Κεφάλαιο 1 – Ε Π Α Ν Α Λ Η Ψ Η

Αρχές Δικτύων Επικοινωνιών

ΝΑΘΑΝΑΗΛΙΔΗΣ ΕΛΕΥΘΕΡΙΟΣ

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΣ ΜΗΧΑΝΙΚΟΣ ΠΕ12-06

enathan1960@gmail.com

Σύνδεση από σημείο σε σημείο

Όσο ο αριθμός των χρηστών αυξάνεται, οι γραμμές πολλαπλασιάζονται.Στην πράξη είναι αδύνατη αυτή η υλοποίηση.

Σύνδεση κοινής χρήσης

Διαμοιρασμόςκοινής

γραμμήςεπικοινωνίας.

Επικοινωνιακά δίκτυα

Υπηρεσίες δικτύων επικοινωνίας

Θεμελιώδης αρχήΗ πληροφορία μεταφέρεται και αποθηκεύεται με

τη μορφή bits

Κατηγορίες υπηρεσιών επικοινωνίαςΣύγχρονεςΑσύγχρονες

1 0 1 0 0 1 1 1 0 1

Σύγχρονη υπηρεσία επικοινωνίας

Σταθερός ρυθμός μετάδοσης της πληροφορίαςΚάθε bit φτάνει στο δέκτη με την ίδια καθυστέρηση που φεύγει από τον πομπόΠχ το τηλεφωνικό δίκτυο

Ασύγχρονη υπηρεσία επικοινωνίας

Η σειρά από bits διαιρείται σε πακέταΤο κάθε πακέτο μεταδίδεται ανεξάρτητα από το άλλο

Ασύγχρονη υπηρεσία με σύνδεση

Αξιόπιστη σύνδεσηΤα πακέτα μεταφέρονται με τη σειρά που στάλθηκανΜπορεί να υπάρχει εγγύηση

Ασύγχρονη υπηρεσίαχωρίς σύνδεση

Μεταφορά με τυχαία σειράΑπώλειες-λάθη κατά τη μεταφοράΔυνατότητα ύπαρξης μηχανισμού επιβεβαίωσης λήψης

Παραδείγματα

ΣύγχρονηΤηλεφωνίαΑσύγχρονη με σύνδεσηΕπικοινωνία Η/ΥΑσύγχρονη χωρίς σύνδεσηΗλεκτρονικό ταχυδρομείοΟμάδες συζητήσεων

Μεταγωγή

Η μεταφορά της πληροφορίας από διαδοχικούς κόμβους του δικτύου για να φτάσει από τον πομπό στο δέκτηΥπάρχουν δυο τεχνικές μεταγωγήςΜεταγωγή κυκλώματοςΜεταγωγή πακέτου

Μεταγωγή κυκλώματος

Αποκαθίσταται μια αποκλειστική φυσική σύνδεση μεταξύ δυο κόμβων, που διατηρείται σε όλη τη διάρκεια της επικοινωνίαςΠεριλαμβάνει τρεις φάσεις1.Αποκατάσταση κυκλώματος2.Μεταφορά πληροφορίας3.Τερματισμός κυκλώματος

Οι τρεις φάσεις

1.Αποκατάσταση κυκλώματος

2.Μεταφορά πληροφορίας

3.Τερματισμός κυκλώματος

Πλεονεκτήματα-Μειονεκτήματα

ΠλεονεκτήματαΑξιοπιστίαΤαχύτηταΣταθερός ρυθμόςΜειονεκτήματαΔέσμευση πόρων => μπλοκάρισμα κλήσεωνΧαμηλή αξιοποίηση πόρωνΚαθυστέρηση κατά την αποκατάσταση κυκλώματοςΔυσκολία σύνδεσης κόμβων διαφορετικών προδιαγραφών

Μεταγωγή πακέτου

Τεμαχισμός πληροφορίας σε πακέταΚάθε πακέτο περιέχει:Τμήμα της προς μετάδοση πληροφορίαςΜια διεύθυνση προορισμούΈναν αριθμό σειράςΚάθε κόμβος, αφού λάβει ολόκληρο το πακέτο, το προωθεί στον επόμενοΚάθε πακέτο μπορεί να ακολουθεί τον ίδιο ή διαφορετικό δρόμο

Μεταγωγή πακέτου

Πλεονεκτήματα μεταγωγής πακέτου

Αξιοποίηση των τηλεπικοινωνιακών γραμμών (ανάλογα των αναγκών).Μεταβλητός ρυθμός μετάδοσης δεδομένων (πομπού και δέκτη).Σε αυξημένη χρήση του δικτύου συνεχίζει να δέχεται πακέτα αλλά καθυστερεί στην παράδοσή τους.Εφαρμογή προτεραιοτήτων στα πακέτα.Αν υπάρξει βλάβη σε κάποια επικοινωνιακή γραμμή τα πακέτα χρησιμοποιούν τις υπόλοιπες γραμμές.Στις επικοινωνίες Η/Υ η μετάδοση γίνεται σποραδικά => η μεταγωγή κυκλώματος δεν είναι αποδοτική => πλεονεκτεί η μεταγωγή πακέτου.

Μειονεκτήματα μεταγωγής πακέτου

Κάθε επικοινωνιακός κόμβος χρειάζεται να επεξεργαστεί τα πακέτα (αποθήκευση, απόφαση δρομολόγησης). Στην περίπτωση της μεταγωγής κυκλώματος ο κάθε επικοινωνιακός κόμβος απλά προωθεί το πακέτο στο επόμενο κόμβο με βάση το κύκλωμα / διαδρομή που έχει επιλεχθεί.

Μέθοδοι μεταγωγής πακέτου

Αυτοδύναμο πακέτο (datagram): το κάθε πακέτο ακολουθεί το δικό του δρόμο στο δίκτυο => παράδειγμα μαθητών που μετακινούνται με λεωφορεία. Τα λεωφορεία επιλέγουν (ανάλογα με κυκλοφοριακές συνθήκες) διαφορετική διαδρομή το καθένα για να φτάσουν στο προορισμό (με διαφορετική σειρά από ότι ξεκίνησαν).

Μεταγωγή Πακέτου - Αυτοδύναμο Πακέτο (datagram)

Όπως βλέπουμε το κάθε πακέτο ακολουθεί το δικό του δρόμο στο δίκτυο. Εδώ ο καταχωρητής Κ6 συλλέγει τα πακέτα που έρχονται με διαφορετική σειρά από ότι στάλθηκαν και τα βάζει σε σωστή σειρά.

Μέθοδοι μεταγωγής πακέτου

Μέθοδος νοητού κυκλώματος: πριν αρχίσει η ανταλλαγή των πακέτων, επιλέγεται η καλύτερη διαδρομή. Αυτή την διαδρομή ακολουθούν όλα τα πακέτα => στο παράδειγμα με τα λεωφορεία, εδώ όλα τα λεωφορεία ακολουθούν τον ίδιο δρόμο το ένα πίσω από τον άλλο. Τα πακέτα έρχονται ταξινομημένα σε σειρά που αποστάλθηκαν.

Μεταγωγή πακέτου – Νοητό Κύκλωμα

Παρατηρούμε: Το κάθε πακέτο έρχεται με την σειρά που αποστάλθηκε, ακολουθώντας την διαδρομή που επιλέχθηκε (νοητό κύκλωμα).

Πολυπλεξία - multiplexing

Τεχνική που επιτρέπει δεδομένα από πολλές πηγές να μεταδίδονται μέσα από την ίδια γραμμή επικοινωνίας.

Πολυπλέκτης: Συνθέτει (πολυπλέκει) τα δεδομένα από τις ν γραμμές εισόδου και τα μεταδίδει μέσα από γραμμή μεγαλύτερης χωρητικότητας.Αποπολυπλέκτης: Λαμβάνει την πολυπλεγμένη ροή δεδομένων, χωρίζει τα δεδομένα ανάλογα με το κανάλι, στο οποίο ανήκουν και τα οδηγεί στις αντίστοιχες γραμμές εξόδου.

Αργές γραμμές(π.χ. απλά

τηλεφωνικάΚαλώδια)

Γρήγορη γραμμή (π.χ. οπτική ίνα)

Πολυπλεξία διαίρεσης συχνότητας

Καλώδια όπου περνάνε σήματα φωνής με συχνότητες 300..3.400Hz

ΓρήγορηΓραμμή

Επικοινωνίας

Ο πολυπλέκτης παίρνει ως είσοδο τις γραμμές του τηλεφωνικού δικτύου. Κατόπιν αναλύει τα σήματα φωνής σε συχνότητες (σήματα ημιτόνων) σύμφωνα με την θεωρία Fourrier που είδαμε. Κατόπιν τα σήματα αυτά μεταφέρονται στην γρήγορη γραμμή επικοινωνίας σε υψηλότερες συχνότητες (σε ζώνες).

Πολυπλεξία διαίρεσης συχνότητας

Η γρήγορη γραμμή επικοινωνίας χωρίζεται σε κανάλια, όπου σε κάθε κανάλι περνάνε ένα σύνολο συχνοτήτων.

Παράδειγμα χρήσης διαίρεσης συχνότητας

Οι ραδιοφωνικοί σταθμοί (π.χ. στα fm):

•Οι σταθμοί εκπέμπουν χρησιμοποιώντας ηλεκτρομαγνητικά κύματα στην ατμόσφαιρα ανάμεσα από τα 88MHz – 108MHz.

•Ο κάθε σταθμός εκπέμπει σε μια συγκεκριμένη συχνότητα / κανάλι / ζώνη. Π.χ. στο 90,9Mhz εκπέμπει το Τρίτο Πρόγραμμα, στο 93,6Mhz εκπέμπει ο Kosmos FM.

Πολυπλεξία διαίρεσης συχνότητας

•Χρησιμοποιείται για την μετάδοση αναλογικών σημάτων.

•Κάθε σήμα καταλαμβάνει διαφορετική ζώνη η οποία καθορίζεται από τον πολυπλέκτη.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Radio-icon.svg Ραδιοφωνικές κεραίες στην περιοχή Νυμφαία, Κομοτηνή.

Πολυπλεξία διαίρεσης συχνότητας

•Χρησιμοποιείται για την μετάδοση αναλογικών σημάτων.

•Κάθε σήμα καταλαμβάνει διαφορετική ζώνη η οποία καθορίζεται από τον πολυπλέκτη.

Πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου

Η γρήγορη γραμμή επικοινωνίας χωρίζεται σε χρονοθυρίδες. Σε κάθε χρονική περίοδο, που διαρκεί η χρονοθυρίδα, μια μόνο γραμμή εισόδου επιτρέπεται να στέλνει δεδομένα. Αυτό γίνεται τόσο γρήγορα που μας δίνει την αίσθηση ότι στέλνουν δεδομένα όλες οι γραμμές εισόδου μαζί.

Στατιστική πολυπλεξία

Η πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου όπως εφαρμόζεται από την επικοινωνία Η/Υ όπου ο κάθε υπολογιστής μπορεί να στέλνει δεδομένα με διαφορετική ταχύτητα.

Αυτό γίνεταιμε το switch

σε ένα δίκτυοΗ/Υ.

Πολυπλεξία επιμερισμού χρόνου: Καταχωρητής - Συλλέκτης

Ο καταχωρητής είναι μια ειδική υπολογιστική διάταξη: δέχεται δεδομένα εισόδου από μια ομάδα τερματικών, και να συγκεντρώνει τα δεδομένα εξόδου σε μια γραμμή, κάνοντας επίσης και την αντίστροφη λειτουργία.

•Προσαρμογή ρυθμού μετάδοσης: Αποθηκεύει τα δεδομένα που αποστέλλονται από τις τερματικές διατάξεις, με τέτοιο τρόπο, ώστε να μπορούν να ξαναδιαβαστούν με ρυθμό διαφορετικό από το ρυθμό με τον οποίο αποθηκεύτηκαν.

•Προσφέρει μνήμη: προκειμένου να αποθηκευτούν προσωρινά τα μηνύματα των τερματικών διατάξεων.

•Δρομολόγηση πακέτων: ρυθμίζει την κατανομή της διαθέσιμης χωρητικότητας της γραμμής επικοινωνίας.

Παράδειγμα χρήσης διαίρεσης συχνότητας

Οι ραδιοφωνικοί σταθμοί (π.χ. στα fm):

•Οι σταθμοί εκπέμπουν χρησιμοποιώντας ηλεκτρομαγνητικά κύματα στην ατμόσφαιρα ανάμεσα από τα 88MHz – 108MHz.

•Ο κάθε σταθμός εκπέμπει σε μια συγκεκριμένη συχνότητα / κανάλι / ζώνη. Π.χ. στο 90,9Mhz εκπέμπει το Τρίτο Πρόγραμμα, στο 93,6Mhz εκπέμπει ο Kosmos FM.

Πολυπλεξία διαίρεσης συχνότητας

•Χρησιμοποιείται για την μετάδοση αναλογικών σημάτων.

•Κάθε σήμα καταλαμβάνει διαφορετική ζώνη η οποία καθορίζεται από τον πολυπλέκτη.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Radio-icon.svg Ραδιοφωνικές κεραίες στην περιοχή Νυμφαία, Κομοτηνή.

Πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου

Η γρήγορη γραμμή επικοινωνίας χωρίζεται σε χρονοθυρίδες. Σε κάθε χρονική περίοδο, που διαρκεί η χρονοθυρίδα, μια μόνο γραμμή εισόδου επιτρέπεται να στέλνει δεδομένα. Αυτό γίνεται τόσο γρήγορα που μας δίνει την αίσθηση ότι στέλνουν δεδομένα όλες οι γραμμές εισόδου μαζί.

Στατιστική πολυπλεξία

Η πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου όπως εφαρμόζεται από την επικοινωνία Η/Υ όπου ο κάθε υπολογιστής μπορεί να στέλνει δεδομένα με διαφορετική ταχύτητα.

Πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου

•Χρησιμοποιείται για την μετάδοση ψηφιακών σημάτων.

•Κάθε σήμα χρησιμοποιεί την γραμμή μεταφοράς για ελάχιστο χρόνο αλλά αυτό γίνεται τόσο γρήγορα που εμείς νομίζουν ότι τα σήματα στέλνονται παράλληλα.

•Στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές η μετάδοση δεδομένων γίνεται σποραδικά => άρα η πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου είναι καταλληλότερη.

Επικοινωνία σταθμών / κόμβων σε δίκτυο:

Πρωτόκολλο επικοινωνίας: Για την επικοινωνία των σταθμών σε ένα δίκτυο χρησιμοποιείται ένα σύνολο κανόνων = κοινή γλώσσα/κώδικας επικοινωνίας, δηλαδή «μιλούν την ίδια γλώσσα».

Παράδειγμα επικοινωνίας με σήματα καπνού.

Πρωτόκολλο επικοινωνίας

•Ένα σύνολο κανόνων που χρησιμοποιείται για την επικοινωνία δυο σταθμών σε ένα δίκτυο•Παραδείγματα–TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)

Πρωτόκολλο α Ελέγχου Μετάδοσης και πρωτόκολλο του Internet–HTTP (Hyper Text Transfer Protocol)

Πρωτόκολλο Μεταφοράς Υπερκειμένου–Torrent

Πρωτόκολλο μεταφοράς αρχείων

Στρωματοποιημένη αρχιτεκτονική δικτύου

•Ο σχεδιασμός και η υλοποίηση ενός δικτύου γίνεται σε ανεξάρτητα δομικά στοιχεία που ονομάζονται στρώματα (layers) ή επίπεδα (levels)•Πλεονεκτήματα:– Διαχωρισμός του προβλήματος σε μικρότερα (διαίρει και βασίλευε)–Εύκολη προσθήκη ή βελτίωση υπηρεσιών ανά επίπεδο

Διεπαφή

•Καθορίζει–τις βασικές λειτουργίες και υπηρεσίες που προσφέρει κάθε επίπεδο στο ανώτερό του και

–τα μηνύματα που ανταλλάσσουν δυο γειτονικά επίπεδα

Αρχιτεκτονική Δικτύου σε επίπεδα

Παράδειγμα επικοινωνίας επιχειρηματιών σε επίπεδα

Έστω 2 επιχειρηματίες, ένας Κινέζος και ένας Έλληνας που βρίσκονται ο καθένας στην χώρα του και θέλουν να επικοινωνήσουν τηλεφωνικά για να συνεργαστούν. Οι επιχειρηματίες αποτελούν το 3ο επίπεδο επικοινωνίας (επίπεδο επιχειρηματιών). Και οι δύο χρησιμοποιούν μεταφραστές (2ο επίπεδο) οι οποίοι συμφωνούν να επικοινωνήσουν στα αγγλικά. Οι μεταφραστές χρησιμοποιούν γραμματείς (1ο επίπεδο) οι οποίοι συμφωνούν να στέλνουν τα έγγραφα μέσω fax.

Bit

Πλαίσιο

Πακέτο

Υλικό

Πακέτο

ΔεδομέναΛογισμικό

Το μοντέλο OSI•OSI (Open Systems Interconnection): Μοντέλο αναφοράς διασύνδεσης ανοικτών συστημάτων.

Τοπικά Δίκτυα Η/Υ

Τοπικά Δίκτυα Η/Υ

Δίκτυα Ευρείας Περιοχής

Διαφορές τοπικού / δικτύου ευρείας περιοχής

•Το τοπικό δίκτυο (LAN) ανήκει σε κάποιο οργανισμό (π.χ. σχολείο, εταιρία) όπου αυτός ασχολείται με την συντήρηση του εξοπλισμού κλπ.

•Ένα δίκτυο ευρείας περιοχής (WAN) είναι ένα δίκτυο από τοπικά δίκτυα (LAN).

•Οι ταχύτητες μετάδοσης σε ένα τοπικό δίκτυο είναι πάρα πολύ μεγαλύτερες από ότι σε ένα ευρείας περιοχής.