Περιεχόµενα. Επικοινωνίες εδοµένων: Τρόποι Μετάδοσης και Πρωτόκολλα. Εισαγωγή

Transcript

1 Επικοινωνίες εδοµένων: Τρόποι Μετάδοσης και Πρωτόκολλα Περιεχόµενα Εισαγωγή Επικοινωνία εδοµένων Αναλογική vs. Ψηφιακή Μετάδοση ιαµόρφωση σήµατος Κανάλια επικοινωνίας Κατεύθυνση και ρυθµοί µετάδοσης Ασύγχρονη και σύγχρονη µετάδοση Είδη µεταγωγής Πρωτόκολλα OSI reference model TCP/IP model ροµολόγηση Εισαγωγή Η επικοινωνία υπήρξε ένας από τους θεµέλιους λίθους της ανάπτυξης του ανθρώπινου πολιτισµού. Κατά την διάρκεια της ιστορικής εξέλιξης της ανθρωπότητας χρησιµοποιήθηκαν διάφορες διατάξεις και συσκευές για την επικοινωνία µεταξύ των ανθρώπων σε ολοένα και πιο µακρινές αποστάσεις. Η ανάγκη συνεργασίας µεταξύ υπολογιστικών συστηµάτων µε σκοπό την ανταλλαγή πληροφοριών και την συνεργασία των χρηστών τους σε κοινά έργα ήταν προφανής. Έτσι συναντήθηκε η τεχνολογία των υπολογιστών µε αυτή των επικοινωνιών. Η σύγκλιση των δύο τοµέων είχε σαν αποτέλεσµα την ανάπτυξη της τεχνολογίας των δικτύων των Η/Υ και της τηλεπληροφορικής. Επικοινωνία εδοµένων Επικοινωνία: Η ανταλλαγή εννοιών µεταξύ ανθρώπων µε την βοήθεια ενός συστήµατος συµβόλων. Επικοινωνία δεδοµένων: Η διαδικασία µε την οποία καθίσταται δυνατή η αποστολή δεδοµένων (ηλεκτρονικά;) µεταξύ δυο διαφορετικών σηµείων. Σηµαντικοί παράγοντες για την επικοινωνία: δεδοµένων Χρόνος µετάδοσης Ακρίβεια µεταφερόµενων δεδοµένων Καταλληλότητα µεταφερόµενων δεδοµένων (να είναι κατανοητά από τον παραλήπτη)

2 Αναλογική και Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογική µετάδοση Τα δεδοµένα µεταδίδονται ως µια συνεχής κυµατοσειρά Τα αναλογικά σήµατα χαρακτηρίζονται από τη συνεχή µεταβολή µιας παραµέτρου τους στη µονάδα του χρόνου. Η σηµαντικότερη παράµετρος ενός αναλογικού σήµατος είναι η συχνότητα του που µετράται σε κύκλους ανά δευτερόλεπτο ή Hz. Με αναλογικά σήµατα πραγµατοποιείται η µετάδοση ραδιοφωνικών και τηλεοπτικών σηµάτων Αναλογική και Ψηφιακή Μετάδοση Ψηφιακή µετάδοση Αποτελεί την φυσική αναλογία των δεδοµένων που βρίσκονται σε δυαδική µορφή. Τα ψηφιακά σήµατα χαρακτηρίζονται από µια διακριτή µεταβολή µιας παραµέτρου τους στη µονάδα του χρόνου. Η κυριότερη παράµετρος του ψηφιακού σήµατος είναι ο αριθµός των διαφορετικών διακριτών τιµών που µπορεί να πάρει το σήµα στη µονάδα του χρόνου. (µετράται σε Baud). ιαµόρφωση και Αποδιαµόρφωση Σήµατος Μετάδοση δεδοµένων µέσω τηλεφωνικών γραµµών Τα δεδοµένα σε ένα υπολογιστή βρίσκονται σε δυαδική µορφή. Οι τηλεφωνικές γραµµές σχεδιάστηκαν για µεταφορά της ανθρώπινης φωνής, δηλαδή αναλογικών σηµάτων. Ερώτηµα: Με ποιο τρόπο µπορούν οι υπολογιστές να ανταλλάξουν δεδοµένα µέσω τηλεφωνικού δικτύου; (1). Μετατρέποντας το ψηφιακό σήµα σε αναλογικό (διαµόρφωση σήµατος- modulation). (2). Το σήµα µεταφέρεται µέσω των τηλεφωνικών γραµµών στον προορισµό του. (3). Προκειµένου να γίνει κατανοητό από τον Η/Υ πρέπει να επανέλθει στην αρχική ψηφιακή του µορφή. (4). Η διαδικασία µετατροπής ενός αναλογικού σήµατος σε ψηφιακό ονοµάζεται αποδιαµόρφωση σήµατος (demodulation)

3 Κανάλια Επικοινωνίας Κανάλι επικοινωνίας είναι το µέσον µε το οποίο µεταδίδονται τα δεδοµένα µεταξύ των συσκευών. Τα κανάλια επικοινωνίας διακρίνονται σε: Καλωδιακές συνδέσεις Αποτελεί τον πλέον κοινό τρόπο σύνδεσης µεταξύ των Η/Υ Το κανάλι µετάδοσης είναι ένα φυσικό υλικό µέσο (κάποιο µέταλλο το οποίοι είναι καλός αγωγός του ηλεκτρικού σήµατος. Ασύρµατες ζεύξεις Η/Μ κύµατα: Η µετάδοση των σηµάτων γίνεται µέσω της ατµόσφαιρας αντί των ειδικών καλωδίων, µε την χρήση αναµεταδοτών. Συνήθως έχουµε µετάδοση στην περιοχή των µικροκυµατικών συχνοτήτων Κατεύθυνση µετάδοσης Μονόδροµη κατεύθυνση (Simplex Mode): Τα δεδοµένα µεταφέρονται προς µια κατεύθυνση µόνο. Η κατεύθυνση µετάδοσης δεν αλλάζει ποτέ. Π.χ τηλεόραση, ραδιόφωνο, επικοινωνία Η/Υ-printer, mouse-h/y. Εναλλασσόµενη κατεύθυνση (Half-Duplex Mode): Μια συσκευή µπορεί είτε να στέλνει είτε να λαµβάνει δεδοµένα, όχι όµως την ίδια χρονική στιγµή. Π.χ ναυτικοί ποµποδέκτες, CB σε ταξί. Η επικοινωνία στα τοπικά δίκτυα Η/Υ γίνεται µε αυτό τον τρόπο (baseband) Αµφίδροµη κατεύθυνση (Full Duplex): Μια συσκευή µπορεί να στέλνει ή να λαµβάνει δεδοµένα συγχρόνως. Π.χ τηλεφωνική συσκευή αλλά και επικοινωνία υπολογιστών µε modem. Ρυθµοί Μετάδοσης Ρυθµός Μετάδοσης υαδικών Ψηφίων (Bit Transfer Rate): Ορίζεται ως ο αριθµός των bits που µεταδίδονται σε ένα κανάλι φυσικού µέσου επικοινωνίας στη µονάδα του χρόνου: bps-bit per second, Kbps, Mbps. Ρυθµός µετάδοσης διαµορφωµένου σήµατος (Baud Rate): Καθορίζει το ρυθµό της µεταβολής συµβόλων (διαµορφώσεων) στη οποία υπόκειται το αρχικό σήµα, στη µονάδα του χρόνου. Εύρος ζώνης (Bandwidth) καναλιού επικοινωνίας: Καθορίζει τον µέγιστο ρυθµό ή ταχύτητα µε την οποία µεταφέρονται τα δεδοµένα σε ένα συγκεκριµένο κανάλι επικοινωνίας. Ρυθµοί Μετάδοσης Παραδείγµατα ταχυτήτων µετάδοσης: Τηλεφωνική γραµµή: 56Kbps, ISDN 128Kbps Καλωδιακή τηλεόραση: 1-10 Mbps ορυφορικές ζεύξεις: 500Kbps - 48 Mbps

4 Ασύγχρονη και σύγχρονη µετάδοση Ασύγχρονη µετάδοση: αποστέλλεται ένας χαρακτήρας κάθε φορά, ο οποίος περιβάλλεται από τα bits χρονισµού, σηµατοδοτώντας την αρχή και το τέλος του. Π.χ Επικοινωνία υπολογιστή -modem Το modem είναι µια συσκευή η οποία συνδέει τον υπολογιστή µε την τηλεφωνική γραµµή, µετατρέποντας τον ψηφιακό παλµό του σήµατος του Η/Υ σε αναλογικές ηχητικές συχνότητες της τηλεφωνικής γραµµής (εκποµπή) ενώ στην λήψη λειτουργεί αντίστροφα µετατρέποντας τον ήχο σε ψηφιακό σήµα Είδη Μεταγωγής Στα δίκτυα ευρεία ζώνης κατά την µετάδοση δεδοµένων από τον αρχικό κόµβο στον τελικό µεσολαβούν ενδιάµεσοι συσκευές (δροµολογητές routers, µεταγωγείς - switch) Τ1 Τ2 K1 K2 K3 Σύγχρονη µετάδοση: µεταδίδονται οµάδες χαρακτήρων κατά αριθµηµένες ακολουθίες, οι οποίες συνοδεύονται από ειδικούς χαρακτήρες συγχρονισµού, που επιτρέπουν να καθορισθεί το τέλος του µηνύµατος. Π.χ. επικοινωνία στα δίκτυα υπολογιστών Τ5 K6 K5 Ki=Κόµβοι Μεταγωγής Τi=Τερµατικοί Κόµβοι (Υπολογιστές) K4 Τ4 Μεταγωγή Κυκλώµατος Για την επικοινωνία δύο κόµβων (υπολογιστών) αφιερώνεται µια φυσική ζεύξη για όλη την διάρκεια της επικοινωνίας τους (στο παρακάτω σχήµα κατά την επικοινωνία µεταξύ Τ5 και αν ακολουθήσει κάποιος το καλώδιο από τον Τ5 θα φτάσει στον ). Παραδείγµατα: τηλεφωνικό δίκτυο, επικοινωνία δύο υπολογιστών µε χρήση MODEM Τ1 Τ2 Τ5 K1 K5 K2 K6 Ki=Κόµβοι Μεταγωγής K3 K4 Τ4 Μεταγωγή Μηνύµατος Ο αποστολέας οργανώνει την προς µετάδοση πληροφορία σε µήνυµα (περιέχεται διεύθυνση παραλήπτη και αποστολέα) και την µεταδίδει προς τον πλησιέστερο κόµβο για να µεριµνήσει για την προώθησή του. Παράδειγµα: Ταχυδροµικό δίκτυο, Ηλεκτρονικό ταχυδροµείο. Για την επικοινωνία δεν χρειάζεται οι δύο συνδροµητές (υπολογιστές) να είναι διαθέσιµοι Η ζεύξη χρησιµοποιείται µόνο όταν µεταδίδεται το µήνυµα. Ταυτόχρονη αποστολή του µηνύµατος σε πολλούς χρήστες. Οι κόµβοι µεταγωγής χρειάζεται να έχουν αποθηκευτικές ικανότητες και µάλιστα αρκετά µεγάλες γιατί το µήνυµα µεταδίδεται ολόκληρο Ακατάλληλη για real time εφαρµογές εξαιτίας των καθυστερήσεων που υπεισέρχονται από τους κόµβους µεταγωγής (οι οποίες είναι µεγάλες και άγνωστης διάρκειας). Τi=Τερµατικοί Κόµβοι (Υπολογιστές)

5 Μεταγωγή Πακέτου Αποτελεί βελτίωση της µεταγωγής µηνύµατος. Τα µηνύµατα τεµαχίζονται σε µικρά πακέτα (π.χ. 256Kbytes έκαστο) τα οποία έχουν διεύθυνση παραλήπτη και αποστολέα αλλά και Α/Α πακέτου. Πρωτόκολλα επικοινωνιών Πρωτόκολλο επικοινωνίας είναι ένα σύνολο κανόνων που καθορίζουν την αποδοτική επικοινωνία µεταξύ δύο µερών. Οι βασικές λειτουργίες ενός πρωτοκόλλου επικοινωνιών είναι: Segmentation (κατακερµατισµός µηνυµάτων): Ο χωρισµός του προς αποστολή µηνύµατος σε µικρότερα τµήµατα (blocks). Στόχοι του κατακερµατισµού είναι ο έλεγχος σφαλµάτων και να καλύπτει καλύτερη ταχύτητα γιατί σε περίπτωση σφάλµατος ξαναστέλνεται µόνο ένα block και όχι ολόκληρο το µήνυµα. Reassembly (επανασύνδεση µηνυµάτων): Επανασύνδεση του µηνύµατος από τα επιµέρους block. Encapsulation (ενθυλάκωση µηνυµάτων): τοποθέτηση των δεδοµένων σε ένα πλαίσιο το οποίο περιέχει µεταξύ άλλων τις διευθύνσεις αποστολέα και παραλήπτη. Χαρακτηριστικά του είναι ο έλεγχος σφαλµάτων, πεδία µεγέθους των blocks κλπ. Πρωτόκολλα επικοινωνιών Sequencing (ταξινόµηση πακέτων): Ταξινόµηση µε την σωστή σειρά των blocks όταν αυτά φτάσουν στον προορισµό τους (εφαρµόζεται όταν τα διάφορα πακέτα µπορούν να ακολουθήσουν διαφορετικό δρόµο). Priority (ορισµός προτεραιότητας διεκπεραίωσης): Ορισµένα µηνύµατα είναι δυνατόν να έχουν προτεραιότητα έναντι κάποιων άλλων. Security (διαδικασίες ασφάλειας): Εξασφαλίζει ότι το µήνυµα θα µεταδοθεί χωρίς κίνδυνο υποκλοπών, παρεµβολών και αλλοιώσεων. Error Control (έλεγχος σφαλµάτων): Αναγνώριση εσφαλµένης µετάδοσης µηνύµατος. Flow Control (έλεγχος ροής): ο αποδέκτης των µηνυµάτων µπορεί να ζητήσει περιορισµό προσωρινή ή µόνιµη διακοπή της αποστολής δεδοµένων. Addressing (διευθυνσιοδότηση): Απονοµή κωδικών διευθύνσεων σε τερµατικούς σταθµούς του δικτύου. Το πρότυπο OSI του ISO Στόχος του είναι η επικοινωνία υπολογιστών και παρεµφερών συσκευών διαφορετικού τύπου και κατασκευαστών. Το πρότυπο OSI αποτελείται από 7 ιεραρχηµένα επίπεδα τα ανώτερα εκ των οποίων αφορούν την εφαρµογή και τα χαµηλότερα αφορούν τον τρόπο µε τον οποίο γίνεται η διασύνδεση. Πάνω από το επίπεδο εφαρµογής βρίσκεται το GUI ενός προγράµµατος και κάτω από το φυσικό επίπεδο βρίσκεται το καλώδιο δικτύου.

6 Το TCP/IP Το όνοµα TCP/IP αναφέρεται σε µια αρχιτεκτονική επικοινωνίας υπολογιστών, η οποία είναι γνωστή και ως Internet Model. Tο TCP/IP είναι ένα σύνολο από πρωτόκολλα καθένα από τα οποία επιτελεί ένα υποσύνολο εργασιών που σχετίζονται µε τη δικτύωση υπολογιστών. Η αρχιτεκτονική του TCP/IP καθορίζει πως τα πρωτόκολλα αυτά συνεργάζονται ώστε να επιτυγχάνεται η επικοινωνία µεταξύ υπολογιστικών συστηµάτων. Ερωτήσεις?