Επιμέλεια : Αθανάσιος Ι. Μάργαρης (amarg@uom.gr) 86 Ερώτηση 1 η : Ποιες είναι οι γενιές των τοπικών δικτύων, και από ποια πρότυπα αντιπροσωπεύονται? Απάντηση : Η τεχνολογική εξέλιξη των δικτύων υπολογιστών που γνωρίζει αλματώδη ανάπτυξη τα τελευταία χρόνια, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για το διαχωρισμό των δικτύων σε τρεις γενιές, κάθε μια από τις οποίες διαθέτει τα δικά της χαρακτηριστικά και το δικό της τρόπο λειτουργίας. Αυτές οι γενιές των τοπικών δικτύων, σε γενικές γραμμές είναι οι ακόλουθες : Τοπικά δίκτυα υπολογιστών πρώτης γενιάς (1970-1984) : Τα δίκτυα αυτής της γενιάς, χαρακτηρίζονται από τη χρησιμοποίηση τεχνολογιών εκπομπής (broadcasting) και περιλαμβάνουν περισσότερους από έναν σταθμούς, οι οποίοι εκπέμπουν δεδομένα, μέσα από ένα και μοναδικό μέσο μετάδοσης, κοινό για όλους τους σταθμούς. Η μέθοδος πρόσβασης των σταθμών στο μέσο μετάδοσης, στηρίζεται στη χρήση πρωτοκόλλων, τα οποία λειτουργούν είτε με τη μέθοδο του ανταγωνισμού (contention protocols) (πρότυπο 802.3) είτε με τη μέθοδο της διαιτησίας η οποία οδηγεί σε εκπομπή χωρίς συγκρούσεις (collision free protocols) (πρότυπα 802.4 και 802.5). Τα δίκτυα αυτής της γενιάς είναι κατάλληλα για μετάδοση μόνο δεδομένων, με ρυθμούς που δεν υπερβαίνουν τα 20Mbps και σε αποστάσεις μικρότερες των 50 Km. Εφ όσον τα δίκτυα αυτά λειτουργούν με τη μέθοδο του ανταγωνισμού, θα πρέπει να διασφαλίζεται η αρχή της ισομοιρίας (fair share) που δίνει τη δυνατότητα σε κάθε κόμβο να έχει τις ίδιες ευκαιρίες με τους υπόλοιπους όσον αφορά τη δέσμευση του καναλιού. Τοπικά δίκτυα υπολογιστών δεύτερης γενιάς (1985-1990) : Η δεύτερη γενιά τοπικών δικτύων, χαρακτηρίζεται από την περαιτέρω εξέλιξη της τεχνολογίας μεταγωγής πακέτων (packet switching) του προτύπου IEEE 802.5 καθώς και από την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών, προκειμένου να εξασφαλιστεί μεγαλύτερη διαθέσιμη χωρητικότητα στις εφαρμογές. Αυτά τα δίκτυα επιτρέπουν τη μετάδοση μόνο δεδομένων, αλλά με ταχύτητες που φτάνουν τα 155 Mbps, και χρησιμοποιούνται ως κορμός στη διασύνδεση των τοπικών δικτύων με άλλα τοπικά δίκτυα, και άλλα δίκτυα ευρείας περιοχής. Παραδείγματα προτύπων τοπικών δικτύων δεύτερης γενιάς, είναι τα δίκτυα διεπαφής κατανεμημένων δεδομένων με οπτική ίνα (FDDI I και FDDI II) που είχαν και τη μεγαλύτερη ζήτηση σε σχέση με άλλες τοπολογίες που αναπτύχθηκαν στο ίδιο χρονικό διάστημα. Τοπικά δίκτυα υπολογιστών τρίτης γενιάς (1990-2000) : Η τρίτη γενιά τοπικών δικτύων χαρακτηρίζεται από την περαιτέρω εξέλιξη της τεχνολογίας μεταγωγής πακέτων του προτύπου 802.3, καθώς και από την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών προκειμένου να εξασφαλιστεί μεγαλύτερη διαθέσιμη χωρητικότητα από αυτή των 150Mbps των δικτύων της προηγούμενης γενιάς. Παραδείγματα προτύπων τοπικών δικτύων αυτής της γενιάς, είναι Fast Ethernet, το ISO-Ethernet, το 100Base- VGAnyLAN και το Gigabit Ethernet. Τέλος, από το 1990 και μετά γίνονται προσπάθειες για την ανάπτυξη δικτύων νέας γενιάς που βασίζονται σε νέες τεχνολογίες, όπως είναι η ATM (Asynchronous Transfer Mode) καθώς και η τεχνική της εξομοίωσης τοπικών δικτύων (LAN Emulation).
Μετάδοση δεδομένων & Δίκτυα Υπολογιστών (Τόμος ΙΙ) 87 Ερώτηση 2 η : Πως λειτουργεί το πρωτόκολλο ALOHA? Απάντηση : Το πρωτόκολλο ALOHA είναι ένα πρωτόκολλο ανταγωνισμού (contention protocol) και επιτρέπει την κοινή χρήση του μέσου μετάδοσης από ό- λους τους σταθμούς του δικτύου. Συναντάται σε δύο μορφές (ασυγχρόνιστο ALOHA και συγχρονισμένο ALOHA) εκ των οποίων η πρώτη χρησιμοποιεί το μοντέλο συνεχούς χρόνου (continuous time) ενώ η δεύτερη, το μοντέλο διακριτού χρόνου (slotted time). Αυτό σημαίνει πως στην πρώτη περίπτωση (pure ALOHA) ο κάθε σταθμός μπορεί να στείλει δεδομένα σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή, ενώ στη δεύτερη περίπτωση (slotted ALOHA), ο χρόνος χωρίζεται σε χρονοθυρίδες (time slots) και η αποστολή δεδομένων από τους σταθμούς του δικτύου, μπορεί να πραγματοποιηθεί, μόνο στην αρχή κάποιας χρονοθυρίδας. Το βασικό χαρακτηριστικό αυτού του πρωτοκόλλου, είναι η απουσία της διαδικασίας ανίχνευσης φέροντος (carrier sense). Αυτό σημαίνει, πως ο σταθμός στέλνει δεδομένα χωρίς προηγουμένως να ελέγξει εάν το κανάλι είναι άδειο ή εάν εκείνη τη χρονική στιγμή στέλνει κάποιος άλλος σταθμός. Έτσι είναι πολύ πιθανό, να λάβει χώρα εκπομπή δεδομένων από κάποιο σταθμό, την ώρα που στο κανάλι κινείται το πακέτο δεδομένων κάποιου άλλου χρήστη. Στην περίπτωση αυτή λαμβάνει χώρα μία σύγκρουση (collision) που οδηγεί στην αμοιβαία καταστροφή των πακέτων. Εάν ο σταθμός που έστειλε το πακέτο καταλάβει ότι αυτό έχει καταστραφεί, περιμένει για ένα τυχαίο διάστημα, και μετά το στέλνει εκ νέου. Η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται συνεχώς, μέχρι τελικά η μετάδοση του πακέτου να είναι επιτυχής. Ο τρόπος με τον οποίο ο αποστολέας του πακέτου καταλαβαίνει πως η μετάδοσή του είναι επιτυχής είναι σχετικά απλός. Ας υποθέσουμε πως το κάθε πακέτο διασχίζει το μήκος του μέσου μετάδοσης σε χρόνο τ. Αυτό σημαίνει πως εάν ο υπολογιστής παραλήπτης λάβει επιτυχώς το πακέτο, θα στείλει ένα ειδικό πλαίσιο επιβεβαίωσης (acknowledgment frame) στον υπολογιστή αποστολέα, το οποίο προφανώς θα χρειαστεί και αυτό χρόνο τ για να διασχίσει το κανάλι. Όταν λοιπόν ο αποστολέας λάβει το πλαίσιο επιβεβαίωσης σε χρόνο μικρότερο ή ίσο του 2τ, αυτό σημαίνει, πως η μετάδοση του πακέτου του, υπήρξε επιτυχής. Τέλος είναι σημαντικό να αναφέρουμε πως στην περίπτωση του συγχρονισμένου ALOHA, η επικάλυψη των πακέτων δεν είναι μερική όπως στην περίπτωση του ασυγχρόνιστου ALOHA, αλλά ολική. Μέσω μαθηματικής ανάλυσης μπορεί να αποδειχθεί, πως η χρήση της συγχρονισμένης έκδοσης του πρωτοκόλλου, διπλασιάζει το ρυθμό διέλευσης, ο οποίος μπορεί να φτάσει στο 37% περίπου των επιχειρούμενων μεταδόσεων. Ερώτηση 3 η : Σε τι διαφέρει το πρωτόκολλο CSMA από το πρωτόκολλο ALOHA? Απάντηση : Η βασική διαφορά που υφίσταται ανάμεσα στο πρωτόκολλο ALOHA και στο πρωτόκολλο CSMA (Carrier Sense Multiple Access) είναι η διαδικασία ανίχνευσης φέροντος που χρησιμοποιείται στο δεύτερο πρωτόκολλο αλλά όχι και στο πρώτο. Πράγματι, στο πρωτόκολλο ALOHA, εάν κάποιος σταθμός θέλει να στείλει δεδομένα, το κάνει απευθείας, χωρίς προηγουμένως να διαπιστώσει εάν το
Επιμέλεια : Αθανάσιος Ι. Μάργαρης (amarg@uom.gr) 88 κανάλι είναι άδειο ή κατειλημμένο από κάποιο άλλο σταθμό. Αυτό όμως οδηγεί σε μεγάλο πλήθος συγκρούσεων και σε μικρή απόδοση του καναλιού. Αντίθετα, στο πρωτόκολλο CSMA, πριν την μετάδοση του πακέτου δεδομένων από το σταθμό, λαμβάνει χώρα ακρόαση του καναλιού, προκειμένου να διαπιστωθεί εάν αυτό είναι ελεύθερο και έτοιμο για μετάδοση. Εάν το κανάλι είναι ελεύθερο, ο σταθμός το δεσμεύει, και προχωρεί στην αποστολή των δεδομένων του. Εάν όμως είναι κατειλημμένο, τότε ο σταθμός ανάλογα με την έκδοση του πρωτοκόλλου που χρησιμοποιείται, είτε θα ακούει συνεχώς το κανάλι μέχρι αυτό να απελευθερωθεί (1 persistent CSMA) ή θα επαναλαμβάνει συνεχώς αυτή τη διαδικασία ακρόασης σε τυχαίες χρονικές στιγμές μέχρι τελικά να μεταδώσει το πακέτο με επιτυχία (non persistent CSMA). Τέλος σε μια πιο γενικευμένη έκδοση του πρωτοκόλλου (p persistent CSMA) ο σταθμός επιχειρεί να μεταδώσει σε κάθε χρονοθυρίδα με πιθανότητα p, διαδικασία, η οποία επαναλαμβάνεται συνεχώς, μέχρι την επιτυχή μετάδοση του πακέτου. Ερώτηση 4 η : Ποια είναι τα διαφορετικά πρότυπα του CSMA και πως ταξινομούνται όσον αφορά την απόδοσή τους? Να σχολιάσετε το σχήμα 8.4. Απάντηση : Όπως έχει ήδη αναφερθεί, το πρωτόκολλο CSMA μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε τρεις διαφορετικές παραλλαγές οι οποίες ωστόσο χαρακτηρίζονται από ένα κοινό χαρακτηριστικό: την ανίχνευση του φέροντος σήματος (carrier sense) πριν από τη μετάδοση των δεδομένων, προκειμένου να διαπιστωθεί, εάν το κανάλι είναι άδειο ή κατειλημμένο. Στην πρώτη παραλλαγή του πρωτοκόλλου CSMA (1 persistent), όταν ένας σταθμός έχει να στείλει δεδομένα, ακροάζεται το κανάλι, για να δει μήπως εκείνη τη χρονική στιγμή μεταδίδει κάποιος άλλος σταθμός. Εάν το κανάλι είναι απασχολημένο, ο σταθμός το ακροάζεται συνεχώς, μέχρι αυτό να ελευθερωθεί. Όταν ο σταθμός εντοπίσει ένα ελεύθερο κανάλι, μεταδίδει ένα πλαίσιο. Εάν την ίδια χρονική στιγμή μεταδώσει και κάποιος άλλος σταθμός, τα δύο πακέτα θα συγκρουστούν, κάτι που θα οδηγήσει στην αμοιβαία καταστροφή τους. Στην περίπτωση αυτή, ο σταθμός αναμένει για ένα τυχαίο χρονικό διάστημα, και μετά επαναλαμβάνει την ίδια διαδικασία. Το πρωτόκολλο ονομάζεται 1 persistent διότι ο σταθμός μεταδίδει με πιθανότητα 1, όταν βρει το κανάλι αδρανές. Στη δεύτερη παραλλαγή του πρωτοκόλλου CSMA (non persistent) ο αλγόριθμος πρόσβασης του σταθμού στο μέσο μετάδοσης είναι σχεδόν ο ίδιος με τον προηγούμενο. Η μοναδική του διαφορά είναι, πως εάν ο σταθμός βρει το κανάλι κατειλημμένο, δεν το ακροάζεται συνεχώς με σκοπό να το χρησιμοποιήσει αμέσως μετά το τέλος της προηγούμενης μετάδοσης. Αντίθετα, περιμένει για ένα τυχαίο χρονικό διάστημα, και μετά επαναλαμβάνει την ίδια διαδικασία, μέχρι τελικά να στείλει το πακέτο με επιτυχία. Τέλος στην τρίτη παραλλαγή του πρωτοκόλλου (p persistent) που χρησιμοποιεί το μοντέλο διακριτού χρόνου (slotted time), ο κάθε σταθμός που είναι έτοιμος για μετάδοση, ανιχνεύει το κανάλι, και εάν αυτό είναι ελεύθερο, αρχίζει να μεταδίδει με πιθανότητα p (κάτι που σημαίνει πως υπάρχει πιθανότητα q=1-p να αναβληθεί η
Μετάδοση δεδομένων & Δίκτυα Υπολογιστών (Τόμος ΙΙ) 89 μετάδοση για την επόμενη χρονοθυρίδα). Εάν και η επόμενη χρονοθυρίδα είναι ελεύθερη, είτε μεταδίδει, είτε αναβάλλει τη μετάδοση με πιθανότητες q και p. Η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται μέχρι να ολοκληρωθεί η μετάδοση του πλαισίου, ή μέχρι να αρχίσει να μεταδίδει κάποιος άλλος σταθμός. Στην τελευταία περίπτωση ο σταθμός ενεργεί σαν να είχε συμβεί κάποια σύγκρουση, δηλαδή περιμένει για ένα τυχαίο χρονικό διάστημα, και επαναλαμβάνει από την αρχή αυτή τη διαδικασία. Τέλος εάν ο σταθμός αντιληφθεί πως αρχικά το κανάλι είναι απασχολημένο, περιμένει την έναρξη της επόμενης χρονοθυρίδας, και επαναλαμβάνει τον παραπάνω αλγόριθμο. Εάν θελήσουμε να ταξινομήσουμε αυτές τις τρεις παραλλαγές του πρωτοκόλλου CSMA με κριτήριο την απόδοσή τους, θα κατατάξουμε στη χειρότερη θέση το 1 persistent CSMA και στην καλύτερη το non persistent CSMA. Όσον αφορά το p persistent πρωτόκολλο, η απόδοσή του εξαρτάται από την τιμή της πιθανότητας p, όπως φαίνεται στο Σχήμα 36 που ακολουθεί (Σχήμα 8.4 του βιβλίου) : Σχήμα 36 : Σύγκριση του ρυθμού διέλευσης προς τον παρεχόμενο φόρτο κυκλοφορίας για τα διαφορετικά πρωτόκολλα πολλαπλής πρόσβασης Προκειμένου να εξηγήσουμε το παραπάνω σχήμα, θα πρέπει να λάβουμε υπ όψιν πως ένα πακέτο που μεταδίδεται από κάποιο σταθμό μπορεί να ανήκει σε δύο διαφορετικές κατηγορίες : ή θα είναι ένα νέο πακέτο που έχει δημιουργηθεί από το σταθμό και πρόκειται να μεταδοθεί για πρώτη φορά, ή θα είναι ένα παλαιότερο πακέτο, που έχει ήδη σταλεί στο κανάλι, αλλά λόγο της ύπαρξης κάποιας σύγκρουσης, έχει καταστραφεί, και τώρα πρόκειται να μεταδοθεί εκ νέου. Λαμβάνοντας υπ όψιν αυτή την παραδοχή μπορούμε να ορίσουμε τον παρεχόμενο φόρτο του καναλιού, G, ως το πλήθος των συνολικών (δηλαδή παλαιών και νέων) πακέτων που εμφανίζονται για μετάδοση σε χρονικό διάστημα ίσο με το μήκος μιας χρονοθυρίδας, και το ρυθμό διέλευσης, S, ως τον αντίστοιχο αριθμό, μόνο των νέων πακέτων (δηλαδή αυτών που πρόκειται να μεταδοθούν για πρώτη φορά). Σε συνθήκες χαμηλού φορτίου (όταν δηλαδή S 0), είναι προφανές πως θα έχουμε λίγες συγκρούσεις, δηλαδή λίγες επαναμεταδόσεις, και επομένως θα είναι G S. Σε συνθήκες υψηλού φορτίου,
Επιμέλεια : Αθανάσιος Ι. Μάργαρης (amarg@uom.gr) 90 θα υπάρχουν πολλές συγκρούσεις, και επομένως θα είναι G>S. Στο Σχήμα 36 παρουσιάζεται με γραφικό τρόπο η μεταβολή της ποσότητας G για διάφορες τιμές της ποσότητας S. Είναι προφανές, πως όσο πιο μεγάλο είναι το ύψος της καμπύλης για τα διάφορα είδη πρωτοκόλλων, τόσο πιο μεγάλη είναι και η απόδοση του καναλιού. Από το σχήμα αυτό αναδεικνύεται η υπεροχή του non persistent CSMA έναντι του 1 persistent CSMA καθώς και η απόδοση του p persistent CSMA για διάφορες τιμές της πιθανότητας p. Είναι προφανές πως όσο πιο μικρή είναι η τιμή αυτής της πιθανότητας, τόσο πιο μεγάλη είναι και η απόδοση του πρωτοκόλλου όσον αφορά τη διαδικασία μετάδοσης δεδομένων. Ερώτηση 5 η : Πως λειτουργεί το CSMA/CD? Απάντηση : Το πρωτόκολλο CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) λειτουργεί ακριβώς όπως και το CSMA, αλλά είναι πιο βελτιωμένο όσον αφορά τη διαχείριση των συγκρούσεων. Πιο συγκεκριμένα όταν δύο σταθμοί στείλουν δεδομένα ταυτόχρονα στο κανάλι, τότε αυτά θα συγκρουστούν. Όταν οι δύο σταθμοί ανιχνεύσουν αυτή τη σύγκρουση, δεν ολοκληρώνουν τη μετάδοση των πακέτων (που ούτως ή άλλως έχουν καταστραφεί και πρόκειται να μεταδοθούν εκ νέου) αλλά τη διακόπτουν αμέσως. Αυτή η διακοπή της μετάδοσης των κατεστραμμένων πακέτων βελτιώνει την απόδοση του δικτύου όσον αφορά το ρυθμό διέλευσης και την καθυστέρηση της μετάδοσης. Κάθε κόμβος που διαπιστώνει σύγκρουση, αναβάλλει τη μετάδοση του πακέτου του, περιμένοντας για κάποιο χρονικό διάστημα, και επιχειρεί αργότερα, υποθέτοντας πως στο διάστημα αυτό, κανείς άλλος κόμβος δεν άρχισε να μεταδίδει. Το πρωτόκολλο CSMA/CD χρησιμοποιεί το μοντέλο του διακριτού χρόνου (slotted time) που σημαίνει πως ο κάθε σταθμός μπορεί να στείλει δεδομένα, μόνο στην αρχή κάποιας χρονοθυρίδας. Όσον αφορά το κανάλι μετάδοσης, αυτό μπορεί να βρίσκεται σε τρεις διαφορετικές καταστάσεις: Κατάσταση αργίας (idle state) : στην κατάσταση αυτή δεν επιχειρείται μετάδοση από κανένα κόμβο του δικτύου, και το κανάλι είναι ελεύθερο για μετάδοση. Κατάσταση μετάδοσης (transmission state) : στην κατάσταση αυτή το κανάλι είναι κατειλημμένο διότι κάποιος σταθμός του δικτύου έχει αρχίσει τη μετάδοση των δεδομένων του. Το χρονικό διάστημα που διαρκεί η μετάδοση των δεδομένων του σταθμού που κατέλαβε το κανάλι, ονομάζεται περίοδος μετάδοσης (transmission period). Κατάσταση ανταγωνισμού (contention state) : στην κατάσταση αυτή οι σταθμοί ανταγωνίζονται για τη χρήση του καναλιού. Αυτό σημαίνει πως είτε έχουν εμπλακεί σε κάποια σύγκρουση, είτε βρίσκουν το κανάλι κατειλημμένο από άλλους σταθμούς, και αναβάλουν τη μετάδοσή τους για αργότερα. Επομένως, στο πρωτόκολλο CSMA/CD, ο άξονας του χρόνου χαρακτηρίζεται από την ύπαρξη περιόδων αργίας του καναλιού, οι οποίες εναλλάσσονται με περιόδους ανταγωνισμού και περιόδους μετάδοσης πακέτων. Αυτή η κατάσταση παρουσιάζεται με γραφικό τρόπο στο Σχήμα 37 που ακολουθεί.
Μετάδοση δεδομένων & Δίκτυα Υπολογιστών (Τόμος ΙΙ) 91 Σχήμα 37 : Εναλλαγή περιόδων αργίας, μετάδοσης και ανταγωνισμού, στο πρωτόκολλο CSMA/CD. Η αναγνώριση των συγκρούσεων στο πρωτόκολλο CSMA/CD γίνεται δια της σύγκρισης του σήματος που έστειλε ο σταθμός με εκείνο που διαβάζει στην έξοδο του καναλιού επικοινωνίας. Εάν αυτά τα δύο σήματα είναι διαφορετικά αυτό σημαίνει πως έλαβε χώρα κάποια σύγκρουση. Τέλος είναι σημαντικό να αναφέρουμε πως για να είναι δυνατή η διαδικασία ανίχνευσης των συγκρούσεων, θα πρέπει η χρονική διάρκεια της κάθε χρονοθυρίδας να είναι ίση με 2τ, όπου τ είναι ο χρόνος που απαιτείται για τη μετάδοση του πακέτου δεδομένων μεταξύ των δύο πιο απομακρυσμένων σταθμών του δικτύου. Ερώτηση 6 η : Σε τι διαφέρει το CSMA/CD από το Ethernet? Απάντηση : Η πιο χαρακτηριστική διαφορά που υφίσταται ανάμεσα στο CSMA/CD και στο Ethernet, είναι πως το CSMA/CD είναι πρωτόκολλο (protocol) δηλαδή ένα σύνολο κανόνων που καθορίζουν τον τρόπο πρόσβασης των σταθμών του δικτύου στο μέσο μετάδοσης, ενώ το Ethernet είναι πρότυπο (standard), και περιλαμβάνει ένα σύνολο τυποποιήσεων και συμβάσεων που θα πρέπει να χρησιμοποιήσει κάποιος για να δημιουργήσει ένα δίκτυο. Άρα στην πραγματικότητα πρόκειται για δύο εντελώς διαφορετικά πράγματα. Ας σημειωθεί ωστόσο πως ο αλγόριθμος πρόσβασης των σταθμών στο μέσο μετάδοσης που χρησιμοποιείται στο Ethernet είναι το 1 persistent CSMA/CD. Ωστόσο το πρότυπο του Ethernet δεν περιλαμβάνει μόνο τον αλγόριθμο πρόσβασης στο μέσο, αλλά και πολλά άλλα χαρακτηριστικά, όπως είναι για παράδειγμα το μήκος και ο τύπος των καλωδίων που θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν και ο τρόπος διασύνδεσης των σταθμών πάνω στο μέσο μετάδοσης. Τέλος είναι σημαντικό να αναφερθεί πως το Ethernet αποτέλεσε τη βάση για την ανάπτυξη του προτύπου 802.3 από την IEEE.
Επιμέλεια : Αθανάσιος Ι. Μάργαρης (amarg@uom.gr) 92 Ερώτηση 7 η : Πως υλοποιείται η μέθοδος του κουπονιού διέλευσης στο δίκτυο διαύλου? Απάντηση : Το δίκτυο διαύλου (token bus), χρησιμοποιεί προφανώς την τοπολογία διαύλου ή αρτηρίας (bus topology). Ωστόσο οι σταθμοί του δικτύου σχηματίζουν ένα νοητό δακτύλιο (logical ring) με τον κάθε σταθμό του δακτυλίου, να γνωρίζει τη διεύθυνση του προηγούμενου και του επόμενου σταθμού. Ας σημειωθεί πως δύο σταθμοί οι οποίοι είναι συνεχόμενοι στο λογικό δακτύλιο, δεν είναι υποχρεωτικό να είναι συνεχόμενοι σταθμοί του δικτύου, αλλά μπορεί να βρίσκονται οπουδήποτε. Όταν ο λογικός δακτύλιος δημιουργείται για πρώτη φορά, ο σταθμός με την υψηλότερη αρίθμηση μπορεί να στείλει το πρώτο πλαίσιο. Αφού γίνει αυτό, δίνει την άδεια εκπομπής στον επόμενο σταθμό στέλνοντας ένα ειδικό πλαίσιο που ονομάζεται κουπόνι (token). Αυτό το κουπόνι διαδίδεται πάνω στο λογικό δακτύλιο, και μόνο αυτός που έχει το κουπόνι επιτρέπεται να μεταδίδει πακέτα δεδομένων. Επειδή μόνο ένας σταθμός κάθε φορά θα έχει το κουπόνι, η μετάδοση χαρακτηρίζεται από απουσία συγκρούσεων. Σχήμα 38 : Δίκτυο διαύλου με κουπόνι διέλευσης Το βασικό πλεονέκτημα του διαύλου με κουπόνι είναι πως αφ ενός ο έλεγχος του δικτύου είναι κατανεμημένος σε όλους τους σταθμούς και δεν συμβαίνουν συγκρούσεις, και αφ ετέρου, η χωρητικότητα του δικτύου μπορεί να υπολογιστεί με αρκετά μεγάλη ακρίβεια. Επίσης, επιτρέπει τη χρήση προτεραιοτήτων (priorities) στα μεταδιδόμενα πακέτα, κάτι που δεν γίνεται για παράδειγμα στο 802.3. Το βασικό του μειονέκτημα είναι η υψηλή πολυπλοκότητά του καθώς και η συντήρηση του λογικού δακτυλίου όπου θα πρέπει να αντιμετωπίσουμε προβλήματα της μορφής, τι θα γίνει εάν χαθεί το κουπόνι. Γενικά το 802.4 δεν έτυχε μεγάλης αποδοχής αν και είναι διαθέσιμο στο εμπόριο, και χρησιμοποιείται αρκετά βιομηχανικά συστήματα αυτοματισμού.
Μετάδοση δεδομένων & Δίκτυα Υπολογιστών (Τόμος ΙΙ) 93 Ερώτηση 8 η : Πως υλοποιείται η μέθοδος του κουπονιού διέλευσης στο δίκτυο δακτυλίου? Απάντηση : Στο δίκτυο δακτυλίου με κουπόνι (token ring), οι σταθμοί βρίσκονται συνδεδεμένοι σε τοπολογία δακτυλίου, και η μέθοδος πρόσβασης στο μέσο μετάδοσης απαιτεί την ύπαρξη ενός κουπονιού (token), το οποίο, όταν οι κόμβοι δεν μεταδίδουν πακέτα, περιφέρεται γύρω από το δακτύλιο. Όταν κάποιος κόμβος πρόκειται να μεταδώσει ένα πακέτο, πρέπει να σταματήσει την περιφορά του κουπονιού και να το αποσύρει από το δακτύλιο, για όσο χρονικό διάστημα απαιτεί η μετάδοσή του. Αυτό επιτυγχάνεται με τη στιγμιαία μετατροπή του κουπονιού από πακέτο ελέγχου σε πακέτο δεδομένων, μέσω της αντιστροφής ενός δυαδικού ψηφίου, από τους τρεις χαρακτήρες που διαθέτει. Ας σημειωθεί, πως επειδή υπάρχει μόνο ένα κουπόνι στο δακτύλιο, ένας μόνο κόμβος μπορεί να μεταδώσει ένα πακέτο σε κάθε δεδομένη χρονική στιγμή, επιλύνοντας έτσι το πρόβλημα των συγκρούσεων, με τον ίδιο τρόπο που αντιμετωπίστηκε από το πρότυπο 802.4. Σχήμα 39 : Δίκτυο δακτυλίου με κουπόνι διέλευσης Ας σημειωθεί πως ο κάθε σταθμός του δικτύου δεν συνδέεται απευθείας πάνω στο μέσο μετάδοσης, αλλά διαμέσου κατάλληλα σχεδιασμένων διεπαφών (ring interface). Κάθε διεπαφή μπορεί να λειτουργήσει σε δύο καταστάσεις, στην κατάσταση ακρόασης (listen mode) κατά την οποία τα εισερχόμενα δυαδικά ψηφία αντιγράφονται στην έξοδο, και στην κατάσταση μετάδοσης (transmit mode) η οποία μπορεί να υπάρξει μόνο όταν το κουπόνι σταματήσει την περιφορά του. Όταν ο κόμβος αποστείλει και το τελευταίο δυαδικό ψηφίο του τελευταίου πακέτου του, αναδημιουργεί το κουπόνι, και όταν λάβει το αντίγραφο του πακέτου που έστειλε, επαναφέρει τη διεπαφή σε κατάσταση μετάδοσης. Ας σημειωθεί πως δεν υπάρχει άνω όριο όσον αφορά το μέγεθος των πακέτων και πως ο κάθε σταθμός είναι υπεύθυνος για την απομάκρυνση των πακέτων από το δακτύλιο, όταν αυτά συμπληρώσουν μια πλήρη περιφορά. Συνήθως ο αποστολέας συγκρίνει αυτά που έστειλε με αυτά που έλαβε για λόγους αξιοπιστίας.
Επιμέλεια : Αθανάσιος Ι. Μάργαρης (amarg@uom.gr) 94 Ερώτηση 9 η : Ποια είναι τα πλεονεκτήματα και ποια τα μειονεκτήματα των δικτύων διαύλου και δακτυλίου με κουπόνι διέλευσης? Απάντηση : Το βασικό πλεονέκτημα και των δύο πρωτοκόλλων είναι η α- πουσία συγκρούσεων ανάμεσα στα μεταδιδόμενα πακέτα δεδομένων, αφού η α- ποστολή αυτών είναι δυνατή, μόνο από το σταθμό που κατέχει το κουπόνι. Αυτό το χαρακτηριστικό καθιστά αυτά τα δίκτυα άκρως αποτελεσματικά κυρίως σε συνθήκες υψηλού φορτίου, όπου η απόδοσή τους, μπορεί να φτάσει ακόμη και το 100%. Και οι δύο τοπολογίες επιτρέπουν την απόδοση προτεραιοτήτων στα μεταδιδόμενα πακέτα, αν και η διαχείρισή τους είναι γενικά μια πολύπλοκη διαδικασία. Αναφερόμενοι τώρα σε κάθε πρότυπο ξεχωριστά, το δίκτυο διαύλου με κουπόνι μπορεί να σχεδιαστεί έτσι ώστε να παρέχει ένα εξασφαλισμένο ποσοστό εύρους ζώνης ακόμη και σε κυκλοφορία υψηλής προτεραιότητας, όπως είναι η ψηφιακή φωνή. Επιπλέον μπορεί να χειριστεί πλαίσια πολύ μικρού μήκους, καθώς και να υποστηρίξει πολλά κανάλια, όχι μόνο για δεδομένα, αλλά επίσης για φωνή και τηλεόραση. Το βασικό του μειονέκτημα είναι η δύσκολη συντήρηση του δακτυλίου, με ποιο χαρακτηριστικό παράδειγμα την αναδημιουργία του κουπονιού εάν ο σταθμός που το κρατά, καταρρεύσει. Από την άλλη πλευρά, το δίκτυο δακτυλίου με κουπόνι, χρησιμοποιεί συνδέσεις από σημείο σε σημείο, και επομένως οι τεχνικές μετάδοσης δεδομένων, είναι απλές, και ολοκληρωτικά ψηφιακές. Το βασικό του μειονέκτημα, είναι η παρουσία ενός σταθμού ο οποίος λειτουργεί ως επόπτης (monitor station), και ο οποίος εάν παρουσιάσει πρόβλημα στη λειτουργία του, αυτό μεταφέρεται σε όλο το δακτύλιο. Τέλος, το token ring μπορεί να χειριστεί μικρά πλαίσια δεδομένων, αν και μπορούν να υπάρξουν αυθαίρετα μεγάλα πλαίσια, το μέγεθος των οποίων εξαρτάται μόνο από το χρόνο κράτησης του κουπονιού. Ερώτηση 10 η : Πως υλοποιείται μια σύνδεση N-ISDN? Απάντηση : Σε μια σύνδεση N-ISDN μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα μεγάλο πλήθος διαφορετικού τύπου συσκευών (τηλέφωνα, υπολογιστές, κλπ), οι οποίες χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: στις συσκευές ΤΕ1 (Terminal Equipment 1) οι οποίες είναι συμβατές με τις προδιαγραφές του N-ISDN και συνδέονται απευθείας στο δίκτυο, και στις συσκευές TE2 (Terminal Equipment 2) οι οποίες δεν είναι συμβατές με τις προδιαγραφές του προτύπου, αλλά μπορούν να συνδεθούν στο δίκτυο δια της χρήσης των διατάξεων ΤΑ (Terminal Adaptor). Αυτές οι διατάξεις, συμπληρώνουν τις μη συμβατές με το ISDN λειτουργίες των συσκευών ΤΕ2 και πιο συγκεκριμένα μετατρέπουν τα σήματα ελέγχου των ΤΕ2 σε μορφή κατανοητή από το πρότυπο και προσαρμόζουν το ρυθμό μετάδοσης των δεδομένων των σταθμών ΤΕ2 έτσι ώστε αυτός να είναι ο ίδιος με το ρυθμό των καναλιών επικοινωνίας του προτύπου. Η σύνδεση των συσκευών ΤΕ1 και ΤΕ2 στο δίκτυο, γίνεται δια μέσου των τερματικών μονάδων δικτύου (Network Terminating Device 1, NT1) όπως φαίνεται στο Σχήμα 40 που ακολουθεί.
Μετάδοση δεδομένων & Δίκτυα Υπολογιστών (Τόμος ΙΙ) 95 Σχήμα 40 : Σύνδεση συσκευών ΤΕ1 και ΤΕ2 σε δίκτυο ISDN. Οι συσκευές ΤΕ1 είναι συμβατές με το πρότυπο και συνδέονται απευθείας στο δίκτυο, ενώ οι συσκευές ΤΕ2 οι οποίες δεν είναι συμβατές, απαιτούν τη χρήση των ειδικών προσαρμοστών ΤΑ. Οι βασικές λειτουργίες των διατάξεων ΝΤ1 είναι η σύνδεση, εποπτεία και συντήρηση της γραμμής, καθώς και η πραγματοποίηση ενός μεγάλου πλήθους λειτουργιών όπως είναι ο χρονισμός, η πολυπλεξία, η προσαρμογή τερματικών και η διαχείριση συγκρούσεων. Αυτές οι διατάξεις μπορούν να εξυπηρετήσουν το πολύ μέχρι οκτώ τερματικές μονάδες, ενώ για μεγαλύτερο φόρτο κυκλοφορίας χρησιμοποιούνται οι μονάδες ΝΤ2. Αυτές οι μονάδες συνδέονται στο δίκτυο δια μέσου μιας άλλης συσκευής και οι βασικές τους λειτουργίες είναι η διαχείριση και πολυπλεξία των πληροφοριών σηματοδοσίας, η διασύνδεση των δεδομένων, η συγκέντρωση της κίνησης και η συντήρηση και εποπτεία της φυσικής σύνδεσης. Ερώτηση 11 η : Ποιος είναι ο ρόλος των σημείων αναφοράς στις συνδέσεις ISDN? Απάντηση : Τα σημεία αναφοράς (reference points) έχουν ορισθεί από την CCITT προκειμένου να καθορίσουν τους διαφορετικούς τρόπους διασύνδεσης ανάμεσα στις διάφορες συσκευές του ISDN. Έτσι εάν κάποιος γνωρίζει αυτά τα σημεία, μπορεί αμέσως να καταλάβει ποιες από τις συσκευές του ISDN χρησιμοποιούνται σε κάθε περίπτωση. Για παράδειγμα το σημείο αναφοράς R καθορίζει τη διεπαφή ενός τερματικού ΤΕ2 (μη συμβατού με το ISDN) με τον τερματικό προσαρμοστή ΤΑ, ενώ το σημείο αναφοράς Τ, καθορίζει τη διεπαφή ανάμεσα στις συσκευές ΝΤ1 και ΝΤ2, διαχωρίζοντας τις λειτουργίες τους. Ερώτηση 12 η : Ποιες είναι οι κατηγορίες του ρυθμού πρόσβασης στο ISDN και τι ρόλο παίζουν? Απάντηση : Οι κατηγορίες του ρυθμού πρόσβασης που έχουν τυποποιηθεί από την CCITT και χρησιμοποιούνται σε όλες τις περιπτώσεις χρήσης του ISDN, είναι η κατηγορία βασικού ρυθμού πρόσβασης (Basic Route Access, BRA), και η κατηγορία πρωτεύοντος ρυθμού πρόσβασης (Primary Route Access, PRA).
Επιμέλεια : Αθανάσιος Ι. Μάργαρης (amarg@uom.gr) 96 Η κατηγορία του βασικού ρυθμού πρόσβασης, αφορά την περίπτωση χαμηλής κυκλοφορίας που χρησιμοποιεί ως μέσο επικοινωνίας τη δισύρματη συνδρομητική γραμμή, και περιλαμβάνει ένα κανάλι σηματοδοσίας και δύο το πολύ κανάλια επικοινωνίας (2Β+D). Το κανάλι Β χρησιμοποιείται για τη μεταφορά δεδομένων ή φωνής και έχει χωρητικότητα 64 Kbps, ενώ το κανάλι D χρησιμοποιείται για τη μετάδοση σημάτων ελέγχου και δουλεύει στα 16 ή 64 Kbps. Άρα το σύνολο της χωρητικότητας για το βασικό ρυθμό πρόσβασης, είναι τα 144 Kbps. Από την άλλη πλευρά, η κατηγορία του πρωτεύοντος ρυθμού πρόσβασης, χρησιμοποιεί το σχήμα 30B+D για την Ευρώπη (με συνολική χωρητικότητα 2048 Kbps) και το σχήμα 23B+D για την Αμερική (με συνολική χωρητικότητα 1544 Kbps). Και στις δύο αυτές περιπτώσεις χρησιμοποιείται ένα κανάλι για τη σηματοδοσία, ενώ για τη μεταφορά δεδομένων χρησιμοποιούνται 23 και 30 κανάλια αντίστοιχα.