093 Computer+Networks+I.unlocked

21/3/2011

1

∆ΙΚΤΥΑ Ι∆ΙΚΤΥΑ Ι

ΚΩΝ/ΝΟΣ ΡΑΝΤΟΣΚΩΝ/ΝΟΣ ΡΑΝΤΟΣ[email protected]@teikav.edu.gr

∆ΙΚΤΥΑ Ι

2∆ΙΚΤΥΑ Ι

Εννοιολογική θεμελίωση

Τι είναι δίκτυο

Συλλογή αλληλοσυνδεδεμένων αυτόνομων συστημάτων. Κύριο χαρακτηριστικό τους είναι η κοινή χρήση πόρων, κυρίως δεδομένων και συσκευών (π.χ. εκτυπωτής) αλλά και υπολογιστικής ισχύος.

Παραδείγματα: Internet Internet Κυβερνητικά (ΣΥΖΕΥΞΙΣ) Πανεπιστημιακά (GUnet) Τραπεζικά (κλειστά δίκτυα)

3∆ΙΚΤΥΑ Ι

∆ίκτυο

Μπορεί να είναι της μορφής:

Ή:

4∆ΙΚΤΥΑ Ι

Αλλά και:

Το διαδικτυακό υλικό αποτελείται από κόμβους που μπορεί να είναι: Τελικές συσκευές που ονομάζονται hosts Ενδιάμεσοι μεταγωγείς:

• Hubs• Switches

∆ικτυακές συσκευές

• Bridges• Routers• Gateways

5∆ΙΚΤΥΑ Ι

Hub (Ομφαλός):


συσκευή πολλών θυρών η οποία συνδέει δικτυακές συσκευές μεταξύ τους.

• Έχει το χαρακτηριστικό ότι τα δεδομένα που φθάνουν σε μια από τις θύρες προωθούνται προς όλες τις άλλες θύρες (δηλαδή το hubδε κάνει κανένα έλεγχο διευθύνσεων).

• Χρησιμοποιείται σε τοπικό επίπεδο για πολύ μικρά δίκτυα

6∆ΙΚΤΥΑ Ι

21/3/2011

2


Switch (Μεταγωγέας):

συσκευή πολλών θυρών η οποία συνδέει άλλες δικτυακές συσκευές (συμπεριλαμβανομένων άλλων switches και hubs) μεταξύ τους.

• στέλνουν τα δεδομένα μόνο στη γραμμή στην οποία είναι συνδεδεμένος ο προορισμός μειώνοντας έτσι την κίνηση

• χρησιμοποιεί MAC διευθύνσεις

Bridge (Γέφυρα):


συνδέει διαφορετικά τμήματα δικτύου ή διαφορετικές τεχνολογίες δημιουργώντας ένα μεγαλύτερο δίκτυο ενώ ελέγχει παράλληλα την κίνηση μεταξύ τους.

Router (Δρομολογητής):


οριοθετεί και συνδέει δίκτυα μεταξύ τους και δρομολογεί πακέτα βρίσκοντας το μονοπάτι που οδηγεί στον προορισμό.

• Η δρομολόγηση γίνεται βάσει πινάκων ή αλγορίθμων δρομολόγησης.

9

Gateway (Πύλη):


ενώνει δύο διαφορετικά δίκτυα μεταξύ τους επιτρέποντας έτσι τη χρήση διαφορετικών τεχνολογιών (πρωτοκόλλων).

μπορεί να έχει και τη μορφή λογισμικού π.χ. Residential gateway

10

Η επικοινωνία των δικτυακών κόμβων είναι εφικτή χάρη στη χρήση κοινών προτύπων, στη διευθυνσιοδότηση και την αποτελεσματική λειτουργία των ενδιάμεσων δικτυακών κόμβων

Με μια ματιά

11∆ΙΚΤΥΑ Ι

Internet

Στο διαδίκτυο γίνεται βάσει των ΙΡ διευθύνσεων IPv4: 32bit αριθμός ο οποίος αναπαριστάται από 4 δεκαδικούς αριθμούς (με τιμές 0-255) π.χ. 85.32.12.1, 127.224.18.5

Σε τοπικό επίπεδο χρησιμοποιούνται MAC διευθύνσεις 48bit φυσική διεύθυνση υπολογιστή

Με μια ματιά - ∆ιευθυνσιοδότηση

48bit φυσική διεύθυνση υπολογιστή

12∆ΙΚΤΥΑ Ι

Internet

21/3/2011

3

Μέσα μετάδοσης

Καλώδια

Χάλκινα: Χαμηλή αντίσταση σε ηλεκτρικό ρεύμα, επιτρέπουν τη μετάδοση σε μεγάλες αποστάσεις.

• Ομοαξονικά

Σ έ ζ ύ

13∆ΙΚΤΥΑ Ι

• Συστρεμμένα ζεύγη

Οπτικές ίνες Ασύρματες επικοινωνίες

∆ορυφορικές


Καλώδια Χάλκινα: Χαμηλή αντίσταση σε ηλεκτρικό ρεύμα, επιτρέπουν τη μετάδοση σε μεγάλες αποστάσεις.

• Ομοαξονικά• Συστρεμμένα ζεύγη

14∆ΙΚΤΥΑ Ι

Οπτικές ίνες Ασύρματες επικοινωνίες Δορυφορικές

Προβλήματα που παρουσιάζουν τα καλώδια: Θόρυβος (noise): Προκαλείται από συσκευές που περιτριγυρίζουν το καλώδιο και έχουν ως αποτέλεσμα την αλλοίωση του σήματος.

Χάλκινα καλώδια

15∆ΙΚΤΥΑ Ι

Προβλήματα που παρουσιάζουν τα καλώδια: Εξασθένιση (attenuation): Η απώλεια της ισχύος του σήματος κατά τη μεταφορά του. Όσο μεγαλύτερο είναι το καλώδιο τόσο μεγαλύτερη εξασθένιση υπάρχει. Η επίδραση αυτού του προβλήματος είναι εντονότερη στις υψηλές συχνότητες.


16∆ΙΚΤΥΑ Ι

Προβλήματα που παρουσιάζουν τα καλώδια: Αλληλεπίδραση κυκλωμάτων (crosstalk): Είναι το φαινόμενο όπου ηλεκτρικά σήματα από το ένα καλώδιο επηρεάζουν κάποιο σήμα σε όμορο καλώδιο με αποτέλεσμα να μειώνεται η ακεραιότητα των σημάτων

• Μεγαλύτερη πιθανότητα αλλοίωσης των δεδομένων.


17∆ΙΚΤΥΑ Ι

• Τα UTP καλώδια είναι πολύ πιο ευπαθή από ότι τα STP και ομοαξονικά καλώδια.

Μέσα μετάδοσης – Χάλκινα Καλώδια

Ομοαξονικό καλώδιο (coaxial): Αποτελείται από ένα χάλκινο πυρήνα (D) που περιβάλλεται από μονωτικό υλικό (C), ό PVC T fl

18∆ΙΚΤΥΑ Ι

όπως PVC και Teflon, το οποίο με τη σειρά του περιβάλλεται από γείωση (Β) και ένα πλαστικό περίβλημα (Α).

21/3/2011

4


Ομοαξονικό καλώδιο Χαρακτηριστικά:+ Είναι πιο ανθεκτικό σε ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (σε σύγκριση με καλώδια συστρεμμένου ζεύγους), και κατά συνέπεια μπορεί να καλύπτει μεγαλύτερες αποστάσεις και

19∆ΙΚΤΥΑ Ι

να προσφέρει μεγαλύτερες ταχύτητες.

+ Μεγάλο εύρος περιοχής: Μέχρι 400MHz.

+ Μεγαλύτερα μήκη καλωδίων (σε σύγκριση με καλώδια συστρεμμένου ζεύγους).

+ Μικρό κόστος

– Απώλεια σήματος σε υψηλές συχνότητες.


Συστρεμμένο ή σύστροφο ζεύγος (Twisted Pair): Μονωμένα χάλκινα καλώδια που περιβάλλονται από ένα προστατευτικό περίβλημα. Η συστροφή των καλωδίων

20∆ΙΚΤΥΑ Ι

συστροφή των καλωδίων επηρεάζει την αντίσταση τους σε ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές και άμβλυνση του σήματος.

Συστρεμμένο ζεύγος: ∆ιαφορετικές κατηγορίες καλωδίων ανάλογα με τη συστροφή των καλωδίων, το είδος της μόνωσης, τη ποιότητα του αγώγιμου υλικού και τη προστασία του καλωδίου. Αυτά τα χαρακτηριστικά επίσης καθορίζουν και το ρυθμό μετάδοσης δεδομένων.


21∆ΙΚΤΥΑ Ι

+ Μικρό κόστος και ευκολία στη χρήση.

– Ο χαλκός παρεμποδίζει τη κίνηση των ηλεκτρονίων με αποτέλεσμα να έχουμε μείωση της ισχύος του σήματος μετά από κάποια απόσταση. Για αυτό το λόγο το μέγιστο μήκος ενός συγκεκριμένου τύπου καλωδίου είναι προκαθορισμένο.

– Εκπέμπουν ακτινοβολία πράγμα που τα καθιστά ανασφαλή.


Συστρεμμένο ζεύγος χωρίς προστασία (unshielded twisted pair, UTP): Χωρίς πρόσθετη προστασία.

έ ύ

22∆ΙΚΤΥΑ Ι

Συστρεμμένο ζεύγος με προστασία ή θωράκιση (shielded twisted pair, STP):Έχει πρόσθετη προστασία από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές.

Τύποι:

UTP: Unshielded Twisted Pair• Το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο καλώδιο

STP: Shielded Twisted Pair FTP: Foiled Twisted Pair ή screened UTP (S/UTP)

Συστρεμμένα Ζεύγη

23∆ΙΚΤΥΑ Ι

FTP: Foiled Twisted Pair ή screened UTP (S/UTP) Χαρακτηριστικά:

+ Μικρό κόστος και ευκολία στη χρήση.

– Ο χαλκός παρεμποδίζει τη κίνηση των ηλεκτρονίων με αποτέλεσμα να έχουμε μείωση της ισχύος του σήματος μετά από κάποια απόσταση. Για αυτό το λόγο το μέγιστο μήκος ενός συγκεκριμένου τύπου καλωδίου είναι προκαθορισμένο.

– Εκπέμπουν ακτινοβολία (ορισμένοι τύποι) πράγμα που τα καθιστά ανασφαλή.

Οπτικές ίνες: Χρησιμοποιούν ένα είδος γυαλιού για να μεταφέρουν κύματα φωτός τα οποία αντιπροσωπεύουν δεδομένα.

Χαρακτηριστικά: + Πολύ υψηλές ταχύτητες μετάδοσης.


ψη ς χ η ς μ ης

+ Μετάδοση σε μεγάλες αποστάσειςχωρίς να χάνεται η ισχύς του σήματος.

+ Πολύ πιο ασφαλείς από UTP, STP και ομοαξονικά καλώδια.

– Κόστος.

– ∆ύσκολο χειρισμό.

24∆ΙΚΤΥΑ Ι

21/3/2011

5

Ασύρματες επικοινωνίες: Πρόκειται για τη μετάδοση χωρίς τη χρήση κάποιου κατευθυντικού μέσου.

Χρησιμοποιούνται για μετάδοση τηλεοπτικών καναλιών, από κινητά τηλέφωνα, δορυφορικές


25∆ΙΚΤΥΑ Ι

επικοινωνίες, καθώς και για μετάδοση δεδομένων από συσκευές μικρής εμβέλειας (Bluetooth, Wireless LAN).

Ασύρματες επικοινωνίες: δύο βασικοί τύποι ασύρματης μετάδοσης:Μετάδοση προς μια κατεύθυνση: Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία εκπέμπεται προς μια κατεύθυνση όπου οι κεραίες του αποστολέα και του παραλήπτη πρέπει να είναι ευθυγραμμισμένες


26∆ΙΚΤΥΑ Ι

παραλήπτη πρέπει να είναι ευθυγραμμισμένες.Μετάδοση προς όλες τις κατευθύνσεις: Το σήμα εκπέμπεται προς όλες τις κατευθύνσεις και μπορεί να ληφθεί από πολλές κεραίες.

Δορυφορικές Γεωστατικοί δορυφόροι• Μπαίνουν σε τροχιά που είναι απόλυτα συγχρονισμένη με αυτή της γης (περιστρέφονται


27∆ΙΚΤΥΑ Ι

μαζί με τη γη). • Βρίσκονται σε ύψος 35,800km από την επιφάνεια της γης.

• Μόνο 180 δορυφόροι μπορούν να μπουν σε αυτή τη τροχιά (πρέπει να έχουν απόσταση 2 μοιρών ως προς το επίπεδο 360 μοιρών του ισημερινού για να μην υπάρχουν παρεμβολές).

ΔορυφορικέςΔορυφόροι χαμηλής τροχιάς• Βρίσκονται σε ύψος 350 με 700 χιλιόμετρα από την επιφάνεια της γης.

• Περιστρέφονται πιο


28∆ΙΚΤΥΑ Ι

ρ ρ φγρήγορα από τη γη (πλήρη περιστροφή σε 1,5 ώρα περίπου)

• Δε μπορούν να καλύψουν συγκεκριμένη περιοχή.

Τρόποι μετάδοσης δεδομένων Αναλογικά σήματα

Αναλογικά σήματα: Συνεχή ηλεκτρικά σήματα οι τιμές των οποίων ποικίλλουν στο χρόνο. Το πλάτος ενός σήματος μπορεί να έχει οποιαδήποτε τιμή ανάλογα με την ισχύ του. Για τη μετάδοση του χρησιμοποιείται κάποια διαδικασία διαμόρφωσης και ένα “φέρων” σήμα

29∆ΙΚΤΥΑ Ι

διαδικασία διαμόρφωσης και ένα φέρων σήμα. • ∆ιαμόρφωση πλάτους: Η ισχύς

του φέροντος σήματος τροποποιείται με τη προσθήκη ενός διαμορφωτικού σήματος.

• ∆ιαμόρφωση συχνότητας: Η συχνότητα μετάδοσης του σήματος (αριθμός των κυμάτων σε ένα ορισμένο χρονικό διάστημα) εναλλάσσεται μεταξύ συγκεκριμένων τιμών.

Ψηφιακά σήματα: αναπαριστούν δυαδικά ψηφία ως ηλεκτρικούς παλμούς (διαφορά τάσης).

Πλεονεκτήματα ψηφιακών σημάτων:– Κόστος: Η εξέλιξη της ψηφιακής τεχνολογίας έχει οδηγήσει σε μείωση του κόστους χρήσης της.

– Ακεραιότητα δεδομένων: Είναι εφικτή η μετάδοση δεδομένων σε

Τρόποι μετάδοσης δεδομένωνΨηφιακά σήματα

30∆ΙΚΤΥΑ Ι

– Ακεραιότητα δεδομένων: Είναι εφικτή η μετάδοση δεδομένων σε μεγαλύτερες αποστάσεις και μέσω γραμμών χαμηλότερης ποιότητας χωρίς να χάνεται η ακεραιότητα των δεδομένων.

– Εκμετάλλευση της χωρητικότητας: Γίνεται με τη χρήση μεθόδωνπολυπλεξίας η οποία επιτυγχάνεται πολύ πιο εύκολα και με μικρότερο κόστος με ψηφιακές τεχνικές (διαίρεσης χρόνου) από ότι με αναλογικές (διαίρεσης συχνότητας).

– Ασφάλεια: Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ψηφιακά δεδομένα.

21/3/2011

6

Αναλογικά και Ψηφιακά

Αναλογικά και ψηφιακά: Αντιστοιχούν, χοντρικά, σε συνεχή και διακριτά. Αναλογικά δεδομένα: Παίρνουν συνεχείς τιμές μέσα σε ένα διάστημα. Π.χ., ήχος και τηλεόραση.

Ψηφιακά δεδομένα: Έχουν διακριτές τιμές. Π.χ., κείμενο, ακέραιοι

31∆ΙΚΤΥΑ Ι

ακέραιοι. Αναλογικά σήματα: Ένα συνεχές μεταβλητό ηλεκτρομαγνητικό κύμα το οποίο μπορεί να διαδοθεί μέσω διαφόρων μέσων μεταφοράς, π.χ. ενσύρματη επικοινωνία, χρησιμοποιώντας συστρεμμένα ζεύγη, ή ομοαξονικά καλώδια, οπτικές ίνες, ατμόσφαιρα.

Ψηφιακά σήματα: Μια σειρά από παλμούς τάσης τα οποία μπορούν να μεταφερθούν μέσω ενός καλωδίου.

Αναλογικά και Ψηφιακά

Τα αναλογικά δεδομένα δεν είναι απαραίτητο ότι θα μεταφερθούν χρησιμοποιώντας αναλογικά σήματα. Το ίδιο και για τα ψηφιακά. Αναλογικά δεδομένα – Αναλογικά σήματα: Π.χ. Τηλέφωνο. Το σήμα καταλαμβάνει το ίδιο φάσμα με τα δεδομένα ή τα δεδομένα κωδικοποιούνται για να καταλάβουν ένα διαφορετικό τμήμα του

32∆ΙΚΤΥΑ Ι

κωδικοποιούνται για να καταλάβουν ένα διαφορετικό τμήμα του φάσματος.

Αναλογικά δεδομένα – Ψηφιακά σήματα: Η μετάδοση γίνεται με τη χρήση κωδικοποιητή/αποκωδικοποιητή (CODEC).

Ψηφιακά δεδομένα – Αναλογικά σήματα: Η μετάδοση γίνεται με τη χρήση modem (modulator/demodulator).

Ψηφιακά δεδομένα – Ψηφιακά σήματα: Η μετάδοση γίνεται με τη χρήση ψηφιακού μεταδότη.

Τρόποι μετάδοσης δεδομένωνΣύγχρονες και Ασύγχρονες επικοινωνίες

Σύγχρονες: Οι δύο συσκευές είναι συγχρονισμένες μέσω ενός ωρολογιακού μηχανισμού ή ενός σήματος που επιτρέπει τις δύο συσκευές να συγχρονιστούν. Χρησιμοποιούνται για μεταφορά μεγάλης ποσότητας δεδομένων αφού λόγω του συγχρονισμού τους δεν απαιτείται η αποστολή πρόσθετων δεδομένων.

33∆ΙΚΤΥΑ Ι

πρόσθετων δεδομένων.

Ασύγχρονες: Οι δύο συσκευές δεν είναι συγχρονισμένες και ο αποστολέας μπορεί να μεταδώσει δεδομένα ανά πάσα στιγμή χωρίς τη σε πραγματικό χρόνο συμμετοχή του παραλήπτη. Η απουσία ρολογιού επιβάλει τη χρήση άλλων μεθόδων συγχρονισμού (οι πληροφορίες αυτές μεταφέρονται μαζί με τα δεδομένα).

Με σύνδεση: Η επικοινωνία γίνεται κατόπιν δημιουργίας σύνδεσης μεταξύ των εμπλεκομένων, ενώ ο τερματισμός γίνεται με τη διακοπή της.

Χωρίς σύνδεση: Ο αποστολέας απλά στέλνει

Τρόποι μετάδοσης δεδομένων

34∆ΙΚΤΥΑ Ι

Χωρίς σύνδεση: Ο αποστολέας απλά στέλνει δεδομένα όταν είναι έτοιμος. ∆εν απαιτείται κάποια προεργασία.

Ευρείας Ζώνης (broadband): Ταυτόχρονη μεταφορά πολλών σημάτων με τη χρήση διαφορετικών καναλιών (Καλωδιακή TV, T1, T3, ISDN, ATM, DSL). Απαιτείται διαμόρφωση των δεδομένων πριν τη μεταφορά τους.

Τρόποι μετάδοσης δεδομένων Ευρείας και Βασικής Ζώνης

35∆ΙΚΤΥΑ Ι

Βασικής Ζώνης (baseband): Μεταφορά μόνο ενός σήματος (Ethernet, token ring).Μετάδοση σήματος, αναλογικού ή ψηφιακού, χωρίς την ανάγκη διαμόρφωσης του.

Απλά, με μικρό κόστος, και αξιόπιστα.

Τρόποι μετάδοσης δεδομένων

Μονόδρομες και αμφίδρομες επικοινωνίεςΜονόδρομη επικοινωνία: Μετάδοση δεδομένων μόνο προς μία κατεύθυνση.

Ημι-αμφίδρομη επικοινωνία: Μεταφορά δεδομένων και προς τις δύο κατευθύνσεις αλλά μόνο προς μία

36∆ΙΚΤΥΑ Ι

ρ ς ς ς μ ρ ς μκατεύθυνση κάθε φορά.

Αμφίδρομη επικοινωνία: Ταυτόχρονη μεταφορά δεδομένων και προς τις δύο κατευθύνσεις.

21/3/2011

7

Κατηγορίες δικτύων

Δίκτυα μικρής εμβέλειας ή προσωπικής περιοχής (Personal Area Network ή PAN)Πρόκειται για δίκτυα που καλύπτουν τις ανάγκες ενός ή περισσοτέρων ατόμων

37∆ΙΚΤΥΑ Ι

γ ς ς ή ρ ρ μμέσα σε ένα πολύ περιορισμένο χώρο (π.χ. δωμάτιο).

Μπορεί να έχει τη μορφή ενσύρματου (USB, Firewire) ή ασύρματου (IrDA, Bluetooth).

Τοπικά δίκτυα (Local Area Network ή LAN) Τυπικά συνδέουν υπολογιστές σε έναν όροφο κτιρίου, σε ένα κτίριο ή σε μια μικρή περιοχή (π.χ. Πανεπιστήμιο).

Δημιουργήθηκαν τη δεκαετία του 70. Μέσα: Οπτικές ίνες, ομοαξονικά, συστρεμμένα ζεύγη,


38∆ΙΚΤΥΑ Ι

ασύρματα. Ταχύτητες: 10Mbps-

1Gbps Τεχνολογίες:

Ethernet, Token Ring

Τοπικό δίκτυο (LAN)

Μητροπολιτικά δίκτυα (Metropolitan Area Network ή MAN)Καλύπτουν συνήθως ολόκληρες πόλεις (σε έκταση

50Km)Δημιουργήθηκαν


40∆ΙΚΤΥΑ Ι

ημ ουργήθη ατη δεκαετία του 80.

Μέσα: Οπτικές ίνες.

Δίκτυα Ευρείας Ζώνης (Wide Area Network ή WAN)Καλύπτουν ολόκληρες πολιτείες, χώρες, ηπείρους. Δημιουργήθηκαν τη δεκαετία του 60. Μέσα: Οπτικές


41∆ΙΚΤΥΑ Ι

Μέσα: Οπτικές ίνες, δορυφόροι, καλώδια.

Τοπολογίες δικτύων

Τοπολογία είναι η διάταξη των υπολογιστών και όλων των δικτυακών συσκευών. Τοπολογία διαύλου (bus) Τοπολογία αστέρα (star)Κυκλικό δίκτυο (ring)

42∆ΙΚΤΥΑ Ι

Κυκλικό δίκτυο (ring)Δενδρική τοπολογία (tree)Άναρχη τοπολογία (mesh)

21/3/2011

8

Οι δικτυακές συσκευές είναι συνδεδεμένες πάνω σε ένα κεντρικό δίαυλο – (backbone) Είναι εύκολες στην εγκατάσταση και δεν απαιτούν Μειονέκτημα: κάθε κόμβος εξαρτάται από όλους τους

Τοπολογία διαύλου (bus topology)

43∆ΙΚΤΥΑ Ι

εξαρτάται από όλους τους προηγούμενους. Εάν κάποιος αποτύχει τότε όλοι οι υπόλοιποι θα τεθούν εκτός δικτύου.

Κάθε κόμβος είναι συνδεδεμένος μέσω μιας αποκλειστικής γραμμής σε μια κεντρική συσκευή(hub ή switch). Έχει αυξημένο κόστοςαλλά και μεγαλύτερη

ή ί ύ

Τοπολογία αστέρα (star topology)

44∆ΙΚΤΥΑ Ι

ανοχή σε αστοχίες υλικού(εκτός από τον κεντρικόκόμβο)

Μία σειρά από δικτυακές συσκευές συνδεδεμένες σε μια κυκλική γραμμή μονόδρομης μετάδοσης. Χρησιμοποιείται τόσο σε LANs, MANs, όσο και WANs.Χαρακτηριστικό παράδειγμα η τεχνολογία FDDI (Fiber

Distributed Data Interface)

Κυκλική τοπολογία (ring topology)

45∆ΙΚΤΥΑ Ι

)κυκλικό δίκτυο.

Μειονέκτημα: κάθε κόμβος εξαρτάται από όλους τους προηγούμενους. Εάν κάποιος αποτύχει τότε όλοι οι υπόλοιποι θα τεθούν εκτός δικτύου.

Πρόκειται για συνδυασμό πολλών τοπολογιών αστέρα συνδεδεμένες μεταξύ τους χρησιμοποιώντας τοπολογία διαύλουΚύριο χαρακτηριστικό της

∆ενδρική τοπολογία (tree topology)

46∆ΙΚΤΥΑ Ι

ρ χ ρ ηρ ηςείναι η επεκτασιμότητα

Χρησιμοποιεί πολλές συνδέσεις μεταξύ των κόμβων – έτσι ώστε να υπάρχουν τουλάχιστον δύο διαφορετικά μονοπάτια για κάθε κόμβο.Παρουσιάζει μεγάλη ανοχή σε αστοχίες υλικού.

Άναρχη τοπολογία (mesh topology)

47∆ΙΚΤΥΑ Ι

χ ςΔύσκολη η δρομολόγηση λόγω των πολλών εναλλακτικών μονοπατιών

Υψηλό κόστος λόγω του αυξημένου όγκου καλωδίων

Τοπολογίες δικτύων

Υπάρχει διαφορά μεταξύ φυσικής και λογικής τοπολογίας.Η λογική αρχιτεκτονική αφορά στον τρόπο με τον οποίο δουλεύει το δίκτυο ενώ η φυσική αφορά στον τρόπο με τον οποίο οι συσκευές είναι συνδεδεμένες

48∆ΙΚΤΥΑ Ι

μεταξύ τους.Η λογική αρχιτεκτονική δεν ανταποκρίνεται πάντα στη φυσική διάταξη του δικτύου.

Π.χ. Ένα τοπικό δίκτυο (Ethernet) που χρησιμοποιεί hubs αντί για switches έχει αστεροειδή φυσική αρχιτεκτονική αλλά η λογική του αρχιτεκτονική είναι διαύλου.

21/3/2011

9

∆ΙΚΤΥΑ Ι

49∆ΙΚΤΥΑ Ι

Εισαγωγή στο μοντέλο OSIΠαράμετροι απόδοσης των μέσων

μετάδοσης

Αρχιτεκτονική δικτύων

Το λογισμικό των δικτύων είναι δομημένο.

Αρχιτεκτονική δικτύου: το σύνολο των επιπέδων και πρωτοκόλλων που χαρακτηρίζουν ένα δίκτυο.

Π λ ί δ ή Κάθ ί δ

50∆ΙΚΤΥΑ Ι

Πολυεπίπεδη αρχιτεκτονική: Κάθε επίπεδο προσφέρει συγκεκριμένες υπηρεσίες σε υψηλότερα επίπεδα κρύβοντας ταυτόχρονα από αυτά τις λεπτομέρειες της υπηρεσίας.


Πλεονεκτήματα πολυεπίπεδης αρχιτεκτονικής: Μείωση της πολυπλοκότητας σχεδίασης (κάθε επίπεδο είναι υπεύθυνο για συγκεκριμένες λειτουργίες).

Εύκολη αντικατάσταση της υλοποίησης των υπηρεσιών που προσφέρει κάθε επίπεδο (οι υπηρεσίες παραμένουν ίδιες). Παράδειγμα: Εάν έχουμε μια δικτυακή εφαρμογή που

51∆ΙΚΤΥΑ Ι

ς) ρ γμ χ μ μ ή φ ρμ γήχρησιμοποιεί ενσύρματη επικοινωνία και θέλουμε να βελτιώσουμε αυτήν την εφαρμογή έτσι ώστε να έχουμε και ασύρματες επικοινωνίες, δε χρειάζεται να αλλάξουμε όλη την εφαρμογή. Είναι κάτι σαν τον αντικειμενοστραφή προγραμματισμό.

Πρωτόκολλο: ένα συγκεκριμένο σύνολο από κανόνες που προσδιορίζουν την επικοινωνία σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο. Δύο διαφορετικά συστήματα μπορούν να επικοινωνήσουν και να καταλάβουν το ένα το άλλο επειδή χρησιμοποιούν το ίδιο πρωτόκολλο. Πρόκειται για ένα είδος συμφωνίας μεταξύ των δύο πλευρών για τον τρόπο με τον


52∆ΙΚΤΥΑ Ι

οποίο θα πρέπει να γίνεται η επικοινωνία. Υπηρεσία: ένα σύνολο από συγκεκριμένες λειτουργίες που προσφέρει ένα επίπεδο στο ακριβώς ανώτερο του.

Πρωτόκολλα και Υπηρεσίες

Επίπεδο Ν Επίπεδο ΝΝ-Πρωτόκολλο

Υπηρεσία προς επίπεδο (Ν+1)

Υπηρεσία προς επίπεδο (Ν+1)

53∆ΙΚΤΥΑ Ι

Επίπεδο Ν Επίπεδο ΝΝ-Πρωτόκολλο

Υπηρεσία (Ν-1) επιπέδου

Υπηρεσία (Ν-1) επιπέδου

Το επίπεδο Ν ονομάζεται πάροχος υπηρεσίας (service provider)και το επίπεδο N+1 χρήστης υπηρεσίας (service user).

Το επίπεδο Ν χρησιμοποιεί τις υπηρεσίες του επιπέδου Ν-1 και παρέχει με τη σειρά τους τις δικές του υπηρεσίες στο επίπεδο Ν+1.


54∆ΙΚΤΥΑ Ι

Μονάδα δεδομένων πρωτοκόλλου (Protocol Data Unit PDU): Το σύνολο δεδομένων που ορίζεται σε ένα πρωτόκολλο ενός συγκεκριμένου επιπέδου και το οποίο αποτελείται από την πληροφορία ελέγχου του πρωτοκόλλου για αυτό το επίπεδο, και πιθανώς δεδομένα χρηστών για αυτό το επίπεδο. Π.χ. ένα πακέτο που ανταλλάσσεται μεταξύ δύο επιπέδων. Οι οντότητες του στρώματος Ν ανταλλάσσουν Ν-PDUs χρησιμοποιώντας το πρωτόκολλο στρώματος Ν.

21/3/2011

10

Πληροφορία ελέγχου πρωτοκόλλου: Πληροφορία που ανταλλάσσεται μεταξύ των οντοτήτων σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο με σκοπό οι δύο πλευρές να συντονίσουν τη λειτουργία τους για αυτό το επίπεδο.

Πρακτικά κάθε επίπεδο προσθέτει τις δικές του πληροφορίες στα


55∆ΙΚΤΥΑ Ι

δεδομένα πριν να τα προωθήσει προς το κατώτερο επίπεδο για μετάδοση και αντίστοιχα αφαιρεί τις πληροφορίες που το αφορούν πριν να προωθήσει τα δεδομένα στο ανώτερο επίπεδο.

Μοντέλο OSI

Το OSI (Open Systems Interconnection) μοντέλο αποτελεί ένα μοντέλο αναφοράς στη δόμηση δικτύων

Δεν αποτελεί μια συγκεκριμένη αρχιτεκτονική δικτύου επειδή δεν ορίζει τις ακριβείς υπηρεσίες, ούτε τα πρωτόκολλα που πρέπει να χρησιμοποιούνται σε κάθε επίπεδο.

Αποτελείται από 7 στρώματα/επίπεδα τα οποία χωρίζονται σε 2 άδ

56∆ΙΚΤΥΑ Ι

ομάδες: Τα τρία ανώτερα ορίζουν πως οι εφαρμογές στους τερματικούς σταθμούς επικοινωνούν μεταξύ τους και με τους χρήστες

Τα τέσσερα κατώτερα ορίζουν πως τα δεδομένα διακινούνται από άκρη σε άκρη.

Application Εφαρμογής

Presentation Παρουσίασης

Session Συνόδου

T

Application Εφαρμογής

Presentation Παρουσίασης

Session Συνόδου

T

Παρέχει τη διεπαφή με τον χρήστη

Παρουσιάζει δεδομέναΧειρίζεται διεργασίες (π.χ. κωδικοποίηση, κρυπτογράφηση)

∆ιαχωρίζει τα δεδομένα των εφαρμογών

Παρέχει τη διεπαφή με τον χρήστη

Παρουσιάζει δεδομέναΧειρίζεται διεργασίες (π.χ. κωδικοποίηση, κρυπτογράφηση)

∆ιαχωρίζει τα δεδομένα των εφαρμογών

Μοντέλο OSI

57∆ΙΚΤΥΑ Ι

TransportΜεταφοράς

Network∆ικτύου

Data LinkΖεύξης

PhysicalΦυσικό

TransportΜεταφοράς

Network∆ικτύου

Data LinkΖεύξης

PhysicalΦυσικό

Παρέχει αξιόπιστη ή μη μεταφορά των δεδομένωνΕξασφαλίζει τη διόρθωση λαθών πριν την αναμετάδοση

Είναι υπεύθυνο για τη διευθυνσιοδότηση και τη δρομολόγηση των δεδομένων

Συνδυάζει πακέτα σε bytes και bytes σε πλαίσιαΠαρέχει πρόσβαση στο μέσο μετάδοσης χρησιμοποιώντας MAC διευθύνσεις

Ανίχνευση και διόρθωση λαθών

∆ιακινεί bits μεταξύ συσκευώνΟρίζει τάση, ταχύτητα μέσου

Παρέχει αξιόπιστη ή μη μεταφορά των δεδομένωνΕξασφαλίζει τη διόρθωση λαθών πριν την αναμετάδοση

Είναι υπεύθυνο για τη διευθυνσιοδότηση και τη δρομολόγηση των δεδομένων

Συνδυάζει πακέτα σε bytes και bytes σε πλαίσιαΠαρέχει πρόσβαση στο μέσο μετάδοσης χρησιμοποιώντας MAC διευθύνσεις

Ανίχνευση και διόρθωση λαθών

∆ιακινεί bits μεταξύ συσκευώνΟρίζει τάση, ταχύτητα μέσου

Μοντέλο OSI

Application

Presentation

Application

Presentation

Application

PresentationΠρωτόκολλο xΠρωτόκολλο x

ΕφαρμογήΑ

ΕφαρμογήΑ

ΕφαρμογήΒ

ΕφαρμογήΒ

Data

DataH

Data

DataH

Web Browsing, Email, File Transfer, Chat,…Web Browsing, Email, File Transfer, Chat,…

58∆ΙΚΤΥΑ Ι

ese tat o

Session

Transport

Network

Data Link

Physical

ese tat o

Session

Transport

Network

Data Link

Physical

ese tat o

Session

Transport

Network

Data Link

PhysicalΡοή ∆εδομένωνΡοή ∆εδομένων

Πρωτόκολλο yΠρωτόκολλο y

DataHH

..

..

..

DataHH TT …………

T DataHH

..

..

..

DataHH TT …………

T

Επίπεδο Εφαρμογής (Application Layer)

Παρουσίαση των δεδομένων στον χρήστη. Π.χ. που θα τοποθετηθούν στην οθόνη, σε τι μορφή, με ποια σειρά κλπ.

Πρωτόκολλα επιπέδου: Εφαρμογές που χρησιμοποιούν οι χρήστες (HTTP, FTP, SMTP, Telnet, IMAP, POP, SNMP)

59∆ΙΚΤΥΑ Ι

Επίπεδο Παρουσίασης (Presentation Layer)

Παρουσιάζει δεδομένα στο επίπεδο εφαρμογής και είναι υπεύθυνο για τη σύνταξη και τη “μετάφραση” της μεταδιδόμενης πληροφορίας.

Στόχος του είναι όλα αυτά τα bits που λαμβάνει από τα κατώτερα στρώματα να αρχίζουν να παίρνουν συγκεκριμένη μορφή έτσι ώστε να μπορεί να τα επεξεργαστεί είτε η εφαρμογή που τα

ίζ ί ί λά ά ό ά θ

60∆ΙΚΤΥΑ Ι

χειρίζεται είτε να είναι απλά κατανοητά από τον άνθρωπο. Παράδειγμα αποτελεί η κωδικοποίηση των δεδομένων. Εργασίες όπως η συμπίεση και αποσυμπίεση δεδομένων, κρυπτογράφηση και αποκρυπτογράφηση σχετίζονται με αυτό το επίπεδο.

Ορισμένα πρότυπα του επιπέδου παρουσίασης σχετίζονται με εφαρμογές πολυμέσων (π.χ. tiff, mpeg, midi, jpeg, rtf).

21/3/2011

11

Επίπεδο Συνόδου (Session Layer)

Παρέχει τους μηχανισμούς για τη δημιουργία, διαχείριση και τερματισμό συνόδων μεταξύ χρηστών.

Μπορεί να ελέγχει τον συγχρονισμό της ταυτόχρονης αποστολής δεδομένων από δύο ή περισσότερες εφαρμογές. Π.χ. Web conferencing, όπου εικόνα και ήχος θα πρέπει να μεταδίδονται ταυτόχρονα.

61∆ΙΚΤΥΑ Ι

Ελέγχει το “διάλογο” μεταξύ των κόμβων καθώς και τη σειρά με την οποία γίνεται η μετάδοση (ταυτόχρονα και προς τις δύο πλευρές ή προς μια κατεύθυνση κάθε φορά). Διαχείριση σκυτάλης: Μόνο η πλευρά που έχει τη σκυτάλη μπορεί να εκτελέσει μια λειτουργία.

Συγχρονισμός: Ασχολείται με τα προβλήματα που προκύπτουν από τη μετάδοση μεγάλων ποσοτήτων δεδομένων (π.χ. να μπορεί να συνεχιστεί μια μετάδοση από το σημείο που διακόπηκε μετά από την κατάρρευση του συστήματος).

Επίπεδο Μεταφοράς (Transport Layer)

Δέχεται δεδομένα από το επίπεδο συνόδου, τα τεμαχίζει σε μικρότερα τμήματα, τα διοχετεύει στο στρώμα δικτύου και καθορίζει τον τρόπο μεταφοράς τους.

Φροντίζει ώστε όλα τα τμήματα να φθάσουν σωστά στον παραλήπτη.

Φροντίζει για τις δημιουργίες συνδέσεων ανάλογα με τις ά άδ δ δ έ

62∆ΙΚΤΥΑ Ι

ανάγκες μετάδοσης των δεδομένων. Πολλαπλές συνδέσεις (για ανάγκες ταχείας μεταφοράς)

Καθορίζει τον τύπο υπηρεσίας που θα προσφέρει στο στρώμα συνόδου. Δίαυλος σημείου προς σημείο, χωρίς σφάλματα, παράδοση μηνυμάτων με τη σειρά με την οποία στέλνονται.

Μεταφορά μεμονωμένων μηνυμάτων χωρίς εγγύηση ως προς τη σειρά λήψης.

Επίπεδο ∆ικτύου (Network Layer)

Φροντίζει για τη δρομολόγηση των πακέτων. Γίνεται η δρομολόγηση βάσει στατικών πινάκων, καθορίζεται στην αρχή μιας επικοινωνίας ή δυναμικά αναλόγως του τρέχοντος φορτίου του δικτύου;

Υπάρχει επαρκής διευθυνσιοδότηση και συμβατότητα των επικοινωνούντων δικτύων

63∆ΙΚΤΥΑ Ι

Κάνει έλεγχο συμφόρησης έτσι ώστε να μην υπάρχει συνωστισμός στο δίκτυο. Σε μια τέτοια περίπτωση πρέπει να διαλέξει εναλλακτικές διαδρομές έτσι ώστε να αποσυμφορηθεί η κίνηση.

Επίπεδο Ζεύξης ∆εδομένων(Data Link Layer)

Φροντίζει για την ανίχνευση σφαλμάτων κατά τη μετάδοση.

Σπάει τα δεδομένα εισόδου σε πλαίσια (data frames), στέλνει τα πλαίσια με τη σειρά και επεξεργάζεται τα πλαίσια επαλήθευσης (acknowledgement frames) που λαμβάνει από τον παραλήπτη

64∆ΙΚΤΥΑ Ι

λαμβάνει από τον παραλήπτη. Φροντίζει για την οριοθέτηση των πλαισίων, επισυνάπτοντας ειδικές ακολουθίες bit στην αρχή και στο τέλος του πλαισίου.

Επίπεδο Ζεύξης ∆εδομένων(Data Link Layer)

Φροντίζει για την αναμετάδοση κατεστραμμένων ή χαμένων πλαισίων καθώς και την επίλυση προβλημάτων που προκύπτουν από διπλά πλαίσια σε περίπτωση αναμετάδοσης.

Φροντίζει για την ομαλή ροή των δεδομένων έτσι ώστε ένας γρήγορος αποστολέας να μη κατακλύσει έναν αργό

65∆ΙΚΤΥΑ Ι

ένας γρήγορος αποστολέας να μη κατακλύσει έναν αργό παραλήπτη.

Έλεγχος πρόσβασης σε κοινό δίαυλο: Με αυτό το πρόβλημα ασχολείται ένα ειδικό υπόστρωμα του στρώματος ζεύξης δεδομένων, το υπόστρωμα προσπέλασης στο μέσο μετάδοσης.

Φυσικό Επίπεδο (Physical Layer)

Ασχολείται με τη μετάδοση bits μέσω ενός διαύλου επικοινωνίας.

Καθορίζει παραμέτρους (μηχανικά, ηλεκτρικά χαρακτηριστικά, μέσο μετάδοσης) ώστε να γίνεται ορθή αποστολή και λήψη bits:

66∆ΙΚΤΥΑ Ι

Πόσα Volts απαιτούνται για την αναπαράσταση του bit 0 και πόσα για το 1.

Πόσο διαρκεί η μετάδοση ενός bit. Υπάρχει μετάδοση δεδομένων προς τη μια κατεύθυνση μόνο ή και προς τις δύο;

21/3/2011

12

∆εδομένα που ανταλλάσσονται

Application

Presentation

Session

Application

Presentation

Session

APDUAPDU

PPDUPPDU

SPDUSPDU

Application

Presentation

Session

Application

Presentation

Session

67∆ΙΚΤΥΑ Ι

Transport

Network

Data Link

Physical

Transport

Network

Data Link

Physical

TPDUTPDU

Πακέτο (Packet)Πακέτο (Packet)

Πλαίσιο (Frame)Πλαίσιο (Frame)

BitBit

Transport

Network

Data Link

Physical

Transport

Network

Data Link

Physical

Το μοντέλο αναφοράς TCP/IP

Το de facto πρότυπο για τα περισσότερα δίκτυα. Αποτελείται από 4 στρώματα: ΕφαρμογήςΜεταφοράς

68∆ΙΚΤΥΑ Ι

ΔιαδικτύουΠρόσβασης στο δίκτυο

Αντιστοιχία OSI - TCP/IP

69∆ΙΚΤΥΑ Ι


Παράμετροι απόδοσης των μέσων:Baud rate: Ο αριθμός των αλλαγών του σήματος που μπορεί να δημιουργήσει το υλικό το δευτερόλεπτο.

Σημαντικό ρόλο παίζουν οι φυσικές ιδιότητες του υλικού

70∆ΙΚΤΥΑ Ι

Σημαντικό ρόλο παίζουν οι φυσικές ιδιότητες του υλικού

Για κάποια συστήματα το baud rate ισοδυναμεί με τον αριθμό των bits που στέλνονται το δευτερόλεπτο (bitrate).

Π.χ. Το σύστημα RS-232 (σειριακή θύρα) χρησιμοποιεί δύο τάσεις για να μεταφέρει bits και επομένως 9600baud σημαίνει 9600bits/sec.


Παράμετροι απόδοσης των μέσων:Baud rate:

Εάν κάποιο σήμα χρησιμοποιεί τις τάσεις 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, και 7 κάθε τιμή του σήματος θα μπορούσε να μεταφέρει 3 bits και έτσι ο ρυθμός bit θα ήταν

71∆ΙΚΤΥΑ Ι

να μεταφέρει 3 bits και έτσι ο ρυθμός bit θα ήταν τριπλάσιος του ρυθμού baud. Όταν μιλάμε για δυαδική μετάδοση τότε ο αριθμός των bits/secισοδυναμεί με το baud rate.

Εύρος Ζώνης (Bandwidth)

Ταχύτητα ή Εύρος Ζώνης (Bandwidth): είναι η θεωρητική ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων ή η χωρητικότητα του καναλιού μετάδοσης

Ο αριθμός δεδομένων που μπορούν να μεταδοθούν σε ένα ορισμένο χρονικό διάστημα (πιο συγκεκριμένα σε ένα

72∆ΙΚΤΥΑ Ι

ορισμένο χρονικό διάστημα (πιο συγκεκριμένα, σε ένα δευτερόλεπτο).

Μπορούμε επίσης να το σκεφτούμε και ως το χρόνο που απαιτείται για τη μετάδοση ενός bit.

Μονάδα μέτρησης τα bits/sec (bps).

21/3/2011

13

Μέσα μετάδοσης – Παράμετροι απόδοσης

Καθυστέρηση ή χρόνος μετάδοσης (transmission delay): Ο χρόνος που απαιτείται ώστε να μπουν όλα τα δεδομένα (bits) στη γραμμή μετάδοσης.

P/C, όπου P: Μέγεθος πακέτου (bits) καιC: Εύρος ζώνης γραμμής (bits/sec)

73∆ΙΚΤΥΑ Ι

ρ ς ζ ης γρ μμής ( / )


Καθυστέρηση διάδοσης (propagation delay): Ο χρόνος που απαιτείται για να μεταδοθεί ένα bit από τη μια άκρη της γραμμής στην άλλη.

d/s, όπου d: Μήκος της γραμμήςs: Ταχύτητα μετάδοσης στο μέσο

74∆ΙΚΤΥΑ Ι

s: Ταχύτητα μετάδοσης στο μέσο

Στις ασύρματες μεταδόσεις:s=c, όπου c η ταχύτητα του φωτός

(~300.000km/sec)

Στις ενσύρματες μεταδόσεις (χαλκός): ~0.67c


Καθυστέρηση διάδοσης: είναι γνωστή και ως latency και διαχωρίζεται περαιτέρω σε: One-way: Ο χρόνος που απαιτείται ώστε ένα bit να φτάσει από τον αποστολέα στον παραλήπτη

One-way latency

75∆ΙΚΤΥΑ Ι

Round-trip: One-way latency από την πηγή προς τον προορισμό + one-way latency από τον προορισμό πίσω στην πηγή. Δε περιλαμβάνει χρόνο επεξεργασίας δεδομένων:

• χρησιμοποιείται περισσότερο καθώς είναι πιο εύκολη η μέτρηση από το ένα σημείο (πηγή) – π.χ. ping

Round-trip latency


Η καθυστέρηση ή χρόνος μεταφοράς δεδομένων αποτελείται από: Καθυστέρηση διάδοσης (Εξαρτάται από την απόσταση και το μέσο στο οποίο μεταδίδεται το σήμα)

+ Χρόνος μετάδοσης (εξαρτάται από το εύρος ζώνης της

76∆ΙΚΤΥΑ Ι

Χρόνος μετάδοσης (εξαρτάται από το εύρος ζώνης της γραμμής και το μέγεθος του πακέτου μέσα στο οποίο βρίσκονται τα δεδομένα)

+ Καθυστερήσεις στην επεξεργασία των δεδομένων αλλά και λόγωαναμονής στην ουρά, ή λόγω άλλων απαιτήσεων του εκάστοτε πρωτοκόλλου.


Διέλευση (Throughput): Αναφέρεται στην πραγματική μέση απόδοση μιας γραμμής η οποία επηρεάζεται σημαντικά από τα χαρακτηριστικά του πρωτοκόλλου μετάδοσης.

Διέλευση = ΌγκοςΔεδομένων/ΧρόνοςΜεταφοράς

77∆ΙΚΤΥΑ Ι

Διέλευση ΌγκοςΔεδομένων/ΧρόνοςΜεταφοράς


Π.χ. Έστω ότι για τη μεταφορά ενός αρχείου 1ΜΒ απαιτείται η αποστολή πακέτων μεγέθους 1ΚΒ και λήψη σχετικής επαλήθευσης μεγέθους 100 bytes μέσα από μια γραμμή του 1Μbps με RTT=100ms. Ποιος είναι ο συνολικός χρόνος αποστολής των δεδομένων;

78∆ΙΚΤΥΑ Ι

Ποιος είναι ο συνολικός χρόνος αποστολής των δεδομένων; Ποια είναι η διέλευση;

21/3/2011

14

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Έστω ότι έχουμε μια γραμμή των 50km. Ποιο πρέπει να είναι το εύρος ζώνης έτσι ώστε η καθυστέρηση διάδοσης (όταν η ταχύτητα διάδοσης του σήματος είναι 2x108 m/s) να είναι ίση με το χρόνο μετάδοσης ενός πακέτου των 100 bytes;

79∆ΙΚΤΥΑ Ι

χρ μ ης ς y ;

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Ποιο είναι το “μήκος” ενός bit σε μια χάλκινηγραμμή του 1Mbps; Η ταχύτητα διάδοσης του σήματος μέσα στο χαλκό είναι 2.3x108 m/s.

80∆ΙΚΤΥΑ Ι

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Ποιος είναι ο συνολικός χρόνος που απαιτείται για τη μεταφορά ενός αρχείου μεγέθους 5ΜΒ μέσα από μια γραμμή μετάδοσης των 2Mbps όταν αυτό μεταδίδεται σε πακέτα των 100kB και για την μετάδοση του επόμενου πακέτου απαιτείται

81∆ΙΚΤΥΑ Ι

μετάδοση του επόμενου πακέτου απαιτείται επιβεβαίωση του προηγούμενου με ένα πακέτο μεγέθους 10Β; To round-trip latency είναι 100ms και για τις ανάγκες της άσκησης θεωρούμε ότι 1kb=1000b.Ποιο είναι το throughput αυτής της γραμμής;

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Έστω μια δορυφορική σύνδεση με τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: Τα δεδομένα μεταδίδονται σε πλαίσια μεγέθους 2048 bytes από τα οποία τα πραγματικά δεδομένα είναι τα 2043 bytes (τα υπόλοιπα αποτελούν δεδομένα ελέγχου)D 64kb

82∆ΙΚΤΥΑ Ι

Data rate: 64kbps Propagation delay: 180ms Μέγεθος επιβεβαίωσης: 10bytes Χρόνος επεξεργασίας πακέτου πριν την αποστολή επιβεβαίωσης: 25ms

Προσδιορίστε: Χρόνο μετάδοσης πλαισίου, Συνολικό χρόνο αποστολής πλαισίου και λήψης επιβεβαίωσης, throughput της γραμμής

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Υπολογίστε το συνολικό χρόνο που απαιτείται για τη μεταφορά ενός αρχείου 1.5ΜΒ για τις ακόλουθες περιπτώσεις, υποθέτοντας ότι η καθυστέρηση διάδοσης με επιστροφή είναι RTT=80ms, και ότι τα δεδομένα στέλνονται σε πακέτα μεγέθους 1ΚΒ το καθένα (Για

ύ ά ύ ό

83∆ΙΚΤΥΑ Ι

τους σκοπούς της άσκησης θεωρούμε ότι 1.5ΜΒ = 1.5x106 Bytes).

1. Το εύρος ζώνης είναι 10Mbps, και έχουμε συνεχή αποστολή πακέτων.

2. Το εύρος ζώνης είναι 10Mbps, αλλά μετά την αποστολή κάθε πακέτου δεδομένων πρέπει να περιμένουμε μια επαλήθευση αμελητέου μεγέθους πριν την αποστολή του επόμενου.

3. Η γραμμή δε θέτει περιορισμούς στη ταχύτητα μετάδοσης, αλλά περιορίζει το εύρος ζώνης έτσι ώστε μόνο 20 πακέτα μπορούν να σταλούν κάθε 80ms.

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Λύση: 1. Αφού έχουμε συνεχή ροή ο χρόνος που απαιτείται για την αποστολή των δεδομένων θα είναι ίσος με το χρόνο μετάδοσης + καθυστέρηση διάδοσης = 1.5x8/10 + 40ms=1.2sec

2. Ο αριθμός των πακέτων που θα σταλούν είναι 1500. Η αποστολή του κάθε πακέτου απαιτεί 8Κbits/10000Κbps + 80ms = 80 8 ms

84∆ΙΚΤΥΑ Ι

του κάθε πακέτου απαιτεί 8Κbits/10000Κbps + 80ms = 80.8 ms. Για την αποστολή όλων των πακέτων απαιτείται χρόνος ίσος με 1500x80.8ms.

3. Αφού μπορούν να σταλούν μόνο 20 πακέτα κάθε 80sec, για να σταλούν 1500 πακέτα απαιτούνται 75x80ms.

21/3/2011

15

∆ΙΚΤΥΑ Ι

85∆ΙΚΤΥΑ Ι

ΠολυπλεξίαΜεταγωγή

Πολυπλεξία

Είναι η τεχνική σύμφωνα με την οποία μία φυσική σύνδεση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για πολλαπλές επικοινωνίες. Έχει ως σκοπό το μοίρασμα της χωρητικότητας έτσι ώστε να υπάρχει πιο αποτελεσματική χρήση της γραμμής μετάδοσης.

86∆ΙΚΤΥΑ Ι

ρχ μ ή χρή η ης γρ μμής μ ηςΧρησιμοποιείται κυρίως σε γραμμές υψηλής χωρητικότητας.

Δίνει επίσης τη δυνατότητα της ταυτόχρονης χρήσης της γραμμής από πολλούς σταθμούς.

MUX

ΣΥΝ∆ΥΑΣΤΗΣn εισόδους

DEMUX

∆ΙΑΧΩΡΙΣΤΗΣn εξόδους

1 γραμμή

n κανάλια

Πολυπλεξία

Δύο βασικοί μηχανισμοί πολυπλεξίας: Πολυπλεξία διαίρεσης συχνότητας

(Frequency Division Multiplexing, FDM) Πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου

(Time Division Multiplexing, TDM)

87∆ΙΚΤΥΑ Ι

Πολυπλεξία διαίρεσης συχνότητας

Είναι η τεχνική όπου το φάσμα συχνοτήτων χωρίζεται σε λογικά κανάλια (ή διαύλους) και κάθε χρήστης κάνει αποκλειστική χρήση μιας συγκεκριμένης ζώνης συχνοτήτων.

Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί η μετάδοση των καναλιών τηλεόρασης.

Τεχνική: Διαφορετικά σήματα μπορούν να μεταφερθούν

88∆ΙΚΤΥΑ Ι

ταυτόχρονα εάν κάθε σήμα διαμορφωθεί σε μια διαφορετική συχνότητα φέροντος σήματος και οι συχνότητες φερόντων σημάτων είναι επαρκώς διαχωρισμένες ώστε να μην υπάρχει επικάλυψη του εύρους τους.

Ο κάθε χρήστης κάνει χρήση των συχνοτήτων που του αντιστοιχούν είτε έχει δεδομένα να στείλει είτε όχι.


Είναι δυνατή όταν το εύρος ζώνης του μέσου μετάδοσης ξεπερνά το άθροισμα από το εύρος ζώνης των σημάτων που θα μεταδοθούν.

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποστολή σημάτων μέσω καλωδίων, ραδιοσυχνοτήτων, και οπτικών ινών.

Το σύνθετο σήμα που μεταφέρεται είναι αναλογικό Ωστόσο τα

89∆ΙΚΤΥΑ Ι

Το σύνθετο σήμα που μεταφέρεται είναι αναλογικό. Ωστόσο τα σήματα εισόδου μπορεί να είναι είτε αναλογικά είτε ψηφιακά (σε αυτή την περίπτωση το σήμα πρέπει να περάσει μέσα από ένα modem).

Η τεχνική αυτή χρησιμοποιείται και στις οπτικές ίνες οπότε ονομάζεται πολυπλεξία με διαίρεση μήκους κύματος (wavelength division multiplexing – WDM). Οι διαφορετικές πηγές συνδυάζονται σε μια μόνο ακτίνα φωτός η οποία διαχωρίζεται όταν φθάσει στον προορισμό της.


Παράδειγμα: Θέλουμε να μεταφέρουμε τρία σήματα εύρους 3,000 Hz χρησιμοποιώντας έναν δίαυλο στον οποίο η μετάδοση περιορίζεται (με τη χρήση φίλτρων) στις συχνότητες 60 εως 72 KHz. Για να μεταδώσουμε αυτά τα σήματα μαζί αλλάζουμε τη συχνότητα του καθενός έτσι ώστε κάθε σήμα να καταλαμβάνει ένα μέρος της ζώνης αυτής. Π.χ. το πρώτο σήμα μπορεί να

90∆ΙΚΤΥΑ Ι

έ α μέρος ης ζώ ης αυ ής χ ο ρώ ο σήμα μ ορε αδιαδοθεί διαμορφώνοντας κατάλληλα φέρον σήματα έτσι ώστε το πρώτο να μεταδοθεί χρησιμοποιώντας 60-64KHz, το δεύτερο στα 64-68KHz, και το τρίτο στα 68-72KHz.

Η χρήση εύρους ζώνης των 4KHz όταν οι απαιτήσεις είναι για 3KHz είναι για να αποφύγουμε φαινόμενα αλληλεπίδρασης των σημάτων.

21/3/2011

16

Πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου

Σήματα μπορούν να μεταφερθούν μέσω μιας φυσικής σύνδεσης με την χρονική εναλλαγή της μεταφοράς τμημάτων του κάθε σήματος ξεχωριστά. Η εναλλαγή μπορεί να είναι σε επίπεδο bit, bytes, ή μεγαλύτερες ποσότητες.

Ο χρόνος μετάδοσης διαιρείται σε τμήματα τα οποία ονομάζονται χρονοσχισμές τις οποίες χρησιμοποιούν οι σταθμοί για να

δώ δ δ έ

91∆ΙΚΤΥΑ Ι

μεταδώσουν τα δεδομένα τους. Είναι εφικτή όταν ο επιτεύξιμος ρυθμός μετάδοσης δεδομένων του μέσου μετάδοσης είναι τουλάχιστον ίσος με το άθροισμα των επιμέρους ρυθμών μετάδοσης δεδομένων των ψηφιακών σημάτων που θέλουμε να μεταφέρουμε.


Μπορεί να υλοποιηθεί πλήρως από ψηφιακά κυκλώματα.

Δε μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μεταφορά αναλογικών δεδομένων (εκτός αν αυτά ψηφιοποιηθούν).

92∆ΙΚΤΥΑ Ι

Μετά την πολυπλεξία το ψηφιακό σήμα μπορεί να μετατραπεί και σε αναλογικό για να μεταφερθεί.


Έχουμε δύο κατηγορίες: Σύγχρονη πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου (synchronous time

division multiplexing – Sync TDM) Στατιστική πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου (statistical time

division multiplexing – Stat TDM)

93∆ΙΚΤΥΑ Ι

Η διαφορά τους είναι ότι στην πρώτη περίπτωση η χρονοσχισμή θα δεσμευτεί για κάποιο σταθμό ακόμη και αν αυτός δεν έχει δεδομένα να μεταδώσει, ενώ στη δεύτερη περίπτωση στέλνονται σήματα για εκείνες μόνο τις εισόδους που έχουν να μεταδώσουν δεδομένα.

Κάτω από αυτό το πρίσμα η Sync TDM έχει τα ίδια χαρακτηριστικά με την FDM.


Η σύγχρονη TDM αποκαλείται έτσι όχι γιατί έχουμε σύγχρονη μετάδοση αλλά γιατί οι είσοδοι είναι προκαθορισμένοι και έχουν ανατεθεί σε συγκεκριμένους σταθμούς.

Στη σύγχρονη TDM ανάλογα με τις απαιτήσεις που έχει άθ ί δ ύ ί

94∆ΙΚΤΥΑ Ι

η κάθε είσοδος και με την ταχύτητα με την οποία στέλνει δεδομένα μπορεί να της ανατεθεί και ο αντίστοιχος αριθμός slots.


Στη στατιστική TDM ο πολυπλέκτης ελέγχει ποιες από τις εισόδους έχουν δεδομένα έτοιμα προς αποστολή και συγκεντρώνει δεδομένα μέχρι να συμπληρωθεί ένα πλαίσιο το οποίο και αποστέλλει.

Δεδομένου ότι σε κάθε χρονική στιγμή δεν έχουμε μετάδοση από όλες τις εισόδους, ο ρυθμός μετάδοσης της πολυπλεγμένης

95∆ΙΚΤΥΑ Ι

γραμμής μπορεί να είναι μικρότερος από το άθροισμα των ρυθμών μετάδοσης των εισόδων. Επομένως ένας στατιστικός TDM μπορεί να χρησιμοποιήσει μια σύνδεση με μικρότερο ρυθμό μετάδοσης από ότι ένας σύγχρονος TDM.

Το μειονέκτημα είναι ότι μαζί με τα δεδομένα χρειάζεται η μετάδοση πρόσθετων πληροφοριών που θα ενημερώνουν τον παραλήπτη πολυπλέκτη σε ποια είσοδο ανήκει το κάθε slot.

Συνδυασμός FDM και TDM

Οι δύο αυτές μέθοδοι πολυπλεξίας μπορούν να συνδυαστούν. Παράδειγμα αποτελούν οι ραδιοφωνικοί σταθμοί όπου με τη φωνή έχουμε και τη μεταφορά δεδομένων.

Για τη μετάδοση της φωνής χρησιμοποιείται η τεχνική FDM ό άθ θ ό δίδ ή

96∆ΙΚΤΥΑ Ι

FDM όπου κάθε σταθμός μεταδίδει το σήμα του σε διαφορετική συχνότητα. Ο κάθε σταθμός όμως μπορεί να χρησιμοποιήσει την τεχνική TDM για να μεταφέρει και δεδομένα.

21/3/2011

17

FDM vs TDM

Διαφορές μεταξύ FDM και TDM;

97∆ΙΚΤΥΑ Ι

Πολυπλεξία και οπτικές ίνες

Χρήση των FDM και TDM μεθόδων στις οπτικές ίνες (στην πρώτη περίπτωση έχουμε την πολυπλεξία διαίρεσης μήκους κύματος και στην δεύτερη τα δίκτυα SONET).

Πολυπλεξία Διαίρεσης Μήκους Κύματος –l h i i i l i l i ( )

98∆ΙΚΤΥΑ Ι

Wavelength Division Multiplexing (WDM) Πρόκειται για μια παραλλαγή της τεχνικής Πολυπλεξίας Διαίρεσης Συχνότητας.

Όπως και με την FDM έτσι και εδώ μεταδίδονται ταυτόχρονα πολλαπλά κύματα φωτός χρησιμοποιώντας μόνο μια ίνα.

Η πολυπλεξία είναι δυνατή γιατί ένα φως που μεταδίδεται σε συγκεκριμένη συχνότητα δεν παρεμβάλλει στη μετάδοση ενός άλλου φωτός σε άλλη συχνότητα.

Μεταγωγή

Πρόκειται για την τεχνική με την οποία δεδομένα μεταφέρονται από τον ένα κόμβο στον άλλο με τη χρήση τρίτων ενδιάμεσων κόμβων οι οποίοι μπορεί να υλοποιούν και διαφορετικές τεχνολογίες.

Δύο τεχνολογίες:Μεταγωγή κυκλώματος

99∆ΙΚΤΥΑ Ι

– Μεταγωγή κυκλώματος,

– Μεταγωγή πακέτου (∆ύο πολύ γνωστές τεχνολογίες που βασίζονται σε αυτό είναι τα Frame Relay δίκτυα και τα ATM δίκτυα).

Μεταγωγή κυκλώματος

Απαιτεί την ύπαρξη ενός αφιερωμένου σε αυτή τη σύνδεση μονοπατιού επικοινωνίας.

Το μονοπάτι είναι μια σειρά από συνδέσεις μεταξύ

100∆ΙΚΤΥΑ Ι

συνδέσεις μεταξύ δικτυακών κόμβων.

Σε κάθε φυσική σύνδεση ένα λογικό κανάλι αφιερώνεται σε αυτήν την επικοινωνία.


Η επικοινωνία μέσω μεταγωγής κυκλώματος απαιτεί τρεις φάσεις.

– ∆ημιουργία κυκλώματος: Είναι απαραίτητη πριν τη μετάδοση οποιουδήποτε σήματος. Τυπικά γίνεται με την αίτηση του ενός κόμβου προς τον πρώτο ενδιάμεσο κόμβο για δημιουργία σύνδεσης με τον κόμβο-

ό Ο ώ δ ά ό β θ θή β

101∆ΙΚΤΥΑ Ι

προορισμό. Ο πρώτος ενδιάμεσος κόμβος θα προσπαθήσει να βρει τον επόμενο κόμβο (βάσει πληροφοριών δρομολόγησης) και να δεσμεύσει ένα κανάλι (χρησιμοποιώντας κάποια μέθοδο πολυπλεξίας) για την μετακίνηση δεδομένων σε αυτό το κανάλι.

– Μετάδοση δεδομένων: Έχουμε τη διακίνηση των δεδομένων από τον ένα σταθμό στον άλλο.

– Αποσύνδεση κυκλώματος: Το κύκλωμα απελευθερώνεται και τα επιμέρους τμήματα είναι διαθέσιμα για άλλες συνδέσεις.


Μειονεκτήματα:– Η χωρητικότητα ενός καναλιού δεσμεύεται για τη διάρκεια της σύνδεσης,

ακόμα και αν δεν υπάρχει ανταλλαγή δεδομένων.

– Υπάρχει καθυστέρηση πριν τη μετάδοση των δεδομένων που απαιτείται για την δημιουργία της σύνδεσης.

102∆ΙΚΤΥΑ Ι

– Όταν υπάρχει μεγάλη κίνηση κάποιες συνδέσεις μπορεί να απορριφθούν γιατί δεν υπάρχουν οι δυνατότητες και άλλης σύνδεσης.

– Η χρέωση τυπικά γίνεται βάσει χρόνου χρήσης της σύνδεσης.

Πλεονεκτήματα:– Από τη στιγμή που θα δημιουργηθεί η σύνδεση υπάρχει συγκεκριμένος

ρυθμός μετάδοσης δεδομένων χωρίς καμία άλλη καθυστέρηση εκτός από την απαιτούμενη για τη μεταφορά μέσω των γραμμών μετάδοσης.

21/3/2011

18

Μεταγωγή πακέτου

Τα δεδομένα μεταδίδονται σε πακέτα. Κάθε πακέτο περιέχει μερικά από τα δεδομένα του χρήστη και κάποιες πληροφορίες ελέγχου (απαραίτητες για την ορθή μετάδοση και λήψη του από τον τελικό κόμβο) Σε κάθε κόμβο στην πορεία

103∆ΙΚΤΥΑ Ι

από τον τελικό κόμβο). Σε κάθε κόμβο στην πορεία του πακέτου, το πακέτο παραλαμβάνεται από τον κόμβο, αποθηκεύεται προσωρινά, και μεταδίδεται στον επόμενο κόμβο.

Τα πακέτα δεν ακολουθούν απαραίτητα το ίδιο μονοπάτι εκτός και αν χρησιμοποιείται η μέθοδος των εικονικών κυκλωμάτων.

Μεταγωγή πακέτου

Η τεχνική αυτή προσφέρει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα έναντι της μεταγωγής κυκλώματος:

– Καλύτερη χρήση μιας γραμμής καθώς αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μετάδοση διαφόρων πακέτων από διάφορες πηγές.

– Τα πακέτα πάντα στέλνονται έστω και αν υπάρχει καθυστέρηση.

104∆ΙΚΤΥΑ Ι

Δύο κατηγορίες μεταγωγής πακέτου:– Μεταγωγή δεδομενογραφημάτων

– Μεταγωγή εικονικών κυκλωμάτων.

Μεταγωγή δεδομενογραφημάτων

Η μετάδοση του κάθε πακέτου είναι ανεξάρτητη από τα υπόλοιπα.

Έχει τα εξής πλεονεκτήματα: – ∆εν απαιτείται καμία προεργασία για την αποστολή των πακέτων.

Επομένως είναι πιο αποδοτική στην περίπτωση της αποστολής λίγων

105∆ΙΚΤΥΑ Ι

ομέ ως ε α ο α οδο ή σ η ερ ωση ης α οσ ο ής γωπακέτων.

– Παρέχει ευελιξία: Υπάρχουν εναλλακτικές λύσεις στην αποστολή των πακέτων.

– Παρέχει αξιοπιστία: Εάν κάποιος κόμβος στη διαδρομή αποτύχει τότε όλα τα υπόλοιπα πακέτα μπορούν να αναζητήσουν εναλλακτικές διαδρομές για να συνεχίσουν τη πορεία τους. Με τη χρήση των εικονικών κυκλωμάτων εάν ένας κόμβος αποτύχει όλα τα εικονικά κυκλώματα που περνάνε μέσα από αυτόν τον κόμβο θα αποτύχουν.

Μεταγωγή εικονικού κυκλώματος

Η διαδρομή που θα ακολουθήσουν τα πακέτα υπολογίζεται πριν την αποστολή τους και είναι σταθερή κατά τη διάρκεια της λογικής σύνδεσης. Αυτό δε σημαίνει ότι υπάρχει κάποιο φυσικό μονοπάτι αφιερωμένο σε αυτή την επικοινωνία.

106∆ΙΚΤΥΑ Ι

φ ρ μ ή η Ένας σταθμός μπορεί να έχει περισσότερα από ένα εικονικά κυκλώματα προς κάποιο άλλο σταθμό.

Όταν κάποιος αποστολέας δε χρησιμοποιεί όλο το διαθέσιμο εύρος ζώνης που του έχει δοθεί ο φορέας μπορεί να επιλέξει μέσω statistical multiplexing να το διαθέσει προσωρινά σε κάποιον άλλο αποστολέα.

∆ΙΚΤΥΑ Ι

107∆ΙΚΤΥΑ Ι

Οπτικές Ίνες

Οπτικές ίνες

Ένα οπτικό σύστημα μετάδοσης έχει τρία στοιχεία: Πηγή φωτός: ένας παλμός φωτός αντιστοιχεί στο 1 ενώ έλλειψη παλμού αντιστοιχεί στο 0.

Μέσο μετάδοσης: λεπτή ίνα γυαλιού.ή ί έ ό ό ό έ

108∆ΙΚΤΥΑ Ι

Ανιχνευτή: δημιουργεί έναν ηλεκτρικό παλμό όταν πέφτει πάνω του φως (φωτοδίοδος).

21/3/2011

19


Βασίζεται σε μια αρχή της φυσικής όπου όταν το φως πέσει πάνω στο γυαλί με γωνία πρόσπτωσης μεγαλύτερη από μία συγκεκριμένη τιμή το φως ανακλάται πίσω στο μέσο και δε διαφεύγει.Έτσι η ακτίνα φωτός

109∆ΙΚΤΥΑ Ι

Έτσι η ακτίνα φωτός παγιδεύεται μέσα στην ίνα, η οποία λειτουργεί ως κυματοδηγός και μπορεί να διαδοθεί για πολλά χιλιόμετρα χωρίς σχεδόν καμιά απώλεια.


Πολύτροπες ίνες (multimode fiber): Έχουμε διάδοση πολλών διαφορετικών ακτινών (πολλές συχνότητες) με διαφορετικές γωνίες. Ο πυρήνας (γυαλί) έχει διάμετρο 50μm (μέγεθος ανθρώπινης τρίχας). Χρησιμοποιούνται όπου υπάρχει ανάγκη για

110∆ΙΚΤΥΑ Ι

ρ χ ς) ρη μ ρχ γ η γμεγάλο όγκο δεδομένων.

Μονότροπες ίνες (single mode): Η ίνα ενεργεί ως κυματοδηγός (η διάμετρος της ίνας είναι πολύ μικρή) και μεταφέρει μία μόνο συχνότητα. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μεταφορά δεδομένων σε μεγαλύτερες αποστάσεις. Ο πυρήνας (γυαλί) έχει διάμετρο 8 εως 10μm.

Οπτικές Ίνες - Πλεονεκτήματα

Μεγάλο εύρος ζώνης: το εφικτό εύρος είναι μεγαλύτερο από 50000Gbps. Το πραγματικό εύρος ζώνης όμως είναι πολύ μικρότερο (10-40 Gbps). Για να γίνει καλύτερη χρήση του διαθέσιμου εύρους ζώνης χρησιμοποιείται η μέθοδος της πολυπλεξίας.

Χαμηλή εξασθένιση σήματος: Λιγότερους

111∆ΙΚΤΥΑ Ι

Χαμηλή εξασθένιση σήματος: Λιγότερους επαναλήπτες (κάθε 30km-100km περίπου).

Δεν επηρεάζονται από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, ή διαβρωτικά χημικά αέρια.

Είναι λεπτές (καταλαμβάνουν πολύ λιγότερο χώρο) και ελαφριές σε σύγκριση με το χαλκό.

Δεν υπάρχουν διαρροές φωτός και η παρέμβαση είναι πολύ δύσκολη. Αυτό τις καθιστά πολύ ασφαλείς.

Κόστος Δυσκολία εγκατάστασης Εάν μια ίνα σπάσει σε κάποιο σημείο είναι δύσκολο να βρεθεί που.

Η διόρθωση μιας σπασμένης ίνας απαιτεί ειδικά ή δέ έ ώ

Οπτικές Ίνες - Μειονεκτήματα

112∆ΙΚΤΥΑ Ι

μηχανήματα για να τις επανασυνδέσει έτσι ώστε να μπορέσει το φως να ξαναπεράσει από αυτήν την ίνα.

Τοπολογίες Οπτικών Ινών Δακτύλιος (FDDI)

Γίνεται με τη χρήση επαναληπτών

Αστεροειδές ()

Οπτικές Ίνες - Μειονεκτήματα

113∆ΙΚΤΥΑ Ι

Η σημερινή τεχνολογία επιτρέπει έτσι ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν όπως και τα χάλκινα καλώδια

Φυσικό επίπεδο του FDDI

Fiber Distributed Data Interface: Είναι δίκτυο δακτυλίου. Λειτουργεί στα 100Mbps, σε αποστάσεις μέχρι 200km.

Λόγω του μεγάλου εύρους ζώνης χρησιμοποιείται για να συνδέσει τοπικά δίκτυα μεταξύ τους.

ί

114∆ΙΚΤΥΑ Ι

Χρησιμοποιεί: Πολύτροπες ίνες κυρίως λόγω του κόστους. LED αντί για Laser επειδή το FDDI μπορεί να συνδεθεί κατευθείαν με τα τερματικά του χρήστη και επειδή είναι ευαίσθητο σε θερμοκρασία, έχει υψηλό κόστος και είναι και επικίνδυνο, δε συνιστάται η χρήση του.

21/3/2011

20

Τοπολογία FDDI

Χρησιμοποιεί δύο δακτυλίους: Ο ένας μεταδίδει με τη φορά των δεικτών του ρολογιού. Ο άλλος αντίστροφα. Έτσι αντιμετωπίζεται το βασικό πρόβλημα των δακτυλίων που είναι η ευαισθησία τους σε βλάβες (π.χ. αν κοπεί η σύνδεση μεταξύ δύο σταθμών).

Σε ομαλή λειτουργία χρησιμοποιείται μόνο ο ένας. Ο άλλος

115∆ΙΚΤΥΑ Ι

μ ή ργ χρη μ μ ς ςυπάρχει μόνο για την περίπτωση που πάθει κάποια βλάβη ο πρώτος.

Εάν χαλάσουν και οι δύο σε κάποιο σημείο τότε οι δύο δακτύλιοι μπορούν να ενωθούν για να σχηματίσουν έναν μεγάλο δακτύλιο. Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίο οι δύο δακτύλιοι μεταφέρουν δεδομένα αντίστροφα ο ένας από τον άλλο.

∆ΙΚΤΥΑ Ι

116∆ΙΚΤΥΑ Ι

Στρώμα Ζεύξης Δεδομένων Ανίχνευση και διόρθωση σφαλμάτων

Στρώμα Ζεύξης ∆εδομένων

Βασική αποστολή: Δημιουργία πλαισίων με τη χρήση ειδικών ακολουθιών bits που καθορίζουν την αρχή και το τέλος των πλαισίων. Τι γίνεται όταν αυτές οι ακολουθίες εμφανίζονται και ως δεδομένα;

Χειρισμός των λαθών μετάδοσης έτσι ώστε η γραμμή μετάδοσης να εμφανίζεται στο στρώμα δικτύου ως ελεύθερη

117∆ΙΚΤΥΑ Ι

μ ης μφ ζ ρ μ ς ρηαπό σφάλματα μετάδοσης.

Έλεγχος ροής δεδομένων έτσι ώστε ένας γρήγορος αποστολέας να μην πλημμυρίσει έναν αργό παραλήπτη.

Πολλές από τις υπηρεσίες που προσφέρει συναντώνται και σε ανώτερα επίπεδα.

Στρώμα Ζεύξης ∆εδομένων

Τυπικά προσφέρει τρεις υπηρεσίες: Υπηρεσία χωρίς σύνδεση και χωρίς επαλήθευση.• Εάν κάποιο πλαίσιο χαθεί δε γίνεται προσπάθεια επανάκτησης του από το

επίπεδο ζεύξης δεδομένων (μπορεί να γίνει από ανώτερα επίπεδα).

• Χρησιμοποιείται σε διαύλους με χαμηλό ρυθμό σφαλμάτων.

• Είναι κατάλληλη για κίνηση πραγματικού χρόνου (φωνή).

118∆ΙΚΤΥΑ Ι

η η γ η η ρ γμ χρ (φ ή)

• Χρησιμοποιείται από πολλά τοπικά δίκτυα (LAN).

Υπηρεσία χωρίς σύνδεση και με επαλήθευση.• Γίνεται επαλήθευση της παραλαβής των πλαισίων.

• Χρησιμοποιείται σε μη αξιόπιστους διαύλους, όπως τα ασύρματα δίκτυα.

Υπηρεσία με σύνδεση και με επαλήθευση. • Κάθε πλαίσιο που στέλνεται είναι αριθμημένο.

• Τα πλαίσια λαμβάνονται μόνο μια φορά και με τη σωστή σειρά.

Πλαισίωση

Τεμαχίζει τα δεδομένα σε πλαίσια προσθέτοντας ειδικές ακολουθίες που σηματοδοτούν την αρχή και το τέλος του πλαισίου.

Αρκεί η χρήση χρονικών κενών μεταξύ των πλαισίων;

119∆ΙΚΤΥΑ Ι

Πλαισίωση - Μέθοδοι

Μέτρηση χαρακτήρων: Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιείται πεδίο στην επικεφαλίδα

Τι γίνεται αν αυτός ο αριθμός αλλοιωθεί κατά τη μετάδοση; Ακόμα και αν γίνει εντοπισμός του λάθους ο

λή δ ί λάβ ίζ

120∆ΙΚΤΥΑ Ι

παραλήπτης δε μπορεί να καταλάβει που αρχίζει το επόμενο πλαίσιο.

Χρησιμοποιείται σπάνια.

21/3/2011

21

Χαρακτήρες αρχή και τέλους με παραγέμισμα χαρακτήρων (character stuffing): Χρησιμοποιεί συγκεκριμένες ακολουθίες χαρακτήρων για να ορίσει την αρχή και το τέλος ενός πλαισίου.

‘Ενα πλαίσιο αρχίζει με τους ASCII χαρακτήρες DLE STX


121∆ΙΚΤΥΑ Ι

(Data Link Escape Start of Text) και τελειώνει με τους DLE ETX (End of Text).

Έτσι αν χαθούν τα όρια του πλαισίου ο παραλήπτης πρέπει μόνο να ψάξει για το τέλος του συγκεκριμένου πλαισίου ή για την αρχή του επόμενου. Βασικό μειονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι είναι στενά συνδεδεμένη με την κωδικοποίηση ASCII.

Χαρακτήρες αρχή και τέλους με παραγέμισμα χαρακτήρων (character stuffing): Τι γίνεται αν η ίδια ακολουθία υπάρχει μέσα στα δεδομένα;

Χρησιμοποιείται η τεχνική παραγεμίσματος


122∆ΙΚΤΥΑ Ι

Χρησιμοποιείται η τεχνική παραγεμίσματος χαρακτήρων

• ο αποστολέας παρακολουθεί τα δεδομένα που στέλνονται και αν εντοπίσει μια τέτοια ακολουθία μέσα στα δεδομένα εισάγει τους χαρακτήρες DLE πριν από κάθε τυχαία εμφάνιση του DLE μέσα στα δεδομένα.

• Ο παραλήπτης πρέπει να αφαιρέσει αυτούς τους πρόσθετους χαρακτήρες πριν να παραδώσει τα δεδομένα στο επίπεδο δικτύου.

Σημαίες (flag) αρχής και τέλους με παραγέμισμα bit: Κάθε πλαίσιο αρχίζει και τελειώνει με μια συγκεκριμένη ακολουθία bits: 01111110, που αποκαλείται σημαία.

• Όταν ο αποστολέας συναντήσει 5 διαδοχικά 1 στα δεδομένα


123∆ΙΚΤΥΑ Ι

Όταν ο αποστολέας συναντήσει 5 διαδοχικά 1 στα δεδομένα αυτομάτως εισάγει ένα 0 στα δεδομένα.

• Όταν ο παραλήπτης πάρει 5 διαδοχικά 1 ακολουθούμενα από ένα 0 τότε θα αφαιρέσει αυτό το 0 από τα δεδομένα που θα δώσει στο στρώμα δικτύου.

Λύνει το πρόβλημα των σφαλμάτων μετάδοσης; Τι θα γίνει εάν το τελευταίο 1 της σημαίας αλλάξει σε 0 κατά τη μετάδοση;

Παράδειγμα

Έστω τα προς αποστολή δεδομένα:

011010111111111110

Ποια θα είναι η ακολουθία που θα μεταδώσει ο αποστολέας;

124∆ΙΚΤΥΑ Ι

αποστολέας;

Παράδειγμα

Έστω ότι η ακολουθία από bits:

0110101111101010111110

λαμβάνεται από τον παραλήπτη (δεν περιλαμβάνονται οι σημαίες αρχής και τέλους).

125∆ΙΚΤΥΑ Ι

οι σημαίες αρχής και τέλους). Ποια θα είναι τα δεδομένα που θα μεταδοθούν στα ανώτερα στρώματα;

Αν η ακολουθία που λαμβάνει ο παραλήπτης είναι:

01101011111101001111111011001111110

θα τη δεχτεί;

Παραβιάσεις της κωδικοποίησης του φυσικού στρώματος: Μπορεί να εφαρμοστεί σε δίκτυα όπου το φυσικό μέσο μας επιτρέπει να χρησιμοποιήσουμε κάποιες τιμές κωδικοποίησης που δε χρησιμοποιούνται για την


126∆ΙΚΤΥΑ Ι

κωδικοποίησης που δε χρησιμοποιούνται για την κωδικοποίηση των bits 1 και 0.

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και συνδυασμός των μεθόδων για μεγαλύτερη προστασία από σφάλματα κατά τη μετάδοση.

21/3/2011

22

Έλεγχος λαθών

Φροντίζει ώστε το πλαίσιο αυτό να φτάσει στον προορισμό του χωρίς λάθη χρησιμοποιώντας κώδικες ανίχνευσης και διόρθωσης σφαλμάτων.

127∆ΙΚΤΥΑ Ι

Δύο τύποι λαθών: Χαμένα πλαίσια: Ένα πλαίσιο δε φθάνει στον προορισμό του.

Κατεστραμμένα πλαίσια: Κάποια από τα bits του πλαισίου έχουν τροποποιηθεί κατά τη μετάδοση.

Σφάλματα μετάδοσης

Ονομάζουμε τα προβλήματα της απώλειας, αλλαγής, ή της απροσδόκητης εμφάνισης bits στη γραμμή μετάδοσης.

Μπορεί να προκληθούν από φυσικά φαινόμενα (αστραπές ή κεραυνούς), απότομες αλλαγές της ά ή/ λ έ β λέ

128∆ΙΚΤΥΑ Ι

τάσης, ή/και ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές. Μια μικρή αλλαγή στο ηλεκτρικό σήμα μπορεί να προκαλέσει παρερμήνευση των bits των δεδομένων από τον παραλήπτη.

Τα λάθη είναι ακόμα πιο συχνά στις ασύρματες επικοινωνίες.

Έλεγχος λαθών

Τεχνικές που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο των λαθών: Κώδικες ανίχνευσης σφαλμάτων. Θετική επαλήθευση: Ο παραλήπτης στέλνει στον αποστολέα μια θετική επαλήθευση για όλα τα πλαίσια

ά ώ ί ά

129∆ΙΚΤΥΑ Ι

που λαμβάνει επιτυχώς και χωρίς λάθη. Αναμετάδοση μετά τη λήξη κάποιου χρόνου: Ο αποστολέας μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα ξαναστέλνει το πλαίσιο για το οποίο δεν έλαβε μια θετική επαλήθευση.

Αρνητική επαλήθευση και αναμετάδοση: Ο παραλήπτης στέλνει μια αρνητική επαλήθευση και αιτείται αναμετάδοση ενός συγκεκριμένου πλαισίου.

Κώδικες ανίχνευσης σφαλμάτων

Πληροφορίες μέσα στα μεταδιδόμενα δεδομένα που επιτρέπουν στον παραλήπτη να συμπεράνει αν υπήρξε σφάλμα κατά τη μετάδοση χωρίς όμως να μπορεί να το εντοπίσει.

Έλεγχος ισοτιμίας: Ένα bit (bit ισοτιμίας) προστίθεται έλ άθ λ ό b ή b

130∆ΙΚΤΥΑ Ι

στο τέλος κάθε μπλοκ από bits. Η τιμή του bit επιλέγεται έτσι ώστε ο χαρακτήρας να έχει ζυγό αριθμό από 1 (άρτια ισοτιμία) ή μονό αριθμό από 1 (περιττή ισοτιμία). Ένα παράδειγμα είναι η αποστολή ASCII χαρακτήρων, όπου ένα bit ισοτιμίας προστίθεται σε κάθε 7-bit ASCII χαρακτήρα.

Μειονέκτημα: Τι θα γίνει αν κατά τη μετάδοση αλλάξουν τιμή δύο bits;

Κώδικες ανίχνευσης σφαλμάτων

Κυκλικός κώδικας πλεονασμού (Cyclic Redundancy Check ή CRC): Είναι ένας πολυωνυμικός κώδικας Χειρίζεται την προς μετάδοση ακολουθία ως πολυώνυμο με συντελεστές 0 και 1. Ένα πλαίσιο k bits παριστάνει

έ ό ύ ό

131∆ΙΚΤΥΑ Ι

τους συντελεστές ενός πολυωνύμου με k όρους και βαθμού k-1.

Χρησιμοποιεί πολυωνυμική γεννήτρια στην οποία το περισσότερο και το λιγότερο σημαντικά bits πρέπει να είναι 1.

Αποστολέας και παραλήπτης χρησιμοποιούν την ίδια γεννήτρια.

Κυκλικός κώδικας πλεονασμού – CRC

Για κάθε μπλοκ ή μήνυμα που αποτελείται από k bits ο αποστολέας δημιουργεί μια ακολουθία από n bits, γνωστή ως ακολουθία ελέγχου πλαισίου (frame check sequence ή FCS) ή άθροισμα ελέγχου.

Tο συνολικό πλαίσιο, που αποτελείται από k+n bits δ ί βώ ό ά έ

132∆ΙΚΤΥΑ Ι

διαιρείται ακριβώς από κάποια συγκεκριμένη ακολουθία.

21/3/2011

23


Υπολογισμός CRC: Έστω M(x) το πλαίσιο αποτελούμενο από k bits και G(x) η

γεννήτρια βαθμού n.

Προσθέτουμε στο τέλος του πλαισίου n bits με τιμή 0 έτσι ώστε το αποτέλεσμα 2nM(x) να είναι ένα πλαίσιο με k+n bits.

( ) G( )

133∆ΙΚΤΥΑ Ι

∆ιαιρούμε το 2nM(x) με το G(x) χρησιμοποιώντας διαίρεση modulo 2 (είναι ίδια με την πράξη XOR).

Αφαιρούμε το υπόλοιπο από το 2nM(x) χρησιμοποιώντας αφαίρεση modulo 2 (δηλαδή XOR). Το αποτέλεσμα Τ(x) είναι το πλαίσιο μαζί με το άθροισμα ελέγχου το οποίο μπορούμε να μεταδώσουμε.


Αλγόριθμος επαλήθευσης:Ο παραλήπτης διαιρεί με τη γεννήτρια G(x).

Εάν το υπόλοιπο είναι 0 τότε πλαίσιο παραλήφθηκε σωστά. Ειδάλλως έχουμε σφάλμα κατά τη μετάδοση.

134∆ΙΚΤΥΑ Ι

Ο παραλήπτης θα θεωρήσει ότι δεν έγιναν σφάλματα μετάδοσης εάν το T(x) διαιρείται ακριβώς με το G(x). Εάν το πολυώνυμο των σφαλμάτων είναι ένα πολυώνυμο το οποίο έχει το G(x) ως παράγοντα, έτσι ώστε να διαιρείται ακριβώς με το G(x), τότε τα λάθη θα περάσουν απαρατήρητα.


Πολυώνυμα (έχουν γίνει και διεθνή πρότυπα):– CRC-12 = x12 + x11 + x3 + x2 + x1 + 1

– CRC-16 = x16 + x15 + x2 + 1

– CRC-CCITT = x16 + x12 + x5 + 1

– CRC-32 = x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x11 + x10 + x8 + x7 + x5 +

135∆ΙΚΤΥΑ Ι

CRC 32 x x x x x x x x x x x x4 + x2 + x1 + 1

Παράδειγμα: Βρείτε την ακολουθία ελέγχου πλαισίου για το πλαίσιο που αποτελείται από τα bits1001011101 χρησιμοποιώντας τον κυκλικό κώδικα πλεονασμού και ως γεννήτρια το x5 + x3 + x2 + 1 101101. Ποιο θα είναι το πλαίσιο που θα μεταδοθεί;

Παράδειγμα CRC

1001011101 / 101101 Προσθήκη 5 bits με τιμή 0100101110100000101101 Διαιρέτης001000110100000 Αποτέλεσμα

101101 Διαιρέτης000011100100000

101101

136∆ΙΚΤΥΑ Ι

101101000001010000000

101101000000001010000

101101000000000001010 ΥπόλοιποΠλαίσιο προς μετάδοση : 100101110100000

- 1010100101110101010

Παράδειγμα CRC

Επαλήθευση:

100101110101010101101001000110101010

101101000011100101010

137∆ΙΚΤΥΑ Ι

000011100101010101101

000001010001010101101

000000001011010101101

000000000000000


Σφάλματα που ανιχνεύονται χρησιμοποιώντας CRC με μια σωστά επιλεγμένη γεννήτρια: Όλα τα λάθη του ενός bit (εάν υποθέσουμε ότι η G(x) έχει δύο ή περισσότερους όρους).

Όλα τα λάθη των δύο bits (εάν η G(x) έχει τουλάχιστον τρία bits με τιμή 1).

138∆ΙΚΤΥΑ Ι

Κάθε περιττό αριθμό λαθών (εάν η G(x) έχει παράγοντα το x+1)

Κάθε σφάλμα καταιγισμού το μέγεθος του οποίου είναι μικρότερο από το μέγεθος διαιρέτη, δηλαδή μικρότερο ή ίσο του μήκους του FCS.

21/3/2011

24

Κώδικες διόρθωσης σφαλμάτων

Τα μεταδιδόμενα δεδομένα περιέχουν πληροφορίες που επιτρέπουν στον παραλήπτη να μπορεί να συμπεράνει ποιος θα έπρεπε να είναι ο χαρακτήραςπου μεταδόθηκε.

139∆ΙΚΤΥΑ Ι

Ασκήσεις

Το πλαίσιο που αποτελείται από τα bits 1110010110010 λαμβάνεται από τον παραλήπτη. Βρείτε εάν υπάρχει κάποιο λάθος στη μετάδοση δεδομένου ότι χρησιμοποιήθηκε ο κυκλικός κώδικας πλεονασμού με γεννήτρια την ακολουθία 11011.

140∆ΙΚΤΥΑ Ι

Ποιο θα είναι το CRC για το μήνυμα Μ=11100011 και γεννήτρια το πολυώνυμο x5 + x4 + x + 1. Αν ο παραλήπτης λάβει το 1110000101111 θα το δεχτεί;

∆ΙΚΤΥΑ Ι

141∆ΙΚΤΥΑ Ι

Στρώμα Ζεύξης Δεδομένων –Έλεγχος λαθών – Έλεγχος ροής –Πρωτόκολλο παύσης και αναμονής –Πρωτόκολλο ολισθαίνοντος παραθύρου

Πρωτόκολλα επιπέδου ζεύξης δεδομένων

Τα πλαίσια μπορεί να καταστραφούν ή να χαθούν. να φθάνουν στον παραλήπτη πιο γρήγορα από όσο μπορεί αυτός να τα επεξεργαστεί.

Τα πρωτόκολλα του επιπέδου ζεύξης δεδομένων μπορούν να ελέγχουν τα λάθη ώστε να

142∆ΙΚΤΥΑ Ι

μπορούν να ελέγχουν τα λάθη ώστε να επαναμεταδίδονται τα κατεστραμμένα ή τα χαμένα πακέτα, καθώς επίσης μπορούν να ελέγχουν τη ροή έτσι ώστε ένας γρήγορος αποστολέας να μη πλημμυρίσει έναν αργό παραλήπτη.


Σε ένα ιδανικό δίαυλο επικοινωνίας όπου δεν υπάρχουν λάθη στη μετάδοση ο αποστολέας μπορεί απλά να στέλνει κάποια πλαίσια ανά Τ χρονικές στιγμές οι οποίες θα είναι αρκετές για να προλάβει ο παραλήπτης να επεξεργαστεί τα δεδομένα που του

143∆ΙΚΤΥΑ Ι

ρ ή ης ξ ργ μστέλνονται.


Στην πραγματικότητα: Δεν υπάρχουν ιδανικοί δίαυλοι επικοινωνίας. Πλαίσια χάνονται ή καταστρέφονται. Πόσο σίγουρος είναι ο αποστολέας ότι ο παραλήπτης δεν έχει παραλάβει το πακέτο ώστε να προχωρήσει στην επαναποστολή του;

Πόσο θα πρέπει να περιμένει ένας αποστολέας για να στείλει

144∆ΙΚΤΥΑ Ι

Πόσο θα πρέπει να περιμένει ένας αποστολέας για να στείλει το επόμενο πλαίσιο; ή

Μπορεί ο παραλήπτης να παρακολουθήσει το ρυθμό μετάδοσης του αποστολέα;

21/3/2011

25

Πρωτόκολλο Παύσης και Αναμονής

Πρωτόκολλο Παύσης και Αναμονής (Stop-and-Wait): Αποτελεί την απλούστερη μορφή ελέγχου ροής. Ο αποστολέας στέλνει ένα πλαίσιο. Μετά την παραλαβή, ο παραλήπτης δηλώνει την επιθυμία του να δεχτεί ακόμα ένα πλαίσιο στέλνοντας πίσω στον αποστολέα ένας είδος επαλήθευσης για το πλαίσιο που παρέλαβε.

145∆ΙΚΤΥΑ Ι

ς ς ή ης γ ρ β Ο αποστολέας πρέπει να περιμένει την επαλήθευση πριν να στείλει το επόμενο πλαίσιο.

Γίνεται σωστή χρήση της γραμμής;

Πρωτόκολλο Παύσης και Αναμονής

Γιατί δε γίνεται σωστή χρήση της γραμμής από το πρωτόκολλο παύσης και αναμονής: Το πρόβλημα με το πρωτόκολλο παύσης και αναμονής είναι ότι μόνο ένα πλαίσιο μπορεί να ταξιδεύει κάθε στιγμή.

Σε περιπτώσεις όπου η καθυστέρηση διάδοσης είναι μεγαλύτερη

146∆ΙΚΤΥΑ Ι

ρ ς η ρη η ης μ γ ρηαπό το χρόνο μετάδοσης υπάρχει μεγάλη αναποτελεσματικότητα του πρωτοκόλλου. Το πρόβλημα γίνεται εντονότερο όταν έχουμε μεγάλη καθυστέρηση διάδοσης, μεγάλο εύρος ζώνης, και μικρά πλαίσια.

Πρωτόκολλο Παύσης και Αναμονής Θετικής Επαλήθευσης με Επαναμετάδοση

Απουσία επαλήθευσης σηματοδοτεί την ύπαρξη λάθους -> Απαραίτητη η χρήση χρονομετρητή.

Αποστολέας και παραλήπτης διατηρούν από έναν αύξοντα αριθμό για να ελέγχουν τη σειρά των πακέτων.

Ο αποστολέας δε μπορεί να στείλει άλλο πλαίσιο πριν να

147∆ΙΚΤΥΑ Ι

ς μ ρ ρπάρει μια επαλήθευση για το προηγούμενο.

Δύο τύποι λαθών: Κατεστραμμένο ή χαμένο πλαίσιο. Ο παραλήπτης δε θα στείλει επαλήθευση και ο αποστολέας θα κάνει χρήση του χρονομετρητή για να ξαναστείλει το πλαίσιο. Ο αποστολέας πρέπει να κρατά αντίγραφο του πλαισίου που στέλνει.

Δύο τύποι λαθών: Ορθή λήψη του πλαισίου αλλά κατεστραμμένη ή χαμένη επαλήθευση. Ο αποστολέας ξαναστέλνει το πλαίσιο μόλις λήξει ο χρονομετρητής του. Ο λή λ βά ίδ λ ί δ ύ ά

Πρωτόκολλο Παύσης και Αναμονής Θετικής Επαλήθευσης με Επαναμετάδοση

148∆ΙΚΤΥΑ Ι

Ο παραλήπτης λαμβάνει το ίδιο πλαίσιο για δεύτερη φορά. Τη λύση δίνουν οι αύξοντες αριθμοί που υπάρχουν στα πλαίσια. Ποια θα πρέπει να είναι η μέγιστη τιμή του αύξοντα αριθμού; Αρκούν οι τιμές 0 και 1 και ως αποτέλεσμα οι επαληθεύσεις είναι της μορφής ACK0 και ACK1.

Η επαλήθευση ACK0 επαληθεύει σωστή παραλαβή του πλαισίου με αριθμό 1 και δηλώνει ότι ο παραλήπτης είναι έτοιμος να δεχτεί το πλαίσιο με αριθμό 0.

Πρωτόκολλο Ολισθαίνοντος Παραθύρου

Η αναποτελεσματικότητα του πρωτοκόλλου παύσης και αναμονής μπορεί να βελτιωθεί με την «ταυτόχρονη» αποστολή πολλαπλών πλαισίων. Ο παραλήπτης δεσμεύει έναν προσωρινό καταχωρητή (buffer)για n πλαίσια και έτσι ο αποστολέας μπορεί να στείλει μέχρι n λ ί ί ά λήθ

149∆ΙΚΤΥΑ Ι

πλαίσια χωρίς να πάρει επαλήθευση.


Αποστολές και παραλήπτης χρησιμοποιούν αύξοντες αριθμούς για τον έλεγχο των επαληθεύσεων. Για να δηλώσει ο παραλήπτης ότι έχει λάβει μέχρι και το m πακέτο θα

στείλει μια επαλήθευση στην οποία θα δηλώνει τον αριθμό του επόμενου πλαισίου που περιμένει (m+1). Με αυτόν τον τρόπο το πρωτόκολλο ολισθαίνοντος παραθύρου κάνει έλεγχο ροής δεδομένων.Η λήθ δ λώ έ ό Β ί έ λάβ

150∆ΙΚΤΥΑ Ι

Η επαλήθευση δηλώνει εμμέσως ότι ο Β είναι έτοιμος να παραλάβει τα επόμενα n πλαίσια, ξεκινώντας με το νούμερο που ορίζεται στην επαλήθευση.

Ο αποστολέας διατηρεί μια λίστα από αύξοντες αριθμούς για τα πλαίσια που έχει στείλει ή μπορεί να στείλει, και ο παραλήπτης για τα πλαίσια που μπορεί να παραλάβει. Η λίστα ονομάζεται παράθυρο. Η διαδικασία ονομάζεται πρωτόκολλο ολισθαίνοντος παραθύρου.

21/3/2011

26

Στο παράθυρο του αποστολέα πρέπει να είναι όλοι οι αύξοντες αριθμοί των πακέτων που έχουν σταλεί ή μπορούν να σταλούν αλλά δεν έχουν επαληθευτεί ακόμη (για την περίπτωση που κάποια πλαίσια χαθούν ή καταστραφούν). Όταν ο αποστολέας λάβει μια επαλήθευση θα προσαρμόσει

άλ άθ


151∆ΙΚΤΥΑ Ι

ανάλογα το παράθυρο του.

Το παράθυρο του παραλήπτη παραμένει πάντοτε στο αρχικό του μέγεθος σε αντίθεση με του αποστολέα που προσαρμόζεται ανάλογα με τα πλαίσια που έχουν σταλεί ή πρόκειται να σταλούν.

Oι αύξοντες αριθμοί καταλαμβάνουν ένα πεδίο στο πλαίσιο και πρέπει να είναι πεπερασμένου μεγέθους.

Το πραγματικό μέγεθος του παραθύρου δε χρειάζεται να είναι ίσο με τη μέγιστη τιμή του αύξοντα αριθμού


152∆ΙΚΤΥΑ Ι

να είναι ίσο με τη μέγιστη τιμή του αύξοντα αριθμού. Π.χ. Χρησιμοποιώντας έναν αύξων αριθμό μεγέθους 3 bits το παράθυρο θα μπορούσε να οριστεί στα 4 πλαίσια.

Το πρωτόκολλο δίνει τη δυνατότητα στον παραλήπτη να ελέγξει περαιτέρω τη ροή με ένα πλαίσιο ελέγχου με το οποίο δηλώνει ο παραλήπτης ότι “ναι μεν έχω λάβει τα n πακέτα και περιμένω το n+1 αλλά προσωρινά δε μπορώ να δεχτώ άλλα πακέτα”. Όταν


153∆ΙΚΤΥΑ Ι

ρ ρ μ ρ χαργότερα θα είναι έτοιμος ο παραλήπτης θα στείλει μια κανονική επαλήθευση.

Όταν το παράθυρο είναι ίσο με 1 έχουμε το Πρωτόκολλο Παύσης και Αναμονής.

Σε μια αμφίδρομη επικοινωνία ο καθένας διατηρεί δύο παράθυρα, ένα για μετάδοση και ένα για παραλαβή, και δεδομένα και επαληθεύσεις στέλνονται εκατέρωθεν.

Για να ικανοποιήσουμε αποτελεσματικά αυτήν την


154∆ΙΚΤΥΑ Ι

απαίτηση χρησιμοποιείται η τεχνική της εμβόλιμης επαλήθευσης (piggybacking). Κάθε πλαίσιο περιλαμβάνει ένα πεδίο για τον αύξοντα αριθμό αυτού του πλαισίου καθώς και ένα πεδίο για τον αύξοντα αριθμό που χρησιμοποιείται για την επαλήθευση.

Το πρόβλημα που προκύπτει είναι πόσο θα πρέπει να περιμένει ο παραλήπτης το δικό του στρώμα δικτύου να του στείλει κάποια δεδομένα πριν να στείλει μια ξεχωριστή επαλήθευση; Σίγουρα λιγότερο από το χρονομετρητή του αποστολέα


155∆ΙΚΤΥΑ Ι

Σίγουρα λιγότερο από το χρονομετρητή του αποστολέα.

Τι γίνεται στην περίπτωση λαθών;

Πρωτόκολλο Ολισθαίνοντος Παραθύρου με Οπισθοδρόμηση κατά Ν

Ένας σταθμός μπορεί να στείλει μια σειρά από πλαίσια αριθμημένα ακολουθιακά modulo κάποια μέγιστη τιμή. Σωστή λήψη απαιτεί την αποστολή θετικής επαλήθευσης. Εάν υπάρχει σφάλμα κατά τη μετάδοση κάποιου πλαισίου ο παραλήπτης θα στείλει αρνητική επαλήθευση

ί λ ί ώ άλλ λ θ ί ό

156∆ΙΚΤΥΑ Ι

για εκείνο το πλαίσιο ενώ παράλληλα θα απορρίψει αυτό το πλαίσιο καθώς και όλα τα επόμενα μέχρι να παραλάβει σωστά το συγκεκριμένο πλαίσιο.

Με τη λήψη της αρνητικής επαλήθευσης ο αποστολέας ξαναστέλνει το λανθασμένο πλαίσιο και όλα τα επόμενα.

21/3/2011

27


Έστω ότι ο Α στέλνει κάποια πλαίσια στο Β. Με την αποστολή ενός πλαισίου ο Α αρχικοποιεί έναν χρονομετρητή επαλήθευσης για κάθε πλαίσιο. Προβλήματα που μπορεί να προκύψουν:1. Πρόβλημα κατά τη μετάδοση του i :

a. Ο Β ανιχνεύει κάποιο λάθος στο i, το απορρίπτει και στέλνει μια αρνητική επαλήθευση στον Α. Με τη λήψη της επαλήθευσης ο Α πρέπει

157∆ΙΚΤΥΑ Ι

ρ η ή ή η η ήψη ης ή ης ρνα ξαναστείλει το i και όλα τα επόμενα που έχει ήδη στείλει.

b. Το πλαίσιο i χάνεται κατά τη μετάδοση. O A στέλνει το i+1 αλλά ο Β θα στείλει μια αρνητική επαλήθευση για το i. Έτσι ο Α θα ξαναστείλει το i και όλα τα επόμενα.

c. Το πλαίσιο i είναι το τελευταίο πλαίσιο και χάνεται. Ο Β δε στέλνει επαλήθευση. Όταν ο χρονομετρητής του Α λήξει ο Α θα στείλει ένα ειδικό πλαίσιο - αίτηση επαλήθευσης το οποίο ο Β πρέπει να επαληθεύσει στέλνοντας μια επαλήθευση η οποία θα υποδεικνύει το επόμενο πλαίσιο που περιμένει. Ο Α θα ξαναστείλει το πλαίσιο i.


2. Κατεστραμμένη θετική επαλήθευση για το πλαίσιο i:a. H επαλήθευση χάνεται. Είναι πιθανό ότι ο Α θα λάβει μια επαλήθευση για κάποιο από τα επόμενα πλαίσια πριν να λήξει ο χρονομετρητής για την επαλήθευση του i.

b. Εάν ο χρονομετρητής του Α λήξει, στέλνει μια αίτηση επαλήθευσης όπως στην περίπτωση 1.c.

158∆ΙΚΤΥΑ Ι

ή ης ς η ρ η Εάν ο Β αποτύχει να απαντήσει σε αυτήν την αίτηση, ή αν η απάντηση αυτή χαθεί ή καταστραφεί τότε ο χρονομετρητής του Α θα ξαναλήξει και ο Α θα ακολουθήσει πάλι την ίδια διαδικασία. Όταν ο αριθμός των προσπαθειών φτάσει σε ένα μέγιστο αριθμό τότε ο Α θα επανεκκινήσει την όλη διαδικασία.

3. Κατεστραμμένη αρνητική επαλήθευση. Η περίπτωση αυτή αντιμετωπίζεται με τον ίδιο τρόπο όπως η 1.cόπου ο Α θα στείλει μια αίτηση επαλήθευσης στον Β.

Μέγιστο μέγεθος παραθύρου

Ποιο θα πρέπει να είναι το μέγιστο μέγεθος παραθύρου εάν χρησιμοποιούμε ένα πεδίο αύξοντα αριθμού των k-bit; Θεωρούμε ότι αποστολέας και παραλήπτης χρησιμοποιούν την τεχνική της εμβόλιμης επαλήθευσης σύμφωνα με την οποία όταν ο παραλήπτης έχει να στείλει κάποια δεδομένα τότε θα στείλει αναγκαστικά και μια

159∆ΙΚΤΥΑ Ι

μ γ μεπαλήθευση γιατί δε μπορεί το πεδίο της επαλήθευσης να μείνει αχρησιμοποίητο.

Αφού χρησιμοποιείται η τεχνική της εμβόλιμης επαλήθευσης ο παραλήπτης υπάρχει περίπτωση να στείλει δύο φορές τη συγκεκριμένη επαλήθευση. Αν χρησιμοποιούμε παράθυρο ίδιου μεγέθους με το εύρος των αυξόντων αριθμών τότε (έστω το πεδίο του αύξοντα αριθμού είναι 3bits):

1. Ο αποστολέας στέλνει το πλαίσιο 0 το οποίο λαμβάνεται από τον παραλήπτη.

2. Ο παραλήπτης στέλνει πίσω επαλήθευση για το πλαίσιο 0 την Α1.

3. Ο αποστολέας, αφού λάβει την επαλήθευση μετακινεί το παράθυρο του και στέλνει τα επόμενα πλαίσια τα οποία είναι τα 1,2,3,4,5,6,7,0. Την ίδια στιγμή στέλνει και ο Β ένα πλαίσιο το οποίο περιλαμβάνει την

Μέγιστο μέγεθος παραθύρου

160∆ΙΚΤΥΑ Ι

στιγμή στέλνει και ο Β ένα πλαίσιο το οποίο περιλαμβάνει την επαλήθευση Α1 στο πεδίο της επαλήθευσης.

4. Όταν ο αποστολέας πάρει αυτό το πλαίσιο τι θα πρέπει να θεωρήσει:a. Ότι η επαλήθευση αυτή είναι για το πρώτο πλαίσιο που είχε στείλει;

b. Ότι ο παραλήπτης πήρε όλα τα επόμενα πλαίσια 1,2,3,4,5,6,7,0 και επομένως στέλνει επαλήθευση για αυτά;

Για να αποφύγουμε αυτό το πρόβλημα το μέγεθος του παραθύρου θα πρέπει να περιορίζεται στο 2k-1.

Πρωτόκολλο Ολισθαίνοντος Παραθύρου με Επιλεκτική Επανάληψη

Tα μόνα πλαίσια που ξαναστέλνει ο αποστολέας είναι αυτά για τα οποία έλαβε μια αρνητική επαλήθευση ή για τα οποία έληξε ο χρονομετρητής.+ Θεωρητικά ελαχιστοποιεί τον αριθμό των επαναλήψεων. − Ο παραλήπτης πρέπει να διατηρεί έναν προσωρινό καταχωρητή

τέτοιας χωρητικότητας ώστε να μπορεί να σώσει πλαίσια που

161∆ΙΚΤΥΑ Ι

τέτοιας χωρητικότητας ώστε να μπορεί να σώσει πλαίσια που λαμβάνει μετά το κατεστραμμένο. Επίσης να υλοποιεί την απαιτούμενη λειτουργία ώστε να μπορεί να εισάγει ένα πλαίσιο στο σωστό σημείο.

− Ο αποστολέας θα πρέπει να μπορεί να στέλνει πλαίσια κατ’επιλογήν και όχι με τη σωστή σειρά.

Για αυτούς τους λόγους η επιλεκτική επανάληψη δε χρησιμοποιείται τόσο όσο η οπισθοδρόμηση κατά Ν.


Έστω ότι ο παραλήπτης μπορεί να δεχτεί πλαίσια ακόμη και αν αυτά δεν έρχονται με τη σωστή σειρά. Ποιο θα πρέπει να είναι το μέγιστο μέγεθος του παραθύρου;

Έστω ότι χρησιμοποιούμε 3bits για τους αύξοντες αριθμούς και ένα παράθυρο μεγέθους 7. Ο Α στέλνει στον Β τα πλαίσια 0 εως και 6

162∆ΙΚΤΥΑ Ι

Ο Α στέλνει στον Β τα πλαίσια 0 εως και 6. Ο Β λαμβάνει και τα 7 πλαίσια και στέλνει πίσω μια επαλήθευση για να δηλώσει ότι περιμένει τα επόμενα πλαίσια (το πλαίσιο 7).Ταυτόχρονα μετακυλύει το παράθυρο του το οποίο δείχνει τα 7,0,1,2,3,4 και 5.

Η επαλήθευση χάνεται. Ο χρονομετρητής του Α λήγει και επαναμεταδίδει το πλαίσιο 0. Ο Β θεωρεί ότι το πλαίσιο 0 που λαμβάνει είναι ένα καινούργιο πλαίσιο.

21/3/2011

28



Το πρόβλημα προκύπτει επειδή υπάρχει επικάλυψη των παραθύρων (του προηγούμενου με το επόμενο). Για να το αποφύγουμε αυτό το μέγιστο εύρος του παραθύρου θα πρέπει να ισούται με το μισό της περιοχής των αυξόντων αριθμών.

ύξ θ ύ έ k b ό

164∆ΙΚΤΥΑ Ι

Όταν για τους αύξοντες αριθμούς έχουμε k-bits τότε το μέγεθος του παραθύρου περιορίζεται στο 2k-1 για την περίπτωση που ο παραλήπτης μπορεί να δεχτεί πλαίσια χωρίς τη σωστή σειρά.

∆ΙΚΤΥΑ Ι

165∆ΙΚΤΥΑ Ι

Απόδοση πρωτοκόλλων ολισθαίνοντος παραθύρου

Απόδοση πρωτοκόλλωνολισθαίνοντος παραθύρου

Παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν την αποτελεσματικότητα ενός πρωτοκόλλου (ζεύξης δεδομένων): Τα πλαίσια μπορεί να είναι σταθερού ή μεταβλητού μήκους. Μπορεί να χρησιμοποιείται η τεχνική της εμβόλιμης

166∆ΙΚΤΥΑ Ι

Μπορεί να χρησιμοποιείται η τεχνική της εμβόλιμης επαλήθευσης.

Αν χρησιμοποιείται συνεχής διοχέτευση. Εάν η γραμμή είναι αμφίδρομη ή ημι-αμφίδρομη. Πόσα είναι τα λάθη που γίνονται κατά τη μετάδοση.

Αποτελεσματικότητα καναλιού

Η αποτελεσματική χρήση ενός καναλιού είναι ο προσδιορισμός του μεγέθους του εύρους ζώνης που χρησιμοποιείται για τη μετάδοση ενός πλαισίου σύμφωνα με το πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται λαμβάνοντας υπ’όψη όλες τις αναμεταδόσεις και

167∆ΙΚΤΥΑ Ι

μβ ς ψη ς ς μ ςλήξεις χρόνου.

Έστω ένα μονόδρομο πρωτόκολλο παύσης-και-αναμονής με πλαίσια σταθερού μεγέθους και χωρίς εμβόλιμες επαληθεύσεις.

Έστω ότι ο ρυθμός μετάδοσης δεδομένων του διαύλου είναι C bits/sec, το μέγεθος του πλαισίου είναι Fbits, της επαλήθευσης Α bits, ο χρόνος διάδοσης Psec και ο χρόνος επεξεργασίας του πλαισίου μηδαμινός.

έλ ή ή λ ύ θ ή


168∆ΙΚΤΥΑ Ι

Για μια τέλεια γραμμή η χρήση του καναλιού θα ήταν: Συνολικός χρόνος αποστολής ενός πλαισίου και λήψης επαλήθευσης: F/C+2P+ Α/C

Το εύρος ζώνης που καταλαμβάνεται από αυτό το πλαίσιο είναι F+Α+2PC

21/3/2011

29

Αν ο αριθμός των bits των δεδομένων του πλαισίου είναι D και Η της επικεφαλίδας η αποτελεσματικότητα του καναλιού Uθα είναι

U=D/(H+D+A+2PC)

ά θ ή ό ί λ έ έ


169∆ΙΚΤΥΑ Ι

Εάν θεωρήσουμε ότι τα Η και Α είναι αμελητέα έχουμε U=F/(F+2PC)

ήU=(F/C)/(F/C+2P)

Πότε η αποτελεσματικότητα του πρωτοκόλλου θα είναι ικανοποιητική;

Συνεχής διοχέτευση (pipelining): Η τεχνική της συνεχούς διοχέτευσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να κρατά τη γραμμή απασχολημένη μέχρι να έρθει κάποια επαλήθευση πίσω και έτσι να γίνεται λύ ή ή Τ ό λλ

Συνεχής διοχέτευση

170∆ΙΚΤΥΑ Ι

καλύτερη χρήση της γραμμής. Τα πρωτόκολλα που κάνουν έλεγχο λαθών στην περίπτωση της συνεχούς διοχέτευσης είναι τα Οπισθοδρόμηση κατά Ν και Επιλεκτική Επανάληψη.

Εάν υπάρχουν σφάλματα μετάδοσης: Εάν ένα πλαίσιο καταστραφεί ή χαθεί τότε το χρονόμετρο του αποστολέα θα λήξει T sec μετά από την αποστολή και του τελευταίου bit. Έτσι, μια ανεπιτυχής μετάδοση χρησιμοποιεί F+CT bits χωρητικότητα μετάδοσης.


171∆ΙΚΤΥΑ Ι

Εάν ο μέσος αριθμός των επαναμεταδόσεων για ένα πλαίσιο είναι R, η συνολική χωρητικότητα του καναλιού που χρησιμοποιείται για τη μετάδοση αυτών των R χαμένων πλαισίων και του ενός σωστού είναι

R(F+CT) + (F+Α+2CP).

Απόδοση του πρωτοκόλλου ολισθαίνοντος παραθύρου: Έστω ότι οι επαληθεύσεις έρχονται για κάθε πλαίσιο, επιστρέφονται ως εμβόλιμες και επομένως μπορούμε να τις αγνοήσουμε, και ότι δεν υπάρχουν λάθη.

Έστω W το μέγεθος του παραθύρου: Για να έχουμε συνεχή ροή ο αποστολέας θα πρέπει να μπορεί να στέλνει συνεχόμενα για χρόνο


172∆ΙΚΤΥΑ Ι

ο αποστολέας θα πρέπει να μπορεί να στέλνει συνεχόμενα για χρόνο WF/C οπότε και θα πρέπει να πάρει μια επαλήθευση προκειμένου να συνεχίσει. Άρα θα έχουμε συνεχή ροή εάν

WF/C >= F/C+2P

Το παράθυρο είναι μεγάλο: W >= 1 + 2CP/F :Μπορούμε να υποθέσουμε ότι υπάρχει συνεχής ροή πλαισίων

η απόδοση του καναλιού θα είναι D/(D+H) (όπου D ο αριθμός των bits των δεδομένων του πλαισίου και H ο αριθμός των bitsτης επικεφαλίδας). Αν θεωρήσουμε ότι το H είναι αμελητέο σε


173∆ΙΚΤΥΑ Ι

ης ε εφα δας) θεωρήσουμε ό ο ε α αμε η έο σεσύγκριση με το D τότε η απόδοση του καναλιού αγγίζει το 1.

Το παράθυρο είναι μικρό: W < 1 + 2CP/F Ο αποστολέας θα πρέπει να σταματήσει τη χρονική στιγμή WF/Cπεριμένοντας επαλήθευση η οποία θα έρθει τη χρονική στιγμή F/C+2P. Άρα η απόδοση του καναλιού θα είναι

U = (WF/C)/(F/C+2P) = W/(1+2CP/F). Το πρόβλημα που προκύπτει εδώ είναι τι θα γίνει εάν κάποια πακέτα αρχίσουν να χάνονται ή καταστρέφονται.

Ασκήσεις

1. Υποθέστε ότι χρησιμοποιούμε ένα πρωτόκολλο ολισθαίνοντος παραθύρου με επιλεκτική επανάληψη και μέγεθος παραθύρου Ν=16. Τι μέγεθος αύξοντα αριθμού χρειαζόμαστε και γιατί.

2. Δύο γειτονικοί κόμβοι (Α και Β) χρησιμοποιούν ένα πρωτόκολλο ολισθαίνοντος παραθύρου με οπισθοδρόμηση κατά Ν με μέγεθος

174∆ΙΚΤΥΑ Ι

αύξοντα αριθμού 3 bits και μέγεθος παραθύρου 4. Υποθέτοντας ότι ο Α είναι ο αποστολέας και ο Β ο παραλήπτης, δείξτε τις θέσεις των παραθύρων για τα ακόλουθα διαδοχικά συμβάντα:– Ο Α έχει δεδομένα προς μετάδοση αλλά δεν έχει ξεκινήσει να μεταδίδει.

– Ο Α έχει στείλει τα πλαίσια 0,1,2, ο Β επαληθεύει τα 0,1 και οι επαληθεύσεις λαμβάνονται από τον Α.

– Ο Α έχει στείλει τα πλαίσια 3,4 και 5, ο Β επαληθεύει το 4 και η επαλήθευση έχει ληφθεί από τον Α.

21/3/2011

30

Ασκήσεις

Θεωρήστε τη χρήση ενός πλαισίου 1000bits, μέγιστο αύξοντα αριθμό το 15, σε μια γραμμή 1Mbps με μια καθυστέρηση των 2ms. Ποια είναι η μέγιστη χρήση της γραμμής για τα παρακάτω πρωτόκολλα

1. Παύσης και αναμονής.2 Ολ θ ί θύ έ θ θύ 4

175∆ΙΚΤΥΑ Ι

2. Ολισθαίνοντος παραθύρου με μέγεθος παραθύρου 4;3. Συνεχούς ροής με μέγεθος παραθύρου 15;Για τις ανάγκες της άσκησης το μέγεθος της επικεφαλίδας και της επαλήθευσης θεωρούνται αμελητέα.

Βρείτε το ελάχιστο και μέγιστο μέγεθος του παραθύρου ώστε ο αποστολέας να μεταδίδει συνεχώς με πρωτόκολλο ολισθαίνοντος παραθύρου με οπισθοδρόμηση κατά Ν.

∆ΙΚΤΥΑ Ι

176∆ΙΚΤΥΑ Ι

Υπο-στρώμα προσπέλασης στο μέσο μετάδοσης

Τεχνολογία μετάδοσης – Point-to-point

Δίκτυα σημείου-προς-σημείο (point-to-point): Κάθε κανάλι επικοινωνίας συνδέει ακριβώς δύο δικτυακές συσκευές, και είναι διαθέσιμο αποκλειστικά σε αυτές τις συσκευές.

Πλεονεκτήματα: Η κάθε γραμμή έχει τις δικές τις απαιτήσεις και ανάγκες ανεξάρτητα από τις υπόλοιπες.

177∆ΙΚΤΥΑ Ι

Λόγω της αποκλειστικής χρήσης της γραμμής οι κόμβοι μπορούν να θέσουν τις δικές τους παραμέτρους επικοινωνίας (δομή πλαισίου, μηχανισμό ανίχνευσης λαθών, μέγιστο μέγεθος πλαισίου).

Περισσότερη ασφάλεια στη γραμμή. Άλλοι κόμβοι δεν έχουν πρόσβαση στη γραμμή.

Μειονεκτήματα: Αυξημένος αριθμός συνδέσεων: για Ν κόμβους απαιτούνται (Ν2-Ν)/2 συνδέσεις.

Προσθήκη Ν+1 κόμβου στο δίκτυο απαιτεί Ν νέες συνδέσεις. Εάν δεν έχουμε άμεσες συνδέσεις μεταξύ όλων των υπολογιστών η επικοινωνία απαιτεί τη χρήση ενδιάμεσων συσκευών. Αν

Τεχνολογία μετάδοσης – Point-to-point

178∆ΙΚΤΥΑ Ι

η επικοινωνία απαιτεί τη χρήση ενδιάμεσων συσκευών. Αν υπάρχουν πολλές τέτοιες διαδρομές, θα επιλέξει την καλύτερη χρησιμοποιώντας κάποιο αλγόριθμο δρομολόγησης.

Δίκτυα εκπομπής (broadcasting): έχουν ένα κοινό δίαυλο επικοινωνίας τον οποίο μοιράζονται όλες οι δικτυακές συσκευές. Γνωστοί και ως δίαυλοι πολλαπλής προσπέλασης (multiaccess channels) ή δίαυλοι τυχαίας προσπέλασης (random access channels)

Όλοι οι κόμβοι λαμβάνουν τα δεδομένα, μόνο ο πραγματικός αραλή ης α ε εξερ άζε α

Τεχνολογία μετάδοσης – Broadcasting

179∆ΙΚΤΥΑ Ι

παραλήπτης τα επεξεργάζεται. Ποιός θα έχει πρόσβαση στο μέσο μετάδοσης σε μια δεδομένη χρονική στιγμή για να μπορέσει να μεταδώσει δεδομένα;

Γενικά τα δίκτυα μικρών αποστάσεων (όπως είναι τα τοπικά) χρησιμοποιούν τεχνολογία εκπομπής ενώ αυτά των μεγάλων αποστάσεων χρησιμοποιούν σημείου-προς-σημείο.

ΑΑ ΒΒ CC DD

ΒΒusus


Τα πρωτόκολλα που ελέγχουν την προσπέλαση σε ένα δίαυλο εκπομπής ανήκουν σε ένα υπο-στρώμα του στρώματος ζεύξης δεδομένων, το υπο-στρώμα ελέγχου προσπέλασης στο μέσο μετάδοσης (Medium Access Control – MAC).

Χρησιμοποιούνται ιδιαίτερα στα τοπικά (LANs) και μητροπολιτικά (ΜΑΝ) δίκτυα αφού τα δίκτυα ευρείας ζώνης

180∆ΙΚΤΥΑ Ι

μητροπολιτικά (ΜΑΝ) δίκτυα αφού τα δίκτυα ευρείας ζώνης (WAN) χρησιμοποιούν την τεχνολογία σημείου-προς-σημείο.

21/3/2011

31


Προσπαθούν να καθορίσουν τη σειρά με την οποία οι κόμβοι χρησιμοποιούν το δίαυλο για να μεταδώσουν δεδομένα.

Τι θα γίνει αν κάποιος σταθμός μεταδίδει συνεχώς; Τι θα γίνει αν δύο σταθμοί μεταδίδουν ταυτόχρονα; Θα έχουμε σύγκρουση. Συστήματα όπου πολλοί κόμβοι μοιράζονται ένα δίαυλο κατά τρόπο που μπορεί να οδηγήσει σε συγκρούσεις

181∆ΙΚΤΥΑ Ι

ένα δίαυλο κατά τρόπο που μπορεί να οδηγήσει σε συγκρούσεις ονομάζονται συστήματα ανταγωνισμού.

Πως μπορεί κάποιος σταθμός να αφουγκραστεί τη γραμμή μετάδοσης;

Δύο βασικές τεχνικές εκχώρησης διαύλου: Στατική εκχώρηση Δυναμική εκχώρηση

Στατική εκχώρηση διαύλου

Πολυπλεξία Διαίρεσης Συχνότητας (FDM) Πολυπλεξία Διαίρεσης Χρόνου (ΤDM).

182∆ΙΚΤΥΑ Ι

Πρωτόκολλα Πολλαπλής Προσπέλασης

Καθαρό ALOHA και ALOHA με σχισμές: Αποτελούν τον πρόδρομο πολλών πρωτοκόλλων.

Καθαρό ALOHA (pure Aloha): Ο κάθε σταθμός μεταδίδει δεδομένα όποτε έχει. Θα υπάρξουν συγκρούσεις και κατεστραμμένα πλαίσια.

183∆ΙΚΤΥΑ Ι

Θα υπάρξουν συγκρούσεις και κατεστραμμένα πλαίσια. Τα δίκτυα εκπομπής έχουν την ιδιότητα της ανάδρασης όπου κάθε σταθμός ακούει και ο ίδιος τον δίαυλο και επομένως λαμβάνει και αυτά που ο ίδιος στέλνει. Με αυτόν τον τρόπο μπορεί ενδεχομένως να διαπιστώσει εάν κάτι έφθασε σωστά ή όχι.

Κατεστραμμένα πλαίσια ξαναστέλνονται μετά από τυχαίο χρονικό διάστημα (ή σύμφωνα με τις απαιτήσεις του πρωτοκόλλου).

Σύγκρουση μπορεί να έχουμε ακόμη και εάν μόνο το τελευταίο bit ενός πλαισίου συγκρουστεί με το πρώτο bit ενός άλλου πλαισίου.

ALOHA

Ο σταθμός που εκπέμπει περιμένει επαλήθευση από τον παραλήπτη.

O αποστολέας ακούει τη γραμμή για συγκεκριμένο χρονικό περιμένοντας την επαλήθευση.

Πόσο θα πρέπει να είναι αυτό το διάστημα;

Εάν δε πάρει κάποια επαλήθευση τότε ο αποστολέας το

184∆ΙΚΤΥΑ Ι

Εάν δε πάρει κάποια επαλήθευση τότε ο αποστολέας το ξαναστέλνει.

Οι συγκρούσεις προκύπτουν κυρίως επειδή ένας σταθμός δεν ακούει το δίαυλο πριν να μεταδώσει δεδομένα.

Η μέγιστη χρησιμοποίηση της γραμμής είναι της τάξης του 18%.

Πρωτόκολλα Πολλαπλής Προσπέλασης

ALOHA με σχισμές (slotted ALOHA): Ο χρόνος διαιρείται σε χρονικές σχισμές με μέγεθος ίσο με το χρόνο μετάδοσης ενός πλαισίου.

Ένα κεντρικό ρολόι (ή ένας ειδικός σταθμός) χρησιμοποιείται για να συγχρονίσει όλους τους κόμβους.

Η μετάδοση επιτρέπεται μόνο στην έναρξη μιας σχισμής.

185∆ΙΚΤΥΑ Ι

με άδοση ε ρέ ε α μό ο σ η έ αρξη μ ας σχ σμής Η απόδοση του ALOHA με σχισμές είναι σαφώς καλύτερη σε σχέση με του καθαρού ALOHA αλλά παραμένει σε μη ικανοποιητικά επίπεδα.

Τα ALOHA δεν εκμεταλλεύονται βασική ιδιότητα των LANs: η καθυστέρηση διάδοσης μεταξύ σταθμών είναι συνήθως πολύ μικρότερη σε σχέση με το χρόνο μετάδοσης

Εάν η καθυστέρηση διάδοσης από σταθμό-σε-σταθμό είναι μεγάλη ευνοούνται οι συγκρούσεις

Εάν η καθυστέρηση διάδοσης είναι μικρή όταν ένας σταθμός ξεκινά να στέλνει ένα πλαίσιο τότε τα δεδομένα φτάνουν στους υπόλοιπους άμεσα

Οι συγκρούσεις θα ήταν σπάνιες και θα συνέβαιναν μόνο εάν δύο

ALOHA

186∆ΙΚΤΥΑ Ι

Οι συγκρούσεις θα ήταν σπάνιες και θα συνέβαιναν μόνο εάν δύο σταθμοί ξεκινούσαν να στέλνουν ταυτόχρονα…

… αν οι σταθμοί “άκουγαν” το μέσο μετάδοσης πριν μεταδώσουν

21/3/2011

32

Τα προβλήματα του Aloha οδήγησαν στη δημιουργία των πρωτοκόλλων με ανίχνευση φέροντος (carrier sense protocols).

Όταν ένας σταθμός θέλει να μεταδώσει ακούει πρώτα το μέσο μετάδοσης για να διαπιστώσει εάν υπάρχει άλλη μετάδοση εκείνη τη στιγμή (ανιχνεύει το φέρον)

Carrier Sense Protocols

187∆ΙΚΤΥΑ Ι

μετάδοση εκείνη τη στιγμή (ανιχνεύει το φέρον). Εάν το μέσο χρησιμοποιείται, ο σταθμός πρέπει να περιμένει μέχρι να ελευθερωθεί.

Εάν δύο σταθμοί μεταδώσουν ταυτόχρονα τότε έχουμε σύγκρουση.

Επίμονο και Μη Επίμονο CSMA

1-Persistent Carrier Sense Multiple Access (CSMA) Μεταδίδει αμέσως μόλις αντιληφθεί ότι το μέσο είναι ελεύθερο.

Εάν συμβεί σύγκρουση ο σταθμός περιμένει ένα τυχαίο χρονικό διάστημα και ξαναπροσπαθεί.

Ονομάζεται 1-επίμονο γιατί ο σταθμός μεταδίδει με πιθανότητα 1

188∆ΙΚΤΥΑ Ι

όποτε βρει το δίαυλο ελεύθερο δηλαδή μεταδίδει αμέσως μόλις βρει το δίαυλο ελεύθερο

Η καθυστέρηση διάδοσης έχει σημαντική επίπτωση στην απόδοση του πρωτοκόλλου.

Οι πιθανότητες σύγκρουσης αυξάνονται με την καθυστέρηση διάδοσης.

Επίμονο και Μη Επίμονο CSMA

p-επίμονο CSMA (λειτουργεί σε διαύλους με σχισμές): Όταν ο σταθμός αντιληφθεί ότι ο δίαυλος είναι ελεύθερος μεταδίδει με πιθανότητα p. Με πιθανότητα q=1-p μεταδίδει στην επόμενη σχισμή. Εάν η δεύτερη σχισμή είναι επίσης ελεύθερη τότε μεταδίδει ή καθυστερεί πάλι με πιθανότητες pκαι q.

189∆ΙΚΤΥΑ Ι

Σε περίπτωση σύγκρουσης ο σταθμός περιμένει τυχαίο χρονικό διάστημα και ξαναρχίζει τη μετάδοση.

Μη επίμονο CSMA: Εάν ο σταθμός αντιληφθεί ότι το μέσο χρησιμοποιείται σταματά να το ανιχνεύει και περιμένει τυχαίο χρονικό διάστημα πριν να επαναλάβει το πρωτόκολλο.

Απόδοση πρωτοκόλλων

Ανίχνευση Σύγκρουσης

Το CSMA παρόλο ότι είναι πιο αποτελεσματικό από το καθαρό ALOHA και το ALOHA με σχισμές έχει το εξής πρόβλημα:

Όταν δύο πλαίσια συγκρούονται το μέσο μετάδοσης παραμένει αχρησιμοποίητο για όλη τη διάρκεια της μετάδοσης των δύο

έ λ ί

191∆ΙΚΤΥΑ Ι

κατεστραμμένων πλαισίων. Για μεγάλα πλαίσια το μέγεθος της χαμένης χωρητικότητας μπορεί να είναι σημαντικό.

Αυτή η απώλεια μπορεί να ελαττωθεί εάν ο σταθμός συνεχίσει να ακούει το μέσο ενώ μεταδίδει.

CSMA με Ανίχνευση Σύγκρουσης

Το πρωτόκολλο που βελτιώνει αυτό το πρόβλημα ονομάζεται Πολλαπλής Προσπέλασης με Ανίχνευση Φέροντος και Ανίχνευση Σύγκρουσης (CSMA with Collision Detection – CSMA/CD).

Εάν το μέσο είναι ανενεργό ο σταθμός μεταδίδει. Εάν είναι απασχολημένο ο σταθμός συνεχίζει να ακούει και

192∆ΙΚΤΥΑ Ι

Εάν είναι απασχολημένο ο σταθμός συνεχίζει να ακούει και μεταδίδει αμέσως μόλις απελευθερωθεί η γραμμή.

Όταν δύο σταθμοί προσπαθήσουν να μεταδώσουν ταυτόχρονα και ανιχνεύσουν ότι υπάρχει σύγκρουση

δε θα ολοκληρώσουν τη μετάδοση των πλαισίων τους αλλά θα τη διακόψουν αμέσως μόλις αντιληφθούν τη σύγκρουση

παράλληλα μεταδίδουν σήμα για να ενημερώσουν τους άλλους σταθμούς ότι υπάρχει σύγκρουση

Ξαναπροσπαθούν μετά από τυχαίο χρονικό διάστημα

21/3/2011

33

Παράδειγμα: Υποθέτουμε τη χρήση μιας αρτηρίας όπου έχουμε τέσσερις σταθμούς συνδεδεμένους σε αυτήν.

CSMA/CD

ΑΑ ΒΒ CC DD

193∆ΙΚΤΥΑ Ι

Τη χρονική στιγμή t0 ο σταθμός Α αρχίζει τη μετάδοση ενός πακέτου με παραλήπτη τον D.

Τη χρονική στιγμή t1 οι B και C είναι έτοιμοι να μεταδώσουν. Επειδή το σήμα του Α έχει ήδη φθάσει στον Β ο Β αντιλαμβάνεται ότι υπάρχει μετάδοση και σταματά. Ο C όμως δεν έχει αντιληφθεί τη μετάδοση και αρχίζει να μεταδίδει και αυτός.

Παράδειγμα:


ΑΑ ΒΒ CC DD

194∆ΙΚΤΥΑ Ι

Τη χρονική στιγμή t2 το σήμα του Α φθάνει στον C, ο C ανιχνεύει τη σύγκρουση και σταματά τη μετάδοση.

Τη χρονική στιγμή t3 το σήμα του C φθάνει στον Α ο οποίος ανιχνεύει και αυτός τη σύγκρουση και σταματά τη μετάδοση.


Η χωρητικότητα που χάνεται με το CSMA/CD μειώνεται στο χρόνο που απαιτείται για να ανακαλυφθεί μια σύγκρουση.

Ένας βασικός κανόνας για τα περισσότερα CSMA/CD συστήματα, είναι ότι τα πλαίσια πρέπει να είναι αρκετά μεγάλα ώστε να επιτρέπουν την ανίχνευση

195∆ΙΚΤΥΑ Ι

σύγκρουσης πριν το τέλος της μετάδοσης. Εάν τα πλαίσια είναι μικρότερα, δε γίνεται ανίχνευση σύγκρουσης και έτσι το CSMA/CD έχει την ίδια απόδοση με το λιγότερο αποτελεσματικό CSMA.

Μετάδοση Ανίχνευση φέροντος Σύγκρουση Επίδοση

Καθαρό ALOHA Όταν υπάρχουν δεδομένα

ΟΧΙ Επαναμετάδοση μετά από τυχαίο χρονικό διάστημα.

Χαμηλή

ALOHA με σχισμές

Στην αρχή μιας χρονοσχισμής

ΟΧΙ Επαναμετάδοση μετά από τυχαίο χρονικό διάστημα.

Καλύτερη από το καθαρό ALOHA.

1-επίμονο Αμέσως μόλις ελευθερωθεί ο δίαυλος.

ΝΑΙ Επαναμετάδοση μετά από τυχαίο χρονικό διάστημα.

Ελαφρώς καλύτερη από το ALOHA

Σύγκριση

196∆ΙΚΤΥΑ Ι

p-επίμονο Σε χρονοσχισμή. Μεταδίδει με πιθανότητα p.

NAI Επαναμετάδοση μετά από τυχαίο χρονικό διάστημα.

Καλύτερη από ALOHA και 1-επίμονο CSMA

Μη επίμονο Αμέσως μόλις ελευθερωθεί ο δίαυλος.

NAI. Εάν ο δίαυλος είναι σε χρήση σταματάει να ακούει για τυχαίο χρονικό διάστημα.

Επαναμετάδοση μετά από τυχαίο χρονικό διάστημα.

Καλύτερη από 1-επίμονο CSMA και αρκετά p-επίμονα CSMA


Αμέσως μόλις ελευθερωθεί ο δίαυλος.

ΝΑΙ Σταματά αμέσως μόλις αντιληφθεί τη σύγκρουση. Επαναμετάδοση μετά από τυχαίο χρονικό διάστημα.

Ασκήσεις

Έστω ότι πλαίσια δημιουργούνται από τον κόμβο Α και στέλνονται στον C μέσω του Β. Ποιος είναι ο ελάχιστος ρυθμός μετάδοσης μεταξύ των κόμβων B και C έτσι ώστε ο καταχωρητής του κόμβου Β να μην πλημμυρίσει αν:– Ο ρυθμός μετάδοσης δεδομένων μεταξύ A και Β είναι 100kbps.– H καθυστέρηση διάδοσης είναι 10μsec και για τις δυο γραμμές.

197∆ΙΚΤΥΑ Ι

ρη η ης μ γ ς γρ μμ ς– Οι γραμμές μεταξύ των κόμβων είναι αμφίδρομες.– Το μέγεθος όλων των πλαισίων είναι 1000 bits. Το μέγεθος των πλαισίων επαλήθευσης είναι μηδαμινό.

– Μεταξύ των κόμβων Α και Β χρησιμοποιείται το πρωτόκολλο ολισθαίνοντος παραθύρου με μέγεθος παραθύρου 3.

– Μεταξύ των κόμβων Β και C, χρησιμοποιείται το πρωτόκολλο παύσης και αναμονής.

– Δεν υπάρχουν λάθη κατά τη μετάδοση.

∆ΙΚΤΥΑ Ι

198∆ΙΚΤΥΑ Ι

EthernetIEEE802

21/3/2011

34

IEEE 802

Πρόκειται για μια ομάδα προτύπων για τοπικά και μητροπολιτικά δίκτυα τα οποία διαφέρουν στο φυσικό στρώμα και το υπο-στρώμα MAC αλλά είναι συμβατά στο στρώμα ζεύξης δεδομένων.

Το ΙΕΕΕ 802.3 αποτελεί το ευρέως αποδεκτό πρότυπο Ethernet. Οι διαφορές τους είναι οι εξής:

199∆ΙΚΤΥΑ Ι

Οι διαφορές τους είναι οι εξής:– Το 802.3 περιγράφει μια ολόκληρη οικογένεια από 1-επίμονο CSMA/CD με

ταχύτητες από 1 εως 10 Mbps.

– Ένα πεδίο στην επικεφαλίδα διαφέρει (το πεδίο μήκους στο 802.3 χρησιμοποιείται για τον τύπο πακέτου στο Ethernet)

IEEE 802

Το ΙΕΕΕ 802.2 ορίζει το άνω μέρος του στρώματος ζεύξης δεδομένων το οποίο χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο Έλεγχος Λογικής Σύνδεσης (Logical Link Control – LLC).

Τα ΙΕΕΕ 802.3 εως 802.5 ορίζουν τα τρία πρότυπα για LANτα οποία είναι τα CSMA/CD

200∆ΙΚΤΥΑ Ι

CSMA/CD,η αρτηρία με σκυτάληκαι ο δακτύλιος με σκυτάλη.

Ethernet (& IEEE 802.3)

Στα Ethernet δίκτυα το μήκος ενός τμήματος του δικτύου (segment length) παίζει σημαντικό ρόλο στη λειτουργία του. Ως τμήμα ορίζεται μια αδιάσπαστη σύνδεση μεταξύ δύο κόμβων.

Καλωδίωση: Ομοαξονικά καλώδια, συστρεμμένα ζεύγη

201∆ΙΚΤΥΑ Ι

καλωδίων ή οπτικές ίνες Διαδικτύωση: Hubs, Switches, Routers.

Ethernet (& IEEE 802.3)

Η οικογένεια περιλαμβάνει: 10Base5 (10 Mbps, Μήκος: 500m, Ομοαξονικό καλώδιο) 10Base-T (10 Mbps, Μήκος: 100m, Συστρεμμένο ζεύγος) 10Base-FL (10 Mbps, Μήκος: 2000m, Οπτική ίνα) 100Base-ΤΧ (100 Mbps, Μήκος: 100m, Συστρεμμένο ζεύγος)

202∆ΙΚΤΥΑ Ι

100Base-FΧ (100 Mbps, Μήκος: 400m, Οπτική ίνα) 1000Base-T (1Gbps, Μήκος: 100m, Συστρεμμένο ζεύγος) 1000Base-LX (1Gbps, Μήκος: 550m, Πολύτροπη ίνα) 10GBase-T (10Gbps, Μήκος: 100m, Συστρεμμένο ζεύγος) 10GBase-LR (10Gbps, Μήκος: 10km, Οπτική ίνα) 40Gbps …

Κωδικοποίηση

Χρησιμοποιείται η κωδικοποίηση Manchester και η διαφορική κωδικοποίηση Manchester. Χρησιμοποιούνται για να μπορούν οι δύο δέκτες να καθορίσουν την αρχή, το τέλος, ή το μέσο ενός bit.

Στην κωδικοποίηση Manchester η περίοδος κάθε bit

203∆ΙΚΤΥΑ Ι

διαιρείται σε δύο διαστήματα. Χρησιμοποιείται από το ΙΕΕΕ 802.3. Bit 0: Μετάβαση από χαμηλή τάση σε υψηλή στη μέση του διαστήματος

Bit 1: Μετάβαση από υψηλή τάση σε χαμηλή στη μέση του διαστήματος

Manchester

21/3/2011

35

Manchester

Πλεονεκτήματα Συγχρονισμός: Λόγω των προβλέψιμων μεταβάσεων κατά τη διάρκεια ενός κύκλου ρολογιού ο παραλήπτης μπορεί να συγχρονιστεί με αυτή τη μετάβαση.

Ανίχνευση λάθους: Η απουσία μιας αναμενόμενης άβ ί θ ί ύ λάθ

205∆ΙΚΤΥΑ Ι

μετάβασης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ανιχνεύσει λάθη. Μειονεκτήματα της κωδικοποίησης Manchester.

Χρειάζεται το διπλάσιο εύρος ζώνης σε σύγκριση με την άμεση δυαδική κωδικοποίηση.

Δεν υπάρχει κάποιο πρότυπο

Manchester

Το σήμα αποκωδικοποιείται ελέγχοντας την πολικότητα γειτονικών στοιχείων του σήματος παρά προσδιορίζοντας την απόλυτη τιμή στοιχείων του σήματος.

Ευκολότερη αναγνώριση της μετάβασης ενός σήματος σε σχέση με τον προσδιορισμό της απόλυτης τιμής του σε σύγκριση με κάποιο κατώφλι (threshold)

∆ιαφορική κωδικοποίηση Manchester

207∆ΙΚΤΥΑ Ι

σύγκριση με κάποιο κατώφλι (threshold). Bit 0: Υπάρχει μετάβαση στην αρχή του διαστήματος Bit 1: Χαρακτηρίζεται από την απουσία μετάβασης στην αρχή του διαστήματος

Έτσι, τόσο στο bit 0 όσο και στο bit 1 στη μέση του διαστήματος μπορεί να έχουμε μετάβαση από χαμηλή τάση σε υψηλή αλλά και από υψηλή σε χαμηλή.

∆ιαφορική κωδικοποίηση Manchester

Ethernet II

Δομή του πλαισίου Ethernet: Αποτελείται από τα ακόλουθα πεδία:

PreambleDest

AddressSrc

Address

SFD

Ethertype Payload CRC

209∆ΙΚΤΥΑ Ι

Προοίμιο (Preamble): Αποτελείται από 7 bytes με τιμή «10101010» τα οποία χρησιμοποιούνται για το συγχρονισμό του αποστολέα και του παραλήπτη.

Start of frame delimeter (SFD): Ένα byte με τιμή «10101011»

Διεύθυνση προορισμού (Destination address): MAC addressπροορισμού:

Ethernet II

PreambleSFD

Ethertype Payload CRCDest

AddressSrc

Address

210∆ΙΚΤΥΑ Ι

Διεύθυνση πηγής (Source address): MAC address αποστολέα.

Οι MAC διευθύνσεις είναι απαραίτητες για την ανταλλαγή δεδομένων σε τοπικό επίπεδο

21/3/2011

36

H 48-bit φυσική διεύθυνση μιας δικτυακής διεπαφής. Αναπαριστάται ως μια ακολουθία 16-bit αριθμών. Τα τρία πρώτα bytes προσδιορίζουν τον κατασκευαστή Τα τρία τελευταία μοναδικός αριθμός για αυτόν τον κατασκευαστή.

Εάν το λιγότερο σημαντικό bit από το σημαντικότερο byte είναι

MAC Address

211∆ΙΚΤΥΑ Ι

Εάν το λιγότερο σημαντικό bit από το σημαντικότερο byte είναι 0 έχουμε απλές διευθύνσεις (unicasting) 1 έχουμε multicasting

Διεύθυνση ff:ff:ff:ff:ff:ff: broadcasting Εάν το δεύτερο λιγότερο σημαντικό bit από το σημαντικότερο

byte είναι 0 η διεύθυνση είναι καθολική 1 η διεύθυνση είναι τοπική

Η κάρτα δικτύου λαμβάνει όλα τα πλαίσια που υπάρχουν στη γραμμή και δέχεται: αυτά που η διεύθυνση προορισμού αφορά το συγκεκριμένο

interface, τα πλαίσια εκπομπής

λ ί λλ λή δ ή

MAC Address

212∆ΙΚΤΥΑ Ι

τα πλαίσια πολλαπλής διανομής όλα τα πλαίσια εάν είναι σε promiscuous mode (μη επιλεκτική κατάσταση)

Οι 48-bit διευθύνσεις χρησιμοποιούνται από: Ethernet 802.11 (Wireless Lan) Bluetooth IEEE 802.5 (token ring) FDDI

MAC Address

213∆ΙΚΤΥΑ Ι

FDDI …

Παραδείγματα 00:e0:7d:93:06:35 11:00:00:00:32:15 32:00:00:00:32:15 A7:80:9f:04:41:45 F4:00:00:21:Α2:1Ε

Ethertype (2 bytes): Προσδιορίζει το πρωτόκολλο του οποίου τα δεδομένα μεταφέρονται με αυτό το πλαίσιο (π.χ. 0x0800: IP, 0x0806: ARP 0x8035: RARP)

Ethernet II

PreambleSrc

Address

SFD

Ethertype Payload CRCDest

Address

214∆ΙΚΤΥΑ Ι

0x0806: ARP, 0x8035: RARP). Payload: Τα δεδομένα του επιπέδου LLC τα οποία μπορεί να έχουν μήκος μέχρι 1500 bytes και τουλάχιστον 46 bytes (64 μαζί με της επικεφαλίδας). Αν τα data είναι λιγότερο από 46 bytes τότε συμπληρώνονται (padding).

Cyclic Redundancy Check (4 bytes): Ένας 32-bit κυκλικός κώδικας πλεονασμού που εφαρμόζεται σε όλα τα πεδία εκτός από το προοίμιο, το SFD, και την ακολουθία ελέγχου πλαισίου.

Ethernet II – Παράδειγμα Ethernet II – Παράδειγμα

21/3/2011

37

To Ethernet χρησιμοποιεί το 1-επίμονο CSMA/CD. Γιατί χρησιμοποιούμε ελάχιστο μήκος δεδομένων τα 46

bytes; Λόγω της χρήσης του CSMA/CD το πλαίσιο πρέπει να είναι αρκετά μεγάλο ώστε η σύγκρουση να ανιχνεύεται πριν το τέλος της μετάδοσης του πλαισίου

Ethernet

217∆ΙΚΤΥΑ Ι

το τέλος της μετάδοσης του πλαισίου ο χρόνος μετάδοσης ενός πλαισίου πρέπει να είναι μεγαλύτερος από το RTT μεταξύ των δύο πιο απομακρυσμένων σταθμών του δικτύου

Ελάχιστο μέγεθος πλαισίου

Έστω ότι ο σταθμός Α που βρίσκεται στη μια άκρη του δικτύου αρχίζει και μεταδίδει δεδομένα

Λίγο πριν φθάσουν στην άλλη άκρη όπου βρίσκεται ο σταθμός Β αρχίζει να μεταδίδει και ο Β.

Ο Β αντιλαμβάνεται τη σύγκρουση, σταματά αμέσως τη άδ δ ί έ ό θ ύβ 48 bit

218∆ΙΚΤΥΑ Ι

μετάδοση και δημιουργεί ένα καταιγισμό θορύβου των 48 bitγια να ειδοποιήσει τους άλλους σταθμούς.

Για να μπορέσει και ο Α να αντιληφθεί τη σύγκρουση θα πρέπει τη στιγμή που φθάνουν τα δεδομένα του Β στον Α ο Α να μην έχει τελειώσει τη μετάδοση.

Επομένως ο Α θα πρέπει να μεταδίδει για χρονικό διάστημα μεγαλύτερο από το διπλάσιο του χρόνου καθυστέρησης μεταξύ των δύο πιο απομακρυσμένων σημείων του δικτύου.

Ελάχιστο μέγεθος πλαισίου

Σε LAN των 10Mbps με μέγιστο μήκος 2500 μέτρων και τέσσερις επαναλήπτες (σύμφωνα με το 802.3 το μέγιστο μήκος ενός τμήματος είναι 500m) η χειρότερη καθυστέρηση διάδοσης με επιστροφή είναι γύρω στα 50μsec (συμπεριλαμβανομένου και του χρόνου διάσχισης των

λ ώ )

219∆ΙΚΤΥΑ Ι

επαναληπτών). Οι προκαθορισμένες αυτές τιμές του προτύπου ορίζουν και το ελάχιστο μέγεθος του πλαισίου. Γιατί;

ΙΕΕΕ 802.3 –επαναμετάδοση μετά από σύγκρουση

Αλγόριθμος Δυαδικής Εκθετικής Υποχώρησης: Ο χρόνος διαιρείται σε διακριτές στιγμές, των οποίων το μήκος είναι ίσο με το RTT μεταξύ των δύο πιο απομακρυσμένων σημείων.

Μετά την πρώτη σύγκρουση, ο κάθε σταθμός περιμένει 0, ή 1 διακριτές στιγμές πριν να μεταδώσει ξανά Εάν δύο σταθμοί

220∆ΙΚΤΥΑ Ι

διακριτές στιγμές πριν να μεταδώσει ξανά. Εάν δύο σταθμοί επιλέξουν τον ίδιο αριθμό διακριτών στιγμών τότε θα υπάρξει ξανά σύγκρουση.

Μετά τη δεύτερη σύγκρουση ο κάθε σταθμός περιμένει 0, 1, 2, ή 3 στιγμές για να μεταδώσει ξανά.

ΙΕΕΕ 802.3 –επαναμετάδοση μετά από σύγκρουση

Αλγόριθμος της Δυαδικής Εκθετικής Υποχώρησης: Γενικά, μετά από i συγκρούσεις ο σταθμός θα περιμένει από 0 εως 2i-1 χρονικά διαστήματα πριν προσπαθήσει και πάλι να μεταδώσει.

Αν συμβούν πάνω από 10 συγκρούσεις ο μέγιστος αριθμός σχισμών σταθεροποιείται στις 1023 ενώ αν οι συγκρούσεις

221∆ΙΚΤΥΑ Ι

χ μ ρ ς γ ρ ςξεπεράσουν τις 16 ο ελεγκτής αναφέρει κάποια βλάβη.

Με το τυχαίο διάστημα να αυξάνει εκθετικά όταν συμβαίνουν ολοένα και περισσότερες συγκρούσεις ο αλγόριθμος εξασφαλίζει χαμηλή καθυστέρηση όταν συγκρούονται λίγοι μόνο σταθμοί, και ότι η σύγκρουση επιλύεται σε λογικό χρονικό διάστημα όταν συγκρούονται πολλοί σταθμοί.

∆ικτύωση LANs

Repeaters και hubs μπορούν να χρησιμοποιηθούν για επέκταση:

100m

222∆ΙΚΤΥΑ Ι

Hub

21/3/2011

38

Το πρόβλημα

Με ταυτόχρονη μετάδοση:

223∆ΙΚΤΥΑ Ι

Hub

Σύγκρουση

Ethernet μεταγωγής

Χρησιμοποιείται ως μέτρο αντιμετώπισης του αυξημένου φορτίου όπου μειώνεται η ανταγωνιστικότητα για μετάδοση χρησιμοποιώντας το ίδιο μέσο μετάδοσης.

Διαφέρει από το παραδοσιακό Ethernet γιατί οι σταθμοί δε κάνουν χρήση ενός κοινού διαύλου.

h ή ί ά

224∆ΙΚΤΥΑ Ι

Στα Ethernet μεταγωγής χρησιμοποιείται κάποιος μεταγωγέας (switch) πάνω στον οποίο συνδέονται οι σταθμοί-υπολογιστές χρησιμοποιώντας συστρεμμένα ζεύγη καλωδίων, ή οπτικές ίνες,

άλλοι μεταγωγείς,


Όταν ένας σταθμός μεταδίδει, στέλνει το πλαίσιο στο μεταγωγέα. Ο μεταγωγέας, σε αντίθεση με το hub, θα προωθήσει τα δεδομένα μόνο προς την έξοδο όπου είναι συνδεδεμένος ο προορισμός του πλαισίου.

Οι συγκρούσεις αποφεύγονται με τη χρήση χώρου προσωρινής αποθήκευσης επιτρέποντας έτσι ταυτόχρονη

225∆ΙΚΤΥΑ Ι

προσωρινής αποθήκευσης επιτρέποντας έτσι ταυτόχρονη και πλήρως αμφίδρομη επικοινωνία όλων των σταθμών που συνδέονται απευθείας στο μεταγωγέα.

Τα switches διαχωρίζουν τομείς συγκρούσεων ενώ τα hubs όχι (όπως και οι repeaters).

Ωστόσο τόσο τα switches όσο και τα hubs δε διαχωρίζουν τομείς εκπομπής (broadcast domains)

Με ταυτόχρονη μετάδοση:


226∆ΙΚΤΥΑ Ι

Switch

Γρήγορο Ethernet

Καλύπτει τις ολοένα αυξανόμενες απαιτήσεις στη διακίνηση δεδομένων παρέχοντας ταχύτητες 100Mbps.

Για τις συνδέσεις χρησιμοποιούνται συστρεμμένα ζεύγη καλωδίων ή οπτικές ίνες (οι οπτικές ίνες χρησιμοποιούνται μόνο με μεταγωγείς).

227∆ΙΚΤΥΑ Ι

Χρησιμοποιείται και η κωδικοποίηση 4Β/5Β.

Κωδικοποίηση 4Β/5Β

Αντιμετωπίζει το πρόβλημα της μη αποτελεσματικής χρήσης του διαθέσιμου baud rate της γραμμής από την κωδικοποίηση Manchester.

Η ιδέα πίσω από το 4Β/5Β είναι να εισάγουμε επιπλέον bits στην ακολουθία των bits έτσι ώστε να σπάσουμε μια μεγάλη

228∆ΙΚΤΥΑ Ι

ακολουθία από 0 ή 1. Έτσι 4 bits από πραγματικά δεδομένα κωδικοποιούνται σε ένα κώδικα από 5 bits.

21/3/2011

39


Οι κώδικες των 5 bits επιλέγονται έτσι ώστε ο καθένας να μην έχει περισσότερα από ένα αρχικά 0 να μην έχει περισσότερα από δύο τελικά 0

Π.χ. Το 0000 κωδικοποιείται ως 11110

229∆ΙΚΤΥΑ Ι

Το 0001 κωδικοποιείται ως 01001 Το 0011 κωδικοποιείται ως 10101 …

Με αυτόν τον τρόπο κανένα ζεύγος από κώδικες των 5 bitsδεν έχουν περισσότερα από τρία συνεχόμενα 0.


Οι κώδικες των 5 bits μεταφέρονται χρησιμοποιώντας την κωδικοποίηση NRZI: Non-return to zero inverted αλλαγή σήματος στα όρια του κύκλου του ρολογιού αντιπροσωπεύει το 1

η απώλεια αλλαγής το 0

230∆ΙΚΤΥΑ Ι

Επειδή η 4B/5B χρησιμοποιεί την NRZI η οποία με τη σειρά της είναι μια διαφορική κωδικοποίηση είναι πιο αξιόπιστη γιατί βασίζεται στις εναλλαγές καταστάσεων και όχι στις απόλυτες τιμές των τάσεων.

Gigabit Ethernet

Είναι 100 φορές ταχύτερο από το κλασικό Ethernet. Πόση θα πρέπει να είναι η μέγιστη απόσταση αν χρησιμοποιούνται hubs;

Για την καλωδίωση χρησιμοποιούνται: Συστρεμμένα ζεύγη

231∆ΙΚΤΥΑ Ι

Οπτικές ίνες: χρησιμοποιείται η κωδικοποίηση 8Β/10Β


Έχει την ίδια φιλοσοφία με το 4Β/5Β: 8 bits δεδομένων κωδικοποιούνται σε 10 bits

Έχει καλύτερα χαρακτηριστικά μετάδοσης και ικανότητα ανίχνευσης λαθών. Επίσης: Μπορεί να υλοποιηθεί με σχετικά απλούς και φθηνούς πομποδέκτες με χαμηλό κόστος.

232∆ΙΚΤΥΑ Ι

πομποδέκτες με χαμηλό κόστος. Παρουσιάζει ελάχιστη απόκλιση από την ύπαρξη ίσου αριθμού

bits 1 και 0 για μια ακολουθία. Παρουσιάζει καλή πυκνότητα μεταβάσεων που του επιτρέπει εύκολη ανάκτηση ρολογιού.

Έχει ικανότητα ανίχνευσης λαθών. Τρόπος λειτουργίας: Ο κώδικας είναι στην ουσία συνδυασμός δύο άλλων κωδικών, ενός 5Β/6Β κώδικα και ενός 3Β/4Β.


Σύμφωνα με το 8Β/10Β: Καμία κωδικοποιημένη ακολουθία δε πρέπει να έχει περισσότερα από τέσσερα ίδια bit στη σειρά

Καμία κωδικοποιημένη ακολουθία δε πρέπει να έχει περισσότερα από έξι 0 ή έξι 1

Αυτές οι απαιτήσεις διασφαλίζουν ότι σε μια ακολουθία

233∆ΙΚΤΥΑ Ι

Αυτές οι απαιτήσεις διασφαλίζουν ότι σε μια ακολουθία υπάρχουν αρκετές εναλλαγές για να εξασφαλίζουν το συγχρονισμό αποστολέα και παραλήπτη.

Επίσης, πολλά bytes εισόδου αντιστοιχούν σε δύο αντί για ένα κώδικες. Ο λόγος είναι για να υπάρχει ισορροπία των 0 και των 1 σε μια ακολουθία. Η επιλογή ενός εκ των δύο κωδικών θα γίνει βάσει αυτής της απαίτησης για ισορροπία.

Gigabit Ethernet

Για τα δίκτυα που χρησιμοποιούν συστρεμμένα ζεύγη καλωδίων, χρησιμοποιείται διαφορετική κωδικοποίηση αφού η εισαγωγή δεδομένων σε χάλκινο σύρμα κάθε 1nsec είναι δύσκολη: Χρησιμοποιούνται τέσσερα συστρεμμένα ζεύγη καλωδίων κατηγορίας 5 επιτρέποντας έτσι την παράλληλη αποστολή

234∆ΙΚΤΥΑ Ι

κατηγορίας 5, επιτρέποντας έτσι την παράλληλη αποστολή τεσσάρων συμβόλων.

Κάθε σύμβολο κωδικοποιείται χρησιμοποιώντας ένα από πέντε πιθανά επίπεδα τάσης τα οποία επιτρέπουν τη μετάδοση των bits 00, 01, 10, 11, και ενός συμβόλου ελέγχου με τη μετάδοση ενός συμβόλου.

Έτσι στέλνονται 2 bits δεδομένων για κάθε ζεύγος καλωδίων και επομένως, 8 bits για κάθε κύκλο ρολογιού.

21/3/2011

40

Gigabit Ethernet

Λόγω της ύπαρξης μεγάλης ταχύτητας το Gigabit Ethernet χρησιμοποιεί μηχανισμό ελέγχου ροής με τον οποίο ο παραλήπτης ειδοποιεί τον αποστολέα όσον αφορά την κατάσταση του και για τον αν θα έπρεπε να συνεχίσει να στέλνει δεδομένα. Πιο συγκεκριμένα:Σ έλ ή 802 3 λή έλ

235∆ΙΚΤΥΑ Ι

Στον έλεγχο ροής του 802.3z ο παραλήπτης στέλνει στον αποστολέα ένα πλαίσιο ελέγχου του οποίου τα δύο πρώτα bytes είναι τα 0x8808.

Με αυτό το πλαίσιο ελέγχου ο παραλήπτης δηλώνει στον αποστολέα για πόσο χρόνο θα πρέπει να σταματήσει να στέλνει δεδομένα σε μονάδες των 512nsec. Το μέγιστο χρονικό διάστημα για το οποίο μπορεί ο αποστολέας να σταματήσει είναι 33,6msec.

Ασκήσεις

Αν στο Gigabit Ethernet χρησιμοποιούσαμε hubs για τη διασύνδεση των κόμβων πόση θα πρέπει να είναι η απόσταση μεταξύ των πιο απομακρυσμένων κόμβων;

236∆ΙΚΤΥΑ Ι

Ασκήσεις

Έστω ότι οι σταθμοί A, B και C είναι συνδεδεμένοι μεταξύ τους με τη χρήση ενός μεταγωγέα S. Ο ρυθμός μετάδοσης των δεδομένων είναι 10Mbps. Έστω ότι οι Α και Β θέλουν να στείλουν στον C δεδομένα μεγέθους 10MB και 20ΜΒ αντίστοιχα. Αν ο C μπορεί να επεξεργάζεται δεδομένα που λ βά ύ 2Μb/ β ί ά ή

237∆ΙΚΤΥΑ Ι

λαμβάνει, με ταχύτητα 2Μb/sec, βρείτε εάν ο καταχωρητής μεγέθους 30ΜΒ του C θα πλημμυρίσει με δεδομένα όταν οι Α και Β αρχίσουν να μεταδίδουν ταυτόχρονα.

Documents

093 Computer+Networks+I.unlocked