Ευάγγελος Παπαπέτρου

Transcript

1 Δίκτυα Υπολογιστών Μετάδοση Πληροφορίας και Δομικά Στοιχεία Υλικού Ευάγγελος Παπαπέτρου Τμ Μηχ Η/Υ & Πληροφορικής, Παν Ιωαννίνων ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 1 / 76

2 Διάρθρωση 1 Σύνδεσμοι Σήμα Πληροφορίας και Μετάδοση Ιδιότητες Συνδέσμων Κατηγορίες και παραδείγματα συνδέσμων 2 Κόμβοι Υλικό κόμβου Χαρακτηριστικά λειτουργίας 3 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Βασικές τεχνικές Πολυπλεξίας Πολυπλεξία και πολλαπλή πρόσβαση Παραδείγματα συστημάτων με πολυπλεξία 4 Τεχνολογίες συνδρομητικού βρόχου Integrated Services Digital Network (ISDN) Digital Subscriber Line (DSL) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 2 / 76

3 Σύνδεσμοι Σήμα Πληροφορίας και Μετάδοση Διάρθρωση 1 Σύνδεσμοι Σήμα Πληροφορίας και Μετάδοση Ιδιότητες Συνδέσμων Κατηγορίες και παραδείγματα συνδέσμων 2 Κόμβοι Υλικό κόμβου Χαρακτηριστικά λειτουργίας 3 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Βασικές τεχνικές Πολυπλεξίας Πολυπλεξία και πολλαπλή πρόσβαση Παραδείγματα συστημάτων με πολυπλεξία 4 Τεχνολογίες συνδρομητικού βρόχου Integrated Services Digital Network (ISDN) Digital Subscriber Line (DSL) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 3 / 76

4 Σύνδεσμοι Σήμα Πληροφορίας και Μετάδοση Δεδομένα και σήματα Κάθε πληροφορία μεταδίδεται μέσα από ένα σύνδεσμο (κανάλι) ως ένα ψηφιακό (digital) σήμα Ψηφιακό σήμα Ψηφιακό καλείται ένα σήμα που λαμβάνει διακριτές τιμές Πολλές φορές για ευκολία αναφερόμαστε στα bits πληροφορίας και όχι στο σήμα που μεταδίδεται ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 4 / 76

5 Σύνδεσμοι Σήμα Πληροφορίας και Μετάδοση Φάσμα σήματος πληροφορίας Κάθε σήμα (ψηφιακό ή μη) μπορεί να εκφραστεί ως ένα σύνολο περιοδικών σημάτων (πεδίο χρόνου (time domain)) s(t) = S(f)e2πinf df Επίσης κάθε σήμα μπορεί να αναπαρασταθεί χρησιμοποιώντας την S(f) 2 (πεδίο συχνότητας (frequency domain)) η αναπαράσταση στο πεδίο της συχνότητας καλείται φασματική πυκνότητα (spectrum density) του σήματος το εύρος των συχνοτήτων για τις οποίες S(f) 0 ονομάζεται εύρος φάσματος (συμβολίζεται με B ή W ) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 5 / 76

6 Σύνδεσμοι Σήμα Πληροφορίας και Μετάδοση Μετάδοση σήματος πληροφορίας Η μετάδοση σήματος μέσα από ένα κανάλι περιγράφεται στο πεδίο της συχνότητας από τη σχέση: S out (f) = H(f)S in (f) + N(f) S out (f) και S in (f) το φάσμα του σήματος εξόδου και εισόδου αντίστοιχα H(f) η συνάρτηση μεταφοράς του καναλιού N(f) το φάσμα του προσθετικού θορύβου Θόρυβος (Noise) Οποιοδήποτε σήμα που παρεισφρύει στο κανάλι και αλλοιώνει το σήμα πληροφορίας Όταν το φάσμα του θορύβου είναι ομοιόμορφο σε όλες τις συχνότητες ο θόρυβος ονομάζεται λευκός ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 6 / 76

7 Σύνδεσμοι Σήμα Πληροφορίας και Μετάδοση Συνάρτηση μεταφοράς καναλιού Κάθε φυσικό κανάλι χαρακτηρίζεται από μια συνάρτηση μεταφοράς Περιγράφει το λόγο της ισχύος του σήματος στην έξοδο προς την ισχύ του σήματος στην είσοδο για κάθε συχνότητα (συχνοτική συνιστώσα) του σήματος εισόδου εξαρτάται από το είδος (πχ οπτική ίνα, χάλκινο καλώδιο) και το μήκος του φυσικού καναλιού Εύρος ζώνης συχνοτήτων καναλιού (Bandwidth - W) Το εύρος συχνοτήτων για τις οποίες η εξασθένιση που προκαλεί το κανάλι είναι μικρότερη από 50% (ή 3 db) Μονάδα μέτρησης db Ορίζεται για το λόγο της ισχύος δύο σημάτων: ( P 1 P P 2 ) db = 10log 1 10 P 2 ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 7 / 76

8 Σύνδεσμοι Σήμα Πληροφορίας και Μετάδοση Κωδικοποίηση σήματος (1/2) Κωδικοποίηση φυσικού επιπέδου (Encoding) Η διαδικασία μετατροπής της πληροφορίας σε ένα ψηφιακό σήμα για μετάδοση σε ένα κανάλι Οι τεχνικές κωδικοποίησης διαφέρουν: στο πλήθος V των διακριτών τιμών που λαμβάνει το ψηφιακό σήμα (σύμβολα) στη διάρκεια των συμβόλων T s Η διάρκεια συμβόλων καθορίζει την ταχύτητα baud (baud rate) του κώδικα Ένα κωδικοποιημένο σήμα με V σύμβολα και ταχύτητα baud 1 T s symbols/sec μεταφέρει πληροφορία με ρυθμό log 2V T s bps ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 8 / 76

9 Σύνδεσμοι Σήμα Πληροφορίας και Μετάδοση Κωδικοποίηση σήματος (2/2) Ένας κώδικας πρέπει να: επιτρέπει το συγχρονισμό του αποστολέα και του παραλήπτη διευκολύνοντας την ανάκτηση ρολογιού (clock recovery) επιτρέπει στον παραλήπτη την εύκολη αναγνώριση των bit (δυαδικοί κώδικες) εξαλείφοντας το φαινόμενο της εκτροπής από τη γραμμή βάσης (baseline wander) εξοικονομεί ενέργεια και να επιτυγχάνει ανθεκτικότητα στο θόρυβο (κώδικες διασποράς φάσματος) Σημαντικότεροι κώδικες: NRZ (No Return to Zero), NRZI (No Return to Zero Inverse), Manchester Κωδικοποίηση διασποράς φάσματος ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 9 / 76

10 Σύνδεσμοι Σήμα Πληροφορίας και Μετάδοση Διαμόρφωση σήματος (1/2) Πολλές φορές το φάσμα ενός σήματος πληροφορίας εντοπίζεται σε χαμηλές συχνότητες ενώ το εύρος ζώνης συχνοτήτων του καναλιού σε υψηλές η μετάδοση του σήματος δεν είναι δυνατή πχ ένα ηλεκτρικό σήμα που παράγεται από έναν υπολογιστή δεν μπορεί να μεταδοθεί μέσα από μια οπτική ίνα Στόχος: δημιουργία ενός νέου σήματος πληροφορίας με υψηλότερες συχνότητες ώστε να είναι δυνατή η μετάδοση μέσα από το κανάλι προϋπόθεση: χρησιμοποίηση ενός περιοδικού σήματος υψηλής συχνότητας f c που ονομάζεται φέρον σήμα (carrier) Διαμόρφωση (modulation) Η παραγωγή ενός σήματος πληροφορίας που προκύπτει από τη μεταβολή του πλάτους, της συχνότητας ή της φάσης ενός φέροντος σήματος με βάση το σήμα πληροφορίας ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 10 / 76

11 Σύνδεσμοι Σήμα Πληροφορίας και Μετάδοση Διαμόρφωση σήματος (2/2) Το νέο σήμα πληροφορίας καλείται διαμορφωμένο σήμα (modulated signal) Μηχανισμός διαμόρφωσης Example Η αντίστροφη διαδικασία ονομάζεται αποδιαμόρφωση (demodulation) Η μονάδα διαμόρφωσης και αποδιαμόρφωσης ενός σήματος ονομάζεται MODEM (MOdulator-DEModulator) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 11 / 76

12 Σύνδεσμοι Σήμα Πληροφορίας και Μετάδοση Αναλογικά και Ψηφιακά Σήματα Πολλές πηγές πληροφορίας (ακόμα και στους υπολογιστές) παράγουν σήματα πληροφορίας σε αναλογική μορφή πχ οι εφαρμογές καταγραφής ανθρώπινης φωνής Αναλογικό σήμα Αναλογικό καλείται ένα σήμα με συνεχές πεδίο τιμών Τα αναλογικά σήματα μπορούν να μεταδοθούν μέσα από ένα κανάλι ωστόσο είναι προτιμότερο πρώτα να μετατραπούν σε ψηφιακά (ψηφιοποίηση) Η μετάδοση ενός αναλογικού σήματος μέσα από ένα σύνδεσμο (αναλογική μετάδοση) είναι εφικτή αλλά όχι αποδοτική ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 12 / 76

13 Σύνδεσμοι Σήμα Πληροφορίας και Μετάδοση Αναλογική vs Ψηφιακή Μετάδοση (1/2) Βασικό μειονέκτημα αναλογικής μετάδοσης: το αναλογικό σήμα αλλοιώνεται εύκολα από το θόρυβο που υπάρχει στο κανάλι Τα ψηφιακά σήματα είναι ανθεκτικά στο θόρυβο επειδή λαμβάνουν διακριτές τιμές Ανθεκτικότητα ψηφιακών σημάτων ένα ψηφιακό σήμα μπορεί να ανακατασκευαστεί η δυνατότητα ανακατασκευής είναι περιορισμένη και εξαρτάται από τα επίπεδα ισχύος του σήματος και του θορύβου ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 13 / 76

14 Σύνδεσμοι Σήμα Πληροφορίας και Μετάδοση Αναλογική vs Ψηφιακή Μετάδοση (2/2) Επιπλέον πλεονεκτήματα της ψηφιακής μετάδοσης είναι δυνατή η μετάδοση της πληροφορίας σε μεγαλύτερες αποστάσεις με τη χρήση αναμεταδοτών (απομόνωση θορύβου και ενίσχυση σήματος) είναι προϋπόθεση για τη μεταγωγή πακέτου επιτρέπει την ασφάλεια στη μετάδοση μέσω της κρυπτογράφησης Ψηφιακά (Aναλογικά) δίκτυα Τα δίκτυα που χρησιμοποιούν ψηφιακά (αναλογικά) σήματα για τη μετάδοση της πληροφορίας Τα δίκτυα υπολογιστών αλλά και όλα (πλέον) τα δίκτυα τηλεπικοινωνιών είναι ψηφιακά ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 14 / 76

15 Σύνδεσμοι Ιδιότητες Συνδέσμων Διάρθρωση 1 Σύνδεσμοι Σήμα Πληροφορίας και Μετάδοση Ιδιότητες Συνδέσμων Κατηγορίες και παραδείγματα συνδέσμων 2 Κόμβοι Υλικό κόμβου Χαρακτηριστικά λειτουργίας 3 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Βασικές τεχνικές Πολυπλεξίας Πολυπλεξία και πολλαπλή πρόσβαση Παραδείγματα συστημάτων με πολυπλεξία 4 Τεχνολογίες συνδρομητικού βρόχου Integrated Services Digital Network (ISDN) Digital Subscriber Line (DSL) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 15 / 76

16 Σύνδεσμοι Ιδιότητες Συνδέσμων Εύρος ζώνης Για κάθε κανάλι υπάρχει ένα όριο στο ρυθμό με τον οποίο μπορεί να μεταδόσει δεδομένα το όριο αυτό ονομάζεται μέγιστη ταχύτητα μετάδοσης (maximum transmission speed) ή εύρος ζώνης (bandwidth) του καναλιού Θεώρημα Shannon Η μέγιστη ταχύτητα μετάδοσης πληροφορίας μέσα από ένα κανάλι με λευκό προσθετικό θόρυβο ισούται με C = W log 2(1 + S ) bps N W : το εύρος ζώνης συχνοτήτων του καναλιού S, : η ισχύς του σήματος πληροφορίας και του θορύβου αντίστοιχα S N ή SNR: σηματοθορυβική σχέση του καναλιού Σε πολλές περιπτώσεις δεν μας ενδιαφέρουν οι λεπτομέρειες της μετάδοσης του σήματος αλλά μόνο το εύρος ζώνης ενός συνδέσμου Προσοχή: Υπάρχει πολλές φορές σύγχυση στη χρήση των όρων εύρος ζώνης και εύρος ζώνης συχνοτήτων ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 16 / 76

17 Σύνδεσμοι Ιδιότητες Συνδέσμων Ρυθμαπόδοση Το θεώρημα του Shannon καθορίζει ένα ανώτατο θεωρητικό όριο αλλά δεν υποδεικνύει πως αυτό το όριο μπορεί να επιτευχθεί Στην πραγματικότητα ο ρυθμός μετάδοσης περιορίζεται από παράγοντες όπως: οι ατέλειες στην υλοποίηση των πρωτοκόλλων ή της κωδικοποίησης του σήματος η πεπερασμένη ταχύτητα διάδοσης του σήματος μέσα σε ένα κανάλι το περιορισμένο μέγεθος των δεδομένων που μια εφαρμογή μεταδίδει τα σφάλματα κατά τη μετάδοση Ο πραγματικός ή μετρήσιμος ρυθμός μετάδοσης μέσα από ένα κανάλι ονομάζεται διεκπεραιωτική ικανότητα (throughput, R) ή ρυθμαπόδοση Ένας απλοϊκός μαθηματικός ορισμός: R = l t C l ο όγκος των δεδομένων σε bits, t ο χρόνος που απαιτήθηκε για την ολοκλήρωση της μετάδοσης ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 17 / 76

18 Σύνδεσμοι Ιδιότητες Συνδέσμων Καθυστέρηση (1/2) Η μετάδοση πληροφορίας σε ένα κανάλι χαρακτηρίζεται από καθυστέρηση (delay) αποτελείται από την καθυστέρηση διάδοσης (propagation delay) και την καθυστέρηση μετάδοσης (transmission delay) η συνολική καθυστέρηση ονομάζεται και λανθάνων χρόνος (latency) Καθυστέρηση διάδοσης (t pr ): οφείλεται στην πεπερασμένη ταχύτητα διάδοσης του σήματος μέσα στο κανάλι είναι ο χρόνος που χρειάζεται ένα bit πληροφορίας για να διαδοθεί t pr = S S: μήκος συνδέσμου, u s : ταχύτητα διάδοσης του σήματος (συνηθέστερα u s η ταχύτητα του φωτός) Καθυστέρηση μετάδοσης (t tr ): οφείλεται στην πεπερασμένη ταχύτητα μετάδοσης της πληροφορίας είναι ο χρόνος που χρειάζεται για να μεταδοθεί η πληροφορία t tr = l C l: μεγεθος δεδομένων σε bits, C: το εύρος ζώνης του καναλιού ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 18 / 76

19 Σύνδεσμοι Ιδιότητες Συνδέσμων Καθυστέρηση (2/2) Καθυστέρηση διάδοσης και μετάδοσης Σε πολλές περιπτώσεις μας ενδιαφέρει ο χρόνος μετάβασης και επιστροφής (round trip time, RTT) είναι η καθυστέρηση για τη διάδοση και την επιστροφή μεταξύ των δύο άκρων της επικοινωνίας Ο χρόνος RTT προσδιορίζει την ελάχιστη καθυστέρηση που απαιτείται για την ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ δύο κόμβων ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 19 / 76

20 Σύνδεσμοι Ιδιότητες Συνδέσμων Εύρος ζώνης vs Καθυστέρηση Το εύρος ζώνης και η καθυστέρηση είναι οι βασικές παράμετροι αξιολόγησης ενός συνδέσμου και γενικότερα ενός δικτύου Η σημασία της κάθε παραμέτρου εξαρτάται από τον όγκο των δεδομένων (l) που μεταδίδει μια εφαρμογή και το μήκος της επικοινωνίας Καθυστέρηση διάδοσης και μετάδοσης Λίγα δεδομένα, μεγάλη απόσταση: η απόσταση είναι σημαντική d = RT T + l 2 RT T C 2 Πολλά δεδομένα, μικρή απόσταση: το εύρος ζώνης είναι σημαντικό d = RT T + l 2 l C C ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 20 / 76

21 Σύνδεσμοι Ιδιότητες Συνδέσμων Γινόμενο καθυστέρησης-εύρους ζώνης Σημαντικές πληροφορίες μπορούμε να αντλήσουμε χρησιμοποιώντας το γινόμενο καθυστέρησης-εύρους ζώνης (bandwidth-delay product) το γινόμενο περιγράφει τον όγκο των δεδομένων που βρίσκονται υπό μετάδοση (in-flight) μέσα στο κανάλι Φυσικά ανάλογα του γινομένου καθυστέρησης-εύρους ζώνης Το γινόμενο καθυστέρησης-εύρους ζώνης προσδιορίζει το μέγιστο όγκο δεδομένων που ένας κόμβος θα λάβει πριν μπορέσει να ενημερώσει τον αποστολέα τον ελάχιστο όγκο δεδομένων που πρέπει να μεταδόσει ένας κόμβος ώστε να αξιοποιήσει πλήρως το κανάλι ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 21 / 76

22 Σύνδεσμοι Ιδιότητες Συνδέσμων Ρυθμαπόδοση σε δίκτυα υψηλών ταχυτήτων Τα σύγχρονα δίκτυα χρησιμοποιούν συνδέσμους προηγμένης τεχνολογίας που προσφέρουν μεγάλο εύρος ζώνης σαν συνέπεια ο χρόνος μετάδοσης συνεχώς μειώνεται και τείνει να γίνει αμελητέος Η ρυθμαπόδοση εξαρτάται πρωτίστως από την απόσταση επικοινωνίας R = l t = l t pr +t tr = l t pr+ l C C l t pr C Στα σύγχρονα δίκτυα υψηλών ταχυτήτων ο περιοριστικός παράγοντας είναι η καθυστέρηση διάδοσης (δηλαδή η απόσταση επικοινωνίας) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 22 / 76

23 Σύνδεσμοι Ιδιότητες Συνδέσμων Ακολουθία συνδέσμων Το μονοπάτι (path) επικοινωνίας συνήθως περιλαμβάνει πολλούς συνδέσμους Τα συμπεράσματα σχετικά με την καθυστέρηση και τη ρυθμαπόδοση είναι ανάλογα με αυτά που αφορούν ένα σύνδεσμο το μονοπάτι μπορεί να προσεγγιστεί (αν αγνοηθεί η λειτουργία των ενδιάμεσων υπολογιστών και οι μεταδόσεις γίνονται διαδοχικά σε κάθε σύνδεσμο) με ένα σύνδεσμο όπου: t pr = N i=1 ti pr t tr = N i=1 ti tr = N i=1 l C = 1 N C i i=1 1 C i ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 23 / 76

24 Σύνδεσμοι Ιδιότητες Συνδέσμων Σφάλματα μετάδοσης Ο θόρυβος που υπάρχει σε ένα κανάλι μπορεί να αλλοιώσει την πληροφορία που μεταφέρει ένα σήμα το φαινόμενο αλλοίωσης ενός bit πληροφορίας ονομάζεται σφάλμα bit (bit error) το κανάλι χαρακτηρίζεται από ένα ρυθμό σφαλμάτων (bit error rate, BER) Τα σφάλματα στο κανάλι συμβαίνουν πολλές φορές κατά ριπές (σφάλματα ριπής, burst errors) Υπάρχουν μηχανισμοί για την ανίχνευση (error detection) ή και τη διόρθωση σφαλμάτων (error correction) σε ένα αλλοιωμένο πακέτο πληροφορίας Σε πολλές περιπτώσεις τα σφάλματα δεν μπορούν να διορθωθούν και το πακέτο καταστρέφεται ολοσχερώς (packet erasure) στις περιπτώσεις αυτές το κανάλι χαρακτηρίζεται από το ρυθμό απώλειας πακέτων (packet error rate, PER) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 24 / 76

25 Σύνδεσμοι Κατηγορίες και παραδείγματα συνδέσμων Διάρθρωση 1 Σύνδεσμοι Σήμα Πληροφορίας και Μετάδοση Ιδιότητες Συνδέσμων Κατηγορίες και παραδείγματα συνδέσμων 2 Κόμβοι Υλικό κόμβου Χαρακτηριστικά λειτουργίας 3 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Βασικές τεχνικές Πολυπλεξίας Πολυπλεξία και πολλαπλή πρόσβαση Παραδείγματα συστημάτων με πολυπλεξία 4 Τεχνολογίες συνδρομητικού βρόχου Integrated Services Digital Network (ISDN) Digital Subscriber Line (DSL) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 25 / 76

26 Σύνδεσμοι Κατηγορίες και παραδείγματα συνδέσμων Κατηγορίες συνδέσμων Στα δίκτυα χρησιμοποιείται πληθώρα φυσικών μέσων ανάλογα με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους όπως: οι παράμετροι λειτουργίας (εύρος ζώνης συχνοτήτων, επίπεδα προστασίας από το θόρυβο, εξασθένιση που προκαλούν στο σήμα) το κόστος εγκατάστασης και συντήρησης την προστασία από υποκλοπές της μεταδιδόμενης πληροφορίας, κλπ Τα φυσικά μέσα συνηθέστερα κατηγοριοποιούνται σε: κατευθυντικά και μη κατευθυντικά ανάλογα με το αν περιορίζουν ή όχι τη διάδοση του σήματος ενσύρματα και ασύρματα Τα σημαντικότερα φυσικά μέσα είναι: συνεστραμμένο ζεύγος (twisted pair) ομοαξονικό καλώδιο (coaxial cable) οπτική ίνα (optical fiber) ασύρματο κανάλι (wireless channel) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 26 / 76

27 Σύνδεσμοι Κατηγορίες και παραδείγματα συνδέσμων Συνεστραμμένο ζεύγος Το συνεστραμμένο ζεύγος (twisted pair) αποτελείται από ζεύγη χάλκινων αγωγών Χαρακτηρίζεται από: σχετικά μικρό εύρος ζώνης συχνοτήτων (εύρος ζώνης 100Mbps σε αποστάσεις εώς 100m) μεγάλη εξασθένιση του σήματος και ευαισθησία στην επίδραση του θορύβου χαμηλό κόστος Υπάρχουν εκδόσεις με θωράκιση (Shielded Twisted Pair, STP) και χωρίς θωράκιση (Unshielded Twisted Pair, STP) Χρησιμοποιείται κυρίως: στο τηλεφωνικό δίκτυο σε τοπικά δίκτυα υπολογιστών (Ethernet, Token Ring) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 27 / 76

28 Σύνδεσμοι Κατηγορίες και παραδείγματα συνδέσμων Ομοαξονικό καλώδιο Το ομοαξονικό καλώδιο (coaxial cable) αποτελείται από ένα μονωμένο χάλκινο αγωγό και ένα μεταλλικό πλέγμα Προσφέρει ένα συμβιβασμό μεταξύ κόστους και εύρους ζώνης προσφέρει εύρος ζώνης μέχρι 100Mbps σε αποστάσεις εώς 500m) η θωράκιση προσφέρει μεγαλύτερη προστασία από το θόρυβο το κόστος του είναι χαμηλό αλλά μεγαλύτερο από αυτό του συνεστραμμένου ζεύγους ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 28 / 76

29 Σύνδεσμοι Κατηγορίες και παραδείγματα συνδέσμων Οπτική Ίνα H οπτική ίνα (optical fiber) αποτελείται από γυάλινους αγωγούς μέσα από τους οποίους διαδίδεται ένα οπτικό σήμα συνήθως ένα καλώδιο περιέχει πολλούς αγωγούς υπάρχουν πολύτροπες (multi-mode) και μονότροπες (single-mode) ίνες Αποτελεί ένα φυσικό μέσο που προσφέρει πολύ μεγάλο εύρος ζώνης εύρος ζώνης μέχρι 100Mbps σε αποστάσεις εώς 2Κm (πολύτροπη), μέχρι 10Gbps σε αποστάσεις εώς 40Κm (μονότροπη) μικρή εξασθένιση του σήματος και μικρή ευαισθησία στην επίδραση του θορύβου υψηλό κόστος Χρησιμοποιείται συνήθως σε συνδέσεις point-to-point για διασύνδεση κόμβων του δικτύου ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 29 / 76

30 Σύνδεσμοι Κατηγορίες και παραδείγματα συνδέσμων Ασύρματο κανάλι Η μετάδοση πληροφορίας μπορεί να γίνει και με τη χρήση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων για τη μετάδοση χρησιμοποιείται μια περιοχή συχνοτήτων (ασύρματο κανάλι) μπορούν να χρησιμοποιηθούν διαφορετικές περιοχές συχνοτήτων με διαφορετικά χαρακτηριστικά (μεγαλύτερη εξασθένιση σε μεγαλύτερες συχνότητες, διαφορετικές αποστάσεις διάδοσης, κλπ) Η ασύρματη μετάδοση έχει πολλές εφαρμογές λόγω της ευελιξίας της ασύρματα τοπικά δίκτυα, δίκτυα κινητής τηλεφωνίας, δορυφορικά δίκτυα, κλπ Η χρήση των συχνοτήτων δεν είναι ελεύθερη ελεύθερη μετάδοση επιτρέπεται μόνο στην περιοχή ISM (Industrial-Scientific-Medical) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 30 / 76

31 Κόμβοι Υλικό κόμβου Διάρθρωση 1 Σύνδεσμοι Σήμα Πληροφορίας και Μετάδοση Ιδιότητες Συνδέσμων Κατηγορίες και παραδείγματα συνδέσμων 2 Κόμβοι Υλικό κόμβου Χαρακτηριστικά λειτουργίας 3 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Βασικές τεχνικές Πολυπλεξίας Πολυπλεξία και πολλαπλή πρόσβαση Παραδείγματα συστημάτων με πολυπλεξία 4 Τεχνολογίες συνδρομητικού βρόχου Integrated Services Digital Network (ISDN) Digital Subscriber Line (DSL) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 31 / 76

32 Κόμβοι Υλικό κόμβου Δομή υποσυστήματος δικτύωσης Για τη σύνδεση ενός υπολογιστή με το δίκτυο χρησιμοποιούνται: ο προσαρμογέας δικτύου (network interface) ή κάρτα δικτύου η μνήμη και η κεντρική μονάδα επεξεργασίας του υπολογιστή ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 32 / 76

33 Κόμβοι Υλικό κόμβου Προσαρμογέας Δικτύου (1/2) O προσαρμογέας δικτύου υλοποιεί τη φυσική σύνδεση του κόμβου με ένα σύνδεσμο Ένας κόμβος μπορεί να διαθέτει παραπάνω από έναν προσαρμογείς δικτύου οι δρομολογητές έχουν τόσους προσαρμογείς όσοι οι σύνδεσμοι που διασυνδέουν Οι υπολογιστές υπηρεσίας χρειάζονται μόνο έναν προσαρμογέα, ωστόσο υπάρχουν υπολογιστές υπηρεσίας με παραπάνω προσαρμογείς ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 33 / 76

34 Κόμβοι Υλικό κόμβου Προσαρμογέας Δικτύου (2/2) Ο προσαρμογέας δικτύου αποτελείται από: τη διασύνδεση διαύλου με τον καταχωρητή κατάστασης ελέγχου, τη διασύνδεση συνδέσμου και το χώρο προσωρινής αποθήκευσης Η διασύνδεση συνδέσμου: πραγματοποιεί την κωδικοποίηση/αποκωδικοποίηση και τη μετάδοση/λήψη του σήματος στο/απ το σύνδεσμο υλοποιεί τους κανόνες (πρωτόκολλα) χρήσης του συνδέσμου (πχ, δημιουργία πλαισίων, πρόσβαση στο κοινό μέσο, κλπ) Υπάρχουν διαφορετικοί προσαρμογείς για διαφορετικούς τύπους δικτύων Ο καταχωρητής κατάστασης ελέγχου και η διασύνδεση διαύλου: χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά δεδομένων μεταξύ του προσαρμογέα και της κεντρικής μονάδας επεξεργασίας ελέγχονται με τη βοήθεια λογισμικού που καλείται πρόγραμμα οδήγησης συσκευής (device driver) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 34 / 76

35 Κόμβοι Υλικό κόμβου Χώρος προσωρινής αποθήκευσης (1/2) Ο προσαρμογέας διαχειρίζεται δεδομένα σε δύο κατευθύνσεις: δίκτυο υπολογιστής και υπολογιστής δίκτυο Οι ρυθμοί δεδομένων από και προς τον προσαρμογέα είναι: διαφορετικοί γιατί δίκτυο και υπολογιστής λειτουργούν ανεξάρτητα χρονικά μεταβαλλόμενοι οι εφαρμογές αλλά και το δίκτυο διέπονται από στοχαστικότητα οι δυνατότητες επεξεργασίας είναι περιορισμένες ο μηχανισμός δρομολόγησης ενδέχεται να επιβάλλει καθυστερήσεις Διαχειριστής των δεδομένων στον υπολογιστή είναι: μια εφαρμογή (αν πρόκειται για υπολογιστή υπηρεσίας) τα πρωτόκολλα του επιπέδου δικτύου (αν πρόκειται για δρομολογητή) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 35 / 76

36 Κόμβοι Υλικό κόμβου Χώρος προσωρινής αποθήκευσης (2/2) Σε συνθήκες κανονικής λειτουργίας: μέσος ρυθμός δεδομένων προς προσαρμογέα μέσος ρυθμός δεδομένων από προσαρμογέα Υπάρχουν περιπτώσεις που για περιορισμένα χρονικά διαστήματα δεν ισχύει η παραπάνω σχέση συμπέρασμα: απαιτείται χώρος για την προσωρινή αποθήκευση των δεδομένων (ουρά αναμονής (buffer)) Buffer εισόδου και Buffer εξόδου Κατεύθυνση δίκτυο-υπολογιστής (buffer εισόδου): ρυθμός λήψης πλαισίων από το δίκτυο ρυθμός επεξεργασίας πλαισίων από υπολογιστή (εφαρμογή ή μηχανισμό δρομολόγησης) Κατεύθυνση υπολογιστής-δίκτυο (buffer εξόδου): ρυθμός πλαισίων από υπολογιστή (εφαρμογή ή μηχανισμό δρομολόγησης) ρυθμός μετάδοσης πλαισίων στο δίκτυο ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 36 / 76

37 Κόμβοι Υλικό κόμβου Επεξεργασία δεδομένων H επεξεργασία των δεδομένων περιλαμβάνει: την αντιγραφή τους από τον προσαρμογέα στην κεντρική μνήμη μέσω του διαύλου Ε/Ε τη μεταφορά των δεδομένων από τη μνήμη στην κεντρική μονάδα επεξεργασίας H φαινόμενη ταχύτητα επεξεργασίας εξαρτάται από: την επεξεργαστική ισχύ της κεντρικής μονάδας επεξεργασίας την ταχύτητα του διαύλου Ε/Ε την ταχύτητα επικοινωνίας της μονάδας επεξεργασίας και της μνήμης το γεγονός ότι η μεταφορά των δεδομένων γίνεται τμηματικά (το μέγεθος των τμημάτων εξαρτάται από την αρχιτεκτονική) Η μεταφορά των δεδομένων κατά τμήματα μέσω των διαύλων περιορίζει την ταχύτητα μεταφοράς κατά αναλογία με τη μεταφορά δεδομένων στους συνδέσμους ενός δικτύου Ωστόσο, η ταχύτητα των διαύλων είναι σημαντικά μεγάλη και στις περισσότερες περιπτώσεις η ταχύτητα επεξεργασίας δεν περιορίζει τη λειτουργία του δικτύου ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 37 / 76

38 Κόμβοι Υλικό κόμβου Πόροι κόμβου Η διαχείριση ενός πακέτου από ένα κόμβο περιλαμβάνει την αποθήκευση και την επεξεργασία του Ως πόρους ενός κόμβου θεωρούμε: τη μνήμη που χρησιμοποιείται για αποθήκευση (στον προσαρμογέα ή στο κυρίως σύστημα) τη φαινόμενη επεξεργαστική ισχύ (εξαρτάται από την επεξεργαστική ισχύ της μονάδας επεξεργασίας αλλά και την ταχύτητα μεταφοράς των δεδομένων στους διαύλους) Οι πόροι ενός υπολογιστή είναι πεπερασμένοι και κοινόχρηστοι σε έναν υπολογιστή υπηρεσίας: οι πόροι χρησιμοποιούνται για τη διαχείριση πακέτων από διαφορετικές εφαρμογές και διεργασίες σε ένα δρομολογητή: οι πόροι χρησιμοποιούνται για τη διαχείριση πακέτων από διαφορετικούς υπολογιστές υπηρεσίας Οι πεπερασμένοι πόροι θέτουν σημαντικούς περιορισμούς στη λειτουργία ενός κόμβου και επιβάλλουν την προσεκτική κοινόχρηστη διαχείρισή τους ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 38 / 76

39 Κόμβοι Χαρακτηριστικά λειτουργίας Διάρθρωση 1 Σύνδεσμοι Σήμα Πληροφορίας και Μετάδοση Ιδιότητες Συνδέσμων Κατηγορίες και παραδείγματα συνδέσμων 2 Κόμβοι Υλικό κόμβου Χαρακτηριστικά λειτουργίας 3 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Βασικές τεχνικές Πολυπλεξίας Πολυπλεξία και πολλαπλή πρόσβαση Παραδείγματα συστημάτων με πολυπλεξία 4 Τεχνολογίες συνδρομητικού βρόχου Integrated Services Digital Network (ISDN) Digital Subscriber Line (DSL) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 39 / 76

40 Κόμβοι Χαρακτηριστικά λειτουργίας Καθυστέρηση (1/2) Η μετάδοση δεδομένων μέσα από έναν κόμβο συνοδεύεται από καθυστέρηση αναμονής και καθυστέρηση επεξεργασίας Καθυστέρηση αναμονής (queueing delay, t q ): ο χρόνος που ένα πακέτο αναμένει: την επεξεργασία του (συνήθως αμελητέος) τη μετάδοσή του στο δίκτυο Αναμονή για μετάδοση Ένα πακέτο μπορεί να αναμείνει για μετάδοση επειδή για περιορισμένα χρονικά διαστήματα η ρυθμαπόδοση του δικτύου είναι μικρότερη από: το ρυθμό με τον οποίο φτάνουν πακέτα (σε ένα δρομολογητή) το ρυθμό με τον οποίο οι εφαρμογές παράγουν δεδομένα (σε ένα υπολογιστή υπηρεσίας) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 40 / 76

41 Κόμβοι Χαρακτηριστικά λειτουργίας Καθυστέρηση (2/2) Καθυστέρηση επεξεργασίας (processing delay, t s ): ο χρόνος που είναι απαραίτητος για την επεξεργασία ενός πακέτου από τα πρωτόκολλα δικτύωσης ενός κόμβου Η καθυστέρηση επεξεργασίας στις περισσότερες περιπτώσεις είναι αμελητέα γιατί η ταχύτητα επεξεργασίας ενός κόμβου είναι μεγάλη Η συνολική καθυστέρηση σε ένα μονοπάτι επικοινωνίας είναι: t = N (t i tr + t i pr) + N+1 (t i q + t i s) i=1 i=1 ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 41 / 76

42 Κόμβοι Χαρακτηριστικά λειτουργίας Συμφόρηση (1/3) Συμφόρηση (Congestion) Η κατάσταση στην οποία ένας κόμβος, λόγω έλλειψης πόρων, δε μπορεί, για μεγάλο χρονικό διάστημα, να εξυπηρετήσει τα εισερχόμενα πακέτα Αιτία: η αδυναμία ελέγχου του ρυθμού εισερχομένων πακέτων Συμφόρηση σε δίκτυα μεταγωγής κυκλώματος Η συμφόρηση είναι συνηθέστερη στα δίκτυα μεταγωγής πακέτου ωστόσο ορίζεται και στα δίκτυα μεταγωγής κυκλώματος: Η κατάσταση στην οποία ένας κόμβος, λόγω έλλειψης πόρων, δεν μπορεί, για μεγάλο χρονικό διάστημα, να εξυπηρετήσει τα αιτήματα επικοινωνίας Η συμφόρηση ενός κόμβου μπορεί να οφείλεται: στην περιορισμένη υπολογιστική ισχύ στην περιορισμένη διεκπεραιωτική ικανότητα του δικτύου ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 42 / 76

43 Κόμβοι Χαρακτηριστικά λειτουργίας Συμφόρηση (2/3) Συμφόρηση λόγω περιορισμένης επεξεργαστικής ισχύος εμφανίζεται με μικρή συχνότητα συνήθως σε υπολογιστές υπηρεσίας που δέχονται μεγάλο φόρτο, πχ εξυπηρετητές (servers) Συμφόρηση και επεξεργαστική ισχύς R out < R in ο ρυθμός R out περιορίζεται από την επεξεργαστική ισχύ ο αποστολέας αντιλαμβάνεται ότι η παρακώλυση της επικοινωνίας οφείλεται στο δίκτυο ενώ οφείλεται στον υπολογιστή υπηρεσίας Συμφόρηση λόγω περιορισμένης διεκπεραιωτικής ικανότητας του δικτύου εμφανίζεται συνηθέστερα σε ένα δρομολογητή αλλά μπορεί να εμφανιστεί και σε ένα υπολογιστή υπηρεσίας ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 43 / 76

44 Κόμβοι Χαρακτηριστικά λειτουργίας Συμφόρηση (3/3) Συμφόρηση και διεκπεραιωτική ικανότητα R out < R in = N R i i=1 Η συμφόρηση είναι σημαντικότερη σε ένα δρομολογητή o έλεγχος της συμφόρησης απαιτεί τον περιορισμό του ρυθμού R in ο έλεγχος της συμφόρησης είναι ευκολότερο να γίνει σε έναν υπολογιστή υπηρεσίας παρά σε έναν δρομολογητή Σε συνθήκες συμφόρησης: εμφανίζεται απώλεια πακέτων λόγω εξάντλησης του χώρου στην ουρά αναμονής η καθυστέρηση αναμονής γίνεται ανεξέλεγκτα μεγάλη (τq ) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 44 / 76

45 Κόμβοι Χαρακτηριστικά λειτουργίας Απώλεια πακέτων Η αξιοπιστία ενός δικτύου εξαρτάται και από την αξιόπιστη λειτουργία ενός κόμβου Η λειτουργία ενός κόμβου μπορεί να μειώσει την αξιοπιστία του δικτύου με τη μορφή απώλειας πακέτων λόγω: της κατάρρευσης του κόμβου (πχ διακοπή ρεύματος) ή της καταστροφής της διασύνδεσης κόμβου-συνδέσμου (πχ, δυσλειτουργία του προσαρμογέα δικτύου) συμφόρησης του κόμβου Απώλεια πακέτων λόγω αστοχίας του υλικού μπορεί να προκαλέσει σημαντική μείωση της αξιοπιστίας για σημαντικό χρονικό διάστημα αντιμετωπίζεται σχετικά εύκολα με τη βοήθεια της δρομολόγησης Απώλεια πακέτων λόγω συμφόρησης ο ρυθμός απώλειας πακέτων εξαρτάται από τη διάρκεια της συμφόρησης και την έντασή της η αντιμετώπισή της απαιτεί σύνθετους μηχανισμούς ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 45 / 76

46 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Βασικές τεχνικές Πολυπλεξίας Διάρθρωση 1 Σύνδεσμοι Σήμα Πληροφορίας και Μετάδοση Ιδιότητες Συνδέσμων Κατηγορίες και παραδείγματα συνδέσμων 2 Κόμβοι Υλικό κόμβου Χαρακτηριστικά λειτουργίας 3 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Βασικές τεχνικές Πολυπλεξίας Πολυπλεξία και πολλαπλή πρόσβαση Παραδείγματα συστημάτων με πολυπλεξία 4 Τεχνολογίες συνδρομητικού βρόχου Integrated Services Digital Network (ISDN) Digital Subscriber Line (DSL) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 46 / 76

47 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Βασικές τεχνικές Πολυπλεξίας Ορισμός και σκοπός της Πολυπλεξίας (1/2) Θεμελιώδης αρχή δικτύωσης: οι σύνδεσμοι ενός δικτύου πρέπει να είναι κοινόχρηστοι Βασικός μηχανισμός για την από κοινού χρήση ενός συνδέσμου: πολυπλεξία (multiplexing) Πολυπλεξία Ο μηχανισμός με τον οποίο ροές δεδομένων από διαφορετικές διεργασίες (εφαρμογές) ή υπολογιστές υπηρεσίας μεταδίδονται μέσα από έναν κοινόχρηστο σύνδεσμο ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 47 / 76

48 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Βασικές τεχνικές Πολυπλεξίας Ορισμός και σκοπός της Πολυπλεξίας (2/2) Πολυπλεξία (εναλλακτικός ορισμός) Ο μηχανισμός με τον οποίο ροές δεδομένων χρησιμοποιούν από κοινού κάποιο πόρο ενός συνδέσμου Ως πόροι ενός συνδέσμου συνηθέστερα θεωρούνται ο χρόνος χρήσης του καναλιού και το εύρος ζώνης συχνοτήτων Η πολυπλεξία υλοποιείται στους δρομολογητές-μεταγωγείς τα δεδομένα πολυπλέκονται (multiplexed) σε ένα κόμβο και αποπολυπλέκονται (demultiplexed) σε έναν άλλο Η πολυπλεξία μπορεί να υλοποιηθεί και με κατανεμημένο τρόπο σε ένα σύνδεσμο στον οποίο συνδέονται πολλοί υπολογιστές υπηρεσίας Η πολυπλεξία δεν είναι ο μόνος τρόπος για την από κοινού χρήση ενός συνδέσμου ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 48 / 76

49 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Βασικές τεχνικές Πολυπλεξίας Είδη Πολυπλεξίας Πολυπλεξία εφαρμόζεται σε όλα τα δίκτυα μεταγωγής ανεξάρτητα του τύπου μεταγωγής (πακέτου ή κυκλώματος) κάποιες τεχνικές πολυπλεξίας δεν είναι συμβατές με τη μεταγωγή κυκλώματος Σημαντικότερες τεχνικές πολυπλεξίας πολυπλεξία με διαίρεση συχνότητας (Frequency Division Multiplexing, FDM) πολυπλεξία με διαίρεση μήκους κύματος (Wavelength Division Multiplexing, WDM) πολυπλεξία με διαίρεση χρόνου (Time Division Multiplexing, TDM) στατιστική πολυπλεξία με διαίρεση χρόνου (Statistical Time Division Multiplexing, STDM) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 49 / 76

50 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Βασικές τεχνικές Πολυπλεξίας Πολυπλεξία με διαίρεση συχνότητας (1/2) Η πολυπλεξία με διαίρεση συχνότητας (Frequency Division Multiplexing, FDM) στηρίζεται στον επιμερισμό του εύρους ζώνης συχνοτήτων ενός συνδέσμου το εύρος ζώνης συχνοτήτων χωρίζεται σε ένα σύνολο από συνεχείς περιοχές συχνοτήτων που ονομάζονται κανάλια (channels) Κάθε ροή δεδομένων μεταδίδεται μέσα από ένα κανάλι το σήμα που προκύπτει από τη ροή δεδομένων διαμορφώνεται με ένα φέρον ώστε να μεταδοθεί από το κανάλι Ο λόγος του εύρους ζώνης συχνοτήτων του συνδέσμου προς το εύρος συχνοτήτων του καναλιού προσδιορίζει το μέγιστο πλήθος των εξυπηρετούμενων ροών το εύρος του καναλιού: είναι προκαθορισμένο και δεν μπορεί να αλλάξει δυναμικά προσδιορίζει το ρυθμό με τον οποίο μεταδίδονται τα δεδομένα μιας ροής ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 50 / 76

51 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Βασικές τεχνικές Πολυπλεξίας Πολυπλεξία με διαίρεση συχνότητας (2/2) Η τεχνική FDM μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο σε δίκτυα μεταγωγής πακέτου όσο και σε δίκτυα μεταγωγής κυκλώματος ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 51 / 76

52 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Βασικές τεχνικές Πολυπλεξίας Πολυπλεξία με διαίρεση μήκους κύματος Η πολυπλεξία με διαίρεση μήκους κύματος (Wavelength Division Multiplexing, WDM) χρησιμοποιείται σε δίκτυα οπτικών ινών αποτελεί μια παραλλαγή της πολυπλεξίας με διαίρεση συχνότητας ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 52 / 76

53 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Βασικές τεχνικές Πολυπλεξίας Πολυπλεξία με διαίρεση χρόνου (1/2) Η πολυπλεξία με διαίρεση χρόνου (Time Division Multiplexing, TDM) στηρίζεται στον επιμερισμό του χρόνου ο χρόνος επιμερίζεται σε ισομεγέθη τμήματα που ονομάζονται χρονοπλαίσια (time frames) επιπλέον ένα χρονοπλαίσιο διαιρείται σε μικρότερα ισομεγέθη τμήματα που ονομάζονται χρονοθυρίδες (time slots) Δεδομένα από την ίδια ροή μπορούν να μεταδοθούν κατά τη διάρκεια μιας χρονοθυρίδας σε κάθε χρονοπλαίσιο ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 53 / 76

54 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Βασικές τεχνικές Πολυπλεξίας Πολυπλεξία με διαίρεση χρόνου (2/2) Η τεχνική TDM απαιτεί τη μετάδοση δεδομένων για περιορισμένο χρόνο επομένως δεν είναι συμβατή με τη μεταγωγή κυκλώματος και την αναλογική μετάδοση Η διάρκεια της χρονοθυρίδας καθορίζει το μέγεθος του πακέτου ανεξάρτητα από το μέγεθος των μηνυμάτων που μια εφαρμογή δημιουργεί Το πλήθος των χρονοθυρίδων σε ένα χρονοπλαίσιο καθορίζει το μέγιστο πλήθος των εξυπηρετούμενων ροών Η διάρκεια ενός χρονοπλαισίου καθορίζει το πόσο συχνά μια ροή μπορεί να μεταδίδει δεδομένα Η διάρκεια μιας χρονοθυρίδας σε συνδυασμό με τη διάρκεια ενός χρονοπλαισίου καθορίζει το ρυθμό με τον οποίο μεταδίδονται δεδομένα μιας ροής τόσο η διάρκεια μιας χρονοθυρίδας όσο και αυτή ενός χρονοπλαισίου είναι προκαθορισμένες και δεν μπορούν να αλλάξουν δυναμικά ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 54 / 76

55 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Βασικές τεχνικές Πολυπλεξίας Στατιστική πολυπλεξία με διαίρεση χρόνου Η τεχνική TDM δεν είναι ευέλικτη ως προς την αξιοποίηση ενός συνδέσμου ανατίθεται χρόνος σε μια ροή δεδομένων ανεξάρτητα από το αν υπάρχουν δεδομένα για μετάδοση Η στατιστική πολυπλεξία με διαίρεση χρόνου (Statistical Time Division Multiplexing, STDM) επιλύει το ζήτημα της ευελιξίας χρονοθυρίδες που δεν χρησιμοποιούνται μπορούν να ανατεθούν σε άλλες ροές δεδομένων η ανάθεση γίνεται δυναμικά Η ανάθεση των χρονοθυρίδων εμπεριέχει το ζήτημα της δίκαιης κατανομής Η πολιτική εξυπηρέτησης στην ουρά αναμονής (πχ First-In-First-Out(FIFO), Round Robin, κλπ) σχετίζεται με τη δίκαιη κατανομή ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 55 / 76

56 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Βασικές τεχνικές Πολυπλεξίας Πολυπλεξία αμφίδρομης επικοινωνίας Σε πολλές περιπτώσεις η πολυπλεξία χρησιμοποιείται για να υποστηρίξει την πλήρως αμφίδρομη επικοινωνία (full duplex) Είδη επικοινωνίας ανάλογα με την κατεύθυνση Μια επικοινωνία μπορεί να είναι: μίας κατεύθυνσης (simplex) κατά περιόδους αμφίδρομη (half duplex) πλήρως αμφίδρομη (full duplex) Η πολυπλεξία των δύο κατευθύνσεων σε μια πλήρως αμφίδρομη επικοινωνία μπορεί να γίνει: στο πεδίο της συχνότητας (Frequency Division Duplexing, FDD) στο πεδίο του χρόνου (Time Division Duplexing, TDD) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 56 / 76

57 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Πολυπλεξία και πολλαπλή πρόσβαση Διάρθρωση 1 Σύνδεσμοι Σήμα Πληροφορίας και Μετάδοση Ιδιότητες Συνδέσμων Κατηγορίες και παραδείγματα συνδέσμων 2 Κόμβοι Υλικό κόμβου Χαρακτηριστικά λειτουργίας 3 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Βασικές τεχνικές Πολυπλεξίας Πολυπλεξία και πολλαπλή πρόσβαση Παραδείγματα συστημάτων με πολυπλεξία 4 Τεχνολογίες συνδρομητικού βρόχου Integrated Services Digital Network (ISDN) Digital Subscriber Line (DSL) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 57 / 76

58 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Πολυπλεξία και πολλαπλή πρόσβαση Πολυπλεξία σε κοινό σύνδεσμο Οι τεχνικές πολυπλεξίας μπορούν εύκολα να επεκταθούν ώστε να εφαρμοστούν σε ένα σύνδεσμο στον οποίο είναι συνδεδεμένοι πολλοί υπολογιστές υπηρεσίας στην περίπτωση αυτή οι τεχνικές ονομάζονται τεχνικές πολλαπλής πρόσβασης (multiple access techniques) οι πόροι του συνδέσμου ανατίθενται στους υπολογιστές υπηρεσίας και όχι σε ροές δεδομένων Η πολυπλεξία πραγματοποιείται με κατανεμημένο τρόπο απαιτείται ένας κεντρικός κόμβος για το συγχρονισμό των υπολογιστών υπηρεσίας και την ανάθεση των πόρων Παραδείγματα τεχνικών πολλαπλής πρόσβασης: με διαίρεση συχνότητας (Frequency Division Multiple Access - FDMA) με διαίρεση χρόνου (Time Division Multiple Access - TDMA) με κώδικες (Code Division Multiple Access - CDMA) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 58 / 76

59 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Πολυπλεξία και πολλαπλή πρόσβαση Πολλαπλή πρόσβαση με κώδικες (1/3) Η πολλαπλή πρόσβαση με κώδικες (Code Division Multiple Access - CDMA) στηρίζεται στη χρήση ορθογώνιων κωδίκων σε κάθε υπολογιστή υπηρεσίας ανατίθεται ένας κώδικας Ο κώδικας συνδυάζεται με το σήμα πληροφορίας και το σήμα που προκύπτει μεταδίδεται στο κανάλι ανάλογα με τον τρόπο χρήσης του κώδικα διακρίνονται συστήματα: αναπήδησης συχνότητας (Frequency Hopping, FH) ευθείας ακολουθίας (Direct Sequence, DS) Η χρήση του κώδικα πάνω στο σήμα πληροφορίας έχει ως αποτέλεσμα τη διασπορά του φάσματος (spread spectrum) του σήματος πληροφορίας Η λήψη του σήματος γίνεται μόνο γνωρίζοντας τον κώδικα που είχε χρησιμοποιήσει ο αποστολέας ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 59 / 76

60 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Πολυπλεξία και πολλαπλή πρόσβαση Πολλαπλή πρόσβαση με κώδικες (2/3) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 60 / 76

61 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Πολυπλεξία και πολλαπλή πρόσβαση Πολλαπλή πρόσβαση με κώδικες (3/3) Πλεονεκτήματα της πολλαπλής πρόσβασης με κώδικες: μεγάλη ανθεκτικότητα σε θόρυβο και παραμόρφωση ασφάλεια στην επικοινωνία Μειονεκτήματα: δυσκολία κατασκευής μεγάλου πλήθους ορθογώνιων κωδίκων - χρήση σχεδόν ορθογώνιων κωδίκων πολυπλοκότητα υλοποίησης διανομή κωδίκων και συγχρονισμός υπολογιστών υπηρεσίας έλεγχος ισχύος για την αποφυγή του προβλήματος κοντά-μακριά (near-far problem) Το μέγιστο πλήθος των εξυπηρετούμενων υπολογιστών υπηρεσίας περιορίζεται από το μέγιστο πλήθος των ορθογώνιων κωδίκων σε συστήματα με σχεδόν ορθογώνιους κώδικες το μέγιστο πλήθος καθορίζεται από τα επίπεδα παρεμβολών Παρεμβολή ονομάζεται το φαινόμενο κατά το οποίο το σήμα ενός χρήστη επηρεάζει τη λήψη του σήματος κάποιου άλλου χρήστη ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 61 / 76

62 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Παραδείγματα συστημάτων με πολυπλεξία Διάρθρωση 1 Σύνδεσμοι Σήμα Πληροφορίας και Μετάδοση Ιδιότητες Συνδέσμων Κατηγορίες και παραδείγματα συνδέσμων 2 Κόμβοι Υλικό κόμβου Χαρακτηριστικά λειτουργίας 3 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Βασικές τεχνικές Πολυπλεξίας Πολυπλεξία και πολλαπλή πρόσβαση Παραδείγματα συστημάτων με πολυπλεξία 4 Τεχνολογίες συνδρομητικού βρόχου Integrated Services Digital Network (ISDN) Digital Subscriber Line (DSL) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 62 / 76

63 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Παραδείγματα συστημάτων με πολυπλεξία Δίκτυα Κινητής Τηλεφωνίας 2 ης γενιάς (1/2) Τα συστήματα κινητής τηλεφωνίας χρησιμοποιούν την ιδέα της επαναχρησιμοποίησης συχνοτήτων (frequency reuse) Το διαθέσιμο εύρος ζώνης συχνοτήτων μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί σε διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές που ονομάζονται συστάδες κυψελών (clusters) η ιδέα στηρίζεται στο γεγονός ότι το ηλεκτρομαγνητικό σήμα αποσβένεται γρήγορα Οι συστάδες χωρίζονται σε μικρότερες περιοχές που ονομάζονται κυψέλες (cells) σε κάθε κυψέλη υπάρχει ένας σταθμός βάσης μέσω του οποίου επικοινωνούν τα τερματικά σε κάθε κυψέλη χρησιμοποιείται ένα τμήμα του διαθέσιμου εύρους ζώνης συχνοτήτων σκοπός των κυψελών είναι να μειώσουν τις παρεμβολές μεταξύ χρηστών ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 63 / 76

64 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Παραδείγματα συστημάτων με πολυπλεξία Δίκτυα Κινητής Τηλεφωνίας 2 ης γενιάς (2/2) Για την πολλαπλή πρόσβαση των τερματικών (κινητών τηλεφώνων) σε κάθε συστάδα χρησιμοποιείται μεικτή τεχνική FDMA/TDMA Για την επίτευξη αμφίδρομης επικοινωνία χρησιμοποιείται τεχνική FDD ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 64 / 76

65 Τεχνολογίες συνδρομητικού βρόχου Integrated Services Digital Network (ISDN) Διάρθρωση 1 Σύνδεσμοι Σήμα Πληροφορίας και Μετάδοση Ιδιότητες Συνδέσμων Κατηγορίες και παραδείγματα συνδέσμων 2 Κόμβοι Υλικό κόμβου Χαρακτηριστικά λειτουργίας 3 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Βασικές τεχνικές Πολυπλεξίας Πολυπλεξία και πολλαπλή πρόσβαση Παραδείγματα συστημάτων με πολυπλεξία 4 Τεχνολογίες συνδρομητικού βρόχου Integrated Services Digital Network (ISDN) Digital Subscriber Line (DSL) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 65 / 76

66 Τεχνολογίες συνδρομητικού βρόχου Integrated Services Digital Network (ISDN) ISDN: Εισαγωγή Πρόβλημα: χαμηλές ταχύτητες για μετάδοση δεδομένων στο συνδρομητικό βρόχο του τηλεφωνικού δικτύου μέγιστος ρυθμός μετάδοσης 56 Kbps με τα πρωτόκολλα V90 και V92 του οργανισμού ITU Το Ψηφιακό Δίκτυο Ενοποιημένων Υπηρεσιών (Integrated Services Digital Network-ISDN) δημιουργήθηκε με στόχο την ψηφιοποίηση του συνδρομητικού βρόχου αναπτύχθηκε από τον οργανισμό CCITT και μεγάλες εταιρείες τηλεπικοινωνιών Κέρδη: υποστήριξη υπηρεσίων μετάδοσης δεδομένων (πχ μετάδοση video, δεδομένων, κλπ) με υψηλές ταχύτητες μετάδοση φωνής με αυξημένη ποιότητα ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 66 / 76

67 Τεχνολογίες συνδρομητικού βρόχου Integrated Services Digital Network (ISDN) ISDN: Τεχνολογία (1/2) To ISDN εισήγαγε αλλαγές όπως: αύξηση της παρεχόμενης ισχύος, εξελιγμένες τεχνικές ακύρωσης ηχούς, τεχνικές κωδικοποίησης Οι καινοτομίες του ISDN επέτρεψαν τη βελτίωση του λόγου S/N με αποτέλεσμα τη βελτίωση του ρυθμού μετάδοσης Χρησιμοποιείται πολυπλεξία στο χρόνο για τη δημιουργία τριών παράλληλων καναλιών (Β1, Β2 και D) B1 και Β2 (64 kbps έκαστο): χρησιμοποιούνται για μετάδοση φωνής (2 συνδέσεις) ή τη μετάδοση δεδομένων D (16 kbps): χρησιμοποιείται συνηθέστερα για τη μετάδοση δεδομένων σηματοδοσίας (υποστήριξη υπηρ προστιθέμενης αξίας) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 67 / 76

68 Τεχνολογίες συνδρομητικού βρόχου Integrated Services Digital Network (ISDN) ISDN: Τεχνολογία (2/2) Το πρότυπο περιγράφει διαφορετικές προδιαγραφές σύνδεσης (S/T, U και R interfaces) των τερματικών συσκευών στόχος: υποστήριξη διαφορετικών ρυθμών μετάδοσης και διαφορετικών τύπων τερματικών Το πρότυπο είναι συμβατό με οποιαδήποτε τεχνολογία δικτύωσης χρησιμοποιείται στο κυρίως δίκτυο (backbone network) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 68 / 76

69 Τεχνολογίες συνδρομητικού βρόχου Integrated Services Digital Network (ISDN) ISDN: Ρυθμοί μετάδοσης Το ISDN προσφέρει ποικιλία ρυθμών μετάδοσης για να υποστηρίξει ετερογενείς ανάγκες δικτύωσης Προσφερόμενοι ρυθμοί μετάδοσης: Βασική Πρόσβαση (Basic Rate Interface-BRI): αμφίδρομη κατά περιόδους (half duplex) επικοινωνία (U interface) με ρυθμό 144 kbps 2 κανάλια (Β channels) των 64 kbps και ένα (D channel) των 16 kbps Πρωτεύουσα Πρόσβαση (Primary Rate Interface-PRI): ρυθμοί μετάδοσης Kbps 23 (USA) ή 30 (Europe) Β κανάλια και ένα D κανάλι των 64 kbps ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 69 / 76

70 Τεχνολογίες συνδρομητικού βρόχου Digital Subscriber Line (DSL) Διάρθρωση 1 Σύνδεσμοι Σήμα Πληροφορίας και Μετάδοση Ιδιότητες Συνδέσμων Κατηγορίες και παραδείγματα συνδέσμων 2 Κόμβοι Υλικό κόμβου Χαρακτηριστικά λειτουργίας 3 Από κοινού χρήση πόρων: Πολυπλεξία Βασικές τεχνικές Πολυπλεξίας Πολυπλεξία και πολλαπλή πρόσβαση Παραδείγματα συστημάτων με πολυπλεξία 4 Τεχνολογίες συνδρομητικού βρόχου Integrated Services Digital Network (ISDN) Digital Subscriber Line (DSL) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 70 / 76

71 Τεχνολογίες συνδρομητικού βρόχου Digital Subscriber Line (DSL) DSL: Εισαγωγή Πρόβλημα: οι ταχύτητες μετάδοσης δεδομένων στο συνδρομητικό βρόχο του τηλεφωνικού δικτύου εξακολουθούν (και μετά το ISDN) να είναι χαμηλές επιπλέον είναι επιθυμητό να υποστηριχθούν ασύμμετρες συνδέσεις για δικτύωση στο Internet Λύση: Ψηφιακή Συνδρομητική Γραμμή (Digital Subscriber Line-DSL) Χαρακτηριστικά: ρυθμοί μετάδοσης μέχρι 54 Mbps στις υπάρχουσες χάλκινες γραμμές του τηλεφωνικού δικτύου μεγαλύτερη ταχύτητα στην κατεύθυνση δίκτυο-χρήστης (downlik ή downstream) από ότι στην κατεύθυνση χρήστης-δίκτυο (uplink ή upstream) ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 71 / 76

72 Τεχνολογίες συνδρομητικού βρόχου Digital Subscriber Line (DSL) DSL: Εκδόσεις Η τεχνολογία DSL προδιαγράφει εκδόσεις για ετερογενείς ανάγκες δικτύωσης υποστηρίζονται διαφορετικοί ρυθμοί μετάδοσης ανάλογα με την απόσταση και την υποδομή του συνδρομητικού βρόχου Οι εκδόσεις διαφέρουν ως προς: τις τεχνικές κωδικοποίησης και την υλική υποδομή που απαιτούν το εύρος συχνοτήτων που χρησιμοποιούν και την κατανομή του σε downlink και uplink Σημαντικότερες εκδόσεις: ADSL-Asymmetric DSL: ασύμμετροι ρυθμοί μετάδοσης, 12Mbps (downlink) και 18 Mbps (uplink), εύρος καναλιού 26KHz-1104MHz ADSL2+: ρυθμοί μετάδοσης μέχρι 24Mbps (downlink) και 14 Mbps (uplink), εύρος καναλιού 26KHz- 22MHz VDSL-Very high bitrate DSL: ρυθμοί μετάδοσης μέχρι 54Mbps (downlink) και 16 Mbps (uplink), εύρος καναλιού 25KHz-12MHz SDSL-Symmetric DSL: συμμετρικοί ρυθμοί μετάδοσης μέχρι 2048Mbps ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 72 / 76

73 Τεχνολογίες συνδρομητικού βρόχου Digital Subscriber Line (DSL) DSL: Τεχνολογία (1/3) To DSL στηρίζεται στη χρήση μεγαλύτερου εύρους συχνοτήτων Χρησιμοποιεί τη Διακριτή Πολυτονική Διαμόρφωση (Discrete MultiTone modulation-dmt) καθιστά το μεταδιδόμενο σήμα ανθεκτικότερο στο θόρυβο και επιτρέπει την αύξηση του χρησιμοποιούμενου εύρους συχνοτήτων του καναλιού Σύμφωνα με τη σχέση του Shannon (C = W log 2 (1 + S/N)) η αύξηση του εύρους συχνοτήτων επιτρέπει αύξηση του ρυθμού μετάδοσης Το διαθέσιμο εύρος συχνοτήτων χωρίζεται σε τρεις ζώνες: uplink, downlink και κανάλι για μετάδοση φωνής στα κανάλια uplink και downlink χρησιμοποιείται διαμόρφωση DMT ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 73 / 76

74 Τεχνολογίες συνδρομητικού βρόχου Digital Subscriber Line (DSL) DSL: Τεχνολογία (2/3) Example Κατανομή συχνοτήτων στο ADSL Το εύρος συχνοτήτων για upstream και downstream είναι ασύμμετρα κατανεμημένο κανάλι φωνής: 0-4Khz upstream: 26KHz-138KHz downstream: 138KHz-1104KHz ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 74 / 76

75 Τεχνολογίες συνδρομητικού βρόχου Digital Subscriber Line (DSL) DSL: Τεχνολογία (3/3) Για τη σύνδεση ενός συνδρομητή απαιτείται: ένας διαμορφωτής (modem) που διαμορφώνει το σήμα με την τεχνική DMT ένα φίλτρο (filter) που διαχωρίζει το κανάλι φωνής από τα upstream και downstream Στη μεριά του παροχέα η μονάδα DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) υλοποιεί την πολύπλεξη των χρηστών και τη μεταγωγή της πληροφορίας ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 75 / 76

76 Τεχνολογίες συνδρομητικού βρόχου Digital Subscriber Line (DSL) DSL: Ρυθμοί μετάδοσης Οι μέγιστοι ρυθμοί μετάδοσης εξαρτώνται από την έκδοση της τεχνολογίας DSL αλλά και το μήκος του συνδρομητικού βρόχου ΕΠαπαπέτρου (ΤμΜηχ Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 76 / 76