ίκτυα Υπολογιστών & Επικοινωνία ΙΑΛΕΞΗ 6 Η ιδάσκουσα: : ρ. Παντάνο Ρόκου Φράνκα ρ. Παντάνο Ρόκου Φράνκα 1
Πολύπλεξη ΗΠολύπλεξηείναι η µετάδοση διαφορετικών ρευµάτων πληροφορίας µέσα από την ίδια φυσική ζεύξη. Ροή πληροφορίας εννοούµε µια ακολουθία πακέτων ή ένα ρεύµα από bits που στέλνονται από ένα χρήστη σε κάποιον άλλο. Είδη Πολύπλεξης Οι τρεις µορφές πολύπλεξης είναι: 1. Στατιστική Πολύπλεξη (Statistical Multiplexing) και 2. Πολύπλεξη µε ιαίρεση της ζεύξης σε Ανεξάρτητα Κανάλια Επικοινωνίας. Η οποια µε την σειρα της διακρίνεται σε: Πολυπλεξη µε ιαίρεση Χρόνου-(Time Division Multiplexing TDM) Πολύπλεξη µε ιαίρεση Συχνότητας (Frequency Division Multiplexing-FDM) ρ. Παντάνο Ρόκου Φράνκα 2
Στατιστική πολύπλεξη Ένας απλός τρόπος επίτευξης πολύπλεξης ακολουθιών από πακέτα είναι η στατιστική πολύπλεξη. Σε αυτήν αποθηκεύονται στον ίδιο καταχωρητή τα πακέτα που πρέπει να µεταδοθούν µέσα από µια συγκεκριµένη γραµµή. Από εκεί τα πακέτα µεταδίδονται µε την σειρά µε την οποία έφτασαν ακολουθώντας ένα σχήµα προτεραιοτήτων ρ. Παντάνο Ρόκου Φράνκα 3
Ηαπόδοση της Στατιστικής Πολύπλεξης Το πλεονέκτηµα της Στατιστικής Πολύπλεξης είναι η αποδοτική χρήση της φυσικής ζεύξης. Η ζεύξη δεν είναι ποτέ ανενεργή εφόσον υπάρχουν δεδοµένα για µετάδοση. Βασικά Μειονεκτήµατα της Πολύπλεξη σε σχέση µε την απόδοση της είναι ότι: Σε κάθε πακέτο πρέπει να περιέχεται µια επίπλέον πληροφορία, ένα πεδίο, όπου δηλώνεται το ρεύµα πληροφορίας στο οποίο ανήκει. Τα πακέτα υφίστανται Μεταβλητή Καθυστέρηση λόγω αναµονής. Ο αποστολέας και ο παραλήπτης πρέπει να επεξεργάζονται κάθε πακέτο για να προσδιορίσουν το ρεύµα πληροφορίας στο οποίο ανήκει. ρ. Παντάνο Ρόκου Φράνκα 4
Πολύπλεξη µε ιαίρεση της ζεύξης σε Ανεξάρτητα Κανάλια Επικοινωνίας. ΗΠολύπλεξηµε ιαίρεση της ζεύξης σε Ανεξάρτητα Κανάλια Επικοινωνίας επιτυγχάνεται µε την διαίρεση της ζεύξης σε κανάλια επικοινωνίας (υπηρεσίες επικοινωνίας). ιαχωρίζεται σε: Πολύπλεξη µε ιαίρεση Συχνότητας (Frequency Division Multiplexing-FDM) Πολύπλεξη µε ιαίρεση Χρόνου (Time Division Multiplexing-TDM) ρ. Παντάνο Ρόκου Φράνκα 5
Πολύπλεξη µε ιαίρεση Συχνότητας (Frequency Division Multiplexing-FDM) H Πολύπλεξη µε ιαίρεση Συχνότητας (FDM) επιτυγχάνεται µε την διαίρεση της ζεύξης σε ανεξάρτητα κανάλια επικοινωνίας. Η γραµµή επικοινωνίας διαιρείται σε ένα αριθµό από κανάλια επικοινωνίας. Πολύπλεξη µε ιαίρεση Χρόνου (Time Division Multiplexing-TDM) Είναι µια άλλη µέθοδος διαίρεσης της επικοινωνίας ζεύξης σε ανεξάρτητα κανάλια επικοινωνίας. Ο χρόνος διαιρείται σε τµήµατα ίσης διάρκειας. Στην TDM, η διαίρεση της γραµµής γίνεται µε την διαίρεση του χρόνου σε χρονικές σχισµές. ιαδοχικές χρονικές σχισµές κατανέµονται κυκλικά σε διαφορετικά κανάλια. ρ. Παντάνο Ρόκου Φράνκα 6
Σύγκριση µεταξύ Στατιστικής Πολύπλεξης (SM), Πολύπλεξης µε ιαίρεση Χρόνου (TDM) και Πολύπλεξης µε ιαίρεση Συχνότητας (FDM). ΗΣτατιστική Πολύπλεξη είναι η πιο δαπανηρή από τις τρεις µεθόδους ενώ η TDM και η FDM έχουν ανάλογα κόστη. Η FDM χρησιµοποιείται για να προσαρµόζεται το σήµα στα χαρακτηριστικά του µέσου µετάδοσης. Οι FDM και TDM είναι λιγότερο αποδοτικές σε σχέση µε την Στατιστική Πολύπλεξη για ακανόνιστες ροές πακέτων γιατί: Η FDM και η TDM διαιρούν τη γραµµή σύνδεσης σε επικοινωνιακά κανάλια µε σταθερούς ρυθµούς µετάδοσης, αντίθετα Στη στατιστική πολύπλεξη το ρεύµα πληροφορίας χρησιµοποιεί τη γραµµή επικοινωνίας µόνο όταν υπάρχουν πακέτα προς αποστολή. ρ. Παντάνο Ρόκου Φράνκα 7
Ηπολλαπλή πρόσβαση (Multiple Access). Ένα νέο πεδίο στο σχεδιασµό ικτύων Η Πολλαπλή Πρόσβαση (Multiple Access) είναι µια τεχνική που επιτρέπει σε έναν αριθµό από κόµβους να µοιράζονται ένα κοινό κανάλι µετάδοσης. Στο σύστηµα αυτό ένας αριθµός σταθµών χρησιµοποιεί κοινό κανάλι µετάδοσης µε τους κατάλληλους κανόνες πρόσβασης στο κανάλι ώστε να είναι αποδοτικός, δηλ να µην σπαταλάτε χρόνος λόγω συγκρούσεων και ανενεργών περιόδων. ρ. Παντάνο Ρόκου Φράνκα 8
Η Μέθοδος Πολλαπλής Πρόσβασης Αντίσταση Τερµατικού Οµοαξονικό καλώδιο S1 S2 S3 Sn Έστω S 1,s 2,.,s n Ν σταθµοί συνδεδεµένοι µε οµοαξονικό καλώδιο το οποίο τερµατίζεται στα δύο άκρα του µε µια αντίσταση που απορροφάει κάθε σήµα που την πλησιάζει. Όταν ένα σήµα µεταδίδεται σε ένα σταθµό διαδίδεται ως προς τις δυο κατευθύνσεις µέχρι τα άκρα του καλωδίου όπου και απορροφάται. Οι άλλοι σταθµοί µπορούν να ακούσουν το σήµα. Αν δυο σταθµοί προσπαθούν να µεταδώσουν ταυτόχρονα τα σήµατα, τότε αυτά παραµορφώνονται και έτσι αστοχούν οι µεταδόσεις. Τότε λέµε ότι εµφανίζεται σύγκρουση. Για να αποφευχθεί η σύγκρουση µπορούν να χρησιµοποιηθούν διάφοροι µέθοδοι. ρ. Παντάνο Ρόκου Φράνκα 9
Ηλύση της Πολλαπλής Πρόσβασης Το ίκτυο ALOHA Η ιαδικασία για την µετάδοση πακέτου µε την Πολλαπλή Πρόσβαση είναι η εξής: Η πληροφορία διαιρείται από κάθε σταθµό σε πακέτα. Όταν ένας σταθµός έχει ένα πακέτο για µετάδοση τότε το µεταδίδει. Αν η µετάδοση του πακέτου συγκρουστεί µε την µετάδοση κάποιου άλλου πακέτου τότε ο σταθµός περιµένει για τυχαίο χρονικό διάστηµα και επαναλαµβάνει την διαδικασία. ρ. Παντάνο Ρόκου Φράνκα 10
Ηλύση της Πολλαπλής Πρόσβασης Το ίκτυο ALOHA Αν οι τυχαίες καθυστερήσεις επαναµετάδοσης επιλεγούν κατάλληλα τότε τα Πακέτα µεταδίδονται χωρίς συγκρούσεις. Αυτή η προσέγγιση ακολουθήθηκε στο ίκτυο ALOHΑ Τα δίκτυα ETHERNET χρησιµοποιούν µια παραλλαγή του ALOHA. Στα δίκτυα ETHERNET ορίζεται ότι ο σταθµός πρέπει να περιµένει µέχρι το κανάλι να φτάσει σε ηρεµία, πριν προσπαθήσει την µετάδοση. Το δίκτυο ETHERNET κάνει καλύτερη χρήση του καναλιού µετάδοσης από τι το δίκτυο ALOHA ρ. Παντάνο Ρόκου Φράνκα 11
Τα Πρωτόκολλα Αρτηρία µε Κουπόνι (Token-bus Protocol) και ακτύλιος µε Κουπόνι (Token-Ring Protocol) Το Πρωτόκολλο Αρτηρίας µε Κουπόνι (Τo Κουπόνι είναι ένας ειδικός συνδυασµός από bits µε µια επιγραφή- είναι τεχνική πολλαπλής πρόσβασης) ρυθµίζει τις µεταδόσεις χρησιµοποιώντας ένα κουπόνι το οποίο κυκλοφορεί µεταξύ των σταθµών. Το Πρωτόκολλο ακτυλίου µε Κουπόνι είναι ένα παρόµοιο πρωτόκολλο για σταθµούς που είναι συνδεδεµένοι σε τοπολογία δακτυλίου. ρ. Παντάνο Ρόκου Φράνκα 12
Μέθοδος µετάδοσης µε Πρωτόκολλο µε Κουπόνι (Token-Passing Protocol) Οσταθµός S 1 µεταδίδει ένα πακέτο. Στην συνέχεια µεταδίδει το κουπόνι µε επιγραφή S 2. Οι σταθµοί ακούν και µπορούν να λάβουν την πληροφορία του πακέτου που έστειλε ο S 1. Αφού σταλεί το κουπόνι µε επιγραφή S 2 µόνο ο σταθµός S 2 µπορεί να µεταδώσει πακέτο πληροφορίας το οποίο ακολουθείται από ένα κουπόνι µε επιγραφή S 3.Κατόπιν ο σταθµός S 3 µεταδίδει ένα πακέτο πληροφορίας το οποίο ακολουθείται από ένα κουπόνι µε επιγραφή S 4. ρ. Παντάνο Ρόκου Φράνκα 13
Μέθοδος µετάδοσης µε Πρωτόκολλο µε Κουπόνι (Token-Passing Protocol) Η διαδικασία συνεχίζεται µέχρι να µεταδώσει και ο σταθµός S Ν ένα πακέτο πληροφορίας το οποίο ακολουθείται από ένα κουπόνι µε επιγραφή S 1.. Τότε η όλη διαδικασία επαναλαµβάνεται από την αρχή. Για να λειτουργήσει το πρωτόκολλο αυτό είναι αναγκαίο οι επιγραφές των κουπονιών να έχουν την σειρά: S 1. S 2 S 3 S 4. S Ν. αφού τα κουπόνια χρησιµοποιούνται µε διαδοχική σειρά.. Επιπλέον ορισµένοι σταθµοί µπορεί να µην µεταδίδουν πακέτα πληροφορίας. ρ. Παντάνο Ρόκου Φράνκα 14