Ανάλυση και Αξιολόγηση Μηχανισµών Επικοινωνίας VoIP πάνω σε Υποδοµές Ασυρµάτων ικτύων Τεχνολογίας Wi-Fi.

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ιπλωµατική Εργασία Ανάλυση και Αξιολόγηση Μηχανισµών Επικοινωνίας VoIP πάνω σε Υποδοµές Ασυρµάτων ικτύων Τεχνολογίας Wi-Fi. Επιβλέπων: Αν. Καθηγητής Μητράκος ηµήτριος. Συγγραφή: Abu-Farha Sami 4581 Ishag Abdelrahman 4288 Κωνσταντίνου ηµήτριος 4452 ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2006 2007

ii ΣΕ ΑΥΤΟΥΣ ΠΟΥ ΜΑΣ ΣΤΗΡΙΖΟΥΝ ΚΑΙ ΜΑΣ ΑΓΑΠΟΥΝ

Πρόλογος Στις µέρες µας, η τεχνολογία του VoIP (Voice over Internet Protocol) παρουσιάζει ταχύτατη ανάπτυξη και αρχίζει να χρησιµοποιείται ολοένα και περισσότερο, τόσο από µεγάλες επιχειρήσεις, όσο και από το ευρύ κοινό. Η τεχνολογία αυτή προσφέρει εξεαιρετικά φθηνές τηλεφωνικές υπηρεσίες, µε ποιότητα που βελτιώνεται µέρα µε τη µέρα, και έτσι τείνει να αντικαταστήσει την παραδοσιακή τελεφωνία που όλοι γνωρίζουµε. Η διπλωµατική αυτή εργασία έχει ως κύριο στόχο να περιγράψει µε, όσο γίνεται πιο αναλυτικό τρόπο, το τεχνολογικό υπόβαθρο που κρύβεται πίσω από τη συγκεκριµένη τεχνολογία. Πιο συγκεκριµένα, το Κεφάλαιο 1 κάνει µια εισαγωγή στα δίκτυα µεταγωγής κυκλώµατος και πακέτου, καθώς και στις οµοιότητες και τις διαφορές που αυτά παρουσιάζουν. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται οι βασικότερες τεχνολογίες µετάδοσης φωνής (Frame Relay, ATM και IP). Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται µια εισαγωγή στον κόσµο του VoIP. Αρχικά γίνεται µια µικρή ιστορική αναδροµή για το πώς ξεκίνησε η όλη ιδέα. Στη συνέχεια εξηγείται η λειτουργία του, οι διαφορές του σε σχέση µε το παραδοσιακό τηλέφωνο, τα πλεονεκτήµατα και τα µειονεκτήµατά του, καθώς και τις µελλοντικές προσδοκίες που υπάρχουν από τον τεχνολογικό κόσµο για αυτό. Στο Κεφάλαιο 3 µπορεί να δει κανείς τις βασικές αρχές κωδικοποίησης φωνής, τον τρόπο, δηλαδή, που η αναλογική φωνή µετατρέπεται σε ψηφιακό σήµα, µε τις διαδικασίες της δειγµατοληψίας και της κωδικοποίησης, καθώς και ορισµένες βασικές εξισώσεις που διέπουν τις αρχές αυτές. Στη συνέχεια, το Κεφάλαιο 4 περιγράφει τα κύρια µοντέλα αναφοράς των δικτύων υπολογιστών, όπως το µοντέλο OSI και το TCP/IP. Παράλληλα, γίνεται µια περιγραφή όλων των επιµέρους επιπέδων που περιλαµβάνονται στα παραπάνω αυτά επίπεδα, ενώ γίνεται και µία µικρή παρουσίαση του φαινοµένου της δικτυακής συµφόρησης, καθώς και ορισµένους τρόπους για την αντιµετώπισή της. iii

Το Κεφάλαιο 5 δίνει µια γενική εικόνα των σηµαντικότερων πρωτοκόλλων που χρησιµοποιούνται ευρέως γύρω από την τεχνολογία του VoIP, µε πιο σηµαντικά τα H.323 και SIP. Στο συγκεκριµένο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι βασικές αρχές των πρωτοκόλλων αυτών, ενώ παράλληλα γίνεται και µία συγκριτική αναφορά περί αυτών. Το Κεφάλαιο 6 κάνει µία εισαγωγή στα ασύρµατα δίκτυα, ξεκινώντας από µια ιστορική αναδροµή, και στη συνέχεια περιγράφοντας ορισµένα βασικά τους χαρακτηριστικά, όπως τα είδη τους, τονο τεχνολογικό εξοπλισµό που χρειάζεται για την εγκατάστασή τους, ορισµένες βασικές εφαρµογές τους, καθώς και τα πιο σηµαντικά πρωτόκολλα σύµφωνα µε τα οποία διέπεται η λειτουργία τους. Τέλος, ως επέκταση του έκτου κεφαλαίου, ακολουθεί το πρακτικό µέρος της διπλωµατικής εργασίας. Στο µέρος αυτό δίνεται µια αναλυτική περιγραφή τριών πειραµάτων που πραγµατοποιήθηκαν µε στόχο τη µέτρηση ορισµένων βασικών χαρακτηριστικών για συνδιαλέξεις που πραγµατοποιήθηκαν µέσω του ελεύθερου λογισµικού SJphone της SJ Labs. Όλες οι µετρήσεις πραγµατοποιήθηκαν µε τη χρήση του ελεύθερου λογισµικού Wireshark 0.99.4, που είναι ένας αναλυτής πρωτοκόλλων. Παράλληλα, γίνεται µία σύγκριση των αποτελεσµάτων των πειραµάτων που διεξήχθηκαν και καταγράφονται τα αντίστοιχα συµπεράσµατα για κάθε περίπτωση. Για τη διπλωµατική αυτή εργασία, θα θέλαµε να ευχαριστήσουµε ιδιαιτέρως τον επιβλέποντα καθηγητή µας, κύριο ηµήτρη Μητράκο, για την αµέριστη εµπιστοσύνη και συµπαράσταση που µας έδειξε καθόλη τη διάρκεια της προσπάθειάς µας αυτής. Ακόµη, θα θέλαµε να ευχαριστήσουµε επίσης και όλους εκείνους τους ανθρώπους που στέκονται δίπλα µας τόσα χρόνια, τόσο από το οικογενειακό, όσο και από το φιλικό περιβάλλον του καθενός από εµάς Οι συγγραφείς Abu-Farha Sami Ishag Abdelrahman Κωνσταντίνου ηµήτριος iv

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΌΛΟΓΟΣ...III ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ...V ΛΙΣΤΑ ΕΙΚΟΝΩΝ... VII ΕΙΣΑΓΩΓΉ... 1 ΚΕΦΆΛΑΙΟ 1... 6 ΙΚΤΥΑ ΜΕΤΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΜΕΤΑ ΟΣΗΣ ΦΩΝΗΣ... 6 1.1 ίκτυα Μεταγωγής Κυκλώµατος... 6 1.2 ίκτυα Μεταγωγής Πακέτου... 8 1.3 Συγκριτική ανασκόπηση των χαρακτηριστικών των ικτύων Μεταγωγής Κυκλώµατος και Πακέτου... 11 1.4 Τεχνολογίες Μετάδοσης Φωνής... 12 1.4.1 Τεχνολογία Frame Relay... 13 1.4.2 Τεχνολογία ΑΤΜ... 16 1.4.3 Τεχνολογία Voice over Internet Protocol (VoIP)... 21 ΚΕΦΆΛΑΙΟ 2... 24 ΒΑΣΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ ΓΙΑ ΤΟ VOIP ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ... 24 2.1 Σύντοµη Ιστορική Αναδροµή... 25 2.2 Τι είναι VoIP;... 29 2.3 ιαφορές µεταξύ ιαδικτυακής Τηλεφωνίας και ηµοσίου Τηλεφωνικού ικτύου µε Μεταγωγή (Public Switched Telephone Network, PSTN)... 31 2.4 Πώς λειτουργεί το VoIP... 33 2.5 Πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα του VoIP.... 38 2.6 Χαρακτηριστικά του VoIP... 41 2.7 Προσδοκίες για τις εφαρµογές του VoIP στο µέλλον... 44 ΚΕΦΆΛΑΙΟ 3... 46 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΦΩΝΗΣ... 46 3.1 ειγµατοληψία... 46 3.2 Κβαντισµός - Κωδικοποίηση... 47 3.2.1 Παλµοκωδική ιαµόρφωση (PCM)... 50 3.2.1.1 Οµοιόµορφο PCM... 51 3.2.1.2 Μη Οµοιόµορφο PCM... 53 3.2.1.3 ιαφορική Παλµοκωδική ιαµόρφωση (DPCM)... 54 3.2.1.4 έλτα ιαµόρφωση ( Μ)... 55 3.2.1.5 Προσαρµοστική Μ...56 ΚΕΦΆΛΑΙΟ 4... 57 ΜΟΝΤΕΛΑ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΣΤΑ ΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ... 57 4.1 Το µοντέλο OSI... 57 4.2 Το µοντέλο TCP/IP...62 4.2.1 Επίπεδο ιαδικτύου... 63 4.2.2 Επίπεδο Μεταφοράς... 64 4.2.3 Επίπεδο Εφαρµογής... 64 4.2.4 Επίπεδο Host προς το δίκτυο... 64 4.3 Τα πρωτόκολλα µεταφοράς του Internet... 65 4.3.1 Το πρωτόκολλο TCP... 65 4.3.2 Έλεγχος συµφόρησης στο TCP... 67 4.3.3 To πρωτόκολλο UDP... 70 4.3.4 Ασύρµατα TCP και UDP... 70 ΚΕΦΆΛΑΙΟ 5... 72 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΣΗΜΑΤΟ ΟΣΙΑΣ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑΣ IP... 72 5.1 Η.323... 74 5.1.1 Ιστορικά στοιχεία... 75 5.1.2 Αρχιτεκτονικά Εξαρτήµατα του H.323... 75 5.1.3 Τα πρωτόκολλα του Η.323... 76 v

5.2 Session Initiation Protocol (SIP)... 78 5.2.1 Οι λειτουργίες του SIP... 80 5.2.2 Τα συστατικά της αρχιτεκτονικής SIP... 80 5.2.2.1 SIP User Agents... 81 5.2.2.2 SIP Servers... 81 5.3 Media Gateway Control Protocol (MGCP)... 82 5.4 Megaco / H.248... 83 ΚΕΦΆΛΑΙΟ 6... 84 ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΙΚΤΥΑ... 84 6.1 Εισαγωγή... 84 6.2 Λίγα Ιστορικά Στοιχεία... 84 6.3 Είδη Ασύρµατων δικτύων... 85 6.4 Εφαρµογές των ασύρµατων δικτύων... 86 6.5 Τοπολογία Ασύρµατων ικτύων... 88 6.6 Εξοπλισµός (Συσκευές Ασύρµατης ικτύωσης)... 89 6.7 Τα συνηθέστερα πρωτόκολλα στα ασύρµατα δίκτυα... 91 6.7.1 802.11 Legacy... 92 6.7.2 802.11a... 93 6.7.3 802.11b... 95 6.7.4 802.11g... 96 6.7.5 802.11n... 97 6.7.6 Κανάλια και διεθνής συµβατότητα... 98 6.7.7 Πιστοποίηση... 99 ΠΡΑΚΤΙΚΌ ΜΈΡΟΣ... 100 1 Η ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ: ΕΝΤΟΣ ΩΜΑΤΙΟΥ... 103 2 Η ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ: ΕΚΤΟΣ ΩΜΑΤΙΟΥ... 108 3 Η ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ: PC PC ΣΥΝ ΕΜΕΝΟΙ ΣΤΟ ΑΣΥΡΜΑΤΟ ΙΚΤΥΟ ΤΗΣ ΣΧΟΛΗΣ... 110 ΓΕΝΙΚΈΣ ΠΑΡΑΤΗΡΉΣΕΙΣ, ΣΧΌΛΙΑ ΚΑΙ ΣΥΜΠΕΡΆΣΜΑΤΑ... 114 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΊΑ... 115 ΕΥΡΕΤΉΡΙΟ... 117 vi

ΛΙΣΤΑ ΕΙΚΟΝΩΝ Σχήµα 3.1 Κβαντισµός µε χρήση 4 bits... 48 Σχήµα 3.2 Οµοιόµορφος κβαντιστής µε 7 στάθµες... 48 Σχήµα 3.3 Ποιότητα της φωνής συναρτήσει του bit rate... 49 Σχήµα 3.4 Μεγάλο και κοκκώδης θόρυβος... 56 Σχήµα 3.5 Μικρό και παραµόρφωση υπερφόρτωσης κλίσης... 56 Σχήµα 3.6 Επίδοση προσαρµοστικής Μ... 56 Σχήµα 4.1 Επικοινωνία ανάµεσα στα αντίστοιχα επίπεδα OSI δύο τερµατικών... 62 Σχήµα 4.2 Το µοντέλο αναφοράς TCP/IP... 63 Σχήµα 4.3 (α) Ταχύ δίκτυο που τροφοδοτεί αποδέκτη χαµηλής χωρητικότητας... 68 (β) Αργό δίκτυο που τροφοδοτεί αποδέκτη υψηλής χωρητικότητας... 68 Σχήµα 4.4 Παράδειγµα του αλγορίθµου συµφόρησης στο Internet... 69 Σχήµα 4.5 Η επικεφαλίδα UDP... 70 Σχήµα 5.1 ιάγραµµα SIP protocol stack υψηλού επιπέδου... 80 Σχήµα 6.1 Χρήση ασύρµατου δικτύου σε εταιρία, Αεροδρόµιο και καφετέρια... 88 Σχήµα 6.2 Access Point... 90 Σχήµα 6.3 Τοπικό Ασύρµατο ίκτυο... 91 Σχήµα 7.1 Περιβάλλον Εργασίας του προγράµµατος Wireshark... 102 Σχήµα 7.2 VoIP Graph Analysis... 103 Σχήµα 7.3 Η αναπαραγωγή της πραγµατοποιηµένης κλήσης... 104 Σχήµα 7.4 RTP Streams.... 105 Σχήµα 7.5 RTP Stream Analysis (Forward Direction)... 105 Σχήµα 7.6 RTP Graph Analysis Forward & Reversed... 106 Σχήµα 7.7: Forward Jitter: 10.106.1.31:49154 10.106.1.27:64022... 107 Σχήµα 7.8: Reversed Jitter: 10.106.1.27:64022 10.106.1.31:49154... 107 Σχήµα 7.9: VoIP Graph Analysis... 108 Σχήµα 7.10: Forward Jitter: 10.106.1.31:49168 10.106.1.27:57464... 109 Σχήµα 7.11: Reversed Jitter: 10.106.1.27:57464 10.106.1.31:49168... 109 Σχήµα 7.12 VoIP Graph Analysis... 111 Σχήµα 7.13: Forward Jitter: 10.106.1.27:49172 10.106.1.28:59344... 112 Σχήµα 7.14: Reversed Jitter: 10.106.1.28:59344 10.106.1.27:49172... 112 vii

Εισαγωγή Η εξέλιξη της τεχνολογίας κατά τη διάρκεια του περασµένου αιώνα σηµατοδότησε µια σειρά αλλαγών σε διάφορους τοµείς της επιστήµης και των εφαρµογών της στην καθηµερινή ζωή. Αναµφισβήτητα, ένα από τα σηµαντικότερα επιτεύγµατα της προόδου αυτής ήταν και η ανάπτυξη της τηλεφωνίας, η οποία ξεκίνησε τη δεκαετία του 1870 από τον Alexander Graham Bell. Από την εποχή εκείνη, η τηλεφωνία, όπως ήταν αναµενόµενο, εξελίχθηκε ραγδαία και εντυπωσιακά, φτάνοντας σε σηµείο που δε θα µπορούσαν να φανταστούν ακόµη και οι πιο αισιόδοξοι επιστήµονες των προηγούµενων δεκαετιών. Πιο συγκεκριµένα, κατά τη διάρκεια της παραπάνω δεκαετίας, δύο εφευρέτες της εποχής, ο Elisha Gray και ο Alexander Graham Bell, ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο, σχεδίασαν συσκευές που είχαν τη δυνατότητα να µεταδίδουν ανθρώπινη φωνή µε ηλεκτρικό τρόπο. Οι συσκευές αυτές αποτέλεσαν τα πρώτα τηλέφωνα της ιστορίας. Και οι δύο εφευρέτες έσπευσαν να κατοχυρώσουν τα πνευµατικά δικαιώµατα των εφευρέσεών τους, µε διαφορά ορισµένων µόνο ωρών ο ένας από τον άλλο. Τελικά ο Bell ήταν αυτός που κατοχύρωσε πρώτος τα δικαιώµατα, µε αποτέλεσµα οι δύο ταλαντούχοι ερευνητές να βρεθούν σε έντονη διαµάχη, διεκδικώντας την πατρότητα του τηλεφώνου. Τελικά, κερδισµένος βγήκε ο Bell, του οποίου το όνοµα έχει συνδεθεί µε την έννοια του τηλεφώνου µέχρι και στις µέρες µας. Τόσο ο τηλέγραφος, όσο και το τηλέφωνο είναι ηλεκτρικά συστήµατα βασισµένα στη χρήση αγωγών και η επιτυχία του Alexander Graham Bell µε την επινόηση του τηλεφώνου προέκυψε ως αποτέλεσµα των προσπαθειών του για τη βελτίωση του τηλεγράφου. Όταν ο Bell ξεκίνησε να πειραµατίζεται µε ηλεκτρικά σήµατα, ο τηλέγραφος ήταν το πλέον διαδεδοµένο µέσο επικοινωνίας της εποχής, µε τριακονταετή περίπου χρήση. Παρά το γεγονός ότι ήταν ένα άκρως επιτυχηµένο τηλεπικοινωνιακό σύστηµα, ο τηλέγραφος, µε τη χρήση του κώδικα Morse (παύλες και τελείες) είχε το µειονέκτηµα της περιορισµένης αποστολής ή λήψης ενός µηνύµατος τη φορά. Η βαθιά γνώση του Bell σχετικά µε τη φύση του ήχου καθώς και η αντίληψή του για τη µουσική του έδωσαν τη δυνατότητα να προβληµατιστεί για το Alexander Graham Bell 1

ενδεχόµενο να µπορεί να στείλει πολλαπλά µηνύµατα πάνω στον ίδιο αγωγό, την ίδια χρονική στιγµή. Παρά το γεγονός ότι η ιδέα του πολλαπλού τηλεγράφου ήταν γνωστή για αρκετό καιρό, ο Bell προσέφερε τη δική του µουσική ή, καλύτερα, αρµονική προσέγγιση ως µια πιθανή πρακτική λύση. Ο «αρµονικός τηλέγραφος» βασίστηκε στην αρχή ότι πολλές νότες θα µπορούσαν να σταλθούν ταυτόχρονα, µέσω του ίδιου αγωγού. Μέχρι τον Οκτώβριο του 1874, η ερευνητική δραστηριότητα του Bell είχε προχωρήσει τόσο, ώστε να ενηµερώσει τον πεθερό του Gardiner Greene Hubbard, ο οποίος είχε µεγάλη πολιτική ισχύ στη Βοστόνη, για την πιθανότητα του πολλαπλού τηλέγραφου. Ο Hubbard, ο οποίος αντιτίθετο στην απόλυτη µονοπωλιακή κυριαρχία της Western Union Telegraph Company, αντιλήφθηκε αµέσως την πιθανή καταστολή του µονοπωλίου και συνεισέφερε οικονοµικά τον Bell ώστε να συνεχίσει τις έρευνές του. Ο Bell προχώρησε µε τη δουλειά του πάνω στον πολλαπλό τηλέγραφο, χωρίς όµως να ενηµερώσει τον Hubbard ότι παράλληλα µε τις έρευνες αυτές, ετοίµαζε και κάτι καινούριο. Επρόκειτο για την κατασκευή µιας συσκευής που θα µπορούσε να στείλει φωνή µε ηλεκτρικό τρόπο. Η νέα αυτή ιδέα ήρθε στο µυαλό του εκείνο το καλοκαίρι, ενώ στην υλοποίησή της έλαβε µέρος και ένας νέος ηλεκτρολόγος της εποχής, ο Thomas Watson, του οποίου την ικανότητα και το ταλέντο είχε παρατηρήσει ο Bell. Έτσι λοιπόν, η τηλεφωνία ξεκίνησε να αναπτύσσεται µε αργούς ρυθµούς. Η επικοινωνία, ακόµη και για µικρές γεωγραφικές αποστάσεις ήταν µέτριας ή κακής ποιότητας, ενώ η κατοχή τηλεφωνικής συσκευής ήταν προνόµιο ελάχιστων και πολύ εύπορων κοινωνικών τάξεων. Η µόνη δυνατότητα που υποστήριζαν οι πρώτες τηλεφωνικές συσκευές ήταν η απλή τηλεφωνική κλήση, ενώ φυσικά δε γινόταν ούτε λόγος για ψηφιακά συστήµατα τηλεπικοινωνιών. Με την πάροδο των δεκαετιών, όπως ήταν φυσικό, έγινε εµφανής η εξέλιξη τόσο των τηλεφωνικών συσκευών, όσο και των τηλεφωνικών κέντρων. Το τηλέφωνο άρχισε να γίνεται απαραίτητο εξάρτηµα κάθε σπιτιού, ενώ η ποιότητα της επικοινωνίας άρχισε να βελτιώνεται ολοένα και περισσότερο. Από την άλλη πλευρά, παρόµοια εξέλιξη παρουσιάστηκε στον κόσµο των υπολογιστών. Βέβαια η ανάπτυξή τους δεν ξεκίνησε τόσο νωρίς όσο το τηλέφωνο ή ο τηλέγραφος, όµως αποδείχθηκε τόσο ταχεία, ώστε στις µέρες µας σχεδόν κάθε σπίτι να διαθέτει τουλάχιστον έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή. Ταυτόχρονα µε την ευρεία διάδοση των υπολογιστών, εξίσου ευρεία ήταν και η διάδοση των δικτύων τους. Τα τοπικά δίκτυα 2

ξεκίνησαν να εµφανίζονται τόσο σε µεγάλες επιχειρήσεις, όσο και σε εκπαιδευτικά ιδρύµατα ανά τον κόσµο, καθώς και σε πάρα πολλές άλλες περιπτώσεις. Το αποκορύφωµα των δικτύων υπολογιστών, όµως, ήταν το παγκόσµιο δίκτυο (Internet) που, αν και ξεκίνησε αποκλειστικά για στρατιωτικούς σκοπούς, µε το τέλος της δεκαετίας του 1980 άρχισε να διαδίδεται ευρέως, τόσο για διαφηµιστικούς, όσο και για εκπαιδευτικούς, εµπορικούς και άλλους σκοπούς. Ο καθένας, πλέον, µπορούσε από το σπίτι του να διαβάσει ή να στείλει την αλληλογραφία του, να ενηµερωθεί για τις τρέχουσες εξελίξεις για τα θέµατα που τον ενδιαφέρουν, να λάβει ή να στείλει αρχεία, και, γενικά, να γίνει µέλος µιας παγκόσµιας κοινότητας ανταλλαγής πληροφοριών. Όλες οι παραπάνω δυνατότητες έκαναν το Internet να είναι σήµερα απαραίτητο συµπλήρωµα κάθε υπολογιστή. Από τα παραπάνω, γίνεται αντιληπτό ο κόσµος των επικοινωνιών χαρακτηρίζεται από δύο είδη δικτύων: το τηλεφωνικό δίκτυο ή δίκτυο φωνής, όπου µεταφέρονται σήµατα ανθρώπινης οµιλίας και το δίκτυο δεδοµένων (Internet), όπου µεταφέρονται ψηφιακές πληροφορίες που δε σχετίζονται µε ανθρώπινη φωνή. Τα δύο αυτά είδη δικτύων διέπονται από διαφορετικούς κανόνες και αρχές λειτουργίας. Είναι δύο ανεξάρτητες οντότητες που εξυπηρετούν διαφορετικό σκοπό η καθεµία, όµως, παρόλα αυτά, είναι εξίσου διαδεδοµένες. Κάπου εδώ εισέρχεται η έννοια της τεχνολογίας του VoIP που είναι τα αρχικά των λέξεων Voice over Internet Protocol, δηλαδή φωνή πάνω από πρωτόκολλο διαδικτύου. Αυτό σηµαίνει ότι το µέχρι πρότινος δίκτυο δεδοµένων αρχίζει να µη µεταφέρει πλέον µόνο δεδοµένα, αλλά και φωνή. Οι αρχές που ισχύουν είναι φυσικά αυτές του δικτύου δεδοµένων, όµως η ψηφιακή πληροφορία που αποστέλλεται προέρχεται από κωδικοποίηση ανθρώπινης φωνής, που µεταδίδεται υπό µορφή πακέτων, όπως θα συνέβαινε για οποιαδήποτε άλλη µορφή πληροφορίας. Για την ακρίβεια, η µετάδοση της φωνής επιτυγχάνεται µε τη χρήση των ίδιων πρωτοκόλλων που χρησιµοποιούνται στο Internet (IP protocols). Συχνά γίνεται χρήση του όρου IP telephony (IPT), εξαιτίας ακριβώς της χρήσης των πρωτοκόλλων αυτών. Σε αντίθεση µε το κλασικό κύκλωµα µεταγωγής κυκλώµατος (τηλεφωνικό δίκτυο), η επικοινωνία είναι εφικτή ακόµη και στην περίπτωση βλάβης κάποιας γραµµής, αφού το εκάστοτε πακέτο φωνής έχει τη δυνατότητα να φτάσει από τον αποστολέα στον παραλήπτη µέσω πολλών εναλλακτικών διαδροµών. Αυτό έχει ως αποτέλεσµα την επίτευξη καλύτερης και ευσταθέστερης επικοινωνίας. 3

Με το VoIP, η µετάδοση της φωνής γίνεται πάνω σε ένα δίκτυο IP, όπως για παράδειγµα το Internet, τα τοπικά δίκτυα (LANs) και τα Intranets. Στα κεφάλαια που ακολουθούν θα γίνει µια εκτενέστερη αναφορά στον τρόπο µε τον οποίο γίνεται η µετάδοση των πακέτων αυτών κατά µήκος του δικτύου, καθώς και οι διαδικασίες κωδικοποίησης και συµπίεσης που εφαρµόζονται. Το σηµαντικότερο ίσως χαρακτηριστικό χάρη στο οποίο οφείλεται η ευρεία διάδοση του VoIP είναι το χαµηλό κόστος των κλήσεων που οδηγεί σε οικονοµικότερη επικοινωνία. Αξίζει να σηµειωθεί ότι η επικοινωνία αυτή µπορεί να διεξαχθεί ανάµεσα σε PC και τηλεφωνικές συσκευές VoIP. Με άλλα λόγια, η επικοινωνία µπορεί να πραγµατοποιηθεί: Από PC σε PC Από PC σε τηλέφωνο Από τηλέφωνο σε PC Από τηλέφωνο σε τηλέφωνο Ειδικά στην τελευταία περίπτωση (από τηλέφωνο σε τηλέφωνο), δίνεται η εντύπωση στον απλό χρήστη ότι πραγµατοποιεί συνδιάλεξη όπως ακριβώς στην περίπτωση του συνηθισµένου τηλεφώνου, µε αποτέλεσµα η επικοινωνία να είναι απλούστατη, ακόµη και για το µέσο άνθρωπο, που πιθανόν να µην έχει µεγάλη εξοικείωση µε τους υπολογιστές. Αξίζει να σηµειωθεί ότι για την τελευταία αυτή περίπτωση το τηλέφωνο µπορεί να είναι είτε κανονικό (συνδεδεµένο δηλαδή στο τηλεφωνικό δίκτυο), είτε τηλέφωνο IP (συνδεδεµένο δηλαδή σε ένα δίκτυο δεδοµένων). Αν και είναι ακόµη νωρίς, στο µέλλον αναµένεται όλα τα σηµερινά δίκτυα µεταγωγής κυκλώµατος να αντικατασταθούν από δίκτυα που διέπονται από την τεχνολογία µεταγωγής πακέτου. Η τηλεφωνία IP εξαπλώνεται ραγδαία, µε ολοένα και περισσότερες υπηρεσίες και σπίτια να προσανατολίζονται σε αυτήν. Οι σηµαντικότεροι λόγοι για τους οποίους παρατηρείται η µετάβαση αυτή είναι η χαµηλή τιµή και η ευελιξία. Όλα δείχνουν ότι η τεχνολογία του VoIP ικανοποιεί όλες τις προϋποθέσεις για να αποτελέσει το µελλοντικό τρόπο επικοινωνίας, ως εξέλιξη του υπάρχοντος τηλεφωνικού συστήµατος. Φυσικά, η τεχνολογία αυτή δεν έχει τελειοποιηθεί ακόµη, όµως λόγω της 4

ραγδαίας ανάπτυξής της, σε συνδυασµό µε τη διαδεδοµένη χρήση του Internet στις µέρες µας, καθώς και το χαµηλό κόστος της συντελούν στο συµπέρασµα ότι πρόκειται για κάτι που θα απασχολήσει σε µεγάλο βαθµό τόσο τους µηχανικούς δικτύων και τις τηλεφωνικές εταιρείες, όσο και τους απλούς καταναλωτές. Στα επόµενα κεφάλαια ακολουθεί µια πιο εκτενής παρουσίαση του VoIP, καθώς και πολλών σηµαντικών αντικειµένων που σχετίζονται µε αυτό. Σχήµα 1 Voice over IP 5

Κεφάλαιο 1 ίκτυα Μεταγωγής και Τεχνολογίες µετάδοσης φωνής 1.1 ίκτυα Μεταγωγής Κυκλώµατος Τα ίκτυα Μεταγωγής Κυκλώµατος (Circuit Switching Networks) κατασκευάστηκαν για να ικανοποιήσουν τις ανάγκες των απλών τηλεφωνικών συνοµιλιών, οι οποίες απαιτούσαν µετάδοση αναλογικής φωνής και όχι δεδοµένων. Έτσι, το πλέον διαδεδοµένο δίκτυο µεταγωγής κυκλώµατος είναι το ηµόσιο Τηλεφωνικό ίκτυο µε Μεταγωγή (Public Switched Telephone Network, PSTN) που, αν και ξεκίνησε ως αναλογικό δίκτυο µεταφοράς φωνής, µε την πάροδο του χρόνου εξελίχθηκε σε ψηφιακό, µε δυνατότητες µετάδοσης και πληροφορίας από υπολογιστές. Βασικό χαρακτηριστικό ενός τέτοιου δικτύου είναι ο σχηµατισµός ενός ηλεκτρικού κυκλώµατος, όπως άλλωστε γίνεται αντιληπτό από την ονοµασία του. Αυτό, µε άλλα λόγια, σηµαίνει ότι για κάθε επιτυχή τηλεφωνική κλήση από έναν συνδροµητή σε έναν άλλο, σχηµατίζεται µια σταθερή ηλεκτρική σύνδεση ανάµεσα τους, η οποία διαρκεί τόσο χρόνο ακριβώς, όσος είναι και ο χρόνος της συνδιάλεξης. Το ηλεκτρικό αυτό κύκλωµα έχει µήκος ανάλογο της απόστασης ανάµεσα στους δύο συνδροµητές και καθ όλη τη διάρκεια της συνοµιλίας είναι εκµεταλλεύσιµο µόνο από τους συνδροµητές αυτούς και από κανέναν άλλο. Με το πέρας της συνοµιλίας, το κύκλωµα απελευθερώνεται και οι δηµόσιες τηλεφωνικές γραµµές που ήταν απασχοληµένες τίθενται στη διάθεση άλλων συνδροµητών. Οι τρεις κυριότερες φάσεις της επικοινωνίας στα δίκτυα µεταγωγής κυκλώµατος είναι: Εγκατάσταση του κυκλώµατος, όπου γίνεται µια δοκιµή για να διαπιστωθεί αν ο δέκτης είναι απασχοληµένος, και αν όχι, να προετοιµαστεί κατάλληλα έτσι ώστε να δεχθεί τη σύνδεση. Μεταφορά των δεδοµένων, όπου πραγµατοποιείται η συνοµιλία, και Αποσύνδεση του κυκλώµατος, όπου το κύκλωµα που διασυνδέει τις δύο πλευρές απολευθερώνεται. Ας δούµε τα παραπάνω πιο εποπτικά. Τα βήµατα που ακολουθούνται κατά τη διάρκεια µιας τηλεφωνικής συνδιάλεξης είναι: 6

1. Ο χρήστης που επιθυµεί να εκτελέσει την κλήση σηκώνει το ακουστικό και ακούει το χαρακτηριστικό ήχο dial tone. Αυτό σηµαίνει πως υπάρχει διαθέσιµη σύνδεση µε το τοπικό τηλεφωνικό κέντρο. 2. Ο χρήστης επιλέγει τον αριθµό που αντιστοιχεί στο τηλέφωνο του συνδροµητή µε τον οποίο επιθυµεί να συνοµιλήσει. 3. Η κλήση δροµολογείται µέσω των διακοπτών (switches) του τοπικού τηλεφωνικού κέντρου προς το µέρος του τηλεφώνου του συνδροµητή που πρόκειται να δεχθεί την κλήση. 4. Πραγµατοποιείται σύνδεση ανάµεσα στα τηλέφωνα των δύο συνδροµητών, µε τη χρήση ενός µεγάλου πλήθους αλληλοσυνδεδεµένων διακοπτών. 5. Το τηλέφωνο του κληθέντος συνδροµητή χτυπά και κάποιος απαντάει στην κλήση. 6. Η σύνδεση ενεργοποιεί το κύκλωµα. 7. Πραγµατοποιείται η συνοµιλία για ένα πεπερασµένο χρονικό διάστηµα (αµφίδροµη επικοινωνία full duplex), µετά το πέρας του οποίου κλείνει το ακουστικό του συνδροµητή που πραγµατοποιεί την κλήση. 8. Μετά το κλείσιµο του ακουστικού, αποσυνδέεται το ηλεκτρικό κύκλωµα και απελευθερώνονται όλες οι γραµµές που χρησιµοποιήθηκαν για το σχηµατισµό του. Ας υποθέσουµε ότι ένας συνδροµητής επιθυµεί να µιλήσει µε έναν άλλο συνδροµητή για δέκα λεπτά. Κατά τη διάρκεια αυτού του χρονικού διαστήµατος, υπάρχει ανοιχτή κυκλωµατική σύνδεση ανάµεσα στα τηλέφωνα των δύο συνδροµητών. Στο προγενέστερο τηλεφωνικό σύστηµα (περίπου µέχρι το 1960), κάθε κλήση έπρεπε να απασχολεί ένα δεσµευµένο αγωγό που να εκτείνεται από το ένα άκρο της κλήσης έως το άλλο. Έτσι, αν κάποιος βρισκόταν στη Νέα Υόρκη και ήθελε να καλέσει το Λος Άντζελες, οι διάσπαρτοι διακόπτες (switches) ανάµεσα στη Νέα Υόρκη και το Λος Άντζελες θα έπρεπε να συνδέουν τα επιµέρους χάλκινα τηλεφωνικά καλώδια αποκλειστικά για τη συγκεκριµένη συνοµιλία, κατά τη διάρκεια αυτών των δέκα λεπτών. Αποτέλεσµα της παραπάνω δέσµευσης των τηλεφωνικών γραµµών ήταν το υψηλό κόστος της συνδιάλεξης, µια που ένας συνδροµητής θα απασχολούσε µόνος του για δέκα λεπτά έναν χάλκινο αγωγό µήκους 3000 µιλιών. Οι τηλεφωνικές επικοινωνίες πάνω στο σηµερινό τηλεφωνικό δίκτυο είναι αρκετά πιο αποδοτικές και µε σαφώς µικρότερο κόστος. Η φωνή ψηφιοποιείται και, σε συνδυασµό µε χιλιάδες άλλες ψηφιοποιηµένες φωνές, συνδυάζονται σε ένα µοναδικό αγωγό οπτικής ίνας (fiber optic) για το µεγαλύτερο τµήµα της διαδροµής (υπάρχει ένα µικρό τµήµα χάλκινου 7

αγωγού που οδεύει στα σπίτια των συνδροµητών). Οι κλήσεις αυτές µεταδίδονται µε προκαθορισµένο σταθερό ρυθµό των 64 kilobits/sec (Kbps) προς κάθε κατεύθυνση, για συνολικό ρυθµό µετάδοσης 128Kbps. Και επειδή κάθε kilobyte περιέχει 8 kilobits, αυτό συνεπάγεται ότι πραγµατοποιείται µετάδοση 16 kilobytes ανά δευτερόλεπτο, ή µε άλλα λόγια 960 kilobytes ανά λεπτό. Εποµένως, για µια δεκάλεπτη συνοµιλία, η συνολική µετάδοση είναι 9600 kilobytes, ή, ισοδύναµα, 9.375 megabytes). Σε µια τυπική τηλεφωνική συνοµιλία, ένα µεγάλο ποσοστό της µεταδιδόµενης αυτής πληροφορίας χάνεται. Κατά τη διάρκεια της συνοµιλίας, για όσο διάστηµα ο δεύτερος συνοµιλητής ακούει τον πρώτο, µόνο το µισό τµήµα της σύνδεσης αξιοποιείται ουσιαστικά σε µια δεδοµένη χρονική στιγµή. Με βάση την παραπάνω παρατήρηση, µπορούµε να µειώσουµε τη µεταδιδόµενη πληροφορία στη µέση, περίπου δηλαδή στα 4.7 megabytes. Επίσης, σηµαντικό τµήµα του χρόνου συνοµιλίας στις περισσότερες περιπτώσεις είναι ακουστικά κενά (dead air): κανένας από τους δύο συνοµιλητές δε µιλάει δε µεταδίδεται καµιά πληροφορία. Αν µπορούσαν να αφαιρεθούν αυτές οι «σιωπηλές» παρεµβολές, η µεταδιδόµενη πληροφορία θα ήταν ακόµη µικρότερη. Εποµένως, θα ήταν σαφώς πιο αποδοτικό, αντί να αποστέλλεται µια συνεχής ροή πληροφορίας που να περιέχει τόσο «σιωπηλά» (silent) όσο και «θορυβώδη» (noisy) bytes, να αποστέλλονται µόνο πακέτα από bytes που περιέχουν πραγµατικά χρήσιµη πληροφορία, δηλαδή µόνο τα «θορυβώδη» (noisy) bytes. Αυτή είναι η βασική αρχή λειτουργίας των δικτύων µεταγωγής πακέτων (packet-switched phone networks) που αποτελούν µια καλή εναλλακτική λύση για την επίτευξη αποδοτικότερης επικοινωνίας σε σχέση µε τα δίκτυα µεταγωγής κυκλώµατος. 1.2 ίκτυα Μεταγωγής Πακέτου Τα δίκτυα δεδοµένων δε χρησιµοποιούν τη µεταγωγή κυκλώµατος. Μια σύνδεση Internet θα ήταν σαφώς πιο αργή αν απασχολούσε ένα συγκεκριµένο κύκλωµα για µια δεδοµένη χρονική περίοδο. Αντιθέτως, τα δίκτυα δεδοµένων απλώς στέλνουν και λαµβάνουν δεδοµένα όσο υπάρχει ανάγκη. Επίσης, αντί τα δεδοµένα αυτά να δροµολογούνται σε ένα συγκεκριµένο κύκλωµα, τα πακέτα πληροφορίας διατρέχουν ένα χαοτικό δίκτυο, αποτελούµενο από χιλιάδες συνδυασµούς διαδροµών, αναλόγως µε την κίνηση και την κατάσταση του δικτύου τη συγκεκριµένη χρονική στιγµή. Η µεταγωγή αυτή λέγεται µεταγωγή πακέτου και τα δίκτυα που τη χρησιµοποιούν λέγονται δίκτυα µεταγωγής πακέτου (packet switching networks). 8

Ενώ στη µεταγωγή κυκλώµατος η σύνδεση κρατείται ανοιχτή και σταθερή για όλη τη διάρκεια της µεταφοράς πληροφορίας, στη µεταγωγή πακέτων σχηµατίζεται µια στιγµιαία σύνδεση, τέτοια ώστε να µπορέσει να αποσταλεί ένα µικρό κοµµάτι πληροφορίας, ονοµαζόµενο ως πακέτο (packet) από το ένα σύστηµα στο άλλο. Η διαδικασία που λαµβάνει χώρα είναι η εξής: 1. Ο υπολογιστής που επιθυµεί να στείλει την πληροφορία τεµαχίζει την τελευταία σε µικρά τµήµατα, µε κάθε ένα από τα οποία να περιέχει µια διεύθυνση ώστε να πληροφορούνται οι ενδιάµεσες δικτυακές συσκευές για τον προορισµό τους. 2. Μέσα σε κάθε πακέτο υπάρχει η χρήσιµη πληροφορία (payload), η οποία µπορεί να είναι ένα τµήµα e-mail, τµήµα µουσικού ή οποιουδήποτε άλλου είδους αρχείου µεταδίδεται µέσω του πακέτου. 3. Ο υπολογιστής αποστέλλει το πακέτο σε έναν κοντινό δροµολογητή (router) και προχωράει στο επόµενο πακέτο, «ξεχνώντας» το πρώτο. Ο δροµολογητής αυτός στέλνει µε τη σειρά του το πακέτο σε έναν άλλο δροµολογητή. Η µετάδοση από δροµολογητή σε δροµολογητή συµβαίνει έως ότου το πακέτο να φτάσει στον προορισµό του. 4. Όταν τελικά ο υπολογιστής παραλήπτης λάβει τα πακέτα, τα οποία µπορεί να έχουν ακολουθήσει εντελώς διαφορετική διαδροµή για να φτάσουν στον προορισµό τους, χρησιµοποιεί εσωτερικές εντολές οδηγίες για να τα συναρµολογήσει και να κατασκευάσει την αρχική πληροφορία. Η µεταγωγή πακέτων είναι πολύ αποδοτική. Επιτρέπει στο δίκτυο να δροµολογήσει τα πακέτα µέσω του λιγότερου συνωστισµένου και οικονοµικότερου δρόµου. Επίσης απελευθερώνει τους δύο υπολογιστές που επικοινωνούν µεταξύ τους, έτσι ώστε να µπορούν να αποδέχονται και πληροφορίες και από άλλους υπολογιστές. Αυτό που µας απασχολεί είναι ο τρόπος µε τον οποίο το δίκτυο θα µπορέσει να χειριστεί τα επιµέρους πακέτα και να τα στείλει απρόσκοπτα στον προορισµό τους. Στα σύγχρονα δίκτυα χρησιµοποιούνται δύο κυρίως τεχνικές µεταγωγής πακέτων. Αυτές είναι: 1. Τεχνική Αυτοτελών Πακέτων (Datagram Packets): Σύµφωνα µε την τεχνική των αυτοτελών πακέτων, κάθε πακέτο αποτελεί ανεξάρτητη οντότητα από τα υπόλοιπα. Αυτό σηµαίνει ότι τα πακέτα µπορούν να οδεύουν προς τον προορισµό τους µέσω διαφορετικών δρόµων το ένα από το άλλο. Όπως γίνεται αντιληπτό, µε τη διαδικασία αυτή είναι πολύ πιθανό τα πακέτα να φτάσουν µε διαφορετική σειρά από αυτή µε την 9

οποία ξεκίνησαν από την αφετηρία τους. Κατά συνέπεια, θα πρέπει σε κάθε περίπτωση να υπάρχουν ορισµένες διατάξεις που να εξασφαλίζουν την επιτυχή ανασύνθεση των πακέτων και την τοποθέτησή τους στη σωστή σειρά. Παράλληλα, ορισµένα πακέτα µπορεί να καταστραφούν κατά τη διάρκεια της διαδροµής από την αφετηρία προς στον προορισµό τους. Αυτό είναι αρκετά συνηθισµένο φαινόµενο σε περιπτώσεις που κάποιος κόµβος «πέσει». Τότε όλα τα πακέτα στην ουρά αναµονής του κόµβου χάνονται. Πάντως, σε κάθε περίπτωση το κάθε πακέτο ξεχωριστά αντιµετωπίζεται από το δίκτυο ανεξάρτητα από τα άλλα πακέτα που µπορεί και να προέρχονται από την ίδια αφετηρία. 2. Τεχνική Εικονικού Κυκλώµατος (Virtual Circuit): Σύµφωνα µε την τεχνική του εικονικού κυκλώµατος, πριν την αποστολή των πακέτων αποφασίζεται από το σύστηµα µια συγκεκριµένη διαδροµή που θα ακολουθηθεί. Έτσι, ο αποστολέας στέλνει αρχικά ένα πακέτο, ονοµαζόµενο ως Πακέτο Αίτησης Κλήσης (Call Request packet), µε στόχο τη λογική σύνδεση µε τον παραλήπτη. Σε περίπτωση που η αίτηση κλήσης γίνει αποδεκτή από τον παραλήπτη, ο τελευταίος στέλνει στον αποστολέα ένα πακέτο, ως ένδειξη της αποδοχής, ονοµαζόµενο ως Πακέτο Αποδοχής Κλήσης (Call Accept packet). Στο σηµείο αυτό, έχει δηµιουργηθεί η λογική σύνδεση ανάµεσα στους δύο κόµβους, οι οποίοι έχουν πλέον τη δυνατότητα να ανταλλάξουν πακέτα. Αξίζει να σηµειωθεί ότι η µέθοδος του εικονικού κυκλώµατος µοιάζει πολύ µε τη λειτουργία των δικτύων µεταγωγής κυκλώµατος, αφού και στις δύο περιπτώσεις τα δεδοµένα ακολουθούν µια προκαθορισµένη διαδροµή για να φτάσουν στον προορισµό τους. Η διαφορά έγκειται στο γεγονός ότι στα δίκτυα µεταγωγής κυκλώµατος, τα δεδοµένα µεταφέρονται ενιαία, και όχι σε µορφή πακέτων, όπως συµβαίνει στην περίπτωση των εικονικών κυκλωµάτων. Αξίζει να σηµειωθεί ότι λόγω της προκαθορισµένης διαδροµής, δεν υπάρχει η ανάγκη της λήψης απόφασης σε κάθε κόµβο για την πορεία που θα ακολουθήσουν τα επερχόµενα πακέτα. Κάθε κόµβος µπορεί να αποθηκεύει πακέτα, καθώς και να αποτελεί τµήµα πολλών εικονικών κυκλωµάτων ταυτόχρονα. Μετά το πέρας της ανταλλαγής των πληροφοριών, αποστέλλεται ένα Πακέτο Αίτησης ιαγραφής (Clear Request packet) που έχει ως στόχο τον τερµατισµό του εικονικού κυκλώµατος. Επίσης, τα εικονικά κυκλώµατα έχουν τη δυνατότητα να παρέχουν έλεγχο σφάλµατος στην αποστολή των πακέτων. 10

1.3 Συγκριτική ανασκόπηση των χαρακτηριστικών των ικτύων Μεταγωγής Κυκλώµατος και Πακέτου. Στην παρούσα ενότητα επιχειρούµε να δούµε συνοπτικά τα βασικότερα χαρακτηριστικά των δικτύων που αναλύσαµε προηγουµένως. Έτσι λοιπόν, έχουµε: 1. ίκτυα Μεταγωγής Κυκλώµατος: ηµιουργία σταθερού ηλεκτρικού κυκλώµατος που διαρκεί όσο χρόνο διαρκεί και η τηλεφωνική κλήση. Σταθερός ρυθµός µετάδοσης πληροφορίας. Μετάδοση «άχρηστης» πληροφορίας, όπως για παράδειγµα ηχητικών κενών. Προβληµατική επικοινωνία σε περίπτωση που κάποιο τµήµα του κυκλώµατος έχει βλάβη ή συνωστισµό. εν απαιτείται δροµολόγηση της πληροφορίας σε κάθε κόµβο: σταθερό κύκλωµα σταθερή διαδροµή. ε συνηθίζεται σε δίκτυα δεδοµένων. Χρέωση ανά λεπτό. 2. ίκτυα Μεταγωγής Πακέτων Αυτοτελή Πακέτα: Ύπαρξη πακέτων πληροφορίας που είναι ανεξάρτητα µεταξύ τους. Τα πακέτα µπορούν να φτάσουν στον προορισµό τους µε διαφορετική σειρά και από άλλο δρόµο. Έτσι απαιτείται η σωστή συναρµολόγησή τους για να ανακτηθεί η σταλθείσα πληροφορία. Τα πακέτα µπορούν να αποθηκεύονται στους κόµβους από τους οποίους διέρχονται. Σε κάθε κόµβο απαιτείται δροµολόγηση των πακέτων, ώστε να φτάσουν συντοµότερα και χωρίς σφάλµα στον προορισµό τους, ανάλογα µε την κατάσταση του δικτύου τη δεδοµένη χρονική στιγµή. Πιθανότητα απώλειας ορισµένων πακέτων σε περίπτωση βλάβης κάποιου κόµβου. υνατότητα ελέγχου σφαλµάτων. Χρέωση ανά πακέτο. 3. ίκτυα Μεταγωγής Πακέτων Εικονικό Κύκλωµα: 11

ηµιουργία εικονικού κυκλώµατος που διαρκεί από τη στιγµή της λήψης του πακέτου αποδοχής κλήσης (Call Request packet) έως την αποστολή του πακέτου αίτησης διαγραφής (Clear Request packet). Η πληροφορία µεταδίδεται σε πακέτα. Προβληµατική επικοινωνία σε περίπτωση που κάποιο τµήµα του εικονικού κυκλώµατος έχει βλάβη ή συνωστισµό. εν απαιτείται δροµολόγηση της πληροφορίας σε κάθε κόµβο: σταθερό εικονικό κύκλωµα σταθερή διαδροµή. υνατότητα ελέγχου σφαλµάτων. Χρέωση ανά πακέτο. Γενικά, η τεχνική του εικονικού κυκλώµατος δε συµφέρει στην περίπτωση µετάδοσης µικρού πλήθους πακέτων, αφού ο καθορισµός του είναι αρκετά χρονοβόρα διαδικασία και καλό είναι να πραγµατοποιείται σε περιπτώσεις µετάδοσης µεγάλου σχετικά όγκου δεδοµένων. Από την άλλη, η µετάδοση αυτοτελών datagram πακέτων οδηγεί σε πιο ευέλικτο σύστηµα. Σε περίπτωση βλάβης κάποιου κόµβου, τα πακέτα έχουν τη δυνατότητα να ακολουθήσουν άλλη εναλλακτική διαδροµή και να αποφύγουν κόµβους µε συµφόρηση κίνησης πακέτων. Συµπερασµατικά, τα αυτοτελή πακέτα παρέχουν ευελιξία στην επικοινωνία και χάρη στο γεγονός ότι η συγκεκριµένη τεχνική είναι παλαιότερη, τα πιθανά προβλήµατα µπορούν να αντιµετωπιστούν πιο αποτελεσµατικά. 1.4 Τεχνολογίες Μετάδοσης Φωνής Στην παρούσα ενότητα θα µελετήσουµε τις βασικότερες τεχνολογίες µετάδοσης φωνής µέσω των δικτύων δεδοµένων. Οι τεχνολογίες αυτές είναι οι Frame Relay, ATM και IP. Πρόκειται για τρεις πολύ διαδεδοµένες τεχνολογίες, ενώ τα δίκτυα στα οποία εφαρµόζονται αποτελούν βασικά στοιχεία των εφαρµογών ενσωµατωµένων υπηρεσιών φωνής και δεδοµένων. Τα IP και ATM χρησιµοποιούνται κυρίως στη διασύνδεση πολλών δικτύων και στα δίκτυα ευρείας περιοχής (WAN), ενώ το Frame Relay χρησιµοποιείται σε µικρότερα δίκτυα. Στη 12

συνέχεια παρουσιάζουµε ξεχωριστά τις παραπάνω περιπτώσεις δικτύων, τις οποίες στη συνέχεια συγκρίνουµε, και πιο συγκεκριµένα την ATM µε την IP. 1.4.1 Τεχνολογία Frame Relay Από τις τρεις δηµοφιλέστερες packet/cell τεχνολογίες (Frame Relay, IP και ATM), η πιο ανεπτυγµένη είναι η Frame Relay. Η τεχνολογία αυτή χρησιµοποιείται κυρίως σε εταιρικά δίκτυα δεδοµένων, χάρη στο ευέλικτο εύρος ζώνης, τη διαδεδοµένη προσβασιµότητα, την υποστήριξη µεγάλου ποσού τηλεπικοινωνιακής κίνησης και της τεχνολογικής ωριµότητας. Οι υπηρεσίες Frame Relay βασίζονται στην τεχνολογία των Μόνιµων Εικονικών Συνδέσεων (Permanent Virtual Connections - PVCs) και είναι ιδανικές για κλειστές οµάδες χρηστών και παράλληλα συνίστανται για δικτυακές τοπολογίες αστέρα. Η σχεδίαση του Frame Relay ξεκίνησε µε στόχο την επίτευξη µιας υπηρεσίας τηλεπικοινωνιών η οποία να είναι αρκετά αποδοτική από πλευράς κόστους. Πρόκειται για µια υπηρεσία που χρησιµοποιείται από αυτούς που θέλουν µια απόλυτα αξιόπιστη σύνδεση για να µεταδώσουν τα bits µε λογική ταχύτητα και χαµηλό κόστος. Η υπηρεσία αυτή σχετίζεται µε τη διαχείριση της τηλεπικοινωνιακής κίνησης ανάµεσα σε τοπικά δίκτυα (LANs) και ανάµεσα σε τερµατικά σηµεία (end points) σε ένα δίκτυο ευρείας ζώνης (WAN). Το πρωτόκολλο Frame Relay τοποθετεί τα δεδοµένα προς µετάδοση σε οµάδες µεταβλητού µήκους (συνήθως 1600 bytes), ονοµαζόµενες ως frames (πλαίσια), ενώ δεν παίρνει κανένα µέτρο για τη διόρθωση τυχόν σφαλµάτων κατά τη µετάδοση. Όσον αφορά το τελευταίο, η διαδικασία διόρθωσης των σφαλµάτων (όπως για παράδειγµα η επαναµετάδοση της πληροφορίας) αφήνεται στη δικαιοδοσία των τερµατικών σηµείων (end points). Η απλοποίηση αυτή επιταχύνει την όλη διαδικασία. Για τις περισσότερες υπηρεσίες, το δίκτυο παρέχει ένα Μόνιµο Εικονικό Κύκλωµα (Permanent Virtual Circuit - PVC), πράγµα το οποίο συνεπάγεται ότι ο εκάστοτε συνδροµητής «βλέπει» µια συνεχή, σταθερή σύνδεση, χωρίς να πρέπει να πληρώσει για µια δεσµευµένη γραµµή για πλήρη χρόνο. Παράλληλα, ο παροχέας υπηρεσιών έχει τη δυνατότητα να παρατηρεί τη διαδροµή που διανύει το κάθε frame και αναλόγως να κοστολογεί την κάθε επικοινωνία. Τα διάφορα frames µπορούν να χαρακτηρίζονται από διαφορετικούς συντελεστές προτεραιότητας, ανάλογα µε το πόσο σηµαντικά είναι. Το Frame Relay δρα ως συµπληρωµατικό και ενδιάµεσο του ISDN, το οποίο προσφέρει εύρος ζώνης 128 Kbits/sec 13