Περιεχόμενα Πρόλογος... 23 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή... 31 1.1 Αύξηση της δικτύωσης των υπολογιστών... 31 1.2 Πολυπλοκότητα των δικτυακών συστημάτων... 32 1.3 Αντιμετώπιση της πολυπλοκότητας... 33 1.4 Έννοιες και ορολογία... 33 1.5 Διάρθρωση του βιβλίου... 33 1.6 Περίληψη... 34 Κεφάλαιο 2 Απαιτήσεις και εργαλεία... 37 2.1 Εισαγωγή... 37 2.2 Μερισμός πόρων... 37 2.3 Ρυθμός αύξησης του Internet... 39 2.4 Βολιδοσκόπηση του Internet... 39 2.5 Ερμηνεία απόκρισης του ping... 43 2.6 Παρακολούθηση δρομολογίου... 45 2.7 Περίληψη... 46 Κεφάλαιο 3 Δικτυακός προγραμματισμός και εφαρμογές... 49 3.1 Εισαγωγή... 49 3.2 Δικτυακή επικοινωνία... 50 3.3 Υπολογιστική πελάτη-διακομιστή... 50 3.4 Το υπόδειγμα επικοινωνίας... 51 3.5 Παράδειγμα διασύνδεσης προγραμματισμού εφαρμογών (API)... 51 3.6 Μια εποπτική ματιά στη διασύνδεση προγραμματισμού εφαρμογών... 52 3.7 Ορισμός της διασύνδεσης προγραμματισμού εφαρμογών... 53 3.8 Κώδικας για μια εφαρμογή αντήχησης (echo)... 57 3.9 Κώδικας για μια εφαρμογή συνομιλίας (chat)... 62 3.10 Κώδικας για μια εφαρμογή για τον Ιστό... 66 3.11 Περίληψη... 73
6 Περιεχόμενα ΜΕΡΟΣ I: Μετάδοση δεδομένων Κεφάλαιο 4 Μέσα μετάδοσης... 77 4.1 Εισαγωγή... 77 4.2 Σύρματα χαλκού... 77 4.3 Οπτικές ίνες... 79 4.4 Ραδιοκύματα... 80 4.5 Δορυφόροι... 81 4.6 Γεωσύγχρονοι δορυφόροι... 82 4.7 Δορυφόροι χαμηλής τροχιάς... 82 4.8 Συστοιχίες δορυφόρων χαμηλής τροχιάς... 83 4.9 Μικροκύματα... 83 4.10 Υπέρυθρες ακτίνες... 84 4.11 Φως λέιζερ... 84 4.12 Περίληψη... 85 Κεφάλαιο 5 Τοπική ασύγχρονη επικοινωνία (RS-232)... 87 5.1 Εισαγωγή... 87 5.2 Γιατί χρειάζεται η ασύγχρονη επικοινωνία... 88 5.3 Χρήση ηλεκτρικού ρεύματος για την αποστολή bit... 88 5.4 Πρότυπα επικοινωνίας... 89 5.5 Ταχύτητα baud, πλαίσια, και σφάλματα... 91 5.6 Πλήρως αμφίδρομη ασύγχρονη επικοινωνία... 92 5.7 Περιορισμοί του πραγματικού υλικού... 94 5.8 Εύρος ζώνης του υλικού και μετάδοση των bit... 95 5.9 Επίδραση του θορύβου στην επικοινωνία... 96 5.10 Συνέπειες στη δικτύωση δεδομένων... 96 5.11 Περίληψη... 97 Κεφάλαιο 6 Επικοινωνία μεγάλωναποστάσεων (φέροντα κύματα, διαμόρφωση, και μόντεμ)... 101 6.1 Εισαγωγή... 101 6.2 Αποστολή σημάτων σε μεγάλες αποστάσεις... 101 6.3 Υλικό μόντεμ για διαμόρφωση και αποδιαμόρφωση... 105 6.4 Μισθωμένα αναλογικά κυκλώματα δεδομένων... 106 6.5 Οπτικά, ραδιοκυματικά, και τηλεφωνικά μόντεμ... 106 6.6 Συχνότητες φερόντων κυμάτων και πολύπλεξη... 109 6.7 Τεχνολογίες βασικής ζώνης και ευρείας ζώνης... 110 6.8 Πολύπλεξη με διαίρεση κύματος... 111
Περιεχόμενα 7 6.9 Ευρύ φάσμα... 111 6.10 Πολύπλεξη χρονικής διαίρεσης... 112 6.11 Περίληψη... 113 ΜΕΡΟΣ II: Μετάδοση πακέτων Κεφάλαιο 7 Πακέτα, πλαίσια, και ανίχνευση σφαλμάτων... 117 7.1 Εισαγωγή... 117 7.2 Η έννοια των πακέτων... 118 7.3 Πακέτα και πολύπλεξη χρονικής διαίρεσης... 120 7.4 Πακέτα και πλαίσια υλικού... 120 7.5 Συμπλήρωση με byte... 122 7.6 Σφάλματα μετάδοσης... 124 7.7 Bit ισοτιμίας και έλεγχος ισοτιμίας... 125 7.8 Πιθανότητες, μαθηματικά, και ανίχνευση σφαλμάτων... 126 7.9 Ανίχνευση σφαλμάτων με αθροίσματα ελέγχου... 127 7.10 Ανίχνευση σφαλμάτων με ελέγχους κυκλικού πλεονασμού... 128 7.11 Συνδυασμός δομικών μονάδων... 130 7.12 Σφάλματα ριπής... 131 7.13 Μορφή πλαισίων και μηχανισμοί ανίχνευσης σφαλμάτων... 132 7.14 Περίληψη... 133 Κεφάλαιο 8 Τεχνολογίες και τοπολογία τοπικών δικτύων (LAN)... 137 8.1 Εισαγωγή... 137 8.2 Άμεση επικοινωνία σημείου προς σημείο... 138 8.3 Μεριζόμενα κανάλια επικοινωνίας... 140 8.4 Σπουδαιότητα των τοπικών δικτύων και τοπικότητα των αναφορών... 141 8.5 Τοπολογίες τοπικών δικτύων... 142 8.6 Παράδειγμα δικτύου διαύλου: Ethernet... 144 8.7 Ανίχνευση φέροντος σήματος σε δίκτυα πολλαπλής πρόσβασης (CSMA)... 147 8.8 Εντοπισμός συγκρούσεων και υποχώρηση με CSMA/CD... 147 8.9 Ασύρματα LA 802.11 και CSMA/CA... 149 8.10 Δεύτερο παράδειγμα δικτύου διαύλου: LocalTalk... 151 8.11 Παράδειγμα δικτύου δακτυλίου: IBM Token Ring... 152 8.12 Δεύτερο παράδειγμα δικτύου δακτυλίου: FDDI... 154 8.13 Παράδειγμα δικτύου αστέρα: ATM... 156 8.14 Περίληψη... 157
8 Περιεχόμενα Κεφάλαιο 9 Διευθυνσιοδότηση υλικού και αναγνώριση τύπου πλαισίων 161 9.1 Εισαγωγή... 161 9.2 Καθορισμός αποδέκτη... 162 9.3 Πώς το υλικό των LA χρησιμοποιεί τις διευθύνσεις για τη διαλογή των πακέτων... 163 9.4 Μορφή της φυσικής διεύθυνσης... 165 9.5 Εκπομπή... 166 9.6 Πολυεκπομπή... 168 9.7 Διευθυνσιοδότηση πολυεκπομπής... 168 9.8 Αναγνώριση περιεχομένων πακέτου... 169 9.9 Κεφαλίδες και μορφή πλαισίων... 170 9.10 Παράδειγμα μορφής πλαισίου... 171 9.11 Χρήση δικτύων που δεν έχουν αυτοπροσδιοριζόμενα πλαίσια... 173 9.12 Αναλυτές δικτύων, φυσικές διευθύνσεις, τύποι πλαισίων... 175 9.13 Περίληψη... 177 9.14 Εκχώρηση διευθύνσεων Ethernet... 179 Κεφάλαιο 10 Καλωδίωση, φυσική τοπολογία, και υλικό διασύνδεσης των LAN... 181 10.1 Εισαγωγή... 181 10.2 Ταχύτητες των LA και των υπολογιστών... 181 10.3 Υλικό διασύνδεσης δικτύου... 182 10.4 Η σύνδεση μεταξύ μιας κάρτας διασύνδεσης δικτύου και ενός δικτύου... 185 10.5 Καλωδίωση στο αρχικό παχύ Ethernet... 185 10.6 Πολύπλεξη συνδέσεων... 187 10.7 Καλωδίωση στο λεπτό Ethernet... 188 10.8 Ethernet συστρόφου ζεύγους... 189 10.9 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των τρόπων καλωδίωσης... 191 10.10 Το παράδοξο της τοπολογίας... 192 10.11 Κάρτες διασύνδεσης δικτύου και τρόποι καλωδίωσης... 194 10.12 Τρόποι καλωδίωσης και άλλες τεχνολογίες δικτύων... 195 10.13 Περίληψη... 196 Κεφάλαιο 11 Επέκταση των LAN: Μόντεμ οπτικών ινών, επαναλήπτες, γέφυρες, και μεταγωγείς... 199 11.1 Εισαγωγή... 199 11.2 Περιορισμός απόστασης και σχεδίαση των LA... 199 11.3 Επεκτάσεις με οπτικές ίνες... 200 11.4 Επαναλήπτες... 202 11.5 Γέφυρες... 204 11.6 Διαλογή πλαισίων... 205
Περιεχόμενα 9 11.7 Συμπεριφορά εκκίνησης και σταθεροποιημένης κατάστασης στα γεφυρωμένα δίκτυα... 207 11.8 Σχεδιασμός γεφυρωμένου δικτύου... 207 11.9 Γεφύρωση μεταξύ κτιρίων... 208 11.10 Γεφύρωση σε μεγαλύτερες αποστάσεις... 209 11.11 Κύκλος γεφυρών... 211 11.12 Κατανεμημένο δένδρο-σκελετός... 212 11.13 Μεταγωγή... 213 11.14 Συνδυασμός μεταγωγέων και ομφαλών... 214 11.15 Γεφύρωση και μεταγωγή στις άλλες τεχνολογίες... 215 11.16 Περίληψη... 215 Κεφάλαιο 12 Τεχνολογίες ψηφιακής σύνδεσης μεγάλων αποστάσεων... 219 12.1 Εισαγωγή... 219 12.2 Ψηφιακή τηλεφωνία... 219 12.3 Σύγχρονη επικοινωνία... 221 12.4 Ψηφιακά κυκλώματα και συσκευές DSU/CSU... 222 12.5 Τηλεφωνικά πρότυπα... 224 12.6 Ορολογία και ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων των προτύπων DS... 225 12.7 Κυκλώματα χαμηλότερης χωρητικότητας... 226 12.8 Ψηφιακά κυκλώματα ενδιάμεσης χωρητικότητας... 227 12.9 Κυκλώματα ανώτατης χωρητικότητας... 228 12.10 Πρότυπα οπτικού φορέα... 228 12.11 Η κατάληξη C... 229 12.12 Σύγχρονο οπτικό δίκτυο (SO ET)... 229 12.13 Ο τοπικός συνδρομητικός βρόχος... 231 12.14 ISD... 231 12.15 Τεχνολογία ασύμμετρου DSL... 232 12.16 Άλλες τεχνολογίες DSL... 236 12.17 Τεχνολογία καλωδιακών μόντεμ... 237 12.18 Ανοδική επικοινωνία... 239 12.19 Υβριδική τεχνολογία ίνας και ομοαξονικού καλωδίου... 240 12.20 Ίνα μέχρι το πεζοδρόμιο... 241 12.21 Εναλλακτικές λύσεις για ειδικές περιπτώσεις... 241 12.22 Δορυφορικά συστήματα εκπομπής... 242 12.23 Περίληψη... 244 Κεφάλαιο 13 Τεχνολογίες WAN και δρομολόγηση... 247 13.1 Εισαγωγή... 247 13.2 Μεγάλα δίκτυα και ευρείες περιοχές... 247 13.3 Μεταγωγείς πακέτων... 248 13.4 Πώς δημιουργείται ένα δίκτυο ευρείας περιοχής (WA )... 249
10 Περιεχόμενα 13.5 Αποθήκευση και προώθηση... 250 13.6 Φυσική διευθυνσιοδότηση σε δίκτυο WA... 251 13.7 Προώθηση στο επόμενο άλμα... 252 13.8 Ανεξαρτησία από την αφετηρία... 253 13.9 Σχέση ιεραρχικών διευθύνσεων και δρομολόγησης... 254 13.10 Δρομολόγηση σε δίκτυο WA... 255 13.11 Χρήση προεπιλεγμένων δρομολογίων... 257 13.12 Υπολογισμός πίνακα δρομολόγησης... 258 13.13 Υπολογισμός της συντομότερης διαδρομής σε ένα γράφημα... 259 13.14 Κατανεμημένος υπολογισμός δρομολογίων... 261 13.15 Δρομολόγηση με διανύσματα απόστασης... 262 13.16 Δρομολόγηση με κατάσταση συνδέσμων (SPF)... 262 13.17 Παραδείγματα τεχνολογιών WA... 265 13.18 Περίληψη... 267 Κεφάλαιο 14 Συνδεσμική δικτύωση και ATM... 271 14.1 Εισαγωγή... 271 14.2 Ένα μοναδικό παγκόσμιο δίκτυο... 271 14.3 ISD και ATM... 272 14.4 Σχεδίαση του ATM και κελιά... 272 14.5 Συνδεσμική υπηρεσία... 275 14.6 VPI/VCI... 275 14.7 Ετικέτες και μεταγωγή ετικετών... 276 14.8 Παράδειγμα διαδρομής μέσω ενός δικτύου ATM... 277 14.9 Μόνιμα εικονικά κυκλώματα... 278 14.10 Εικονικά κυκλώματα μεταγωγής... 279 14.11 Ποιότητα εξυπηρέτησης... 280 14.12 Γιατί χρησιμοποιούνται κελιά και μεταγωγή ετικετών... 281 14.13 Μετάδοση δεδομένων στο ATM και το AAL5... 282 14.14 Κριτική του ATM... 283 14.15 Περίληψη... 285 Κεφάλαιο 15 Χαρακτηριστικά δικτύου: Ιδιοκτησία, υπόδειγμα υπηρεσίας, και απόδοση... 289 15.1 Εισαγωγή... 289 15.2 Ιδιοκτησία δικτύου... 290 15.3 Ιδιωτικότητα και δημόσια δίκτυα... 291 15.4 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα... 291 15.5 Εικονικά ιδιωτικά δίκτυα... 292 15.6 Εξασφάλιση απόλυτης ιδιωτικότητα... 293 15.7 Το υπόδειγμα υπηρεσίας... 294 15.8 Συνδεσμικό υπόδειγμα υπηρεσίας... 294
Περιεχόμενα 11 15.9 Ασυνδεσμικό υπόδειγμα υπηρεσίας... 296 15.10 Εσωτερικό και εξωτερικό υπόδειγμα υπηρεσίας... 296 15.11 Σύγκριση υποδειγμάτων υπηρεσιών... 296 15.12 Παραδείγματα υποδειγμάτων υπηρεσιών... 297 15.13 Διευθύνσεις και αναγνωριστικά συνδέσεων... 298 15.14 Χαρακτηριστικά απόδοσης δικτύου... 299 15.15 Παραμόρφωση χρονισμού... 303 15.16 Περίληψη... 304 Κεφάλαιο 16 Πρωτόκολλα και διαστρωμάτωση... 307 16.1 Εισαγωγή... 307 16.2 Γιατί χρειάζονται τα πρωτόκολλα... 307 16.3 Οικογένειες πρωτοκόλλων... 308 16.4 Σχέδιο για τη δημιουργία πρωτοκόλλων... 309 16.5 Τα επτά επίπεδα... 310 16.6 Στοίβες: Πολυεπίπεδο λογισμικό... 311 16.7 Πώς λειτουργεί το πολυεπίπεδο λογισμικό... 313 16.8 Πολλαπλές ένθετες κεφαλίδες... 313 16.9 Η επιστημονική βάση της διαστρωμάτωσης... 314 16.10 Τεχνικές που χρησιμοποιούν τα πρωτόκολλα... 315 16.11 Η τέχνη της σχεδίασης πρωτοκόλλων... 323 16.12 Περίληψη... 324 ΜΕΡΟΣ III: Διαδικτύωση Κεφάλαιο 17 Διαδικτύωση: Έννοιες, αρχιτεκτονική, και πρωτόκολλα... 329 17.1 Εισαγωγή... 329 17.2 Τα κίνητρα της διαδικτύωσης... 329 17.3 Η έννοια της οικουμενικής εξυπηρέτησης... 330 17.4 Οικουμενική εξυπηρέτηση σε έναν ετερογενή κόσμο... 331 17.5 Διαδικτύωση... 331 17.6 Φυσική σύνδεση δικτύων με δρομολογητές... 331 17.7 Αρχιτεκτονική διαδικτύου... 332 17.8 Επίτευξη της οικουμενικής εξυπηρέτησης... 333 17.9 Ένα εικονικό δίκτυο... 334 17.10 Πρωτόκολλα διαδικτύωσης... 334 17.11 Σπουδαιότητα της διαδικτύωσης και το TCP/IP... 336 17.12 Διαστρωμάτωση και πρωτόκολλα TCP/IP... 336 17.13 Υπολογιστές υπηρεσίας, δρομολογητές, και επίπεδα πρωτοκόλλων... 338 17.14 Περίληψη... 338
12 Περιεχόμενα Κεφάλαιο 18 IP: Διευθύνσεις του πρωτοκόλλου διαδικτύου... 341 18.1 Εισαγωγή... 341 18.2 Διευθύνσεις στο εικονικό διαδίκτυο... 341 18.3 Η μέθοδος διευθυνσιοδότησης του IP... 343 18.4 Η ιεραρχία των διευθύνσεων IP... 343 18.5 Οι αρχικές κλάσεις διευθύνσεων IP... 344 18.6 Υπολογισμός της κλάσης μιας διεύθυνσης... 346 18.7 Συμβολισμός δεκαδικών με τελείες... 347 18.8 Κλάσεις και συμβολισμός δεκαδικών με τελείες... 348 18.9 Διαίρεση του χώρου διευθύνσεων... 348 18.10 Αρμόδια αρχή για τις διευθύνσεις... 349 18.11 Παράδειγμα διευθυνσιοδότησης με κλάσεις... 349 18.12 Διευθυνσιοδότηση υποδικτύου και διευθυνσιοδότηση χωρίς κλάσεις... 350 18.13 Μάσκες διευθύνσεων... 351 18.14 Συμβολισμός CIDR... 353 18.15 Παράδειγμα ενότητας διευθύνσεων CIDR... 353 18.16 Διευθύνσεις υπολογιστών υπηρεσίας CIDR... 354 18.17 Ειδικές διευθύνσεις IP... 355 18.18 Σύνοψη των ειδικών διευθύνσεων IP... 357 18.19 Μορφή διευθύνσεων εκπομπής του Berkeley... 358 18.20 Δρομολογητές και η αρχή της διευθυνσιοδότησης του IP... 358 18.21 Πολυεστιακοί υπολογιστές υπηρεσίας... 359 18.22 Περίληψη... 360 Κεφάλαιο 19 Αντιστοίχιση διευθύνσεων πρωτοκόλλου (ARP)... 363 19.1 Εισαγωγή... 363 19.2 Διευθύνσεις πρωτοκόλλου και επίδοση πακέτων... 364 19.3 Αναγωγή διευθύνσεων... 364 19.4 Τεχνικές αναγωγής διευθύνσεων... 366 19.5 Αναγωγή διευθύνσεων με αναζήτηση σε πίνακα... 366 19.6 Αναγωγή διευθύνσεων με υπολογισμό κλειστής μορφής... 368 19.7 Αναγωγή διευθύνσεων με ανταλλαγή μηνυμάτων... 369 19.8 Πρωτόκολλο αναγωγής διευθύνσεων... 370 19.9 Επίδοση μηνυμάτων ARP... 371 19.10 Μορφή μηνυμάτων ARP... 372 19.11 Αποστολή μηνύματος ARP... 374 19.12 Αναγνώριση πλαισίων ARP... 374 19.13 Αποθήκευση αποκρίσεων ARP σε κρυφή μνήμη... 375 19.14 Επεξεργασία εισερχόμενου μηνύματος ARP... 376 19.15 Διαστρωμάτωση, αναγωγή διευθύνσεων, διευθύνσεις πρωτοκόλλου... 377 19.16 Περίληψη... 378
Περιεχόμενα 13 Κεφάλαιο 20 Αυτοδύναμα πακέτα IP και η προώθησή τους... 381 20.1 Εισαγωγή... 381 20.2 Ασυνδεσμική υπηρεσία... 381 20.3 Εικονικά πακέτα... 382 20.4 Αυτοδύναμο πακέτο IP... 383 20.5 Προώθηση αυτοδύναμου πακέτου IP... 384 20.6 Διευθύνσεις IP και καταχωρίσεις πίνακα δρομολόγησης... 385 20.7 Πεδίο μάσκας και προώθηση αυτοδύναμου πακέτου... 386 20.8 Διευθύνσεις προορισμού και επόμενου άλματος... 387 20.9 Επίδοση με τη βέλτιστη προσπάθεια... 388 20.10 Μορφή κεφαλίδας αυτοδύναμου πακέτου IP... 388 20.11 Περίληψη... 390 Κεφάλαιο 21 Ενθυλάκωση, κατάτμηση, και ανασυναρμολόγηση στο IP... 393 21.1 Εισαγωγή... 393 21.2 Μετάδοση αυτοδύναμου πακέτου και πλαίσια... 393 21.3 Ενθυλάκωση... 394 21.4 Μετάδοση μέσω διαδικτύου... 395 21.5 MTU, μέγεθος αυτοδύναμου πακέτου, και ενθυλάκωση... 396 21.6 Ανασυναρμολόγηση... 398 21.7 Αναγνώριση αυτοδύναμου πακέτου... 399 21.8 Απώλεια τμημάτων... 399 21.9 Κατάτμηση τμήματος... 400 21.10 Περίληψη... 401 Κεφάλαιο 22 Το μελλοντικό πρωτόκολλο διαδικτύου (IPv6)... 405 22.1 Εισαγωγή... 405 22.2 Η επιτυχία του IP... 405 22.3 Τα κίνητρα της αλλαγής... 406 22.4 Το όνομα και ο αριθμός έκδοσης... 407 22.5 Χαρακτηριστικά του IPv6... 407 22.6 Μορφή αυτοδύναμου πακέτου του IPv6... 409 22.7 Μορφή βασικής κεφαλίδας του IPv6... 409 22.8 Πώς χειρίζεται το IPv6 τις πολλαπλές κεφαλίδες... 411 22.9 Κατάτμηση, ανασυναρμολόγηση, και MTU διαδρομής... 412 22.10 Σκοπός των πολλαπλών κεφαλίδων... 413 22.11 Διευθυνσιοδότηση στο IPv6... 414 22.12 Συμβολισμός δεκαεξαδικών με άνω-κάτω τελείες στο IPv6... 416 22.13 Περίληψη... 416
14 Περιεχόμενα Κεφάλαιο 23 Μηχανισμός αναφοράς σφαλμάτων (ICMP)... 421 23.1 Εισαγωγή... 421 23.2 Η έννοια της βέλτιστης προσπάθειας και ανίχνευση σφαλμάτων... 422 23.3 Πρωτόκολλο μηνυμάτων ελέγχου διαδικτύου... 422 23.4 Μεταφορά μηνυμάτων του ICMP... 425 23.5 Χρήση μηνυμάτων του ICMP για δοκιμή της προσπελασιμότητας... 427 23.6 Χρήση του ICMP για παρακολούθηση δρομολογίου... 427 23.7 Η τελευταία διεύθυνση που εμφανίζει το traceroute... 428 23.8 Χρήση του ICMP για ανεύρεση MTU διαδρομής... 429 23.9 Περίληψη... 431 Κεφάλαιο 24 TCP: Υπηρεσία αξιόπιστης μεταφοράς... 433 24.1 Εισαγωγή... 433 24.2 Γιατί χρειάζεται η αξιόπιστη μεταφορά... 433 24.3 Πρωτόκολλο ελέγχου μετάδοσης (TCP)... 434 24.4 Η υπηρεσία που παρέχει το TCP στις εφαρμογές... 434 24.5 Υπηρεσία "από άκρο σε άκρο" και αυτοδύναμα πακέτα... 435 24.6 Επίτευξη της αξιοπιστίας... 436 24.7 Απώλεια πακέτων και επαναμετάδοση... 437 24.8 Προσαρμοστική επαναμετάδοση... 439 24.9 Σύγκριση χρόνων επαναμετάδοσης... 439 24.10 Χώροι προσωρινής αποθήκευσης, έλεγχος ροής, και παράθυρα... 440 24.11 Τριπλή χειραψία... 442 24.12 Έλεγχος συμφόρησης... 443 24.13 Μορφή τμήματος του TCP... 444 24.14 Περίληψη... 445 Κεφάλαιο 25 Δρομολόγηση στο Internet... 449 25.1 Εισαγωγή... 449 25.2 Στατική και δυναμική δρομολόγηση... 449 25.3 Στατική δρομολόγηση σε υπολογιστές υπηρεσίας και προεπιλεγμένο δρομολόγιο... 450 25.4 Δυναμική δρομολόγηση και δρομολογητές... 451 25.5 Δρομολόγηση στο παγκόσμιο διαδίκτυο... 453 25.6 Η έννοια του αυτόνομου συστήματος... 454 25.7 Οι δύο τύποι πρωτοκόλλων δρομολόγησης του Internet... 455 25.8 Δρομολόγια και κυκλοφορία δεδομένων... 457 25.9 Πρωτόκολλο συνοριακών πυλών (BGP)... 458 25.10 Πρωτόκολλο πληροφοριών δρομολόγησης (RIP)... 459 25.11 Μορφή πακέτου του RIP... 461 25.12 Πρωτόκολλο προτεραιότητας ανοίγματος της συντομότερης διαδρομής (OSPF)... 462
Περιεχόμενα 15 25.13 Παράδειγμα γραφήματος OSPF... 464 25.14 Περιφέρειες του OSPF... 464 25.15 Δρομολόγηση πολυεκπομπής... 465 25.16 Περίληψη... 470 ΜΕΡΟΣ IV: Δικτυακές εφαρμογές Κεφάλαιο 26 Αλληλεπίδραση πελάτη-διακομιστή... 475 26.1 Εισαγωγή... 475 26.2 Λειτουργικές δυνατότητες που παρέχει το λογισμικό εφαρμογών... 476 26.3 Λειτουργικές δυνατότητες που παρέχει ένα διαδίκτυο... 477 26.4 Πραγματοποίηση επαφής... 477 26.5 Υπόδειγμα πελάτη-διακομιστή... 478 26.6 Χαρακτηριστικά πελατών και διακομιστών... 478 26.7 Προγράμματα διακομιστές και υπολογιστές κατηγορίας διακομιστή... 479 26.8 Αιτήσεις, αποκρίσεις, και κατεύθυνση ροής δεδομένων... 479 26.9 Πρωτόκολλα μεταφοράς και αλληλεπίδραση πελάτη-διακομιστή... 480 26.10 Πολλές υπηρεσίες σε έναν υπολογιστή... 481 26.11 Αναγνώριση μιας συγκεκριμένης υπηρεσίας... 482 26.12 Πολλά αντίγραφα διακομιστή για την ίδια υπηρεσία... 483 26.13 Δυναμική δημιουργία διακομιστών... 483 26.14 Πρωτόκολλα μεταφοράς και μονοσήμαντη επικοινωνία... 484 26.15 Συνδεσμική και ασυνδεσμική μεταφορά... 485 26.16 Μια υπηρεσία προσπελάσιμη μέσω πολλών πρωτοκόλλων... 486 26.17 Σύνθετες αλληλεπιδράσεις πελατών-διακομιστών... 486 26.18 Αλληλεπιδράσεις και κυκλικές εξαρτήσεις... 487 26.19 Περίληψη... 487 Κεφάλαιο 27 Η διασύνδεση υποδοχών... 491 27.1 Εισαγωγή... 491 27.2 Διασύνδεση προγραμματισμού εφαρμογών (API)... 491 27.3 Η API υποδοχών... 492 27.4 Υποδοχές και βιβλιοθήκες υποδοχών... 493 27.5 Επικοινωνία με υποδοχές και είσοδος/έξοδος στο U IX... 494 27.6 Υποδοχές, περιγραφείς, και είσοδος/έξοδος δικτύου... 494 27.7 Παράμετροι και η API υποδοχών... 495 27.8 Διαδικασίες που υλοποιούν την API υποδοχών... 496 27.9 Ανάγνωση και εγγραφή με υποδοχές... 503 27.10 Άλλες διαδικασίες υποδοχών... 503 27.11 Υποδοχές, νήματα, και κληρονομικότητα... 504
16 Περιεχόμενα 27.12 Περίληψη... 505 Κεφάλαιο 28 Παράδειγμα πελάτη και διακομιστή... 509 28.1 Εισαγωγή... 509 28.2 Συνδεσμική επικοινωνία... 509 28.3 Ένα παράδειγμα υπηρεσίας... 510 28.4 Ορίσματα γραμμής διαταγής στα προγράμματα του παραδείγματος... 510 28.5 Ακολουθία κλήσεων διαδικασιών υποδοχών... 511 28.6 Κώδικας του παραδείγματος πελάτη... 512 28.7 Κώδικας του παραδείγματος διακομιστή... 515 28.8 Υπηρεσία ρεύματος και πολλαπλές κλήσεις της recv... 517 28.9 Διαδικασίες υποδοχών και εμπλοκή... 518 28.10 Μέγεθος του κώδικα και αναφορά σφαλμάτων... 518 28.11 Χρήση του πελάτη του παραδείγματος με άλλη υπηρεσία... 519 28.12 Χρήση άλλου πελάτη για δοκιμή του διακομιστή... 520 28.13 Περίληψη... 520 Κεφάλαιο 29 Ονοματοδοσία με το σύστημα ονομάτων περιοχών (DNS)... 523 29.1 Εισαγωγή... 523 29.2 Δομή των ονομάτων υπολογιστών... 524 29.3 Γεωγραφική δομή... 526 29.4 Ονόματα περιοχών μέσα σε έναν οργανισμό... 526 29.5 Το μοντέλο πελάτη-διακομιστή D S... 528 29.6 Η ιεραρχία διακομιστών D S... 529 29.7 Αρχιτεκτονικές διακομιστών... 531 29.8 Τοπικότητα αναφορών και χρήση πολλών διακομιστών... 531 29.9 Σύνδεσμοι μεταξύ διακομιστών... 532 29.10 Αναγωγή ονόματος... 532 29.11 Βελτιστοποίηση της απόδοσης του D S... 534 29.12 Τύποι καταχωρίσεων του D S... 535 29.13 Ψευδώνυμα με χρήση του τύπου C AME... 536 29.14 Μια σημαντική συνέπεια των πολλών τύπων... 536 29.15 Συντμήσεις και το D S... 537 29.16 Περίληψη... 538 Κεφάλαιο 30 Ηλεκτρονικό ταχυδρομείο: Αναπαράσταση και μεταφορά... 541 30.1 Εισαγωγή... 541 30.2 Υπόδειγμα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου... 541 30.3 Ηλεκτρονικά γραμματοκιβώτια και διευθύνσεις... 542 30.4 Μορφή μηνυμάτων ηλεκτρονικού ταχυδρομείου... 543 30.5 Κοινοποιήσεις... 545
Περιεχόμενα 17 30.6 MIME... 546 30.7 E-mail και προγράμματα-εφαρμογές... 548 30.8 Μεταφορά μηνυμάτων ταχυδρομείου... 548 30.9 SMTP... 549 30.10 Βελτιστοποίηση για πολλούς αποδέκτες σε έναν υπολογιστή... 549 30.11 Αναδιανεμητές, λίστες, και προωθητές μηνυμάτων ταχυδρομείου... 550 30.12 Πύλες ταχυδρομείου... 551 30.13 Αυτοματοποιημένες ταχυδρομικές λίστες... 552 30.14 Αναμεταδότες μηνυμάτων ταχυδρομείου και διευθύνσεις e-mail... 553 30.15 Πρόσβαση σε γραμματοκιβώτια... 554 30.16 Τηλεφωνικές συνδέσεις και POP... 556 30.17 Περίληψη... 557 Κεφάλαιο 31 Μεταφορά και τηλεπροσπέλαση αρχείων... 561 31.1 Εισαγωγή... 561 31.2 Μεταφορά δεδομένων και κατανεμημένη υπολογιστική εργασία... 561 31.3 Αποθήκευση ενδιάμεσων αποτελεσμάτων... 562 31.4 Γενικευμένη μεταφορά αρχείων... 562 31.5 Τα υποδείγματα αλληλεπιδραστικής και ομαδικής μεταφοράς... 563 31.6 Το πρωτόκολλο μεταφοράς αρχείων (FTP)... 564 31.7 Γενικό μοντέλο και διασύνδεση χρήστη του FTP... 565 31.8 Διαταγές του FTP... 565 31.9 Συνδέσεις, εξουσιοδότηση, και άδειες αρχείων... 567 31.10 Ανώνυμη πρόσβαση σε αρχεία... 568 31.11 Μεταφορά αρχείων και προς τις δύο κατευθύνσεις... 568 31.12 Ανάπτυξη χαρακτήρων μπαλαντέρ σε ονόματα αρχείων... 569 31.13 Μετάφραση ονομάτων αρχείων... 569 31.14 Αλλαγή καταλόγου και εμφάνιση λίστας περιεχομένων... 570 31.15 Τύποι αρχείων και τρόποι μεταφοράς... 570 31.16 Παράδειγμα χρήσης του FTP... 571 31.17 Περιφραστική έξοδος... 574 31.18 Αλληλεπίδραση πελάτη-διακομιστή στο FTP... 574 31.19 Συνδέσεις ελέγχου και δεδομένων... 574 31.20 Συνδέσεις δεδομένων και τέλος αρχείου... 575 31.21 Το πρωτόκολλο TFTP... 576 31.22 Σύστημα αρχείων δικτύου ( FS)... 577 31.23 Περίληψη... 578 Κεφάλαιο 32 Σελίδες του Παγκόσμιου Ιστού και περιήγηση... 583 32.1 Εισαγωγή... 583 32.2 Διασύνδεση προγράμματος περιήγησης... 583 32.3 Υπερκείμενο και υπερμέσα... 584
18 Περιεχόμενα 32.4 Αναπαράσταση εγγράφων... 585 32.5 Μορφή και αναπαράσταση εγγράφων HTML... 586 32.6 Παράδειγμα ετικετών μορφοποίησης HTML... 587 32.7 Επικεφαλίδες... 588 32.8 Λίστες... 588 32.9 Ενσωμάτωση εικόνων σε μια ιστοσελίδα... 589 32.10 Προσδιορισμός σελίδας... 590 32.11 Σύνδεσμοι υπερκειμένου από ένα έγγραφο σε ένα άλλο... 591 32.12 Αλληλεπίδραση πελάτη-διακομιστή... 592 32.13 Μεταφορά εγγράφων του Ιστού και HTTP... 593 32.14 Αρχιτεκτονική του προγράμματος περιήγησης... 594 32.15 Προαιρετικοί πελάτες... 596 32.16 Χρήση κρυφής μνήμης στα προγράμματα περιήγησης του Ιστού... 597 32.17 Υποστήριξη του HTTP για τη χρήση κρυφής μνήμης... 598 32.18 Εναλλακτικά πρωτόκολλα μεταφοράς... 599 32.19 Άλλες γλώσσες σήμανσης... 600 32.20 Περίληψη... 601 Κεφάλαιο 33 Τεχνολογίες δυναμικών εγγράφων του Ιστού (CGl, ASP, JSP, PHP, ColdFusion)... 605 33.1 Εισαγωγή... 605 33.2 Τρεις βασικοί τύποι εγγράφων του Ιστού... 606 33.3 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του κάθε τύπου εγγράφων... 607 33.4 Υλοποίηση δυναμικών εγγράφων... 608 33.5 Το πρότυπο CGI... 609 33.6 Έξοδος προγράμματος CGI... 610 33.7 Παράδειγμα προγράμματος CGI... 611 33.8 Παράμετροι και μεταβλητές περιβάλλοντος... 612 33.9 Πληροφορίες κατάστασης και τα "μπισκότα"... 613 33.10 Σενάριο CGI με μακροπρόθεσμες πληροφορίες κατάστασης... 614 33.11 Σενάριο CGI με βραχυπρόθεσμες πληροφορίες κατάστασης... 616 33.12 Φόρμες και αλληλεπίδραση... 619 33.13 Τεχνολογίες σεναρίων διακομιστή... 620 33.14 Περίληψη... 621 Κεφάλαιο 34 Τεχνολογία ενεργών εγγράφων του Ιστού (Java, JavaScript)... 625 34.1 Εισαγωγή... 625 34.2 Μια πρώιμη μορφή συνεχούς ενημέρωσης... 626 34.3 Ενεργά έγγραφα και επιβάρυνση διακομιστή... 627 34.4 Αναπαράσταση και μετάφραση ενεργών εγγράφων... 628 34.5 Τεχνολογία Java... 629
Περιεχόμενα 19 34.6 Η γλώσσα προγραμματισμού Java... 630 34.7 Το περιβάλλον χρόνου εκτέλεσης της Java... 632 34.8 Η βιβλιοθήκη της Java... 633 34.9 Μια εργαλειοθήκη γραφικών... 635 34.10 Χρήση γραφικών Java σε ένα συγκεκριμένο υπολογιστή... 636 34.11 Ερμηνευτές Java και προγράμματα περιήγησης... 637 34.12 Μεταγλώττιση ενός προγράμματος Java... 638 4.13 Παράδειγμα εφαρμογιδίου... 638 34.14 Κλήση εφαρμογιδίου... 640 34.15 Παράδειγμα αλληλεπίδρασης με ένα πρόγραμμα περιήγησης... 641 34.16 Σφάλματα και χειρισμός εξαιρέσεων... 643 34.17 Τεχνολογία JavaScript... 643 34.18 Εναλλακτικές λύσεις... 645 34.19 Περίληψη... 646 Κεφάλαιο 35 Μακρινή κλήση διαδικασιών και ενδιάμεσο λογισμικό... 649 35.1 Εισαγωγή... 649 35.2 Προγραμματισμός πελατών και διακομιστών... 649 35.3 Υπόδειγμα μακρινής κλήσης διαδικασιών... 650 35.4 Υπόδειγμα RPC... 652 35.5 Στελέχη επικοινωνίας... 654 35.6 Εξωτερική αναπαράσταση δεδομένων... 656 35.7 Ενδιάμεσο λογισμικό και αντικειμενοστρεφές ενδιάμεσο λογισμικό... 656 35.8 Περίληψη... 659 Κεφάλαιο 36 Διαχείριση δικτύου (SNMP)... 663 36.1 Εισαγωγή... 663 36.2 Διαχείριση διαδικτύου... 663 36.3 Ο κίνδυνος των κρυφών αστοχιών... 664 36.4 Λογισμικό διαχείρισης δικτύου... 665 36.5 Πελάτες, διακομιστές, διαχειριστές, και πράκτορες... 665 36.6 Πρωτόκολλο διαχείρισης δικτύου S MP... 666 36.7 Υπόδειγμα προσκόμισης-αποθήκευσης... 667 36.8 Βάση πληροφοριών διαχείρισης και ονόματα αντικειμένων... 668 36.9 Ποικιλία των μεταβλητών MIB... 669 36.10 Μεταβλητές MIB που αντιστοιχούν σε πίνακες τιμών... 669 36.11 Περίληψη... 670 Κεφάλαιο 37 Ασφάλεια δικτύου... 673 37.1 Εισαγωγή... 673 37.2 Ασφαλή δίκτυα και πολιτικές... 673
20 Περιεχόμενα 37.3 Απόψεις της ασφάλειας... 675 37.4 Υπευθυνότητα και έλεγχος... 675 37.5 Μηχανισμοί ακεραιότητας... 676 37.6 Έλεγχος πρόσβασης και κωδικοί πρόσβασης... 677 37.7 Κρυπτογράφηση και εμπιστευτικότητα... 677 37.8 Κρυπτογράφηση δημόσιου κλειδιού... 678 37.9 Πιστοποίηση ταυτότητας με ψηφιακές υπογραφές... 678 37.10 Η έννοια της αντιπυρικής ζώνης του Internet... 679 37.11 Διαλογή πακέτων... 681 37.12 Χρήση φίλτρων πακέτων για τη δημιουργία αντιπυρικής ζώνης... 682 37.13 Εικονικά ιδιωτικά δίκτυα... 684 37.14 Χρήση σήραγγας... 685 37.15 Περίληψη... 686 Κεφάλαιο 38 Αρχικές ρυθμίσεις (Διευθέτηση)... 691 38.1 Εισαγωγή... 691 38.2 Διαδικασία εκκίνησης... 692 38.3 Εκκίνηση λογισμικού πρωτοκόλλων... 692 38.4 Παράμετροι πρωτοκόλλων... 693 38.5 Διευθέτηση πρωτοκόλλων... 693 38.6 Παραδείγματα στοιχείων που χρειάζονται διευθέτηση... 694 38.7 Παράδειγμα διευθέτησης: Χρήση αρχείου δίσκου... 695 38.8 Γιατί χρειάζεται αυτοματοποίηση της διευθέτησης των πρωτοκόλλων... 695 38.9 Μέθοδοι αυτόματης διευθέτησης πρωτοκόλλων... 696 38.10 Η διεύθυνση που χρησιμοποιείται για την εύρεση μιας διεύθυνσης... 697 38.11 Ακολουθία πρωτοκόλλων που χρησιμοποιούνται κατά την εκκίνηση... 698 38.12 Πρωτόκολλο διαδικασίας εκκίνησης (BOOTP)... 698 38.13 Αυτόματη εκχώρηση διευθύνσεων... 701 38.14 Πρωτόκολλο δυναμικής διευθέτησης υπολογιστών υπηρεσίας (DHCP)... 702 38.15 Βελτιστοποιήσεις στο DHCP... 703 38.16 Μορφή μηνυμάτων του DHCP... 704 38.17 DHCP και ονόματα περιοχών... 704 36.18 Περίληψη... 705
Περιεχόμενα 21 Παράρτημα 1 Γλωσσάρι όρων και συντμήσεων της δικτύωσης... 709 Παράρτημα 2 Το σύνολο χαρακτήρων ASCII... 763 Παράρτημα 3 Μάσκες διευθύνσεων σε συμβολισμό δεκαδικών με τελείες... 765 Παράρτημα 4 Πώς να χρησιμοποιήσετε το CD-ROM που συνοδεύει το βιβλίο... 767 Παράρτημα 5 Δημιουργία οικιακού δικτύου με μετάφραση διευθύνσεων... 773 Παράρτημα 6 Το προπτυχιακό εργαστήριο δικτύωσης στο Purdue... 779 Παράρτημα 7 SONET και SDH... 785 Βιβλιογραφία... 787 Ευρετήριο... 795
Περιεχόμενα του κεφαλαίου 5.1 Εισαγωγή 87 5.2 Γιατί χρειάζεται η ασύγχρονη επικοινωνία 88 5.3 Χρήση ηλεκτρικού ρεύματος για την αποστολή bit 88 5.4 Πρότυπα επικοινωνίας 89 5.5 Ταχύτητα baud, πλαίσια, και σφάλματα 91 5.6 Πλήρως αμφίδρομη ασύγχρονη επικοινωνία 92 5.7 Περιορισμοί του πραγματικού υλικού 94 5.8 Εύρος ζώνης του υλικού και μετάδοση των bit 95 5.9 Επίδραση του θορύβου στην επικοινωνία 96 5.10 Συνέπειες στη δικτύωση δεδομένων 96 5.11 Περίληψη 97
Ενότητα 5.1 Εισαγωγή 87 5 Τοπική ασύγχρονη επικοινωνία (RS-232) 5.1 Εισαγωγή Επειδή οι υπολογιστές είναι ψηφιακές συσκευές, χρησιμοποιούν δυαδικά ψηφία (bit) για την αναπαράσταση των δεδομένων. Επομένως, η μετάδοση δεδομένων από τον ένα υπολογιστή στον άλλο μέσα σε ένα δίκτυο σημαίνει την αποστολή bit μέσω του υποκείμενου μέσου μετάδοσης. Από φυσική άποψη, τα συστήματα επικοινωνίας χρησιμοποιούν ηλεκτρικό ρεύμα, ραδιοκύματα, ή φως για να μεταφέρουν πληροφορίες. Το κεφάλαιο αυτό εξηγεί πώς μία από αυτές τις μορφές, το ηλεκτρικό ρεύμα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μεταφορά ψηφιακών πληροφοριών σε μικρές αποστάσεις. Θα δούμε πώς μπορούν να κωδικοποιούνται τα bit, και θα εξετάσουμε ένα διαδεδομένο μηχανισμό που χρησιμοποιείται για την αποστολή χαρακτήρων. Το επόμενο κεφάλαιο εξηγεί γιατί ο μηχανισμός που περιγράφεται εδώ δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μεγάλες αποστάσεις, και περιγράφει τον τρόπο που υλοποιείται η επικοινωνία μεγάλων αποστάσεων. Εκτός από τα βασικά της μετάδοσης δεδομένων, στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται οι δύο κύριες ιδιότητες ενός δικτύου που μπορούν να μετρηθούν ποσοτικά: το εύρος ζώνης (bandwidth) και η καθυστέρηση (delay). Εξετάζονται οι λόγοι για τους οποίους χρησιμοποιούνται ποσοτικές μετρήσεις, και η σχέση μεταξύ του εύρους ζώνης και της χωρητικότητας (capacity) του δικτύου. Σε επόμενα κεφάλαια θα δούμε πώς μπορούν να γίνουν παρόμοιες μετρήσεις σε ολόκληρα δικτυακά συστήματα.
88 Τοπική ασύγχρονη επικοινωνία (RS-232) Κεφάλαιο 5 5.2 Γιατί χρειάζεται η ασύγχρονη επικοινωνία Με την ευρύτερη έννοια του όρου, μια επικοινωνία λέγεται ασύγχρονη αν ο αποστολέας και ο παραλήπτης δε χρειάζεται να συντονίζονται πριν μεταδοθούν δεδομένα μεταξύ τους (δηλαδή, ο αποστολέας και ο παραλήπτης δε συγχρονίζονται πριν από κάθε μετάδοση). Επομένως, όταν χρησιμοποιείται ασύγχρονη επικοινωνία, ο αποστολέας μπορεί να περιμένει απεριόριστα μεταξύ των μεταδόσεων, και μπορεί να μεταδίδει όποτε τα δεδομένα είναι έτοιμα. Σε ένα σύγχρονο σύστημα, ο παραλήπτης πρέπει να είναι έτοιμος να δεχθεί δεδομένα όποτε φτάσουν. Η ασυγχρονικότητα είναι ιδιαίτερα χρήσιμη για συσκευές όπως τα πληκτρολόγια, όπου τα δεδομένα παράγονται όταν ένας άνθρωπος πατήσει ένα πλήκτρο, και δεν υ- πάρχει ροή δεδομένων αν το πληκτρολόγιο είναι αδρανές. Τεχνικά, το υλικό επικοινωνίας χαρακτηρίζεται ασύγχρονο αν το ηλεκτρικό σήμα που στέλνει ο πομπός δεν περιέχει πληροφορίες τις οποίες μπορεί να χρησιμοποιεί ο δέκτης για να προσδιορίζει πού αρχίζουν και πού τελειώνουν τα μεμονωμένα bit. Από την άλλη, το υλικό του δέκτη πρέπει να είναι κατασκευασμένο έτσι ώστε να δέχεται και να ερμηνεύει το σήμα που παράγει το υλικό του αποστολέα. Σε αυτό το κεφάλαιο θα εξετάσουμε την ασυγχρονικότητα, η οποία επιτρέπει στον αποστολέα να μεταδίδει οποιαδήποτε στιγμή και απαιτεί από το δέκτη να ερμηνεύει το σήμα. Στο επόμενο κεφάλαιο θα εξετάσουμε το υλικό σύγχρονης επικοινωνίας. 5.3 Χρήση ηλεκτρικού ρεύματος για την αποστολή bit Τα απλούστερα ηλεκτρονικά συστήματα επικοινωνίας χρησιμοποιούν μια μικρή ποσότητα ηλεκτρικού ρεύματος για την κωδικοποίηση των δεδομένων. Για να κατανοήσετε το πώς μπορούν να κωδικοποιούνται τα bit με τον ηλεκτρισμό, φανταστείτε ένα σύρμα που συνδέει δύο ηλεκτρονικές συσκευές. Η αρνητική τάση θα μπορούσε να αναπαριστά το 1, και η θετική τάση το 0. Για παράδειγμα, για να μεταδοθεί ένα bit με τιμή 0, η συσκευή-αποστολέας εφαρμόζει θετική τάση στο σύρμα για ένα σύντομο χρονικό διάστημα, και μετά επαναφέρει το σύρμα στα μηδέν volt. Η συσκευή-δέκτης ανιχνεύει τη θετική τάση και καταγράφει ότι έφτασε ένα bit με τιμή 0. Παρόμοια, για να στείλει ένα bit με τιμή 1, η συσκευή-αποστολέας ε- φαρμόζει στο σύρμα αρνητική τάση για ένα σύντομο χρονικό διάστημα, και μετά επαναφέρει το σύρμα στα μηδέν volt. Η Εικόνα 5.1 δείχνει πώς μπορεί να μεταβάλλεται η τάση με το χρόνο σε ένα σύρμα καθώς μια συσκευή-αποστολέας μεταδίδει μια ακολουθία από bit. Ένα διάγραμμα σαν αυτό της Εικόνας 5.1 λέγεται διάγραμμα κυματομορφής. Τα διαγράμματα αυτά παρέχουν μια οπτική αναπαράσταση του πώς ένα ηλεκτρικό σήμα μεταβάλλεται με το χρόνο. Για παράδειγμα, το διάγραμμα δείχνει ότι πέρασε περισσότερος χρόνος μεταξύ της μετάδοσης του τέταρτου και του πέμπτου bit από ό,τι μεταξύ των άλλων.
Ενότητα 5.4 Πρότυπα επικοινωνίας 89 Εικόνα 5.1 Αναπαράσταση του πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί η θετική και η αρνητική τάση για τη μετάδοση bit μέσω ενός σύρματος. Στο συγκεκριμένο παράδειγμα, ο αποστολέας εφαρμόζει αρνητική τάση για να στείλει ένα bit με τιμή 1 ή θετική τάση για να στείλει ένα bit με τιμή 0. 5.4 Πρότυπα επικοινωνίας Το παράδειγμα της Εικόνας 5.1 δείχνει έναν πιθανό τρόπο για να χρησιμοποιηθεί η η- λεκτρική τάση για ψηφιακή μετάδοση. Όμως, πολλά ερωτήματα παραμένουν αναπάντητα. Για παράδειγμα, για πόσο χρόνο πρέπει να διατηρεί ο αποστολέας μια τάση στο σύρμα για τη μετάδοση ενός bit; Αν και ο αποστολέας πρέπει να περιμένει αρκετά ώστε το υλικό του δέκτη να ανιχνεύσει την τάση, το να περιμένει περισσότερο από όσο είναι αναγκαίο είναι σπατάλη χρόνου. Ποιος είναι ο μέγιστος ρυθμός με τον οποίο το υλικό μπορεί να αλλάζει την τάση; Πώς μπορεί ένας πελάτης να γνωρίζει ότι το υλικό του πομπού που αγόρασε από μια εταιρία θα συνεργάζεται σωστά με το υλικό του δέκτη που αγόρασε από άλλη εταιρία; Υπάρχει τρόπος να στέλνονται περισσότερα δεδομένα μέσα στον ίδιο χρόνο; Για να εξασφαλιστεί ότι τι υλικό επικοινωνίας που κατασκευάζεται από διαφορετικές εταιρίες θα διαθέτει διαλειτουργικότητα, οι προδιαγραφές των συστημάτων επικοινωνίας ακολουθούν κάποια πρότυπα. Οργανισμοί όπως οι International Telecommunication Union (ITU), Electronic Industries Association (EIA), και Institute for Electrical and Electronic Engineers (IEEE) εκδίδουν προδιαγραφές για τον επικοινωνιακό εξοπλισμό σε έγγραφα που ονομάζονται πρότυπα (standards). Τα πρότυπα απαντούν σε ερωτήματα που αφορούν μια συγκεκριμένη τεχνολογία επικοινωνίας ένα πρότυπο καθορίζει τόσο το χρονισμό των σημάτων όσο και τις ηλεκτρικές λεπτομέρειες τη τάσης και του ρεύματος. Αν δύο εταιρίες ακολουθούν ένα δεδομένο πρότυπο, ο εξοπλισμός τους θα έχει διαλειτουργικότητα. Για παράδειγμα, στο Παράρτημα 2 μπορείτε να βρείτε ποια bit αποδίδονται στον κάθε χαρακτήρα σύμφωνα με το πρότυπο ASCII. Ένα συγκεκριμένο πρότυπο που προέρχεται από την EIA έχει επικρατήσει ως ο πιο διαδεδομένος τρόπος για τη μεταφορά χαρακτήρων μέσω συρμάτων χαλκού ανάμεσα σε έναν υπολογιστή και μια συσκευή, όπως ένα μόντεμ, πληκτρολόγιο, ή τερματικό. Το πρότυπο RS-
90 Τοπική ασύγχρονη επικοινωνία (RS-232) Κεφάλαιο 5 232-C της EIA, το οποίο για συντομία λέγεται συνήθως RS-232, ορίζει τις λεπτομέρειες της φυσικής σύνδεσης (π.χ. ότι η σύνδεση πρέπει να έχει μήκος κάτω από 15 μέτρα) καθώς και τις ηλεκτρικές λεπτομέρειες (π.χ. ότι οι δύο τάσεις που χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση δεδομένων είναι από -15 volt έως +15 volt). Επειδή το RS-232 σχεδιάστηκε για να χρησιμοποιείται με συσκευές όπως τα μόντεμ και τα τερματικά, ορίζει προδιαγραφές για τη μετάδοση χαρακτήρων. Αν και μπορεί να χρησιμοποιείται για την αποστολή χαρακτήρων των οκτώ bit, πολύ συχνά το RS-232 είναι διευθετημένο έτσι ώστε ο κάθε χαρακτήρας να αποτελείται από επτά bit δεδομένων. Το RS-232 ορίζει τη σειριακή ασύγχρονη επικοινωνία. Η επικοινωνία λέγεται σειριακή (serial) επειδή τα bit ταξιδεύουν μέσα στο σύρμα το ένα μετά το άλλο, όπως στο παραπάνω παράδειγμα. Το RS-232 επιτρέπει στον αποστολέα να μεταδίδει ένα χαρακτήρα οποιαδήποτε στιγμή και να καθυστερεί απεριόριστα πριν στείλει άλλο χαρακτήρα. Επιπλέον, η μετάδοση ενός δεδομένου χαρακτήρα είναι ασύγχρονη, επειδή ο αποστολέας και ο παραλήπτης δε συντονίζονται πριν από τη μετάδοση. Από τη στιγμή όμως που θα αρχίσει η αποστολή ενός χαρακτήρα, το υλικό αποστολής μεταδίδει όλα τα bit το ένα μετά το άλλο, χωρίς καμία καθυστέρηση μεταξύ τους. Ακόμα σημαντικότερο, το υλικό RS-232 ποτέ δεν αφήνει μηδέν volt στο σύρμα όταν ο πομπός δεν έχει τίποτα να στείλει, αφήνει το σύρμα σε αρνητική τάση, που αντιστοιχεί στην τιμή bit 1. Επειδή το σύρμα δεν επανέρχεται στα μηδέν volt μεταξύ των bit, ο δέκτης δεν μπορεί να χρησιμοποιεί την απουσία τάσης για να εντοπίζει το τέλος ενός bit και την αρχή του επόμενου. Έτσι, ο αποστολέας και ο δέκτης πρέπει να συμφωνήσουν για την ακριβή χρονική διάρκεια που θα διατηρείται η τάση για το κάθε bit. Όταν φτάνει το πρώτο bit ενός χαρακτήρα, ο δέκτης αρχίζει μια χρονομέτρηση, και χρησιμοποιεί αυτή τη χρονομέτρηση για να γνωρίζει πότε θα μετρά την τάση για το κάθε επόμενο bit. Επειδή ο δέκτης δεν μπορεί να διακρίνει αν πρόκειται για αδρανή γραμμή ή αν το πρώτο bit έχει τιμή 1, το πρότυπο RS-232 απαιτεί να μεταδίδει ο αποστολέας ένα επιπλέον bit 0 πριν μεταδώσει τα bit ενός χαρακτήρα. Αυτό το επιπλέον bit λέγεται bit έναρξης (start bit). Αν και η περίοδος αδράνειας από το τέλος ενός χαρακτήρα μέχρι το bit έναρξης του επόμενου μπορεί να έχει απεριόριστα μεγάλη διάρκεια, το πρότυπο RS-232 ορίζει ότι ο αποστολέας πρέπει να αφήνει τη γραμμή σε αδράνεια για έναν ελάχιστο χρόνο. Αυτός ο ελάχιστος χρόνος είναι ο χρόνος που χρειάζεται για την αποστολή ενός bit. Έτσι, μπορεί κανείς να φανταστεί ένα σκιώδες bit με τιμή 1 να προσαρτάται σε κάθε χαρακτήρα. Στην ορολογία του RS-232, αυτό το σκιώδες bit λέγεται bit τερματισμού (stop bit). Το διάγραμμα κυματομορφής της Εικόνας 5.2 δείχνει πώς μεταβάλλεται η τάση σε ένα σύρμα όταν στέλνεται ένας χαρακτήρας σύμφωνα με το πρότυπο RS-232. Αν και ο χαρακτήρας που χρησιμοποιείται στο παράδειγμα έχει μόνο επτά bit, το RS-232 προσθέτει ένα bit έναρξης και ένα bit τερματισμού όταν τον μεταδίδει. Έτσι, η μετάδοση χρειάζεται εννέα bit. Αν και το νεότερο πρότυπο RS-422 παρέχει κάπως μεγαλύτερη λειτουργικότητα, ο εξοπλισμός που χρησιμοποιεί το RS-232 κυριαρχεί ακόμα τόσο πολύ που οι περισσότεροι επαγγελματίες εξακολουθούν να χρησιμοποιούν την παλαιότερη ονομασία. Η εναλλακτική μέθοδος είναι η παράλληλη (parallel) επικοινωνία, όπου χρησιμοποιούνται πολλά σύρματα, και στο κάθε σύρμα ταξιδεύει ένα bit κάθε δεδομένη στιγμή. Ο τυπικός υπολογιστής έχει και σειριακές και παράλληλες θύρες εισόδου/εξόδου.
Ενότητα 5.5 Ταχύτητα baud, πλαίσια, και σφάλματα 91 Εικόνα 5.2 Η τάση σε ένα σύρμα καθώς ένας χαρακτήρας μεταδίδεται σύμφωνα με το πρότυπο RS-232. Ένα bit έναρξης ειδοποιεί το δέκτη ότι αρχίζει η μετάδοση ενός χαρακτήρα, και η μετάδοση του κάθε bit έχει την ίδια χρονική διάρκεια. Το διάγραμμα δείχνει ότι το RS-232 χρησιμοποιεί αρνητική τάση 15 volt για την αναπαράσταση των bit 1 και θετική τάση 15 volt για την αναπαράσταση των bit 0. Σύμφωνα με την ορολογία του RS-232, μια αρνητική τάση θέτει το σύρμα σε κατάσταση MARK, και μια θετική τάση θέτει το σύρμα σε κατάσταση SPACE. Οι όροι αυτοί σπάνια χρησιμοποιούνται στο σημερινό υλικό. Μπορούμε τώρα να συνοψίσουμε τα κύρια χαρακτηριστικά του RS-232: Το RS-232 είναι ένα διαδεδομένο πρότυπο, που χρησιμοποιείται για την ασύγχρονη σειριακή επικοινωνία σε μικρές αποστάσεις ανάμεσα σε έναν υπολογιστή και ένα μόντεμ ή τερματικό ASCII. Στο RS-232, πριν από κάθε χαρακτήρα προστίθεται ένα bit έναρξης, μετά από κάθε χαρακτήρα προστίθεται μια περίοδος αδράνειας με διάρκεια τουλάχιστον ένα bit (bit τερματισμού), και η αποστολή του κάθε bit έχει ακριβώς την ίδια χρονική διάρκεια. 5.5 Ταχύτητα baud, πλαίσια, και σφάλματα Θυμηθείτε ότι το υλικό αποστολής και λήψης πρέπει να συμφωνούν για τη χρονική διάρκεια που θα διατηρείται η τάση για κάθε bit. Αντί να καθορίζεται ο χρόνος ανά bit, ο οποίος είναι ένα μικρό κλάσμα του δευτερολέπτου, στα συστήματα επικοινωνίας καθορίζεται ο αριθμός των bit που μπορούν να μεταφέρονται μέσα σε ένα δευτερόλεπτο. Για παράδειγμα, μερικές από τις πρώτες συνδέσεις RS-232 λειτουργούσαν με ταχύτητα 300 bit ανά δευτερό- Για ένα παράδειγμα άλλης μεθόδου κωδικοποίησης, αντί εκείνης που ορίζεται από το RS-232, δείτε την κωδικοποίηση Manchester (που χρησιμοποιείται στο Ethernet) η οποία περιγράφεται στο Κεφάλαιο 8. Η ορολογία που χρησιμοποιείται στο πρότυπο RS-232 προήλθε από τα τηλεγραφικά συστήματα.
92 Τοπική ασύγχρονη επικοινωνία (RS-232) Κεφάλαιο 5 λεπτο. Σήμερα, τα 19200 bit ανά δευτερόλεπτο και τα 33600 bit ανά δευτερόλεπτο είναι πιο συνηθισμένες ταχύτητες. Τεχνικά, το υλικό μετάδοσης βαθμολογείται σε baud. Η ταχύτητα baud είναι ο αριθμός των μεταβολών του σήματος τις οποίες παράγει το υλικό ανά δευτερόλεπτο. Στην απλή μέθοδο του RS-232 που παρουσιάσαμε εδώ, η ταχύτητα baud (baud rate) είναι ακριβώς ίση με τον αριθμό των bit ανά δευτερόλεπτο. Επομένως, 9600 baud σημαίνει 9600 bit ανά δευτερόλεπτο. Στο επόμενο κεφάλαιο, θα δούμε ένα παράδειγμα μιας μεθόδου όπου ο αριθμός των bit ανά δευτερόλεπτο που στέλνονται είναι μεγαλύτερος από την ταχύτητα baud. Για να κάνουν το υλικό RS-232 πιο γενικής χρήσης, οι κατασκευαστές συνήθως το σχεδιάζουν έτσι ώστε να μπορεί να λειτουργεί σε διαφορετικές ταχύτητες baud. Η ταχύτητα baud μπορεί να διευθετείται, είτε άμεσα (π.χ. με φυσική ρύθμιση διακοπτών στο υλικό όταν εγκαθίσταται στον υπολογιστή) είτε αυτόματα (π.χ. μέσω λογισμικού οδήγησης συσκευών στον υπολογιστή). Αν το υλικό αποστολής και λήψης δεν είναι διευθετημένα να χρησιμοποιούν την ίδια ταχύτητα baud, θα παρουσιαστούν σφάλματα, επειδή το χρονόμετρο του δέκτη δε θα περιμένει για ένα κατάλληλο χρονικό διάστημα για το κάθε bit. Για την ανίχνευση σφαλμάτων, ο δέκτης μετρά την τάση τού κάθε bit πολλές φορές, και συγκρίνει τις μετρήσεις. Αν οι τάσεις δε συμφωνούν όλες, ή αν το bit τερματισμού δεν εμφανίζεται ακριβώς στον αναμενόμενο χρόνο, ο δέκτης αναφέρει ένα σφάλμα. Τέτοια σφάλματα λέγονται σφάλματα πλαισίων (framing errors), επειδή ο χαρακτήρας μπορεί να θεωρηθεί σαν μια εικόνα ακανόνιστου σχήματος η οποία δεν ταιριάζει σε μια κανονική κορνίζα. Το υλικό RS-232 μπορεί να χρησιμοποιεί τα σφάλματα πλαισίων. Ειδικότερα, τα πληκτρολόγια ASCII συχνά έχουν ένα πλήκτρο BREAK. Το πλήκτρο BREAK δεν παράγει κανένα χαρακτήρα ASCII. Όταν όμως ο χρήστης πατήσει το BREAK, το πληκτρολόγιο θέτει την εξερχόμενη σύνδεση σε κατάσταση 0 για πολύ περισσότερο χρόνο από ό,τι χρειάζεται για την αποστολή ενός χαρακτήρα (π.χ. για 2 δευτερόλεπτα). Όταν ο δέκτης ανιχνεύει ότι η γραμμή έχει τεθεί σε κατάσταση 0, θεωρεί ότι ξεκίνησε να έρχεται ένας χαρακτήρας, και αρχίζει να εξάγει μεμονωμένα bit. Αφού όμως φτάσουν όλα τα bit του χαρακτήρα, ο δέκτης περιμένει να επανέλθει η γραμμή στην κατάσταση 1 (δηλαδή, περιμένει ένα bit τερματισμού). Αν δε βρει bit τερματισμού όπως περίμενε, ο δέκτης αναφέρει ένα σφάλμα πλαισίου, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί από το σύστημα-δέκτη. Για παράδειγμα, μερικές εφαρμογές χρησιμοποιούν το BREAK ως έναν τρόπο για να τερματίζουν άμεσα (abort) μια εφαρμογή όταν ο χρήστης πατά το BREAK, το σύστημα αναφέρει στην εφαρμογή που χρησιμοποιεί το πληκτρολόγιο ένα σφάλμα πλαισίου. Η εφαρμογή ερμηνεύει το σφάλμα αυτό ως αίτηση άμεσου τερματισμού. 5.6 Πλήρως αμφίδρομη ασύγχρονη επικοινωνία Αν και εδώ περιγράψαμε το ηλεκτρικό ρεύμα να ρέει σε ένα μεμονωμένο σύρμα, όλα τα ηλεκτρικά κυκλώματα απαιτούν τουλάχιστον δύο σύρματα το ρεύμα εξέρχεται από ένα σύρμα και επιστρέφει από ένα άλλο. Το δεύτερο σύρμα συχνά λέγεται γείωση (ground). Επομένως, όταν το RS-232 χρησιμοποιείται με καλώδια συστρόφου ζεύγους, το ένα από τα σύρματα μεταφέρει το σήμα και το άλλο είναι γείωση η οποία παρέχει μια διαδρομή επιστροφής.
Ενότητα 5.6 Πλήρως αμφίδρομη ασύγχρονη επικοινωνία 93 Παρόμοια, όταν ένα σήμα στέλνεται μέσω ομοαξονικού καλωδίου, το σήμα ταξιδεύει από τον κεντρικό αγωγό, και η θωράκιση παρέχει μια διαδρομή επιστροφής. Σε πολλές εφαρμογές RS-232, τα δεδομένα πρέπει να ρέουν και προς τις δύο κατευθύνσεις ταυτόχρονα. Για παράδειγμα, όταν το RS-232 χρησιμοποιείται για τη σύνδεση ενός τερματικού ASCII με έναν υπολογιστή, υπάρχουν χαρακτήρες που ταξιδεύουν από το πληκτρολόγιο στον υπολογιστή, και ταυτόχρονα υπάρχουν χαρακτήρες που ταξιδεύουν από τον υπολογιστή στην οθόνη του τερματικού. Η ταυτόχρονη μεταφορά προς δύο κατευθύνσεις λέγεται πλήρως αμφίδρομη μετάδοση (full duplex transmission), σε αντίθεση με τη μεταφορά προς μία μόνο κατεύθυνση, η οποία λέγεται είτε ημιαμφίδρομη μετάδοση (half duplex transmission) είτε μονόδρομη μετάδοση (simplex transmission). Για να επιτευχθεί η πλήρως αμφίδρομη μετάδοση, το RS-232 απαιτεί ένα σύρμα για τα δεδομένα που ταξιδεύουν προς τη μία κατεύθυνση, ένα σύρμα για τα δεδομένα που ταξιδεύουν προς την αντίθετη κατεύθυνση, και ένα σύρμα γείωσης που χρησιμοποιείται για να ολοκληρωθεί η ηλεκτρική διαδρομή και για τις δύο κατευθύνσεις. Για την ακρίβεια, το RS-232 ορίζει ένα συζευκτήρα 25 ακροδεκτών, και καθορίζει το πώς το υλικό χρησιμοποιεί το κάθε ένα από τα 25 σύρματα για τη μετάδοση σημάτων ελέγχου ή δεδομένων. Για παράδειγμα, για όσο χρονικό διάστημα ένας δέκτης είναι σε θέση να δέχεται χαρακτήρες, παρέχει τάση σε ένα από τα σύρματα ελέγχου, την οποία ο αποστολέας ερμηνεύει ως σήμα "ελεύθερο για αποστολή" (clear to send). Για να μειωθεί το κόστος, το υλικό RS-232 μπορεί να διευθετηθεί έτσι ώστε να αγνοεί τις γραμμές ελέγχου και να θεωρεί ότι το άλλο άκρο λειτουργεί. Οι πλήρως αμφίδρομες συνδέσεις που αγνοούν τα σήματα ελέγχου συχνά λέγονται τρισύρματα κυκλώματα (three wire circuits), επειδή χρειάζονται τρία σύρματα για τη μεταφορά δεδομένων (δύο για τα σήματα που ταξιδεύουν προς τις δύο κατευθύνσεις και μία κοινή γείωση για την επιστροφή). Ένα τρισύρματο κύκλωμα παρουσιάζεται στην Εικόνα 5.3. Ð Ä Ã äåäïìýíá äåäïìýíá Ð Ä Ã Εικόνα 5.3 Τα ελάχιστα σύρματα που απαιτούνται για πλήρως αμφίδρομη επικοινωνία RS-232. Αν και τα δύο κυκλώματα μεταφέρουν δεδομένα ανεξάρτητα, μπορούν να μοιράζονται το ίδιο σύρμα γείωσης. Όπως φαίνεται στην εικόνα, το σύρμα γείωσης (Γ) συνδέεται απευθείας από τη γείωση της μίας συσκευής στη γείωση της άλλης. Όμως, τα δύο άλλα σύρματα συνδέονται σταυρωτά: το σύρμα που συνδέεται στον πομπό (Π) της μίας συσκευής συνδέεται στο δέκτη (Δ) της άλλης. Για να γίνουν τα καλώδια απλούστερα, οι σχεδιαστές αποφάσισαν να χρησιμοποιούν οι υπολογιστές και τα μόντεμ αντίθετους ακροδέκτες στον τυπικό συζευκτήρα των 25 ακροδεκτών ο υπολογιστής μεταδίδει στον ακροδέκτη 2 και λαμβάνει στον ακροδέκτη 3, ενώ το Στην τεχνική ορολογία, ο συζευκτήρας αυτός λέγεται DB-25.
94 Τοπική ασύγχρονη επικοινωνία (RS-232) Κεφάλαιο 5 μόντεμ μεταδίδει στον ακροδέκτη 3 και λαμβάνει στον ακροδέκτη 2 (το σύρμα της γείωσης χρησιμοποιεί τον ακροδέκτη 7). Τεχνικά, οι δύο τύποι συζευκτήρων αντιστοιχούν στον εξοπλισμό επικοινωνίας δεδομένων (Data Communication Equipment, DCE) και τον εξοπλισμό τερματικού δεδομένων (Data Terminal Equipment, DTE). Έτσι, ένα καλώδιο που συνδέει έναν υπολογιστή με ένα μόντεμ έχει ένα σύρμα από τον ακροδέκτη 2 στον ακροδέκτη 2 και ένα σύρμα από τον ακροδέκτη 3 στον ακροδέκτη 3. Όμως, ένα καλώδιο που χρησιμοποιείται για να συνδέει δύο υπολογιστές (δηλαδή δύο συσκευές DCE) πρέπει να έχει ένα σύρμα από τον ακροδέκτη 2 στον ακροδέκτη 3 και ένα σύρμα από τον ακροδέκτη 3 στον ακροδέκτη 2. Η διάταξη αυτή λέγεται συχνά εναλλαγή 2-3 (2-3 swap). 5.7 Περιορισμοί του πραγματικού υλικού Πόσο γρήγορα μπορεί το υλικό να μεταδίδει bit μέσω ενός σύρματος; Στην Εικόνα 5.2 παρουσιάζεται μια ιδανική περίπτωση. Στην πράξη, καμία ηλεκτρονική συσκευή δεν μπορεί να παράγει μια απόλυτα ακριβή τάση ή να περνά από τη μία τάση στην άλλη ακαριαία. Επιπλέον, κανένα σύρμα δεν είναι τέλειος αγωγός ηλεκτρισμού καθώς το ηλεκτρικό ρεύμα ταξιδεύει μέσα στο σύρμα, το σήμα χάνει ενέργεια. Αυτά έχουν ως αποτέλεσμα να χρειάζεται κάποιος μικρός χρόνος για να υψωθεί ή να πέσει η τάση, και το σήμα που λαμβάνεται να μην είναι τέλειο. Για παράδειγμα, το διάγραμμα της Εικόνας 5.4 δείχνει πώς μπορεί να εμφανίζεται ένα bit όταν αλλάζει η τάση σε μια πραγματική γραμμή επικοινωνίας. Εικόνα 5.4 Γραφική παράσταση της τάσης που εκπέμπεται από μια πραγματική συσκευή καθώς μεταδίδει ένα bit. Στην πράξη, οι τάσεις είναι συχνά χειρότερες από αυτό το παράδειγμα. Ένα καλώδιο με εναλλαγή 2-3 λέγεται μηδενικό μόντεμ (null modem). Η έννοια του μόντεμ επεξηγείται στο ε- πόμενο κεφάλαιο.
Ενότητα 5.8 Εύρος ζώνης του υλικού και μετάδοση των bit 95 Όπως και οι περισσότερες τεχνολογίες επικοινωνιών, το RS-232 παίρνει υπόψη ότι το πραγματικό υλικό δεν είναι τέλειο. Το πρότυπο καθορίζει πόσο κοντά στην τέλεια κυματομορφή πρέπει να εκπέμπει ένας πομπός, και πόσο ανεκτικός στις ατέλειες πρέπει να είναι ένας δέκτης. Για παράδειγμα, το πρότυπο δεν προβλέπει να παίρνει ο δέκτης μετρήσεις της τάσης ακριβώς στην αρχή του κάθε bit, αλλά συνιστά να παίρνονται δείγματα στο μέσο του χρόνου που αντιστοιχεί στο bit. Επομένως, ο δέκτης θα αποδέχεται τα σήματα σαν εκείνα που φαίνονται στην Εικόνα 5.4. 5.8 Εύρος ζώνης του υλικού και μετάδοση των bit Το γεγονός ότι το πραγματικό υλικό δεν μπορεί να αλλάζει τάση ακαριαία εξηγεί μια θεμελιώδη ιδιότητα των συστημάτων μετάδοσης που αφορά την ταχύτητα με την οποία μπορούν να στέλνονται τα bit. Κάθε σύστημα μετάδοσης έχει ένα περιορισμένο εύρος ζώνης (bandwidth), το οποίο είναι ο μέγιστος ρυθμός με τον οποίο το υλικό μπορεί να μεταβάλλει ένα σήμα. Αν ο αποστολέας επιχειρήσει να μεταδώσει αλλαγές τάσης γρηγορότερες από το εύρος ζώνης, το υλικό δε θα μπορέσει να ανταποκριθεί, επειδή δε θα έχει αρκετό χρόνο για να ολοκληρώσει μια αλλαγή πριν ο αποστολέας επιχειρήσει να πραγματοποιήσει μια άλλη. Επομένως, μερικές από τις αλλαγές τάσης θα χαθούν. Το εύρος ζώνης μετράται σε κύκλους ανά δευτερόλεπτο ή Hertz (Hz). Διευκολύνει να θεωρούμε το εύρος ζώνης ως το γρηγορότερο σήμα συνεχούς ταλάντωσης που μπορεί να σταλεί μέσω του υλικού. Για παράδειγμα, αν ένα σύστημα μετάδοσης έχει εύρος ζώνης 4000 Hz, τότε το υποκείμενο υλικό αυτού του συστήματος μπορεί να μεταδίδει οποιοδήποτε σήμα συνεχούς ταλάντωσης με ρυθμό μικρότερο ή ίσο με 4000 κύκλους ανά δευτερόλεπτο. Σημειώστε ότι, επειδή οι περιορισμοί του εύρους ζώνης πηγάζουν από τις φυσικές ιδιότητες της ύλης και της ενέργειας, κάθε φυσικό σύστημα μετάδοσης έχει ένα πεπερασμένο εύρος ζώνης. Επομένως, οποιοδήποτε σύστημα μετάδοσης που χρησιμοποιεί ραδιοκύματα, ήχο, φως, ή ηλεκτρικό ρεύμα έχει ένα περιορισμένο εύρος ζώνης. Στη δεκαετία του 1920, ένας ερευνητής ανακάλυψε μια θεμελιώδη σχέση μεταξύ του εύρους ζώνης ενός συστήματος μετάδοσης και του ελάχιστου αριθμού των bit ανά δευτερόλεπτο τα οποία μπορούν να μεταφέρονται μέσω αυτού του συστήματος. Η σχέση αυτή, που είναι γνωστή ως "θεώρημα διασυμβολικών παρεμβολών του yquist" ( yquist Intersymbol Interference Theorem), παρέχει ένα θεωρητικό όριο για το μέγιστο ρυθμό με τον οποίο μπορούν να στέλνονται δεδομένα. Για μια μέθοδο μετάδοσης όπως του RS-232, που χρησιμοποιεί δύο τιμές τάσης για την κωδικοποίηση των δεδομένων, το θεώρημα του Nyquist ορίζει ότι ο μέγιστος ρυθμός μεταφοράς δεδομένων σε bit ανά δευτερόλεπτο ο οποίος μπορεί να επιτευχθεί σε ένα σύστημα μετάδοσης με εύρος ζώνης B είναι 2B. Γενικότερα, αν το σύστημα μετάδοσης χρησιμοποιεί K πιθανές τιμές τάσης αντί για δύο, το θεώρημα του Nyquist ορίζει ότι ο μέγιστος ρυθμός μεταφοράς δεδομένων σε bit ανά δευτερόλεπτο, D, είναι: D = 2Blog 2 K Τα βιολογικά συστήματα έχουν και αυτά περιορισμένο εύρος ζώνης. Για παράδειγμα, οι σκύλοι μπορούν να ακούσουν ήχους που ξεπερνούν το όριο του εύρους ζώνης του ανθρώπινου αυτιού.
96 Τοπική ασύγχρονη επικοινωνία (RS-232) Κεφάλαιο 5 5.9 Επίδραση του θορύβου στην επικοινωνία Το θεώρημα του Nyquist ορίζει ένα απόλυτο μέγιστο το οποίο δεν μπορεί να επιτευχθεί στην πράξη. Συγκεκριμένα, οι μηχανικοί έχουν παρατηρήσει ότι ένα πραγματικό σύστημα επικοινωνίας υφίσταται κάποιες μικρές παρασκηνιακές παρεμβολές, οι οποίες λέγονται θόρυβος (noise), και ότι ο θόρυβος κάνει αδύνατο το να επιτευχθεί ο θεωρητικά μέγιστος ρυθμός μετάδοσης. Το 1948, ο Claude Shannon επέκτεινε την εργασία του Nyquist, για να προσδιορίσει το μέγιστο ρυθμό μεταφοράς δεδομένων που μπορεί να επιτευχθεί σε ένα σύστημα μετάδοσης το οποίο εισάγει θόρυβο. Το αποτέλεσμα, που ονομάζεται Θεώρημα του Shannon, μπορεί να διατυπωθεί με τον παρακάτω τύπο: C = Blog 2 (1 + S/ ) όπου C είναι το πραγματικό όριο της χωρητικότητας του καναλιού σε bit ανά δευτερόλεπτο, B είναι το εύρος ζώνης του υλικού, S είναι η μέση ισχύς του σήματος, και είναι η μέση ισχύς του θορύβου. Συνήθως, το S/, που είναι γνωστό και ως λόγος σήματος προς θόρυβο (signal to noise), δε χρησιμοποιείται άμεσα. Αντί γι' αυτό, οι μηχανικοί χρησιμοποιούν την ποσότητα 10log 10 S/, η οποία μετράται σε decibel (συντομογραφικά db). Για παράδειγμα, ένας λόγος S/ ίσος με 100 είναι 20 db, και ένας λόγος 1000 είναι 30 db. 5.10 Συνέπειες στη δικτύωση δεδομένων Τα θεωρήματα των Nyquist και Shannon που είδαμε παραπάνω έχουν τις συνέπειές τους για τους μηχανικούς που σχεδιάζουν δίκτυα. Η εργασία του Nyquist ώθησε στην εξερεύνηση σύνθετων τρόπων κωδικοποίησης των bit στα σήματα: Το θεώρημα του yquist ωθεί τους μηχανικούς να εξερευνήσουν τρόπους κωδικοποίησης των bit σε ένα σήμα, επειδή μια έξυπνη κωδικοποίηση επιτρέπει να μεταδίδονται περισσότερα bit ανά μονάδα χρόνου. Από μια άποψη, το Θεώρημα του Shannon είναι πιο θεμελιώδες, επειδή αντιπροσωπεύει ένα απόλυτο όριο που προκύπτει από τους νόμους της φυσικής. Μεγάλο μέρος του θορύβου σε μια γραμμή μετάδοσης, για παράδειγμα, μπορεί να αποδοθεί στη θερμοδυναμική. Επομένως: Το Θεώρημα του Shannon πληροφορεί τους μηχανικούς ότι, όσο έξυπνη και να είναι η κωδικοποίηση, δεν μπορεί να υπερβεί τους νόμους της φυσικής, οι οποίοι θέτουν ένα θεμελιώδες όριο στον αριθμό των bit ανά δευτερόλεπτο που μπορούν να μεταδοθούν σε ένα πραγματικό σύστημα επικοινωνίας. Λέγεται επίσης νόμος των Shannon-Hartley.