ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΙΝΤΕΡΝΕΤ

Transcript

1 ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ για το μάθημα ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΙΝΤΕΡΝΕΤ Τμήμα Τεχνικών Εφαρμογών Πληροφορικής ΙΕΚ Νεάπολης Θεσσαλονίκη, Νοέμβριος 2013

2 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Μετάδοση Δεδομένων Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων 1.1 Πληροφορίες και Δεδομένα Τα δεδομένα (data) αποτελούν ακατέργαστο πληροφοριακό υλικό κάθε μορφής, που μπορεί να προέρχεται από οπουδήποτε αριθμητικές τιμές που καταμετρώνται από κάποια πειραματική διάταξη, κινήσεις μετοχών στο χρηματιστήριο και ονοματεπώνυμα πελατών κάποιας εταιρείας. Σε αυτή την ακατέργαστη μορφή τους, τα δεδομένα δεν προσφέρουν τίποτε και δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν με κανένα τρόπο. Για το λόγο αυτό έχουν αναπτυχθεί τα γνωστά μας πληροφοριακά συστήματα (information systems), που αποσκοπούν στο να επεξεργαστούν αυτά τα δεδομένα και να εξάγουν από αυτά χρήσιμα συμπεράσματα. Σε αυτή την επεξεργασμένη τους μορφή, τα δεδομένα έχουν πλέον μετατραπεί σε πληροφορίες (information), οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν από οποιονδήποτε. Άρα η πληροφορία μπορεί να ορισθεί ως ένα σύνολο επεξεργασμένων δεδομένων, δηλαδή δεδομένων, τα οποία έχουν υποστεί κάποιο είδος επεξεργασίας από το κατάλληλο σε κάθε περίπτωση πληροφοριακό σύστημα. Οι πληροφορίες και τα δεδομένα μπορεί είναι κάθε μορφής και να προέρχονται από πολλές και διαφορετικές μεταξύ τους πηγές, όπως ένα κείμενο, μια εικόνα και ένα video. Προκειμένου όμως να γίνουν κατανοητά από τον υπολογιστή, πρέπει να μετατραπούν σε δυαδική μορφή, διαδικασία η οποία γενικά ονομάζεται ψηφιοποίηση. Η μονάδα μέτρησης των δεδομένων είναι το bit που κατά τα γνωστά παίρνει τις τιμές 0 και 1, αλλά στην πράξη χρησιμοποιούνται πολλαπλάσιά του όπως είναι το byte, καθώς επίσης και πολλαπλάσια του byte, όπως είναι το KByte, το MByte και το GByte.

3 Κωδικοποίηση Δεδομένων Όπως έχει ήδη αναφερθεί, προκειμένου τα δεδομένα να γίνουν κατανοητά από ένα ηλεκτρονικό υπολογιστή, θα πρέπει να μετατραπούν σε δυαδική μορφή, κάτι που γίνεται χρησιμοποιώντας τον κατάλληλο σε κάθε περίπτωση κώδικα. Ο κώδικας γενικά ορίζεται ως ένα σύνολο από σύμβολα και κανόνες, οι οποίοι μας βοηθούν να αναπαραστήσουμε κάποια πληροφορία, σε μορφή, κατανοητή από τον υπολογιστή. Σε αυτούς τους κώδικες, κάθε χαρακτήρας αντιστοιχεί σε ένα και μοναδικό αλφαβητικό ή αριθμητικό χαρακτήρα, σε ένα σημείο στίξης ή σε ένα ειδικό σύμβολο. Γνωστοί κώδικες οι οποίοι προσδιορίζουν τη μοναδική παράσταση ενός χαρακτήρα με συγκεκριμένο αριθμό δυαδικών ψηφίων, είναι οι κώδικες ASCII, BCD και EBCDIC. Η κωδικοποίηση λοιπόν είναι η μετατροπή μιας πληροφορίας σε δυαδική μορφή χρησιμοποιώντας κάθε φορά τον κατάλληλο κώδικα. Για παράδειγμα το γράμμα Α, έχει ως κώδικα ASCII τον αριθμό 65, ο οποίος στο δυαδικό σύστημα και με μήκος 8 bits είναι ο Επομένως, το αποτέλεσμα της κωδικοποίησης σε αυτό το παράδειγμα, είναι η μετατροπή του χαρακτήρα Α στο δυαδικό αριθμό , δηλαδή σε μορφή κατανοητή από τον ηλεκτρονικό υπολογιστή. 1.2 Μετάδοση Δεδομένων Μορφές μετάδοσης δεδομένων Η μετάδοση των δεδομένων μπορεί να πραγματοποιηθεί είτε σειριακά είτε παράλληλα. Σειριακή μετάδοση δεδομένων (serial transmission) ονομάζουμε τη διαδικασία μετάδοσης δεδομένων από έναν πομπό σε ένα δέκτη, η οποία χαρακτηρίζεται από τη μετάδοση ενός bit κάθε φορά. Δηλαδή, τα bits, δια της χρήσης του κατάλληλου μέσου μετάδοσης (που είναι το σειριακό καλώδιο), μεταδίδονται διαδοχικά το ένα μετά το άλλο. Αν και η 3

4 σειριακή μετάδοση είναι πιο αργή από την παράλληλη μετάδοση, εν τούτοις χρησιμοποιείται περισσότερο για δύο κυρίως λόγους : 1. Απαιτούνται λιγότεροι αγωγοί απ ό,τι στην παράλληλη μετάδοση, με αποτέλεσμα να μειώνεται το κόστος σύνδεσης 2. Η παραμόρφωση του σήματος που παρατηρείται κατά τη διάρκεια της επικοινωνίας είναι μικρότερη στη σειριακή μετάδοση, σε σχέση με την παράλληλη. Από την άλλη πλευρά, στην παράλληλη μετάδοση (parallel transmission), τα bits του κάθε χαρακτήρα μεταδίδονται ταυτόχρονα (και όχι το ένα μετά το άλλο όπως στη σειριακή μετάδοση), χρησιμοποιώντας ισάριθμες γραμμές μεταφοράς. Το βασικό της μειονέκτημα, είναι το μεγάλο μήκος του καλωδίου που απαιτείται, με αποτέλεσμα την αύξηση του κόστους σύνδεσης. Από την άλλη πλευρά, το βασικό της πλεονέκτημα είναι ο μικρότερος χρόνος μεταφοράς των δεδομένων, σε σύγκριση με αυτόν της σειριακής μετάδοσης. Συγχρονισμός Η μετάδοση των δεδομένων μπορεί να πραγματοποιηθεί τόσο σύγχρονα όσο και ασύγχρονα. Η ασύγχρονη μετάδοση ψηφιακών δεδομένων (asynchronous transmission) είναι ένας τύπος σειριακής μετάδοσης, στην οποία, τα δεδομένα μεταδίδονται με τη μορφή χαρακτήρων. Κάθε χαρακτήρας αποστέλλεται χωριστά από τους υπόλοιπους, ενώ ο πομπός και ο δέκτης επιβάλλεται να είναι συγχρονισμένοι, μόνο κατά το χρονικό διάστημα αποστολής των χαρακτήρων. Στις πιο συνηθισμένες περιπτώσεις, κάθε χαρακτήρας αποτελείται από 8 bits τα οποία παίρνουν τιμές 0 ή 1 και αποστέλλονται σειριακά, το ένα μετά το άλλο. Εκτός από αυτά τα 8 bits δεδομένων (data bits), ο πομπός αποστέλλει στο δέκτη και δύο επιπλέον bits ελέγχου (control bits), εκ των οποίων το πρώτο (start bit) έχει 4

5 πάντα τιμή 0 και αποστέλλεται πριν τα bits δεδομένων, ενώ το δεύτερο (stop bit) έχει πάντα τιμή 1 και αποστέλλεται μετά τα bits δεδομένων. Η μετάδοση αυτών των δύο επιπλέον bits ελέγχου επιτρέπει στο δέκτη να αναγνωρίζει την αρχή και το τέλος της μετάδοσης κάθε χαρακτήρα, δίδοντάς του έτσι τη δυνατότητα να συγχρονιστεί με τον πομπό. Τέλος σε περιπτώσεις κατά τις οποίες είναι επιθυμητός ο έλεγχος σφαλμάτων που ενδέχεται να προκύψουν κατά τη διάρκεια της μετάδοσης, χρησιμοποιείται ένα επιπλέον bit (parity bit) που παίρνει τιμή 0 ή 1 και τοποθετείται αμέσως πριν το stop bit. Στο Σχήμα 1.1 παρουσιάζεται η ασύγχρονη σειριακή μετάδοση του byte , με χρήση parity bit του οποίου η τιμή είναι ίση με ένα. Σε αυτό το παράδειγμα, το λογικό 0 αναπαρίσταται από τη μηδενική στάθμη τάσης (0 Volts), ενώ το λογικό 1 από μια θετική στάθμη τάσης, με τιμή ίση με + 5 Volts (αν και στις πιο συνηθισμένες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται οι τιμές +12 Volts και -12 Volts). Σχήμα 1.1 Παράδειγμα Ασύγχρονης Σειριακής Μετάδοσης Δεδομένων Στο παραπάνω σχήμα, η έναρξη της ασύγχρονης μετάδοσης του χαρακτήρα , αντιστοιχεί στη χρονική στιγμή t0. Για όλες τις προηγούμενες χρονικές στιγμές, στις οποίες η γραμμή χαρακτηρίζεται από απουσία μετάδοσης (δηλαδή, είναι ελεύθερη), η τάση που εφαρμόζεται στα άκρα της διατηρεί μια σταθερή τιμή ίση με + 5 Volts. Αμέσως μετά την έναρξη 5

6 της μετάδοσης (τη χρονική στιγμή t0), λαμβάνει χώρα η αποστολή του start bit το οποίο έχει τιμή ίση με το 0 (αυτή η διαδικασία πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας τη μηδενικής στάθμη τάσης, η οποία φέρει τη γραμμή σε κατάσταση μετάδοσης). Στη συνέχεια ακολουθεί η μετάδοση των 8 bits δεδομένων (αυτή η μετάδοση αντιστοιχεί στη χρονική στιγμή t1), ενώ στο τέλος (τη χρονική στιγμή t2), αποστέλλουμε το parity bit (με τιμή 1) και το stop bit που έχει τιμή ίση με 1. Η μετάδοση του stop bit επαναφέρει τη γραμμή σε κατάσταση μη μετάδοσης (δηλαδή σε τάση + 5 Volts), και ολοκληρώνεται τη χρονική στιγμή t3, η οποία σηματοδοτεί και το τέλος της μετάδοσης του εν λόγω χαρακτήρα. Από την άλλη πλευρά, το βασικό χαρακτηριστικό της σύγχρονης μετάδοσης ψηφιακών δεδομένων (synchronous transmission), είναι το γεγονός ότι η μετάδοση των χαρακτήρων λαμβάνει χώρα κατά ομάδες χαρακτήρων. Η μετάδοση αυτή χαρακτηρίζεται από υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης και για το λόγο αυτό χρησιμοποιείται ιδιαίτερα στην επικοινωνία απομακρυσμένων υπολογιστικών συστημάτων. Υπάρχουν τρία είδη σύγχρονης μετάδοσης, ανάλογα με την μορφή της πληροφορίας που μεταδίδεται. Η μετάδοση προσανατολισμένη προς χαρακτήρα (byte oriented), η μετάδοση προσανατολισμένη προς δυαδικό ψηφίο (bit oriented), και η μετάδοση προσανατολισμένη προς πλαίσιο (frame oriented). Σε αντίθεση με την ασύγχρονη μετάδοση, όπου κάθε χαρακτήρας μεταδίδεται χωριστά από τους άλλους και συνοδεύεται από το start bit και το stop bit, στη σύγχρονη μετάδοση, οι χαρακτήρες μεταδίδονται κατά ομάδες, ενώ ταυτόχρονα, ο πομπός με το δέκτη θα πρέπει να είναι συνεχώς συγχρονισμένοι, για όλο το χρονικό διάστημα αποστολής των χαρακτήρων. Στην περίπτωση της μετάδοσης προσανατολισμένης προς χαρακτήρα, η αναγνώριση εκκίνησης μιας ομάδας χαρακτήρων από το δέκτη γίνεται με την αποστολή ενός ειδικού χαρακτήρα στην αρχή της ομάδας, που ονομάζεται χαρακτήρας συγχρονισμού. Ο χαρακτήρας αυτός αποστέλλεται δύο φορές, έτσι ώστε να αποκλειστεί το ενδεχόμενο εσφαλμένης αναγνώρισης, στην περίπτωση που αυτός ο χαρακτήρας περιλαμβάνεται μέσα στα δεδομένα. Στην περίπτωση της μετάδοσης προσανατολισμένης προς δυαδικό ψηφίο, το τμήμα 6

7 των δεδομένων αντιμετωπίζεται ως μια διαδοχή από δυαδικά ψηφία, ενώ στη μετάδοση προσανατολισμένη προς πλαίσιο, η σειρά των χαρακτήρων του μηνύματος ομαδοποιείται και υποδιαιρείται σε πλαίσια (frames) τα οποία συμπεριλαμβάνουν και τους χαρακτήρες συγχρονισμού. Στα πλεονεκτήματα της σύγχρονης μετάδοσης, μεταξύ άλλων, περιλαμβάνεται η καλύτερη αξιοποίηση του καναλιού σε σχέση με την ασύγχρονη μετάδοση (δεδομένου ότι δεν αποστέλλονται τα start και stop bits για κάθε χαρακτήρα, παρά μόνο μερικοί χαρακτήρες ελέγχου στην αρχή και στο τέλος των δεδομένων) και η μεγαλύτερη απόδοσή της όσον αφορά την αναγνώριση σφαλμάτων. Επιπλέον ο αριθμός των χαρακτήρων που μεταδίδονται σε κάποιο συγκεκριμένο χρονικό διάστημα είναι πάντα γνωστός, κάτι που δεν ισχύει στην ασύγχρονη μετάδοση. Κατεύθυνση μετάδοσης δεδομένων Υπάρχουν τρία είδη επικοινωνίας σε σχέση με την κατεύθυνση της πληροφορίας, που χαρακτηρίζονται από τα ονόματα, μονόπλευρη (simplex), ημίπλευρη (half duplex) και αμφίπλευρη (full duplex): Στη μονόπλευρη μετάδοση (simplex) η μεταφορά της πληροφορίας είναι δυνατή μόνο προς τη μια κατεύθυνση. Παράδειγμα τέτοιας μορφής μετάδοσης είναι οι μεταδόσεις εκπομπής, όπου η πληροφορία μεταδίδεται πάντα από το ραδιοφωνικό πομπό προς τους δέκτες ή η αποστολή δεδομένων από ένα υπολογιστή προς κάποια τερματική διάταξη. Στην ημίπλευρη μετάδοση (half duplex), η κίνηση της πληροφορίας είναι δυνατή και προς τις δύο κατευθύνσεις, αλλά όχι ταυτόχρονα. Κλασικό παράδειγμα αυτής της μορφής επικοινωνίας είναι ο ασύρματος, όπου ο εκάστοτε ομιλητής πρέπει πρώτα να σταματήσει να μιλά, προκειμένου να μπορέσει ο άλλος να μιλήσει. Ο χρόνος που 7

8 απαιτείται για την αλλαγή της κατεύθυνσης ροής των πληροφοριών, ονομάζεται χρόνος επανεπιστροφής (turnaround time). Στην αμφίπλευρη μετάδοση (full duplex), η κίνηση της πληροφορίας είναι δυνατή ταυτόχρονα και προς τις δυο διευθύνσεις. Κλασικό παράδειγμα αυτής της μορφής επικοινωνίας είναι η τηλεφωνική επικοινωνία, όπου και οι δύο συνομιλητές μπορούν να ομιλούν ταυτόχρονα. Στη μετάδοση αυτή, είτε υπάρχουν διαφορετικά κυκλώματα εκπομπής και λήψης είτε δημιουργούνται λογικά κανάλια για λήψη και εκπομπή στο ίδιο μέσο μετάδοσης, χρησιμοποιώντας την πολυπλεξία διαίρεσης συχνότητας. Είναι προφανές, πως στην αμφίπλευρη μετάδοση δεν υπάρχει χρονική καθυστέρηση για την αλλαγή της κατεύθυνσης ροής των πληροφοριών, όπως συμβαίνει στην ημίπλευρη μετάδοση. Τρόποι Σύνδεσης Ηλεκτρονικών Υπολογιστών Η κατεύθυνση μετάδοσης της πληροφορίας έχει νόημα στην περίπτωση κατά την οποία ένας υπολογιστής αποστέλλει κάποια πληροφορία προς κάποιο συγκεκριμένο υπολογιστή του δικτύου. Αντίθετα όταν η πληροφορία που αποστέλλεται, διαβάζεται από όλους τους σταθμούς που χρησιμοποιούν το κοινό κανάλι επικοινωνίας, η έννοια της κατεύθυνσης δεν βρίσκει εφαρμογή, διότι η πληροφορία δεν κατευθύνεται προς ένα συγκεκριμένο υπολογιστή, αλλά εκπέμπεται προς όλους τους υπολογιστές του δικτύου. Με βάση αυτό το χαρακτηριστικό της επικοινωνίας, μπορούμε να χωρίσουμε τα δίκτυα υπολογιστών σε δύο μεγάλες κατηγορίες : στα δίκτυα από σημείο σε σημείο (point to point) και στα δίκτυα εκπομπής (broadcast). Το κύριο χαρακτηριστικό της επικοινωνίας από σημείο σε σημείο, είναι πως η πληροφορία κατευθύνεται προς ένα συγκεκριμένο υπολογιστή κάθε φορά. Εάν δύο κόμβοι δεν επικοινωνούν με απευθείας σύνδεση, έχουν τη δυνατότητα να επικοινωνήσουν μέσω κάποιων άλλων ενδιάμεσων κόμβων, με 8

9 αποτέλεσμα η επικοινωνία να γίνεται τμηματικά. Ας σημειωθεί πως η διαδρομή ανάμεσα σε δύο κόμβους δεν είναι μοναδική και για το λόγο αυτό έχουν αναπτυχθεί ειδικοί αλγόριθμοι δρομολόγησης (routing algorithms), που έχουν ως σκοπό να εντοπίσουν τη βέλτιστη διαδρομή μέσα στο δίκτυο, που συνδέει δύο υπολογιστές μεταξύ τους. Στην περίπτωση των δικτύων εκπομπής δεδομένων (broadcast networks), τα δεδομένα που αποστέλλονται από κάποιο υπολογιστή του δικτύου, προς κάποιο παραλήπτη, δεν κατευθύνονται αποκλειστικά σε αυτόν, αλλά εκπέμπονται σε όλο το δίκτυο και ως εκ τούτου διαβάζονται από όλους. Όταν κάποιος υπολογιστής του δικτύου παραλάβει το μήνυμα, εξετάζει τη διεύθυνση του παραλήπτη που περιλαμβάνεται σε αυτό και εάν αυτή η διεύθυνση ταυτίζεται με τη δική του που σημαίνει πως αυτός είναι ο παραλήπτης κρατά το μήνυμα, διαφορετικά το αγνοεί. Δηλαδή, στην τοπολογία εκπομπής, το μήνυμα διαβάζεται από όλους τους σταθμούς, αλλά λαμβάνεται υπ όψιν μόνο από εκείνον στον οποίο απευθύνεται, ενώ οι άλλοι απλά το αγνοούν. Ρυθμός Μετάδοσης Δεδομένων Ο ρυθμός μετάδοσης δεδομένων, εκφράζει κατά τα γνωστά, τον αριθμό των δυαδικών ψηφίων που τοποθετεί ο πομπός στο μέσο μετάδοσης, στη μονάδα του χρόνου. Επειδή η μονάδα του χρόνου είναι το ένα δευτερόλεπτο, η μονάδα μέτρησης του ρυθμού μετάδοσης δεδομένων, είναι το bit ανά δευτερόλεπτο (bits per second, bps). Στην πράξη χρησιμοποιούνται και πολλαπλάσια αυτής της μονάδας μέτρησης, όπως είναι το Kbps = 1000 bps, το Mbps = 1000 Kbps και το Gbps = 1000 Mbps. Ανίχνευση Σφαλμάτων Η ανίχνευση των σφαλμάτων (error detection) που ενδέχεται να προκύψουν κατά τη φάση της μετάδοσης ενός πακέτου δεδομένων, 9

10 πραγματοποιείται, εάν μαζί με τα δυαδικά ψηφία δεδομένων (data bits), χρησιμοποιήσουμε και επιπρόσθετα δυαδικά ψηφία ελέγχου (control bits) όπως είναι για παράδειγμα το bit ισοτιμίας (parity bit). Το περιεχόμενο αυτών των δυαδικών ψηφίων ελέγχου δημιουργείται στο σταθμό αποστολής πριν την αποστολή του πακέτου στον παραλήπτη, με βάση κάποιον αλγόριθμο, ο οποίος εφαρμόζεται πάνω στα δυαδικά ψηφία δεδομένων. Η διαδικασία αυτή έχει ως αποτέλεσμα να μην στέλνονται στον παραλήπτη μόνο τα m bits της πληροφορίας, αλλά και τα επιπρόσθετα c bits του τμήματος ελέγχου, έτσι ώστε το συνολικό πλήθος των bits που μεταδίδονται, να είναι n = m + c. Σχήμα 1.2 Δομή Μεταδιδόμενου Πακέτου Πληροφοριών Όταν η πληροφορία φτάσει στο σταθμό προορισμού, αναδημιουργείται το τμήμα ελέγχου σύμφωνα με τον ίδιο αλγόριθμο δηλαδή αυτόν που χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή του τμήματος ελέγχου από τον αποστολέα του μηνύματος και στη συνέχεια, το τμήμα ελέγχου που δημιουργήθηκε από τον παραλήπτη, συγκρίνεται με εκείνο που παραλήφθηκε μαζί με το μήνυμα. Εάν τα δύο τμήματα ελέγχου είναι ίδια, τότε το μήνυμα έχει φτάσει στον παραλήπτη χωρίς σφάλματα. Στην αντίθετη περίπτωση έχει λάβει κάποιο σφάλμα κατά τη διάρκεια της μετάδοσης, το οποίο εντοπίζεται και διορθώνεται ανάλογα με το σύστημα κωδικοποίησης που χρησιμοποιείται. Ένας από τους πιο γνωστούς κώδικες ανίχνευσης σφαλμάτων που χρησιμοποιούνται στις διαδικασίες μετάδοσης δεδομένων, είναι ο έλεγχος ισοτιμίας (parity check), ο οποίος μπορεί να είναι τόσο μονοδιάστατος όσο και διδιάστατος. Στην περίπτωση του μονοδιάστατου ελέγχου ισοτιμίας, αυτός μπορεί να αναφέρεται τόσο σε άρτια (even parity) όσο και σε περιττή ισοτιμία (odd parity). Και στις δύο περιπτώσεις, μαζί με τα δυαδικά ψηφία δεδομένων (data bits) χρησιμοποιείται και ένα επιπρόσθετο δυαδικό ψηφίο ελέγχου, που ονομάζεται bit ισοτιμίας. Η διαφορά ανάμεσα στην άρτια και 10

11 στην περιττή ισοτιμία, είναι ο αριθμός των bits με τιμή 1 που περιλαμβάνονται στο πακέτο που μεταδίδεται. Πιο συγκεκριμένα, στην περίπτωση της άρτιας ισοτιμίας, ο αριθμός των bits με τιμή 1 (συμπεριλαμβανομένου και του parity bit) θα πρέπει να είναι άρτιος, ενώ στην περίπτωση της περιττής ισοτιμίας, ο αριθμός αυτός θα πρέπει να είναι περιττός. Η διαδικασία ανίχνευσης σφαλμάτων, εκτελείται από τον παραλήπτη και περιλαμβάνει την καταμέτρηση των bits με τιμή ίση με 1, που περιέχονται στο πακέτο που παραλήφθηκε. Εάν ο αριθμός αυτός είναι περιττός και χρησιμοποιείται άρτια ισοτιμία, τότε προφανώς έχει πραγματοποιηθεί κάποιο σφάλμα και κάποιο bit με τιμή 1 έχει λάβει τιμή 0. Το ίδιο ακριβώς ισχύει και στην περίπτωση κατά την οποία χρησιμοποιείται περιττή ισοτιμία και ο αριθμός των bits με τιμή 1, βρίσκεται να είναι άρτιος. Στην περίπτωση του διδιάστατου ελέγχου ισοτιμίας, οι χαρακτήρες στέλνονται κατά ομάδες, ενώ μαζί με τους χαρακτήρες δεδομένων, αποστέλλεται και ένας ειδικός χαρακτήρας ελέγχου (parity byte) ο οποίος προκύπτει διά της εφαρμογής ενός αλγορίθμου πάνω στους χαρακτήρες δεδομένων. Ο υπολογισμός των ψηφίων ισοτιμίας γίνεται τόσο κατά την οριζόντια όσο και κατά την κατακόρυφη διεύθυνση, γεγονός που επιτρέπει στον παραλήπτη όχι μόνο να διαπιστώσει την ύπαρξη σφάλματος κατά τη διάρκεια της μετάδοσης, αλλά επιπλέον να εντοπίσει και τη θέση του εσφαλμένου δυαδικού ψηφίου, κάτι που δεν είναι δυνατό στην περίπτωση του μονοδιάστατου ελέγχου ισοτιμίας. Η διαδικασία εντοπισμού σφαλμάτων, περιλαμβάνει την αναπαραγωγή του χαρακτήρα ισοτιμίας από τον παραλήπτη, και τη σύγκρισή του με εκείνον που παραλήφθηκε μαζί με το μήνυμα. Εάν τα δύο αποτελέσματα ταυτίζονται, τότε το πακέτο δεδομένων έχει παραληφθεί σωστά, διαφορετικά η διαδικασία μετάδοσης των δεδομένων, χαρακτηρίζεται ως εσφαλμένη. 11

12 1.3 Μοντέλο Επικοινωνίας Το μοντέλο επικοινωνίας, στη γενική περίπτωση, αποτελείται από έναν πομπό, ένα δέκτη και ένα μέσο μεταφοράς δεδομένων, το οποίο είναι υπεύθυνο για τη μεταβίβαση της πληροφορίας από τον πομπό στο δέκτη. Ο πομπός και ο δέκτης γενικά μπορεί να είναι οτιδήποτε και όχι υποχρεωτικά υπολογιστές. Έτσι για παράδειγμα η συνομιλία μεταξύ δύο ατόμων συνιστά ένα μοντέλο επικοινωνίας, στο οποίο ο πομπός και ο δέκτης (οι δύο συνομιλητές) ανταλλάσσουν δεδομένα (το περιεχόμενο της ομιλίας, που μπορεί να είναι ιδέες, συναισθήματα και σκέψεις), με μέσο μετάδοσης τον αέρα. Στην περίπτωση βεβαίως των δικτύων υπολογιστών, ο πομπός και ο δέκτης είναι υπολογιστικές διατάξεις, με μέσο μετάδοσης είτε τον αέρα (ασύρματες επικοινωνίες) είτε κάποιο καλώδιο (ενσύρματες επικοινωνίες). Τα λειτουργικά τμήματα που συνιστούν ένα απλό μοντέλο επικοινωνίας, είναι όπως αναφέραμε και προηγουμένως, οι πηγές της πληροφορίας, το μέσο μετάδοσης, και ο δέκτης της πληροφορίας. Οι πηγές της πληροφορίας μπορούν να διακριθούν σε δύο κατηγορίες, με κριτήριο τη φύση της πληροφορίας που εκπέμπουν, η οποία μπορεί να είναι είτε αναλογική είτε ψηφιακή. Οι πηγές αναλογικής πληροφορίας (όπως είναι για παράδειγμα το μικρόφωνο ή η video κάμερα), δίνουν ένα ή περισσότερα σήματα, που μεταβάλλονται συνεχώς σε συνάρτηση με το χρόνο. Αντίθετα η πληροφορία που εκπέμπεται από ψηφιακές πηγές (όπως είναι για παράδειγμα το τηλέτυπο) αποτελείται από μια σειρά διακριτών συμβόλων ή γραμμάτων. Το μέσο μετάδοσης, πραγματοποιεί τη φυσική (ηλεκτρική) σύνδεση ανάμεσα στην πηγή και στον προορισμό της πληροφορίας. Η γραμμή επικοινωνίας μπορεί να είναι ένα ζεύγος συρμάτων, ένα τηλεφωνικό καλώδιο, μια οπτική ίνα ή ακόμα ο ελεύθερος χώρος μέσα στον οποίο μεταδίδεται το σήμα που μεταφέρει την πληροφορία. Τέλος, ο δέκτης, αφού πάρει το εξασθενημένο σήμα από το μέσο μετάδοσης, το επαναφέρει στην πραγματική του κατάσταση. Επιτελεί τη λειτουργία αυτή με τη διαδικασία της αποδιαμόρφωσης, η οποία είναι η 12

13 αντίστροφη της διαδικασίας διαμόρφωσης, που πραγματοποιείται στον πομπό. Λόγω της παρουσίας θορύβου και άλλων παραμορφωτικών σημάτων, ο δέκτης δεν μπορεί να επαναφέρει τέλεια το σήμα του μηνύματος. Εκτός από την αποδιαμόρφωση, ο δέκτης κάνει συνήθως ενίσχυση και φιλτράρισμα του σήματος. 1.4 Σήματα Το σήμα μπορεί να οριστεί ως μια χρονικά μεταβαλλόμενη ηλεκτρική κυματομορφή η οποία διαδίδεται από σημείο σε σημείο, χρησιμοποιώντας κάποιο μέσο μετάδοσης.. Ο όρος «χρονικά μεταβαλλόμενη» σημαίνει πως τα χαρακτηριστικά της κυματομορφής μεταβάλλονται σε συνάρτηση με το χρόνο και εάν αυτή η μεταβολή επαναλαμβάνεται συνεχώς και με τον ίδιο τρόπο, τότε το σήμα ονομάζεται περιοδικό (periodic). Στην περίπτωση αυτή το χρονικό διάστημα που μεσολαβεί ανάμεσα σε δυο διαδοχικές επαναλήψεις αυτής της μεταβολής ονομάζεται περίοδος (period) του σήματος και συμβολίζεται με Τ, ενώ ο αριθμός αυτών των επαναλήψεων στη μονάδα του χρόνου (δηλαδή σε ένα δευτερόλεπτο) ονομάζεται συχνότητα (frequency) του σήματος και συνήθως συμβολίζεται με το γράμμα ν. Η διάδοση του σήματος από σημείο σε σημείο, θα γίνει προφανώς μέσα από κάποιο φορέα ή μέσο μετάδοσης (transmission medium). Για παράδειγμα ο φορέας μετάδοσης των κυμάτων της θάλασσας που είναι χρονικά μεταβαλλόμενες κυματομορφές αλλά όχι ηλεκτρικές είναι το νερό, ενώ ο φορέας μετάδοσης των ηχητικών κυμάτων είναι ο αέρας. Εάν δεν υπάρχει μέσο μετάδοσης, προφανώς το σήμα δεν μπορεί να διαδοθεί από ένα σημείο του χώρου σε κάποιο άλλο. Έτσι τα ηχητικά κύματα (sound waves) δεν μπορούν να διαδοθούν στο κενό, αφού εκεί δεν υπάρχει αέρας. Τα μοναδικά κύματα τα οποία μπορούν να διαδοθούν στο κενό, είναι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα (electromagnetic waves), τα οποία δημιουργούνται από πάρα πολλές πηγές όπως είναι για παράδειγμα ο ήλιος. Η ταχύτητα με την οποία κινείται ένα σήμα μέσα στο φορέα μετάδοσής του, ονομάζεται ταχύτητα μετάδοσης σήματος (propagation speed), ενώ η 13

14 απόσταση που διανύει το σήμα σε χρόνο μιας περιόδου, κινούμενο μέσα στο μέσο μετάδοσής του, ονομάζεται μήκος σήματος (wavelength). Τα δύο αυτά χαρακτηριστικά μεγέθη του σήματος (δηλαδή η ταχύτητα και το μήκος σήματος), σχετίζονται μεταξύ τους και η μαθηματική εξίσωση που τα συνδέει έχει τη μορφή u = λ*v όπου u είναι η ταχύτητα του σήματος, λ το μήκος σήματος και ν η συχνότητά του. Δεδομένου πως το σήμα είναι μια χρονικά μεταβαλλόμενη ποσότητα, είναι προφανές πως η τιμή του σήματος σε κάθε χρονική στιγμή θα είναι συνήθως διαφορετική. Σε όλες σχεδόν τις περιπτώσεις, αυτή η ποσότητα είναι η τιμή της έντασης του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου που δημιουργείται κατά τη μετάδοση του σήματος. Η μέγιστη τιμή της έντασης του πεδίου ονομάζεται πλάτος (amplitude) του σήματος. Τα σήματα μπορεί να είναι είτε αναλογικά (analog) είτε ψηφιακά (digital). Ένα σήμα λέγεται αναλογικό όταν η ποσότητα που περιγράφει μπορεί να πάρει μια οποιαδήποτε τιμή. Χαρακτηριστικό παράδειγμα ενός αναλογικού σήματος είναι μια ημιτονοειδής κυματομορφή, η στιγμιαία τιμή της οποίας σε κάθε χρονική στιγμή μπορεί να είναι οποιαδήποτε. Από την άλλη πλευρά, ένα ψηφιακό σήμα, μπορεί να πάρει μόνο διακριτές τιμές στο χρόνο. Αυτό σημαίνει πως η ποσότητα που περιγράφει παίρνει τιμές όχι από ένα άπειρο, αλλά από ένα πεπερασμένο σύνολο τιμών. Στις πιο πολλές περιπτώσεις χρησιμοποιούμε δυαδικά ψηφιακά σήματα, τα οποία μπορούν να πάρουν μόνο δύο τιμές, για παράδειγμα +5 Volts και 5 Volts. Θόρυβος σήματος Ο θόρυβος (noise) γενικά ορίζεται ως κάθε ανεπιθύμητη και συχνά απρόβλεπτη ηλεκτρική ή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια τεχνητής ή φυσικής προέλευσης, η οποία παρεμβάλλεται στο σήμα που μεταδίδεται, με αποτέλεσμα να αλλοιώνει την ποιότητά του και να προκαλεί την παραμόρφωσή του. Παρουσιάζεται σε όλα τα συστήματα επικοινωνιών, 14

15 ενσύρματα και ασύρματα και γενικά διακρίνεται σε δύο κατηγορίες, στον εξωτερικό και στον εσωτερικό θόρυβο. Ο εξωτερικός θόρυβος (external noise), δημιουργείται από αιτίες που βρίσκονται έξω από το σύστημα επικοινωνίας και ως εκ τούτου προκαλούνται από τον ανθρώπινο ή άλλο εξωγενή παράγοντα. Οι πηγές αυτού του θορύβου μπορεί να είναι ηλεκτρομαγνητικές συσκευές που βρίσκονται κοντά στο σύστημα επικοινωνίας, όπως είναι για παράδειγμα κεραίες, radar, κλπ, αλλά μπορεί να είναι και ατμοσφαιρικά φαινόμενα, όπως είναι για παράδειγμα οι κεραυνοί, οι οποίοι χαρακτηρίζονται από τη δημιουργία έντονου ηλεκτρικού ή ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, που επηρεάζει τη μετάδοση των δεδομένων. Ο θόρυβος αυτός είναι αντιστρόφως ανάλογος προς τη συχνότητα και ανάλογος του μήκους κύματος. Για παράδειγμα στις χαμηλές συχνότητες της τάξεως των 500 KHz, ο εξωτερικός θόρυβος που προέρχεται από τα ατμοσφαιρικά και τα βιομηχανικά παράσιτα, είναι πολύ πιο έντονος απ ό,τι σε υψηλές συχνότητες της τάξεως των 300 MHz. Από την άλλη πλευρά, ο εσωτερικός θόρυβος (internal noise), έχει ως αίτιο δημιουργίας του, το ίδιο το μέσο μετάδοσης. Θόρυβος αυτής της μορφής, είναι ο θερμικός θόρυβος (thermal noise) που προκαλείται από τις συγκρούσεις των ηλεκτρονίων του μέσου μετάδοσης, ο θόρυβος ενδοδιαμόρφωσης (inter-modulation noise) που οφείλεται στη συνύπαρξη σημάτων διαφορετικών συχνοτήτων όταν αυτά μοιράζονται το ίδιο μέσο μετάδοσης, καθώς και η συνακρόαση (cross-talk), που προκαλείται όταν δύο ξένα μεταξύ τους σήματα, συζευχθούν για κάποιον ανεξάρτητο λόγο. Σε αντίθεση με τον εξωτερικό θόρυβο, ο εσωτερικός θόρυβος δεν εξαρτάται άμεσα από τη συχνότητα του μεταδιδόμενου σήματος. Εξασθένηση σήματος Η εξασθένηση (attenuation) του σήματος ορίζεται ως η μείωση του πλάτους (ή ισοδύναμα της ισχύος) του σήματος καθώς αυτό μεταδίδεται μέσα από κάποιο μέσο μετάδοσης και είναι ανάλογη της απόστασης. Αυτό σημαίνει 15

16 πως όσο πιο μακριά ταξιδεύει ένα σήμα μέσα από κάποιο καλώδιο τόσο πιο μεγάλη είναι και η μείωση του πλάτους του σήματος, δηλαδή τόσο περισσότερο εξασθενεί το σήμα. Το φαινόμενο της εξασθένησης οφείλεται στην ηλεκτρική αντίσταση του καλωδίου πάνω στην οποία ένα μέρος της ενέργειας του σήματος μετατρέπεται σε θερμότητα και χάνεται, η οποία εξαρτάται από τη συχνότητα του σήματος. Πιο συγκεκριμένα, όσο πιο μεγάλη είναι η συχνότητα του μεταδιδόμενου σήματος τόσο πιο μεγάλη είναι και η εξασθένηση που θα επέλθει. Προκειμένου να αντιμετωπίσουμε αυτό το πρόβλημα στα δίκτυα επικοινωνιών, χρησιμοποιούμε ειδικές διατάξεις που λέγονται ενισχυτές ή επαναλήπτες (repeaters). Οι ενισχυτές διαβάζουν το σήμα που κινείται στο δίκτυο, ενισχύουν το πλάτος του επαναφέροντάς το στην αρχική του τιμή και το αναμεταδίδουν προς τον τελικό προορισμό του. Με τον τρόπο αυτό το σήμα μπορεί να διανύσει μεγάλες αποστάσεις, στις οποίες, χωρίς τη χρήση των ενισχυτών, δεν θα ήταν δυνατό να μεταδοθεί. Ας σημειωθεί τέλος πως οι ενισχυτές θα πρέπει να προλάβουν να διαβάσουν και να ενισχύσουν το σήμα, πριν αυτό εξασθενήσει περισσότερο από μια συγκεκριμένη τιμή, πέραν της οποίας, το περιεχόμενο του σήματος είναι αδύνατο να ανακτηθεί. Διαμόρφωση σήματος Διαμόρφωση σήματος (modulation) ονομάζεται η διαδικασία εκείνη κατά την οποία, σήματα χαμηλών συχνοτήτων, μεταφέρονται από υψηλότερες συχνότητες, οι οποίες χαρακτηρίζονται από μεγαλύτερη ανθεκτικότητα στο θόρυβο. Η διαμόρφωση πραγματοποιείται με τη βοήθεια ενός σήματος υψηλής συχνότητας που λέγεται φέρον σήμα (carrier signal) και το οποίο διαμορφώνεται με βάση τα χαρακτηριστικά του σήματος χαμηλής συχνότητας που πρόκειται να μεταφέρει. Οι υψηλές συχνότητες του φορέα ονομάζονται φέρουσες συχνότητες (carrier frequencies) ή συχνότητες φέροντος. Όσον αφορά το φορέα, αυτός μπορεί να είναι είτε αναλογικό σήμα είτε μια σειρά παλμών. 16

17 Η διαμόρφωση του φέροντος σήματος, χαρακτηρίζεται από τη μεταβολή κάποιου χαρακτηριστικού της φέρουσας κυματομορφής, όπως είναι για παράδειγμα το πλάτος της, η συχνότητά της ή η φάση της, έτσι ώστε το σήμα να περάσει μέσα από το μέσο μετάδοσης. Μετά από τη διαδικασία αυτή, ο αποστολέας στέλνει το διαμορφωμένο σήμα στον αποδέκτη, ο οποίος με τη σειρά του αποδιαμορφώνει το σήμα που λαμβάνει και εξάγει το σήμα χαμηλών συχνοτήτων που τον ενδιαφέρει. Επομένως η αποδιαμόρφωση, είναι ο μηχανισμός εκείνος ο οποίος επαναφέρει το διαμορφωμένο σήμα στην κανονική του μορφή και επιτυγχάνεται από ειδική συσκευή που λέγεται αποδιαμορφωτής. Στις πιο πολλές περιπτώσεις, η διαδικασία τόσο της διαμόρφωσης όσο και της αποδιαμόρφωσης, επιτυγχάνονται με τη βοήθεια μιας και μοναδικής συσκευής, που λέγεται modem. 1.5 Μέσα Μετάδοσης Όπως έχει ήδη αναφερθεί, το μέσο μετάδοσης είναι ο φορέας μέσα από τον οποίο λαμβάνει χώρα η μετάδοση των σημάτων. Για να κατανοήσουμε καλύτερα την έννοια του μέσου μετάδοσης, ας πάρουμε ξανά ως παράδειγμα την περίπτωση των κυμάτων στη θάλασσα. Όταν κάποιος πετάξει μια πέτρα μέσα στη θάλασσα, στο σημείο της πρόσκρουσης της πέτρας στην επιφάνεια της θάλασσας, δημιουργείται μια διαταραχή που αναγκάζει τα μόρια του νερού σε εκείνο το σημείο να εκτελέσουν κάποια κίνηση. Επειδή τα μόρια του νερού είναι ενωμένα το ένα με το άλλο, είναι προφανές πως καθένα από τα μόρια που κινούνται θα μεταδώσει την κίνησή του στο άλλο μόριο, αυτό στο επόμενο, κ.ο.κ. με τον ίδιο τρόπο που ένα κομμάτι που πέφτει στο ντόμινο, αναγκάζει σε πτώση και το επόμενο, έως ότου τελικά να πέσουν όλα τα κομμάτια. Με τον τρόπο αυτό η διαταραχή μεταδίδεται σε μεγάλη απόσταση. Ανάλογη περίπτωση παρατηρείται και στην περίπτωση των ηχητικών κυμάτων, για τα οποία το μέσο μετάδοσης είναι ο αέρας. Όταν δημιουργείται κάποιος ήχος από κάποια πηγή, τότε τα μόρια του αέρα που βρίσκονται δίπλα στην πηγή, ταλαντεύονται και η ταλάντωση αυτή μεταφέρεται και στα 17

18 επόμενα μόρια με αποτέλεσμα τελικά τη μετάδοση του σήματος. Δεν είναι λοιπόν δύσκολο να γίνει αντιληπτό πως αναγκαία προϋπόθεση για τη μετάδοση ενός σήματος είναι η ύπαρξη του κατάλληλου μέσου μετάδοσης. Αντίστροφα, εάν δεν έχουμε κάποιο μέσο μετάδοσης, δεν είναι δυνατή η μετάδοση του σήματος. Για το λόγο αυτό άλλωστε δεν είναι δυνατή και η μετάδοση του ήχου στο κενό, διότι εκεί δεν υπάρχει αέρας. Παραδείγματα μέσων μετάδοσης είναι τα τηλεφωνικά καλώδια (telephone cables), τα οποία χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση της φωνής και οι οπτικές ίνες (fiber optics) οι οποίες χρησιμοποιούνται για μετάδοση δεδομένων κάθε μορφής. Ας σημειωθεί επιπλέον πως τα μέσα μετάδοσης δεν είναι μόνο ενσύρματα (wired) αλλά και ασύρματα (wireless). Παράδειγμα ασύρματου μέσου μετάδοσης είναι η ατμόσφαιρα της γης και το διάστημα, τα οποία επιτρέπουν τη μετάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Χαρακτηριστικά των μέσων μετάδοσης Όπως είναι γνωστό, τα διάφορα σήματα που χρησιμοποιούνται στα δίκτυα επικοινωνιών, εκπέμπονται από κατάλληλες πηγές (sources) και χαρακτηρίζονται από συγκεκριμένες τιμές συχνοτήτων. Για το λόγο αυτό τα μέσα μετάδοσης είναι και αυτά σχεδιασμένα έτσι ώστε να επιτρέπουν τη μετάδοση μόνο εκείνων των σημάτων των οποίων οι συχνότητες ανήκουν σε μια συγκεκριμένη περιοχή ή ζώνη συχνοτήτων. Αυτή η ζώνη συχνοτήτων χαρακτηρίζεται προφανώς από μια μέγιστη και μια ελάχιστη συχνότητα, η διαφορά των οποίων ονομάζεται εύρος ζώνης (bandwidth) του μέσου μετάδοσης. Ας εξετάσουμε την περίπτωση του τηλεφωνικού δικτύου το οποίο ως μέσο μετάδοσης χρησιμοποιεί συνεστραμμένα καλώδια. Τα καλώδια αυτού του τύπου, επιτρέπουν τη μετάδοση μόνο εκείνων των σημάτων των οποίων η συχνότητα βρίσκεται στο διάστημα 300 Hz έως 3400 Hz (Σχήμα 1.3). Επομένως το εύρος ζώνης αυτού του μέσου μετάδοσης είναι 3400 Hz 300 Hz = 3100 Hz = 3.1 KHz. 18

19 Σχήμα 1.3 Παράδειγμα Εύρους Ζώνης Μέσου Μετάδοσης Το γεγονός πως τα 300 Hz είναι η ελάχιστη επιτρεπτή συχνότητα που μπορεί να περάσει από το μέσο μετάδοσης, σημαίνει πως ένα σήμα μικρότερης συχνότητας (π.χ. 200 Hz) δεν μπορεί να διέλθει από το μέσο μετάδοσης. Με τον ίδιο τρόπο η μέγιστη συχνότητα των 3400 Hz, υποδηλώνει πως ένα σήμα μεγαλύτερης συχνότητας, π.χ Hz δεν έχει τη δυνατότητα διέλευσης από το κανάλι. Το δεύτερο χαρακτηριστικό γνώρισμα των μέσων μετάδοσης, είναι η χωρητικότητά (capacity) τους. Αυτή ορίζεται ως ο μέγιστος ρυθμός με τον οποίο μπορούμε να στείλουμε ή να πάρουμε δεδομένα, χωρίς να προκύψουν σφάλματα κατά τη διάρκεια της μετάδοσης. Η χωρητικότητα ενός μέσου μετάδοσης είναι ανάλογη του εύρους ζώνης του, που σημαίνει πως ένα μέσο μετάδοσης με μεγάλο εύρος ζώνης, θα έχει αντίστοιχα και μεγάλη χωρητικότητα. Τέλος είναι σημαντικό να αναφέρουμε πως τα μέσα μετάδοσης με κριτήριο την τιμή της χωρητικότητάς τους, μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις κατηγορίες : Μέσα μετάδοσης στενής ζώνης (narrowband): Χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση ψηφιακών σημάτων με ρυθμούς από 45 έως 600 bps. Τα μέσα αυτά δεν έχουν επαρκή χωρητικότητα για να μεταδώσουν τηλεφωνικές συνδιαλέξεις και χρησιμοποιούνται κυρίως σε τηλεγραφικά κυκλώματα. Μέσα μετάδοσης βασικής ζώνης (baseband): Χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση ψηφιακών σημάτων με ρυθμούς από 1200 έως bps. Η βασική τους εφαρμογή είναι στην τηλεφωνία για τη μετάδοση σημάτων φωνής. 19

20 Μέσα μετάδοσης ευρείας ζώνης (broadband): Χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση ψηφιακών σημάτων με ρυθμούς από bps έως 1.5 Mbps. Η χωρητικότητά τους επιτρέπει να χρησιμοποιηθεί όλο το εύρος τους, μπορεί όμως και να υποδιαιρεθούν σε λογικά κανάλια μικρότερης χωρητικότητας, προκειμένου να χρησιμοποιηθούν σε τηλεφωνικές συνδιαλέξεις ή στη μετάδοση σημάτων με χαμηλότερους ρυθμούς μετάδοσης. Κατηγορίες μέσων μετάδοσης Οι δυο βασικές κατηγορίες στις οποίες μπορούμε να χωρίσουμε τα μέσα μετάδοσης δεδομένων στα δίκτυα επικοινωνιών, είναι τα ενσύρματα μέσα μετάδοσης και τα ασύρματα μέσα μετάδοσης. Οι βασικές διαφορές ανάμεσα σε αυτές τις δύο κατηγορίες μέσων μετάδοσης αναλύονται παρακάτω. Οι ενσύρματες συνδέσεις έχουν υψηλό κόστος εγκατάστασης και συντήρησης το οποίο αυξάνει ανάλογα με την απόσταση. Επιπλέον είναι αναγκαία η χρήση επαναληπτών (repeaters), οι οποίοι θα πρέπει να συντηρούνται σε τακτά χρονικά διαστήματα μαζί με όλα τα καλώδια, διότι με την πάροδο του χρόνου λαμβάνει χώρα φθορά του εξοπλισμού, η οποία οδηγεί σε ανεπιτυχείς μεταδόσεις δεδομένων. Τα βασικότερα ενσύρματα μέσα μετάδοσης είναι τα ακόλουθα: Καλώδια Συνεστραμμένου Ζεύγους (Unshielded Τwisted pair - UTP). Τα καλώδια Συνεστραμμένου Ζεύγους (Σχήμα 1.4) αποτελούνται από 4 ζεύγη συνεστραμμένων χάλκινων καλωδίων τα οποία περιβάλλονται από ένα πλαστικό μανδύα και αποτελούν τον πιο διαδεδομένο τρόπο καλωδίωσης δικτύων. Το καλώδιο UΤΡ κατηγορίας 5 (5e) χρησιμοποιείται στα τοπικά δίκτυα για ταχύτητες 10 Mbps και 100 Mbps, ενώ τα καλώδια UTP κατηγορίας 6 (6e) και 7 (7e) χρησιμοποιούνται για ταχύτητες 1 Gbps. Και στις δύο άκρες του καλωδίου UTP απολύει ένας συνδετήρα RJ-45, ο οποίος ομοιάζει με 20

21 αυτόν του τηλεφωνικού καλωδίου (RJ-11), αλλά είναι λίγο μεγαλύτερος σε μέγεθος. Σχήμα 1.4 Καλώδια Συνεστραμμένου Ζεύγους Ομοαξονικό Καλώδιο. Τα Ομοαξονικά καλώδια (Σχήμα 1.5) αποτελούνται από μία κεντρική μονωμένη ίνα, έναν αγωγό, συνήθως πλέγματος, ο οποίος περιβάλλει την ίνα και το εξωτερικό περίβλημα, το οποίο περικλείει τα δύο παραπάνω στοιχεία. Χρησιμοποιούνται στα καλωδιακά συστήματα μεταφοράς δεδομένων, στην καλωδιακή τηλεόραση (Cable TV) καθώς επίσης και στα κλειστά κυκλώματα παρακολούθησης. Η ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων ενός ομοαξονικού καλωδίου μπορεί να φτάσει μέχρι και 10Mbps. Σχήμα 1.5 Ομοαζονικό Καλώδιο Οπτικές Ίνες (Optical Fibre). Οι οπτικές ίνες (Σχήμα 1.6), είναι ειδικά νήματα που έχουν κατασκευαστεί από γυαλί τα οποία έχουν διάμετρο περίπου όσο μια ανθρώπινη τρίχα. Το υλικό από το οποίο έχουν κατασκευαστεί επιτρέπει τη μετάδοση φωτός από το εσωτερικό τους, ενώ συνήθως τις συναντάμε συγκεντρωμένες κατά χιλιάδες σε δέσμες, που σχηματίζουν τα λεγόμενα οπτικά καλώδια. Η δομή ενός καλωδίου οπτικών ινών είναι τέτοια, ώστε να αποτρέπει τις εξωτερικές φθορές, αλλά και την απώλεια σήματος, που θα προέκυπτε κατά τη 21

22 διαρροή της φωτεινής ακτινοβολίας στο εξωτερικό του. Έχουν επίσης πολύ μεγαλύτερη αντίσταση στον ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο. Σχήμα 1.6 Καλώδια Οπτικών Ινών Το κύριο χαρακτηριστικό της οπτικής ίνας είναι πως η μετάδοση της πληροφορίας, δεν γίνεται με τη μεταφορά ηλεκτρικών σημάτων, αλλά με την εκπομπή παλμών φωτός, οι οποίοι εκπέμπονται από την κατάλληλη φωτεινή πηγή. Η πηγή αυτή στις πιο συνηθισμένες περιπτώσεις, είναι μια δίοδος φωτοεκπομπής (Light Emitting Diode, LED) ή μια δίοδος laser. Επειδή οι υπολογιστές που βρίσκονται στα δύο άκρα χρησιμοποιούν ηλεκτρικό ρεύμα, ενώ η οπτική ίνα επιτρέπει τη μετάδοση φωτεινής δέσμης, είναι προφανές πως στο ένα άκρο της γραμμής θα πρέπει να τοποθετήσουμε μια διάταξη μετατροπής του ρεύματος σε φως, ενώ στο άλλο άκρο, μια διάταξη η οποία θα πραγματοποιεί την αντίστροφη μετατροπή, δηλαδή θα μετατρέπει το φως σε ρεύμα (Σχήμα 1.7). Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατή η επικοινωνία ανάμεσα στους δύο υπολογιστές. Η οπτική ίνα αποτελείται από ένα γυάλινο ή πλαστικό πυρήνα σε μορφή νήματος, ο οποίος περιβάλλεται από μια μονωτική επικάλυψη και αυτή με τη σειρά της από ένα ειδικό προστατευτικό περίβλημα. Το φως μέσα στην οπτική ίνα κινείται μόνο προς τη μία κατεύθυνση και διαδίδεται στο άλλο άκρο, πραγματοποιώντας διαδοχικές ανακλάσεις στα τοιχώματα του πυρήνα. Εάν η οπτική ίνα επιτρέπει τη μετάδοση 22

23 φωτός μιας συγκεκριμένης συχνότητας, ονομάζεται μονότροπη, αλλά εάν το φως μπορεί να έχει περισσότερες από μια συχνότητες, τότε η ίνα ονομάζεται πολύτροπη. Σε γενικές γραμμές η μονότροπη οπτική ίνα επιτρέπει υψηλότερους ρυθμούς μετάδοσης, ενώ η πολύτροπη οπτική ίνα είναι φθηνότερη και πιο ευέλικτη. Σχήμα 1.7 Αρχή Λειτουργίας Οπτικής Ίνας Εάν συγκρίνουμε την οπτική ίνα με τα άλλα μέσα μετάδοσης, δεν είναι δύσκολο να διαπιστώσουμε τη σαφή υπεροχή της κυρίως όσον αφορά το ρυθμό μετάδοσης, η τιμή του οποίου μπορεί να φτάσει ακόμη και τα 2 Gbps. Αυτή η υψηλή ταχύτητα οφείλεται στο γεγονός πως το σύστημα της οπτικής μετάδοσης, δεν παρουσιάζει παρεμβολές από ηλεκτρικά ρεύματα. Επιπλέον οι οπτικές ίνες δεν επηρεάζονται από απότομες μεταβολές στην τάση του δικτύου, από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, από οξειδωτικές χημικές ουσίες, καθώς και από άλλα ατμοσφαιρικά ή βιομηχανικά παράσιτα. Το βασικό τους μειονέκτημα είναι η πολύπλοκη τεχνολογία εγκατάστασής τους και η υψηλή τιμή και ευαισθησία του εξοπλισμού διασύνδεσης που τη συνοδεύει. Από την άλλη πλευρά, τα ασύρματα (wireless) μέσα μετάδοσης, μειονεκτούν στον τρόπο μετάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών σημάτων στην ατμόσφαιρα, τα οποία, γενικά, είναι δυνατόν να διαχωριστούν καθώς εκπέμπονται από τον πομπό, να ακολουθήσουν διαφορετική πορεία στην ατμόσφαιρα και τελικά να επανασυνδεθούν στην κεραία λήψης. Εάν κατά τη 23

24 φάση της επανασύνδεσης τα δύο σήματα παρεμβληθούν το ένα στο άλλο, λαμβάνει χώρα μείωση της ισχύος του σήματος, κάτι που φυσικά είναι ανεπιθύμητο. Επιπλέον ανάλογα με το μήκος κύματος της ακτινοβολίας που χρησιμοποιείται, είναι πιθανόν η μετάδοση της πληροφορίας να επηρεαστεί από έντονα καιρικά φαινόμενα, όπως είναι για παράδειγμα οι καταιγίδες, με τελικό αποτέλεσμα, την εμφάνιση σφαλμάτων. Τέλος τα ασύρματα μέσα μετάδοσης, επηρεάζονται από βιομηχανικούς θορύβους πολύ περισσότερο από τα ενσύρματα μέσα, ειδικότερα εάν τα δεύτερα είναι οπτικές ίνες ή θωρακισμένα χάλκινα καλώδια. 24

25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Βασικές Έννοιες Δικτύων Οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές εξαπλώνονται με ιλιγγιώδεις ρυθμούς και έχουν προ πολλού γίνει εργαλείο μελέτης, εργασίας και διασκέδασης που επηρεάζει όλους τους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας. Σήμερα έχουν καταφέρει να γίνουν αναπόσπαστο εργαλείο για τις επιχειρήσεις. Η επικράτηση τους σε αυτόν τον τομέα δημιούργησε παράλληλα και την επιτακτική ανάγκη της μεταξύ τους σύνδεσης. Με αυτόν τον τρόπο ήταν δυνατή η ανταλλαγή δεδομένων και η χρήση κοινών συσκευών (π.χ. εκτυπωτές), ανεξάρτητα από την απόσταση. Η συνδεσμολογία αυτή ονομάζεται δίκτυο. Δίκτυο (network) (Σχήμα 2.1) είναι το σύνολο από υπολογιστές και συσκευές που ομοιάζουν με υπολογιστή, τα οποία επικοινωνούν μεταξύ τους μέσω ενός μέσου μεταφοράς δεδομένων τα οποία μπορούν να αποθηκευτούν ή και να αποτελέσουν αντικείμενο επεξεργασίας. Αυτό το μέσο μεταφοράς μπορεί να είναι ένα καλώδιο, η τηλεφωνική μας γραμμή ή κάποιο άλλο μέσο (π.χ. κάποιος ασύρματος μεταδότης). Σχήμα 2.1 Δίκτυο

26 2.1 Στόχοι Δικτύων Στη σημερινή εποχή πολλοί οργανισμοί διαθέτουν σημαντικό αριθμό υπολογιστών σε λειτουργία, συχνά τοποθετημένων σε μεγάλες μεταξύ τους αποστάσεις. Για παράδειγμα, μια εταιρεία με πολλά υποκαταστήματα μπορεί να έχει έναν υπολογιστή σε κάθε μέρος για να καταγράφει τα διαθέσιμα αποθέματα, να παρακολουθεί την παραγωγικότητα και να διεκπεραιώνει την τοπική μισθοδοσία. Αρχικά, καθένας από τους υπολογιστές αυτούς μπορεί να λειτουργούσε ξεχωριστά από τους άλλους, αλλά κάποια στιγμή, η διοίκηση μπορεί να αποφάσισε να τους συνδέσει, ώστε να είναι σε θέση να εξάγει και να συσχετίζει πληροφορίες που αφορούν ολόκληρη την επιχείρηση. Το θέμα σε αυτή την περίπτωση είναι ο καταμερισμός πόρων (resource sharing) και στόχος είναι να καταστούν διαθέσιμα όλα τα προγράμματα, ο εξοπλισμός και κυρίως τα δεδομένα, σε οποιονδήποτε χρησιμοποιεί το δίκτυο, ανεξάρτητα από τη φυσική θέση του πόρου (resource) και του χρήστη. Με άλλα λόγια, το απλό γεγονός, ότι ένας χρήστης τυγχάνει να βρίσκεται 500 χιλιόμετρα μακριά από τα δεδομένα του, δεν πρέπει να τον εμποδίζει από το να χρησιμοποιεί τα δεδομένα σαν να ήταν τοπικά. Ένας άλλος στόχος είναι η παροχή υψηλής αξιοπιστίας (high reliability) μέσω των εναλλακτικών πηγών τροφοδοσίας. Για παράδειγμα, όλα τα αρχεία θα μπορούσαν να αντιγραφούν σε δύο ή τρεις μηχανές, έτσι ώστε, αν μία απ' αυτές δεν είναι διαθέσιμη λόγω βλάβης κάποιου υλικού, να μπορούν να χρησιμοποιηθούν τα υπόλοιπα αντίγραφα. Επίσης, η παρουσία πολλαπλών επεξεργαστών (processors) σημαίνει, ότι αν η μια μηχανή τεθεί εκτός λειτουργίας, οι υπόλοιπες θα είναι σε θέση να αναλάβουν την εργασία της, έστω και με μειωμένη απόδοση. Σε στρατιωτικές εφαρμογές, στις τράπεζες, στον έλεγχο της εναέριας κυκλοφορίας, στην ασφάλεια των πυρηνικών αντιδραστήρων και πολλές άλλες εφαρμογές η ικανότητα της συνεχούς λειτουργίας, ακόμα και όταν υπάρχουν προβλήματα στο υλικό, αποτελεί ζήτημα ζωτικής σημασίας. 26

27 Επίσης άλλος ένας στόχος είναι η εξοικονόμηση χρημάτων. Οι μικροί υπολογιστές έχουν ολύ καλύτερο λόγο κόστους προς απόδοση απ ό,τι οι μεγαλύτεροι υπολογιστές. Οι μεγάλοι υπολογιστές (mainframes) είναι σχεδόν δέκα φορές ταχύτεροι από τους προσωπικούς υπολογιστές αλλά κοστίζουν χίλιες φορές περισσότερο. Αυτή η ανισορροπία έχει αναγκάσει πολλούς σχεδιαστές συστημάτων, να κατασκευάσουν συστήματα που απαρτίζονται από προσωπικούς υπολογιστές, έναν ανά χρήστη, με τα δεδομένα να κρατούνται σε έναν ή περισσότερους κοινόχρηστους εξυπηρετητές αρχείων (file servers). Στο μοντέλο αυτό οι χρήστες αποκαλούνται πελάτες (clients) και η όλη διάταξη ονομάζεται μοντέλο Πελάτη - Εξυπηρετητή (Client-Server Model) (Σχήμα 2.2). Στο μοντέλο πελάτη - εξυπηρετητή, η επικοινωνία λαμβάνει τη μορφή μηνυμάτων αίτησης από τον πελάτη προς τον εξυπηρετητή που ζητά να γίνει κάποια εργασία. Ο εξυπηρετητής διεκπεραιώνει την εργασία και στέλνει πίσω την απάντηση. Συνήθως υπάρχουν πολλοί πελάτες που χρησιμοποιούν μικρό αριθμό εξυπηρετητών. Σχήμα 2.1 Μοντέλο Πελάτη Εξυπηρετητή Ένας άλλος στόχος της δικτύωσης είναι η επεκτασιμότητα (scalability), δηλαδή, η ικανότητα βαθμιαίας αύξησης της απόδοσης του συστήματος όσο αυξάνει το φορτίο, με απλή πρόσθεση περισσότερων επεξεργαστών. Στους μεγάλους υπολογιστές (mainframes), όταν το σύστημα 27

28 εξαντλήσει τις δυνατότητες του, πρέπει να αντικατασταθεί από ένα μεγαλύτερο, με μεγάλο κόστος και ακόμα μεγαλύτερη ενόχληση των χρηστών. Στο μοντέλο πελάτη - εξυπηρετητή, οι νέοι πελάτες και οι νέοι εξυπηρετητές προστίθενται, μόνο όταν αυτό κρίνεται απαραίτητο. Ένας επιπλέον στόχος της εγκατάστασης δικτύων υπολογιστών δεν έχει καμία σχέση με την τεχνολογία. Το δίκτυο υπολογιστών προσφέρει ένα ισχυρό επικοινωνιακό μέσο για εργαζομένους που είναι μεταξύ τους πολύ απομακρυσμένοι. Με τη χρήση ενός δικτύου είναι εύκολο για δύο ή περισσότερους ανθρώπους, που ζουν σε μεγάλη μεταξύ τους απόσταση, να συγγράψουν μια αναφορά μαζί. Όταν ένας εργαζόμενος πραγματοποιεί μια αλλαγή σε ένα online κείμενο, οι υπόλοιποι μπορούν να δουν αμέσως την αλλαγή, αντί να περιμένουν αρκετές μέρες για μια επιστολή. Τέτοια επιτάχυνση διευκολύνει τη συνεργασία μεταξύ μελών γεωγραφικά διεσπαρμένων ομάδων, κάτι που παλαιότερα ήταν αδύνατο. 2.2 Ταξινόμηση δικτύων Η διάδοση των δικτύων έχει καταστήσει επιτακτική την ανάγκη ταξινόμησής τους, όχι μόνο ανάλογα με τις εφαρμογές τους, αλλά και με βάση τα τεχνικά τους χαρακτηριστικά. Ανάλογα με τα χαρακτηριστικά τους, τα δίκτυα των υπολογιστών κατατάσσονται σε διάφορες κατηγορίες, οι βασικότερες από τις οποίες σχετίζονται με το γεωγραφικό εύρος των δικτύων, με την τοπολογία τους και με τον τρόπο λειτουργία τους, όπως θα δούμε στη συνέχεια. Με βάση το γεωγραφικό εύρος Τα δίκτυα Η/Υ χωρίζονται, με βάση τη γεωγραφική έκταση που καλύπτουν, στις εξής κατηγορίες: 28

29 Τοπικά δίκτυα (Local Area Networks, LAN). Τα τοπικά δίκτυα (Σχήμα 2.3), είναι ιδιωτικά δίκτυα εκτεινόμενα εντός ενός μοναδικού κτιρίου ή σε εγκαταστάσεις ακτίνας έως μερικά χιλιόμετρα. Χρησιμοποιούνται ευρύτατα για να συνδέουν προσωπικούς υπολογιστές και σταθμούς εργασίας σε γραφεία εταιρειών και σε εργοστάσια, με σκοπό την κοινή χρήση των μέσων (π.χ. των εκτυπωτών) και την ανταλλαγή πληροφοριών. Σχήμα 2.2 Τοπικό Δίκτυο Μητροπολιτικά Δίκτυα (Metropolitan Area Networks, ΜΑΝ). Τα Μητροπολιτικά Δίκτυα (Σχήμα 2.4) αποτελούν μια μεγαλύτερη εκδοχή ενός τοπικού δικτύου και συνήθως χρησιμοποιούν παρόμοια τεχνολογία. Καλύπτουν μεγάλες γενικά αποστάσεις και γεωγραφικές περιοχές και χρησιμοποιούν δημόσιες ή ιδιωτικές συσκευές επικοινωνίας διατρέχοντας πολλά χιλιόμετρα. Συχνά χρησιμοποιούνται για τη διασύνδεση τοπικών δικτύων με δίκτυα ευρείας περιοχής. Δίκτυα Ευρείας Περιοχής (Wide Area networks, WAN). Τα Δίκτυα Ευρείας Ζώνης (Wide Area networks - WAN) (Σχήμα 2.5) καλύπτουν μια μεγάλη γεωγραφική περιοχή, συχνά μια χώρα ή μια ήπειρο. Ένα δίκτυο ευρείας περιοχής είναι ένα σύνολο υπολογιστών που εκτείνονται σε μια πολύ μεγάλη γεωγραφική περιοχή και δημιουργούν μεταξύ τους ένα δίκτυο επικοινωνίας (π.χ. η δικτύωση 29

30 των υποκαταστημάτων μιας πολυεθνικής επιχείρησης με έδρα τις Η.Π.Α. σε Ευρώπη, Ασία, Αφρική ή το Διαδίκτυο). H δικτύωση των υπολογιστών μπορεί να ακολουθεί τα πρότυπα ενός τοπικού δικτύου (αστέρα, δακτυλίου, διαύλου, πλέγματος, κτλ.) ή του Διαδικτύου. Συνήθως στα δίκτυα ευρείας περιοχής το υποδίκτυο αποτελείται από δύο στοιχεία, τις γραμμές μετάδοσης και τα στοιχεία μεταγωγής. Οι γραμμές μετάδοσης μεταφέρουν τα bits μεταξύ των μηχανών, ενώ τα στοιχεία μεταγωγής είναι εξειδικευμένοι υπολογιστές που συνδέουν δύο ή και περισσότερες γραμμές μετάδοσης. Για την ανάπτυξη γραμμών διασύνδεσης WAN μπορούν να χρησιμοποιούνται δίκτυα μεταγωγής, δορυφορικές συνδέσεις, μικροκυματικές συνδέσεις, οπτικές ίνες, ακόμα και συστήματα καλωδιακής τηλεόρασης. Στα δίκτυα Ευρείας Περιοχής, συνήθως ένας κόμβος του τοπικού δικτύου χρησιμοποιείται ως «πύλη» (gateway). Μέσω αυτού, επιτυγχάνεται η επικοινωνία με τα άλλα δίκτυα. Η επικοινωνία μεταξύ δικτύων ονομάζεται διαδικτύωση. Το γνωστό μας Διαδίκτυο (Internet) είναι ουσιαστικά το υπέρτατο δίκτυο ευρείας ζώνης, καθώς εκτείνεται σε όλο τον κόσμο. Σχήμα 2.4 Μητροπολιτικό Δίκτυο Δίκτυα Προστιθέμενης Αξίας (Value Added Networks, VAN). Τα Δίκτυα Προστιθέμενης Αξίας, είναι δημόσια δίκτυα που «προσδίδουν 30

31 αξία», μεταφέροντας δεδομένα και παρέχοντας πρόσβαση σε εμπορικές βάσεις δεδομένων και λογισμικό. Η χρήση των δικτύων αυτών γίνεται συνήθως με συνδρομή και οι χρήστες πληρώνουν ανάλογα με τον όγκο των δεδομένων που μεταφέρουν. Μπορούν να θεωρηθούν ένας τρόπος μεταφοράς ηλεκτρονικών πληροφοριών, προσφέροντας μια υπηρεσία παρόμοια με αυτή των τηλεφωνικών δικτύων για τις τηλεφωνικές κλήσεις. Μέσω των δικτύων αυτών είναι δυνατή η αποστολή δεδομένων μεταξύ υπολογιστών σε διαφορετικές πόλεις ή σε διαφορετικές χώρες. Σχήμα 2.5 Δίκτυο Ευρείας Περιοχής Με βάση την τοπολογία τους Τα δίκτυα Η/Υ χωρίζονται, με βάση την τοπολογία τους, στις εξής κατηγορίες: Δίκτυα Διαύλου (Bus Networks). Στα Δίκτυα Διαύλου (Σχήμα 2.6), όλες οι συνδέσεις πραγματοποιούνται χρησιμοποιώντας ένα πάνω σε ένα μακρύ καλώδιο το οποίο διαδραματίζει το ρόλο του κορμού (backbone). Η τοπολογία αυτή ανήκει στη πολύσημειακή τοπολογία, όπου περισσότερες από δύο συσκευές μοιράζονται την ίδια σύνδεση, τη χρησιμοποιούν ταυτόχρονα ή ετερόχρονα με κάποια σειρά/κανόνα. Η τοπολογία αυτή είναι φθηνή και εύκολη στην εγκατάσταση, καθώς 31

32 περιέχει λίγες καλωδιώσεις. Παρέχει όμως δύσκολη αντιμετώπιση και ταυτοποίηση σφαλμάτων. Σχήμα 2.6 Τοπολογία Διαύλου Δίκτυα Αστέρα (Star Networks). Στα δίκτυα Αστέρα (Σχήμα 2.7) κάθε συσκευή συνδέεται απευθείας (point-to-point link) με ένα κεντρικό σημείο ελέγχου που συνήθως λέγεται διανομέας (hub). Η τοπολογία αυτή δεν είναι τόσο ακριβή και παρέχει ασφάλεια και σταθερότητα. Επίσης παρέχει ικανότητες ταυτοποίησης σφαλμάτων, με απαιτήσεις όμως πολλών καλωδιώσεων. Σχήμα 2.7 Τοπολογία Αστέρα Δίκτυα Δακτυλίου (Ring Networks). Στα Δίκτυα Δακτυλίου (Σχήμα 2.8) οι Η/Υ συνδέονται σε κλειστό βρόχο. Κάθε Η/Υ συνδέεται απευθείας με δύο άλλους, εκατέρωθεν. Το σήμα μεταφέρεται κατά μήκος του δακτυλίου σε μία κατεύθυνση μόνο μέχρι να φτάσει στον προορισμό του. Η τοπολογία αυτή είναι φθηνή και εύκολη στην εγκατάσταση, καθώς περιέχει λίγες καλωδιώσεις. Παρέχει καλή 32

33 αντιμετώπιση και ταυτοποίηση σφαλμάτων, όμως έχει το μειονέκτημα της μονόδρομης ροής της πληροφορίας. Σχήμα 2.8 Τοπολογία Δακτυλίου Δίκτυα Πλέγματος (Mesh Networks). Στα Δίκτυα Πλέγματος (Σχήμα 2.9) κάθε κόμβος συνδέεται με κάθε άλλο, μέσα από ειδικές εξατομικευμένες συνδέσεις. Η τοπολογία αυτή είναι ασφαλής, συμπαγής, αλλά άκομψη, ακριβή και σπάνια. Σχήμα 2.9 Τοπολογία Πλέγματος Με βάση τη λειτουργία τους Τα δίκτυα Η/Υ χωρίζονται, με βάση την λειτουργία τους, στις εξής κατηγορίες: 33

34 Δίκτυα Πελάτη - Εξυπηρετητή (Client-Server Networks). Στα δίκτυα Πελάτη - Εξυπηρετητή υπάρχει τουλάχιστον ένας εξυπηρετητής (Server). Ο εξυπηρετητής αποθηκεύει κοινόχρηστα αρχεία, ελέγχει την πρόσβαση στους εκτυπωτές και γενικά είναι ο κυρίαρχος των αποφάσεων του δικτύου. Δίκτυα Ομότιμων Κόμβων (P2P). Στα δίκτυα Ομότιμων Κόμβων δεν υπάρχει κάποιος κεντρικός υπολογιστής ως εξυπηρετητής και δεν υπάρχει καμία ιεραρχία ανάμεσα στους υπολογιστές. Όλοι οι υπολογιστές του δικτύου χειρίζονται θέματα ασφαλείας και διαχείρισης, καθένας ξεχωριστά. Οι χρήστες πρέπει να αποφασίζουν ποιος έχει πρόσβαση σε τι. Συνήθως χρησιμοποιούνται για διαμοιρασμό αρχείων (πχ. Napster, Kazaa, Azureus, E-donkey,κλπ.). Με βάση τον τρόπο σύνδεσης Τα δίκτυα Η/Υ, με βάση τον τρόπο σύνδεσης τους, χωρίζονται στις εξής κατηγορίες: Δίκτυα Ενσύρματα. Στα ενσύρματα δίκτυα, η σύνδεση μεταξύ των Η/Υ γίνεται με ενσύρματα μέσα, π.χ. μέσω τηλεφώνου, καλωδίου ή άλλου ενσύρματου δικτύου επικοινωνιών. Δίκτυα Ασύρματα. Στα ασύρματα δίκτυα οι Η/Υ συνδέονται μεταξύ τους με ασύρματα μέσα, ενώ στην περίπτωση πολύ μεγάλων αποστάσεων είναι δυνατό να γίνεται και χρήση δορυφόρου. 34

35 2.3 Τεχνικές Μετάδοσης Δικτύων Μεταγωγή Κυκλώματος Στα δίκτυα μεταγωγής κυκλώματος (circuit switching networks), η μετάδοση των πακέτων είναι εφικτή μόνο μετά την εγκατάσταση μιας φυσικής ζεύξης κυκλώματος μεταξύ δύο κόμβων. Αυτή η εγκατάσταση πραγματοποιείται όπως ακριβώς και στο τηλεφωνικό σύστημα. Όταν ένας υπολογιστής ζητά να επικοινωνήσει με κάποιον άλλο, η κλήση αυτή προωθείται τμηματικά από κόμβο σε κόμβο μέχρι να φτάσει στο δέκτη. Αν ο δέκτης θέλει να επικοινωνήσει με τον πομπό, απαντά θετικά στην πρόσκληση, οπότε και δημιουργείται μια αποκλειστική φυσική ζεύξη ανάμεσα στους δύο υπολογιστές για όλη τη διάρκεια της επικοινωνίας τους. Η μετάδοση των δεδομένων από τον πομπό προς τον δέκτη είναι διαφανής (transparent), υπό την έννοια ότι τα δεδομένα δεν υποβάλλονται σε καμιά επεξεργασία κατά τη διέλευσή τους από το δίκτυο. Όσον αφορά τη ζεύξη που δημιουργείται ανάμεσα στο δέκτη και στον πομπό, αυτή παραμένει ενεργή για όλο το χρονικό διάστημα επικοινωνίας των κόμβων, ακόμη και αν αυτοί σε κάποιες χρονικές στιγμές δεν ανταλλάσσουν δεδομένα. Αυτή η φυσική σύνδεση ανάμεσα στους δύο σταθμούς καταργείται μετά το τέλος της επικοινωνίας, και μετά από αίτηση που υποβάλλει ο ένας από τους δύο σταθμούς. Παράδειγμα δικτύου μεταγωγής κυκλώματος, παρουσιάζεται στο Σχήμα