρωθεί η απαιτούµενη διάταξη. Έτσι, ο παραλήπτης πρέπει να είναι σε

θέση να αποθηκεύει µέχρι W – 1 πλαίσια που φτάνουν εκτός διάταξης.

Εάν το πρωτόκολλο δεν ακολουθεί τον κανόνα 3, τότε ο παραλήπτης µπορεί να χρεια-

στεί να αποθηκεύσει έναν αυθαίρετα µεγάλο αριθµό πλαισίων, παραβιάζοντας έτσι τον

κανόνα 5 και θέτοντας σε αµφισβήτηση τη δυνατότητα υλοποίησης του πρωτοκόλλου.

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 4.5

Στο σχήµα 4.13 περιγράφεται ένα σενάριο µετάδοσης πλαισίων, όταν το εφαρµο-

ζόµενο πρωτόκολλο είναι το SRP και το µέγεθος του παραθύρου έχει οριστεί σε W

= 4 πλαίσια. Κάτω από την οριζόντια γραµµή του παραλήπτη απεικονίζεται ο προ-

σωρινός ενταµιευτής του µε τα περιεχόµενά του.

∆ιαπιστώνετε κανένα λάθος σ’ αυτό το σενάριο; Αν ναι, πώς θα τροποποιούσατε την

ακολουθία των µεταδόσεων έτσι ώστε να είναι συµβατή µε τους κανόνες του SRP;

Η αρίθµηση πλαισίων στο πρωτόκολλο SRP

Μία σηµαντική λεπτοµέρεια υλοποίησης του πρωτοκόλλου SRP αφορά, την αρίθ-

µηση των πλαισίων δεδοµένων και των αντίστοιχων πλαισίων επιβεβαίωσης. Υπεν-

Page 123: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

θυµίζουµε ότι για εξοικονόµηση χώρου στις επικεφαλίδες των πλαισίων, η αρίθµη-

σή τους διενεργείται modulo κάποιου αριθµού K, δηλαδή στο πλαίσιο καταχωρείται

το υπόλοιπο της διαίρεσης του απαριθµητή του πακέτου δια τον αριθµό K.

Εάν ο αποστολέας και ο παραλήπτης κόµβος ακολουθούν τους κανόνες 1 – 5 της Ενό-

τητας 4.4.1, τότε, σε κάθε χρονική στιγµή, ο παραλήπτης µπορεί να λάβει ένα πλαίσιo

µε αριθµό διάταξης που να ανήκει στο σύνολο R – (W – 1), R – (W – 2), …, R, R +

1, …, R + W, όπου R είναι ο αριθµός του τελευταίου πακέτου που παραδόθηκε από

τον παραλήπτη και W είναι το µέγεθος του εφαρµοζόµενου παραθύρου.

Οπότε, στο πρωτόκολλο επιλεκτικής επανάληψης, για να µην προκαλείται σύγχυση

στον παραλήπτη, τα πλαίσια πρέπει να αριθµούνται modulo 2W, όπου W είναι το µέγε-

θος του παραθύρου. ∆ηλαδή, τα πλαίσια πρέπει να αριθµούνται 0, 1, 2, …, 2W – 1.

1 2 34 . 4 ∆ √ ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § √ ∂ ¶ π § ∂ ∫ ∆ π ∫ ∏ ™ ∂ ¶ ∞ ¡ ∞ § ∏ æ ∏ ™

¢Ú·ÛÙËÚÈfiÙËÙ· 4.4

Σκιαγραφείστε ένα σενάριο µετάδοσης πλαισίων, στο οποίο θα απεικονίζεται η

λανθασµένη λειτουργία του πρωτοκόλλου SRP, όταν η αρίθµηση των πλαισίων του

γίνεται µε ένα σύνολο απαριθµητών µικρότερο του ικανού.

προθεσµία

προθεσµία προθεσµία

A

Π

παράδοση παράδοση(µε τη σωστή σειρά)

παράδοση(µε τη σωστή σειρά)

απόρριψη

0

0

1

1

12 2

2 2 2 2 2

3

33 3

4

4 4

5

5

6 6

6

7

7777

8

888

9

99

10 11 12

10 1112

™¯‹Ì· 4.13

Το σενάριο µετάδοσης

πλαισίων για

την άσκηση

αυτοαξιολόγησης 4.5.

Page 124: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 2 4 K E º A § A I O 4 : ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § ∞ E ¶ ∞ ¡ ∂ ∫ ¶ √ ª ¶ ∏ ™

4.4.2 ∏ ·fi‰ÔÛË ÙÔ˘ ÚˆÙÔÎfiÏÏÔ˘ SRP

Όταν δεν υπάρχουν σφάλµατα µεταφοράς, ακολουθώντας τα ίδια βήµατα ανάλυσης

µε αυτά της Ενότητας 4.3.2, διαπιστώνουµε ότι η απόδοση του πρωτοκόλλου SRP

είναι ίδια µ’ αυτή του πρωτοκόλλου GBN.

Έτσι λοιπόν, η απόδοση ηSRP του πρωτοκόλλου SRP, απουσία σφαλµάτων µεταφο-

ράς, δίδεται από τη σχέση

(4.10)

όπου W είναι το µέγεθος παραθύρου, TRANSP είναι ο χρόνος µετάδοσης του πλαι-

σίου δεδοµένων και S είναι ο χρόνος που µεσολαβεί από τη µετάδοση ενός πλαισί-

ου µέχρι τη λήψη της επιβεβαίωσής του.

Όταν υπάρχουν σφάλµατα µεταφοράς, ο προσδιορισµός της απόδοσης του πρωτο-

κόλλου SRP είναι αρκετά περίπλοκος και βρίσκεται εκτός των σκοπών του παρό-

ντος κειµένου. Υπό την ισχύ κάποιων γενικών παραδοχών, η απόδοση του SRP µπο-

ρεί να εκφραστεί σε κλειστή µορφή.

Συγκεκριµένα, εάν υποθέσουµε ότι τα λάθη είναι σπάνια, δηλαδή ότι

(1 – p) W ≤ 10%

όπου p είναι η πιθανότητα να µεταφερθεί σωστά ένα πλαίσιο δεδοµένων και η αντί-

στοιχη επιβεβαίωσή του και ο χρόνος προθεσµίας T είναι ίσος µε εκείνη την τιµή

του χρόνου µετάβασης µετ’ επιστροφής που δίδει τη µέγιστη απόδοση του 100%

απουσία σφαλµάτων µεταφοράς, δηλαδή ότι

T = W ¥ TRANSP (4.11)

τότε, µπορεί να αποδειχθεί ότι η απόδοση ηSRP(p) δίδεται προσεγγιστικά από την

ακόλουθη σχέση

(4.12)

Για την απόδειξη της σχέσης (4.12), ο αναγνώστης παραπέµπεται στο βιβλίο του

Walrand (1997), σελ. 180.

Για παράδειγµα, εάν κατά τη µετάβαση δεδοµένων διαµέσου ενός συνδέσµου ισχύ-

ουν οι παραδοχές (4.11) και p = 0,995, ενώ έχουµε επιλέξει το µέγεθος παραθύρου

W = 20, τότε από τις σχέσεις (4.12) και (4.9) υπολογίζουµε αντίστοιχα ότι

ηSRP(p) ≈ 91,3% και ηGBN(p) ≈ 90,9% . ∆ηλαδή, η απόδοση του πρωτοκόλλου SRP

hSRP p

p W

p W( )

( )( )

( )( )ª + - -

+ - -2 1 1

2 1 3 1

hSRP

W TRANSP

S= ¥Ï

ÌÓ

¸˝˛

min ,1

Page 125: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

εµφανίζεται βελτιωµένη σε σχέση µε την απόδοση του πρωτοκόλλου GBN, κάτι που

αναµέναµε άλλωστε να ισχύει. Και φυσικά, οι δύο παραπάνω αποδόσεις είναι συντρι-

πτικά καλύτερες από αυτή του πρωτοκόλλου ABP (ηABP(p) ≈ 5% ).

1 2 54 . 4 ∆ √ ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § √ ∂ ¶ π § ∂ ∫ ∆ π ∫ ∏ ™ ∂ ¶ ∞ ¡ ∞ § ∏ æ ∏ ™

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 4.6

Είναι σωστό ή λάθος ότι:

Σωστό Λάθος

Ο παραλήπτης κόµβος πρέπει να παραδώσει τα πακέτα

στο Επίπεδο ∆ικτύου µε την ίδια σειρά µε την οποία αυτά

δόθηκαν στο Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων του αποστολέα.

Και στα τρία πρωτόκολλα (ABP, GBN και SRP),

ο αποστολέας πρέπει να είναι εξοπλισµένος µ’ έναν

ενταµιευτή. Το ίδιο ισχύει και για τον παραλήπτη, αλλά µόνο

στο πρωτόκολλο GBN.

Ο συνδυασµός µικρού µεγέθους πλαισίου, υψηλού ρυθµού

µετάδοσης και µεγάλου χρόνου διάδοσης είναι καταστροφικός

όσον αφορά στην αποδοτικότητα ενός πρωτοκόλλου ABP.

Όταν η πιθανότητα εµφάνισης σφαλµάτων µεταφοράς είναι

υψηλή, τότε είναι προτιµητέο να χρησιµοποιήσουµε

το πρωτόκολλο GBN έναντι του SRP για την επανεκποµπή

πακέτων.

Τα πρωτόκολλα συνεχούς διοχέτευσης (pipeline) εµφανίζουν

χαµηλότερη απόδοση σε σχέση µε τα πρωτόκολλα παύσης

και αναµονής.

Στα πρωτόκολλα ολισθαίνοντος παραθύρου, το (n + W) – οστό

πακέτο δεν µπορεί να µεταδοθεί, εάν το n – οστό πακέτο

δεν έχει επιβεβαιωθεί, όπου W είναι το µέγεθος του παραθύρου.

Page 126: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 2 6 K E º A § A I O 4 : ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § ∞ E ¶ ∞ ¡ ∂ ∫ ¶ √ ª ¶ ∏ ™

™‡ÓÔ„Ë

• Η επανεκποµπή εσφαλµένων πακέτων µπορεί να διενεργηθεί είτε στο Επίπεδο Σύν-

δεσης ∆εδοµένων, είτε στο Επίπεδο Μεταφοράς του µοντέλου αναφοράς OSI.

• Τα τρία ευρύτερα χρησιµοποιούµενα πρωτόκολλα επανεκποµπής πλαισίων είναι:

(α) του εναλλασσοµένου bit (ABP), (β) της οπισθοχώρησης κατά Ν (GBN) και (γ)

της επιλεκτικής επανάληψης (SRP).

• Τα πρωτόκολλα επανεκποµπής πλαισίων συνήθως υλοποιούνται βασιζόµενα στη

συνδυασµένη χρήση δύο θεµελιωδών µηχανισµών: της επιβεβαίωσης λήψης και

του χρόνου προθεσµίας.

• Για την ορθότητα των πρωτοκόλλων επανεκποµπής, τα πλαίσια δεδοµένων πρέ-

πει να αριθµούνται. Επίσης, οι επιβεβαιώσεις λήψης πρέπει να περιέχουν αναφο-

ρές στην αντίστοιχη αρίθµηση αποστολής.

• Η απόδοση ενός πρωτοκόλλου επανεκποµπής ορίζεται ως το µέσο ποσοστό χρό-

νου κατά τον οποίο ο αποστολέας µεταδίδει καινούργια πλαίσια δεδοµένων, υπο-

θέτοντας ότι πάντα υπάρχουν πακέτα προς µετάδοση.

• Η παύση και αναµονή είναι η βασική ιδέα του πρωτοκόλλου ABP: µόλις ο αποστολέ-

ας µεταδώσει ένα πλαίσιο, περιµένει την επιβεβαίωση λήψης από τον παραλήπτη πριν

προχωρήσει στην αποστολή του επόµενου πλαισίου. Εάν αυτή η επιβεβαίωση δε φτά-

σει µέσα στον προσυµφωνηµένο χρόνο προθεσµίας, τότε µεταδίδει ξανά το πλαίσιο.

• Στο πρωτόκολλο ABP, τα πλαίσια αριθµούνται: 0, 1, 0, 1, 0, 1,….

• Το πρωτόκολλο οπισθοχώρησης κατά Ν (GO BACK N – GBN) έχει καλύτερη από-

δοση από το ABP, καθώς επιτρέπει στον αποστολέα να έχει περισσότερα του ενός

ανεπιβεβαίωτα πλαίσια υπό µεταφορά.

• Στο πρωτόκολλο GBN, τα πλαίσια αριθµούνται: 0, 1,…, W, 0, 1,…, W,…, όπου W

είναι το παράθυρο µετάδοσης του πρωτοκόλλου. Ο αποστολέας µπορεί να έχει

µέχρι W ανεπιβεβαίωτα πλαίσια.

• Στο πρωτόκολλο GBN, ο παραλήπτης απορρίπτει τα πλαίσια που λαµβάνει εκτός

σειράς. Επίσης, εάν ο αποστολέας δε λάβει µία επιβεβαίωση λήψης εντός της προ-

θεσµίας, τότε µεταδίδει το αντίστοιχο παράθυρο µε πλαίσιο έναρξης το ανεπιβε-

βαίωτο πλαίσιο του οποίου έληξε ο χρόνος προθεσµίας.

• Η απόδοση του πρωτοκόλλου GBN µπορεί να βελτιωθεί άµα χρησιµοποιηθούν

αρνητικές επιβεβαιώσεις (NACKs).

• Και το πρωτόκολλο SRP επιτρέπει στον αποστολέα να έχει περισσότερα του ενός

Page 127: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

ανεπιβεβαίωτα πλαίσια υπό µεταφορά.

• Στο πρωτόκολλο SRP, τα πλαίσια αριθµούνται: 0, 1,…, 2W – 1, 0, 1,…, 2W – 1,…

Ο αποστολέας µπορεί να έχει µέχρι W ανεπιβεβαίωτα πλαίσια.

• Στο πρωτόκολλο SRP, ο παραλήπτης αποθηκεύει προσωρινά τα πλαίσια που λαµ-

βάνει εκτός σειράς. Επίσης, ο αποστολέας επαναµεταδίδει µόνο το πλαίσιο που

δεν επιβεβαιώθηκε εµπρόθεσµα.

• Απουσία σφαλµάτων µεταφοράς, το SRP έχει την ίδια απόδοση µε το GBN. Όταν

υπάρχουν σφάλµατα µεταφοράς, το SRP εµφανίζει βελτιωµένη απόδοση σε σύγκρι-

ση µε το GBN.

1 2 7™ Y N O æ H

Page 128: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 2 8 K E º A § A I O 4 : ¶ ƒ ø ∆ √ ∫ √ § § ∞ E ¶ ∞ ¡ ∂ ∫ ¶ √ ª ¶ ∏ ™

µÈ‚ÏÈÔÁÚ·Ê›·

Για την ύλη αυτού του Κεφαλαίου βασιστήκαµε στα βιβλία των Walrand (1998),

Bertsekas και Gallager (1992) και Tanenbaum (1996). Οι προηγούµενες εκδόσεις των

βιβλίων των Walrand και Tanenbaum έχουν µεταφραστεί στα Ελληνικά από τους Μ.

Αναγνώστου (1997) και Ν. Παπαντώνη και Κ. Καραΐσκο (1992) αντίστοιχα.

Για λεπτοµερή παρουσίαση του τρόπου λειτουργίας και των προδιαγραφών των

δηµοσίων δικτύων δεδοµένων Χ.25, ο αναγνώστης παραπέµπεται στο Κεφάλαιο 11

του βιβλίου των Α. Αλεξόπουλου και Γ. Λαγογιάννη (1997).

Ένα πολύ σηµαντικό θέµα στο χώρο των τηλεπικοινωνιών είναι η επαλήθευση της

ορθότητας των πρωτοκόλλων, δηλαδή, το να διαπιστώσουµε ότι έχουν την επιθυ-

µητή συµπεριφορά. Μία πολύ καλή εισαγωγή σ’ αυτό το µεγάλο θέµα γίνεται στο

Κεφάλαιο 3 του βιβλίου του Tanenbaum (1996), ενώ µία λεπτοµερειακή τεχνική ανα-

φορά αποτελεί το βιβλίο των Lai και Jirachiefpattana (1998). Ειδικότερα, για τα

δίκτυα Petri, µία αποδοτική τεχνική αυτόµατης επαλήθευσης πρωτοκόλλων, ο ανα-

γνώστης µπορεί να ανατρέξει στο βιβλίο του Peterson (1981).

[1] Jean Walrand. «Communications Networks: A First Course». Second Edition.

McGraw – Hill. ISBN 0 – 256 – 17404 – 0. (1998).

[2]Dimitri Bertsekas and Robert Gallager. «Data Networks». Prentice Hall. ISBN 0

– 13 – 200916 – 1. (1992).

[3]Andrew Tanenbaum. «Computer Networks». Third Edition. Prentice – Hall, Inc.

ISBN 0 – 13 – 349945 – 6. (1996).

[4] Jean Walrand. «∆ίκτυα Επικοινωνιών». Μετάφραση: Μιλτιάδης Αναγνώστου.

Εκδόσεις Παπασωτηρίου. ISBN 960 – 7510 – 45 – 3. (1997).

[5] Andrew Tanenbaum. «∆ίκτυα Υπολογιστών». Μετάφραση: Νίκος Παπαντώνης και

Κώστας Καραϊσκος. Εκδόσεις Παπασωτηρίου. ISBN 960 – 7182 – 00 – 6. (1992).

[6]Άρης Αλεξόπουλος και Γιώργος Λαγογιάννης. «Τηλεπικοινωνίες και ∆ίκτυα Υπο-

λογιστών». Τέταρτη Έκδοση. ISBN 960 – 220 – 086 – 3. (1997).

[7]Richard Lai and Ajin Jirachiefpattana. «Communication Protocol Specification

and Verification». Kluwer Academic. ISBN 0792382846. (1998).

[8] James Lyle Peterson. «Petri Net Theory and the Modeling of Systems». Prentice

Hall. ISBN 0136619835. (1981).

Page 129: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

∆ÔÈο ¢›ÎÙ˘·

™ÎÔfi˜

Σ’ αυτό το κεφάλαιο θα γνωρίσουµε τα τοπικά δίκτυα υπολογιστών, επικεντρώνο-

ντας την προσοχή µας στην αρχιτεκτονική αλλά και στις λειτουργικές προδιαγραφές

τεσσάρων τύπων τοπικών δικτύων που έχουν καθολικά επικρατήσει στην αγορά.

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· ·ÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτό το κεφάλαιο, θα µπορείτε να:

• ορίσετε τα τοπικά δίκτυα και τους τύπους τοπικών δικτύων Ethernet IEEE 802.3,

∆ακτυλίου µε Κουπόνι (Token Ring) IEEE 802.5, FDDI και Ασύρµατο Τοπικό

∆ίκτυο (WLAN) IEEE 802.11,

• εξηγήσετε την αρχιτεκτονική των τοπικών δικτύων σύµφωνα µε το πρότυπο IEEE 802,

• αναφέρετε τρεις µηχανισµούς ελέγχου προσπέλασης του φυσικού µέσου στα τοπι-

κά δίκτυα,

• περιγράψετε τις θεµελιώδεις αρχές λειτουργίας των τεσσάρων τύπων τοπικών

δικτύων που παρουσιάζονται σ’ αυτό το Κεφάλαιο,

• επιχειρηµατολογήσετε σχετικά µε την απόδοση που επιτυγχάνει το καθένα από αυτά

τα τέσσερα τοπικά δίκτυα,

• συγκρίνετε τους τέσσερις τύπους τοπικών δικτύων, αναφέροντας τα ισχυρά και τα

αδύνατα σηµεία του καθενός.

ŒÓÓÔȘ ÎÏÂȉȿ

5∫ ∂ º ∞ § ∞ π √

• CSMA/CA

• CSMA/CD

• Ethernet (IEEE 802.3)

• FDDI

• Ασύρµατα τοπικά δίκτυα IEEE 802.11

• ∆ακτύλιος µε Κουπόνι (IEEE 802.5)

• Έλεγχος Λογικής Σύνδεσης (LLC)

• Έλεγχος Προσπέλασης Μέσων

(MAC)

• Ιδεατό τοπικό δίκτυο (VLAN)

• µεταγωγέας Ethernet

• Πέρασµα κουπονιού

• τοπικό δίκτυο

Page 130: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 3 0 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

™¯‹Ì· 5.1

Τέσσερις τύποι τοπικών δικτύων (LAN), οι οποίοι χρησιµοποιούνται ευρέως σε εγκαταστάσεις που εκτείνονται

εντός κτιρίου ή γειτονικών κτιρίων. Ειδικά το δίκτυο FDDI µπορεί να καλύψει και αστικές περιοχές, υλοποιώντας

έτσι ένα µητροπολιτικό δίκτυο (MAN).

(α) Ethernet / IEEE 802.3

(γ) FDDI (δ) IEEE 802.11

(β) ∆ακτύλιος µε κουπόνι / IEEE 802.5

∂ÈÛ·ÁˆÁÈΤ˜ ·Ú·ÙËÚ‹ÛÂȘ

Ως τοπικό δίκτυο (local area network – LAN) ορίζουµε το σύνολο των διασυνδεδε-

µένων υπολογιστών που εκτείνονται σε σχετικά µικρή περιοχή (π.χ. στα όρια ενός

κτιρίου ή γειτονικών κτιρίων). Το τοπικό δίκτυο προσφέρει στους χρήστες του µία

πληθώρα πλεονεκτηµάτων, όπως για παράδειγµα το διαµοιρασµό συσκευών και

εφαρµογών, την ανταλλαγή αρχείων, τη µεταξύ τους επικοινωνία µέσω ηλεκτρονι-

κού ταχυδροµείου και άλλων προηγµένων υπηρεσιών, την πρόσβαση στο ∆ιαδίκτυο

Page 131: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

µέσω κοινόχρηστης σύνδεσης, κ.ά.

Σ’ αυτό το Κεφάλαιο θα παρουσιάσουµε αρχικά την αρχιτεκτονική και τα γενικά

χαρακτηριστικά των τοπικών δικτύων και στη συνέχεια θα επεκταθούµε σε τέσσερις

τύπους τοπικών δικτύων που έχουν καθολικά επικρατήσει στην αγορά. Αυτά είναι τα

ενσύρµατα δίκτυα Ethernet/IEEE 802.3, ∆ακτυλίου µε Κουπόνι/IEEE 802.5 και

FDDI και τα ασύρµατα δίκτυα IEEE 802.11. Η λογική διάταξη των κόµβων σε κάθε

ένα από τα παραπάνω τοπικά δίκτυα απεικονίζεται στο σχήµα 5.1.

Το δίκτυο FDDI µπορεί να επεκταθεί σε περιοχές µεγαλύτερες από αυτή που ορίζει

µία σειρά από γειτονικά κτίρια, όπως π.χ. στα όρια µίας πόλης. Σ’ αυτήν την περί-

πτωση το δίκτυο χαρακτηρίζεται ως µητροπολιτικό δίκτυο (metropolitan area

network – MAN) ή δίκτυο αστικής περιοχής.

1 3 1∂ π ™ ∞ ° ø ° π ∫ ∂ ™ ¶ ∞ ƒ∞∆ ∏ ƒ ∏ ™ ∂ π ™

Page 132: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 3 2 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

5.1 ∏ ·Ú¯ÈÙÂÎÙÔÓÈ΋ ÙˆÓ ÙÔÈÎÒÓ ‰ÈÎÙ‡ˆÓ

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· ·ÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτήν την ενότητα θα µπορείτε να:

• αναφέρετε πέντε τουλάχιστον πρωτόκολλα LAN και να τα αντιστοιχήσετε στα επί-

πεδα του µοντέλου αναφοράς OSI,

• ορίσετε τα δύο τµήµατα στα οποία χωρίζεται το Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων στα

τοπικά δίκτυα και να αιτιολογήσετε αυτόν το διαχωρισµό,

• περιγράψετε τέσσερις τοπολογίες τοπικού δικτύου,

• αναφέρετε τρεις µηχανισµούς ελέγχου προσπέλασης του φυσικού µέσου στα τοπι-

κά δίκτυα και να προσδιορίσετε τον τρόπο λειτουργίας τους,

• ορίσετε τρεις τύπους µετάδοσης δεδοµένων στα τοπικά δίκτυα µε βάση το πλήθος

των πιθανών παραληπτών.

Οι τυποποιήσεις των τοπικών και των µητροπολιτικών δικτύων (LAN/MAN) καθο-

ρίζονται από την οµάδα εργασίας 802 της IEEE (Institute of Electrical and Electronics

Engineers), ενός διεθνούς µη κερδοσκοπικού επαγγελµατικού συλλόγου, που απα-

ριθµεί εκατοντάδες χιλιάδες µέλη (ηλεκτρολόγους και ηλεκτρονικούς µηχανικούς)

σε πάνω από 150 χώρες στον κόσµο.

Η οµάδα IEEE 802 συναντήθηκε για πρώτη φορά στις 27 – 29 Φεβρουαρίου 1980

στο San Francisco, CA, χάρη στις επίµονες προσπάθειες των Maris Graube και Robert

Rosenthal. Σ’ αυτήν τη συνάντηση συµµετείχαν περίπου 125 άτοµα, τα περισσότερα

µε εµπειρία στην ανάπτυξη τοπικού δικτύου, καθώς εκείνη τη χρονική στιγµή υπήρ-

χαν περίπου 80 τύποι τοπικών δικτύων υπό σχεδίαση ή σε περιορισµένη χρήση. Απο-

στολή της οµάδας εργασίας ορίστηκε η συγγραφή διεθνών προτύπων για τα τοπικά

δίκτυα, τα οποία να αντιστοιχούν στα επίπεδα 1 και 2 του µοντέλου αναφοράς OSI.

Μέσα στα πρώτα δύο χρόνια εκδόθηκαν τα πρώτα προσχέδια προτύπων, επί των οποί-

ων διενεργήθηκαν µακροχρόνιες διαβουλεύσεις. Τελικά, τον Ιανουάριο 1985 εκδό-

θηκε το πρώτο πρότυπο της οµάδας, το οποίο ονοµάστηκε IEEE 802.3. Από τότε

µέχρι σήµερα, έχουν εκδοθεί πάνω από 50 πρότυπα και συµπληρώµατα προτύπων,

τα οποία καλύπτουν όλο το ευρύ φάσµα της αρχιτεκτονικής των δικτύων LAN/MAN.

5.1.1 ∆· ÚˆÙfiÎÔÏÏ· LAN Î·È ÙÔ ÌÔÓÙ¤ÏÔ ·Ó·ÊÔÚ¿˜ OSI

Τα πρωτόκολλα τοπικού δικτύου λειτουργούν στα δύο χαµηλότερα επίπεδα του

µοντέλου αναφοράς OSI, δηλαδή στο Φυσικό Επίπεδο και στο Επίπεδο Σύνδεσης

Page 133: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

∆εδοµένων. Στο σχήµα 5.2 δίδεται η αντιστοιχία διαφόρων πρωτοκόλλων LAN µε

τα επίπεδα του OSI.

1 3 35 . 1 ∏ ∞ ƒ Ã π ∆ ∂ ∫ ∆ √ ¡ π ∫ ∏ ∆ ø ¡ ∆ √ ¶ π ∫ ø ¡ ¢ π ∫ ∆ À ø ¡

Φυσικό επίπεδο

Eπίπεδο Σύνδεσης∆εδοµένων

LLC

MAC

IEEE 802.2

IEE

E 8

02

.3

FD

DI

IEE

E 8

02

.5

IEE

E 8

02.1

1

IEE

E 8

02.1

0

(α) Eπίπεδα OSI (β) πρότυπα LAN/WAN

™¯‹Ì· 5.2

H αντιστοιχία

διαφόρων δηµοφιλών

πρωτοκόλλων LAN

µε τα επίπεδα

του µοντέλου

αναφοράς OSI.

Όπως γνωρίζουµε, τα ηλεκτρικά και µηχανικά χαρακτηριστικά του µέσου µετάδο-

σης καθορίζονται στο Φυσικό Επίπεδο. Επίσης, το Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων

φροντίζει για την ανταλλαγή πλαισίων µεταξύ των υπολογιστών που διασυνδέονται

στο ίδιο τοπικό δίκτυο.

Οι υπολογιστές σ’ ένα τοπικό δίκτυο επικοινωνούν µεταξύ τους χρησιµοποιώντας

έναν κοινό σύνδεσµο πολλαπλής πρόσβασης αντί για συνδέσµους σηµείο µε σηµείο

και αυτό το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό αποτελεί µία ειδοποιό διαφορά των δικτύων

LAN/MAN από τα δίκτυα ευρείας περιοχής. Για τον αποδοτικό χειρισµό αυτού του

χαρακτηριστικού, το Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων στα τοπικά δίκτυα χωρίζεται σε

δύο υποεπίπεδα: στον Έλεγχο Προσπέλασης Μέσων (Media Access Control – MAC)

και στον Έλεγχο Λογικής Σύνδεσης (Logical Link Control – LLC).

Οι λειτουργίες που εκτελούνται στο υποεπίπεδο MAC ρυθµίζουν την προσπέλαση

στον κοινό σύνδεσµο. Για κάθε συνοµιλία µεταξύ δύο κόµβων στο τοπικό δίκτυο, ο

Έλεγχος Προσπέλασης Μέσων υλοποιεί έναν ιδεατό σύνδεσµο σηµείου µε σηµείο

µεταξύ των ενδιαφεροµένων µερών, δίδοντάς τους έτσι την ψευδαίσθηση ότι επι-

κοινωνούν διαµέσου απευθείας συνδέσµου και όχι διαµέσου του διαµοιραζόµενου

Page 134: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 3 4 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

συνδέσµου πολλαπλής πρόσβασης.

Ο Έλεγχος Λογικής Σύνδεσης υλοποιεί τις υπηρεσίες µετάδοσης πλαισίων µεταξύ

των κόµβων του τοπικού δικτύου. Έτσι, µπορεί να υλοποιήσει µία υπηρεσία αξιόπι-

στης µετάδοσης πλαισίων, ζητώντας την επανεκποµπή όλων των πλαισίων που

αλλοιώθηκαν κατά τη µεταφορά τους. Επίσης, µπορεί να υλοποιήσει µία υπηρεσία

κατά την οποία να απορρίπτει απλώς τα πλαίσια που υπέστησαν σφάλµα µεταφοράς

και να προωθεί στο Επίπεδο ∆ικτύου τα υπόλοιπα πλαίσια.

Όπως παρατηρούµε στο σχήµα 5.2, το πρότυπο IEEE 802.2 καθορίζει το υποεπίπε-

δο LLC. Επίσης, υπάρχει ένα πλήθος από πρότυπα (IEEE 802.3 – 16) που καλύπτουν

τόσο το Φυσικό Επίπεδο όσο και το υποεπίπεδο MAC των τοπικών δικτύων, µε πιο

δηµοφιλή τα ΙΕΕΕ 802.3 (δίκτυα τύπου Ethernet), IEEE 802.5 (δίκτυα τύπου ∆ακτυ-

λίου µε Κουπόνι) και IEEE 802.11 (ασύρµατα τοπικά δίκτυα). Παρατηρήστε ότι η

ύπαρξη του υποεπιπέδου LLC δίδει µία µοναδική ευελιξία στην προσθήκη µελλο-

ντικών προτύπων LAN, καθώς απαλλάσσει το Επίπεδο ∆ικτύου από την υποχρέω-

ση προσαρµογής σ’ αυτό το νέο πρότυπο.

Τα πρότυπα που εξελίσσονται στο χρόνο, τηρούν µία αρίθµηση συµβατή µε αυτή του

αρχικού προτύπου. Για παράδειγµα, τα πρότυπα για τα προηγµένα δίκτυα τύπου

Ethernet, τα οποία εµφανίζουν ρυθµό µετάδοσης πολλαπλάσιο του αρχικού, έχουν αριθ-

µηθεί ως IEEE 802.3u (Fast Ethernet), IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet) και IEEE 802.3ae

(10 Gigabit Ethernet). Επίσης, το πρότυπο IEEE 802.10 ασχολείται µε την ασφάλεια

στα τοπικά δίκτυα και εντάσσεται αποκλειστικά στο Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων.

¢Ú·ÛÙËÚÈfiÙËÙ· 5.1

Στη διεύθυνση http://www.ieee802.org βρίσκεται ο επίσηµος δικτυακός τόπος της

οµάδας εργασίας IEEE 802. Αφού συµβουλευτείτε τα περιεχόµενά του, σκιαγρα-

φήστε τον πλήρη χάρτη των πρωτοκόλλων LAN, σύµφωνα µε το υπόδειγµα του

σχήµατος 5.2.

5.1.2 ∆ÔÔÏÔÁ›Â˜ ÙÔÈÎÒÓ ‰ÈÎÙ‡ˆÓ

Η φυσική διάταξη των κόµβων και των συνδέσµων ενός δικτύου ονοµάζεται φυσι-

κή τοπολογία του δικτύου. Αντίστοιχα, η λογική τοπολογία ενός δικτύου αποτυπώνει

τον τρόπο µε τον οποίο οργανώνονται οι κόµβοι του. Η λογική τοπολογία ενός δικτύ-

ου δεν ταυτίζεται πάντα µε τη φυσική του τοπολογία.

Page 135: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Υπάρχουν τέσσερις βασικές τοπολογίες τοπικών δικτύων: η αρτηρία, ο δακτύλιος, ο

αστέρας και το δέντρο (βλέπε σχήµα 5.3).

Στην αρτηρία, οι κόµβοι του δικτύου συνδέονται εν σειρά, όπως στο σχήµα 5.3.α.

Ένα βασικό χαρακτηριστικό αυτής της τοπολογίας είναι ότι τα µεταφερόµενα πλαί-

σια διασχίζουν όλο το µήκος του φυσικού µέσου και γι’ αυτό λαµβάνονται από όλους

τους κόµβους που διασυνδέονται στο τοπικό δίκτυο. Τα τοπικά δίκτυα Ethernet/IEEE

802.3 και IEEE 802.11 έχουν αυτήν τη λογική τοπολογία.

Στο δακτύλιο, οι κόµβοι του δικτύου συνδέονται µε συνδέσµους µίας κατεύθυνσης

1 3 55 . 1 ∏ ∞ ƒ Ã π ∆ ∂ ∫ ∆ √ ¡ π ∫ ∏ ∆ ø ¡ ∆ √ ¶ π ∫ ø ¡ ¢ π ∫ ∆ À ø ¡

™¯‹Ì· 5.3

Οι τέσσερις βασικές

τοπολογίες τοπικού

δικτύου: η αρτηρία, ο

δακτύλιος, ο αστέρας

και το δέντρο.

(α) αρτηρία (β) δακτύλιος

(γ) αστέρας (δ) δέντρο

Page 136: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 3 6 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

µε τέτοιο τρόπο, έτσι ώστε να συνθέτουν έναν κλειστό βρόχο (βλέπε σχήµα 5.3.β).

Αξίζει να παρατηρήσουµε ότι η µεταφορά πλαισίων σ’ ένα δακτύλιο γίνεται προς

µία µόνο κατεύθυνση. Όπως αναφέρει άλλωστε και το όνοµά του, το τοπικό δίκτυο

IEEE 802.5 (Token Ring) έχει την τοπολογία δακτυλίου. Επίσης, το δίκτυο FDDI

υλοποιείται ως ένας διπλός δακτύλιος, όπου οι δύο δακτύλιοι έχουν αντίθετη κατεύ-

θυνση ροής των δεδοµένων.

Στον αστέρα, όλοι οι κόµβοι του δικτύου συνδέονται απευθείας σ’ έναν κεντρικό

κόµβο, ο οποίος καλείται συγκεντρωτής ή οµφαλός επικοινωνίας.

Τέλος, η τοπολογία δέντρου συνδυάζει τα χαρακτηριστικά της αρτηρίας και του αστέ-

ρα. Είναι µία υβριδική τοπολογία η οποία συντίθεται από οµάδες υπολογιστών τοπο-

λογίας αστέρα, οι οποίες µε τη σειρά τους συνδέονται σε µία κεντρική αρτηρία

(βλέπε σχήµα 5.3.δ).

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 5.1

Μία λογική τοπολογία δεν είναι απαραίτητο να υλοποιείται µε την αντίστοιχη φυσι-

κή τοπολογία του δικτύου. Για παράδειγµα, οι λογικές τοπολογίες της αρτηρίας και

του δακτυλίου συνήθως υλοποιούνται ως αστέρες.

Σκιαγραφήστε την περίπτωση όπου τέσσερις κόµβοι, συνδεδεµένοι διαµέσου ενός

συγκεντρωτή, υλοποιούν την λογική τοπολογία του δακτυλίου.

5.1.3 ªË¯·ÓÈÛÌÔ› ÂϤÁ¯Ô˘ ÚÔۤϷÛ˘ ÙÔ˘ Ê˘ÛÈÎÔ‡ ̤ÛÔ˘

Οι σύνδεσµοι πολλαπλής πρόσβασης έχουν τον εξής λειτουργικό περιορισµό: σε µία

αυθαίρετη χρονική στιγµή, επιτρέπουν µόνο σε έναν από τους διασυνδεδεµένους κόµ-

βους να έχει την αποκλειστική χρήση του για τη µετάδοση δεδοµένων. Έτσι, καθώς

περιµένουµε να υπάρχουν περισσότεροι του ενός κόµβοι που να έχουν δεδοµένα προς

µετάδοση την ίδια χρονική στιγµή, τα τοπικά δίκτυα πρέπει να είναι εξοπλισµένα µε

µηχανισµούς οι οποίοι θα ρυθµίζουν την προσπέλαση των κόµβων στο φυσικό µέσο.

Τρεις είναι οι κύριοι µηχανισµοί ελέγχου προσπέλασης του φυσικού µέσου:

• η Πολλαπλή Πρόσβαση µε Ακρόαση Φέροντος και Ανίχνευση Συγκρούσεων

(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection – CSMA/CD),

• η Πολλαπλή Πρόσβαση µε Ακρόαση Φέροντος και Αποφυγή Συγκρούσεων (Carrier

Sense Multiple Access with Collision Avoidance – CSMA/CA), και

• το Πέρασµα Κουπονιού (token passing).

Page 137: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Ο µηχανισµός CSMA/CD

Ο µηχανισµός CSMA/CD βασίζεται σε µία ιδιότητα που πρέπει να διαθέτουν οι δια-

συνδεδεµένοι κόµβοι, η οποία ονοµάζεται ακρόαση φέροντος. Αν ένας κόµβος δια-

θέτει αυτή την ιδιότητα, τότε µπορεί να παρατηρεί το µέσο πολλαπλής πρόσβασης

και, σε κάθε χρονική στιγµή, να αναγνωρίζει αν µεταφέρονται δεδοµένα στο δίκτυο

ή αυτό είναι αδρανές.

Αν δύο ή περισσότεροι κόµβοι µεταδώσουν δεδοµένα στο δίκτυο την ίδια χρονική

στιγµή (έχοντας προηγουµένως ανιχνεύσει ο καθένας ότι το φυσικό µέσο είναι ελεύ-

θερο), τότε έχουµε το φαινόµενο της σύγκρουσης (collision). Στη σύγκρουση, τα δύο

ή περισσότερα πλαίσια, που µεταδίδονται ταυτόχρονα, επικαλύπτονται χρονικά και

το σήµα που προκύπτει είναι παραποιηµένο και δεν µπορεί να χρησιµοποιηθεί περαι-

τέρω. Η σύγκρουση µπορεί να ανιχνευθεί από όλους τους κόµβους.

Όταν υλοποιείται ο µηχανισµός CSMA/CD, τότε ο κόµβος του τοπικού δικτύου, που

έχει δεδοµένα προς µετάδοση, ακολουθεί την ακόλουθη διαδικασία:

1. Περιµένει µέχρις ότου το κανάλι καταστεί αδρανές.

2. Όταν διαπιστώσει ότι το κανάλι είναι αδρανές, τότε µεταδίδει τα δεδοµένα του

και ταυτόχρονα παρατηρεί το µέσο πολλαπλής πρόσβασης.

3. Στην περίπτωση που ανιχνεύσει σύγκρουση, τότε σταµατάει τη µετάδοση δεδοµέ-

νων, περιµένει για ένα τυχαίο χρονικό διάστηµα και ξεκινά πάλι από το βήµα 1.

Πόσος είναι ο τυχαίος χρόνος που ένας κόµβος περιµένει µετά την ανίχνευση

σύγκρουσης; Η τιµή του υπολογίζεται µε βάση τον ακόλουθο αλγόριθµο, ο οποίος

ονοµάζεται δυαδική εκθετική υποχώρηση (binary exponential backoff).

Ας συµβολίσουµε µε T το χρόνο που απαιτείται για να διαδοθεί ένα ηλεκτρικό σήµα

από το ένα άκρο του φυσικού µέσου στο άλλο, υποθέτοντας ότι το µήκος του φυσι-

κού µέσου είναι το µέγιστο επιτρεπτό.

Εάν ένα πλαίσιο συγκρούστηκε n συνεχόµενες φορές κατά τη µετάδοσή του, τότε ο

κόµβος επιλέγει, µε ίσες πιθανότητες, έναν τυχαίο αριθµό K από το σύνολο

0, 1, 2, 3, …, 2m – 1, όπου m: = min10, n. Στη συνέχεια, ο κόµβος υπολογίζει

τον τυχαίο χρόνο αναµονής, ο οποίος ισούται µε το γινόµενο K ¥ 2T.

Έτσι, µετά την πρώτη σύγκρουση, ο κόµβος είτε ξαναπροσπαθεί αµέσως, είτε περι-

µένει χρόνο 2T πριν ξεκινήσει τη διαδικασία µετάδοσης. Μετά τη δεύτερη σύγκρου-

ση, περιµένει, µε ίσες πιθανότητες, για χρόνο 0, 2T, 4T ή 6T. Αντίστοιχα, µετά από

τρεις διαδοχικές συγκρούσεις, ο χρόνος αναµονής µπορεί ισοπίθανα να είναι ένας

1 3 75 . 1 ∏ ∞ ƒ Ã π ∆ ∂ ∫ ∆ √ ¡ π ∫ ∏ ∆ ø ¡ ∆ √ ¶ π ∫ ø ¡ ¢ π ∫ ∆ À ø ¡

Page 138: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 3 8 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

από τους 0, 2T, 4T, 6T, …, 14T, κ.ο.κ. Έτσι, εξαπλώνοντας σταδιακά το εύρος των

χρόνων αναµονής µετά από σύγκρουση, µειώνουµε την πιθανότητα εµφάνισης δια-

δοχικών συγκρούσεων στο δίκτυο.

Ο αλγόριθµος δυαδικής εκθετικής υποχώρησης εξασφαλίζει τη µικρή καθυστέρηση,

όταν συγκρούονται λίγοι σταθµοί, αλλά και τη γρήγορη επίλυση των συγκρούσεων,

όταν συγκρούονται πολλοί σταθµοί. Για την απόδειξη αυτού του ισχυρισµού, ο ανα-

γνώστης παραπέµπεται στην Ενότητα 4.8 του βιβλίου του Walrand (1998).

Ο µηχανισµός CSMA/CA

Ο µηχανισµός CSMA/CD που περιγράψαµε στην προηγούµενη παράγραφο δεν µπο-

ρεί να υλοποιηθεί, όταν οι κόµβοι δεν έχουν τη δυνατότητα να µεταδίδουν και να

ανιχνεύουν συγκρούσεις την ίδια χρονική στιγµή. Για παράδειγµα, στα ασύρµατα

τοπικά δίκτυα, όταν ένα κόµβος µεταδίδει δεδοµένα στο δίκτυο, το σήµα του «πνί-

γει», λόγω της ισχύος του, οποιοδήποτε άλλο σήµα φτάνει σ’ αυτόν τον κόµβο. Έτσι,

δεν µπορεί να ακούσει τους άλλους κόµβους του δικτύου, που ενδέχεται να µεταδί-

δουν την ίδια χρονική στιγµή και κατά συνέπεια δεν µπορεί να ανιχνεύσει τις

συγκρούσεις.

Σε τέτοιες περιπτώσεις µπορεί να χρησιµοποιηθεί ο µηχανισµός Πολλαπλής Πρό-

σβασης µε Ακρόαση Φέροντος και Αποφυγή Συγκρούσεων (CSMA/CA). Ένα βασικό

χαρακτηριστικό αυτού του µηχανισµού είναι ότι απαιτεί την επιβεβαίωση λήψης ενός

πλαισίου, υλοποιώντας ένα σχήµα παύσης και αναµονής.

Στα δίκτυα CSMA/CA, όταν ένας κόµβος έχει δεδοµένα προς µετάδοση, ελέγχει

αρχικά εάν το κανάλι είναι αδρανές. Εάν είναι, τότε µεταδίδει τα δεδοµένα. Εάν δεν

είναι, τότε επιλέγει µε τυχαίο τρόπο ένα χρόνο αναµονής και καταχωρεί την τιµή του

σ’ έναν απαριθµητή υποχώρησης. Όσο χρόνο το κανάλι είναι αδρανές, ο απαριθµη-

τής υποχώρησης µειώνεται. Όσο χρόνο το κανάλι είναι απασχοληµένο, η τιµή του

απαριθµητή υποχώρησης δε µεταβάλλεται. Όταν µηδενιστεί η τιµή αυτού του απα-

ριθµητή, ο κόµβος επιχειρεί ξανά τη µετάδοση των δεδοµένων του. Καθώς η πιθα-

νότητα να έχουν επιλέξει δύο διαφορετικοί κόµβοι την ίδια τιµή για τον απαριθµη-

τή υποχώρησης είναι µικρή, η πιθανότητα εµφάνισης σύγκρουσης είναι επίσης µικρή.

Όχι όµως και µηδενική. Πώς λοιπόν οι κόµβοι αναγνωρίζουν ότι υπήρξε σύγκρου-

ση και ότι πρέπει να αναµεταδώσουν τα πλαίσιά τους; Αυτός ακριβώς ο σκοπός εξυ-

πηρετείται µε την απαίτηση της επιβεβαίωσης λήψης πλαισίων. Εάν ένας κόµβος δε

λάβει την αντίστοιχη επιβεβαίωση λήψης για το πλαίσιο που µετέδωσε, τότε θεωρεί

ότι αυτό είναι αποτέλεσµα σύγκρουσης και ξεκινά τη διαδικασία επανεκποµπής του.

Page 139: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Το Πέρασµα Κουπονιού

Στα τοπικά δίκτυα που ελέγχουν την προσπέλαση του φυσικού µέσου µε το πέρα-

σµα κουπονιού (token passing), ένα ειδικό πλαίσιο ελέγχου, το οποίο καλείται κου-

πόνι, µεταφέρεται συνεχώς από κόµβο σε κόµβο του δικτύου. Όταν ένας κόµβος έχει

δεδοµένα προς µετάδοση, τότε θα πρέπει να περιµένει να φτάσει το κουπόνι σ’

αυτόν. Μόλις λάβει το κουπόνι, αυτόµατα σηµατοδοτείται το πράσινο φως για τη

µετάδοση και αποστέλλει το πλαίσιο δεδοµένων στο δίκτυο. Όταν η µετάδοση του

πλαισίου ολοκληρωθεί, αποδεσµεύει το κουπόνι, έτσι ώστε να µπορέσει να αξιο-

ποιηθεί από κάποιον άλλον κόµβο του δικτύου.

Το µεγάλο πλεονέκτηµα αυτού του µηχανισµού είναι το ότι µπορεί να υπολογιστεί

ένα άνω όριο στο χρόνο που ένας κόµβος πρέπει να περιµένει, µέχρις ότου του δοθεί

η ευκαιρία να αποστείλει τα δεδοµένα του στο δίκτυο. Γι’ αυτό και τα τοπικά δίκτυα

που υλοποιούν τεχνικές περάσµατος κουπονιού χρησιµοποιούνται ευρέως σε περι-

βάλλοντα πραγµατικού χρόνου όπως π.χ. στη βιοµηχανία, όπου τα διάφορα συστή-

µατα παραγωγής πρέπει να είναι σε θέση να επικοινωνούν σε προκαθορισµένα χρο-

νικά διαστήµατα.

5.1.4 ª¤ıÔ‰ÔÈ ÌÂÙ¿‰ÔÛ˘ ÛÙ· ÙÔÈο ‰›ÎÙ˘·

Εκτός από την τυπική µετάδοση δεδοµένων, όπου κάθε πλαίσιο που αποστέλλεται στο

δίκτυο προορίζεται για έναν µόνο παραλήπτη, υπάρχουν και άλλοι δύο τύποι µεταδό-

σεων που έχουν εφαρµογή στα τοπικά δίκτυα: (α) η πολλαπλή αποστολή (multicasting)

και (β) η καθολική εκποµπή (broadcasting). Η µετάδοση πλαισίου προς ένα µεµονω-

µένο παραλήπτη αναφέρεται στην ξένη βιβλιογραφία ως unicasting.

Στην πολλαπλή αποστολή, το πλαίσιο που µεταδίδεται δεν έχει έναν παραλήπτη,

αλλά ένα υποσύνολο των διασυνδεδεµένων κόµβων του δικτύου. Αντίστοιχα, στην

καθολική εκποµπή, παραλήπτες είναι όλοι οι κόµβοι του δικτύου.

Για την υλοποίηση της πολλαπλής αποστολής και της καθολικής εκποµπής έχουν ορι-

στεί κάποιες ειδικές διευθύνσεις στο τοπικό δίκτυο, οι οποίες ονοµάζονται διευθύνσεις

πολλαπλής αποστολής και διεύθυνση καθολικής εκποµπής αντίστοιχα. Παρατηρήστε

ότι υπάρχει µόνο µία διεύθυνση καθολικής εκποµπής στο δίκτυο (…γιατί άραγε;).

Αυτό που πρέπει να τονίσουµε είναι ότι ο αποστολέας κόµβος µεταδίδει ένα µόνο

πλαίσιο στο δίκτυο, στο οποίο έχει προσδιορίσει ως διεύθυνση παραλήπτη µία από

τις ισχύουσες διευθύνσεις πολλαπλής αποστολής ή τη διεύθυνση καθολικής εκπο-

µπής του δικτύου. Την υποχρέωση δηµιουργίας των απαραίτητων αντιγράφων του

πλαισίου, όπου αυτά χρειάζονται, την αναλαµβάνει το δίκτυο.

1 3 95 . 1 ∏ ∞ ƒ Ã π ∆ ∂ ∫ ∆ √ ¡ π ∫ ∏ ∆ ø ¡ ∆ √ ¶ π ∫ ø ¡ ¢ π ∫ ∆ À ø ¡

Page 140: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 4 0 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

Κάθε κόµβος που είναι συνδεδεµένος στο κοινό µέσο πολλαπλής πρόσβασης λαµβά-

νει όλα τα µεταφερόµενα πλαίσια. Εάν το πλαίσιο προορίζεται γι’ αυτόν, το προωθεί

για περαιτέρω επεξεργασία – αλλιώς το αγνοεί. Για να διαπιστώσει ότι προορίζεται γι’

αυτόν, διαβάζει τη διεύθυνση παραλήπτη που είναι προσαρτηµένη στην επικεφαλίδα

του πλαισίου. Αποδεκτές διευθύνσεις είναι η διεύθυνση που έχει αποκλειστικά εκχω-

ρηθεί σ’ αυτόν τον κόµβο, η διεύθυνση καθολικής εκποµπής και οι διευθύνσεις των

οµάδων πολλαπλής αποστολής στις οποίες ο κόµβος έχει δηλώσει συµµετοχή.

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 5.2

Είναι σωστό ή λάθος ότι:

Σωστό Λάθος

Ο χρόνος µεταφοράς ενός πλαισίου µεταξύ δύο κόµβων

σ’ ένα τοπικό δίκτυο είναι το άθροισµα των αντίστοιχων

χρόνων µετάδοσης και διάδοσης.

Στην τοπολογία του αστέρα, η αστοχία ενός κόµβου δεν

επηρεάζει τη λειτουργία του δικτύου.

Οι συγκρούσεις επηρεάζουν αρνητικά την απόδοση ενός

δικτύου CSMA/CD.

Σε καταστάσεις υψηλού φόρτου, η απόδοση ενός δικτύου

CSMA/CD είναι ανάλογη του πλήθους

των διασυνδεδεµένων κόµβων.

Στα δίκτυα CSMA/CA, όταν ένας κόµβος διαπιστώσει

ότι το κανάλι δεν είναι αδρανές, τότε αναβάλλει

τη µετάδοση των δεδοµένων του για χρόνο τουλάχιστον

ίσο µε το άθροισµα του χρόνου µετάδοσης ενός πλαισίου

συν τον τυχαίο χρόνο υποχώρησης που επέλεξε.

Η καθολική εκποµπή χρησιµοποιεί καλύτερα τους πόρους

ενός τοπικού δικτύου σε σχέση µε την µαζική µετάδοση

αντιγράφων του πλαισίου από τον αποστολέα προς όλους

τους κόµβους του δικτύου µεµονωµένα.

Page 141: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

5.2 ¢›ÎÙ˘· IEEE 802.3 (Ethernet)

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· ·ÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτήν την ενότητα θα µπορείτε να:

• περιγράψετε την οικογένεια προτύπων 802.3 και να αναφέρετε το κοινό χαρακτη-

ριστικό γνώρισµά τους,

• αναφέρετε πέντε τουλάχιστον τύπους δικτύων Ethernet και να παρουσιάσετε τα

χαρακτηριστικά τους,

• προσδιορίσετε τη µορφή του πλαισίου στα δίκτυα IEEE 802.3,

• ορίσετε την απόδοση του πρωτοκόλλου CSMA/CD και να αναφέρετε τις παραµέ-

τρους που την επηρεάζουν στα δίκτυα Ethernet,

• περιγράψετε τον τρόπο υλοποίησης δικτύων Ethernet µε µεταγωγείς και να εξη-

γήσετε την προτίµησή του έναντι των άλλων τρόπων υλοποίησης,

• διευκρινίσετε τι επιτυγχάνουµε µε την ανάπτυξη ιδεατών τοπικών δικτύων.

Μεταξύ των προτύπων IEEE 802, η οικογένεια IEEE 802.3 έχει καθιερωθεί ως η επι-

κρατέστερη τεχνολογία για την ανάπτυξη τοπικών δικτύων. Περιλαµβάνει µία µεγάλη

ποικιλία πρωτοκόλλων, µε ταχύτητες µετάδοσης από 10 Mbps έως 10 Gbps, τα οποία

έχουν ένα κοινό χαρακτηριστικό: χρησιµοποιούν το CSMA/CD ως τη µέθοδο προσπέ-

λασης του φυσικού µέσου, γι’ αυτό και συχνά αναφέρονται ως πρωτόκολλα CSMA/CD.

Το πρότυπο 802.3 βασίστηκε στο Ethernet, ένα σύστηµα CSMA/CD που ανέπτυξαν

οι Metcalfe και Boggs (1976), µηχανικοί της Xerox, για να διασυνδέσουν πάνω από

100 σταθµούς εργασίας σε ένα καλώδιο µήκους 1 Km. Το σύστηµα αυτό ονοµάστηκε

Ethernet από το luminiferous ether (φωτεινός αιθέρας), µέσω του οποίου εθεωρείτο

αρχικά ότι µεταδίδεται η ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία. Στο σχήµα 5.4 απεικονί-

ζεται το διάγραµµα που σχεδίασε ο Robert Metcalfe για να παρουσιάσει το Ethernet

σ’ ένα συνέδριο τον Ιούνιο του 1976.

1 4 15 . 2 ¢ π ∫ ∆ À∞ I E E E 8 0 2 . 3 ( E T H E R N E T )

™¯‹Ì· 5.4

Ένα διάγραµµα του πρώτου

συστήµατος Ethernet σχεδιασµένο

από τον εφευρέτη του,

τον Robert Metcalfe.

Page 142: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 4 2 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

Το σύστηµα των Metcalfe και Boggs ήταν τόσο επιτυχές που οι εταιρείες DEC, Intel

και Xerox συνέταξαν ένα πρότυπο για την ανάπτυξη τοπικών δικτύων των 10 Mbps

πάνω από οµοαξονικό καλώδιο, το οποίο έµεινε γνωστό ως DIX Ethernet. Σ’ αυτό

το πρότυπο στη συνέχεια βασίστηκε και η οµάδα εργασίας της IEEE, για να ανα-

πτύξει την οικογένεια πρωτοκόλλων 802.3. Ο όρος Ethernet που συναντάµε πλέον

στα τοπικά δίκτυα αναφέρεται συνήθως καταχρηστικά για να περιγράψει το πρότυ-

πο 802.3 παρά το αρχικό πρότυπο του DIX Ethernet.

5.2.1 ∫·ÙËÁÔڛ˜ ‰ÈÎÙ‡ˆÓ 802.3

Ανάλογα µε την ταχύτητα µετάδοσης πλαισίων, τα τοπικά δίκτυα 802.3 χωρίζονται

σε τρεις κατηγορίες:

• στα δίκτυα Ethernet, µε ταχύτητα µετάδοσης 10 Mbps,

• στα δίκτυα Fast Ethernet, µε ταχύτητα µετάδοσης 100 Mbps, και

• στα δίκτυα Gigabit Ethernet, µε ταχύτητα µετάδοσης 1 Gbps.

Η τεχνολογία 10 – Gigabit Ethernet (10 Gbps) βρίσκεται στο στάδιο της ανάπτυξης.

Το αντίστοιχο πρότυπο (IEEE 802.3ae) αναµένεται να εκδοθεί στα τέλη του 2002.

Στις µέρες µας, τα δίκτυα 802.3 υλοποιούνται, είτε µε καλώδια συνεστραµµένων

ζευγών, είτε µε οπτικές ίνες. Η φυσική τοπολογία που επιλέγεται είναι του αστέρα,

αν και µπορούµε να συναντήσουµε και συνδέσµους Ethernet σηµείου µε σηµείο.

Μέχρι τα µέσα της δεκαετίας του 1990, τα δίκτυα Ethernet υλοποιούνταν κυρίως µε

οµοαξονικά καλώδια (10Base – 2, 10Base – 5). Αυτός ο τρόπος υλοποίησης εγκα-

ταλείφθηκε για λόγους απόδοσης, ευχρηστίας, κόστους και ανοχής σε αστοχίες υλι-

κού και µαζί του εγκαταλείφθηκε και η φυσική τοπολογία αρτηρίας.

Αρτηρία όµως παραµένει η λογική τοπολογία ενός δικτύου Ethernet, γι’ αυτό και

συνήθως συµβολίζεται όπως στο σχήµα 5.1.α.

Τα πρότυπα δικτύων 802.3 ονοµάζονται µ’ έναν ειδικό τρόπο, ο οποίος συνοψίζει τα

χαρακτηριστικά του. Το όνοµα ενός δικτύου αποτελείται από τρία τµήµατα (βλέπε

σχήµα 5.5). Το πρώτο τµήµα αντιστοιχεί στην ταχύτητα µετάδοσης, το δεύτερο στην

περιοχή συχνοτήτων όπου εκτελείται η µετάδοση του σήµατος και το τρίτο στο φυσι-

κό µέσο µετάδοσης που χρησιµοποιείται για την υλοποίηση του δικτύου. Επειδή, στις

τρέχουσες υλοποιήσεις τοπικών δικτύων, το σήµα µεταδίδεται συνήθως στη βασική

του ζώνη (baseband), το δεύτερο τµήµα έχει συχνά την τιµή Base. Από όσα γνωρί-

ζουµε, µόνο στα δίκτυα 10Broad – 36 το σήµα µεταδίδεται µε την κατάλληλη δια-

µόρφωση ενός υψίσυχνου φέροντος. Αυτά τα δίκτυα χρησιµοποιούν ως φυσικό µέσο

ένα οµοαξονικό καλώδιο και έχουν πλέον πολύ περιορισµένη χρήση.

Page 143: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

5.2.2 ∆Ô ˘ÔÂ›Â‰Ô MAC

Όπως έχουµε ήδη προαναφέρει, όλοι οι τύποι δικτύων 802.3 χρησιµοποιούν το µηχα-

νισµό CSMA/CD για τον έλεγχο προσπέλασης του φυσικού µέσου. Επίσης, όλα τα

1 4 35 . 2 ¢ π ∫ ∆ À∞ I E E E 8 0 2 . 3 ( E T H E R N E T )

10 BASE – T

Base =Baseband

ταχύτηταµετάδοσης(σε Mbps)

φυσικό µέσοµετάδοσης

™¯‹Ì· 5.5

Ο τρόπος ονοµασίας των τοπικών

δικτύων 802.3.

Το παράδειγµα του σχήµατος

αντιστοιχεί σ’ ένα δίκτυο 10 Mbps

που υλοποιείται µε καλώδια

συνεστραµµένων ζευγών.

Στον πίνακα 5.1 παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά των πιο συχνά χρησιµοποιού-

µενων τοπικών δικτύων 802.3: 10Base – T, 100Base – TX, 100Base – FX, 1000Base

– T, 1000Base – SX και 1000Base – LX.

¶›Ó·Î·˜ 5.1

Τα χαρακτηριστικά των πιο συχνά χρησιµοποιούµενων τοπικών δικτύων 802.3.

Χαρακτηρι-

στικό10Base – T

100Base –

TX

100Base –

FX1000Base – T

1000Base –

SX

1000Base –

LX

Ρυθµός µετά-

δοσης10 Mbps 100 Mbps 100 Mbps 1 Gbps 1 Gbps 1 Gbps

Μέγιστο

µήκος

τµήµατος (m)

100 100 2000 100 275 5000

Φυσικό µέσο

2 ζεύγη από

UTP cat – 3 ή

καλύτερο

2 ζεύγη από

UTP cat – 5 ή

καλύτερο

2 πολυτροπι-

κές ίνες

62,5/125

4 ζεύγη από

UTP cat – 5e

ή καλύτερο

2 πολυτροπι-

κές ίνες

62,5/125

2 µονοτροπι-

κές ίνες

Κωδικοποίη-

ση σήµατοςManchester 4B/5B 4B/5B 4B/5B 8B/10B 8B/10B

Τοπολογία

υλοποίησηςΑστέρας Αστέρας

Σηµείου µε

σηµείοΑστέρας

Σηµείου µε

σηµείο

Σηµείου µε

σηµείο

Page 144: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 4 4 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

δίκτυα 802.3 χρησιµοποιούν τον ίδιο τύπο πλαισίου για τη µεταφορά των δεδοµέ-

νων τους, η µορφή του οποίου απεικονίζεται στο σχήµα 5.6.

™¯‹Ì· 5.6

Η µορφή

του πλαισίου

ΙΕΕΕ 802.3.

PRE¡: Πρόθεµα

SOF¡: Aρχή Πλαισίου

DA¡ : ∆ιεύθυνση προορισµού

SA¡ : ∆ιεύθυνση πηγής

LEN¡: Mήκος µεταφερόµενωνδεδοµένων

Πλαίσιο LLC

PAD : Πεδίο πλήρωσης

CRC¡: Kώδικας κυκλικού πλεονασµού

PRE

SO

F

DA SA

LE

N

PAD CRC

bytes

7 1 6 6 2 446 – 1500

Το πρόθεµα του πλαισίου (Preamble, PRE) είναι µία ακολουθία από εναλλασσόµενα 1

και 0, συνολικού µήκους 56 bits, και χρησιµοποιείται για το συγχρονισµό του δέκτη.

Το πεδίο SOF (Start Of Frame) περιέχει την ειδική ακολουθία 10101011 και υποδη-

λώνει την αρχή του πλαισίου.

Τα πεδία DA και SA περιέχουν τις διευθύνσεις προορισµού (Destination Address)

και πηγής (Source Address) του πλαισίου αντίστοιχα. Η διεύθυνση πηγής προσδιο-

ρίζει τον αποστολέα του πλαισίου, ενώ η διεύθυνση προορισµού τον παραλήπτη ή

τους παραλήπτες (στην ειδική περίπτωση όπου αυτή είναι οµαδική διεύθυνση).

Στο πεδίο LEN (Length) καταχωρείται το µήκος των δεδοµένων που µεταφέρει το

πλαίσιο, το οποίο είναι µεταβλητό. Η τιµή του κυµαίνεται µεταξύ 46 και 1500 bytes.

Το υποεπίπεδο MAC λαµβάνει δεδοµένα από το υποεπίπεδο Ελέγχου Λογικής Σύν-

δεσης (Logical Link Control, LLC). Κάθε πλαίσιο LLC επιτρέπεται να είναι µεγέ-

θους µέχρι 1500 bytes. Αν το µέγεθός του είναι λιγότερο από 46 bytes, τότε το επό-

µενο πεδίο πλήρωσης (PAD) είναι απαραίτητο για να συµπληρωθεί το απαιτούµενο

ελάχιστο µήκος των µεταφερόµενων δεδοµένων του πλαισίου.

Τέλος, κατά τη σύστασή του, το πλαίσιο εξοπλίζεται µε έναν κώδικα κυκλικού πλε-

ονασµού (CRC), µεγέθους 32 bits, για να διευκολυνθεί η ανίχνευση σφαλµάτων

µεταφοράς στο άκρο του παραλήπτη.

Page 145: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Η διεύθυνση Ethernet

Η διεύθυνση ενός δικτύου τύπου Ethernet, όπως π.χ. οι διευθύνσεις προορισµού και

πηγής του πλαισίου του σχήµατος 5.6, έχει µήκος 48 bits. Ο πιο συνηθισµένος τρό-

πος αναγραφής µιας διεύθυνσης Ethernet είναι σε οµάδες των τεσσάρων δεκαεξαδι-

κών αριθµών, οι οποίες διαχωρίζονται µε τελείες (π.χ. 00a0.249b.d5dc).

Κάθε διεύθυνση Ethernet είναι, εκ κατασκευής, µοναδική στον κόσµο. Τα πρώτα 24

bit χαρακτηρίζουν µοναδικά τον κάθε κατασκευαστή καρτών δικτύου Ethernet (π.χ.

οι διευθύνσεις που ξεκινούν από 00a0.24 αντιστοιχούν σε κάρτες που έχουν κατα-

σκευαστεί από την 3Com). Τα υπόλοιπα 24 bit χαρακτηρίζουν µοναδικά κάθε µία

κάρτα του κατασκευαστή.

Κάποιες διευθύνσεις Ethernet έχουν δεσµευθεί ως οµαδικές διευθύνσεις, δηλαδή για

τις περιπτώσεις όπου έχουµε πολλαπλή αποστολή ή καθολική εκποµπή του πλαισί-

ου. Για παράδειγµα, η διεύθυνση Ethernet ffff.ffff.ffff (δηλαδή, και τα 48

bits να είναι 1) έχει δεσµευθεί ως η διεύθυνση καθολικής εκποµπής στα όρια ενός

τοπικού δικτύου Ethernet.

Τέλος, αντί για τον όρο «διεύθυνση Ethernet», συχνά συναντούµε στη βιβλιογραφία

τον ταυτόσηµο όρο «διεύθυνση MAC στο δίκτυο Ethernet».

Η απόδοση του CSMA/CD

Η απόδοση ενός πρωτοκόλλου ελέγχου προσπέλασης του φυσικού µέσου ορίζεται ως

το µέσο ποσοστό χρόνου κατά τον οποίο κάποιος από τους διασυνδεδεµένους κόµ-

βους µεταδίδει πλαίσια στο τοπικό δίκτυο, υποθέτοντας ότι πάντα υπάρχουν πακέ-

τα προς µετάδοση. Τον υπόλοιπο χρόνο, οι κόµβοι είτε συγκρούονται, είτε βρίσκο-

νται σε κατάσταση αναµονής εξαιτίας της υποχώρησης µετά από σύγκρουση.

Αν συµβολίσουµε µε TRANSP το χρόνο µετάδοσης ενός πλαισίου και µε PROP το

µέγιστο χρόνο διάδοσής του κατά µήκος του κοινού φυσικού µέσου, τότε έχει απο-

δειχθεί ότι η απόδοση ηCSMA.CD του πρωτοκόλλου CSMA/CD, υπό καταστάσεις υψη-

λού φόρτου του δικτύου, µπορεί να προσεγγιστεί από τη σχέση

(5.1)

µε .

Για την απόδειξη της σχέσης (5.1), ο αναγνώστης παραπέµπεται στην ανάλυση που

περιγράφεται στην Ενότητα 4.8 του βιβλίου του Walrand (1998).

a:= PROP

TRANSP

h

aCSMA CD. =+1

1 5

1 4 55 . 2 ¢ π ∫ ∆ À∞ I E E E 8 0 2 . 3 ( E T H E R N E T )

Page 146: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 4 6 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

¶·Ú¿‰ÂÈÁÌ· 5.1

Ας θεωρήσουµε ένα τοπικό δίκτυο 100Base – TX, στο οποίο τα µεταφερόµενα πλαί-

σια έχουν µήκος P = 624 bits. Γνωρίζοντας ότι η ταχύτητα διάδοσης του σήµατος σε

καλώδια συνεστραµµένων ζευγών κατηγορίας 5 είναι περίπου ίση µε

2,1 ¥ 105 Km/s, υπολογίστε την απόδοση του πρωτοκόλλου CSMA/CD σ’ αυτό το

δίκτυο.

Σύµφωνα µε τον πίνακα 5.1, ο ρυθµός µετάδοσης πλαισίων στα δίκτυα 100Base –

TX είναι ίσος µε R = 100 Mbps. Οπότε, ο χρόνος µετάδοσης ενός πλαισίου ισούται

µε TRANSP = P/R ≈ 5,9 ¥ 10 – 6 sec.

Επίσης, γνωρίζουµε ότι τα δίκτυα 100Base – TX υλοποιούνται σε τοπολογία αστέρα,

µε µέγιστο µήκος τµήµατος τα 100 m. Οπότε, ο χρόνος διάδοσης ενός bit από άκρο σε

άκρο του τοπικού δικτύου ισούται µε PROP = (2 ¥ 100) / (2,1 ¥ 108) ≈ 10 – 6 sec.

Από τη σχέση (5.1) υπολογίζουµε ότι η απόδοση του CSMA/CD στο παραπάνω

δίκτυο είναι ίση µε

Έτσι, παρατηρούµε ότι ο ενεργός ρυθµός µετάδοσης πλαισίων σ’ ένα δίκτυο 100Base

– TX, υπό συνθήκες υψηλού φόρτου, είναι µόλις το 54% των 100 Mbps, δηλαδή 54

Mbps.

Επίσης, αν λάβουµε υπόψη µας ότι από τα 624 bits του πλαισίου, τα 208 από αυτά

αποτελούν την επιβάρυνση της εφαρµοζόµενης πλαισίωσης στο υποεπίπεδο MAC,

τότε µόνο ένα ποσοστό (624 – 208) / 624 ≈ 67% από τα µεταφερόµενα bits αφορούν

δεδοµένα του χρήστη. Έτσι, ο ενεργός ρυθµός µετάδοσης πλαισίων µειώνεται ακόµα

περισσότερο, στα 67% ¥ 54 Mbps ≈ 36 Mbps.

hCSMA CD.

,

%=+

¥

ª-

-

1

1 510

5 9 10

546

6

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 5.3

Πώς επηρεάζεται η απόδοση του πρωτοκόλλου CSMA/CD από: (α) το µήκος του

τοπικού δικτύου, (β) το ρυθµό µετάδοσης πλαισίων και (γ) το µέγεθος πλαισίου;

Page 147: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

5.2.3 ÀÏÔÔ›ËÛË ‰ÈÎÙ‡ˆÓ Ethernet Ì ÌÂÙ·ÁˆÁ›˜

Σύµφωνα µε όσα έχουµε πει µέχρι τώρα, τα τοπικά δίκτυα Ethernet υλοποιούνται

συνήθως σε τοπολογία αστέρα. Στο κέντρο του αστέρα βρίσκεται µία ειδική

συσκευή, η οποία ονοµάζεται συγκεντρωτής (hub).

Ο συγκεντρωτής είναι εξοπλισµένος µε πολλές θύρες και υλοποιεί το διαµοιρασµό

του µέσου πολλαπλής πρόσβασης προωθώντας το πλαίσιο που λαµβάνει από µία

θύρα του σε όλες τις υπόλοιπες θύρες. Ως άµεση συνέπεια του µηχανισµού

CSMA/CD, µόνο ένας κόµβος µπορεί να µεταδίδει δεδοµένα στο δίκτυο σε µία

αυθαίρετη χρονική στιγµή.

Η απόδοση ενός δικτύου Ethernet µπορεί να βελτιωθεί, εάν υλοποιηθεί µε µεταγω-

γέα (switch) αντί για συγκεντρωτή. Ο µεταγωγέας, αντί να προωθεί ένα εισερχόµε-

νο πλαίσιο σε όλους τους κόµβους που διασυνδέονται σ’ αυτόν, το προωθεί µόνο

προς τον παραλήπτη του. Συγκεκριµένα, κατά την άφιξη ενός πλαισίου σε κάποια

από τις θύρες του, ο µεταγωγέας εκτελεί τα παρακάτω βήµατα:

1. ∆ιαβάζει τη διεύθυνση προορισµού του πλαισίου.

2. Προσδιορίζει τον κατάλληλο εξερχόµενο σύνδεσµο.

3. Εάν ο εξερχόµενος σύνδεσµος είναι αδρανής, τότε προωθεί το πλαίσιο σ’ αυτόν

προς µετάδοση. Αν είναι απασχοληµένος, τότε υποχωρεί και επιχειρεί τη µετά-

δοση του πλαισίου µετά από τυχαίο χρόνο, σύµφωνα µε το CSMA/CD.

Οι µεταγωγείς Ethernet σχεδιάζονται έτσι ώστε να παρέχουν τη δυνατότητα πολλα-

πλών µεταδόσεων ανά χρονική στιγµή, αρκεί τα µεταδιδόµενα πλαίσια να εκπέ-

µπονται από διαφορετικό σύνδεσµο. Έτσι, µε αυτές τις ταυτόχρονες µεταδόσεις πλαι-

σίων, επιτυγχάνεται η προαναφερόµενη βελτίωση στην απόδοση του δικτύου.

Η απαιτούµενη καλωδίωση και η διεπαφή των υπολογιστών µε το δίκτυο είναι ακρι-

βώς οι ίδιες στα δύο σενάρια υλοποίησης του τοπικού δικτύου: και στην περίπτωση

που χρησιµοποιηθεί µεταγωγέας, και στην περίπτωση του συγκεντρωτή. Στις µέρες

µας, µε την καθολική επικράτηση των δικτυακών εφαρµογών και των ∆ιαδικτυακών

υπηρεσιών, υπάρχει µία γενικευµένη τάση αντικατάστασης των συγκεντρωτών από

µεταγωγείς.

∆ιασύνδεση δικτύων Ethernet µε µεταγωγείς

Εκτός από µεµονωµένους κόµβους, στις θύρες ενός µεταγωγέα Ethernet µπορούν να

συνδεθούν και δίκτυα υπολογιστών, αναπτύσσοντας έτσι ένα µεγαλύτερο τοπικό

δίκτυο (βλέπε το παράδειγµα του σχήµατος 5.7).

1 4 75 . 2 ¢ π ∫ ∆ À∞ I E E E 8 0 2 . 3 ( E T H E R N E T )

Page 148: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 4 8 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

Σε µια τέτοια υλοποίηση, δηµιουργούνται αποµονωµένες περιοχές συγκρούσεων

(collision domains), οι οποίες βελτιώνουν την απόδοση του τοπικού δικτύου σε σχέση

µε την υλοποίηση που βασίζεται σε συγκεντρωτή. Και αυτό, γιατί στην τελευταία

περίπτωση έχουµε ένα διαµοιραζόµενο µέσο σ’ όλη την έκταση του τοπικού δικτύ-

ου, για τη χρήση του οποίου συγκρούονται όλοι οι διασυνδεδεµένοι κόµβοι.

¶·Ú¿‰ÂÈÁÌ· 5.2

Ας θεωρήσουµε το εκτεταµένο τοπικό δίκτυο του σχήµατος 5.7, το οποίο έχει ανα-

πτυχθεί διασυνδέοντας τέσσερα επιµέρους τοπικά δίκτυα Ethernet διαµέσου ενός

µεταγωγέα.

Εάν ο κόµβος Α θέλει να µεταβιβάσει δεδοµένα στον κόµβο Β, τότε ο µεταγωγέας προ-

ωθεί τα αντίστοιχα πλαίσια από τη θύρα 1 στη θύρα 2, χωρίς να απασχολήσει καθόλου

τα δίκτυα των θυρών 3 και 4 για το πλαίσια που προορίζονται για τον κόµβο Β.

Εάν ο κόµβος Γ θελήσει να στείλει δεδοµένα στον κόµβο ∆, την ίδια χρονική στιγ-

µή που ο Α µεταβιβάζει τα δικά του δεδοµένα στον Β, τότε κανένα πρόβληµα. Εκ

κατασκευής, ο µεταγωγέας µπορεί ταυτόχρονα να µεταβιβάζει πλαίσια µε διαφορε-

τικούς προορισµούς.

Εάν ο κόµβος Α θελήσει να επικοινωνήσει µε τον κόµβο Ε, τότε η συνοµιλία γίνε-

ται στο τοπικό τους υποδίκτυο και ο µεταγωγέας δεν προωθεί κανένα πλαίσιο από

τη µεταξύ τους συνοµιλία.

Στο εκτεταµένο τοπικό δίκτυο του σχήµατος 5.7 υπάρχουν τέσσερις περιοχές

συγκρούσεων: µία σε κάθε ένα επιµέρους τοπικό δίκτυο. Εάν στη θέση του µετα-

™¯‹Ì· 5.7

Οι µεταγωγείς µπορούν να χρη-

σιµοποιηθούν για τη διασύνδε-

ση επιµέρους τοπικών δικτύων,

επιτυγχάνοντας έτσι τη δηµιουρ-

γία αυτόνοµων περιοχών

συγκρούσεων. Αυτό έχει σαν

συνέπεια την αύξηση της από-

δοσης του εκτεταµένου τοπικού

δικτύου, σε σύγκριση µε την

περίπτωση όπου το εκτεταµένο

τοπικό δίκτυο θα αναπτύσσο-

νταν µε τη χρήση συγκεντρωτή.

Mεταγωγέας Ethernet

θύρα 1

θύρα 2

θύρα 3

θύρα 4

A

B

Γ

E

Page 149: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

γωγέα είχαµε χρησιµοποιήσει συγκεντρωτή, τότε θα είχαµε µόνο µία περιοχή

συγκρούσεων, γεγονός που θα υποβάθµιζε την απόδοση του εκτεταµένου δικτύου

σε περιπτώσεις υψηλού φόρτου.

Τέλος, αξίζει να αναφέρουµε ότι πολλοί µεταγωγείς του εµπορίου είναι εξοπλισµέ-

νοι µε θύρες διαφόρων τεχνολογιών Ethernet (π.χ. 24 θύρες 10Base – T και δύο θύρες

100Base – TX), προσφέροντας έτσι και το κατάλληλο µέσο γεφύρωσης τοπικών

δικτύων διαφορετικών τεχνολογιών.

5.2.4 π‰Â·Ù¿ ÙÔÈο ‰›ÎÙ˘· (VLANs)

Στα τοπικά δίκτυα, µία στοιχειώδης έννοια είναι η περιοχή καθολικής εκποµπής

(broadcast domain), η οποία ορίζεται ως το σύνολο των διασυνδεδεµένων κόµβων

που µπορούν να λάβουν το πλαίσιο καθολικής εκποµπής του δικτύου (δηλαδή, για

την περίπτωση των δικτύων Ethernet, που µπορούν να λάβουν το πλαίσιο µε διεύ-

θυνση προορισµού την ffff.ffff.ffff).

Σύµφωνα µε όσα έχουµε δει ως τώρα, όλοι οι κόµβοι που συνδέονται σ’ ένα τοπικό

δίκτυο Ethernet συνθέτουν την αντίστοιχη περιοχή καθολικής εκποµπής του δικτύ-

ου. Επίσης, στο εκτεταµένο τοπικό δίκτυο του σχήµατος 5.7, υπάρχει µόνο µία περιο-

χή καθολικής εκποµπής – ασχέτως αν υπάρχουν τέσσερις διαφορετικές περιοχές

συγκρούσεων.

Το ιδεατό τοπικό δίκτυο (virtual LAN – VLAN) έρχεται να καλύψει την ανάγκη δηµι-

ουργίας πολλαπλών και ανεξάρτητων περιοχών καθολικής εκποµπής µεταξύ υπο-

λογιστών, ανεξάρτητα από τη φυσική τους τοποθέτηση. ∆ηλαδή, πάνω στο ίδιο µέσο

πολλαπλής πρόσβασης µπορούν να δηµιουργηθούν πολλά VLANs ή ένα VLAN µπο-

ρεί να υπάρξει µεταξύ υπολογιστών που διασυνδέονται σε ανεξάρτητα και αποµα-

κρυσµένα φυσικά µέσα.

Με τη δηµιουργία VLANs επιτυγχάνουµε την οµαδοποίηση των χρηστών σε οµοει-

δή λειτουργικά σύνολα, ανεξάρτητα από το που βρίσκονται οι υπολογιστές τους. Το

σηµαντικό όφελος από αυτό το διαχωρισµό είναι η αυξηµένη προστασία από κακό-

βουλη ή εσφαλµένη χρήση του δικτύου. Η σύσταση ενός VLAN πραγµατοποιείται

διαµέσου του λογισµικού των δικτυακών συσκευών. Έτσι, είναι πολύ εύκολη η ανα-

σύστασή του σε περιπτώσεις όπου π.χ. αλλάζει γραφείο ένας υπάλληλος ή προστί-

θεται ένα νέο µέλος σε µία οµάδα.

Για τα ιδεατά τοπικά δίκτυα, η IEEE εξέδωσε το πρότυπο 802.1Q (1996), το οποίο

αποτελεί τον ακρογωνιαίο λίθο για την υλοποίηση VLANs χρησιµοποιώντας εξο-

πλισµό από διαφορετικούς κατασκευαστές.

1 4 95 . 2 ¢ π ∫ ∆ À∞ I E E E 8 0 2 . 3 ( E T H E R N E T )

Page 150: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 5 0 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

¶·Ú¿‰ÂÈÁÌ· 5.3

Ας θεωρήσουµε το εκτεταµένο τοπικό δίκτυο του σχήµατος 5.8, το οποίο καλύπτει

και τους έξι ορόφους των εγκαταστάσεων µιας επιχείρησης. Τα επιµέρους τοπικά

δίκτυα των ορόφων 1, 2 και 3 είναι 10Base – T και έχουν υλοποιηθεί µε µεταγωγέα

(Α, Β και Γ αντίστοιχα). Στους ορόφους 4, 5 και 6 έχει εγκατασταθεί καλωδίωση σε

µορφή αστέρα, µε το κεντρικό σηµείο να βρίσκεται στον 5ο όροφο, εξοπλισµένο επί-

σης µε ένα µεταγωγέα 10Base – T (µεταγωγέας ∆).

Οι µεταγωγείς των ορόφων συνδέονται µε τον κεντρικό µεταγωγέα Ε, υλοποιώντας

έτσι το δίκτυο κορµού της επιχείρησης.

Για αποφυγή εµφάνισης περιστατικών συµφόρησης, το δίκτυο κορµού έχει επιλεγεί

ταχύτερο (100 Mbps) απ’ ό,τι το δίκτυο διανοµής (10 Mbps).

™¯‹Ì· 5.8

Ένα παράδειγµα

εκτεταµένου τοπι-

κού δικτύου στο

οποίο έχουν ανα-

πτυχθεί ιδεατά

τοπικά δίκτυα

(VLANs).

Mεταγωγέας ∆

Mεταγωγέας EMεταγωγέας Γ

Mεταγωγέας B

Mεταγωγέας A

6ος όροφος

5ος όροφος

4ος όροφος

3ος όροφος

2ος όροφος

1ος όροφος

10 Mbps

100 Mbps

100 Mbps

100 Mbps

100 Mbps

10 Mbps

10 Mbps

10 Mbps

10 Mbps

10 Mbps

VLAN 20

VLAN 10

VLAN 10

VLAN 10

VLAN 20

VLAN 10

VLAN 20

θ–2

θ–2

θ–1

θ–1

θ–3

θ–4

θ–4

θ–8

θ–9θ–7θ–10

Page 151: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Στον 2ο, 4ο και 6ο όροφο έχουν εγκατασταθεί οι τεχνικοί διευθυντές των τµηµάτων

Έρευνας & Ανάπτυξης, Υποστήριξης και Προµηθειών της επιχείρησης αντίστοιχα,

οι οποίοι επιθυµούν να είναι τελείως ανεξάρτητοι από το υπόλοιπο δίκτυο της επι-

χείρησης και να έχουν µόνο µεταξύ τους δυνατότητα επικοινωνίας.

Επίσης, τέσσερις µηχανικοί του τµήµατος Έρευνας (που βρίσκονται στον 2ο, 4ο, 4ο

και 5ο όροφο αντίστοιχα) θέλουν να δοκιµάσουν εκτεταµένα µία νέα δικτυακή εφαρ-

µογή που ανέπτυξαν. Αυτή η εφαρµογή ενδεχοµένως να παρουσιάζει πλήθος λει-

τουργικών σφαλµάτων, τα οποία ίσως καταπονήσουν τη λειτουργία του δικτύου κατά

την προβληµατική συµπεριφορά τους.

Μία λύση στις παραπάνω απαιτήσεις σχεδίασης θα ήταν η εγκατάσταση 3 ανεξάρ-

τητων τοπικών δικτύων: ένα για τους τεχνικούς διευθυντές, ένα για τις δοκιµές των

µηχανικών του τµήµατος Έρευνας και ένα για όλους τους υπόλοιπους.

Μία εναλλακτική λύση θα ήταν να αναπτύσσαµε ιδεατά τοπικά δίκτυα, αρκεί αυτή

η δυνατότητα να υποστηρίζεται από τους εγκατεστηµένους µεταγωγείς. Έτσι, θα

µπορούσαµε να έχουµε το VLAN 20 για τους διευθυντές, το VLAN 10 για τους

µηχανικούς και όλοι οι υπόλοιποι θα αποτελούσαν το εξ' ορισµού VLAN (default

VLAN) του εκτεταµένου τοπικού δικτύου (βλέπε σχήµα 5.8).

Η ετικέτα VLAN στα πλαίσια Ethernet

Το 1998, η IEEE ενέκρινε και εξέδωσε το πρότυπο 802.3ac, το οποίο προσδιορίζει

τη µορφή που πρέπει να έχει ένα πλαίσιο Ethernet, έτσι ώστε να µπορεί να υποστη-

ρίζει την ανάπτυξη VLANs. Σύµφωνα µ’ αυτό το πρότυπο, το πλαίσιο 802.3 του

σχήµατος 5.6 επεκτείνεται κατά 4 bytes, έτσι ώστε να συµπεριλάβει την απαραίτη-

τη ετικέτα (VLAN tag), η οποία προσδιορίζει το ιδεατό δίκτυο στο οποίο ανήκει το

πλαίσιο.

Η ετικέτα VLAN παρεµβάλλεται µεταξύ της διεύθυνσης πηγής και του πεδίου

µήκους (βλέπε σχήµα 5.9). Τα πρώτα δύο bytes της επιπρόσθετης πληροφορίας περιέ-

χουν πάντα την τιµή 0x8100, η οποία είναι µία δεσµευµένη ακολουθία που υποδη-

λώνει την ύπαρξη της ετικέτας. Η ετικέτα VLAN περιέχεται στα 12 τελευταία bits

της επιπρόσθετης πληροφορίας. Τα υπόλοιπα bits περιέχουν κάποιες πληροφορίες

ελέγχου, όπως π.χ. το επίπεδο προτεραιότητας εξυπηρέτησης του πλαισίου.

1 5 15 . 2 ¢ π ∫ ∆ À∞ I E E E 8 0 2 . 3 ( E T H E R N E T )

Page 152: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 5 2 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

Ας επανέλθουµε τώρα στο παράδειγµα του σχήµατος 5.8. Το VLAN 10 παρατηρούµε

ότι αποτελείται από τις θύρες 4, 7 και 8 του µεταγωγέα ∆ και από τη θύρα 2 του

µεταγωγέα Β. Τα πλαίσια που ανταλλάσσονται µεταξύ των θυρών 4, 7 και 8 του

µεταγωγέα ∆ έχουν τη βασική µορφή του πλαισίου 802.3 (βλέπε σχήµα 5.6). Στο

µεταγωγέα ∆, εάν κάποιο πλαίσιο αποσταλεί από τις θύρες 4, 7 και 8 και έχει ως προ-

ορισµό το σύστηµα της θύρας 2 του µεταγωγέα Β, τότε αυτό το πλαίσιο επεκτείνε-

ται έτσι ώστε να συµπεριλάβει στην επικεφαλίδα του την ετικέτα VLAN 10 και προ-

ωθείται στο µεταγωγέα Ε. Ο µεταγωγέας Ε αναγνωρίζει από την ετικέτα ότι το πλαί-

σιο ανήκει στο VLAN 10 και το προωθεί στον µεταγωγέα Β. Με τη σειρά του, ο

µεταγωγέας Β διαβάζει την ετικέτα VLAN, την αποµακρύνει από την επικεφαλίδα

και προωθεί το πλαίσιο, στη βασική πλέον µορφή του, στη θύρα 2.

™¯‹Ì· 5.9

Η µορφή του πλαι-

σίου IEEE 802.3

όταν επεκτείνεται

για να συµπεριλά-

βει την απαραίτη-

τη πληροφορία για

την υποστήριξη

ιδεατών δικτύων

(VLANs).

Πλαίσιο LLCPRES

OF

DA SA

LE

N

PAD CRC

bytes

7 1 6 6 2 2 2 446 – 1500

802.1

Q

Tag

type

VL

AN

T

ag

¢Ú·ÛÙËÚÈfiÙËÙ· 5.2

Έστω ότι τα γραφεία µίας επιχείρησης είναι συγκεντρωµένα σε δύο κτίρια, συνο-

λικής επιφάνειας περίπου 200 m2 το καθένα και απέχουν µεταξύ τους 2 Km. Περι-

γράψτε έναν τρόπο ανάπτυξης ενός τοπικού δικτύου Ethernet µεταξύ των υπολο-

γιστών της επιχείρησης.

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 5.4

Συµπληρώστε τα κενά στις επόµενες προτάσεις:

(α)Το συνολικό µήκος ενός πλαισίου IEEE 802.3 κυµαίνεται µεταξύ _________

και _________ bytes.

(β)Έστω ότι το επίπεδο MAC λαµβάνει προς µετάδοση 3 πακέτα από το επίπεδο

LLC. Εάν τα µήκη των πακέτων είναι ίσα µε 96, 32 και 1500 bytes, τότε το

πεδίο πλήρωσης στα προκύπτοντα πλαίσια MAC θα έχει µήκος ίσο µε

_________, _________ και _________ bytes αντίστοιχα.

(γ) Έστω ότι ένα δίκτυο 10Base – T αποτελείται από δύο κόµβους και το µήκος του

Page 153: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

5.3 ¢›ÎÙ˘· ‰aÎÙ˘Ï›Ô˘ Ì ÎÔ˘fiÓÈ

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· ·ÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτήν την ενότητα θα µπορείτε να :

• ορίσετε τα δίκτυα τύπου δακτυλίου µε κουπόνι,

• περιγράψετε τον τρόπο λειτουργίας ενός δακτυλίου µε κουπόνι,

• εξηγήσετε τον τρόπο διαχείρισης ενός δακτυλίου µε κουπόνι,

• ορίσετε τον χρόνο κράτησης κουπονιού και να δικαιολογήσετε την ύπαρξή του,

• προσδιορίσετε τη µορφή του πλαισίου στα δίκτυα IEEE 802.5,

• ορίσετε την απόδοση ενός δακτυλίου µε κουπόνι και το µέγιστο χρόνο προσπέλα-

σης στο φυσικό µέσο και να αναφέρετε τις παραµέτρους που τα επηρεάζουν.

Η τεχνολογία του δακτυλίου µε κουπόνι (token ring) αναπτύχθηκε από την IBM στις

αρχές της δεκαετίας του 1980 και αποτελούσε µέχρι πρόσφατα την κύρια επιλογή

της για τις εγκαταστάσεις τοπικών δικτύων. Η αποδοχή των δικτύων τύπου δακτυ-

λίου µε κουπόνι ήταν µεγάλη και αυτό οδήγησε την IEEE να θεσπίσει το πρότυπο

802.5, το οποίο είναι σχεδόν ταυτόσηµο και συµβατό µε το πρωτόκολλο της IBM.

Τα δίκτυα IEEE 802.5 έχουν τη λογική τοπολογία του δακτυλίου (βλέπε σχήµα

5.1.β), ενώ πλέον υλοποιούνται ως αστέρας χρησιµοποιώντας ως φυσικό µέσο καλώ-

δια συνεστραµµένων ζευγών ή οπτικές ίνες. Ο ρυθµός µετάδοσης δεδοµένων στο

1 5 35 . 3 ¢ π ∫ ∆ À∞ ¢ A ∫ ∆ À § π √ À ª ∂ ∫ √ À ¶ √ ¡ π

πλαισίου είναι ίσο µε 800 bits. Αν υποθέσουµε ότι δεν υπάρχει καµία άλλη

µορφή επικοινωνίας µεταξύ κόµβων, τότε µπορούµε να υπολογίσουµε ότι ο χρό-

νος που απαιτείται για τη µεταφορά ενός αρχείου 10 GB από τον ένα κόµβο

στον άλλο είναι ίσος µε _________ δευτερόλεπτα.

(δ) Έστω το εκτεταµένο τοπικό δίκτυο του σχήµατος 5.8. Εάν όλοι οι κόµβοι είναι

συστήµατα MS – Windows και ο χρήστης που είναι συνδεδεµένος στη θύρα 2

του µεταγωγέα Β επιλέξει να δει την Περιοχή ∆ικτύου (Network

Neighborhood), τότε θα διαπιστώσει ότι αυτή αποτελείται από τα συστήµατα

_________.

(ε) Οι κόµβοι του εκτεταµένου τοπικού δικτύου του σχήµατος 5.8 _________ να

υποστηρίζουν την ύπαρξη ετικέτας VLAN στα πλαίσια Ethernet που διακινούν.

Page 154: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 5 4 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

δίκτυο µπορεί να είναι 4 Mbps ή 16 Mbps, ενώ υπάρχει ο περιορισµός των 250 κόµ-

βων ανά δακτύλιο.

5.3.1 √ ÙÚfiÔ˜ ÏÂÈÙÔ˘ÚÁ›·˜ ÙÔ˘ ‰·ÎÙ˘Ï›Ô˘ Ì ÎÔ˘fiÓÈ

Όπως άλλωστε διαφαίνεται από το όνοµά τους, στα δίκτυα τύπου δακτυλίου µε κου-

πόνι ο έλεγχος προσπέλασης του φυσικού µέσου διενεργείται µε το πέρασµα κου-

πονιού.

Ο τρόπος λειτουργίας των δικτύων τύπου δακτυλίου µε κουπόνι δίδεται παραστατι-

κά στο σχήµα 5.10. Ένα ειδικό πλαίσιο, το οποίο ονοµάζεται κουπόνι, περιστρέφε-

ται γύρω από δακτύλιο. Όταν ένας κόµβος έχει δεδοµένα προς µετάδοση, περιµένει

πότε θα φτάσει το κουπόνι σε αυτόν. Τότε, δεσµεύει το κουπόνι και το αντικαθιστά

µε µία άλλη ειδική ακολουθία bits που υποδηλώνει την αρχή ενός πλαισίου δεδοµέ-

νων, ενώ ακολουθεί η µετάδοση του υπόλοιπου πλαισίου. Η δέσµευση και αποµά-

κρυνση του µοναδικού κουπονιού από τον κόµβο που µεταδίδει δεδοµένα στο δίκτυο,

εξασφαλίζει τη µοναδικότητα της προσπέλασης στο φυσικό µέσο.

Εξαιτίας του µικρού µήκους του δακτυλίου και της υψηλής ταχύτητας µετάδοσης

δεδοµένων σ’ αυτόν, ένα πλαίσιο δεν εµφανίζεται ποτέ ολόκληρο στο δακτύλιο σε

µία αυθαίρετη χρονική στιγµή. Αυτό διευκολύνει το χειρισµό των επιβεβαιώσεων

λήψης σ’ ένα δακτύλιο. Για παράδειγµα, ο κόµβος προορισµού µπορεί να ενσωµα-

τώσει την επιβεβαίωση λήψης στο τέλος του πλαισίου, ελέγχοντάς το «στον αέρα»,

δηλαδή κατά το χρόνο που διέρχεται από αυτόν.

Τέλος, κατά την εγκατάσταση ενός δακτυλίου µε κουπόνι ορίζεται ο χρόνος κράτη-

σης κουπονιού θ. Αυτός ο χρόνος είναι µία παράµετρος της εγκατάστασης και προσ-

διορίζει το µέγιστο χρονικό διάστηµα που ένας κόµβος επιτρέπεται να δεσµεύει το

κουπόνι. Εάν µετά τη µετάδοση του πρώτου πλαισίου υπάρχει αρκετός χρόνος για τη

µετάδοση και άλλων πλαισίων, τότε αυτά µπορούν επίσης να σταλούν. Με την παρέ-

λευση του χρόνου θ, το κουπόνι αποδεσµεύεται και µεταδίδεται στο δακτύλιο. Φυσι-

κά, εάν δεν υπάρχουν πλαίσια προς µετάδοση σε αναµονή, ο κόµβος µπορεί να απο-

δεσµεύσει το κουπόνι και πριν την εκπνοή του χρόνου θ. Στο πρότυπο IEEE 802.5, η

εξ ορισµού τιµή του χρόνου κράτησης κουπονιού έχει οριστεί στα θ = 10 msec.

Page 155: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

∆ιαχείριση του δακτυλίου

1 5 55 . 3 ¢ π ∫ ∆ À∞ ¢ A ∫ ∆ À § π √ À ª ∂ ∫ √ À ¶ √ ¡ π

A A

AAA

SF

κ

κ

πλαίσιο

δεδοµένα

(α) Tο κουπόνι κ περιστρέφεταιστο δακτύλιο και ο κόµβος Aέχει δεδοµένα προς µετάδοση

(γ) O κόµβος A µεταδίδει το πλαίσιο.

(ε) Mετά την παρέλευσηπροκαθορισµένου χρόνου οκόµβος A αποδεσµεύει το κουπόνι.

(δ) Συνήθως, το πρώτο bit τουπλαισίου κινείται γύρω στοδακτύλιο και επιστρέφει στοναποστολέα πριν ολοκληρωθεί ηµετάδοση του πλαισίου.

(β) O κόµβος A δεσµεύει το κουπόνι κκαι το µεταρέπει σε πεδίο έναρξηςπλαισίου SF

™¯‹Ì· 5.10

Ο τρόπος

λειτουργίας

του δακτυλίου

µε κουπόνι

(IEEE 802.5).

Η διαχείριση του δακτυλίου µε κουπόνι δεν είναι κατανεµηµένη. Αντίθετα, σε κάθε

δακτύλιο υπάρχει ένας κόµβος επόπτης, ο οποίος εποπτεύει την ορθή λειτουργία του

δακτυλίου. Ο κόµβος επόπτης επιβεβαιώνει την ύπαρξη του κουπονιού και την απου-

σία κατεστραµµένων ή «ορφανών» πλαισίων. Το ορφανό πλαίσιο εµφανίζεται στην

περίπτωση που ένας κόµβος καταρρεύσει, πριν προλάβει να απορροφήσει πλήρως

το πλαίσιο που µετέδωσε. Σ’ αυτήν την περίπτωση, εάν δεν επέµβει ο επόπτης του

δακτυλίου, το ορφανό πλαίσιο θα εκτελεί κύκλους για πάντα.

Εάν N είναι το πλήθος των διασυνδεδεµένων κόµβων στο δακτύλιο, τότε η απουσία

του κουπονιού µπορεί εύκολα να εντοπιστεί, εάν δεν περάσει το κουπόνι από τον

επόπτη κόµβο µέσα σε χρόνο N ¥ θ. Μετά την πάροδο αυτού του χρόνου, ο επόπτης

αδειάζει το δακτύλιο και εισάγει νέο κουπόνι.

Εάν ο επόπτης εντοπίσει ένα πλαίσιο που δεν ακολουθεί την προκαθορισµένη µορφή

Page 156: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 5 6 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

του IEEE 802.5, τότε θεωρεί ότι το πλαίσιο αλλοιώθηκε και το αποµακρύνει, εισά-

γοντας ένα νέο κουπόνι στο δίκτυο. Το ίδιο συµβαίνει και στην περίπτωση που απο-

δειχθεί σφάλµα µεταφοράς κατά τον έλεγχο του κώδικα κυκλικού πλεονασµού του

πλαισίου.

Τα ορφανά πλαίσια εντοπίζονται µε την ακόλουθη τεχνική. Όταν ένα πλαίσιο περ-

νάει από τον επόπτη κόµβο, τότε αυτός το µαρκάρει θέτοντας µία συγκεκριµένη τιµή

στην επικεφαλίδα του. Εάν περάσει από τον επόπτη ένα πλαίσιο µαρκαρισµένο ως

ανωτέρω, τότε χαρακτηρίζεται ως ορφανό και ο επόπτης το αποµακρύνει από το

δακτύλιο και εισάγει ένα νέο κουπόνι.

Κάθε κόµβος που διασυνδέεται σ’ ένα δακτύλιο µε κουπόνι έχει, εκ κατασκευής, επο-

πτικές δυνατότητες. Ο επόπτης ενός δακτυλίου στέλνει περιοδικά κάποια ειδικά πλαί-

σια ελέγχου (AMP – active monitor present), τα οποία υποδηλώνουν την παρουσία

επόπτη. Η απουσία πλαισίων AMP υποδηλώνει την κατάρρευση του επόπτη. Σ’ αυτή

την περίπτωση, όλοι οι κόµβοι στέλνουν ένα άλλο ειδικό πλαίσιο ελέγχου (CT – claim

token), µε το οποίο δηλώνουν την επιθυµία τους να γίνουν ο επόπτης του δακτυλίου.

Ένα πρωτόκολλο διαιτησίας εξασφαλίζει τη γρήγορη επιλογή του νέου επόπτη.

5.3.2 ∆Ô ˘ÔÂ›Â‰Ô MAC

Στα δίκτυα IEEE 802.5 χρησιµοποιείται ο µηχανισµός περάσµατος κουπονιού για

τον έλεγχο προσπέλασης του φυσικού µέσου. Επίσης, στα δίκτυα 802.5 υπάρχουν

δύο τύποι πλαισίων: ένας για το κουπόνι και ένας για τα δεδοµένα (σχήµα 5.11).

Η αρχή και το τέλος του πλαισίου οριοθετούνται µε τις ειδικές ακολουθίες SD (Start

Delimiter) και ED (End Delimiter), µήκους 8 bits η καθεµία.

Το πεδίο AC (Access Control) χρησιµοποιείται κατά τον έλεγχο προσπέλασης του

φυσικού µέσου. Συγκεκριµένα, περιέχει το bit κουπονιού και το bit επόπτη. Όταν το

bit κουπονιού έχει την τιµή 1, τότε το πλαίσιο είναι το κουπόνι του δακτυλίου, ενώ,

στην άλλη περίπτωση, το πλαίσιο µεταφέρει δεδοµένα. Το bit επόπτη χρησιµοποι-

είται για το χαρακτηρισµό των ορφανών πλαισίων. Τα υπόλοιπα bits του πεδίου AC

χρησιµοποιούνται για την υλοποίηση διαφόρων σχηµάτων προτεραιότητας εξυπη-

ρέτησης στο δακτύλιο. Ο χειρισµός των πλαισίων µε διάφορα επίπεδα προτεραιό-

τητας στο δακτύλιο µε κουπόνι είναι εξαιρετικά πολύπλοκος και σπάνια εφαρµόζε-

ται στα πραγµατικά δίκτυα.

Το πεδίο FC (Frame Control) χρησιµοποιείται για να διαχωρίσει την επικεφαλίδα

του πλαισίου από τα δεδοµένα.

Ακολουθούν οι διευθύνσεις προορισµού (Destination Address, DA) και πηγής

Page 157: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

(Source Address, SA) του πλαισίου αντίστοιχα, οι οποίες έχουν την ίδια µορφή µε

τις διευθύνσεις ΙΕΕΕ 802.3 και στη συνέχεια τα δεδοµένα του πλαισίου. Όσον

αφορά, στη µορφή του πλαισίου, δεν υπάρχει περιορισµός στο εύρος των επισυνα-

πτόµενων δεδοµένων. Ο περιορισµός υπεισέρχεται µόνο από το χρόνο κράτησης

κουπονιού. Ο κώδικας CRC προστατεύει τις διευθύνσεις και τα δεδοµένα από τα

σφάλµατα µεταφοράς.

1 5 75 . 3 ¢ π ∫ ∆ À∞ ¢ A ∫ ∆ À § π √ À ª ∂ ∫ √ À ¶ √ ¡ π

SD¡¡: Όριο αρχής πλαισίου

AC¡¡¡: Έλεγχος προσπέλασης

ED¡¡¡: Όριο τέλους πλαισίου

DA¡ : ∆ιεύθυνση προορισµού

SA¡ ¡ : ∆ιεύθυνση πηγής

FC¡¡¡: Έλεγχος πλαισίου

Πλαίσιο LLC

FS¡¡¡ : Kατάσταση πλαισίου

CRC¡: Kώδικας κυκλικού πλεονασµού

DA SA CRC

bytes

bytes

1 1 111

111

6 6 4

SD

AC

ED

ED

SD

AC

FC

FS

(α) κουπόνι

(β) πλαίσιο δεδοµένων

≥ 0

™¯‹Ì· 5.11

Η µορφή των πλαισίων

ΙΕΕΕ 802.5. Το κουπόνι

του δακτυλίου παίρνει τη

µορφή (α), ενώ το πλαίσιο

δεδοµένων τη µορφή (β).

Το πεδίο κατάστασης πλαισίου (Frame Status, FS) έχει µία ενδιαφέρουσα χρήση,

την οποία δεν τη συναντήσαµε στα δίκτυα 802.3. Περιέχει δύο bits, τα οποία ονο-

µάζουµε Α και C αντίστοιχα. Όταν ένα πλαίσιο διέρχεται από τον κόµβο προορισµού

του, τότε αυτός θέτει στο bit Α την τιµή 1. Επίσης, όταν ο κόµβος προορισµού το

αντιγράψει µε επιτυχία, τότε θέτει και το bit C ίσο µε 1. Μία αντιγραφή πλαισίου

µπορεί να αποτύχει είτε γιατί ο προσωρινός ενταµιευτής του παραλήπτη είναι γεµά-

τος, είτε για διάφορους άλλους λόγους (π.χ. αστοχία υλικού). Επειδή το πεδίο FS δεν

καλύπτεται από τον κώδικα CRC, τα bits Α και C εµφανίζονται από δύο φορές, αυξά-

νοντας έτσι την αξιοπιστία µεταφοράς.

Page 158: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 5 8 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

Το πεδίο FS χρησιµοποιείται για την επιβεβαίωση λήψης του πλαισίου. Όταν το πλαί-

σιο επιστρέφει στον αποστολέα, ελέγχονται οι τιµές των bits A και C. Έτσι, εάν:

• Α = 0, τότε ο προορισµός δεν είναι προσπελάσιµος.

• Α = 1 & C = 0, τότε ο προορισµός είναι προσπελάσιµος αλλά το πλαίσιο δεν έγινε

αποδεκτό.

• Α = 1 & C = 1, τότε το πλαίσιο παραδόθηκε στον προορισµό του.

Η απόδοση του δακτυλίου µε κουπόνι

Αν συµβολίσουµε µε PROP το χρόνο διάδοσης του σήµατος γύρω στο δακτύλιο και

µε N το πλήθος των διασυνδεδεµένων κόµβων, τότε έχει αποδειχθεί ότι η απόδοση

ηTR του δακτυλίου µε κουπόνι, υποθέτοντας ότι πάντα υπάρχουν πακέτα προς µετά-

δοση, δίδεται από την ακόλουθη προσεγγιστική σχέση

(5.2)

όπου θ είναι ο χρόνος κράτησης κουπονιού στο δακτύλιο.

Για την απόδειξη της σχέσης (5.2), ο αναγνώστης παραπέµπεται στην Ενότητα 4.9

του βιβλίου του Walrand (1998).

Το σηµαντικότερο χαρακτηριστικό του δακτυλίου µε κουπόνι είναι η ύπαρξη άνω

ορίου στο χρόνο αναµονής ενός κόµβου, όταν αυτός έχει δεδοµένα προς µετάδοση.

Συγκεκριµένα, είναι εύκολο να δειχθεί ότι ένας κόµβος που έχει πακέτα να µεταδώ-

σει στο δακτύλιο δεν περιµένει περισσότερο από N – 1 χρόνους κράτησης κουπονι-

ού, δηλαδή, όχι περισσότερο από (N – 1) ¥ θ δευτερόλεπτα.

¶·Ú¿‰ÂÈÁÌ· 5.4

Ας θεωρήσουµε ένα δακτύλιο µε κουπόνι, ο οποίος υλοποιείται µε οπτική ίνα συνο-

λικού µήκους 3 Km. Αν στο δακτύλιο συνδέονται N = 100 κόµβοι, ο χρόνος κράτη-

σης κουπονιού έχει οριστεί θ = 10 ms και γνωρίζοντας ότι η ταχύτητα διάδοσης του

σήµατος σε µία τυπική οπτική ίνα είναι περίπου ίση µε 2 ¥ 105 Km/s, υπολογίστε

την απόδοση του δακτυλίου.Ο χρόνος διάδοσης του σήµατος γύρω στο δακτύλιο

ισούται µε PROP = 3 / (2 ¥ 105) = 1,5 ¥ 10 – 5 sec.

Από τη σχέση (5.2) υπολογίζουµε ότι η απόδοση του δακτυλίου είναι ίση µε

h

q

TR PROP

N

ª+

1

1

Page 159: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Μία απόδοση κοντά στο 100% είναι τυπική στα δίκτυα τύπου δακτυλίου µε κουπόνι.

Και αυτό δεν πρέπει να αποτελεί έκπληξη, καθώς δεν υπάρχει ο ανεκµετάλλευτος χρό-

νος που εµφανίζεται στα δίκτυα 802.3 λόγω των συγκρούσεων ή λόγω της κατάστα-

σης υποχώρησης, στην οποία υπεισέρχονται οι κόµβοι µετά από σύγκρουση.

Επίσης, αν θεωρήσουµε ότι ο ρυθµός µετάδοσης στο δακτύλιο είναι ίσος µε 16

Mbps, τότε στο χρόνο που παρακρατά το κουπόνι, ένας κόµβος µπορεί να αποστεί-

λει µέχρι 20.971 bytes στο δίκτυο. Από αυτά, η επιβάρυνση πλαισίωσης είναι µόλις

τα 21 bytes, δηλαδή µπορεί να θεωρηθεί αµελητέα.

hTR =+ ¥

¥

ª-

-

1

11 5 10

100 10

1005

2

,%

1 5 95 . 3 ¢ π ∫ ∆ À∞ ¢ A ∫ ∆ À § π √ À ª ∂ ∫ √ À ¶ √ ¡ π

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 5.5

Ας θεωρήσουµε δύο τοπικά δίκτυα: ένα τύπου Ethernet, µε ρυθµό µετάδοσης 10

Mbps και ένα τύπου δακτυλίου µε κουπόνι, µε ρυθµό µετάδοσης 4 Mbps. Στο

δίκτυο Ethernet το µήκος του πλαισίου έχει οριστεί στα 600 bits. Επίσης, ο χρόνος

διάδοσης του σήµατος στο δίκτυο Ethernet είναι ίσος µε 1 µsec, ενώ στο δακτύλιο

είναι ίσος µε 9 µsec.

(α)Στις περιπτώσεις όπου ο φόρτος του δικτύου είναι από πολύ µικρός έως µηδε-

νικός, σε ποιο δίκτυο έχουµε το µικρότερο Μέσο Χρόνο Προσπέλασης του

φυσικού µέσου από κάποιον κόµβο που έχει να µεταδώσει δεδοµένα;

(β)Στις περιπτώσεις υψηλού φόρτου, σε ποιο δίκτυο εµφανίζεται ο µικρότερος

Μέγιστος Χρόνος Προσπέλασης του φυσικού µέσου;

(γ) Στις περιπτώσεις χαµηλού προς µηδενικού φόρτου, ποιο δίκτυο θα µεταδίδει

ταχύτερα τα πλαίσια;

(δ) Στις περιπτώσεις υψηλού φόρτου, ποιο δίκτυο θα µεταδίδει τη µεγαλύτερη

ποσότητα δεδοµένων στη µονάδα του χρόνου;

Page 160: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 6 0 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

5.4 ¢›ÎÙ˘· FDDI

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· ·ÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτήν την ενότητα θα µπορείτε να:

• ορίσετε τα δίκτυα FDDI,

• περιγράψετε τον τρόπο λειτουργίας ενός δικτύου FDDI,

• εξηγήσετε τον τρόπο διαχείρισης βλαβών στο FDDI,

• περιγράψετε το πρωτόκολλο MAC στο FDDI και να αναφέρετε ένα σηµαντικό λει-

τουργικό χαρακτηριστικό του,

• προσδιορίσετε τη µορφή του πλαισίου στα δίκτυα FDDI,

• ορίσετε την απόδοση ενός δικτύου FDDI και το µέγιστο χρόνο προσπέλασης στο

φυσικό µέσο και να αναφέρετε τις παραµέτρους που τα επηρεάζουν.

Τα δίκτυα τύπου FDDI (Fiber Distributed Data Interface) αναπτύχθηκαν από την

επιτροπή X3T9.5 του Αµερικανικού Ινστιτούτου Τυποποιήσεων (American National

Standards Institute – ANSI) στα µέσα της δεκαετίας του 1980. Σκοπός τους ήταν η

ανάπτυξη τοπικών δικτύων µε ταχύτητες µετάδοσης σηµαντικά υψηλότερες από

αυτές των τότε επικρατούντων τοπικών δικτύων τύπου Ethernet και ∆ακτυλίου µε

Κουπόνι. Επιπλέον, η τεχνολογία FDDI αναπτύχθηκε για να υποστηρίξει και την

ενοποίηση επιµέρους τοπικών δικτύων σ’ ένα µεγαλύτερο µητροπολιτικό δίκτυο. Το

1989, ο ∆ιεθνής Οργανισµός Τυποποίησης (International Organization for

Standardization – ISO) συνέταξε τη διεθνή έκδοση του FDDI, η οποία είναι πλήρως

συµβατή µε την έκδοση του ANSI.

Το FDDI είναι ένας διπλός δακτύλιος (βλέπε σχήµα 5.1.γ) µε ρυθµό µετάδοσης 100

Mbps, ο οποίος υλοποιείται µε οπτικές ίνες. Μπορεί να διασυνδέσει έως 500 κόµβους,

µε µέγιστο επιτρεπτό συνολικό µήκος ινών τα 200 Km (δηλαδή, το µήκος ενός δακτυ-

λίου δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 100 Km). Η απόσταση µεταξύ διαδοχικών κόµβων

δεν µπορεί να ξεπεράσει τα 2 Km, όταν χρησιµοποιείται πολυτροπική ίνα, ή τα 10 Km

για µονοτροπική ίνα. Για οικονοµικότερη υλοποίηση, αναπτύχθηκε µεταγενέστερα και

η τεχνολογία CDDI (Copper Distributed Data Interface), η οποία υλοποιεί τα πρωτό-

κολλα FDDI πάνω από καλώδια χαλκού συνεστραµµένων ζευγών. Στα δίκτυα CDDI,

η απόσταση µεταξύ διαδοχικών κόµβων δεν πρέπει να ξεπεράσει τα 100 m.

Η εµφάνιση του FDDI συνέπεσε χρονικά µε την εµφάνιση της τεχνολογίας 100Base

– TX, η οποία και επικράτησε καθολικά στην ανάπτυξη τοπικών δικτύων λόγω του

Page 161: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

αισθητά µειωµένου κόστους υλοποίησης σε σχέση µε το FDDI. Στη δεκαετία του

1990, το FDDI αποτέλεσε την κύρια τεχνολογία υλοποίησης δικτύων κορµού σε

µητροπολιτικά δίκτυα, ενώ στις µέρες µας τα µητροπολιτικά δίκτυα υλοποιούνται

συνήθως µε άλλες προηγµένες τεχνολογίες όπως π.χ. ο Ασύγχρονος Τρόπος Μετά-

δοσης (Asynchronous Transfer Mode – ATM).

5.4.1 √ ÙÚfiÔ˜ ÏÂÈÙÔ˘ÚÁ›·˜ ÙÔ˘ FDDI

Όπως στα δίκτυα 802.5, έτσι και στα δίκτυα FDDI ο έλεγχος προσπέλασης του φυσι-

κού µέσου διενεργείται µε το πέρασµα κουπονιού. Για να µπορέσει να µεταδώσει

δεδοµένα στο δίκτυο, ένας κόµβος θα πρέπει πρώτα να δεσµεύσει ένα κουπόνι. Ένα

πλαίσιο δεδοµένων διασχίζει όλο το δακτύλιο και τελικά απορροφάται από τον ίδιο

τον αποστολέα του (υπενθυµίζουµε ότι ο παραλήπτης απλώς το αντιγράφει). Σ’ αυτό

που διαφέρει το FDDI από το δακτύλιο µε κουπόνι είναι ο χρόνος στον οποίο απο-

δεσµεύεται το κουπόνι.

Επειδή το µήκος των δικτύων FDDI είναι µεγάλο και οι διασυνδεδεµένοι κόµβοι

συνήθως πολλοί, ο χρόνος που απαιτείται για να κάνει ένα πλαίσιο το γύρο του

δακτυλίου είναι συνήθως µεγάλος, συγκρινόµενος µε το χρόνο µετάδοσής του. Εάν

ο κόµβος περίµενε να λάβει πίσω το πλαίσιο που απέστειλε για να απελευθερώσει

το κουπόνι, τότε θα υπήρχε ένα σηµαντικό ποσοστό ανεκµετάλλευτου χρόνου µετά-

δοσης στο δίκτυο. Γι΄ αυτό το λόγο, αποφασίστηκε να επιτρέπεται σ’ ένα κόµβο να

αποδεσµεύει το κουπόνι µόλις τελειώσει τη µετάδοση των πλαισίων του, χωρίς να

χρειάζεται να περιµένει για να τα απορροφήσει. Έτσι, σ’ ένα µεγάλο δακτύλιο µπο-

ρεί να υπάρχουν πολλά διαφορετικά πλαίσια ταυτόχρονα, τα οποία απορροφούνται

από τους αποστολείς τους αντίστοιχα.

∆ιαχείριση βλαβών στο FDDI

Το FDDI αποτελείται από δύο δακτυλίους, όπου ο ένας µεταφέρει το σήµα κατά τη φορά

των δεικτών του ρολογιού και ο άλλος κατά την αντίθετη φορά. Κάθε κόµβος µπορεί να

είναι συνδεδεµένος και στους δύο δακτυλίους και, όταν έχει δεδοµένα προς µετάδοση,

µπορεί να επιλέξει για τη µετάδοση οποιονδήποτε από τους δύο δακτυλίους.

Οι δύο δακτύλιοι είναι ανεξάρτητοι µεταξύ τους. Αν κάποιος από τους δύο χαλάσει,

τότε το δίκτυο παραµένει λειτουργικό µε τον άλλο δακτύλιο.

Στην περίπτωση που και οι δύο δακτύλιοι χαλάσουν στο ίδιο σηµείο, το FDDI δια-

θέτει ένα εσωτερικό µηχανισµό αντιµετώπισης αυτής της βλάβης. Έστω για παρά-

δειγµα το δίκτυο FDDI του σχήµατος 5.12.α. Εάν στον κόµβο Β συµβεί ένα ατύχη-

1 6 15 . 4 ¢ π ∫ ∆ À∞ F D D I

Page 162: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 6 2 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

µα και κοπούν και οι δύο ίνες, τότε αυτόµατα το δίκτυο εκτελεί την απαραίτητη δια-

δικασία για την ένωση των δύο δακτυλίων στους κόµβους Α και Γ, ενεργοποιώντας

τους σχετικούς διακόπτες µε τους οποίους είναι εξοπλισµένος κάθε κόµβος FDDI.

Τελικά, το δίκτυο θα επανέλθει, λειτουργώντας µε µονό δακτύλιο (σχήµα 5.12.β).

Αυτή η λειτουργία αποκατάστασης βλάβης είναι πολύ σηµαντική, όταν από το δίκτυο

διατίθενται υπηρεσίες που απαιτούν µικρό χρόνο παραµονής του δικτύου εκτός λει-

τουργίας και γενικότερα υψηλή αξιοπιστία.

™¯‹Ì· 5.12

Αντιµετώπιση βλαβών στα

δίκτυα FDDI. Σε περίπτωση

βλάβης και των δύο δακτυ-

λίων στο ίδιο σηµείο (π.χ.

στο κόµβο Β), οι δύο δακτύ-

λιοι µπορούν να ενωθούν

µαζί (π.χ. στους κόµβους Α

και Γ) για τη δηµιουργία

ενός µεγαλύτερου δακτυλίου.

Z

E

B

Γ Γ

A A

(α) (β)

5.4.2 ∆Ô ˘ÔÂ›Â‰Ô MAC

Ένα σηµαντικό λειτουργικό χαρακτηριστικό του FDDI είναι η εγγενής υποστήριξη

δύο διαφορετικών κατηγοριών κυκλοφορίας: της σύγχρονης (synchronous) κυκλο-

φορίας και της ασύγχρονης (asynchronous).

Η σύγχρονη µορφή κυκλοφορίας δηµιουργείται από υπηρεσίες που δεν επιδέχονται

καθυστέρηση µεταφοράς µεγαλύτερη από ένα άνω επιτρεπτό όριο, όπως π.χ. η µετα-

φορά φωνής, η εικονοδιάσκεψη και η µεταφορά σηµάτων συναγερµού. Αντίθετα, στην

ασύγχρονη µορφή κυκλοφορίας, όπως π.χ. σ’ αυτήν που δηµιουργείται κατά τη µετα-

φορά αρχείων µεταξύ υπολογιστών, η µεγάλη διακύµανση στην καθυστέρηση µετα-

φοράς είναι συνήθως ανεκτή. Όπως θα δούµε στην επόµενη παράγραφο, στα δίκτυα

FDDI, τα πακέτα της σύγχρονης κυκλοφορίας διαχωρίζονται από τα πακέτα της ασύγ-

χρονης κυκλοφορίας και εξυπηρετούνται µε διαφορετικό τρόπο.

Το πέρασµα κουπονιού στο FDDI

Κάθε κόµβος σ’ ένα δίκτυο FDDI χρησιµοποιεί τους εξής δύο χρονοµετρητές για να

υλοποιήσει το πρωτόκολλο MAC:

Page 163: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

• το µετρητή χρόνου περιστροφής κουπονιού (token rotation timer – TRT), και

• το µετρητή χρόνου κράτησης κουπονιού (token holding timer – THT).

Επίσης, στο δίκτυο FDDI έχει οριστεί και ένας στοχευόµενος χρόνος περιστροφής

του κουπονιού (target token rotation time – TTRT).

Ας συµβολίσουµε µε N το πλήθος των διασυνδεδεµένων κόµβων στο δίκτυο FDDI.

Κάθε κόµβος i, i = 1, 2, …, N, θεωρούµε ότι έχει δεσµεύσει κάποιο χρόνο S(i) ≥ 0

για τη µετάδοση της σύγχρονης κυκλοφορίας του. Το δίκτυο FDDI θα είναι ικανό

να εξυπηρετήσει τη σύγχρονη κυκλοφορία εάν

S(1) + S(2) + … + S(N) ≤ TTRT

Έστω ένας κόµβος i του δικτύου, i Œ 1, 2, …, N. Ο κόµβος αυτός διατηρεί τους

χρονοµετρητές TRT και THT και, όταν λαµβάνει το κουπόνι, εκτελεί τα ακόλουθα

βήµατα:

1. Θέτει THT = TTRT – TRT και αρχίζει να µειώνει το µετρητή THT.

2. Θέτει TRT = 0 και αρχίζει να αυξάνει το µετρητή TRT.

3. Μεταδίδει τη σύγχρονη κυκλοφορία, τουλάχιστον για χρόνο ίσο µε S(i).

4. Μεταδίδει την ασύγχρονη κυκλοφορία µέχρις ότου µηδενιστεί ο µετρητής THT.

5. Αποδεσµεύει το κουπόνι.

Ο κόµβος συνεχίζει να αυξάνει το µετρητή TRT και µετά την αποδέσµευση του κου-

πονιού. Παρατηρήστε ότι, εάν ο κόµβος µετέδωσε κυκλοφορία για µεγάλο χρονικό

διάστηµα πριν την αποδέσµευση κουπονιού, τότε η τιµή του µετρητή TRT θα είναι

µεγάλη την επόµενη φορά που ο κόµβος θα λάβει το κουπόνι. Κατά συνέπεια, η τιµή

THT = TTRT – TRT που θα υπολογίσει ο κόµβος την επόµενη φορά θα είναι µικρή,

δηλαδή θα µεταδώσει κυκλοφορία για µικρό χρονικό διάστηµα. Μ’ αυτό το απλό

τέχνασµα το FDDI προστατεύεται από κόµβους που θέλουν να µονοπωλήσουν τη

χρήση του δικτύου.

Αν όλοι οι κόµβοι στο δίκτυο FDDI ακολουθούν το παραπάνω πρωτόκολλο, τότε

µπορεί να δειχθεί ότι TRT ≤ 2 ¥ TTRT, δηλαδή ο χρόνος που µεσολαβεί µεταξύ δύο

διαδοχικών µεταδόσεων σε κάθε κόµβο δεν υπερβαίνει τα 2 ¥ TTRT. Για την από-

δειξη της ανισότητας, ο αναγνώστης παραπέµπεται στην Ενότητα 4.10 του βιβλίου

του Walrand (1998).

Έστω, για παράδειγµα, ένα δίκτυο 30 κόµβων, το οποίο αναπτύχθηκε έτσι ώστε να

µπορεί να διακινήσει κινούµενη εικόνα (video) µεταξύ δύο οποιωνδήποτε κόµβων

1 6 35 . 4 ¢ π ∫ ∆ À∞ F D D I

Page 164: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 6 4 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

του. Η κυκλοφορία του video δηµιουργείται µε ρυθµό 1,5 Mbps και για να επιτύ-

χουµε ποιοτική απόδοσή του, ο παραλήπτης κόµβος πρέπει να δέχεται και να απει-

κονίζει µία νέα εικόνα το αργότερο κάθε 33,3 msec. Εάν οι κόµβοι είναι εξοπλισµέ-

νοι µε ενταµιευτές µεγέθους 150 Kbits, τότε µπορούν να αποθηκεύσουν προσωρινά

την κυκλοφορία που δηµιουργεί µία πηγή video σε 100 msec. Σ’ ένα δίκτυο των 100

Mbps, ο προσωρινός ενταµιευτής, όταν καλείται να µεταδώσει τα περιεχόµενά του,

αδειάζει σε 1,5 msec. Το παραπάνω σενάριο θα µπορούσε να υλοποιηθεί σε δίκτυο

FDDI µε TTRT = 50 msec και S(i) = 1,5 msec, i = 1, 2, …, 30. Η ποιότητα απόδο-

σης του video θα ήταν αποδεκτή και η καθυστέρηση απεικόνισης της κάθε εικόνας

θα ήταν ίση µε 100 msec.

Η µορφή πλαισίων στο FDDI

Τα πλαίσια κουπονιού και δεδοµένων στα δίκτυα FDDI είναι παρόµοια µε αυτά των

δικτύων 802.5 (βλέπε σχήµα 5.13). Η σηµαντική διαφορά τους είναι στη µονάδα

µέτρησης του εύρους των πλαισίων, η οποία πηγάζει από το διαφορετικό σχήµα

κωδικοποίησης στο φυσικό επίπεδο που επέλεξαν οι δύο τεχνολογίες.

Στα δίκτυα τύπου δακτυλίου µε κουπόνι επιλέχθηκε η κωδικοποίηση Manchester για

τη µετάδοση των δεδοµένων και έτσι στα πλαίσια 802.5 µπορούσαµε να οριοθετή-

σουµε τα πεδία τους ανά byte.

Στο FDDI επιλέχθηκε ένα σχήµα γνωστό ως 4Β/5Β + NRZI. Σ’ αυτό το σχήµα, η

πληροφορία οµαδοποιείται σε σύµβολα των 4 bits. Κάθε σύµβολο κωδικοποιείται

από 5 bits, σύµφωνα µε την αντιστοιχία του πίνακα 5.2, τα οποία στη συνέχεια µετα-

δίδονται στο φυσικό µέσο µε την κωδικοποίηση NRZI. Από τους εναποµείναντες 25

– 24 = 16 συνδυασµούς, οι 8 χρησιµοποιούνται για να ορίσουν κάποια ειδικά σύµ-

βολα ελέγχου. Μ’ αυτήν την κωδικοποίηση δε θα εµφανιστούν ποτέ 4 συνεχόµενα

ψηφία 0 κατά τη µετάδοση δεδοµένων, γεγονός που είναι απαραίτητο για το συγ-

χρονισµό των κόµβων στο FDDI.

Page 165: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 6 55 . 4 ¢ π ∫ ∆ À∞ F D D I

Σύµβολο δεδοµένων

0 (δυαδικό 0000)

1 (δυαδικό 0001)

2 (δυαδικό 0011)

3 (δυαδικό 0101)

4 (δυαδικό 0100)

5 (δυαδικό 0101)

6 (δυαδικό 0110)

7 (δυαδικό 0111)

8 (δυαδικό 1000)

9 (δυαδικό 1001)

A (δυαδικό 1010)

B (δυαδικό 1011)

C (δυαδικό 1100)

D (δυαδικό 1101)

E (δυαδικό 1110)

F (δυαδικό 1111)

Μεταδιδόµενη ακολουθία bits

11110

01001

10100

10101

01010

01011

01110

01111

10010

10011

10110

10111

11010

11011

11100

11101

Σύµβολο ελέγχου

Q

H

I

J

K

T

R

S

Μεταδιδόµενη ακολουθία bits

00000

00100

11111

11000

10001

01101

00111

11001

¶›Ó·Î·˜ 5.2

Η αντιστοίχηση συµβόλων δεδοµένων και ελέγχου του FDDI σε ακολουθίες από bits

κατά την µετάδοση.

Page 166: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 6 6 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

Στο σχήµα 5.13 απεικονίζονται το κουπόνι και το πλαίσιο δεδοµένων στο FDDI.

Το πρόθεµα (Preamble, PRE) αποτελείται από 16 σύµβολα I και είναι απαραίτητο για

το συγχρονισµό των κόµβων. Η αρχή του πλαισίου (Start Delimiter, SD) δηλώνεται

µε τα σύµβολα J και K και το τέλος του (End Delimiter, ED) µε ένα ή δύο σύµβολα T,

ανάλογα µε το αν το πλαίσιο είναι πλαίσιο δεδοµένων ή κουπόνι αντίστοιχα.

Τα πεδία DA και SA περιέχουν τις διευθύνσεις προορισµού (Destination Address)

και πηγής (Source Address) του πλαισίου αντίστοιχα, οι οποίες έχουν την ίδια µορφή

µε τις διευθύνσεις ΙΕΕΕ 802.3 και 802.5.

Το πεδίο FC (Frame Control) διευκρινίζει εάν το πλαίσιο περιέχει δεδοµένα του χρή-

στη (πλαίσιο LLC) ή πληροφορίες ελέγχου. Στην πρώτη περίπτωση, διευκρινίζει επί-

σης τη µορφή της κυκλοφορίας: σύγχρονη ή ασύγχρονη. Τα δεδοµένα δεν επιτρέ-

πεται να έχουν µέγεθος µεγαλύτερο από 8956 σύµβολα.

Ο κώδικας κυκλικού πλεονασµού (CRC) καλύπτει τα πεδία FC, DA, SA και τα µετα-

φερόµενα δεδοµένα.

Τέλος, το πεδίο κατάστασης πλαισίου (Frame Status, FS) περιέχει τους τρεις δείκτες

A, C και E. Οι δείκτες A και C έχουν την ίδια ακριβώς χρήση µε τα bits ελέγχου A

και C του πεδίου FS στο πλαίσιο 802.5. Ο δείκτης E ενεργοποιείται στις καταστά-

σεις όπου το πλαίσιο συναντά δυσλειτουργίες του δικτύου κατά τη µεταφορά του.

Κάθε δείκτης αναπαρίσταται ως ένα σύµβολο, το οποίο λαµβάνει την τιµή R, όταν

ο δείκτης είναι απενεργοποιηµένος («off») και την τιµή S, όταν είναι ενεργοποιη-

µένος («on»).

™¯‹Ì· 5.13

Η µορφή

(α) του κουπονιού

και (β) του πλαισίου

δεδοµένων στο

FDDI.

DA SA CRC

1212 1 322

2 2 2

16

16

0 – 8956 8

SD

ED

ED

SD

FC

FC

FS

(α) κουπόνι

(β) πλαίσιο δεδοµένων

σύµβολα

σύµβολα

∆εδοµέναPRE

PRE

Page 167: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

H απόδοση του FDDI

Έστω N το πλήθος των κόµβων σ’ ένα δίκτυο FDDI. Εκ κατασκευής, ο κάθε κόµ-

βος καθυστερεί τη διέλευση ενός διερχόµενου πλαισίου κατά χρόνο D. Αν συµβο-

λίσουµε µε PROP το χρόνο διάδοσης του σήµατος γύρω στο δακτύλιο FDDI και µε

TRANST το χρόνο µετάδοσης του κουπονιού, τότε µπορεί να αποδειχθεί (βλέπε Ενό-

τητα 4.10, Walrand (1998)) ότι η απόδοση ηFDDI του FDDI, υποθέτοντας ότι πάντα

υπάρχουν πακέτα προς µετάδοση, προσεγγίζεται από την ακόλουθη σχέση

(5.3)

όπου TTRT είναι ο στοχευόµενος χρόνος περιστροφής του κουπονιού.

Στα δίκτυα FDDI, λόγω της χρήσης του µηχανισµού περάσµατος κουπονιού στον

έλεγχο προσπέλασης του δακτυλίου, ο Μέγιστος Χρόνος Προσπέλασης του φυσι-

κού µέσου δεν υπερβαίνει ποτέ την τιµή 2 ¥ TTRT.

¶·Ú¿‰ÂÈÁÌ· 5.5

Σαν αριθµητικό παράδειγµα, ας θεωρήσουµε ένα δακτύλιο FDDI µήκους 80 Km, στον

οποίο συνδέονται N = 300 κόµβοι. Κάθε κόµβος εισάγει µία καθυστέρηση ίση µε 16

bits κατά τη διέλευση ενός πλαισίου από αυτόν. Εάν ο στοχευόµενος χρόνος περι-

στροφής του κουπονιού έχει οριστεί TTRT = 10 ms και γνωρίζοντας ότι η ταχύτητα διά-

δοσης του σήµατος σε µία τυπική οπτική ίνα είναι περίπου ίση µε 2 ¥ 105 Km/s, τότε

µπορούµε να υπολογίσουµε την απόδοση ηFDDI του δικτύου µε απευθείας χρήση της

σχέσης (5.3). Έτσι,

Μία τιµή TTRT κοντά στα 10 ms είναι ικανή για να υποστηρίξει τη µετάδοση φωνής

και κινούµενης εικόνας πάνω από δίκτυα FDDI.

hFDDI =

¥ - ¥ +¥ ¥

¥ª

--

-

10 10 30016 110

100 1024 1024

80

2 10

10 1092 4

3

5

3, %

hFDDI

N D TRANST PROPª - ¥ + -TTRT

TTRT

( )

1 6 75 . 4 ¢ π ∫ ∆ À∞ F D D I

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 5.6

Επιλέξτε τη σωστή απάντηση σε κάθε µία από τις ακόλουθες ερωτήσεις πολλα-

πλών επιλογών.

1. Ένα δίκτυο FDDI µπορεί να υλοποιηθεί µόνο µε:

(α)πολυτροπικές οπτικές ίνες.

Page 168: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

5.5 ∞Û‡ÚÌ·Ù· ÙÔÈο ‰›ÎÙ˘· 802.11

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· ·ÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτήν την ενότητα θα µπορείτε να :

• ορίσετε τα ασύρµατα τοπικά δίκτυα ΙΕΕΕ 802.11,

• αναφέρετε σε ποιες περιοχές συχνοτήτων λειτουργούν τα δίκτυα 802.11,

1 6 8 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

(β)καλώδια συνεστραµµένων ζευγών.

(γ) οπτικές ίνες και οµοαξονικά καλώδια.

(δ) οπτικές ίνες και καλώδια συνεστραµµένων ζευγών.

2. Ένα δίκτυο FDDI δεν µπορεί να υλοποιηθεί µε τη φυσική τοπολογία:

(α)αστέρα.

(β)αρτηρίας.

(γ) δακτυλίου.

3. Εάν στο δίκτυο FDDI του σχήµατος 5.12.β έχουµε και δεύτερη βλάβη, η οποία

αποκόπτει και τις δύο ίνες στον κόµβο Ε του δακτυλίου, τότε το δίκτυο

(α)δεν µπορεί να συνεχίσει τη λειτουργία του.

(β)συνεχίζει κανονικά τη λειτουργία του.

(γ) επαναφέρεται σε µερική λειτουργία µετά από ένα µικρό χρονικό διάστηµα.

4. Το πρωτόκολλο MAC του FDDI

(α)προστατεύει το δίκτυο από κόµβους οι οποίοι θέλουν να µονοπωλήσουν τη

µετάδοση δεδοµένων.

(β)δεν κάνει διάκριση µεταξύ της σύγχρονης και ασύγχρονης κυκλοφορίας στο

δίκτυο.

(γ) παρακρατεί σ’ έναν κόµβο το κουπόνι του δακτυλίου για χρόνο ίσο µε 2 ¥TTRT, όπου TTRT είναι ο στοχευόµενος χρόνος περιστροφής του κουπονιού.

(δ) αποδεσµεύει από έναν κόµβο το κουπόνι του δακτυλίου, αµέσως µετά την

επιστροφή σ’ αυτόν τον κόµβο όλων των πλαισίων που µετέδωσε από τη

δέσµευση του κουπονιού και µετά.

Page 169: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 6 95 . 5 ∞ ™ À ƒ ª ∞∆∞ ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞ 8 0 2 . 1 1

• περιγράψετε τους δύο τρόπους διασύνδεσης και λειτουργίας κόµβων σ’ ένα

δίκτυο 802.11,

• εξηγήσετε τη διαδικασία προσχώρησης ενός σταθµού εργασίας σ’ ένα ασύρµατο

τοπικό δίκτυο 802.11,

• περιγράψετε πώς γίνεται ο έλεγχος προσπέλασης στο φυσικό µέσο,

• προσδιορίσετε τη µορφή του πλαισίου στα δίκτυα 802.11.

Το ασύρµατο τοπικό δίκτυο (wireless LAN – WLAN) αποτελείται από µία συλλογή

υπολογιστών που εκτείνονται σε µία µικρή σχετικά περιοχή και επικοινωνούν µετα-

ξύ τους χρησιµοποιώντας ραδιοκύµατα αντί για καλωδιακή υποδοµή.

Τα WLANs αναπτύσσονται σε χώρους όπου η εγκατάσταση καλωδιακής υποδοµής

είναι αδύνατη ή οικονοµικά ασύµφορη, όπως π.χ. σε παλιά ή διατηρητέα κτίρια. Ανα-

πτύσσονται επίσης συχνά σε προσωρινές εγκαταστάσεις όπως π.χ,, σε συνέδρια ή άλλες

εκδηλώσεις. Αλλά το µεγάλο τους πεδίο εφαρµογής πιστεύουµε ότι είναι η υποστήρι-

ξη µετακινούµενων χρηστών. Για παράδειγµα, σε µία µεγάλη αποθήκη, όπου ο δια-

χειριστής της πρέπει να ενηµερώνει την κεντρική βάση µε τα διαθέσιµα αποθέµατα

εµπορευµάτων σε πραγµατικό χρόνο, αντί να τα καταγράφει προσωρινά σε χαρτί και

να τα εισάγει αργότερα στη βάση από τον υπολογιστή του γραφείου του. Ή κατά την

επίσκεψη ιατρών σε µία κλινική, όταν απαιτείται πρόσβαση στον ηλεκτρονικό φάκε-

λο ενός ασθενούς τη στιγµή που αυτός εξετάζεται στο κρεβάτι του.

Η ευρεία αποδοχή των WLANs οδήγησε την IEEE στην επικύρωση του 802.11, του

πρώτου προτύπου για ασύρµατα τοπικά δίκτυα υπολογιστών. Το 802.11 εκδόθηκε τον

Ιούνιο 1997 και περιελάµβανε ταχύτητες µετάδοσης δεδοµένων στα 1 Mbps και 2

Mbps. Στη µεταγενέστερη έκδοση του προτύπου 802.11b (Σεπτέµβριος 1999), οι ρυθ-

µοί µετάδοσης δεδοµένων αυξήθηκαν ως τα 11 Mbps. Αυτή τη στιγµή είναι υπό συζή-

τηση ένα πρότυπο για την τρίτη γενεά ασύρµατων τοπικών δικτύων, η οποία υπό-

σχεται σηµαντική αναβάθµιση στους ρυθµούς µετάδοσης (54 Mbps και περισσότε-

ρο). Το πρότυπο αυτό, κατά παράδοξο τρόπο, πήρε την ονοµασία 802.11a.

Σηµαντικό ρόλο στην πολύ µεγάλη εξάπλωση που εµφανίζουν σήµερα τα ασύρµα-

τα τοπικά δίκτυα έπαιξε η πιστοποίηση Wi – Fi (wireless fidelity), που εισήγαγε µία

οµάδα από τους µεγαλύτερους κατασκευαστές προϊόντων 802.11, γνωστή ως WECA

(Wireless Ethernet Compatibility Alliance). Εάν µία συσκευή έχει την πιστοποίηση

Wi – Fi, τότε αυτό σηµαίνει ότι έχει ελεγχθεί και µπορεί εγγυηµένα να λειτουργή-

σει µε άλλες συσκευές που φέρουν την ίδια πιστοποίηση.

Page 170: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 7 0 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

5.5.1 √ ÙÚfiÔ˜ ÏÂÈÙÔ˘ÚÁ›·˜ ÙÔ˘ 802.11

Το καλώδιο που χρησιµοποιείται για την ανάπτυξη ενός τοπικού δικτύου σε µία εγκα-

τάσταση είναι ιδιόκτητο. Αυτό όµως δε συµβαίνει και µε τον αέρα στις ασύρµατες επι-

κοινωνίες, οπότε αυτοµάτως τίθενται θέµατα όπως π.χ. ποια συχνότητα να χρησιµο-

ποιήσω για να αναπτύξω ένα WLAN. Σ’ αυτήν την υποενότητα ασχολούµαστε µε την

περιοχή συχνοτήτων λειτουργίας ενός ασύρµατου δικτύου 802.11. Επίσης, παρουσιά-

ζουµε τους τρόπους διασύνδεσης κόµβων σ’ ένα δίκτυο 802.11 και περιγράφουµε τη

διαδικασία προσχώρησης ενός σταθµού εργασίας σ’ ένα ασύρµατο LAN.

Περιοχή συχνοτήτων λειτουργίας

Οι συχνότητες εκποµπής ραδιοκυµάτων είναι περιορισµένες και γι’ αυτό το λόγο η

παραχώρησή τους για χρήση σε µία περιοχή γίνεται ελεγχόµενα από την Εθνική Επι-

τροπή Τηλεπικοινωνιών. Υπάρχουν όµως κάποιες περιοχές συχνοτήτων οι οποίες

είναι ελεύθερα διαθέσιµες για κοινή χρήση σ’ όλον τον πλανήτη, χωρίς δηλαδή να

προαπαιτείται η λήψη σχετικής άδειας. Οι περιοχές αυτές είναι γνωστές ως συχνό-

τητες ISM (Industrial, Scientific and Medical frequencies).

Οι συσκευές 802.11b κατασκευάζονται για να εκπέµπουν στην περιοχή 2,4 – 2,4835

GHz, που διαθέτει εύρος 83,5 MHz. Αντίθετα, για το πρότυπο 802.11a συζητείται η

περιοχή 5,725 – 5,875 GHz, µε εύρος 150 MHz.

Το πρότυπο 802.11 ορίζει τη χρήση των τεχνολογιών ∆ιευρυµένου Φάσµατος (Spread

Spectrum – SS) για την εκποµπή σήµατος και συγκεκριµένα των τεχνικών DSSS

(Direct Sequence SS) και FHSS (Frequency Hoping SS). Οι DSSS και FHSS είναι δύο

τελείως διαφορετικοί µηχανισµοί σηµατοδοσίας και δεν υπάρχει διαλειτουργικότητα

µεταξύ τους. Επειδή η FHSS περιορίζει το ρυθµό µετάδοσης σε τιµές µικρότερες από

τα 2 Mbps, στα δίκτυα τύπου 802.11b χρησιµοποιείται αποκλειστικά η τεχνική DSSS.

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

7

7

8

8

9

9

10

10

11

11

25002400 2441

Kανάλι DSSS

Συχνότητα (MHz)

™¯‹Ì· 5.14

Τα 11 διαφορετικά

DSSS κανάλια στα

οποία µοιράζεται η

περιοχή συχνοτήτων

ISM των 2,4 GHz.

Παρατηρούµε ότι,

µόνο εάν επιλέξου-

µε το συνδυασµό

των καναλιών 1, 6

και 11, µπορούµε

να χρησιµοποιή-

σουµε µέχρι 3

κανάλια ταυτόχρο-

να, χωρίς παρεµβο-

λές. Στους υπόλοι-

πους συνδυασµούς

επιτρέπεται η ταυ-

τόχρονη χρήση

µέχρι 2 καναλιών.

Page 171: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Στην τεχνική DSSS, η περιοχή συχνοτήτων ISM των 2,4 GHz µοιράζεται σε 11 δια-

φορετικά κανάλια, εύρους 22 MHz το καθένα (βλέπε σχήµα 5.14). Από αυτά, µόνο

τα κανάλια 1, 6 και 11 απέχουν αρκετά µεταξύ τους, έτσι ώστε κατά την ταυτόχρο-

νη χρήση τους να µην υπάρχουν παρεµβολές. Οποιοσδήποτε άλλος συνδυασµός µας

οδηγεί σε ταυτόχρονη χρήση δύο µόνο καναλιών.

Τρόποι διασύνδεσης κόµβων

Στα δίκτυα 802.11 υπάρχουν δύο είδη εξοπλισµού: ο σταθµός εργασίας, που συνήθως

είναι ένας προσωπικός υπολογιστής εξοπλισµένος µε µία κάρτα διεπαφής για ασύρ-

µατο δίκτυο, και το σηµείο πρόσβασης (access point – AP), που λειτουργεί ως η

συσκευή γεφύρωσης του ασύρµατου τοπικού δικτύου µε το τοπικό δίκτυο που έχει

αναπτυχθεί πάνω από µία υπάρχουσα καλωδιακή υποδοµή (βλέπε σχήµα 5.15.α).

1 7 15 . 5 ∞ ™ À ƒ ª ∞∆∞ ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞ 8 0 2 . 1 1

ESS

IBSS

BSS

BSS

Kαλωδιακό δίκτυο διανοµής

Σηµείο πρόσβασης

Σηµείο πρόσβασης

(α) ∆ιασύνδεση υποδοµής (β) Έκτακτη ή τυχαίαδιασύνδεση

™¯‹Ì· 5.15

Οι δύο τρόποι διασύνδεσης και

λειτουργίας των κόµβων σ’ ένα

ασύρµατο τοπικό δίκτυο.

Επίσης, στο πρότυπο 802.11 έχουν οριστεί δύο τρόποι διασύνδεσης και λειτουργίας

των κόµβων σ’ ένα WLAN, οι οποίοι απεικονίζονται στο σχήµα 5.15. Στη διασύν-

δεση υποδοµής (infrastructure mode), υπάρχει ένα τουλάχιστον σηµείο πρόσβασης,

το οποίο είναι συνδεδεµένο στην υπάρχουσα καλωδιακή υποδοµή και ένα πλήθος

από ασύρµατους σταθµούς εργασίας, οι οποίοι ρυθµίζονται να επικοινωνούν µόνο

µε το σηµείο πρόσβασης. Αυτή η διάρθρωση ονοµάζεται Συγκρότηµα Βασικής Υπη-

ρεσίας (Basic Service Set – BSS). Το Συγκρότηµα Εκτεταµένης Υπηρεσίας (Extended

Service Set – ESS) είναι ένα σύνολο από δύο ή περισσότερα BSS ενοποιηµένα σ’

Page 172: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 7 2 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

ένα εκτεταµένο τοπικό δίκτυο. Φυσικά, για την αποφυγή παρεµβολών, τα γειτονικά

συγκροτήµατα πρέπει να εκπέµπουν δεδοµένα σε µη επικαλυπτόµενα κανάλια DSSS.

Αξίζει να παρατηρήσουµε ότι υπάρχει µία συγκεκριµένη περιοχή γύρω από κάθε

σηµείο πρόσβασης, εντός της οποίας πρέπει να βρίσκονται οι σταθµοί εργασίας για

να εξυπηρετηθούν απ’ αυτό. Η ακτίνα αυτής της ενεργής περιοχής εξαρτάται από

πλήθος παραγόντων, όπως π.χ. από το αν το δίκτυο αναπτύσσεται σε εξωτερικό ή

εσωτερικό χώρο, απ’ το είδος και το µέγεθος της κεραίας που χρησιµοποιείται, απ’

την ποιότητα της συγκεκριµένης κατασκευής, κ.ά. Για ένα δίκτυο των 11 Mbps,

χωρίς εξωτερική κεραία, µπορούµε να αναφέρουµε ως ενδεικτική τιµή της µέγιστης

απόστασης ενός σταθµού εργασίας από το σηµείο πρόσβασης τα 150 m σε εξωτε-

ρικό χώρο ή τα 30 m σε εσωτερικό χώρο. Αυτά τα όρια αυξάνονται, αν µειωθεί ο

ρυθµός µετάδοσης στα 5,5 Mbps ή αν χρησιµοποιηθεί εξωτερική κεραία µεγαλύτε-

ρης ισχύος εκποµπής.

Ο δεύτερος τρόπος διασύνδεσης κόµβων σ’ ένα ασύρµατο δίκτυο 802.11 δεν απαι-

τεί την παρουσία σηµείου πρόσβασης, ούτε κατά συνέπεια την ενοποίηση µε κάποιο

υπάρχον καλωδιωµένο τοπικό δίκτυο. Στην έκτακτη ή τυχαία διασύνδεση (ad hoc

mode) οι σταθµοί εργασίας επικοινωνούν απευθείας µεταξύ τους και χρησιµοποιεί-

ται ευρέως σε προσωρινές, αυθόρµητες ή µη προσχεδιασµένες εγκαταστάσεις. Σ’

αυτήν την περίπτωση αναφέρουµε ότι οι κόµβοι συνθέτουν ένα ανεξάρτητο συγκρό-

τηµα (Independent BSS – IBSS).

∆ιαδικασία προσχώρησης σταθµού εργασίας σε ένα BSS

Στο σχήµα 5.16 απεικονίζονται τα βήµατα που εκτελούνται στα δίκτυα 802.11 για

να προσχωρήσει ένας σταθµός εργασίας σ’ ένα Συγκρότηµα Βασικής Υπηρεσίας.

Συνοπτικά λοιπόν αυτά τα βήµατα είναι:

1. Όταν ο σταθµός τεθεί σε λειτουργία, εκπέµπει ένα ειδικό πλαίσιο ελέγχου σε όλα τα

κανάλια DSSS, ζητώντας να µάθει τα σηµεία πρόσβασης µε τα οποία έχει επαφή.

2. Κάθε σηµείο πρόσβασης που ακούει τον σταθµό εργασίας, απαντάει στο αίτηµά

του ενηµερώνοντάς τον ταυτόχρονα για το φόρτο του BSS που εξυπηρετεί και

για άλλες λεπτοµέρειες.

3. Ο σταθµός εργασίας, βασιζόµενος στην ποιότητα του λαµβανοµένου σήµατος και

στα τρέχοντα χαρακτηριστικά του κάθε υποψηφίου BSS, επιλέγει το κατάλληλο

σηµείο πρόσβασης για τη σύνδεσή του και του αποστέλλει ένα µήνυµα µε τα ανα-

γκαία στοιχεία πρόσβασης του σταθµού.

Page 173: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

4. Το σηµείο πρόσβασης εξακριβώνει την ορθότητα των στοιχείων πρόσβασης του

σταθµού, τα οποία πιστοποιούν την άδεια προχώρησής του στο BSS, και στη συνέ-

χεια ενηµερώνει το σταθµό εργασίας για την αποδοχή του ή την απόρριψή του.

5. Αν ο σταθµός γίνει αποδεκτός στο συγκρότηµα, τότε στέλνει µία αίτηση προ-

σχώρησής του σ’ αυτό.

6. Μόλις το σηµείο πρόσβασης παραλάβει την αίτηση προσχώρησης, προσθέτει το

σταθµό εργασίας στον πίνακα διασυνδεδεµένων κόµβων που τηρεί και στέλνει

πίσω στο σταθµό ένα µήνυµα επιβεβαίωσης.

1 7 35 . 5 ∞ ™ À ƒ ª ∞∆∞ ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞ 8 0 2 . 1 1

™¯‹Ì· 5.16

Τα βήµατα προ-

σχώρησης ενός

σταθµού εργασίας

σ’ ένα Συγκρότη-

µα Βασικής Υπη-

ρεσίας στα δίκτυα

τύπου 802.11.

Ο σταθµός εργα-

σίας επιλέγει

αρχικά ένα σηµείο

πρόσβασης

(βήµατα 1, 2) και

στη συνέχεια

εκτελεί µαζί του

τις απαραίτητες

ενέργειες για την

πιστοποίησή του

(βήµατα 3, 4) και

την προσχώρησή

του στο BSS

(βήµατα 5, 6).

1 1

22

3

4

5

6

σηµείοπρόσβασης A

σηµείοπρόσβασης B

Σε προκαθορισµένα τακτά χρονικά διαστήµατα, τα σηµεία πρόσβασης στέλνουν

µηνύµατα ανάλογα µε το µήνυµα του βήµατος 2. Ο κάθε σταθµός εργασίας ακούει

αυτά τα µηνύµατα και καταχωρεί και επεξεργάζεται την πληροφορία τους. Ανάλο-

γα µε τις επικρατούσες συνθήκες, ο σταθµός εργασίας µπορεί να αποφασίσει µετα-

κόµιση σε άλλο συγκρότηµα. Για παράδειγµα, όταν ο σταθµός εργασίας κινείται,

τότε µπορεί να αποµακρυνθεί από την ενεργή περιοχή του αρχικού σηµείου πρό-

σβασης, έστω π.χ. Α, και να εισχωρήσει στην περιοχή ενός άλλου σηµείου πρόσβα-

σης Β. Τότε, αν τα BSS των σηµείων Α και Β ανήκουν στο ίδιο ESS, εκτελεί πάλι

τα βήµατα 5 και 6 της διαδικασίας προσχώρησης. Παράλληλα, εάν υπάρχει πληρο-

φορία που προορίζεται για το σταθµό εργασίας και είναι προσωρινά αποθηκευµένη

στο σηµείο πρόσβασης Α, τότε αυτή µεταφέρεται στο σηµείο πρόσβασης Β, έτσι

ώστε ο σταθµός να µην παρατηρήσει κανένα κενό στις επικοινωνίες του.

Τέλος, εκτός από το σχήµα πιστοποίησης ταυτότητας χρήστη που ακολουθείται στα

βήµατα 3 και 4, τα δίκτυα 802.11 µπορούν να αυξήσουν το βαθµό ασφάλειάς τους

κρυπτογραφώντας τη µεταδιδόµενη πληροφορία, χρησιµοποιώντας τεχνικές όπως

π.χ. το δηµόσιο κλειδί 40 – bit ή 128 – bit.

Page 174: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 7 4 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

5.5.2 ∆Ô ˘ÔÂ›Â‰Ô MAC

Στα ασύρµατα δίκτυα χρησιµοποιείται συνήθως ο µηχανισµός CSMA/CA για τον

έλεγχο προσπέλασης του φυσικού µέσου. Αυτός αποτελεί και τον κύριο µηχανισµό

και στα δίκτυα 802.11, τα οποία όµως έχουν ενισχυθεί και µε έναν επιπλέον µηχα-

νισµό, έτσι ώστε να προσφέρουν εγγενή υποστήριξη της σύγχρονης κυκλοφορίας.

Ο έλεγχος προσπέλασης στο φυσικό µέσο

Οι µηχανισµοί CSMA έχουν το µειονέκτηµα του (θεωρητικά) άπειρου µέγιστου χρό-

νου προσπέλασης στο φυσικό µέσο. Έτσι, τα δίκτυα τύπου CSMA/CD και CSMA/CA

δεν µπορούν να εξυπηρετήσουν αποδοτικά τη σύγχρονη µορφή κυκλοφορίας, η οποία

επιδέχεται καθυστερήσεις µεταφοράς µόνο εντός επιτρεπτών ορίων.

Η οµάδα εργασίας της IEEE για τα δίκτυα 802.11 έλυσε αυτό το πρόβληµα µε τον

ακόλουθο απλό τρόπο. Ο χρόνος εξυπηρέτησης ενός σηµείου πρόσβασης χωρίζεται

σε κύκλους, οι οποίοι επαναλαµβάνονται περιοδικά. Κάθε κύκλος έχει δύο τµήµατα.

Στο πρώτο τµήµα, το οποίο ονοµάζεται Λειτουργία Κατανεµηµένου Συντονισµού

(Distributed Coordination Function, DCF), ο έλεγχος προσπέλασης διενεργείται µε

το πρωτόκολλο CSMA/CA. Στο δεύτερο τµήµα, το οποίο ονοµάζεται Λειτουργία

Σηµειακού Συντονισµού (Point Coordination Function, PCF), το σηµείο πρόσβασης

σαρώνει κυκλικά έναν – έναν από τους συνδεδεµένους σταθµούς εργασίας, παραµέ-

νοντας σε κάθε σταθµό για ένα προκαθορισµένο χρονικό διάστηµα. Μόνο σ’ αυτό το

χρονικό διάστηµα ένας σταθµός επιτρέπεται να αποστείλει δεδοµένα στο δίκτυο ή να

λάβει δεδοµένα από το δίκτυο. Μ’ αυτήν την κυκλική σάρωση, µπορούµε έτσι να

εγγυηθούµε µία µέγιστη καθυστέρηση µεταφοράς της κυκλοφορίας.

Αυτή η απλή λύση έχει δικαίως κατηγορηθεί για τη χαµηλή απόδοση που επιτυγχά-

νεται, όταν στο συγκρότηµα συµµετέχουν πολλοί σταθµοί εργασίας και αποτελεί ένα

σηµαντικό µειονέκτηµα των δικτύων τύπου 802.11.

Η µορφή πλαισίων στο 802.11

Η µορφή των πλαισίων 802.11 απεικονίζεται στο σχήµα 5.17. Άξιο παρατήρησης

είναι το γεγονός ότι περιέχει τέσσερα πεδία διεύθυνσης MAC στην επικεφαλίδα του,

αντί για δύο που περιέχουν τα άλλα πλαίσια 802.

Στο πεδίο FC (Frame Control) περιλαµβάνεται όλη η απαραίτητη πληροφορία για το

χαρακτηρισµό του πλαισίου. Συγκεκριµένα, προσδιορίζεται η έκδοση του προτύπου

802.11 που χρησιµοποιείται (802.11, 802.11b ή 802.11a) και αν το πλαίσιο περιέχει

δεδοµένα ή είναι ένα πλαίσιο ελέγχου (έχουν οριστεί πάνω από 30 διαφορετικά πλαί-

σια ελέγχου). Επίσης, στο πεδίο FC υπάρχουν τα bits ToDS και FromDS, τα οποία

Page 175: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

προσδιορίζουν τη χρήση των τεσσάρων πεδίων διευθύνσεων που ακολουθούν. Τέλος,

σ’ αυτό το πεδίο ορίζεται αν το πλαίσιο µεταδίδεται κρυπτογραφηµένο ή όχι.

1 7 55 . 5 ∞ ™ À ƒ ª ∞∆∞ ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞ 8 0 2 . 1 1

Ad.n¡ : ∆ιεύθυνση MAC

SC¡ ¡ : Έλεγχος σειράςFC¡¡¡: Έλεγχος πλαισίου

Πλαίσιο LLC

ID¡¡: Tαυτότητα σταθµού CRC¡: Kώδικας κυκλικού πλεονασµού

CRC

bytes

6 6 6 6 4

SC

2 22 0 – 2312

IDFC Ad.1 Ad.2 Ad.3 Ad.4

™¯‹Ì· 5.17

Η µορφή του πλαι-σίου ΙΕΕΕ 802.11.

Εάν το bit ToDS έχει την τιµή 1, τότε ο τελικός προορισµός του πλαισίου βρίσκεται

εκτός του BBS, στο καλωδιακό δίκτυο διανοµής. Επίσης, εάν το bit FromDS έχει την

τιµή 1, τότε το πλαίσιο προέρχεται εκτός του BSS, δηλαδή από το δίκτυο διανοµής.

Στον πίνακα 5.3 παρουσιάζονται οι δυνατοί συνδυασµοί των bits ToDS και FromDS

και οι αντίστοιχες ερµηνείες των πεδίων Ad.1, Ad.2, Ad.3 και Ad.4.

¶›Ó·Î·˜ 5.3

Οι διαφορετικές ερµηνείες των πεδίων διευθύνσεων στο πλαίσιο IEEE 802.11.

ΠαρατηρήσειςToDS FromDS Ad.1 Ad.2 Ad.3 Ad.4

Εντός των ορίων ενός

BSS0 0

∆ιεύθυνση

Προορισµού

∆ιεύθυνση

Πηγής

∆ιεύθυνση

Σηµείου

Πρόσβασης

Όταν το πλαίσιο

έρχεται από το δίκτυο

διανοµής

0 1∆ιεύθυνση

Προορισµού

∆ιεύθυνση

Σηµείου

Πρόσβασης

∆ιεύθυνση

Πηγής–

Όταν το πλαίσιο εξέρ-

χεται από το BSS στο

δίκτυο διανοµής

1 0

∆ιεύθυνση

Σηµείου

Πρόσβασης

∆ιεύθυνση

Πηγής

∆ιεύθυνση

Προορισµού–

Όταν το πλαίσιο προω-

θείται από ένα BSS σ’

ένα άλλο BSS

1 1

∆ιεύθυνση

σηµείου

πρόσβασης

αποστολέα

∆ιεύθυνση

σηµείου

πρόσβασης

παραλήπτη

∆ιεύθυνση

Προορισµού

∆ιεύθυνση

Πηγής

Page 176: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 7 6 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

Τέλος, το πεδίο SC (Sequence Control) χρησιµοποιείται για την αρίθµηση του πλαι-

σίου. Υπενθυµίζουµε ότι στο πρωτόκολλο CSMA/CA υλοποιείται και ένα εσωτερι-

κό σχήµα επιβεβαίωσης λήψης, το οποίο απαιτεί την αρίθµηση των πλαισίων δεδο-

µένων και των αντίστοιχων πλαισίων επιβεβαιώσεων, σύµφωνα µε όσα έχουµε ανα-

φέρει στην Ενότητα 4.

ÕÛÎËÛË ·˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘ 5.7

∆ιαγράψτε τις λανθασµένες λέξεις ή φράσεις από τις παρακάτω προτάσεις.

1. Ο υψηλότερος ρυθµός µετάδοσης δεδοµένων στο δίκτυο επιτυγχάνεται στα

δίκτυα [ 802.5 | FDDI | 802.11 | τύπου Ethernet | CSMA/CD ].

2. Σύγχρονη µορφή κυκλοφορίας µπορούν να υποστηρίξουν απευθείας τα δίκτυα

[ FDDI | 802.3 | δακτύλιος µε κουπόνι | 802.11 | 10Base – T ].

3. Τα πρωτόκολλα CSMA υλοποιούνται στα δίκτυα [ 802.5 | Ethernet | FDDI |

802.11b | 100Base – TX ].

4. Από τα τοπικά δίκτυα που γνωρίσαµε σ’ αυτό το Κεφάλαιο, την καλύτερη από-

δοση την επιτυγχάνει το δίκτυο [ FDDI | Ethernet | δακτύλιος µε κουπόνι |

802.11 | Gigabit Ethernet ].

5. Η µεγαλύτερη απόσταση µεταξύ δύο κόµβων επιτυγχάνεται στα δίκτυα [ 802.5

| FDDI | 1000Base – LX | 802.11 | 1000Base – SX ].

6. Ένα άνω όριο στο µέγιστο χρόνο προσπέλασης στο φυσικό µέσο µπορεί να οριστεί

στα δίκτυα [ 1000Base – SX | 802.5 | δακτύλιος µε κουπόνι | 802.11 | FDDI ].

7. Ιδεατά τοπικά δίκτυα µπορούµε να ορίσουµε µόνο σε εκτεταµένα τοπικά δίκτυα

τύπου [Ethernet | FDDI | 802.5 | 802.11 | 100Base – TX ].

5.6 ∂›Â‰Ô EϤÁ¯Ô˘ §ÔÁÈ΋˜ ™‡Ó‰ÂÛ˘

¶ÚÔÛ‰ÔÎÒÌÂÓ· ·ÔÙÂϤÛÌ·Ù·

Όταν θα έχετε µελετήσει αυτήν την ενότητα θα µπορείτε να :

• ορίσετε τη βασική λειτουργία του πρωτοκόλλου ΙΕΕΕ 802.2,

• περιγράψετε τους τρεις τύπους υπηρεσιών που διαθέτει στο επίπεδο ∆ικτύου το επί-

πεδο LLC,

Page 177: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

• προσδιορίσετε τη µορφή του πλαισίου 802.2.

Όπως έχουµε προαναφέρει στην Ενότητα 5.1, το Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων στα

τοπικά δίκτυα χωρίζεται σε δύο υποεπίπεδα: στον Έλεγχο Προσπέλασης Μέσων

(MAC) και στον Έλεγχο Λογικής Σύνδεσης (Logical Link Control – LLC) (βλέπε

σχήµα 5.2). Στα τοπικά δίκτυα τύπου ΙΕΕΕ 802, το πρωτόκολλο LLC ορίζεται στο

πρότυπο 802.2.

Όλα τα πρωτόκολλα MAC που παρουσιάσαµε στις Ενότητες 5.2 – 5.5 έχουν ένα

κοινό χαρακτηριστικό: ενώ υλοποιούν έναν ιδεατό σύνδεσµο σηµείου µε σηµείο για

την επικοινωνία δύο κόµβων, δεν εξασφαλίζουν την αξιόπιστη µεταφορά δεδοµένων

πάνω από αυτόν. Αυτό επιτυγχάνεται µε τις λειτουργίες του επιπέδου LLC.

5.6.1 ∆‡ÔÈ ˘ËÚÂÛÈÒÓ

Το πρότυπο IEEE 802.2 για τον Έλεγχο Λογικής Σύνδεσης ορίζει τρεις τύπους υπηρε-

σιών που µπορούν να διατεθούν για την επικοινωνία δύο κόµβων. Αυτοί οι τύποι είναι:

• η υπηρεσία µε σύνδεση (connection oriented), η οποία παραδίδει στο άκρο του

παραλήπτη τα πακέτα δεδοµένων στη σωστή σειρά και χωρίς σφάλµατα µετα-

φοράς.

• η υπηρεσία µε επιβεβαίωση λήψης χωρίς σύνδεση (acknowledged connectionless),

η οποία αποστέλλει µόνο ένα πακέτο κάθε φορά και µόνο αφού έχει επιβεβαιω-

θεί η λήψη του προηγούµενου πακέτου.

• η υπηρεσία χωρίς σύνδεση (connectionless), η οποία δεν παρέχει καµία εγγύηση

ότι το πακέτο θα φτάσει τελικά στον παραλήπτη ή ότι θα παραδοθεί χωρίς σφάλ-

µατα µεταφοράς.

Κατά την υλοποίηση µίας συνοµιλίας µεταξύ κόµβων, το Επίπεδο ∆ικτύου επιλέγει

τι είδους υπηρεσία θα ζητήσει από το κατώτερο Επίπεδο LLC, ανάλογα µε τα χαρα-

κτηριστικά της συνοµιλίας. Τα σηµεία διεπαφής των Επιπέδων ∆ικτύου και LLC

ονοµάζονται σηµεία πρόσβασης υπηρεσίας (service access point – SAP). Στο σχήµα

5.18 παρουσιάζονται 3 διαφορετικές υπηρεσίες που διατέθηκαν στον κόµβο A για

την επικοινωνία του µε τους κόµβους Β και Γ. Παρατηρούµε ότι, επειδή µπορεί να

υπάρξουν περισσότερες από µία ροές δεδοµένων κατά την επικοινωνία δύο κόµβων,

αυτές θα πρέπει να διαχωρίζονται από τα διαφορετικά σηµεία πρόσβασης υπηρεσίας

που χρησιµοποιούν.

1 7 75 . 6 ∂ ¶ π ¶ ∂ ¢ √ ∂ § ∂ ° Ã √ À § √ ° π ∫ ∏ ™ ™ À ¡ ¢ ∂ ™ ∏ ™

Page 178: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 7 8 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

5.6.2 ∏ ÌÔÚÊ‹ ÙÔ˘ Ï·ÈÛ›Ô˘ LLC

Στο σχήµα 5.18 απεικονίζεται η µορφή του πλαισίου IEEE 802.2.

Τα δύο πρώτα πεδία (DSAP και SSAP) περιέχουν τα σηµεία πρόσβασης υπηρεσίας

του προορισµού και της πηγής αντίστοιχα, προσδιορίζοντας έτσι µε τρόπο µοναδι-

κό τη ροή δεδοµένων που εξυπηρετούν.

Το πεδίο CONT διευκρινίζει αν στο πλαίσιο περιέχονται δεδοµένα του χρήστη ή είναι

κάποιο ειδικό πλαίσιο ελέγχου του επιπέδου LLC.

Περιορισµός στο µέγεθος των επισυναπτόµενων δεδοµένων δεν υπάρχει από τις προ-

διαγραφές του επιπέδου LLC. Επιβάλλεται όµως έµµεσα από το χαµηλότερο επίπε-

δο MAC.

bytes

1

LLC

DSAP SSAP Data

MAC

SAPs

CONT

1 1 ή 2 ≥ 0

Επίπεδο ∆ικτύου

Φυσικό Επίπεδο

Κόµβος Α Κόµβος Β Κόµβος Γ

™¯‹Ì· 5.18

Η µορφή του πλαι-

σίου ΙΕΕΕ 802.2

και τα σηµεία

πρόσβασης υπηρε-

σίας (SAPs) του

Ελέγχου Λογικής

Σύνδεσης.

Page 179: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

™‡ÓÔ„Ë

• Το Ethernet/IEEE 802.3, ο ∆ακτύλιος µε Κουπόνι (Token Ring)/ΙΕΕΕ 802.5 και

το FDDI είναι τρεις δηµοφιλείς τύποι τοπικών δικτύων. Επίσης, το ασύρµατο τοπι-

κό δίκτυο (WLAN) ΙΕΕΕ 802.11 εµφανίζει µεγάλο βαθµό διείσδυσης στην αγορά

τα τελευταία χρόνια.

• Στα τοπικά δίκτυα, το Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων χωρίζεται σε δύο υποεπίπεδα: στον

Έλεγχο Προσπέλασης Μέσων (MAC) και στον Έλεγχο Λογικής Σύνδεσης (LLC).

• Οι τέσσερις βασικές τοπολογίες τοπικών δικτύων είναι η αρτηρία, ο δακτύλιος, ο

αστέρας και το δέντρο.

• Οι τρεις βασικοί µηχανισµοί ελέγχου προσπέλασης στο φυσικό µέσο είναι η Πολ-

λαπλή Πρόσβαση µε Ακρόαση Φέροντος και Ανίχνευση Συγκρούσεων

(CSMA/CD), η Πολλαπλή Πρόσβαση µε Ακρόαση Φέροντος και Αποφυγή

Συγκρούσεων (CSMA/CA) και το Πέρασµα Κουπονιού.

• Οι τρεις τύποι µεταδόσεων που εφαρµόζονται στα τοπικά δίκτυα είναι η αποστο-

λή προς µεµονωµένο παραλήπτη (unicasting), η πολλαπλή αποστολή (multicasting)

και η καθολική εκποµπή (broadcasting).

• Οι ονοµαστικοί ρυθµοί µετάδοσης δεδοµένων στα δίκτυα Ethernet κυµαίνονται

από τα 10 Mbps έως τα 10 Gbps. Στην πράξη όµως, η περιορισµένη απόδοση του

πρωτοκόλλου MAC λόγω συγκρούσεων µεταξύ των κόµβων, µειώνει σηµαντικά

τον πραγµατικό ρυθµό µετάδοσης δεδοµένων.

• Για τον περιορισµό της αρνητικής επίδρασης των συγκρούσεων στο πρωτόκολλο

CSMA/CD µπορούµε να χρησιµοποιήσουµε µεταγωγείς, οι οποίοι δηµιουργούν

πολλαπλές ανεξάρτητες περιοχές συγκρούσεων στο τοπικό δίκτυο.

• Τα ιδεατά τοπικά δίκτυα (VLANs) υλοποιούνται για να καλυφθεί η ανάγκη δηµι-

ουργίας πολλαπλών και ανεξάρτητων περιοχών καθολικής εκποµπής µεταξύ των

κόµβων, ανεξάρτητα από τη φυσική τους θέση.

• Τα δίκτυα τύπου δακτυλίου µε κουπόνι (Token Ring) επιτυγχάνουν συνήθως µία

απόδοση πολύ κοντά στη βέλτιστη (100%) και ορίζουν ένα άνω όριο στο µέγιστο

χρόνο προσπέλασης στο φυσικό µέσο. Ο µέγιστος ρυθµός µετάδοσης δεδοµένων

που µπορούν να πετύχουν περιορίζεται στα 16 Mbps.

• Τα δίκτυα FDDI χρησιµοποιήθηκαν ευρέως στο πρόσφατο παρελθόν για την ανά-

πτυξη µητροπολιτικών δικτύων (η απόσταση µεταξύ γειτονικών κόµβων µπορεί να

φτάσει τα 10 Km) και διαθέτουν εσωτερικό µηχανισµό για τη διαχείριση βλαβών.

1 7 9™ Y N O æ H

Page 180: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 8 0 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

Υποστηρίζουν ταυτόχρονα τη σύγχρονη και την ασύγχρονη κυκλοφορία στο δίκτυο

και εµφανίζουν συνήθως ικανοποιητική απόδοση.

• Τα ασύρµατα τοπικά δίκτυα (WLAN) 802.11 αποτελούν µία ικανοποιητική λύση

στις περιπτώσεις όπου η εγκατάσταση καλωδίωσης είναι προβληµατική ή οικονο-

µικά ασύµφορη. Χρησιµοποιούν κυρίως το πρωτόκολλο CSMA/CA για τον έλεγ-

χο προσπέλασης στο φυσικό µέσο, αλλά ταυτόχρονα διαθέτουν και µία προαιρετι-

κή επιλογή για την υποστήριξη σύγχρονης κυκλοφορίας. Στις τρέχουσες υλοποιή-

σεις, οι ρυθµοί µετάδοσης δεδοµένων ανέρχονται µέχρι τα 54 Mbps, οι οποίοι στην

πράξη όµως περιορίζονται αισθητά.

• Το επίπεδο Ελέγχου Λογικής Σύνδεσης µπορεί να εξασφαλίσει την αξιόπιστη µετα-

φορά δεδοµένων πάνω από τον ιδεατό σύνδεσµο σηµείου µε σηµείο που εγκαθι-

δρύει το επίπεδο MAC µεταξύ δύο συνοµιλούντων κόµβων.

• Οι τρεις τύποι υπηρεσιών που ορίζει το επίπεδο LLC για την επικοινωνία δύο κόµ-

βων είναι: η υπηρεσία µε σύνδεση (connection oriented), η υπηρεσία µε επιβε-

βαίωση λήψης χωρίς σύνδεση (acknowledged connectionless) και η υπηρεσία

χωρίς σύνδεση (connectionless).

Page 181: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

µÈ‚ÏÈÔÁÚ·Ê›·

Τα πρότυπα IEEE 802 ήταν η κύρια πηγή βιβλιογραφίας σ’ αυτό το Κεφάλαιο. Περί-

που έξι µήνες µετά τη δηµοσίευσή τους, τα πρότυπα αυτά διατίθενται δωρεάν από

τον επίσηµο δικτυακό τόπο της IEEE 802, στη διεύθυνση

http://www.ieee802.org.

Σαν υλικό είναι δύσχρηστο για έναν µη πεπειραµένο αναγνώστη, αλλά περιέχουν

όλες τις αναγκαίες σχεδιαστικές και λειτουργικές λεπτοµέρειες. Σηµαντικό επίσης

είναι το γεγονός ότι αυτός ο δικτυακός τόπος είναι πάντοτε ενηµερωµένος…

Ο αναγνώστης που ενδιαφέρεται για τις τεχνολογικές εξελίξεις ενθαρρύνεται να

περιηγηθεί στο δικτυακό τόπο δηµόσιας συζήτησης για το 10 Gigabit Ethernet

(http://www.10gea.org ).

Το άρθρο µε το οποίο οι Metcalfe και Boggs (1976) παρουσίασαν το πρωτότυπο σύστη-

µά τους, το οποίο ονόµασαν Ethernet, παρουσιάζει, ιστορικό κυρίως, ενδιαφέρον.

Για την απόδοση των διαφόρων πρωτοκόλλων MAC συµβουλευτήκαµε το βιβλίο

του Walrand (1998), του οποίου η προηγούµενη έκδοση έχει µεταφραστεί στα Ελλη-

νικά από το Μ. Αναγνώστου (1997).

Τα τοπικά δίκτυα παρουσιάζονται µε εξαιρετικό τρόπο στο βιβλίο του Tanenbaum

(1996). Και σ’ αυτό το βιβλίο, η προηγούµενή του έκδοση έχει µεταφραστεί στα

Ελληνικά από τους Ν. Παπαντώνη και Κ. Καραΐσκο (1992).

Ένα πολύ καλογραµµένο και περιεκτικό κείµενο για το FDDI διατίθεται δωρεάν από

το Πανεπιστήµιο του New Hampshire στη διεύθυνση

http://www.iol.unh.edu/training/fddi/htmls/

Για τα ασύρµατα δίκτυα γενικότερα, και όχι µόνο για τα ασύρµατα τοπικά δίκτυα,

µία καλή αναφορά αποτελεί το βιβλίο των Pahlavan και Krishnamurthy (2002).

Τέλος, για τον αναγνώστη που ενδιαφέρεται για µία εισαγωγική παρουσίαση θεµά-

των υλοποίησης και διαµόρφωσης τοπικών δικτύων µπορούµε να του συστήσουµε

το βιβλίο της Shinder (2001).

[1]Robert M. Metcalfe and David R. Boggs. «Ethernet: Distributed Packet Switching

for Local Computer Networks». Association for Computing Machinery. Vol. 19,

No. 5 (1976).

[2] Jean Walrand. «Communications Networks: A First Course». Second Edition.

McGraw – Hill. ISBN 0 – 256 – 17404 – 0. (1998).

1 8 1B I B § I O ° PA º I A

Page 182: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 8 2 K E º A § A I O 5 : ∆ √ ¶ π ∫ ∞ ¢ π ∫ ∆ À∞

[3] Jean Walrand. «∆ίκτυα Επικοινωνιών». Μετάφραση: Μιλτιάδης Αναγνώστου.

Εκδόσεις Παπασωτηρίου. ISBN 960 – 7510 – 45 – 3. (1997).

[4]Andrew Tanenbaum. «Computer Networks». Third Edition. Prentice – Hall, Inc.

ISBN 0 – 13 – 349945 – 6. (1996).

[5] Andrew Tanenbaum. «∆ίκτυα Υπολογιστών». Μετάφραση: Νίκος Παπαντώνης και

Κώστας Καραϊσκος. Εκδόσεις Παπασωτηρίου. ISBN 960 – 7182 – 00 – 6. (1992).

[6] Kaveh Pahlavan and Prashant Krishnamurthy. «Principles of Wireless Networks:

A Unified Approach». Prentice Hall. ISBN 0 – 13 – 093003 – 2. (2002).

[7]Debra Littlejohn Shinder. «Computer Networking Essentials». Cisco Press. ISBN

1587130386. (2001).

Page 183: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

∞·ÓÙ‹ÛÂȘ ∞Û΋ÛÂˆÓ ∞˘ÙÔ·ÍÈÔÏfiÁËÛ˘

1.1

(α) (β)

Ταχύτερη απόκριση;

∆ύο χέρια έχει όλα και όλα ο αποθηκάριος. Τι να πρωτοπρολάβει; ""

Πληρέστερη ενηµέρωση;

Οι κινήσεις θα πρέπει να καταχωρίζονται αµέσως µόλις γίνονται.

Αν υπάρχει στον αποθηκάριο πίεση χρόνου, τότε υπάρχει

πιθανότητα να δώσει λανθασµένη απάντηση, µην ελέγχοντας

τις κινήσεις που περιµένουν προς καταχώριση. ""

Αυξηµένος φόρτος διαχείρισης;

Στο δεύτερο τρόπο θα πρέπει να οριστούν, π.χ. κάποιοι κανόνες

διαιτησίας για την περίπτωση που ζητάνε ταυτόχρονα την ίδια κίνηση,

ή κάποιος τρόπος ενηµέρωσης των χρηστών στην περίπτωση αλλαγής

διαδικασιών λειτουργίας. ""

Μεγαλύτερη ασφάλεια;

Είναι ευκολότερο και αποτελεσµατικότερο να αστυνοµεύεις µόνο

τον αποθηκάριο παρά όλους τους χρήστες ταυτόχρονα. ""

Αυξηµένη διαθεσιµότητα;

Τι θα γίνει άµα αρρωστήσει ο αποθηκάριος; ""

1.2

Το πλήθος των πακέτων προς µετάδοση ισούται µε K = S/P (για λόγους απλότητας

θεωρούµε ότι το S είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του P). Ο χρόνος µετάδοσης ενός

πακέτου µέσω ενός συνδέσµου ισούται µε t = P/R sec. Οπότε, ο συνολικός χρόνος

µετάδοσης ενός πακέτου µέσω του δικτύου ισούται µε tN = N ◊ (P/R) sec.

Η ενστικτώδης αλλά και η πιο συνηθισµένη λανθασµένη απάντηση που δίνεται είναι

ότι ο συνολικός χρόνος µεταφοράς θα ισούται µε το πλήθος των πακέτων επί το

χρόνο µεταφοράς ενός πακέτου, δηλαδή T = K ◊ tN. Το λάθος είναι ότι µε αυτή τη

θεώρηση, πριν στείλουµε ένα πακέτο µέσα στο δίκτυο, θα έπρεπε να περιµένουµε

να «βγει» το προηγούµενο πακέτο από το δίκτυο. Όµως, κατά τη µετάδοση πακέτων

µε αποθήκευση – και – προώθηση µπορούµε να στέλνουµε τα πακέτα συνεχόµενα

Page 184: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 8 4 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

µέσα στο δίκτυο.

Το πρώτο πακέτο θα βγει από το δίκτυο µετά από χρόνο tN. Το δεύτερο πακέτο θα

βγει P/R sec µετά από το πρώτο πακέτο (όσος δηλαδή είναι ο χρόνος µετάδοσής του

µέσω ενός συνδέσµου). Το ίδιο και τα υπόλοιπα. Οπότε, ο συνολικός χρόνος µετα-

φοράς του αρχείου θα είναι ίσος µε

Επίσης, εάν P¢ είναι το νέο µέγεθος πακέτου, θα πρέπει

Παρατήρηση: Οι χρόνοι κατακερµατισµού και επανασύνθεσης του αρχείου και ο χρό-

νος διάδοσης του πακέτου στο φυσικό µέσο έχουν θεωρηθεί αµελητέοι, κάτι που δε

συµβαίνει στην πραγµατικότητα.

1.3

Σωστές απαντήσεις είναι οι (β) και (δ).

(α)Εφόσον, εξ ορισµού, τα πακέτα µπορούν να ακολουθήσουν διαφορετικές δια-

δροµές κατά τη διέλευσή τους από το δίκτυο, τότε ο χρόνος µεταφοράς τους είναι

πολύ πιθανό να επιβαρυνθεί µε διαφορετική καθυστέρηση, ανάλογη µε τη δια-

δροµή που ακολούθησαν. Έτσι, τα πακέτα είναι πολύ πιθανό να λαµβάνονται από

τον παραλήπτη σε διαφορετική διάταξη από αυτήν που έχουν σταλεί και να ταξι-

νοµούνται πριν από την επανασύνθεσή τους στα αρχικά δεδοµένα.

(β)Πολύ σωστά! Πράγµατι, στα δίκτυα µεταγωγής πακέτων µε ιδεατά κυκλώµατα,

εάν ένας µεταγωγέας υποστεί βλάβη, τότε όλα τα ιδεατά κυκλώµατα που εξυπη-

ρετεί θα χαθούν. Αντίθετα, στα δίκτυα µεταγωγής µε αυτοδύναµα πακέτα η ροή

δεδοµένων θα µπορεί να διοχετευτεί από εναλλακτικές διαδροµές.

(γ) Εφόσον η καθυστέρηση που επιβαρύνει το χρόνο µεταφοράς ενός πακέτου εξαρ-

τάται από τη διαδροµή που έχει ακολουθήσει µέσα στο δίκτυο, τότε είναι πολύ

πιθανό η µεγαλύτερη διακύµανση στην καθυστέρηση να εµφανίζεται όταν τα

πακέτα ακολουθούν διαφορετικές διαδροµές παρά όταν ακολουθούν την ίδια δια-

δροµή. Μην απογοητεύεστε! Ο προσδιορισµός της διακύµανσης της καθυστέ-

¢ = ¤¢

+ -ÊËÁ

ˆ¯◊ ¢ =

= ◊ + -ÊËÁ

ˆ¯◊ ¤ º ¤ ¢ = -

T TS

PN

P

R

S

PN

P

RP P

S

NN

1

21

1

21

1

2 2 11

( ),

T t K t

S

PN

P

RN= + - ◊ = + -ÊËÁ

ˆ¯◊( )1 1

Page 185: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

ρησης πακέτων είναι ένα πολύ δύσκολο πρόβληµα.

(δ) Η απάντηση είναι προφανής. Όπως άλλωστε δηλώνεται και στον τίτλο τους, µόνο

στα δίκτυα µεταγωγής πακέτων µε ιδεατά κυκλώµατα εκτελούνται λειτουργίες

όπως η αίτηση για αποδοχή κλήσης, η εύρεση εφικτής διαδροµής για την εξυπη-

ρέτηση της κλήσης και η αποδοχή κλήσης.

1.4

Η πρώτη ερώτηση που θα περίµενα να ακούσω από σας είναι: «Μα µπορούµε να απα-

ντήσουµε στο ερώτηµα χωρίς να γνωρίζουµε το µέγεθος των πακέτων;». Όπως θα δούµε

παρακάτω, πράγµατι δε χρειαζόµαστε το µέγεθος των πακέτων για την απάντηση.

Εάν συµβολίσουµε µε x το µέγεθος του πακέτου, τότε, όπως δείξαµε στην Άσκηση

Αυτοαξιολόγησης 1.2, ο συνολικός χρόνος µετάδοσης των πακέτων µε το ιδεατό

κύκλωµα θα ισούται µε

όπου µε Tsetupσυµβολίζουµε το χρόνο εγκαθίδρυσης του ιδεατού κυκλώµατος.

Αντίστοιχα, ο συνολικός χρόνος µετάδοσης µε αυτοδύναµα πακέτα θα είναι ίσος µε

Οπότε, επειδή

θα έχουµε τη µικρότερη καθυστέρηση κατά τη µετάδοση µε αυτοδύναµα πακέτα.

1.5

Με την πολύπλεξη χρόνου:

Σωστό Λάθος

Πρέπει να γνωρίζουµε εκ των προτέρων το πλήθος των κόµβων

που θα εξυπηρετούµε στο διαµοιραζόµενο σύνδεσµο.

Ναι, για να µπορούµε να ορίσουµε τη διάρκεια και το πλήθος

T T T N Kx x

R

T T

VC D setup

VC D

- = + + - ◊ + - -

= - ◊ = > ¤ >

( )( )

, ,

15 10

0 1 0 05 01005

10.000

T N K

x

RD = + - ◊ +( )

( )1

10

T T

N x

RK

x

RT T N K

x

RVC setup VC setup= + + + - ◊ + ¤ = + + - ◊ +( )( )

( )( )

( )51

51

5

1 8 5∞ ¶ ∞ ¡ ∆ ∏ ™ ∂ π ™ ∞ ™ ∫ ∏ ™ ∂ ø ¡ ∞ À ∆ √ ∞ • π √ § √ ° ∏ ™ ∏ ™

Page 186: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 8 6 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

των στοιχειωδών τµηµάτων κύκλου εξυπηρέτησης που δεσµεύονται

για κάθε κόµβο. Αυτό έχει ως µειονέκτηµα τη δυσκολία προσθήκης

ή αφαίρεσης ενός κόµβου προς εξυπηρέτηση, καθώς θα απαιτείται

επαναπρογραµµατισµός του πολυπλέκτη και του αποπλέκτη. ""

Ο διαµοιραζόµενος σύνδεσµος µπορεί να παραµένει

αχρησιµοποίητος, παρ’ όλο που υπάρχουν δεδοµένα

προς µετάδοση.

Στο παράδειγµα του Σχήµατος 1.7, έστω ότι ο κόµβος Α1

θέλει να αποστείλει δεδοµένα 10 bits προς τον κόµβο Π1 και

ότι ο Α2 θέλει να αποστείλει 1000 bits στον Π2. Εάν ο ρυθµός

µετάδοσης δεδοµένων του συνδέσµου Μ1 – Μ2 είναι 20 bits/sec

και ο κύκλος εξυπηρέτησης µοιράζεται ισοµερώς στους δύο κόµβους,

τότε σε κάθε sec θα µεταδίδονται 10 bits από τον Α1 και 10 bits

από τον Α2. Έτσι όµως, µετά το 1ο sec, σε όλα τα στοιχειώδη

τµήµατα χρόνου εξυπηρέτησης που έχουν δεσµευτεί για τον κόµβο Α1

δε θα υπάρχουν δεδοµένα προς µετάδοση. Κατά συνέπεια,

ο σύνδεσµος θα υποχρησιµοποιείται, παρ’ όλο που θα υπάρχουν

δεδοµένα προς µετάδοση από τον κόµβο Α2. Βέβαια, η λύση είναι

να µοιράσουµε τον κύκλο εξυπηρέτησης σε 1010 στοιχειώδη

τµήµατα και να δεσµεύσουµε 10 τµήµατα για την εξυπηρέτηση

του Α1 και 1000 τµήµατα για τον Α2. Τι γίνεται όµως στην

περίπτωση που ο όγκος των δεδοµένων προς µετάδοση

µεταβάλλεται µε το χρόνο; ""

Η εξυπηρέτηση ενός κόµβου είναι ανεξάρτητη από το φόρτο

και τη λειτουργία των άλλων εξυπηρετούµενων κόµβων.

Σωστό, και πηγάζει από τον ορισµό λειτουργίας της πολύπλεξης

χρόνου. Αυτό είναι σηµαντικό στην περίπτωση ελαττωµατικής

συσκευής, σφάλµατος ή κακόβουλης χρήσης, όπου ένας κόµβος

αποστέλλει µεγάλο όγκο δεδοµένων προς µετάδοση από

το διαµοιραζόµενο σύνδεσµο. Σε αυτή την περίπτωση

η εξυπηρέτηση των άλλων κόµβων θα παραµείνει ανεπηρέαστη. ""

Page 187: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1.6

Με τη στατιστική πολύπλεξη:

Σωστό Λάθος

Πρέπει να γνωρίζουµε εκ των προτέρων το πλήθος των κόµβων

που θα εξυπηρετούµε στο διαµοιραζόµενο σύνδεσµο.

Ο διαµοιραζόµενος σύνδεσµος εξυπηρετεί τα πακέτα που έχουν

αποθηκευτεί προσωρινά στον ενταµιευτή του, χωρίς να

τον ενδιαφέρει από πόσους και από ποιους κόµβους προέρχονται

αυτά τα πακέτα. ""

Ο διαµοιραζόµενος σύνδεσµος µπορεί να παραµένει

αχρησιµοποίητος, παρ’ όλο που υπάρχουν δεδοµένα προς µετάδοση.

Το µεγάλο πλεονέκτηµα της στατιστικής πολύπλεξης είναι ότι

ο κάθε εξυπηρετούµενος κόµβος µπορεί να δεσµεύσει χρόνο

εξυπηρέτησης από το διαµοιραζόµενο σύνδεσµο µόνο όταν έχει

δεδοµένα προς µετάδοση. Έτσι, ο σύνδεσµος δεν µπορεί να παραµένει

αχρησιµοποίητος όταν υπάρχουν δεδοµένα προς µετάδοση.

Αν επιλέξατε το «σωστό» σε αυτή την ερώτηση, µην προχωρήσετε

παρακάτω πριν µελετήσετε για µια ακόµα φορά την Ενότητα 1.3. ""

Η εξυπηρέτηση ενός κόµβου είναι ανεξάρτητη από το φόρτο

και τη λειτουργία των άλλων εξυπηρετούµενων κόµβων.

Στο παράδειγµα του Σχήµατος 1.7, έστω ότι ο κόµβος Α1 στέλνει

1000 πακέτα δεδοµένων προς τον Π1, πριν προλάβει ο Α2

να στείλει ένα πακέτο προς τον Π2. Τότε, ο σύνδεσµος

θα εξυπηρετήσει πρώτα τα 1000 πακέτα της ροής Α1 – Π1

που εισήλθαν αρχικά στον ενταµιευτή, προτού εξυπηρετήσει

το µοναδικό πακέτο της ροής Α2 – Π2.

∆ηλαδή ένας κόµβος εξαρτάται από το φόρτο και τη λειτουργία

των άλλων κόµβων µε τους οποίους πολυπλέκεται στατιστικά

σε µια ενιαία ροή δεδοµένων.

Για να αµβλυνθεί το κόστος αυτής της εξάρτησης, διάφοροι

τρόποι εξυπηρέτησης πακέτων έχουν προταθεί στη βιβλιογραφία.

Αντιπροσωπευτικό παράδειγµα είναι η εξυπηρέτηση µε σχήµα

προτεραιοτήτων, όπου µια εισερχόµενη ροή εξυπηρετείται µόνο

1 8 7∞ ¶ ∞ ¡ ∆ ∏ ™ ∂ π ™ ∞ ™ ∫ ∏ ™ ∂ ø ¡ ∞ À ∆ √ ∞ • π √ § √ ° ∏ ™ ∏ ™

Page 188: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 8 8 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

εάν δεν υπάρχουν δεδοµένα υψηλότερης προτεραιότητας

προς µετάδοση. ""

1.7

Αυτή ήταν µια πολύ πονηρή ερώτηση! Σκόπιµα δεν έχει προσδιοριστεί το µέγεθος

του καρέ, παρ’ όλο που η τιµή του παίζει πολύ σηµαντικό ρόλο στη διαµόρφωση της

απάντησης (συγκεκριµένα, αυτό που έχει σηµασία είναι το αν τα καρέ έχουν στα-

θερό ή µεταβλητό µέγεθος).

Έστω, π.χ. ότι η εικόνα εκπέµπεται µε ανάλυση 800 ¥ 600 και ότι κάθε κουκκίδα

έχει βάθος χρώµατος 8 bits. Τότε, το µέγεθος του καρέ θα ισούται µε 800 ¥ 600 ¥ 8

bits @ 468 KB. Εάν στέλνουµε το κάθε καρέ αυτούσιο µέσα στο δίκτυο, τότε ο ρυθ-

µός αποστολής δεδοµένων στο δίκτυο θα είναι σταθερός και ίσος µε 30 καρέ/sec ¥468 KB/καρέ = 14040 KB/sec @ 110 Mbps.

Στα σύγχρονα δίκτυα, για τη µεταφορά κινούµενης εικόνας συνήθως χρησιµοποι-

ούνται διάφορες τεχνικές, οι οποίες αποστέλλουν µόνο ένα µέρος του καρέ και όχι

αυτούσιο. π.χ. αποστέλλουν µόνο εκείνα τα τµήµατα του καρέ που είναι διαφορετι-

κά από τα αντίστοιχα τµήµατα του προηγούµενου καρέ (άλλες πιο εξελιγµένες τεχνι-

κές αντιπαραβάλλουν ένα καρέ µε µια ακολουθία προηγούµενων ή/και επόµενων

καρέ για να προσδιορίσουν την προς µετάδοση πληροφορία). Σε αυτή την περίπτω-

ση, το µέγεθος του καρέ έχει µεταβλητή τιµή.

Κατά συνέπεια, εφόσον δε γνωρίζουµε πώς αποστέλλονται τα καρέ µέσα στο δίκτυο,

θα πρέπει να δώσουµε δύο απαντήσεις στο ερώτηµα της άσκησης.

Για την περίπτωση των καρέ σταθερού µεγέθους, οι χρόνοι διάδοσης και µετάδοσης

θα είναι οι ίδιοι για κάθε καρέ. Εκτός από το µέγεθος της µεταδιδόµενης πληροφο-

ρίας, ο χρόνος αναµονής στον ενταµιευτή του κάθε µεταγωγέα εξαρτάται τόσο από

την τρέχουσα κατάσταση του δικτύου όσο και από το πλήθος και τα χαρακτηριστι-

κά των εφαρµογών που εξυπηρετεί ταυτόχρονα ο µεταγωγέας. Και επειδή είναι σχε-

δόν απίθανο να συµπέσουν οι τιµές όλων αυτών των παραµέτρων, ο χρόνος αναµο-

νής αναµένουµε να είναι διαφορετικός σε κάθε καρέ.

Για την περίπτωση των καρέ µεταβλητού µεγέθους, εκτός από το χρόνο αναµονής,

και οι χρόνοι διάδοσης και µετάδοσης θα έχουν διαφορετικές τιµές σε κάθε καρέ,

εξαιτίας του διαφορετικού όγκου της διαδιδόµενης και µεταδιδόµενης πληροφορίας,

αντίστοιχα.

Από τα παραπάνω συµπεραίνουµε ότι η εξοικονόµηση που επιτυγχάνουµε στους

πόρους του δικτύου µε τις σύγχρονες τεχνικές εκποµπής κινούµενης εικόνας εξαρ-

Page 189: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

γυρώνεται µε την υψηλότερη διακύµανση της καθυστέρησης µεταφοράς των καρέ

και µε τη µεγαλύτερη πολυπλοκότητα στις συσκευές ποµπού και δέκτη.

2.1

Σωστό Λάθος

Τα διευθυντικά στελέχη αντιλαµβάνονται τις δυσκολίες

αποστολής του µηνύµατος µέσω fax.

Εάν το τηλεοµοιοτυπικό µήνυµα δεν είναι αναγνώσιµο,

τότε η γραµµατέας του παραλήπτη θα επικοινωνήσει µε τη

γραµµατέα του αποστολέα και θα ζητήσει την αναµετάδοσή του,

όσες φορές αυτό χρειαστεί. Γι’ αυτές τις ενέργειες

των γραµµατέων, οι διευθυντές τους δε χρειάζεται να

ενηµερώνονται. Όλες οι απαιτούµενες διαδικασίες για

την αξιόπιστη αποστολή ενός τηλεοµοιοτυπικού µηνύµατος

παραµένουν «κρυφές» από τους χρήστες της υπηρεσίας

«αποστολή fax». Τη βλέπουν σαν «µαύρο κουτί» και αγνοούν

τις λεπτοµέρειες και την πολυπλοκότητά της. ""

Στο αρχικό µήνυµα έχει προστεθεί επιπλέον πληροφορία

πριν αποσταλεί µέσω του fax.

Στο επίπεδο του µεταφραστή, το αρχικό µήνυµα αλλάζει γλώσσα

απόδοσης. Ενώ αρχικά είναι στα ελληνικά, σε αυτό το στάδιο

µεταφράζεται στα αγγλικά. Εδώ πρέπει να προσέξουµε ότι

το περιεχόµενο του µηνύµατος δεν άλλαξε. Του προστέθηκε

όµως µια επικεφαλίδα η οποία προσδιορίζει τη γλώσσα

µετάφρασης του µηνύµατος. Στο επίπεδο της γραµµατέας,

προστίθεται ακόµα µια επικεφαλίδα, που δηλώνει τον αριθµό

fax του παραλήπτη, ο οποίος αποτελεί µια µοναδικά οριζόµενη

διεύθυνση στο τηλεπικοινωνιακό δίκτυο των συσκευών

τηλεοµοιοτυπίας. ""

Η ανταλλαγή µηνυµάτων µεταξύ των διευθυντικών στελεχών

είναι ουσιαστικά ισοδύναµη µε την απευθείας επικοινωνία.

Αν και για την ανταλλαγή πληροφοριών µεταξύ των διευθυντικών

στελεχών απαιτούνται πολλά βήµατα (µετάφραση στην καθολικά

αποδεκτή γλώσσα, αποστολή και λήψη fax, µετάφραση

στη γλώσσα του παραλήπτη), όλα αυτά αποκρύπτονται, και έτσι

1 8 9∞ ¶ ∞ ¡ ∆ ∏ ™ ∂ π ™ ∞ ™ ∫ ∏ ™ ∂ ø ¡ ∞ À ∆ √ ∞ • π √ § √ ° ∏ ™ ∏ ™

Page 190: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 9 0 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

δηµιουργείται η εντύπωση ότι επικοινωνούν απευθείας

µεταξύ τους. Αντίστοιχη απευθείας επικοινωνία φαίνεται

να έχουν και οι µεταφραστές και οι γραµµατείς, ενώ απευθείας

επικοινωνούν πραγµατικά µόνο οι συσκευές fax. ""

Κάθε επίπεδο επικοινωνίας πρέπει να γνωρίζει να αλληλεπιδρά

µε όλα τα υπόλοιπα επίπεδα επικοινωνίας.

Για δοκιµάστε να πείτε στο διευθυντή σας ότι πρέπει να µάθει

να χειρίζεται τη συσκευή fax . Στο παράδειγµά µας απαιτείται

µόνο να ξέρει να αλληλεπιδρά µε το µεταφραστή του, δηλαδή

µόνο µε αυτόν που έχει άµεση αλληλεπίδραση. Αντίστοιχα και

µε τα άλλα επίπεδα επικοινωνίας. ""

2.2

Σωστές προτάσεις είναι µόνο οι (β) και (δ).

Πράγµατι, µια από τις βασικές αρχές στη σχεδίαση των συστηµάτων και στην τεχνο-

λογία λογισµικού είναι η απουσία περιττής πληροφορίας στα µηνύµατα που ανταλ-

λάσσουν µεταξύ τους τα επιµέρους υποσυστήµατα.

Επίσης, η ορθότητα της πρότασης (δ) πηγάζει απευθείας από τον ορισµό της δια-

στρωµάτωσης στα δίκτυα υπολογιστών. Η σαφής διάκριση των λειτουργιών µε δια-

φορετικά επίπεδα αφαίρεσης είναι από τις βασικές ενέργειες στο σχεδιασµό µιας

αρχιτεκτονικής δικτύου.

Το σηµείο επαφής υπηρεσίας ενός πρωτοκόλλου προσδιορίζει µε σαφήνεια την παρε-

χόµενη υπηρεσία και καθορίζει τις πρωτογενείς λειτουργίες της. Το πώς υλοποιείται

αυτή η υπηρεσία µέσα στον κώδικα του πρωτοκόλλου είναι κάτι τελείως ανεξάρτη-

το. Νέες υλοποιήσεις πρωτοκόλλων µπορούν να αντικαταστήσουν παλαιότερες,

αρκεί και µόνο να προσφέρουν το ίδιο σύνολο υπηρεσιών προς τα υψηλότερα επί-

πεδα. Συνεπώς, η πρόταση (α) είναι λανθασµένη.

Οι κανόνες και οι συνθήκες επικοινωνίας δύο οµότιµων διεργασιών καθορίζονται

στο σηµείο επαφής πρωτοκόλλου. Κατά συνέπεια, η πρόταση (γ) είναι λανθασµένη,

καθώς η µορφή των µηνυµάτων που ανταλλάσσουν οι οµότιµες διεργασίες καθορί-

ζεται στο σηµείο επαφής πρωτοκόλλου.

Τέλος, η πρόταση (ε) είναι επίσης λανθασµένη, καθώς το επίπεδο Ν χρησιµοποιεί τις

υπηρεσίες του επιπέδου Ν – 1 για να παράσχει τις υπηρεσίες του στο επίπεδο Ν + 1.

Αν απαντήσατε σωστά σε αυτή την άσκηση, τότε µπράβο σας! Αν όχι, τότε θα πρέ-

Page 191: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

πει να µελετήσετε ξανά την Υποενότητα 2.1.1 και να προσπαθήσετε πάλι – είµαι

σίγουρος ότι την επόµενη φορά θα τα καταφέρετε.

2.3

Για να σας βοηθήσω στην απάντηση, ας θεωρήσουµε το ακόλουθο σενάριο. Έστω

ότι σχεδιάζετε το διαδίκτυο µιας εταιρείας µε υποκαταστήµατα σε διάφορες πόλεις

της Ελλάδας. Το τηλεπικοινωνιακό κόστος για τη µίσθωση των µόνιµων κυκλωµά-

των δεν είναι καθόλου αµελητέο, και συνήθως ανέρχεται σε µερικά χιλιάδες ευρώ.

Εάν στην αρχιτεκτονική δικτύου που σχεδιάζετε η επιβάρυνση από τις επικεφαλίδες

και τις «ουρές» των ενδιάµεσων πρωτοκόλλων είναι, π.χ. της τάξεως του 100%

(δηλαδή σε κάθε πακέτο Α bits προστίθενται άλλα Α bits ως πληροφορία ελέγχου

πριν µεταβιβαστεί στον παραλήπτη), τότε το ποσοστό χρησιµοποίησης των µισθω-

µένων γραµµών θα ισούται µε 50%.

Εάν επανασχεδιάσετε το δίκτυο µε επιβάρυνση 50%, τότε το ποσοστό χρησιµοποί-

ησης των γραµµών θα αυξηθεί στο 67%, θα έχετε δηλαδή επιτύχει µια διόλου ευκα-

ταφρόνητη βελτίωση στη χρήση των γραµµών.

Αντίστοιχο θα ήταν το αποτέλεσµα και στην περίπτωση που ως κριτήριο σχεδιασµού

του δικτύου είχαµε την ταχύτητα µεταβίβασης των δεδοµένων αντί το τηλεπικοινω-

νιακό κόστος.

Βέβαια, στην πραγµατικότητα ο υπολογισµός του ποσοστού χρησιµοποίησης των

γραµµών είναι πολύ πιο σύνθετος, αλλά η βασική ιδέα για το σχεδιασµό δικτύων µε

µικρή επιβάρυνση από πληροφορίες ελέγχου παραµένει αναλλοίωτη.

Γι’ αυτούς που δεν έδωσαν µια απάντηση αντίστοιχη µε την παραπάνω, θα ήθελα να

τονίσω ότι στην αρχή είναι πάντα δύσκολο να κάνεις τέτοιους συλλογισµούς. Στην

πορεία πιστεύω ότι θα τα πάτε πολύ καλύτερα. Για τους υπόλοιπους θα έλεγα ότι

ήδη τα πάτε πολύ καλά!

2.4

Σωστή απάντηση είναι µόνο η (α). Υπενθυµίζουµε συνοπτικά ότι:

• η φυσική διεύθυνση ενός κόµβου είναι µοναδική, εκ κατασκευής, σε όλα τα

δίκτυα που αναπτύσσονται πάνω από φυσικό µέσο ιδίου τύπου, ενώ

• η διεύθυνση δικτύου ενός κόµβου είναι µοναδική στα όρια του δικτύου στο οποίο

ανήκει.

Έτσι:

1 9 1∞ ¶ ∞ ¡ ∆ ∏ ™ ∂ π ™ ∞ ™ ∫ ∏ ™ ∂ ø ¡ ∞ À ∆ √ ∞ • π √ § √ ° ∏ ™ ∏ ™

Page 192: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 9 2 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

(α)Οι φυσικές διευθύνσεις των κόµβων Α και Β είναι πράγµατι διαφορετικές εκ

κατασκευής, διότι συνδέονται σε φυσικό µέσο ιδίου τύπου.

(β)Οι διευθύνσεις δικτύου των κόµβων Α και Β πρέπει να είναι διαφορετικές, διότι

συνδέονται στο ίδιο δίκτυο δ1.

(γ) Οι φυσικές διευθύνσεις των κόµβων Α και ∆ είναι εκ κατασκευής διαφορετικές,

άσχετα αν ανήκουν στο ίδιο δίκτυο ή όχι.

(δ) Εφόσον οι κόµβοι Α και ∆ ανήκουν σε διαφορετικά δίκτυα, τότε, εξ ορισµού, δεν

απαγορεύεται να έχουν τις ίδιες διευθύνσεις δικτύου.

(ε) Η φυσική διεύθυνση ενός κόµβου είναι αποτυπωµένη στο υλικό µέρος του και

δεν µπορεί να αλλάξει. Αντίθετα, η διεύθυνση δικτύου ενός κόµβου είναι παρά-

µετρος του λογισµικού του και µπορεί να αλλάξει κατά τη µεταφορά του κόµβου

από ένα δίκτυο σε ένα άλλο.

Αν δώσατε τη σωστή απάντηση, τότε έχετε πιάσει το νόηµα! Αν όχι, µην απογοη-

τεύεστε. Οι περισσότεροι συγχέουν αυτές τις έννοιες. Θα πρότεινα να διαβάσετε

ξανά τις Υποενότητες 2.2.2 και 2.2.3 και να προσπαθήσετε πάλι.

Συµπληρωµατικά, αξίζει να αναφερθούν σε αυτό το σηµείο οι δύο, πιο συχνά χρησιµο-

ποιούµενες, µορφές διευθυνσιοδότησης: η ιεραρχική και η επίπεδη (βλέπε Σχήµα 2.9).

Στην ιεραρχική διευθυνσιοδότηση, οι διευθύνσεις οργανώνονται σε πολυάριθµα δια-

δοχικά πεδία, το καθένα από τα οποία περιορίζει τη διεύθυνση µε τέτοιον τρόπο, έτσι

ώστε αυτή τελικά να υποδεικνύει ένα µόνο κόµβο στο δίκτυο. Για παράδειγµα, ιεραρ-

χική είναι η ταχυδροµική διεύθυνση η οποία ορίζεται από πέντε πεδία: Χώρα, Πόλη,

Τ.Κ., Οδός και Αριθµός. Θέτοντας ως διεύθυνση την «Ελλάδα, Πάτρα, 26221,

Κωλέττη 1», περιορίζουµε σταδιακά το εύρος των διευθύνσεων, έτσι ώστε αυτό τελι-

κά να δηλώνει ένα µοναδικό προορισµό (π.χ. δίνοντας τιµή «Ελλάδα» στο πεδίο

Χώρα, περιορίζουµε το εύρος των διευθύνσεων µόνο σε αυτές που ανήκουν στην

Ελλάδα, ορίζοντας ως Πόλη την «Πάτρα», επιλέγουµε µόνο τις διευθύνσεις της

Ελλάδας που ανήκουν στην Πάτρα, κ.ο.κ.).

Στην επίπεδη διευθυνσιοδότηση οι διευθύνσεις οργανώνονται σε ένα µόνο πεδίο,

υστερώντας έτσι από το ιεραρχικό σχήµα διευθυνσιοδότησης σε θέµατα ταξινόµη-

σης και αναζήτησης διευθύνσεων.

Οι φυσικές διευθύνσεις ακολουθούν συνήθως το επίπεδο σχήµα διευθυνσιοδότησης,

ενώ οι διευθύνσεις δικτύου το ιεραρχικό.

Page 193: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2.5

1 9 3∞ ¶ ∞ ¡ ∆ ∏ ™ ∂ π ™ ∞ ™ ∫ ∏ ™ ∂ ø ¡ ∞ À ∆ √ ∞ • π √ § √ ° ∏ ™ ∏ ™

™¯‹Ì· 2.9

Σχηµατική αναπαράσταση του ιεραρχικού και

του επίπεδου σχήµατος διευθυνσιοδότησης

α.β

α.γ

α.α.α

α.α.γ

α.α.β.γ

α.α.β.α

α.α.β

α.α.β.β

α

β

γ δ

(α) ιεραρχικό σχήµα διευθυνσιοδότησης (β) επίπεδο σχήµα διευθυνσιοδότησης

ε

α.α

α.

• κρυπτογράφηση Παρουσίασης

• έλεγχος σφαλµάτων Σύνδεσης ∆εδοµένων, Μεταφοράς

• υλοποίηση προδιαγραφών

του φυσικού µέσου

Φυσικό

• φυσική διευθυνσιοδότηση Σύνδεσης ∆εδοµένων

• έλεγχος συµφόρησης ∆ικτύου

• υλοποίηση συνόδων µεταξύ

τελικών εφαρµογών

Συνόδου

• πολύπλεξη µηνυµάτων Μεταφοράς

• έλεγχος ροής Σύνδεσης ∆εδοµένων, Μεταφοράς

• διευθυνσιοδότηση δικτύου ∆ικτύου

• δροµολόγηση ∆ικτύου

Page 194: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 9 4 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

• παροχή στοιχειωδών υπηρεσιών

δικτύου στις τελικές εφαρµογές

Εφαρµογής

• συµπίεση Παρουσίασης

• συγχρονισµός Συνόδου

• υλοποίηση καναλιού επικοινωνίας

µεταξύ τερµατικών κόµβων

Μεταφοράς

• αναπαράσταση δεδοµένων Παρουσίασης

Σε αυτό το σηµείο αξίζει να υπενθυµίσουµε ότι στο Επίπεδο Μεταφοράς ο έλεγχος

σφαλµάτων και ο έλεγχος ροής διενεργούνται επί των δεδοµένων που ανταλλάσσο-

νται µεταξύ των τελικών κόµβων, ενώ στο Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων διενερ-

γούνται σε κάθε ενδιάµεσο σύνδεσµο της διαδροµής που διασυνδέει τους τελικούς

κόµβους.

Αν αντιστοιχίσατε σωστά τις λειτουργίες µε τα επίπεδα OSI, τότε µπράβο σας! Αν

όχι, θα πρότεινα να ξαναδιαβάσετε προσεκτικά την Ενότητα 2.2 πριν προχωρήσετε

παρακάτω.

2.6

«Τα προς µετάδοση δεδοµένα οργανώνονται σε µηνύµατα στο Επίπεδο Μεταφο-

ράς, σε πακέτα στο Επίπεδο ∆ικτύου και σε πλαίσια στο Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδο-

µένων, ενώ στο Φυσικό Επίπεδο η επεξεργασία τους γίνεται θεωρώντας τα ως «ακα-

τέργαστη» ακολουθία bits».

Όπως θα δούµε σε επόµενο κεφάλαιο του βιβλίου, τα κελιά είναι πακέτα σταθερού

µήκους και, συνήθως, µικρού µεγέθους. Κατά συνέπεια, σωστή είναι και η φράση

«… σε κελιά στο Επίπεδο ∆ικτύου…».

3.1

Καθώς το πρωτόκολλο πλαισίωσης οργανώνεται ανά byte, είναι απαραίτητη η προ-

συµφωνηµένη θεώρηση µιας κωδικοσειράς πριν από τη χρήση του (π.χ. ASCII ή

EBCDIC). Έτσι, συµβουλευόµενοι τους πίνακες κωδικοσειρών (π.χ., βλέπε το βιβλίο

των Αλεξόπουλου και Λαγογιάννη, σελ. 42), µπορούµε εύκολα να σχηµατίσουµε

τον ακόλουθο πίνακα:

Page 195: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Εάν δεν απαντήσατε σωστά, µην απογοητεύεστε… Αυτή ήταν µια πονηρή ερώτηση.

3.2

Με απευθείας εφαρµογή της τεχνικής προσθήκης bit προκύπτει η παρακάτω ακολουθία:

1 9 5∞ ¶ ∞ ¡ ∆ ∏ ™ ∂ π ™ ∞ ™ ∫ ∏ ™ ∂ ø ¡ ∞ À ∆ √ ∞ • π √ § √ ° ∏ ™ ∏ ™

ακολουθία bits

Χαρακτήρας Ελέγχου ASCII

bb77 bb66 bb55 bb44 bb33 bb22 bb11

EBCDIC

bb88 bb77 bb66 bb55 bb44 bb33 bb22 bb11

SYN. Χαρακτήρας συγχρονισµού,

που χρησιµοποιείται για να δηλώσει

την αρχή του πλαισίου.

0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0

SOH (Start of header). ∆ηλώνει την

αρχή της επικεφαλίδας του πλαισίου.

0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1

STX (Start of Text). ∆ηλώνει την αρχή

των δεδοµένων και ταυτόχρονα το

τέλος της επικεφαλίδας του πλαισίου.

0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0

ETX (End of Text). ∆ηλώνει το τέλος

των δεδοµένων του πλαισίου.

0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1

DLE (Data Link Escape). ∆ηλώνει

µεταβολή της σηµασίας του χαρα-

κτήρα που ακολουθεί. π.χ. εάν µετά

τον DLE ακολουθεί ο χαρακτήρας

«a», τότε το ζευγάρι χαρακτήρων

«DLE – a» εκλαµβάνεται ως ένας

ειδικός χαρακτήρας ελέγχου.

0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0

επιπρόσθετα bits

0 11 0 1 0 11111 0 1111 0 1111 0 0 0 11 0 1 0 11111 0 11 0 11 0

τερµατισµόςπλαισίου

0 111111 0

έναρξη πλαισίου

0 111111 0

Page 196: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 9 6 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

3.3

Ο παραλήπτης κόµβος εντοπίζει την έναρξη του πλαισίου και στη συνέχεια παρα-

τηρεί τα εισερχόµενα bits. Μόλις καταφθάσουν πέντε συνεχόµενα 1 (δηλαδή η εισερ-

χόµενη ακολουθία είναι η 011111), τότε η διεργασία παρατήρησης των εισερχό-

µενων bits µεταπηδά σε µια κατάσταση ετοιµότητας, όπου καλείται να λάβει απο-

φάσεις (βλέπε Σχήµα 3.10).

Εάν το επόµενο bit είναι 0, τότε αυτό θα πρέπει να έχει προστεθεί από τον αποστο-

λέα κατά την εφαρµογή της τεχνικής προσθήκης bit, οπότε αποµάκρυνέ το και συνέ-

χισε από την αρχή τη διαδικασία παρατήρησης των εισερχόµενων bits.

Εάν το επόµενο bit είναι 1, τότε δεν µπορεί να ληφθεί καµία απόφαση πριν εξετά-

σουµε το µεθεπόµενο bit. Εάν αυτό είναι 0, τότε έχουµε λάβει την ειδική ακολουθία

που δηλώνει το τέλος του πλαισίου. Εάν όµως είναι 1, τότε έχουµε εντοπίσει κάποιο

σφάλµα µεταφοράς και θα πρέπει να απορρίψουµε το πλαίσιο.

Αν απαντήσατε σωστά σε αυτή την άσκηση, τότε µπράβο σας! Αν όχι, τότε θα πρέ-

πει να µελετήσετε ξανά την ενδεικτική απάντηση της ∆ραστηριότητας 3.1 και την

Υποενότητα 3.1.2 και να την επαναλάβετε – είµαι σίγουρος ότι την επόµενη φορά

θα τα καταφέρετε.

™¯‹Ì· 3.10

Σχηµατική

αναπαράσταση της

διαδικασίας

παρατήρησης

των εισερχόµενων

bits στον παραλήπτη

κόµβο όταν

εφαρµόζεται

η πλαισίωση HDLC

0 1 1 1 1 1 00

10

1

0 1 1 1 1 1

0 1 1 1 1 1 1

0 1 1 1 1 1 1 1

0 1 1 1 1 1 1 0

Πρόσθετο bit:αποµάκρυνέ το!

Tέλος πλαισίου!

Σφάλµα:απόρριψε το πλαίσιο!

3.4

Η µορφή του πλαισίου STS – 3 είναι παρόµοια µε αυτή του πλαισίου STM – 1 που

παρουσιάζεται στο Σχήµα 3.4.

Καθώς µπορούµε να θεωρήσουµε ότι το πλαίσιο STS – 3 δηµιουργείται από την

οµοιόµορφη παρεµβολή τριών πλαισίων STS – 1, είναι εύκολο να διαπιστώσουµε

ότι το πλαίσιο STS – 1 αποτελείται από 9 γραµµές των 90 bytes. Σε κάθε γραµµή τα

πρώτα 3 bytes αποτελούν την επιβάρυνση του πρωτοκόλλου και περιέχουν τις ανα-

Page 197: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

γκαίες πληροφορίες ελέγχου, ενώ τα υπόλοιπα 87 bytes αποτελούν το ωφέλιµο φορ-

τίο του πλαισίου.

Η ειδική ακολουθία bits που υποδηλώνει την αρχή του πλαισίου περιέχεται στα

πρώτα 2 bytes του. Το τέλος του πλαισίου θα βρίσκεται σε απόσταση ίση µε 810

bytes από την αρχή του.

Η απάντηση αυτής της άσκησης είναι ουσιαστικά µια άµεση προσαρµογή της πλη-

ροφορίας που παρουσιάζεται στην Υποενότητα 3.1.3. Αν δε δώσατε τη σωστή απά-

ντηση, τότε θα πρότεινα να ξαναδιαβάσετε αυτή την ενότητα πριν προχωρήσετε στις

επόµενες.

3.5

(α)Άµα εφαρµόσουµε τον τρόπο υπολογισµού του Σχήµατος 3.6 για την εύρεση του

υπολοίπου της διαίρεσης του 1101001101001111010100000000 µε το

100000111, θα διαπιστώσουµε ότι το υπόλοιπο της διαίρεσης είναι το

11111001. Συνεπώς, το µήνυµα που θα αποστείλουµε στο δίκτυο θα είναι το

1101001101001111010111111001.

(β)Αντίστοιχα, για το εισερχόµενο µήνυµα

1000001101101111010111111001

το υπόλοιπο θα είναι 11101010. Και επειδή η τιµή του είναι µη µηδενική, ο

παραλήπτης θα καταλήξει στο συµπέρασµα ότι υπήρξε σφάλµα κατά τη µετα-

φορά των δεδοµένων.

Αν δώσατε τις παραπάνω απαντήσεις, τότε συγχαρητήρια! Αν όχι, µην απογοητεύ-

εστε. Θα πρέπει να διαβάσετε πάλι την Υποενότητα 3.2.1, και ειδικότερα το Παρά-

δειγµα 3.1, και να ξαναπροσπαθήσετε.

3.6

(α)Από τα 26 = 64 στοιχεία του διανυσµατικού χώρου των 6 – άδων έγκυρες κωδι-

κές λέξεις αποτελούν µόνο τα 23 = 8 από αυτά.

Για τα δεδοµένα της άσκησης, η εξίσωση (3.2) γράφεται ως

(3.5)

Εφαρµόζοντας τις εξισώσεις (3.1) και (3.5), λαµβάνουµε το ζητούµενο κώδικα

c d d

c d d

c d d

4 1 2

5 2 3

6 1 3

= ≈= ≈= ≈

1 9 7∞ ¶ ∞ ¡ ∆ ∏ ™ ∂ π ™ ∞ ™ ∫ ∏ ™ ∂ ø ¡ ∞ À ∆ √ ∞ • π √ § √ ° ∏ ™ ∏ ™

Page 198: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

1 9 8 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

(6, 3), ο οποίος απεικονίζεται στον ακόλουθο πίνακα:

αρχική ακολουθία bits

D1000

D2001

D3010

D4011

D5100

D6101

D7110

D8111

κωδική λέξη βάρος λέξης

C1

3

3

4

3

4

4

3

000000

C2001011

C3010110

C4011101

C5100101

C6101110

C7110011

C8

000000 001011 010110 011101 100101 101110 110011 111000

100000 101011 110110 111101 000101 001110 010011 011000

010000 011011 000110 001101 110101 111110 100011 101000

001000 000011 011110 010101 101101 100110 111011 110000

000100 001111 010010 011001 100001 101010 110111 111100

000010 001001 010100 011111 100111 101100 110001 111010

000001 001010 010111 011100 100100 101111 110010 111001

001100 000111 011010 010001 101001 100010 111111 110100

111000

(β) Το ελάχιστο από τα βάρη των µη µηδενικών λέξεων είναι ίσο µε 3. Συνεπώς, η ελά-

χιστη απόσταση Hamming του κώδικα είναι dmin = 3. Έτσι, το πλήθος των εσφαλ-

µένων bit που µπορεί να διορθώσει ο κώδικας ισούται µε e(dmin – 1)/2u = e(3 – 1)/2u= 1. Αντίστοιχα, µπορεί να ανιχνεύσει σφάλµατα µεταφοράς σε dmin – 1 = 2 bits.

(γ) Μια Τυπική ∆ιάταξη του κώδικα δίνεται στον ακόλουθο πίνακα:

Page 199: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Στην κατάστρωση της τελευταίας γραµµής έχουµε να επιλέξουµε ως οδηγό ένα από

τα διανύσµατα 001100, 010001 και 100010. Εµείς τυχαία επιλέξαµε το πρώτο.

Εξίσου σωστή είναι η απάντηση εάν έχετε επιλέξει το δεύτερο ή το τρίτο διάνυσµα.

(δ) Συµβουλευόµενοι τον Πίνακα Τυπικής ∆ιάταξης που καταστρώσαµε στο ερώ-

τηµα (γ), το αποτέλεσµα της αποκωδικοποίησης θα µας δώσει, αντίστοιχα, τις

αρχικές λέξεις D3, D1, D7, D5 και D7. Στην τελευταία ακολουθία ο αποκωδικο-

ποιητής διόρθωσε δύο σφάλµατα ταυτόχρονα, γι’ αυτό και το αποτέλεσµα θα

γίνει αποδεκτό µόνο εάν δεν υλοποιούµε συντηρητική πολιτική διόρθωσης σφαλ-

µάτων. Εδώ αξίζει να αναφερθεί ότι, αν κάποιος έχει επιλέξει ως Ε8 το 010001,

η αποκωδικοποίηση θα µας δώσει τη λέξη D6, ενώ µε Ε8 το 100010 τη λέξη D4,

πράγµα που δείχνει ότι η τεχνική αυτή δεν µπορεί στη συγκεκριµένη περίπτωση

να διορθώσει δύο ταυτόχρονα λάθη.

Αν απαντήσατε σωστά στα παραπάνω ερωτήµατα, τότε µπράβο σας!!! Αν όχι, µην

απογοητεύεστε. Μελετήστε πάλι την Ενότητα 3.3, και ειδικότερα το Παράδειγµα

3.6, και προσπαθήστε ξανά µε ηρεµία και καθαρό µυαλό…

4.1

Αληθής είναι µόνο η πρόταση (α).

Τα ACKs είναι πλήρη πλαίσια, σύµφωνα µε τη µορφή του πρωτοκόλλου του Επιπέ-

δου Σύνδεσης ∆εδοµένων που υλοποιείται, µε τη µόνη διαφορά ότι το πεδίο δεδοµέ-

νων τους είναι κενό. Περιέχουν δηλαδή και επικεφαλίδα και πεδία CRC, τα οποία

άλλωστε είναι απαραίτητα για να µπορεί ο αποστολέας να ελέγξει την ορθότητά τους.

Σχετικά µε την πρόταση (β), όταν η επικοινωνία σ’ ένα σύνδεσµο είναι µονόδροµη

(simplex), δηλαδή τα δεδοµένα µεταδίδονται προς µία µόνο κατεύθυνση, τότε δεν

µπορεί να υλοποιηθεί το σχήµα της επιβεβαίωσης λήψης και κατ’ επέκταση ούτε

κάποιο πρωτόκολλο επανεκποµπής. Αυτό επιτυγχάνεται όταν, η επικοινωνία µετα-

ξύ αποστολέα και παραλήπτη είναι αµφίδροµη (duplex) ή εναλλακτικά αµφίδροµη

(half duplex), δηλαδή όταν τα δεδοµένα µπορούν να µεταδίδονται και προς τις δύο

κατευθύνσεις ταυτόχρονα ή µη ταυτόχρονα αντίστοιχα.

Εκτός της αλλοίωσης των περιεχοµένων του κατά τη µεταφορά, µία άλλη πιθανή

αιτία «απώλειας» πακέτου είναι η υπερχείλιση του προσωρινού ενταµιευτή του συν-

δέσµου λόγω υπερβάλλουσας εισερχόµενης κυκλοφορίας.

Τέλος, τα τρία γεγονότα της πρότασης (δ) είναι σωστά. Αυτό που είναι λάθος είναι

η φράση «ανακαλεί από το Επίπεδο ∆ικτύου το επόµενο πακέτο». Και αυτό γιατί ο

αποστολέας διατηρεί στην προσωρινή µνήµη του ένα αντίγραφο του πλαισίου που

1 9 9∞ ¶ ∞ ¡ ∆ ∏ ™ ∂ π ™ ∞ ™ ∫ ∏ ™ ∂ ø ¡ ∞ À ∆ √ ∞ • π √ § √ ° ∏ ™ ∏ ™

Page 200: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2 0 0 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

µετέδωσε µέχρις ότου λάβει την ορθή επιβεβαίωσή του. Τότε µόνο ανακαλεί το επό-

µενο πακέτο.

Αν επιλέξατε τις αληθείς προτάσεις σύµφωνα µε τα παραπάνω, τότε είµαστε σε καλό

δρόµο. Αν όχι, θα σας πρότεινα να µελετήσετε ξανά την Ενότητα 4.1 για να αποσα-

φηνίσετε τις βασικές αρχές των πρωτοκόλλων επανεκποµπής πριν προχωρήσετε στην

ανάγνωση της λειτουργικής περιγραφής τους.

4.2

Όταν η απόσταση µεταξύ του αποστολέα και παραλήπτη αυξηθεί στα 1000 Km, η

απόδοση του ABP θα είναι

Επίσης, όταν ο ρυθµός µετάδοσης αυξηθεί στα 2 Mbps, η νέα απόδοση θα είναι

Παρατηρούµε ότι και στις δύο περιπτώσεις έχουµε περαιτέρω απώλεια στην από-

δοση του πρωτοκόλλου ABP. Εδώ θα πρέπει να εισαγάγουµε ένα νέο όρο: το γινό-

µενο του ρυθµού µετάδοσης επί του χρόνου µετάβασης µετ’ επιστροφής (Round Trip

Time – RTT), το οποίο προσδιορίζει την ποσότητα των δεδοµένων που µπορεί κάθε

χρονική στιγµή να διασχίζει το κανάλι (δηλαδή, να βρίσκεται «µέσα» σ’ αυτό).

Όσο πιο κοντά σ’ αυτό το γινόµενο είναι το µέγεθος των δεδοµένων που µεταδίδουµε

στο δίκτυο, τόσο µεγαλύτερη είναι και η απόδοση του εφαρµοζόµενου πρωτοκόλ-

λου. Έτσι λοιπόν, αν φανταστούµε το κανάλι επικοινωνίας σαν ένα σωλήνα και τα

δεδοµένα σαν νερό, τότε για να επιτύχουµε καλή απόδοση θα πρέπει να είµαστε σε

θέση να «κρατήσουµε το σωλήνα όσο πιο γεµάτο µπορούµε». Αυτή η µέθοδος είναι

γνωστή ως συνεχής διοχέτευση (pipelining). Με το πρωτόκολλο ABP, όπου µεταδί-

δεται µόνο ένα πλαίσιο δεδοµένων πριν τη λήψη επιβεβαίωσης, η συνεχής διοχέ-

τευση δεν µπορεί να επιτευχθεί. Η λύση όµως είναι να επιτρέψουµε στον αποστο-

λέα να µεταδίδει περισσότερα του ενός πλαίσια πριν λάβει την πρώτη επιβεβαίωση.

Αυτό ακριβώς κάνουν τα πρωτόκολλα επανεκποµπής που παρουσιάζονται στις Ενό-

τητες 4.3 και 4.4.

¢¢ =+ + ¥

¥

= ªhABP

2 048

2 097 1522 048

2 097 152

1 024

2 097 1522

100

2 10

0 0009765

0 002464740

5

.

. ..

. .

.

. .

,

,%

¢ =+ + ¥

¥

= ªhABP

2 048

65 5362 048

65 536

1 024

65 5362

1 000

2 10

0 03125

0 05687555

5

.

..

.

.

.

.

,

,%

Page 201: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

4.3

Εάν XAB είναι ο τυχαίος χρόνος που απαιτείται για µία ολοκληρωµένη µεταβίβαση

πλαισίου από τον κόµβο Α στον κόµβο Β, σύµφωνη µε τους κανόνες επανεκποµπής

του πρωτοκόλλου ABP, και XBΓ είναι ο αντίστοιχος τυχαίος χρόνος για το σύνδεσµο

ΒΓ, τότε από τη σχέση (4.3) έχουµε

(4.13)

E[XBΓ] = SBΓ (4.14)

όπου η σχέση (4.14) προκύπτει γιατί δεν υπάρχουν σφάλµατα µεταφοράς στο σύν-

δεσµο ΒΓ.

Από τα δεδοµένα της άσκησης γνωρίζουµε ότι ο χρόνος προθεσµίας TAB είναι ίσος

µε το χρόνο µετάβασης µετ’ επιστροφής στο σύνδεσµο ΑΒ, δηλαδή

(4.15)

Έτσι, συνδυάζοντας τις σχέσεις (4.13), (4.1) και (4.15) έχουµε

ενώ από τις σχέσεις (4.14) και (4.1) έχουµε

Αν συµβολίσουµε µε XAΓ τον τυχαίο χρόνο που µεσολαβεί µεταξύ δύο διαδοχικών

µεταδόσεων πακέτων στο κανάλι επικοινωνίας ΑΓ, τότε ένα πολύ συχνό λάθος είναι

να θεωρήσουµε ότι ισούται µε το άθροισµα των δύο επιµέρους χρόνων XAB και XBΓ.

Και είναι λάθος, γιατί αυτό θα σήµαινε ότι η µετάδοση νέων πλαισίων στο σύνδε-

σµο ΑΒ εξαρτάται από τα τεκταινόµενα στο σύνδεσµο ΒΓ και συγκεκριµένα από το

πότε θα φτάσει η επιβεβαίωση λήψης του κόµβου Γ στον κόµβο Β.

Επειδή όµως οι µεταδόσεις πλαισίων ανά σύνδεσµο είναι ανεξάρτητες µεταξύ τους

και ο χρόνος XBΓ είναι σταθερός και σηµαντικά µικρότερος του µέσου χρόνου

E[XAB], όταν µεταφέρεται ένα πακέτο διαµέσου του συνδέσµου ΑΒ, ταυτόχρονα

E X TRANSP TRANSA PROP[ ]

,,

BG BG BG BG= + + ¥ =

+ ¥¥

ª

2

1

10 1024

0 25

10 10242

100

2 101 12

5msec

E X TRANSP TRANSA PROP Tp

p[ ]

,,

,

,,

AB AB AB AB ABAB

AB= + + ¥ + - =

= + + ¥¥

+ ¥ - ª-

21

1

128

0 25

1282

2

3 1013 3 10

1 0 9

0 99 78

5

6 msec

TAB = +

¥=2 2

3 1013 3

5

Km Km

Km / sµsec,

E X S T

p

p[ ]AB AB AB

AB

AB= + -1

2 0 1∞ ¶ ∞ ¡ ∆ ∏ ™ ∂ π ™ ∞ ™ ∫ ∏ ™ ∂ ø ¡ ∞ À ∆ √ ∞ • π √ § √ ° ∏ ™ ∏ ™

Page 202: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2 0 2 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

αναµένουµε να µεταφέρεται και το προηγούµενό του στο σύνδεσµο ΒΓ.

Οπότε, αν έχουµε να µεταβιβάσουµε K πλαίσια δεδοµένων από τον κόµβο Α στον

κόµβο Γ, ο χρόνος εκποµπής από τον κόµβο Β στον κόµβο Γ, επικαλύπτεται από την

εκποµπή από τον κόµβο Α στον κόµβο Β του επόµενου πλαισίου, εκτός αν πρόκει-

ται για το τελευταίο πλαίσιο. Άρα, ο µέσος συνολικός χρόνος που θα απαιτηθεί γι’

αυτή τη µεταβίβαση είναι ίσος µε KE[XAB] + SBΓ και, κατά συνέπεια, η διαµετακο-

µιστική ικανότητα τAΓ του καναλιού επικοινωνίας ΑΓ είναι

όπου P είναι το µέγεθος του πλαισίου δεδοµένων. Για µεγάλες τιµές του K, ισχύει

ότι KE [XAB] >> SBΓ, οπότε

(4.16)

∆ηλαδή παρατηρούµε ότι ο πιο αργός σύνδεσµος ΑΒ επηρεάζει σε κυρίαρχο βαθµό

τη συνολική απόδοση του καναλιού επικοινωνίας, ενώ παραµένει αναξιοποίητη η

επιµέρους υψηλή απόδοση του συνδέσµου ΒΓ – κάτι που άλλωστε περιµέναµε γενι-

κότερα να ισχύει. Αυτός ο αργός σύνδεσµος αναφέρεται συχνά στη βιβλιογραφία ως

ο περιοριστικός σύνδεσµος (στενωπός, bottleneck) του δικτύου. Γενικότερα, ισχύει

ότι ο ρυθµός µετάδοσης σε pipeline, καθορίζεται από το ρυθµό του πιο αργού στα-

δίου εξυπηρέτησης (bottleneck).

Αν επιλύσατε σωστά αυτήν την άσκηση αυτοαξιολόγησης, τότε σας αξίζουν συγχα-

ρητήρια! Αν όχι, µην απογοητεύεστε. Μελετήστε προσεκτικά την Ενότητα 4.2 και

προσπαθήστε ξανά να επιλύσετε την άσκηση – θα διαπιστώσετε και µόνοι σας ότι

τα πράγµατα δεν είναι τόσο δύσκολα όσο αρχικά φαινόταν…

4.4

Στα σχήµατα 4.15.α και 4.15.β παρουσιάζονται οι ακολουθίες γεγονότων κατά τη

µετάδοση πλαισίων όταν εφαρµόζεται το πρωτόκολλο GBN και το GBN µε αρνητι-

κές επιβεβαιώσεις αντίστοιχα. Παρατηρούµε ότι η αρνητική επιβεβαίωση πυροδο-

τεί την επαναµετάδοση ενός πλαισίου πριν την εκπνοή του χρόνου προθεσµίας του,

γεγονός που έχει σαν συνέπεια το βελτιωµένο χρόνο παράδοσης των πλαισίων στον

προορισµό τους.

t tAΓ

AB AB

AB Kbpsª = = =KP

KE X

P

E X[ ] [ ],102 25

t AΓ

AB BΓ

=+

KP

KE X S[ ]

Page 203: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

4.5

Στο σενάριο του σχήµατος 4.13 δεν τηρείται ο κανόνας 3 του πρωτοκόλλου SRP.

Συγκεκριµένα, τη χρονική στιγµή όπου ο αποστολέας µεταδίδει το πλαίσιο 5, έχει

επιβεβαιωθεί η ορθή λήψη µόνο των πλαισίων 0 και 3. Κατά συνέπεια, σύµφωνα µε

τον κανόνα 3, ο αποστολέας επιτρέπεται να µεταδώσει µόνο τα πλαίσια µε αριθµό

από 0 + 1 = 1 έως 0 + 4 = 4, και όχι το 5. Εφόσον το µέγεθος του ενταµιευτή του

παραλήπτη είναι ίσο µε το µέγεθος 4 πλαισίων, είναι εύκολο να δείξετε ότι η κατα-

στρατήγηση του κανόνα 3 οδηγεί σε απόρριψη πλαισίων, τα οποία θα έφταναν χωρίς

σφάλµατα στον παραλήπτη, αλλά θα ήταν εκτός σειράς και δε θα υπήρχε διαθέσι-

µος χώρος να αποθηκευτούν προσωρινά. Για παράδειγµα, εξετάσετε την περίπτωση

όπου το πλαίσιο 1 χάνεται και κατά τη δεύτερη επανεκποµπή του.

2 0 3∞ ¶ ∞ ¡ ∆ ∏ ™ ∂ π ™ ∞ ™ ∫ ∏ ™ ∂ ø ¡ ∞ À ∆ √ ∞ • π √ § √ ° ∏ ™ ∏ ™

™¯‹Ì· 4.15

Η ακολουθία

µεταδόσεων

πλαισίων όταν

εφαρµόζεται

(α) το GBN και

(β) το GBN µε

αρνητικές

επιβεβαιώσεις για

την άσκηση

αυτοαξιολόγησης 4.4.

προθεσµία

προθεσµία

A

Π

A

Π

παράδοση παράδοση

παράδοσηπαράδοση

απόρριψη

απόρριψη απόρριψη

απόρριψη

0 1 2 23 34 45 56

0 1 2 23 34 45 56

NACK–2

(α) GBN µε µέγεθος παραθύρου 5

(β) GBN µε αρνητικές επιβεβαιώσεις και µέγεθος παραθύρου 5

Στο σχήµα 4.16 απεικονίζεται µία ακολουθία µεταδόσεων πλαισίων, η οποία είναι

συµβατή µε το πρωτόκολλο SRP. Για κάθε χρονική στιγµή που ο αποστολέας είναι

έτοιµος να µεταδώσει ένα πλαίσιο, απεικονίζονται επίσης το σύνολο των επιβεβαι-

ώσεων που έχουν ληφθεί από τον αποστολέα και η αντίστοιχη τιµή L του κανόνα 3.

Έτσι, βλέπουµε ότι τις χρονικές στιγµές t1 και t2, ο αποστολέας συγκρατείται και δε

µεταδίδει πλαίσια στο δίκτυο, θέλοντας να προφυλάξει έτσι τον παραλήπτη από πιθα-

Page 204: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2 0 4 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

νή υπερχείλιση του ενταµιευτή του.

Αν δεν µπορέσατε να εντοπίσετε το λάθος στο σενάριο µεταδόσεων της άσκησης,

τότε θα πρότεινα να µελετήσετε για µια ακόµα φορά την Ενότητα 4.4 για να κατα-

νοήσετε πλήρως τον τρόπο λειτουργίας του πρωτοκόλλου επιλεκτικής επανάληψης.

Πάντως, το λάθος αυτό είναι πολύ συχνό και δεν πρέπει να σας αποθαρρύνει.

™¯‹Ì· 4.16

Μία ακολουθία

µεταδόσεων

πλαισίων συµβατή

µε το πρωτόκολλο

επιλεκτικής

επανάληψης, για

την άσκηση

αυτοαξιολόγησης

4.5.

προθεσµία

προθεσµία

A

Π

παράδοσηπαράδοση

(µε τη σωστή σειρά)παράδοση

απόρριψη

0

0 0,3

0,1,2,3,4

0,1,3,4

0,3,4

00 0

0

1

1

1

1

2 2

2 2 2 2

3

33 3

4

4

4 4

5

5

6

6

7

7

8

8

9 10 11 12

επιβεβαιώσειςπου έχουν ληφθεί:

L:

t1 t2

4.6

Σωστό Λάθος

Ο παραλήπτης κόµβος πρέπει να παραδώσει τα πακέτα

στο Επίπεδο ∆ικτύου µε την ίδια σειρά µε την οποία αυτά

δόθηκαν στο Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων του αποστολέα.

Αυτή είναι µία βασική απαίτηση, σύµφωνη µε το σκεπτικό

της διαστρωµάτωσης που αναπτύξαµε στο Κεφάλαιο 2. ""

Και στα τρία πρωτόκολλα (ABP, GBN και SRP),

ο αποστολέας πρέπει να είναι εξοπλισµένος µ’ έναν

Page 205: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

ενταµιευτή. Το ίδιο ισχύει και για τον παραλήπτη, αλλά

µόνο στο πρωτόκολλο GBN.

Η πρώτη πρόταση είναι σωστή, καθώς ο αποστολέας πρέπει

να διατηρεί αντίγραφα των ανεπιβεβαίωτων πλαισίων. Η δεύτερη

πρόταση όµως είναι λανθασµένη, καθώς µόνο στο πρωτόκολλο

SRP απαιτείται η ύπαρξη ενταµιευτή στον παραλήπτη. ""

Ο συνδυασµός µικρού µεγέθους πλαισίου, υψηλού ρυθµού

µετάδοσης και µεγάλου χρόνου διάδοσης είναι καταστροφικός

όσον αφορά την αποδοτικότητα ενός πρωτοκόλλου ABP.

Είναι πράγµατι καταστροφικός, όπως εύκολα προκύπτει

από τη σχέση (4.2). ""

Όταν η πιθανότητα εµφάνισης σφαλµάτων µεταφοράς είναι

υψηλή, τότε είναι προτιµητέο να χρησιµοποιήσουµε

το πρωτόκολλο GBN έναντι του SRP για την επανεκποµπή

πακέτων.

Το πρωτόκολλο GBN «σπαταλά» το διαθέσιµο εύρος ζώνης

του συνδέσµου επεναµεταδίδοντας, όχι µόνο το ανεπιβεβαίωτο

πλαίσιο, αλλά και όλα τα πλαίσια που µεταδόθηκαν µετά από

αυτό – άσχετα αν έχουν παραδοθεί χωρίς σφάλµατα στον

παραλήπτη και έχει ήδη επιβεβαιωθεί η λήψη τους. ""

Τα πρωτόκολλα συνεχούς διοχέτευσης εµφανίζουν χαµηλότερη

απόδοση σε σχέση µε τα πρωτόκολλα παύσης και αναµονής.

Ως πρωτόκολλα συνεχούς διοχέτευσης χαρακτηρίζονται εκείνα

τα πρωτόκολλα ολισθαίνοντος παραθύρου, οι παράµετροι

των οποίων έχουν επιλεγεί έτσι ώστε να µεταδίδουν συνεχώς

πλαίσια στο δίκτυο µέχρι τη λήψη της πρώτης επιβεβαίωσης.

Και η απόδοσή τους είναι σαφώς ανώτερη από τα πρωτόκολλα

τα οποία αποστέλλουν ένα πλαίσιο και µετά αναµένουν

την επιβεβαίωσή του για να προχωρήσουν στη µετάδοση

του επόµενου πλαισίου. ""

Στα πρωτόκολλα ολισθαίνοντος παραθύρου,

το (n + W) – οστό πακέτο δεν µπορεί να µεταδοθεί,

εάν το n – οστό πακέτο δεν έχει επιβεβαιωθεί, όπου W

είναι το µέγεθος του παραθύρου.

Αυτή είναι µία βασική ιδιότητα των πρωτοκόλλων GBN και SRP. ""

2 0 5∞ ¶ ∞ ¡ ∆ ∏ ™ ∂ π ™ ∞ ™ ∫ ∏ ™ ∂ ø ¡ ∞ À ∆ √ ∞ • π √ § √ ° ∏ ™ ∏ ™

Page 206: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2 0 6 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

5.1

Ας παρατηρήσουµε το δίκτυο του σχήµατος 5.19, όπου κάθε κόµβος συνδέεται µε

το συγκεντρωτή µε έναν αµφίδροµο σύνδεσµο. Εάν η βασική λειτουργία αυτού του

ειδικού συγκεντρωτή είναι να «γεφυρώσει» τους συνδέσµους µε τέτοιο τρόπο, έτσι

ώστε να είναι εφικτή η διάδοση των πλαισίων µόνο προς την επιθυµητή κατεύθυν-

ση του δακτυλίου, τότε επιτυγχάνουµε να οργανώσουµε το δίκτυό µας µε τη λογική

διάταξη του δακτυλίου και µε τη φυσική τοπολογία του αστέρα.

™¯‹Ì· 5.19

Ένα παράδειγµα δικτύου όπου τέσσερις κόµβοι,

συνδεδεµένοι διαµέσου ενός συγκεντρωτή,

υλοποιούν τη λογική τοπολογία του δακτυλίου.

συγκεντρωτής

A

B

Γ

Page 207: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

5.2

Σωστό Λάθος

Ο χρόνος µεταφοράς ενός πλαισίου µεταξύ δύο κόµβων

σ’ ένα τοπικό δίκτυο είναι το άθροισµα των αντίστοιχων

χρόνων µετάδοσης και διάδοσης.

Στο άθροισµα αυτό θα πρέπει να προστεθεί και ο χρόνος που

ο αποστολέας κόµβος περιµένει µέχρις ότου αποκτήσει

προσπέλαση στο φυσικό µέσο. ""

Στην τοπολογία του αστέρα, η αστοχία ενός κόµβου δεν

επηρεάζει τη λειτουργία του δικτύου.

Πράγµατι, εάν στην τοπολογία αστέρα ένας κόµβος πάψει

να λειτουργεί, αυτό δεν επηρεάζει καθόλου τη λειτουργία

των υπολοίπων κόµβων του δικτύου. Μόνο, εάν αστοχήσει

ο συγκεντρωτής, παύει να υφίσταται δίκτυο στον αστέρα. ""

Οι συγκρούσεις επηρεάζουν αρνητικά την απόδοση

ενός δικτύου CSMA/CD.

Οι συγκρούσεις οδηγούν σε αύξηση του χρόνου αναµονής

των κόµβων. Έτσι, παρόλο που υπάρχουν δεδοµένα προς

µετάδοση, το δίκτυο παραµένει αδρανές λόγω της υποχώρησης

που επέλεξαν οι συγκρουόµενοι κόµβοι. ""

Σε καταστάσεις υψηλού φόρτου, η απόδοση ενός δικτύου

CSMA/CD είναι ανάλογη του πλήθους

των διασυνδεδεµένων κόµβων.

Όσο περισσότεροι είναι οι διασυνδεδεµένοι κόµβοι,

τόσο περισσότερες είναι οι συγκρούσεις των µεταδιδόµενων

πλαισίων. Συνέπεια των αυξηµένων συγκρούσεων είναι

η µείωση της απόδοσης του δικτύου. ""

Στα δίκτυα CSMA/CA, όταν ένας κόµβος διαπιστώσει

ότι το κανάλι δεν είναι αδρανές, τότε αναβάλλει τη µετάδοση

των δεδοµένων του για χρόνο τουλάχιστον ίσο

µε το άθροισµα του χρόνου µετάδοσης ενός πλαισίου

συν τον τυχαίο χρόνο υποχώρησης που επέλεξε.

Ο κόµβος που ανέβαλε την εκποµπή του θα πρέπει να περιµένει

2 0 7∞ ¶ ∞ ¡ ∆ ∏ ™ ∂ π ™ ∞ ™ ∫ ∏ ™ ∂ ø ¡ ∞ À ∆ √ ∞ • π √ § √ ° ∏ ™ ∏ ™

Page 208: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2 0 8 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

πρώτα να ολοκληρωθεί η µετάδοση του πλαισίου

που βρίσκεται σε εξέλιξη και η λήψη της αντίστοιχης

επιβεβαίωσης, πριν ξεκινήσει να µειώνει το χρόνο

στον απαριθµητή υποχώρησης. ""

Η καθολική εκποµπή χρησιµοποιεί καλύτερα τους πόρους

ενός τοπικού δικτύου σε σχέση µε τη µαζική µετάδοση

αντιγράφων του πλαισίου από τον αποστολέα προς όλους

τους κόµβους του δικτύου µεµονωµένα.

Αυτό πηγάζει απευθείας από τον τρόπο λειτουργίας της καθολικής

εκποµπής. Για παράδειγµα, σκεφτείτε ένα τοπικό δίκτυο

µε 1000 κόµβους. Στην καθολική εκποµπή στέλνεται ένα µόνο

πλαίσιο, ενώ στην περίπτωση unicasting θα χρειαζόµασταν 999

µεταδόσεις πλαισίων. ""

Αν δώσατε τις παραπάνω απαντήσεις και ανάλογες αιτιολογήσεις, τότε είµαστε σε

πολύ καλό δρόµο… Αν όχι, θα πρότεινα να διαβάσετε µία ακόµα φορά την Ενότη-

τα 5.1 για να κατανοήσετε σε βάθος τα ζητήµατα της αρχιτεκτονικής τοπικών

δικτύων που διαπραγµατεύεται.

5.3

Εάν συµβολίσουµε µε P το µέγεθος του πλαισίου, µε R το ρυθµό µετάδοσης πλαι-

σίων στο δίκτυο, µε d το µέγιστο, από άκρο σε άκρο, µήκος του τοπικού δικτύου και

µε δ την ταχύτητα διάδοσης του σήµατος στο φυσικό µέσο, τότε η σχέση (5.1), που

περιγράφει την απόδοση ηCSMA.CD του πρωτοκόλλου CSMA/CD, υπό καταστάσεις

υψηλού φόρτου του δικτύου, µπορεί να γραφεί και ως

(5.4)

(α)Εάν αυξηθεί η µεταβλητή d, τότε ο παρανοµαστής της έκφρασης (5.4) αυξάνεται

και, κατά συνέπεια, η απόδοση ηCSMA.CD µειώνεται.

(β)Αντίστοιχα µειώνεται η απόδοση ηCSMA.CD και στην περίπτωση που αυξηθεί ο ρυθ-

µός µετάδοσης πλαισίων R στο δίκτυο.

(γ) Στην περίπτωση που αυξηθεί το µέγεθος πλαισίου P, ο παρανοµαστής της (5.4)

µειώνεται, αυξάνοντας έτσι την απόδοση ηCSMA.CD.

h

d d

CSMA CD d

PR

d R

P

. =

+

=+ ¥

¥

1

1 5

1

1 5

Page 209: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

5.4

(α)Το συνολικό µήκος ενός βασικού πλαισίου IEEE 802.3 κυµαίνεται µεταξύ _72_

και _1526_ bytes. Στην περίπτωση όπου το δίκτυο υποστηρίζει το µηχανισµό για

ιδεατά τοπικά δίκτυα, το πλαίσιο επεκτείνεται κατά 4 bytes, δηλαδή το µήκος του

κυµαίνεται µεταξύ _76_ και _1530_ bytes.

(β)Έστω ότι το επίπεδο MAC λαµβάνει προς µετάδοση 3 πακέτα από το επίπεδο

LLC. Εάν τα µήκη των πακέτων είναι ίσα µε 96, 32 και 1500 bytes, τότε το πεδίο

πλήρωσης στα προκύπτοντα πλαίσια MAC θα έχει µήκος ίσο µε _0_, _14_ και

_0_ bytes αντίστοιχα.

(γ) Έστω ότι ένα δίκτυο 10Base – T αποτελείται από δύο κόµβους και το µήκος του

πλαισίου είναι ίσο µε 800 bits. Αν υποθέσουµε ότι δεν υπάρχει καµία άλλη µορφή

επικοινωνίας µεταξύ κόµβων, τότε µπορούµε να υπολογίσουµε ότι ο χρόνος που

απαιτείται για τη µεταφορά ενός αρχείου 10 GB από τον ένα κόµβο στον άλλο

είναι ίσος µε _11.070_ δευτερόλεπτα.

Ένα συχνό λάθος που γίνεται σ’ αυτήν την ερώτηση, είναι ότι για τον υπολογισµό

της απόδοσης του πρωτοκόλλου ελέγχου προσπέλασης χρησιµοποιείται η σχέση

(5.1). Αυτή η σχέση είναι ενεργή, µόνο στις περιπτώσεις υψηλού φόρτου του δικτύ-

ου. Στο δίκτυο που εξετάζουµε υπάρχουν µόνο δύο κόµβοι και µάλιστα υποθέσαµε

ότι ο ένας κόµβος αποστέλλει το αρχείο και ο άλλος απλώς το δέχεται, χωρίς καµία

άλλη µορφή επικοινωνίας µεταξύ τους. Έτσι, ο πρώτος κόµβος θα έχει τη δυνατό-

τητα αποκλειστικής προσπέλασης στο φυσικό µέσο µετάδοσης καθόλη τη διάρκεια

µεταφοράς του αρχείου, δηλαδή η απόδοση ηCSMA.CD θα είναι 100%. Επειδή η επι-

βάρυνση από την πλαισίωση του 802.3 είναι ίση µε 208 bits, τα δεδοµένα θα µετα-

δίδονται µε ρυθµό (800 – 208 / 800) ¥ 10 Mbps = 7,4 Mbps και ο απαιτούµενος χρό-

νος για τη µετάδοση του αρχείου θα είναι

10 GB / 7,4 Mbps = 11.070 sec ≈ 3 ώρες.

(δ) Έστω το εκτεταµένο τοπικό δίκτυο του σχήµατος 5.8. Εάν όλοι οι κόµβοι είναι

συστήµατα MS – Windows και ο χρήστης που είναι συνδεδεµένος στη θύρα 2

του µεταγωγέα Β επιλέξει να δει την Περιοχή ∆ικτύου (Network Neighborhood),

τότε θα διαπιστώσει ότι αυτή αποτελείται από τα συστήµατα _που είναι συνδε-

δεµένα στις θύρες 4, 7 και 8 του µεταγωγέα ∆_.

Η Περιοχή ∆ικτύου ενός MS – Windows συστήµατος εµφανίζει τα συστήµατα που

ανήκουν στην ίδια περιοχή καθολικής εκποµπής µ’ αυτό. Έτσι, η παραπάνω απά-

ντηση είναι άµεση συνέπεια του ορισµού του ιδεατού τοπικού δικτύου, το οποίο στην

2 0 9∞ ¶ ∞ ¡ ∆ ∏ ™ ∂ π ™ ∞ ™ ∫ ∏ ™ ∂ ø ¡ ∞ À ∆ √ ∞ • π √ § √ ° ∏ ™ ∏ ™

Page 210: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2 1 0 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

περίπτωσή µας είναι το VLAN 10. Η απάντηση «_που είναι συνδεδεµένα στις υπό-

λοιπες θύρες του µεταγωγέα Β_» µπορεί µεν να πηγάζει αυθόρµητα (λόγω φυσι-

κής διάταξης) και να δίδεται συχνά, είναι όµως εντελώς λανθασµένη.

(ε) Οι κόµβοι του εκτεταµένου τοπικού δικτύου του σχήµατος 5.8 _δεν είναι απα-

ραίτητο_ να υποστηρίζουν την ύπαρξη ετικέτας VLAN στα πλαίσια Ethernet που

διακινούν.

Αυτό συµβαίνει εκ κατασκευής, όπως εξηγείται αναλυτικά στην Ενότητα 5.2.4. Εάν

όµως την υποστηρίζουν, τότε οι κόµβοι µπορούν να ανήκουν σε περισσότερα από

δύο VLAN ταυτόχρονα.

Εάν δώσατε τις ίδιες απαντήσεις µε τις παραπάνω, τότε πιστεύω ότι έχετε κατανοή-

σει επαρκώς τα βασικά σηµεία της τεχνολογίας Ethernet και µπορείτε να προχωρή-

σετε στις επόµενες Ενότητες. Αν όχι, θα πρότεινα να ξαναδιαβάσετε προσεκτικά όλη

την Ενότητα 5.2, καθώς τα δίκτυα τύπου Ethernet αποτελούν τη συντριπτική πλειο-

νότητα των εγκατεστηµένων τοπικών δικτύων στις µέρες µας – και αυτό δε φαίνε-

ται να αλλάζει σύντοµα…

5.5

(α)Στα δίκτυα CSMA/CD, υπό συνθήκες χαµηλού έως µηδενικού φόρτου, το πιο

πιθανό είναι να µην υπάρχουν συγκρούσεις. Οπότε, ένας κόµβος που έχει δεδο-

µένα προς µετάδοση, δε θα περιµένει καθόλου για να στείλει τα πλαίσιά του στο

δίκτυο. Αντίθετα, ο κόµβος στο δακτύλιο, θα πρέπει να περιµένει να περάσει το

κουπόνι από µπροστά του για να το δεσµεύσει και να µπορέσει έτσι να αποστεί-

λει τα δεδοµένα του.

Κατά συνέπεια, ο µικρότερος Μέσος Χρόνος Προσπέλασης του φυσικού µέσου

(Average Media Access Time) θα εµφανίζεται στο δίκτυο Ethernet.

(β) Υπό συνθήκες υψηλού φόρτου, ο χρόνος που µπορεί να περιµένει ένας κόµβος δια-

συνδεδεµένος σε δίκτυο Ethernet για να στείλει τα δεδοµένα του, µπορεί (θεωρητι-

κά) να είναι άπειρος. Αντίθετα, στα δίκτυα τύπου δακτυλίου µε κουπόνι, ο χρόνος

αυτός φράσσεται άνω από την ποσότητα (N – 1) ¥ θ, όπου N είναι οι κόµβοι και θ ο

χρόνος κράτησης κουπονιού του δακτυλίου.

Οπότε, ο µικρότερος Μέγιστος Χρόνος Προσπέλασης του φυσικού µέσου (Maximum

Media Access Time – ΜΜΑΤ) θα εµφανίζεται στο δακτύλιο µε κουπόνι.

(γ) Στις περιπτώσεις χαµηλού προς µηδενικού φόρτου, η απόδοση ενός δικτύου

Ethernet πλησιάζει το 100%. Έτσι, ο κόµβος που έχει πλαίσια να στείλει στο

δίκτυο, θα τα µεταδίδει µε ρυθµό 10 Mbps. Αυτήν την τιµή δεν µπορεί να τη

Page 211: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

συναγωνιστεί ένας δακτύλιος µε ρυθµό µετάδοσης 4 Mbps.

(δ) Στις περιπτώσεις υψηλού φόρτου, η απόδοση του δικτύου Ethernet είναι περίπου

ίση µε ηCSMA.CD ≈ 92%. Από τα 600 bits του πλαισίου, η επιβάρυνση είναι σε

ποσοστό (600 – 208) / 600 ≈ 65%. Οπότε, τα δεδοµένα θα µεταδίδονται µε ρυθµό

περίπου ίσο µε 65% ¥ 92% ¥ 10 Mbps = 5,98 Mbps.

Την παραπάνω τιµή επίσης δεν µπορεί να τη συναγωνιστεί ένα δίκτυο µε ονοµαστικό

ρυθµό µετάδοσης των 4 Mbps, ασχέτως εάν η απόδοση που επιτυγχάνει είναι 100% και

εισάγει πολύ µικρή επιβάρυνση πλαισίωσης, όπως ο δακτύλιος µε κουπόνι.

5.6

1. Λαµβάνοντας υπόψη και το πρότυπο CDDI για το φυσικό µέσο ενός δικτύου

FDDI, προκύπτει ότι η σωστή απάντηση είναι η (δ). Οι οπτικές ίνες µπορεί να

είναι είτε πολυτροπικές είτε µονοτροπικές. Τα οµοαξονικά καλώδια δεν υποστη-

ρίζονται ως φυσικό µέσο στο πρότυπο FDDI.

2. Σωστή είναι η απάντηση (β). Υπενθυµίζουµε ότι στη φυσική τοπολογία αστέρα µπο-

ρούµε εύκολα να κατασκευάσουµε λογικό δακτύλιο µε τη χρήση ειδικού συγκε-

ντρωτή (βλέπε σχήµα 5.19, στην απάντηση της Άσκησης Αυτοαξιολόγησης 5.1).

3. Όταν συµβεί και η δεύτερη βλάβη στο δίκτυο του σχήµατος 5.12.β, τότε ο αρχι-

κός δακτύλιος σπάει σε δύο ανεξάρτητους δακτυλίους. Οι κόµβοι του ενός δακτυ-

λίου δεν µπορούν να επικοινωνήσουν πλέον µε τους κόµβους του άλλου δακτυ-

λίου. Σε κάθε δακτύλιο όµως, οι διασυνδεδεµένοι κόµβοι επικοινωνούν µεταξύ

τους. Με βάση τα παραπάνω, σωστή είναι η επιλογή (γ).

4. Ας εξετάσουµε µία προς µία τις επιλογές µας. Οι (β) και (γ) είναι λανθασµένες

εξ ορισµού. Επίσης, αν ίσχυε η (δ), τότε θα προέκυπτε ένα δίκτυο, στο οποίο θα

µετέδιδε δεδοµένα µόνο αυτός ο κόµβος που θα δέσµευε πρώτος το κουπόνι.

Οπότε, αποκλείοντας όλες τις υπόλοιπες, σωστή πρέπει να είναι η επιλογή (α).

Ας καταλάβουµε όµως και το γιατί.

Η εξήγηση της επιλογής (α) βασίζεται στην ακόλουθη παρατήρηση. Αν ένας κόµβος

µεταδώσει δεδοµένα για µεγάλο χρονικό διάστηµα πριν αποδεσµεύσει το κουπόνι,

τότε η τιµή του µετρητή του TRT είναι µεγάλη την επόµενη φορά που δεσµεύει το

κουπόνι για µετάδοση. Έτσι, αυτήν την επόµενη φορά, ο χρόνος κράτησης κουπο-

νιού THT = TTRT – TRT θα είναι µικρός και αυτό θα εµποδίσει τον κόµβο να ανα-

µεταδώσει πολλά πλαίσια στο δίκτυο.

Εάν επιλέξατε τις σωστές απαντήσεις, τότε µπράβο σας, έχετε κατανοήσει τα βασι-

κά σηµεία της τεχνολογίας FDDI

2 1 1∞ ¶ ∞ ¡ ∆ ∏ ™ ∂ π ™ ∞ ™ ∫ ∏ ™ ∂ ø ¡ ∞ À ∆ √ ∞ • π √ § √ ° ∏ ™ ∏ ™

Page 212: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2 1 2 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

5.7

1. Ο υψηλότερος ρυθµός µετάδοσης δεδοµένων στο δίκτυο επιτυγχάνεται στα

δίκτυα [ 802.5 | FDDI | 802.11 | τύπου Ethernet | CSMA/CD ].

Μέχρι το τέλος του 2002 αναµένονται να κυκλοφορήσουν στο εµπόριο µεταγωγείς

Ethernet µε ρυθµό µετάδοσης ανά θύρα στα 10 Gbps, ενώ η ανάπτυξη τοπικών

δικτύων µε µεταγωγείς Ethernet των 100 Mbps είναι πλέον ένα συνηθισµένο φαι-

νόµενο. Το CSMA/CD έχει πλέον καθιερωθεί ως συνώνυµο του Ethernet.

2. Σύγχρονη µορφή κυκλοφορίας µπορούν να υποστηρίξουν απευθείας τα δίκτυα [

FDDI | 802.3 | δακτύλιος µε κουπόνι | 802.11 | 10Base – T ].

3. Τα πρωτόκολλα CSMA υλοποιούνται στα δίκτυα [ 802.5 | Ethernet | FDDI |

802.11b | 100Base – TX ].

Τα δίκτυα 802.3 χρησιµοποιούν το πρωτόκολλο CSMA/CD, ενώ τα δίκτυα 802.11

το CSMA/CA.

4. Από τα τοπικά δίκτυα που γνωρίσαµε σ’ αυτό το Κεφάλαιο, την καλύτερη από-

δοση την επιτυγχάνει το δίκτυο [ FDDI | Ethernet | δακτύλιος µε κουπόνι |

802.11 | Gigabit Ethernet ].

5. Η µεγαλύτερη απόσταση µεταξύ δύο κόµβων επιτυγχάνεται στα δίκτυα [ 802.5 |

FDDI | 1000Base – LX | 802.11 | 1000Base – SX ].

Αυτή η απόσταση είναι 10 Km όταν το δίκτυο FDDI υλοποιείται µε µονοτροπικές οπτι-

κές ίνες. Η δεύτερη µεγαλύτερη απόσταση είναι τα 5 Km στα δίκτυα 1000Base – LX.

6. Ένα άνω όριο στο µέγιστο χρόνο προσπέλασης στο φυσικό µέσο µπορεί να οριστεί

στα δίκτυα [ 1000Base – SX | 802.5 | δακτύλιος µε κουπόνι | 802.11 | FDDI ].

7. Ιδεατά τοπικά δίκτυα µπορούµε να ορίσουµε µόνο σε εκτεταµένα τοπικά δίκτυα

τύπου [Ethernet | FDDI | 802.5 | 802.11 | 100Base – TX ].

Αν διαγράψατε όλες τις λανθασµένες λέξεις ή φράσεις, τότε συγχαρητήρια !!!. Αν

όχι, µην απογοητεύεστε. Η πληροφορία που περιέχεται σ’ αυτό το Κεφάλαιο είναι

σίγουρα πολλή και ίσως µπερδεύεστε ακόµα µετά την πρώτη ανάγνωση. Αυτή η σύγ-

χυση όµως είναι ένα συχνό φαινόµενο στους ανθρώπους που έρχονται για πρώτη

φορά σε επαφή µε τον κόσµο των τοπικών δικτύων. Θα πρότεινα να µελετήσετε ξανά

όλο το Κεφάλαιο και σας βεβαιώνω ότι η αυτή η επανάληψη θα σας βοηθήσει σηµα-

ντικά την επόµενη φορά που θα προσπαθήσετε να απαντήσετε σ’ αυτήν την άσκη-

ση αυτοαξιολόγησης.

Page 213: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

EÓ‰ÂÈÎÙÈΤ˜ ··ÓÙ‹ÛÂȘ ‰Ú·ÛÙËÚÈÔًوÓ

1.1

Στα δίκτυα µεταγωγής κυκλώµατος η µετάδοση δεδοµένων είναι διαφανής, δηλαδή

τα δεδοµένα δεν υποβάλλονται σε καµία επεξεργασία κατά τη διέλευσή τους από το

δίκτυο. Έτσι, η καθυστέρηση µεταφοράς που επιβάλλουµε στα µεταδιδόµενα δεδο-

µένα είναι µικρότερη από την αντίστοιχη καθυστέρηση στα δίκτυα µεταγωγής πακέ-

των, όπου τα δεδοµένα κατακερµατίζονται σε πακέτα, επιφορτίζονται µε πληροφο-

ρία που είναι απαραίτητη για τη δροµολόγησή τους και επαναδοµούνται στον προ-

ορισµό.

Για την εξυπηρέτηση µιας κλήσης, το δίκτυο µεταγωγής κυκλώµατος δεσµεύει χωρη-

τικότητα από όλους τους συνδέσµους της επιλεγµένης διαδροµής µεταξύ του απο-

στολέα και του παραλήπτη. Όταν, όµως, δεν υπάρχει πληροφορία προς µεταβίβαση

ή ανταλλαγή µεταξύ των χρηστών, αυτή η δεσµευµένη χωρητικότητα δεν αξιοποι-

είται. Αυτό αποτελεί το σηµαντικότερο µειονέκτηµα της τεχνικής µεταγωγής κυκλώ-

µατος έναντι της τεχνικής µεταγωγής πακέτων.

Επίσης, ένα άλλο σηµαντικό µειονέκτηµα είναι ο µεγάλος φόρτος διαχείρισης που

επιβαρύνει τα δίκτυα µεταγωγής κυκλώµατος για την εγκαθίδρυση, την εποπτεία και

τον έλεγχο των συνδέσεων µεταξύ των ενδιαφερόµενων µερών.

1.2

Στην τεχνική µεταγωγής πακέτων µε ιδεατά κυκλώµατα τα ληφθέντα πακέτα βρί-

σκονται στη σωστή διάταξη. Επίσης, ο χρόνος µεταφοράς των πακέτων εµφανίζει

µικρότερη διακύµανση, λόγω της σταθερής διαδροµής που ακολουθούν. Τέλος, ένα

σηµαντικό πλεονέκτηµα αποτελεί η δυνατότητα για έλεγχο ροής (flow control), µέσω

του οποίου µπορούµε να ρυθµίζουµε το ρυθµό και τον όγκο της µεταβιβαζόµενης

πληροφορίας µεταξύ του αποστολέα και του παραλήπτη, ανάλογα µε το φόρτο και

την τρέχουσα κατάσταση του δικτύου. Στα δίκτυα µε αυτοδύναµα πακέτα ο έλεγχος

ροής δεν είναι εφικτός, γιατί τα δεδοµένα µπορούν να ακολουθήσουν διαφορετικές

διαδροµές στο δίκτυο.

Στα µειονεκτήµατα της τεχνικής µεταγωγής µε ιδεατά κυκλώµατα έναντι της µετα-

γωγής µε αυτοδύναµα πακέτα συµπεριλαµβάνονται η επιβάρυνση του δικτύου µε τις

λειτουργίες εγκαθίδρυσης κυκλώµατος για την εξυπηρέτηση µιας κλήσης και η

µικρότερη ανοχή στα προβλήµατα δυσλειτουργίας του δικτύου.

Page 214: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2 1 4 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

2.1

Στο πρώτο επίπεδο υπηρεσιών βρίσκονται αυτές που παρέχει το χρησιµοποιούµενο

υλικό, όπως, π.χ. η κωδικοποίηση και διαµόρφωση της πληροφορίας σε σήµα κατάλ-

ληλο προς µετάδοση, η ανάλογη αποκωδικοποίηση και αποδιαµόρφωση του ληφθέ-

ντος σήµατος, η ενδεχόµενη κρυπτογράφηση και συµπίεση της πληροφορίας κ.ά.

Οι υπηρεσίες που παρέχει το δεύτερο επίπεδο εξασφαλίζουν την αξιόπιστη διασύν-

δεση δύο γειτονικών κόµβων. Χρησιµοποιεί την υπηρεσία της απευθείας σύνδεσης

που διαθέτει το επίπεδο 1, αποκρύπτοντας όλες τις τεχνικές λεπτοµέρειες για την

πραγµατοποίησή της. Ο χρήστης της υπηρεσίας του δεύτερου επιπέδου αγνοεί αν

για τη διασύνδεση των δύο κόµβων χρησιµοποιήθηκε µικροκυµατική ή δορυφορι-

κή ζεύξη. Υλοποιώντας διάφορες τεχνικές ελέγχου σφαλµάτων, αυτό το επίπεδο µπο-

ρεί να µας εγγυηθεί την αξιόπιστη µεταφορά πληροφορίας µεταξύ των κόµβων, διορ-

θώνοντας τα τυχόν σφάλµατα µετάδοσης.

Στο τρίτο επίπεδο µπορούµε να θεωρήσουµε ότι παρέχεται η από άκρο σε άκρο επι-

κοινωνία. Αυτή η υπηρεσία «χτίζεται» πάνω από την υπηρεσία διασύνδεσης κόµ-

βων του επιπέδου 2 και παρέχει ένα ιδεατό κανάλι επικοινωνίας µεταξύ των τερµα-

τικών σταθµών Α και Π. Ο χρήστης της υπηρεσίας του τρίτου επιπέδου αγνοεί τη

διαδροµή που ακολουθεί η ροή των δεδοµένων του και δεν αντιλαµβάνεται τις πιθα-

νές αναδροµολογήσεις που συµβαίνουν σε περιπτώσεις δυσλειτουργίας των ενδιά-

µεσων συνδέσµων.

Στο τέταρτο και υψηλότερο επίπεδο παρέχεται η υπηρεσία που είναι άµεσα αντιλη-

πτή από το χρήστη: το ηλεκτρονικό ταχυδροµείο µεταξύ του Α και του Π. Ο τρόπος

διασύνδεσης των τερµατικών σταθµών αποκρύπτεται από τους τελικούς χρήστες,

δίνοντάς τους την εντύπωση ότι επικοινωνούν απευθείας µέσω του ιδεατού καναλι-

ού επικοινωνίας που παρέχει το τρίτο επίπεδο.

Συνοψίζοντας, οι παρεχόµενες υπηρεσίες του επικοινωνιακού συστήµατος του Σχή-

µατος 2.2 µπορούν να οργανωθούν στα τέσσερα επίπεδα του Σχήµατος 2.3.

Εφαρµογή ηλεκτρονικού ταχυδροµείου

Επικοινωνία τερµατικών σταθµών

(από άκρο σε άκρο επικοινωνία)

∆ιασύνδεση κόµβου µε κόµβο

Υλικό

™¯‹Ì· 2.3

Μια προτεινόµενη

διαστρωµάτωση

των υπηρεσιών του

επικοινωνιακού

συστήµατος του

Σχήµατος 2.2

Page 215: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Αν προσδιορίσατε και ιεραρχήσατε τις υπηρεσίες του συστήµατος 2.2 µε τρόπο

παρόµοιο του Σχήµατος 2.3, τότε σας αξίζουν συγχαρητήρια!

2.2

Για τη µεταφορά αρχείων πάνω από δίκτυα TCP/IP συνήθως χρησιµοποιείται η εφαρ-

µογή FTP, η οποία παρέχει ένα πλήθος επιλογών για την ανάκτηση αρχείου ή την τοπο-

θέτηση αρχείου σε αποµακρυσµένο υπολογιστή. Ενδεικτικά αναφέρονται η δυνατότη-

τα περιήγησης στους καταλόγους του τοπικού και του αποµακρυσµένου υπολογιστή, η

δυνατότητα µαζικής αποστολής ή λήψης αρχείων, η επιλογή του τρόπου µεταφοράς

(ενιαία, τµηµατική ή µε συµπίεση) και η πιστοποίηση της ταυτότητας χρήστη.

Σε ειδικές περιπτώσεις χρησιµοποιείται η εφαρµογή TFTP, η οποία αποτελεί µια

περιορισµένη έκδοση της εφαρµογής FTP, καθώς δεν εξασφαλίζει την πιστοποίηση

της ταυτότητας χρήστη ούτε δίνει τη δυνατότητα περιήγησης σε καταλόγους.

Όποια εφαρµογή και αν επιλέξει ο χρήστης, αυτή θα επικοινωνήσει µε το αντίστοι-

χο πρωτόκολλο εφαρµογής.

Για την επικοινωνία των δύο υπολογιστικών συστηµάτων, που αποτελούν τερµατι-

κούς κόµβους του δικτύου, το FTP χρησιµοποιεί σύνδεση TCP, ενώ το TFTP χρη-

σιµοποιεί σύνδεση UDP. Συγκεκριµένα, σε κάθε περίπτωση χρησιµοποιούνται δύο

διαφορετικές συνδέσεις: µία για τη µεταβίβαση εντολών και αποκρίσεων και µία

δεύτερη για τη µεταφορά αρχείων και επιβεβαιώσεων.

Για τη διευθυνσιοδότηση των υπολογιστών και τη δροµολόγηση των πακέτων χρη-

σιµοποιείται το πρωτόκολλο IP, το οποίο άλλωστε είναι και το µοναδικό πρωτόκολ-

λο του Επιπέδου ∆ικτύου στην αρχιτεκτονική του TCP/IP.

Τέλος, ανάλογα µε το διαθέσιµο φυσικό µέσο και τις απαιτήσεις πρόσβασης χρησι-

µοποιείται και το κατάλληλο πρωτόκολλο του Επιπέδου Πρόσβασης ∆ικτύου.

3.1

Εάν τα δεδοµένα του πλαισίου περιέχουν τον ειδικό χαρακτήρα ελέγχου ETX, τότε

ο παραλήπτης κόµβος θα αναγνωρίσει λανθασµένα τα όρια του πλαισίου και, κατά

συνέπεια, οι διαδικασίες ελέγχου σφαλµάτων µεταφοράς του πλαισίου που θα εκτε-

λέσει θα έχουν και αυτές λανθασµένο αποτέλεσµα.

Για να ξεπεράσουµε αυτό το πρόβληµα, αρκεί να αλλάξουµε τη σηµασία του χαρα-

κτήρα ETX όταν αποτελεί µέρος των δεδοµένων του πλαισίου. Αυτό µπορεί να γίνει

προσθέτοντας πριν από τον ETX τον ειδικό χαρακτήρα ελέγχου DLE, ο οποίος έχει

2 1 5E ¡ ¢ ∂ π ∫ ∆ π ∫ ∂ ™ ∞ ¶ ∞ ¡ ∆ ∏ ™ ∂ π ™ ¢ ƒ∞ ™ ∆ ∏ ƒ π √ ∆ ∏ ∆ ø ¡

Page 216: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2 1 6 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

την ιδιότητα να αλλάζει τη σηµασία του χαρακτήρα που τον ακολουθεί. Ο αποστο-

λέας κόµβος, συνεπώς, αντί για το χαρακτήρα ETX, θα µεταδώσει το ζευγάρι των

χαρακτήρων DLE – ETX.

Όταν ο παραλήπτης κόµβος λάβει το χαρακτήρα ETX, τότε θα ελέγξει τον προηγούµε-

νο χαρακτήρα που έχει λάβει. Εάν είναι ο ειδικός χαρακτήρας διαφυγής DLE, τότε θα

αναγνωρίσει ότι ο ETX αποτελεί µέρος των δεδοµένων. Από το ζευγάρι χαρακτήρων

DLE – ETX θα απορροφήσει τον DLE και θα προωθήσει µόνο το χαρακτήρα ETX.

Αντίστοιχη είναι και η διαδικασία που ακολουθείται και για τον ίδιο το χαρακτήρα

DLE όταν αυτός περιέχεται στα δεδοµένα προς µετάδοση.

3.3

Ας θεωρήσουµε το ακόλουθο σενάριο. Έστω ότι αντιµετωπίζουµε τα σφάλµατα στα

σήµατα πυρόσβεσης µε την επανεκποµπή πλαισίων και πιάνει κάπου φωτιά. Το αντί-

στοιχο σήµα τότε αποστέλλεται στον αποµακρυσµένο κόµβο που θα πρέπει να ανα-

λάβει δράση, αλλά –δυστυχώς– αλλοιώνεται κατά τη µεταφορά του. Η αλλοίωση

αυτή εντοπίζεται και ζητείται η επανεκποµπή του σήµατος. Μέχρι να φτάσει όµως

η αίτηση για επανεκποµπή στον αρχικό κόµβο, να ξαναστείλει αυτός το σήµα και να

ελεγχθεί ως προς την ορθότητά του, περνάει χρόνος, ο οποίος ίσως αποδειχθεί κρί-

σιµος στην προσπάθεια της κατάσβεσης.

Αντίστοιχα, στην υπηρεσία τηλεδιάσκεψης, αλλά και γενικότερα στις υπηρεσίες

πραγµατικού χρόνου, δεν υπάρχουν συνήθως χρονικά περιθώρια για να περιµένει ο

παραλήπτης κόµβος την επανεκποµπή των εσφαλµένων πλαισίων, καθώς η φωνή

και η κινούµενη εικόνα πρέπει να αποδίδονται στον τελικό χρήστη µέσα σε συγκε-

κριµένο χρόνο από τη δηµιουργία τους.

Έτσι, για τις περιπτώσεις (α) και (δ) θα επιλέγαµε ως επικρατέστερη τεχνική τη διόρ-

θωση σφάλµατος. Γενικά, πιστεύουµε πως, µε την ανάπτυξη δικτύων υψηλής από-

δοσης και µε την αύξηση της επεξεργαστικής ισχύος στους σύγχρονους υπολογιστές,

οι τεχνικές διόρθωσης σφαλµάτων θα επικρατήσουν στα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα

τα επόµενα χρόνια.

3.4

Αν θα έπρεπε να διατηρήσουµε στη µνήµη του συστήµατος όλο τον Πίνακα Τυπι-

κής ∆ιάταξης για τον κώδικα δέσµης (63, 57), τότε ο διαθέσιµος χώρος θα έπρεπε

να ήταν ίσος µε n2n = 63 ◊ 263 ≈ 1020 bits, ποσότητα δηλαδή απαγορευτική για την

υλοποίησή του. Αν, µάλιστα, σκεφτούµε ότι οι συχνά χρησιµοποιούµενοι κώδικες

Page 217: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

είναι µεγέθους (255, 223) ή (255, 239), τότε η τήρηση του Πίνακα Τυπικής ∆ιάτα-

ξης σε αυτούσια µορφή είναι αδύνατη.

Στην πράξη τα συστήµατα αποκωδικοποίησης αξιοποιούν κάποιες χρήσιµες µαθη-

µατικές ιδιότητες των κωδίκων, βάσει των οποίων ο απαιτούµενος χώρος αποθή-

κευσης µειώνεται πολύ κάτω από τα n2n – k bits, η δε πολυπλοκότητά τους µειώνεται

τόσο ώστε η υλοποίησή τους να είναι εφικτή ακόµα και µε τη χρήση µερικών απλών

ολισθητών. Η παρουσίαση αυτών των µαθηµατικών ιδιοτήτων των κωδίκων θα απαι-

τούσε σελίδες πολλαπλάσιες από το µέγεθος αυτού του Κεφαλαίου, και δεν είναι

στους σκοπούς του βιβλίου. Για περαιτέρω µελέτη ο αναγνώστης παραπέµπεται στα

βιβλία των Clark και Cain (1981) και του Wicker (1994).

4.1

Όταν η πιθανότητα εµφάνισης σφάλµατος κατά τη µεταφορά ενός πλαισίου πάνω σ’

ένα σύνδεσµο είναι πολύ µικρή, τότε ο από – άκρο – σε – άκρο έλεγχος είναι προτι-

µητέος από τον έλεγχο ανά σύνδεσµο. Και αυτό γιατί είναι αποδοτικότερο να ζητού-

µε, από το άκρο του τελικού παραλήπτη, την επανεκποµπή του εσφαλµένου ή απο-

λεσθέντος πακέτου στις σπάνιες περιπτώσεις που αυτό συµβαίνει, παρά να καθυ-

στερούµε το κάθε πακέτο σε κάθε ενδιάµεσο σύνδεσµο.

Βέβαια, όταν αυξάνεται ο ρυθµός εµφάνισης σφαλµάτων µεταφοράς, τότε µειώνε-

ται η πιθανότητα του να διασχίσει ένα πακέτο το δίκτυο, από άκρο σε άκρο, χωρίς

να αλλοιωθεί. Και για µεγάλες τιµές αυτού του ρυθµού, η λύση του ελέγχου ανά σύν-

δεσµο αρχίζει να διαφαίνεται ως η συµφέρουσα.

Για παράδειγµα, η επικοινωνία διαµέσου οπτικών ινών έχει συνήθως πολύ µικρό

ρυθµό εµφάνισης σφαλµάτων µεταφοράς. Έτσι, εάν το δίκτυό µας αποτελείται από

συνδέσµους οπτικών ινών, τότε είναι προτιµητέο να ελέγχουµε την από – άκρο – σε

– άκρο επικοινωνία. Αντίθετα, ο έλεγχος ανά σύνδεσµο είναι αποδοτικότερος όταν

το δίκτυό µας βασίζεται σε τεχνολογίες ασύρµατης επικοινωνίας, όπου συνήθως

εµφανίζονται πολλά σφάλµατα κατά τη µεταφορά πλαισίων.

Επίσης, σε περιπτώσεις υψηλού κυκλοφοριακού φορτίου, είναι επιθυµητό να διε-

νεργείται ο έλεγχος σφαλµάτων ανά σύνδεσµο, ώστε τα εσφαλµένα πλαίσια να απορ-

ρίπτονται το συντοµότερο δυνατό και να µη συµβάλλουν στη συµφόρηση του δικτύ-

ου. Αυτό φυσικά είναι επιθυµητό, εφόσον ο έλεγχος των πλαισίων µπορεί να γίνε-

ται χωρίς να καθυστερείται επιπλέον η µετάδοση των πακέτων (π.χ., παράλληλα µε

τον χρόνο αναµονής στην ουρά των προηγούµενων πακέτων).

2 1 7E ¡ ¢ ∂ π ∫ ∆ π ∫ ∂ ™ ∞ ¶ ∞ ¡ ∆ ∏ ™ ∂ π ™ ¢ ƒ∞ ™ ∆ ∏ ƒ π √ ∆ ∏ ∆ ø ¡

Page 218: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2 1 8 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

4.2

Το πλαίσιο επιβεβαίωσης λήψης είναι ένα πλήρες πλαίσιο, το οποίο διαθέτει στην

επικεφαλίδα του ένα πεδίο ACK µεγέθους συνήθως µερικών µόνο bits. Παρόλο που

δεν περιέχει δεδοµένα, το µέγεθος του πλαισίου επιβεβαίωσης (αποτελούµενο από

την επικεφαλίδα, το πεδίο CRC, τις ειδικές ακολουθίες bits, κ.ά.) είναι συνήθως πολύ

µεγάλο συγκρινόµενο µε το µέγεθος του πεδίου ACK. Αποστέλλοντας λοιπόν ένα

ξεχωριστό πλαίσιο για την επιβεβαίωση λήψης, το ποσοστό της χρήσιµης πληροφο-

ρίας που µεταδίδουµε είναι µικρό και έτσι αντίστοιχα µικρός φαίνεται να είναι και

ο βαθµός αξιοποίησης του συνδέσµου.

Μέχρι τώρα γνωρίζουµε ότι από τον παραλήπτη προς τον αποστολέα µεταδίδονται

πλαίσια επιβεβαίωσης. Εάν η µεταξύ τους συνοµιλία είναι διαλεκτική, τότε από τον

παραλήπτη προς τον αποστολέα θα µεταδίδονται και πλαίσια δεδοµένων. Αν αξιο-

ποιήσουµε αυτήν την ανάστροφη ροή δεδοµένων, τότε µπορούµε να προτείνουµε

µία τεχνική βελτίωσης της χρησιµοποίησης του διαθέσιµου εύρους ζώνης του συν-

δέσµου, η οποία είναι ευρέως γνωστή ως εµβόλιµη ή επιπροσαρτηµένη επιβεβαίωση

λήψης (piggy – backing).

Σύµφωνα µ’ αυτήν την τεχνική, όταν ο παραλήπτης λάβει ένα πλαίσιο δεδοµένων

χωρίς σφάλµατα, τότε δεν συντάσσει ένα ξεχωριστό πλαίσιο επιβεβαίωσης, αλλά

περιµένει τη διέλευση ενός πακέτου προς την αντίθετη κατεύθυνση. Όταν εµφανι-

στεί ένα τέτοιο πακέτο, τότε συντάσσει το πλαίσιό του σύµφωνα µε την προσυµ-

φωνηµένη διαδικασία του αντίστοιχου πρωτοκόλλου, αλλά επιπλέον προσαρτά την

επιβεβαίωση λήψης που αναµένει (χρησιµοποιώντας το πεδίο ACK στην επικεφα-

λίδα του πλαισίου). Έτσι λοιπόν, η επιβεβαίωση ταξιδεύει δωρεάν πάνω στο επόµε-

νο εξερχόµενο πλαίσιο δεδοµένων.

Βέβαια η παραπάνω τεχνική έχει το εξής πρόβληµα: και πώς γνωρίζει ο παραλήπτης

κόµβος ότι θα διαθέτει, εντός προθεσµίας, ένα νέο πακέτο δεδοµένων µε προορισµό

τον αποστολέα, έτσι ώστε να µπορέσει να του επισυνάψει την επιβεβαίωση λήψης;

∆υστυχώς, αυτό δεν το γνωρίζει και το πρόβληµα επιλύεται ορίζοντας ένα χρονικό

διάστηµα αναµονής, στο οποίο ο παραλήπτης περιµένει την έλευση ενός νέου πακέ-

του για τον αποστολέα. Αν το πακέτο αυτό εµφανιστεί µέσα στο διάστηµα αναµο-

νής, τότε προσαρτά επάνω του την επιβεβαίωση λήψης. Στην αντίθετη περίπτωση,

αποστέλλει ένα ξεχωριστό πλαίσιο επιβεβαίωσης.

4.4

Ας θεωρήσουµε την ακολουθία µεταδόσεων πλαισίων του σχήµατος 4.14.α, στην

Page 219: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

οποία εφαρµόζεται το πρωτόκολλο SRP µε µέγεθος παραθύρου W = 3 και η αρίθ-

µηση των πλαισίων του γίνεται modulo 5. Παρατηρούµε ότι µεταδίδονται διαδοχι-

κά τα πακέτα 0, 1, 2, 3, 4 και 5, τα δε πλαίσια µετάδοσης έχουν απαριθµηθεί µε τα

νούµερα 0, 1, 2, 3, 4 και 0 αντίστοιχα. Τη χρονική στιγµή t1, στον παραλήπτη φτά-

νει το πακέτο 5.

Ας παρατηρήσουµε τώρα το σενάριο του σχήµατος 4.14.β. Τα πακέτα 0, 1 και 2

στέλνονται διαδοχικά στο δίκτυο και φτάνουν χωρίς σφάλµατα στον παραλήπτη. Η

επιβεβαίωση όµως του πλαισίου 0 χάνεται κατά τη µεταφορά της και έτσι ο απο-

στολέας µπλοκάρει µέχρις ότου εκπνεύσει η προθεσµία του πλαισίου 0. Τότε, ο απο-

στολέας επαναµεταδίδει ένα αντίγραφο του πακέτου 0, το οποίο φτάνει στον παρα-

λήπτη επίσης τη χρονική στιγµή t1.

∆ηλαδή, τη χρονική στιγµή t1, ο παραλήπτης λαµβάνει το πακέτο 5 στην πρώτη περί-

πτωση και το πακέτο 0 στη δεύτερη. Και τα δύο έχουν τον ίδιο απαριθµητή πλαισίου,

ενώ η ακολουθία αφίξεων των πλαισίων στον παραλήπτη είναι η ίδια και στις δύο περι-

πτώσεις. Με βάση τα παραπάνω, ο παραλήπτης δεν µπορεί να διακρίνει τις δύο δια-

φορετικές περιπτώσεις και το πρωτόκολλο αποτυγχάνει στη λειτουργία του.

2 1 9E ¡ ¢ ∂ π ∫ ∆ π ∫ ∂ ™ ∞ ¶ ∞ ¡ ∆ ∏ ™ ∂ π ™ ¢ ƒ∞ ™ ∆ ∏ ƒ π √ ∆ ∏ ∆ ø ¡

προθεσµία

0 1 2

0 1 2 0 1 2

0

0

01 23 4

3 4

0

5 πακέτο:

απαριθµητής:πλαισίου

(α) τη χρονική στιγµη t1 ο παραλήπτηςλαµβάνει το πακέτο 5

(β) την ίδια χρονική στιγµη t1 ο παραλήπτηςλαµβάνει ένα αντίγραφο του πακέτου 0

t1 t1

™¯‹Ì· 4.14

Ένα παράδειγµα µεταδόσεων πλαισίων, στο οποίο απεικονίζεται η λανθασµένη

λειτουργία του πρωτοκόλλου SRP, όταν η αρίθµηση των πλαισίων

του γίνεται µε ένα σύνολο απαριθµητών µικρότερο του ικανού.

Page 220: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2 2 0 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

5.2

Αρχικά θα αναπτύξουµε τα επιµέρους τοπικά δίκτυα, από ένα σε κάθε κτίριο. Εφό-

σον η έκταση που καταλαµβάνουν τα γραφεία είναι σχετικά µικρή, µπορούµε να

χρησιµοποιήσουµε τις τεχνολογίες 10Base – T, 100Base – TX ή 1000Base – T, ανά-

λογα µε το διαθέσιµο προϋπολογισµό και τις απαιτήσεις των χρηστών στην ταχύτη-

τα µετάδοσης των δεδοµένων. Στη συνέχεια, θα ενώσουµε τα επιµέρους τοπικά

δίκτυα χρησιµοποιώντας οπτικούς συνδέσµους σηµείο µε σηµείο, τεχνολογίας

100Base – FX ή 1000Base – LX.

Για την παραπάνω διασύνδεση των επιµέρους τοπικών δικτύων θα µπορούσαµε να

χρησιµοποιήσουµε και οµοαξονικό καλώδιο. Ο λόγος που δεν έχουµε αναφέρει καθό-

λου τα δίκτυα 802.3, που χρησιµοποιούν οµοαξονικά καλώδια ως φυσικό µέσο µετά-

δοσης, είναι το ότι έχουν πλέον εγκαταλειφθεί στην πράξη λόγω των κατασκευα-

στικών και λειτουργικών περιορισµών που εισάγουν στο δίκτυο.

Page 221: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

°ÏˆÛÛ¿ÚÈÔ fiÚˆÓ

BISYNC

Είναι ένα πρωτόκολλο πλαισίωσης, όπου το πλαίσιο γίνεται αντιληπτό ως µία

συλλογή από bytes. Αναπτύχθηκε από την ΙΒΜ στα τέλη της δεκαετίας του 1960

για τη διασύνδεση αποµακρυσµένων τερµατικών µε τους υπολογιστές της. Το

πλαίσιο BISYNC περιέχει στο τέλος του ένα πεδίο CRC για τον εντοπισµό των

σφαλµάτων µεταφοράς.

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection – Πολλαπλή

Πρόσβαση µε Ακρόαση Φέροντος και Ανίχνευση Συγκρούσεων)

Είναι ένα πρωτόκολλο Ελέγχου Προσπέλασης στο φυσικό µέσο, κατά το οποίο

ένας κόµβος που θέλει να µεταδώσει δεδοµένα στο δίκτυο παρατηρεί συνεχώς το

µέσο πολλαπλής πρόσβασης. Όταν διαπιστώσει ότι είναι αδρανές, τότε ξεκινάει

τη µετάδοση των δεδοµένων. Αν κατά τη µετάδοση ανιχνεύσει σύγκρουση µε

κάποιον άλλο κόµβο, τότε σταµατάει τη µετάδοση και περιµένει για ένα τυχαίο

χρονικό διάστηµα µέχρι να ξαναπροσπαθήσει.

CSMA/CΑ (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance – Πολλαπλή

Πρόσβαση µε Ακρόαση Φέροντος και Αποφυγή Συγκρούσεων)

Είναι ένα πρωτόκολλο Ελέγχου Προσπέλασης στο φυσικό µέσο παρόµοιο µε το

CSMA/CD, µε τη διαφορά ότι δεν ανιχνεύονται οι συγκρούσεις. Αντίθετα υλο-

ποιείται ένας µηχανισµός που περιορίζει στο ελάχιστο την εµφάνιση συγκρού-

σεων. Εάν τελικά υπάρξει κάποια σύγκρουση στο δίκτυο και αλλοιωθούν τα µετα-

φερόµενα πλαίσια, τότε αυτή η αλλοίωση ανιχνεύεται µέσω ενός σχήµατος επι-

βεβαίωσης λήψης των πλαισίων που υπάρχει στο ίδιο το πρωτόκολλο.

DDCMP

Είναι ένα πρωτόκολλο πλαισίωσης, όπου το πλαίσιο θεωρείται ως ένα σύνολο

από bytes. Για την οριοθέτηση του πλαισίου, υπάρχει στην επικεφαλίδα του ένα

πεδίο που δηλώνει το συνολικό µήκος του σε bytes. Επίσης, στο πλαίσιο DDCMP

υπάρχουν δύο πεδία CRC, ένα για τον έλεγχο σφαλµάτων της επικεφαλίδας και

ένα για τα µεταφερόµενα δεδοµένα.

Ethernet (IEEE 802.3)

Είναι µία οικογένεια προτύπων τοπικού δικτύου, µε κοινό χαρακτηριστικό γνώ-

Page 222: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2 2 2 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

ρισµα τη χρήση του πρωτοκόλλου CSMA/CD για τον έλεγχο προσπέλασης του

φυσικού µέσου. Οι ονοµαστικοί ρυθµοί µετάδοσης δεδοµένων στα δίκτυα

Ethernet κυµαίνονται από τα 10 Mbps έως τα 10 Gbps και συνήθως υλοποιού-

νται µε τη χρήση µεταγωγών.

FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

Είναι ένα πρότυπο για την ανάπτυξη µητροπολιτικών και τοπικών δικτύων, µε

λογική τοπολογία διπλού δακτυλίου. Το πρωτόκολλο MAC του FDDI είναι ένας

µηχανισµός διαχείρισης κουπονιού µε χρονικούς περιορισµούς, ο οποίος εγγυά-

ται την αποδοτική υποστήριξη σύγχρονης κυκλοφορίας.

HDLC (High – Level Data Link Control)

Είναι ένα πρωτόκολλο πλαισίωσης, όπου το πλαίσιο γίνεται αντιληπτό ως µία

συλλογή από bits. Η αρχή και το τέλος του πλαισίου σηµατοδοτούνται από µία

ειδική ακολουθία bits, ενώ τα µεταφερόµενα δεδοµένα περιβάλλονται από µία

επικεφαλίδα και από ένα πεδίο CRC.

IP (Internet Protocol – πρωτόκολλο διαδικτύωσης)

Είναι ένα πρωτόκολλο Επιπέδου ∆ικτύου στην αρχιτεκτονική TCP/IP, το οποίο

ελέγχει τη διευθυνσιοδότηση των κόµβων του δικτύου και τη δροµολόγηση των

πακέτων. Υλοποιεί επικοινωνία χωρίς σύνδεση (µε αυτοδύναµα πακέτα), αλλά

δεν µπορεί να εγγυηθεί ότι θα παραδώσει όλα τα πακέτα δεδοµένων στον προο-

ρισµό τους ή ότι θα τα παραδώσει µε τη σωστή σειρά.

LAPB

Είναι το πρωτόκολλο που υλοποιείται στο Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων των

δικτύων Χ.25. Το πλαίσιό του είναι παρόµοιο µ’ αυτό του πρωτοκόλλου HDLC

και χρησιµοποιεί την τεχνική επανεκποµπής GO BACK N, µε θετικές και αρνη-

τικές επιβεβαιώσεις και µέγεθος παραθύρου από 1 έως 8.

SDH (Synchronous Digital Hierarchy)

Είναι ένα πρωτόκολλο πλαισίωσης που βασίζεται στην ύπαρξη ενός κοινού ρολο-

γιού σ’ όλο το εύρος του δικτύου και χρησιµοποιείται για τη µετάδοση ψηφια-

κού σήµατος πάνω από οπτική ίνα. Το πλαίσιο του SDH είναι ακέραιο πολλα-

πλάσιο της στοιχειώδους µονάδας σύγχρονης µεταφοράς STM – 1.

Page 223: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

SONET (Synchronous Optical Network)

Είναι ένα πρωτόκολλο πλαισίωσης παρόµοιο του SDH και χρησιµοποιείται επί-

σης για τη µετάδοση ψηφιακού σήµατος πάνω από οπτική ίνα.

STM – 1 (Synchronous Transport Module – 1)

Είναι το πλαίσιο µεταφοράς δεδοµένων σε συνδέσµους SDH µε ρυθµό µετάδο-

σης ίσο µε 155,52 Mbps. Μπορούµε να το θεωρήσουµε σαν ένα πίνακα από

bytes, µεγέθους 9 γραµµών ¥ 270 στηλών. Τα πρώτα 9 bytes από κάθε γραµµή

περιέχουν τις αναγκαίες πληροφορίες ελέγχου, ενώ τα υπόλοιπα 261 bytes περιέ-

χουν τα µεταφερόµενα δεδοµένα.

TCP (Transmission Control Protocol – πρωτόκολλο ελέγχου µετάδοσης)

Είναι ένα πρωτόκολλο Επιπέδου Μεταφοράς στην αρχιτεκτονική TCP/IP, το

οποίο έχει σχεδιαστεί για να παράσχει αξιόπιστη αµφίδροµη επικοινωνία µετα-

ξύ των ενδιαφεροµένων µερών, υλοποιώντας µεταξύ τους ένα ιδεατό κύκλωµα.

Το πρωτόκολλο TCP διενεργεί σύνθετους ελέγχους σφαλµάτων και ροής στα

µεταδιδόµενα πακέτα.

UDP (User Datagram Protocol – πρωτόκολλο αυτοδύναµων πακέτων χρήστη)

Είναι ένα απλό πρωτόκολλο Επιπέδου Μεταφοράς στην αρχιτεκτονική TCP/IP,

το οποίο ανταλλάσσει αυτοδύναµα πακέτα µεταξύ των ενδιαφεροµένων µερών,

χωρίς να υποστηρίζει τεχνικές επιβεβαίωσης ή γενικότερα σχήµατα εγγυηµένης

παράδοσης.

X.25

Αποτελεί τη σύσταση της ITU – T για τα δηµόσια δίκτυα δεδοµένων και προ-

διαγράφει τη διεπαφή µεταξύ των χρηστών – συνδροµητών και του δικτύου και

τα πρωτόκολλα που χρησιµοποιούνται στα Επίπεδα 1, 2 και 3 κατά τη µεταξύ

τους επικοινωνία.

XMODEM

Είναι ένα πολύ απλό πρωτόκολλο Επιπέδου Σύνδεσης ∆εδοµένων, το οποίο υλο-

ποιεί την τεχνική επανεκποµπής του εναλλασσοµένου bit και µπορεί να χρησι-

µοποιηθεί για την εγκαθίδρυση απευθείας επικοινωνίας δύο προσωπικών υπολο-

γιστών µέσω modems.

2 2 3° § ø ™ ™ ∞ ƒ π √ √ ƒ ø ¡

Page 224: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2 2 4 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

Απόδοση ενός πρωτοκόλλου επανεκποµπής

Ορίζεται ως το µέσο ποσοστό χρόνου κατά τον οποίο ο αποστολέας µεταδίδει

καινούργια πλαίσια δεδοµένων, υποθέτοντας ότι πάντα υπάρχουν πακέτα προς

µετάδοση.

Απόσταση Hamming

Ως απόσταση Hamming µεταξύ δύο κωδικών λέξεων ορίζεται το πλήθος των bits

στα οποία διαφέρουν. Η φυσική ερµηνεία αυτής της απόστασης είναι σηµαντι-

κή, καθώς απεικονίζει το πόσο εύκολο ή δύσκολο είναι να αλλοιωθεί µία κωδι-

κή λέξη και να µετατραπεί σε µία άλλη κωδική λέξη.

Αρνητική επιβεβαίωση (NACK)

Είναι ένα πλαίσιο ελέγχου, το οποίο χρησιµοποιείται για την ταχύτερη επανεκ-

ποµπή ενός απολεσθέντος πλαισίου. Το πλαίσιο NACK αριθµείται µε τον αριθ-

µό του απολεσθέντος πλαισίου και, όταν ο αποστολέας λάβει την αρνητική επι-

βεβαίωση, αναµεταδίδει το απολεσθέν πλαίσιο που δηλώθηκε µε το NACK, χωρίς

να χρειάζεται να περιµένει την εκπνοή του αντίστοιχου χρόνου προθεσµίας.

Ασύρµατα τοπικά δίκτυα (Wireless LANs – WLANs) IEEE 802.11

Είναι µία οικογένεια προτύπων για την ανάπτυξη ασύρµατων τοπικών δικτύων στις

κοινόχρηστες περιοχές συχνοτήτων. Για τον έλεγχο προσπέλασης του φυσικού

µέσου χρησιµοποιούν κυρίως το πρωτόκολλο CSMA/CA, αλλά ταυτόχρονα δια-

θέτουν και µία προαιρετική επιλογή για την υποστήριξη σύγχρονης κυκλοφορίας.

∆ακτύλιος µε Κουπόνι (Token Ring) IEEE 802.5

Είναι ένα πρότυπο τοπικού δικτύου, µε κόµβους που συνδέονται σε τοπολογία

δακτυλίου και χρησιµοποιούν για τον έλεγχο προσπέλασης στο φυσικό µέσο το

µηχανισµό περάσµατος κουπονιού.

∆ιαµετακοµιστική ικανότητα (throughput)

Η διαµετακοµιστική ικανότητα συνήθως εκφράζεται ως το πλήθος των bits που

µπορούν να µεταφερθούν αξιόπιστα µέσα από το δίκτυο σε ένα συγκεκριµένο

χρονικό διάστηµα. π.χ. ένα δίκτυο µε διαµετακοµιστική ικανότητα 10 Mbps περι-

µένουµε ότι θα µπορεί να µεταφέρει από άκρο σε άκρο, χωρίς σφάλµατα,

10 ¥ 220 bits στο χρόνο του ενός δευτερολέπτου.

Page 225: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

∆ίκτυο µεταγωγής (switched network)

Ορίζεται εκείνο το σύνολο των διασυνδεδεµένων κόµβων όπου µερικοί κόµβοι,

οι οποίοι ονοµάζονται µεταγωγείς, είναι εξοπλισµένοι µε δύο ή περισσότερους

συνδέσµους και µία κύρια λειτουργία τους είναι η προώθηση των δεδοµένων που

λαµβάνουν από ένα σύνδεσµό τους σ’ έναν άλλο. Έτσι, µε τη συνεργασία των

µεταγωγών, µπορούµε έµµεσα να διασυνδέσουµε αποµακρυσµένους κόµβους.

Έλεγχος Κυκλικού Πλεονασµού (Cyclic Redundancy Check, CRC)

Είναι ένας µηχανισµός εντοπισµού σφαλµάτων µεταφοράς, ο οποίος υλοποιείται

επισυνάπτοντας κάποια επιπρόσθετα bits µετά από τα µεταφερόµενα δεδοµένα.

Το πλήθος των επιπρόσθετων bits είναι πολύ µικρό, συγκρινόµενο µε το πλήθος

των bits δεδοµένων και η τιµή τους προκύπτει ως το υπόλοιπο της διαίρεσης των

bits δεδοµένων δια µίας προκαθορισµένης ακολουθίας bits.

Έλεγχος Λογικής Σύνδεσης (Logical Link Control, LLC)

Είναι το ανώτερο από τα δύο επίπεδα στα οποία χωρίζεται το επίπεδο Σύνδεσης

∆εδοµένων, σύµφωνα µε το πρότυπο IEEE 802 και υλοποιεί τις υπηρεσίες µετά-

δοσης πλαισίων µεταξύ των κόµβων του τοπικού δικτύου.

Έλεγχος Προσπέλασης Μέσων (Media Access Control, MAC)

Είναι το κατώτερο από τα δύο επίπεδα στα οποία χωρίζεται το επίπεδο Σύνδεσης

∆εδοµένων, σύµφωνα µε το πρότυπο IEEE 802. Οι λειτουργίες του επιπέδου

MAC ρυθµίζουν την προσπέλαση στον κοινό σύνδεσµο πολλαπλής πρόσβασης.

Για κάθε συνοµιλία µεταξύ δύο κόµβων στο τοπικό δίκτυο, ο Έλεγχος Προσπέ-

λασης Μέσων υλοποιεί έναν ιδεατό σύνδεσµο σηµείου µε σηµείο µεταξύ των

ενδιαφεροµένων µερών.

Ενθυλάκωση (encapsulation)

Είναι µία λειτουργία που εκτελείται κατά τη µετάδοση δεδοµένων από ένα υψη-

λότερο επίπεδο σε ένα χαµηλότερο επίπεδο µίας αρχιτεκτονικής δικτύου. Τα

πακέτα του υψηλότερου επιπέδου περιβάλλονται από πληροφορίες ελέγχου που

είναι απαραίτητες για την επικοινωνία των οµότιµων οντοτήτων. Έτσι, τα πακέ-

τα των χαµηλότερων επιπέδων εµπλουτίζονται µε µία επικεφαλίδα ή και µε µία

ουρά ελέγχου ανά επίπεδο, οι οποίες αφαιρούνται σταδιακά κατά την αντίστρο-

φη διαδικασία που εκτελείται στο άκρο του παραλήπτη.

2 2 5° § ø ™ ™ ∞ ƒ π √ √ ƒ ø ¡

Page 226: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2 2 6 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

Επιβεβαίωση λήψης (ACK)

Είναι ένα πλαίσιο ελέγχου, το οποίο αποστέλλει ο παραλήπτης κόµβος στον απο-

στολέα για να τον ενηµερώσει ότι παρέλαβε, χωρίς σφάλµατα, το πλαίσιο που

του έστειλε. Μερικές φορές, είναι δυνατή η εµβόλιµη επιβεβαίωση λήψης, η

οποία προσαρτάται στην επικεφαλίδα ενός πλαισίου δεδοµένων που µεταδίδεται

προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Επίπεδο ∆ικτύου (Network Layer)

Στο Επίπεδο ∆ικτύου του µοντέλου OSI καθορίζεται ο τρόπος δροµολόγησης των

πακέτων από τον αποστολέα στον παραλήπτη και ο έλεγχος συµφόρησης του δικτύ-

ου, ενώ ταυτόχρονα υλοποιείται και το σχήµα διευθυνσιοδότησης του δικτύου.

Επίπεδο Εφαρµογής (Application Layer)

Το Επίπεδο Εφαρµογής του µοντέλου OSI παρέχει ένα σύνολο δικτυακών υπη-

ρεσιών στις τελικές εφαρµογές των χρηστών (όπως π.χ. το ηλεκτρονικό ταχυ-

δροµείο, η µεταφορά αρχείων, η προσοµοίωση τερµατικού, η σύνδεση σε απο-

µακρυσµένους σταθµούς εργασίας, κ.ά.).

Επίπεδο Μεταφοράς (Transport Layer)

Στο Επίπεδο Μεταφοράς του µοντέλου OSI ελέγχεται η από άκρο σε άκρο επι-

κοινωνία µεταξύ των τερµατικών κόµβων. Συγκεκριµένα, υλοποιείται το κανάλι

επικοινωνίας, ελέγχεται η αξιόπιστη µεταφορά των µηνυµάτων στον προορισµό

τους, εκτελούνται οι λειτουργίες της πολυπλεξίας στις περιπτώσεις όπου περισ-

σότερα από ένα διαφορετικά µηνύµατα χρησιµοποιούν το ίδιο κανάλι επικοινω-

νίας ή όπου ένα µήνυµα µπορεί να χρησιµοποιήσει περισσότερα από ένα κανάλια

επικοινωνίας µεταξύ του αποστολέα και του προορισµού και τέλος διενεργείται

και ο έλεγχος της ροής των δεδοµένων µεταξύ των τερµατικών κόµβων.

Επίπεδο Παρουσίασης (Presentation Layer)

Το Επίπεδο Παρουσίασης του µοντέλου OSI ασχολείται µε την αναπαράσταση

των δεδοµένων και έχει ως κύρια λειτουργία την εξασφάλιση της αναγνωσιµό-

τητάς τους, ακόµα και µεταξύ κόµβων που χρησιµοποιούν διαφορετικές µορφές

αναπαράστασης της πληροφορίας. Επίσης, σ’ αυτό το Επίπεδο συµφωνείται η

τεχνική συµπίεσης δεδοµένων και το σχήµα κρυπτογράφησης της πληροφορίας

που θα ακολουθούν ο αποστολέας και ο παραλήπτης κόµβος.

Page 227: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων (Data Link Layer)

Οι λειτουργίες που εκτελούνται στο Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων µπορούν να µας

εξασφαλίσουν την αξιόπιστη µεταφορά των δεδοµένων πάνω από τα φυσικά µέσα

και να ελέγξουν τη ροή δεδοµένων µεταξύ δύο κόµβων, έτσι ώστε να µην στέλνο-

νται περισσότερα δεδοµένα από αυτά που µπορεί να δεχτεί ο κόµβος προορισµού.

Επιπλέον, σ’ αυτό το επίπεδο του µοντέλου OSI υλοποιείται και το σχήµα διευ-

θυνσιοδότησης, που ενδέχεται να υποστηρίζει το φυσικό µέσο µετάδοσης.

Επίπεδο Συνόδου (Session Layer)

Στο Επίπεδο Συνόδου διενεργούνται όλες οι απαραίτητες λειτουργίες για την εγκα-

θίδρυση, την επίβλεψη και τον τερµατισµό των συνόδων (sessions) µεταξύ των τελι-

κών εφαρµογών. Επίσης, από αυτό το επίπεδο του µοντέλου OSI προσφέρεται και

η υπηρεσία συγχρονισµού, η οποία χαρακτηρίζεται εξαιρετικά χρήσιµη για την απο-

τελεσµατική αντιµετώπιση καταστάσεων κατάρρευσης της σύνδεσης.

Ιδεατό τοπικό δίκτυο (Virtual LAN, VLAN)

Το VLAN καλύπτει την ανάγκη δηµιουργίας πολλαπλών και ανεξάρτητων περιο-

χών καθολικής εκποµπής µεταξύ των κόµβων ενός εκτεταµένου τοπικού δικτύ-

ου, ανεξάρτητα από τη φυσική τους θέση. Με τα VLAN επιτυγχάνουµε την οµα-

δοποίηση των χρηστών σε οµοειδή λειτουργικά σύνολα.

Καθυστέρηση µεταφοράς

Εκφράζει το χρονικό διάστηµα που απαιτείται για να µεταφερθεί ένα bit από ένα

άκρο του δικτύου σε ένα άλλο άκρο και ισούται µε το άθροισµα τριών όρων: (α)

του χρόνου διάδοσης, (β) του χρόνου µετάδοσης και (γ) του χρόνου αναµονής

στην ουρά των ενδιάµεσων µεταγωγών.

Κώδικας δέσµης (n, k)

Είναι ένας κώδικας διόρθωσης σφαλµάτων, στον οποίο η κωδική λέξη (µήκους n

bits) δηµιουργείται από την αλληλουχία της αρχικής ακολουθίας δεδοµένων

(µήκους k bits) µε µία ακολουθία από bits ελέγχου (µήκους n – k bits). Οι τιµές

των bits ελέγχου εξαρτώνται µόνο από τις τιµές των bits δεδοµένων. Το σύνολο

των 2k έγκυρων κωδικών λέξεων ονοµάζεται σύστηµα κωδικοποίησης ή κώδικας

δέσµης (n, k) και είναι υποσύνολο των 2n διαφορετικών στοιχείων µήκους n bits.

2 2 7° § ø ™ ™ ∞ ƒ π √ √ ƒ ø ¡

Page 228: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2 2 8 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

Κώδικες διόρθωσης σφαλµάτων (Error Correction Codes, ECC)

Είναι µία οικογένεια τεχνικών αντιµετώπισης των σφαλµάτων µεταφοράς, σύµ-

φωνα µε τις οποίες το πλαίσιο, κατά τη σύνθεσή του στον αποστολέα κόµβο, εφο-

διάζεται µε επιπρόσθετη πληροφορία ικανή για τον εντοπισµό και τη διόρθωση

ενός µέρους από τα πιθανά σφάλµατα µεταφοράς. Αυτή η διόρθωση εκτελείται

κατά την άφιξη των πλαισίων στον παραλήπτη κόµβο.

Μεταγωγέας Ethernet (Ethernet switch)

Είναι µία συσκευή εξοπλισµένη µε πολλές θύρες, η οποία διαθέτει τη δυνατότη-

τα µετάδοσης περισσοτέρων του ενός πλαισίων ανά χρονική στιγµή. Χρησιµο-

ποιείται για τη δηµιουργία πολλαπλών περιοχών συγκρούσεων στο τοπικό δίκτυο,

η οποία οδηγεί σε βελτίωση της απόδοσής του σε σχέση µε την υλοποίηση που

βασίζεται σε συγκεντρωτή.

Μεταγωγή κυκλώµατος (circuit switching)

Στη µεταγωγή κυκλώµατος, η µετάδοση δεδοµένων είναι εφικτή µόνο µετά την

εγκαθίδρυση µιας φυσικής ζεύξης – κυκλώµατος µεταξύ των δύο ενδιαφεροµέ-

νων κόµβων. Η διαδροµή και το απαιτούµενο εύρος ζώνης δεσµεύονται για την

εξυπηρέτηση της συγκεκριµένης κλήσης και παραµένουν σταθερά καθόλη τη

διάρκειά της, ενώ αποδεσµεύονται µε το πέρας αυτής. Η µετάδοση των δεδοµέ-

νων είναι διαφανής, δηλαδή δεν υποβάλλονται σε καµία επεξεργασία κατά τη διέ-

λευσή τους από το δίκτυο.

Μεταγωγή µε αυτοδύναµα πακέτα (datagrams)

Είναι εκείνη η τεχνική µεταγωγής πακέτων όπου οι µεταγωγείς του δικτύου επιλέ-

γουν το σύνδεσµο επαναπροώθησης σε κάθε πακέτο της ροής δεδοµένων ξεχωρι-

στά. Έτσι, τα πακέτα µιας ροής δεδοµένων µπορούν να ακολουθήσουν διαφορετι-

κές διαδροµές κατά τη µεταφορά τους από τον αποστολέα στον παραλήπτη κόµβο.

Μεταγωγή πακέτων (packet switching)

Είναι µία µέθοδος δικτύωσης όπου τα δεδοµένα κατακερµατίζονται σε µικρότε-

ρα τµήµατα πριν από τη µετάδοσή τους. Αυτά τα τµήµατα δεδοµένων τα ονοµά-

ζουµε πακέτα. Στον κόµβο προορισµού, τα αρχικά δεδοµένα επανασυνθέτονται

από τα ληφθέντα πακέτα.

Page 229: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

Μεταγωγή πακέτων µε ιδεατά κυκλώµατα

Είναι εκείνη η τεχνική µεταγωγής πακέτων όπου οι µεταγωγείς του δικτύου δρο-

µολογούν τα πακέτα µιας ροής δεδοµένων από τον ίδιο πάντα σύνδεσµο εξόδου.

Έτσι, όλα τα πακέτα µιας ροής δεδοµένων ακολουθούν πάντα την ίδια διαδροµή

κατά τη µεταφορά τους από τον αποστολέα στον παραλήπτη κόµβο.

Μετάδοση µε αποθήκευση – και – προώθηση

Είναι µία τεχνική που ακολουθείται στα δίκτυα µεταγωγής πακέτων και είναι

συνήθως εξαιρετικά αποδοτική ως προς το συνολικό χρόνο µετάδοσης της πλη-

ροφορίας. Σύµφωνα µ’ αυτήν την τεχνική, όταν ένας κόµβος λαµβάνει δεδοµένα

από κάποιον σύνδεσµο, τα αποθηκεύει στην προσωρινή του µνήµη, µέχρις ότου

αυτά να σχηµατίσουν ένα πλήρες πακέτο και στη συνέχεια προωθεί αυτό το πακέ-

το προς το σύνδεσµο εξόδου.

Μοντέλο αναφοράς OSI

Ο ∆ιεθνής Οργανισµός Τυποποίησης έχει διατυπώσει µία σειρά από οδηγίες και

συστάσεις για την ανταλλαγή πληροφοριών σε δίκτυα υπολογιστών, οι οποίες συν-

θέτουν το µοντέλο αναφοράς OSI. Το µοντέλο αυτό αποτελείται από επτά ανεξάρ-

τητα επίπεδα και προσδιορίζει τις λειτουργίες του κάθε επιπέδου και τις σχέσεις ανά-

µεσά τους. Το µοντέλο αναφοράς OSI δεν αποτελεί µία αρχιτεκτονική δικτύου,

καθώς δεν καθορίζει τα αναγκαία πρωτόκολλα και τα σηµεία επαφής τους.

Πέρασµα κουπονιού

Είναι ένα µηχανισµός για τον έλεγχο προσπέλασης στο φυσικό µέσο, που βασί-

ζεται στην ύπαρξη ενός ειδικού πλαισίου στο δίκτυο που ονοµάζεται κουπόνι. Το

κουπόνι µεταφέρεται συνεχώς από κόµβο σε κόµβο του δικτύου και δεσµεύεται

διαδοχικά από κάθε κόµβο. Ένας κόµβος µπορεί να µεταδώσει δεδοµένα µόνο

όταν έχει δεσµεύσει το κουπόνι του δικτύου.

Πίνακας Τυπικής ∆ιάταξης

Ο Πίνακας Τυπικής ∆ιάταξης χρησιµοποιείται για τη διόρθωση των σφαλµάτων

µεταφοράς. Η λειτουργία αυτή βασίζεται στην ιδιότητα της µοναδικής αντιστοίχη-

σης κάθε δυνατής εισερχόµενης ακολουθίας bits σε µία έγκυρη κωδική λέξη. Συγκε-

κριµένα, για ένα γραµµικό κώδικα δέσµης (n, k), ο Πίνακας Τυπικής ∆ιάταξης απει-

κονίζει έναν πιθανό διαµοιρασµό των 2n n – άδων σε 2k µη επικαλυπτόµενες οµάδες,

έτσι ώστε κάθε έγκυρη κωδική λέξη να ανήκει µόνο σε µία από αυτές τις οµάδες.

2 2 9° § ø ™ ™ ∞ ƒ π √ √ ƒ ø ¡

Page 230: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2 3 0 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

Πλαισίωση

Τα προς µετάδοση bits, που εισέρχονται στο Φυσικό Επίπεδο του αποστολέα κόµ-

βου, είναι οµαδοποιηµένα σε λογικές ενότητες που καλούνται πλαίσια. Κάθε

πλαίσιο είναι εξοπλισµένο µε διάφορες πληροφορίες ελέγχου. Η διαδικασία σύν-

θεσης των πλαισίων εκτελείται στο Επίπεδο Σύνδεσης ∆εδοµένων του µοντέλου

OSI και ονοµάζεται πλαισίωση.

Πολύπλεξη χρόνου (Time Division Multiplexing, TDM)

Είναι µία µέθοδος διαµοιρασµού των ενδιάµεσων συνδέσµων ενός δικτύου, όπου

ο χρόνος µοιράζεται σε πολύ µικρά στοιχειώδη τµήµατα και η εξυπηρέτηση των

κόµβων γίνεται κυκλικά, δεσµεύοντας εκ των προτέρων ένα ή περισσότερα στοι-

χειώδη τµήµατα χρόνου για κάθε κόµβο ανά κύκλο εξυπηρέτησης.

Προσθήκη bits (bit stuffing)

Είναι µία τεχνική που χρησιµοποιείται στα πρωτόκολλα πλαισίωσης όπου το πλαί-

σιο θεωρείται ως ένα σύνολο από bits και καλείται να αντιµετωπίσει την ανεπιθύ-

µητη εµφάνιση κάποιων ειδικών ακολουθιών bits µέσα στα δεδοµένα του πλαισίου.

Πρωτόκολλο εναλλασσοµένου bit (Alternating Bit Protocol, ABP)

Είναι ένα πρωτόκολλο επανεκποµπής, που βασίζεται στην πρακτική της παύσης

και αναµονής. Έτσι, µόλις ο αποστολέας µεταδώσει ένα πλαίσιο, περιµένει την

επιβεβαίωση λήψης από τον παραλήπτη πριν προχωρήσει στην αποστολή του

επόµενου πλαισίου. Εάν αυτή η επιβεβαίωση δεν φτάσει µέσα στον προσυµφω-

νηµένο χρόνο προθεσµίας, τότε µεταδίδει ξανά το πλαίσιο.

Πρωτόκολλο επιλεκτικής επανάληψης (Selective Repeat Protocol, SRP)

Είναι ένα πρωτόκολλο επανεκποµπής που, όπως και το GBN, επιτρέπει στον απο-

στολέα να έχει περισσότερα του ενός ανεπιβεβαίωτα πλαίσια υπό µεταφορά. Η

διαφορά τους είναι ότι ο παραλήπτης αποθηκεύει προσωρινά τα πλαίσια που λαµ-

βάνει εκτός σειράς και έτσι ο αποστολέας χρειάζεται να επαναµεταδώσει µόνο

το πλαίσιο που δεν επιβεβαιώθηκε εµπρόθεσµα.

Πρωτόκολλο οπισθοχώρησης κατά Ν (Go Back N, GBN)

Είναι ένα πρωτόκολλο επανεκποµπής που επιτρέπει στον αποστολέα να έχει

περισσότερα του ενός ανεπιβεβαίωτα πλαίσια υπό µεταφορά. Ο παραλήπτης

Page 231: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

απορρίπτει τα πλαίσια που λαµβάνει εκτός σειράς και επιβεβαιώνει τα σωστά

ληφθέντα πλαίσια. Εάν ο αποστολέας δε λάβει µία επιβεβαίωση λήψης εντός της

προθεσµίας, τότε µεταδίδει το αντίστοιχο παράθυρο µε πλαίσιο έναρξης το ανε-

πιβεβαίωτο πλαίσιο του οποίου έληξε ο χρόνος προθεσµίας.

Στατιστική πολύπλεξη (statistical multiplexing)

Είναι µία µέθοδος αποδοτικού διαµοιρασµού ενός καναλιού / µέσου µετάδοσης

που εφαρµόζεται στα δίκτυα µεταγωγής πακέτων. Σύµφωνα µ’ αυτήν, όλα τα

εισερχόµενα πακέτα ενός µεταγωγέα αποθηκεύονται σ’ έναν ή περισσότερους

προσωρινούς ενταµιευτές. Ο µεταγωγέας, σύµφωνα µε µία προκαθορισµένη πολι-

τική εξυπηρέτησης, επιλέγει από τον ενταµιευτή εκείνο το πακέτο το οποίο θα

µεταφέρει προς µετάδοση στο διαµοιραζόµενο σύνδεσµο.

Συνεχής διοχέτευση (pipelining)

Είναι εκείνη η κατάσταση λειτουργίας κατά την οποία επιτρέπεται στον αποστο-

λέα να µεταδίδει συνεχώς πλαίσια δεδοµένων, µέχρις ότου λάβει το πρώτο πλαί-

σιο επιβεβαίωσης, επιτυγχάνοντας έτσι αύξηση της απόδοσης ενός πρωτοκόλλου

επανεκποµπής σε σχέση µε τη µέθοδο παύσης και αναµονής.

Τοπικό δίκτυο (Local Area Network, LAN)

Ορίζεται το σύνολο των διασυνδεδεµένων υπολογιστών που εκτείνονται σε σχε-

τικά µικρή περιοχή (π.χ. στα όρια ενός κτιρίου ή γειτονικών κτιρίων).

Φυσικό Επίπεδο (Physical Layer)

Είναι το χαµηλότερο επίπεδο στο µοντέλο αναφοράς OSI, στο οποίο καθορίζο-

νται οι ηλεκτρικές, µηχανικές και λειτουργικές προδιαγραφές για τη µετάδοση

των δεδοµένων πάνω από ένα φυσικό µέσο, όπως π.χ. η οπτική ίνα, το οµοαξο-

νικό καλώδιο, η µικροκυµατική ζεύξη, κ.ά.

Χρόνος διάδοσης

Είναι ο απαιτούµενος χρόνος για να διαδοθεί ένα bit διαµέσου των φυσικών µέσων

που συνθέτουν την από άκρο – σε – άκρο διαδροµή και έχει ως κάτω φράγµα το

πηλίκο της απόστασης των δύο άκρων δια την ταχύτητα διάδοσης του φωτός.

2 3 1° § ø ™ ™ ∞ ƒ π √ √ ƒ ø ¡

Page 232: · PDF file∆ίκτυα Yπολογιστών I Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την

2 3 2 ¢ I K T YA Y ¶ O § O ° I ™ T ø N I

Χρόνος µετάδοσης

Για µία συγκεκριµένη από άκρο σε άκρο διαδροµή του δικτύου, ο χρόνος µετά-

δοσής της ισούται µε τον αντίστροφο της αντίστοιχης διαµετακοµιστικής ικανό-

τητας της διαδροµής, π.χ. σε µία διαδροµή δικτύου µε διαµετακοµιστική ικανό-

τητα 10 Mbps = 10 ¥ 220 bps, ο χρόνος µετάδοσης ενός bit θα είναι κάτι λιγότε-

ρο από 0,1 µsec.