∆ίκτυα Υπολογιστών i notes/cn/notes chapter 2.pdf · Παραµόρφωση...

1

∆ίκτυα Υπολογιστών I

∆ρ. Παύλος Θεοδώρου

Πανεπιστήµιο Αιγαίου Τµήµα Πληροφοριακών &

Επικοινωνιακών Συστηµάτων [email protected]

Περιεχόµενα

1. Εισαγωγή

2. Το φυσικό Στρώµα

3. Το στρώµα Ζεύξης ∆εδοµένων

4. Το υπο-στρώµα Προσπέλασης στο Μέσο

5. Το Στρώµα ∆ικτύου

6. Το Στρώµα Μεταφοράς

7. Το στρώµα εφαρµογής

∆ρ. Παύλος Θεοδώρου Πανεπιστήµιο Αιγαίου / ∆ίκτυα Υπολογιστών

2

2. ΤΟ ΦΥΣΙΚΟ ΣΤΡΩΜΑ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Σκοπός: Παρέχει το µέσω για την µετάδοση των bit από τον αποστολέα στον δέκτη.

Εµπλέκει πολλές λειτουργίες για το πως θα χρησιµοποιηθούν διάφορα σήµατα (αναλογικά)

για την µεταφορά ψηφιακής πληροφορίας.

• Βασική θεωρητική γνώση: µετάδοση σηµάτων και ανάλυση Fourier

• Μέσα µετάδοσης (ενσύρµατα και ασύρµατα)

• Τεχνικές διαµόρφωσης, κωδικοποίησης, πολυπλεξίας και µεταγωγής.

ΜΕΓΙΣΤΟΣ ΡΥΘΜΟΣ ∆Ε∆ΟΜΕΝΩΝ ∆ΙΑΥΛΟΥ (Nyquist & Shannon)

Ο Nyquist έδειξε ότι αν η συχνότητα αποκοπής είναι H Hz το φιλτραρισµένο σήµα µπορεί να

ανακατασκευασθεί µε ρυθµό δειγµατοληψίας 2Η. Άρα:

• µέγιστος ρυθµός µετάδοσης = 2Η log2V (bps)

Όπου V είναι ο αριθµός των διακεκριµένων σταθµών του σήµατος

Ο Shannon έδειξε ότι ένας θορυβώδης δίαυλος µε λόγο σήµα προς θόρυβο S/N περιορίζει

τον ρυθµό µετάδοσης

• µέγιστος ρυθµός µετάδοσης = Η log2 (1+S/N) (bps)

Παράδειγµα: Μια τηλεφωνική γραµµή µε H = 3000 και 10log10(S/N) = 30dB δεν µπορεί να

επιτύχει ρυθµό δεδοµένων καλύτερο από 30 kbps.


3

ΜΕΣΑ ΜΕΤΑ∆ΟΣΕΙΣ

Μαγνητικά Μέσα

Ποτέ µην υποτιµήσεις το εύρος ζώνης ενός φορτηγού φορτωµένου µε ταινίες που κατηφορίζει

τη Συγγρού!!

Μια συνηθισµένη video ταινία µπορεί να αποθηκεύσει περίπου 7 Gbytes δεδοµένα.

• Ένα κουτί 50 επί 50 επί 50 χωρά 1000 τέτοιες ταινίες και η συνολική χωρητικότητα

είναι 7000 Gbytes.

• Ένα κουτί µε ταινίες µπορεί να παραδοθεί οπουδήποτε στον κόσµο σε 24 ώρες

• Εστί, έχουµε έναν ρυθµό µετάδοσης των 648 Mbps που είναι καλύτερος από την

υψηλής ταχύτητας έκδοση του B-ISDN (622Mbps)!

Ερώτηση: τι έχουµε παραβλέψει στο παραπάνω παράδειγµα;

Συνεστραµµένα Ζεύγη ή ∆ιπλαγωγοί (Twisted Pair)

Το πιο φθηνό και ευρύτατα χρησιµοποιηµένο καθοδηγηµένο µέσο µετάδοσης είναι τα

συνεστραµµένα ζεύγη.

Φυσική Περιγραφή: Ένα συνεστραµµένο ζεύγος αποτελείται από δύο µονωµένα καλώδια

χαλκού που συστρέφονται µεταξύ τους.

• Η συστροφή τείνει να µειώσει την παρεµβολή διαφωνίας µεταξύ των παρακείµενων

ζευγαριών σε ένα καλώδιο.

• Συνήθως, ένας αριθµός από αυτά τα ζεύγη συσσωρεύονται µαζί σε ένα καλώδιο µε το

να τυλίγονται µαζί σε µια σκληρή προστατευτική θήκη.

• Τα γειτονικά ζεύγη σε µια δέσµη έχουν συνήθως διαφορετικό µήκος συστροφής το

οποίο συνήθως κυµαίνετε από 5 εως 15 εκ.

• Τα καλώδια σε ένα ζεύγος έχουν πάχος το οποίο κυµαίνετε από 0.4 σε 0.9 mm.

• ∆ιακρίνεται στο θωρακισµένο STP και µη θωρακισµένο UTP.


4

Οµοαξονικό Καλώδιο Φυσική Περιγραφή: Το οµοαξονικό καλώδιο, όπως το συνεστραµµένο ζεύγος, αποτελείται

από δύο αγωγούς, αλλά κατασκευάζεται διαφορετικά ώστε να λειτουργεί σε ένα ευρύτερο

φάσµα συχνοτήτων.

• Ένα οµοαξονικό καλώδιο έχει µια διάµετρο από 1 έως 2,5 εκατ.

• Λόγω της θωρακισµένης, οµόκεντρης κατασκευής του, είναι πολύ λιγότερο ευαίσθητο

στην παρεµβολή και την συνακρόαση από ένα συνεστραµµένο ζεύγος.

• Xρησιµοποιητε σε µεγαλύτερες αποστάσεις και παρέχει µεγαλύτερο εύρος σε σχέση

µε το συνεστραµµένο ζεύγος.

• Ο κύριος αντικαταστατής του είναι η οπτική ίνα.


5

Οπτική Ίνα

Αρχή: Αντί να χρησιµοποιήσουµε ηλεκτρικά σήµατα για τη µεταφορά ψηφιακών δεδοµένων

χρησιµοποιούµε οπτικά σήµατα τα οποία διαδίδονται µέσα από οπτικές ίνες µε εσωτερική

ανάκλαση.

Φυσική περιγραφή: Μια οπτική ίνα είναι ένα λεπτό, εύκαµπτο µέσο (γυαλί ή πλαστικό) ικανό

να οδηγήσει µια οπτική ακτίνα.


6

Οπτική ίνα έναντι χάλκινων καλωδίων

Τα χαρακτηριστικά που διακρίνουν την οπτική ίνα σε σχέση µε το συνεστραµµένο ζεύγος ή το

οµοαξονικό καλώδιο είναι:

• Μεγαλύτερη χωρητικότητα: Το πιθανό εύρος ζώνης, και ως εκ τούτου ο ρυθµός

δεδοµένων, της οπτικής ίνας είναι απέραντα. Έχουν επιτευχθεί ρυθµοί

δεδοµένων εκατοντάδων Gbps πάνω από δεκάδες χιλιόµετρα.

• Μικρότερο µέγεθος και ελαφρύτερα: Οι οπτικές ίνες είναι αρκετά λεπτότερες

από το οµοαξονικό καλώδιο ή τα συσσωρευµένα συνεστραµµένα-ζεύγη.

• Χαµηλότερη εξασθένιση: Η εξασθένιση είναι σηµαντικά χαµηλότερη για την

οπτική ίνα από ότι για το οµοαξονικό καλώδιο ή το συνεστραµµένο ζεύγος και

είναι σταθερή για ένα µεγάλο εύρος.

• Ηλεκτροµαγνητική µόνωση: Τα συστήµατα οπτικών ινών δεν επηρεάζονται

από τα εξωτερικά ηλεκτροµαγνητικά πεδία.

• Μεγαλύτερη απόσταση µεταξύ αναµεταδοτών: Λιγότεροι αναµεταδότες

σηµαίνει χαµηλότερο κόστος και λιγότερες πηγές λάθους.


7

∆ΙΚΤΥΑ ΟΠΤΙΚΩΝ ΙΝΩΝ

Παρατήρηση: Μια διεπαφή αποτελείται από ένα δέκτη (pho-todiode) ο οποίος µετατρέπει

φως σε ηλεκτρικά σήµατα, και/ή έναν µεταδότη (LED ή Laserdiode)

Παθητική διεπαφή: Ένας υπολογιστής είναι άµεσα συνδεδεµένος µε την οπτική ίνα

Ενεργή διεπαφή: Υπάρχει ένας συνηθισµένος ηλεκτρικός επαναλήπτης που συνδέει τον

υπολογιστή µε τα δυο τµήµατα τις οπτικής ίνας

Fig. 2-9. A fiber optic ring with active repeaters.

∆ιάταξη παθητικού αστέρας: Είναι εναλλακτική της τοπολογίας δακτυλίου και

χρησιµοποιείται για LAN οπτικών ινών


8

ΑΣΥΡΜΑΤΗ ΜΕΤΑ∆ΟΣΗ

Η ασύρµατη µετάδοση είναι καλή όταν δεν µπορούµε να είµαστε ακίνητοι, ή υπάρχει η ανάγκη

να είµαστε on-line ανά πάσα στιγµή.

Βολεύει επίσης όταν χρειαζόµαστε να κάνουµε ενσύρµατες συνδέσεις σε µέρη όπου είναι

αδύνατον ή όταν δεν αξίζουν τον κόπο να γίνουν (βουνά, δάση, κτλ)

Η ασύρµατη µετάδοση ταξιδεύει µε την ταχύτητα του φωτός (c), σε συχνότητα (f) µε µήκος

κύµατος (λ), c = λ f

Όσο µεγαλύτερο το µήκος κύµατος τόσο µεγαλύτερη η απόσταση που µπορεί να ταξιδέψει

χωρίς εξασθένιση. Επίσης η σκέδαση στις υψηλότερες συχνότητες είναι αρκετή µικρότερη.

Fig. 2-11. The electromagnetic spectrum and its uses for communication

Σηµείωση: Μπορούµε να κωδικοποιήσουµε µόνο µερικά bits ανά Hertz στην περιοχή των

χαµηλών συχνοτήτων αλλά πολλά περισσότερα στην περιοχή των υψηλότερων συχνοτήτων,

µέχρι και 40 bit/Hz. Αυτό σηµαίνει πως η ασύρµατη µετάδοση γενικά θα έχει ένα χαµηλότερο

εύρος ζώνης (πρακτικά 1-2 Mbps)

Παρατήρηση: Οι οπτικές ίνες λειτουργούν στην περιοχή υψηλών συχνοτήτων και για αυτό οι

ταχύτητες µετάδοσης είναι Gbits/s.


9

ΑΣΥΡΜΑΤΗ ΜΕΤΑ∆ΟΣΗ

c = λ f ⇒ 22 λλ

λλ∆

=∆⇒−=cfc

ddf

Συµπέρασµα: Όσο ευρύτερη είναι η περιοχή και όσο πιο µικρό το µήκος κύµατος τόσο πιο

µεγάλο το εύρος ζώνης. Παράδειγµα είναι οι οπτικές ίνες, δουλεύουν µε λ = 1,30µm και ∆λ =

0,17 610−× . Έτσι το εύρος ζώνης είναι 30 ΤΗz!!

Παρατήρηση: Η ασύρµατη εκποµπή (VLF–VHF) είναι πολύ δηµοφιλής και φθηνή. Η

µικροκυµατική εκποµπή είναι κατάλληλη µόνο για µεταδόσεις σε ευθείες γραµµές.

Παρατήρηση: Η µικροκυµατική εκποµπή είναι επίσης πολύ δηµοφιλής και κατάλληλη για

κοντινές και µακρινές αποστάσεις. Τα κύµατα ταξιδεύουν σε ευθείες γραµµές

χρησιµοποιώντας παραβολικές κεραίες.

ΟΠΤΙΚΗ ΑΣΥΡΜΑΤΗ ΜΕΤΑ∆ΟΣΗ

Μια περισσότερο σύγχρονη εφαρµογή είναι η σύνδεση των LAN δυο κτηρίων µε τη βοήθεια

laser τοποθετηµένων στις στέγες.

Μειονεκτήµατα: η ακτινοβολία δεν διαπερνά την βροχή, την πυκνή οµίχλη και το χιόνι.

Επίσης τα θερµά ρεύµατα το καλοκαίρι µπορεί να κάνουν τη δέσµη να τρέµει «χορεύει» γύρω

από τον ανιχνευτή.


10

ΣΥΝ∆ΡΟΜΗΤΙΚΟΣ ΒΡΟΧΟΣ (THE LOCAL LOOP)

Παρατήρηση: Στο τηλεφωνικό σύστηµα οι υπεραστικές ζεύξεις είναι κυρίως ψηφιακές, όµως

οι συνδροµητικοί βρόχοι παραµένουν ακόµα αναλογικοί.

∆ιαδικασία: Όταν ένας συνδροµητής επιθυµεί να στείλει ψηφιακά δεδοµένα µέσω

επιλεγόµενης γραµµής:

• Τα δεδοµένα πρέπει πρώτα να µετατραπούν σε αναλογική µορφή από ένα modem

για µετάδοση µεσω του συνδροµητικού βρόχου

• Κατόπιν να µετατραπούν σε ψηφιακή µορφή από έναν codec για να µεταδοθούν

µεσω των υπεραστικών κυκλωµάτων

• Κατόπιν πάλι σε αναλογική µορφή για να περάσουν µέσα από τον συνδροµητικό

βρόχο στη λήψη

• Τελικά πάλι σε ψηφιακή µορφή από ένα άλλο modem για να αποθηκευτούν στον

υπολογιστή προορισµού.

Fig.2-17.The use of both analog and digital transmission for a computer to computer call.

Conversion is done by the modems

Σηµείωση: Στις µισθωµένες γραµµές είναι δυνατόν να είναι ψηφιακή η µετάδοση από την

αρχή µέχρι το τέλος.


11

ΒΛΑΒΕΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΜΕΤΑ∆ΟΣΗ

Σε οποιοδήποτε σύστηµα επικοινωνίας, το σήµα που λαµβάνεται µπορεί να διαφέρει από το

σήµα που µεταδίδεται λόγω των διαφόρων βλαβών κατά τη µετάδοση.

Οι σηµαντικότερες βλάβες κατά τη µετάδοση είναι οι παρακάτω:

Εξασθένιση: Η ένταση ενός σήµατος µειώνεται σε σχέση µε την απόσταση πάνω από

οποιοδήποτε µέσο µετάδοσης.

Παραµόρφωση Καθυστέρησης: Eίναι ένα ιδιόµορφο φαινόµενο για τα καθοδηγηµένα µέσα

µετάδοσης και προκαλείται από το γεγονός ότι η ταχύτητα διάδοσης ενός σήµατος µέσω ενός

µέσου ποικίλλει ανάλογα µε τη συχνότητα.

• Επιφέρει διασυµβολική παρεµβολή (intersymbol interference), η οποία είναι ένας

σηµαντικός περιορισµός για το µέγιστο ρυθµό bit σε ένα κανάλι µετάδοσης.

Θόρυβος: Είναι τα πρόσθετα ανεπιθύµητα σήµατα που παρεµβάλουν µε το επιθυµητό σήµα

κάπου µεταξύ της µετάδοσης και της λήψης.

• Ο θόρυβος είναι ο σηµαντικότερος περιοριστικός παράγοντας για την απόδοση των

επικοινωνιακών συστηµάτων.

• Ο θόρυβος µπορεί να διαιρεθεί σε τέσσερις κατηγορίες:

Θερµικός Θόρυβος (Thermal noise)

Θόρυβος Ενδοδιαµόρφωσης (Intermodulation noise)

Συνακρόαση (Crosstalk)

Κρουστικός θόρυβος (Impulse noise)


12

MODULATOR DEMODULATOR (MODEM)

Εξαιτίας των βλαβών κατά τη µετάδοση είναι ανεπιθύµητο να έχουµε µια ευρεία περιοχή

συχνοτήτων στο σήµα.

Οι τετραγωνικές µορφές των ψηφιακών δεδοµένων έχουν ευρύ φάσµα και, κατά συνέπεια,

υφίστανται ισχυρή εξασθένιση και παραµόρφωση καθυστέρησης.

Συµπέρασµα: η σηµατοδότηση βασικής ζώνης (DC) είναι κατάλληλη µόνο για χαµηλές

ταχύτητες και για µικρές αποστάσεις.

Στις τηλεφωνικές γραµµές χρησιµοποιείται σηµατοδότηση AC µε συνεχής τόνους (ηµιτονικό φέρον) στην περιοχή από 1000 έως 2000 Hz.


13

MODULATOR DEMODULATOR (MODEM)

Το πλάτος, η συχνότητα και η φάση του φέρον κύµατος µπορούν να διαµορφωθούν για να

µεταφέρουν πληροφορία.

Τα σύγχρονα modem χρησιµοποιούν ένα συνδυασµό τεχνικών διαµόρφωσης για να

µεταδώσουν πολλά bit ανά baud.

Το baud rate µας δίνει τον αριθµό των µεταβολών (διαµορφώσεων) του αναλογικού σήµατος

σε κάθε δευτερόλεπτο.

Παράδειγµα: Τα modem V.32 µε ταχύτητες 9600 και 14400 bps χρησιµοποιούν µετατόπιση

φάσης (phase shift) σε συνδυασµό µε διαµόρφωση πλάτους.


14

RS-232-C και RS-449

Η διεπαφή µεταξύ του υπολογιστή (ή του τερµατικού) και του modem είναι ένα παράδειγµα

πρωτοκόλλου του φυσικού στρώµατος.

Η διεπαφή πρέπει να καθορίζει ακριβώς τη µηχανική, την ηλεκτρική, τη λειτουργική και τη

διαδικασιακή διεπαφή.

∆ύο πολύ γνωστά πρότυπα του φυσικού στρώµατος είναι: το RS-232-C (25 ακίδες) και ο

διάδοχός του RS-449 (37 ακίδες).

RS-232 connectors, showing wiring for three-wire connection.

Η ηλεκτρικές προδιαγραφές του RS-232-C είναι ότι µια τάση πιο αρνητική από –3 volt είναι το

δυαδικό 1 και µια τάση πιο θετική από +4 volt είναι το δυαδικό 0.

Το RS-232-C υποστηρίζει ταχύτητες µετάδοσης όχι µεγαλύτερες από 20 kb/s και µέγιστο

µήκος καλωδίου 15 µέτρα.

Το RS-449 υποστηρίζει ταχύτητες µετάδοσης µέχρι 2 Mb/s και µέγιστο µήκος καλωδίου 60

µέτρα.


15

RS-232-C και RS-449

Dial-up voice line modem, showing RS-232 connector and RJ-45 jacks.

An RS-232 cable tester; each of the RS-232 signals is displayed on the panel and individual

pins from one connector can be patched to different pins on the other connector to

accommodate wiring mismatches.


16

ΟΠΤΙΚΟΣ ΣΥΝ∆ΡΟΜΗΤΙΚΟΣ ΒΡΟΧΟΣ

Παρατήρηση: Για υπηρεσίες όπως video on demand ο δίαυλος των 3 KHz που

χρησιµοποιείται προς το παρόν από τις περισσότερες τηλεφωνικές εταιρίες δεν αρκεί.

Λύσεις:

• Εγκατάσταση µιας οπτικής ίνας από το τοπικό κέντρο προς όλα τα σπίτια, Οπτική Ίνα στο Σπίτι (Fiber To The home - FTTH). Η λύση αυτή είναι πολύ δαπανηρή.

• Μια εναλλακτική και πιο φθηνή λύση είναι η οπτική ίνα στο πεζοδρόµιο (Fiber to The Curb - FTTC). Η οπτική ίνα τερµατίζει σε κουτί διακλάδωσης (της γειτονίας), οι

συνδοµητικοί βρόχοι συνεχίζουν µέχρι την οικία, έχουν µήκος περίπου 100 µέτρα και

υποστηρίζουν ταχύτητες διάδοσης µέχρι και 1 Mb/s.

Σηµείωση: Για ταχύτητες αρκετά πάνω από 1 Mb/s και για µεγάλες αποστάσεις θα πρέπει

µακροπρόθεσµα όλα τα καλώδια συνεστραµµένου ζεύγους να αντικατασταθούν µε οπτικές

ίνες (FTTH).

Fig.2-23. Fiber to the curb. (a) Using the telephone network. (b) Using the cable TV network.


17

ΠΟΛΥΠΛΕΞΙΑ ∆ΙΑΙΡΕΣΗΣ ΧΡΟΝΟΥ (TDM)

Σύµφωνα µε το θεώρηµα του Nyquist για την ψηφιοποίηση φωνής χρησιµοποιούµε ρυθµό

δειγµατοληψίας 8000, δηλαδή ένα δείγµα ανά 125 µsec (PCM). Χρησιµοποιώντας 8 bit ανά

δείγµα έχουµε 64 kbps.

Η πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου απλά συγχωνεύει / διασπά πολλές ροές ψηφιακών

δεδοµένων σε µια νέα ροή. Τα δεδοµένα µεταχειρίζονται ως πλαίσια.

Παρατήρηση: Η πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου είναι καθαρά µια ψηφιακή τεχνική, σε σχέση

µε την FDM και WDM.


18

ΨΗΦΙΑΚΟΣ ΦΟΡΕΑΣ Τ1

• Για την µετάδοση ψηφιακής πληροφορίας οι χώρες Αµερική, Καναδάς και Ιαπωνία

χρησιµοποιούν ίδιο ψηφιακό σύστηµα (Τ1)

• Στο φορέα Τ1 η δοµή του πλαισίου αποκαλείται Digital Signal 1 (DS1)

• Η ITU-T έχει εκδώσει ένα παρόµοιο σύστηµα αλλά µε διαφορετικά χαρακτηριστικά

(Ε1)

Μορφή Μετάδοσης DS-1

Παρατηρήσεις: 1. Το πρώτο bit είναι ένα bit πλαισίωσης και χρησιµοποιείτε για συγχρονισµό.

2. Κανάλια φωνής:

• Χρησιµοποιείται 8-bit PCM σε πέντε από έξι πλαίσια

• Χρησιµοποιείται 7-bit PCM σε κάθε έκτο πλαίσιο, το bit 8 σε κάθε κανάλι είναι ένα bit

σηµατοδοσίας.

3.Κανάλια δεδοµένων (data):

• Το κανάλι 24 χρησιµοποιείται για σηµατοδοσία µόνο σε µερικές µεθόδους.

• Τα bit 1-7 χρησιµοποιούνται για την υπηρεσία 56 kbps.

Τα bit 2-7 χρησιµοποιούνται για τις υπηρεσίες 9.6, 4.8 και 2.4 kbps.

Συµπέρασµα: Ο συνολικός ρυθµός δεδοµένων που υποστηρίζει το Τ1 είναι (24 χ 8 +1) χ

8000 = 1,544 Mbps


19

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΦΟΡΕΩΝ

Παρατήρηση: Η TDM αποτελεί το µέσο στο να παρέχεται σε έναν µεµονωµένο χρήστη

περισσότερο εύρος, καταχωρώντας περισσότερα κανάλια µέσα σε ένα πλαίσιο η

συνδυάζοντας έναν αριθµό ψηφιακών συρµών (DS1) σε ένα συρµό µεγαλύτερου εύρους.

Βόρεια Αµερική ∆ιεθνής (ITU-T)

Χαρακτηρισµός Αριθµός Καναλιών Φωνής

Ρυθµός ∆εδοµένων

(Mbps)

Επίπεδο Αριθµός Καναλιών Φωνής

Ρυθµός ∆εδοµένων

(Mbps) DS-1

DS-1C DS-2 DS-3 DS-4

24 48 96

672 4032

1.544 3.152 6.312 44.736 274.176

1 2 3 4 5

30 120 480 1920 7680

2.048 8.448 34.368 139.264 565.148

Πίνακας 8.3 ∆ιεθνής και Βορείου Αµερικής Πρότυπα TDM Φορέων


20

SONET (BellCore, ANSI) / SDH (ITU-T)

To Σύγχρονο Οπτικό ∆ίκτυο SONET (Synchronous Optical Network) είναι ένα παραδοσιακό

TDM σύστηµα και παρέχει ενοποίηση και πολυπλεξία ψηφιακών φορέων.

Ένα σύστηµα SONET απαρτίζεται από µεταγωγείς, πολυπλέκτες και επαναλήπτες που

συνδέονται µεταξύ τους µε οπτική ίνα.

Το βασικό πλαίσιο του SONET ονοµάζεται σήµα σύγχρονης µεταφοράς-1 (STS-1) και ο

µικτός ρυθµός δεδοµένων είναι 51,84 Mbps


21

SONET (BellCore, ANSI) / SDH (ITU-T)

Μεγαλύτερες ταχύτητες επιτυγχάνονται µε την πολυπλεξία πολλαπλών συρµών STS-1, η

πολυπλεξία γίνεται byte προς byte.

Η ιεραρχία πολυπλεξίας του SONET είναι:

Όταν ένας φορέας, όπως ο OC-3, δεν είναι προϊόν πολυπλεξίας αλλά µεταφέρει δεδοµένα

από µια µόνο πηγή, προστίθεται το γράµµα c στον τίτλο, π.χ. OC-3c είναι ο ρυθµός

λειτουργίας του ΑΤΜ.


22

ΜΕΤΑΓΩΓΗ

Η µεταγωγή κυκλώµατος αναπτύχθηκε για να χειρίζεται κίνηση φωνής και χρησιµοποιείται

σε δηµόσια και ιδιωτικά τηλεφωνικά δίκτυα.

Με τη µεταγωγή κυκλώµατος, αποκαθίσταται ένα αποκλειστικό φυσικό µονοπάτι ανάµεσα σε

δύο σταθµούς για επικοινωνία.

Η µεταγωγή κυκλώµατος περιλαµβάνει τρεις φάσεις:

• Αποκατάσταση κυκλώµατος • Μεταφορά δεδοµένων • Αποσύνδεση κυκλώµατος

Η µεταγωγή πακέτου σχεδιάστηκε για να παρέχει µία πιο αποδοτική λειτουργία από τη

µεταγωγή κυκλώµατος για εκρηκτική (burtsy) κίνηση δεδοµένων.

Με τη µεταγωγή πακέτου, ένας σταθµός:

• διαιρεί ένα µήνυµα σε µικρά πακέτα (στην µεριά του αποστολέα)

• δροµολογεί το κάθε πακέτο ξεχωριστά (στην µεριά του αποστολέα, δροµολογητών,

κτλ)

• ξανασυναρµολογεί τα πακέτα (στην µεριά του παραλήπτη)

Κάθε πακέτο περιέχει ένα τµήµα των δεδοµένων του χρήστη συν πληροφορία ελέγχου.


23

ΜΕΤΑΓΩΓΗ

Η µεταγωγή πακέτου έχει έναν αριθµό από πλεονεκτήµατα έναντι της µεταγωγής κυκλώµατος

• Η αποδοτικότητα της γραµµής είναι µεγαλύτερη, επειδή µία απλή σύνδεση µπορεί να

µοιραστεί δυναµικά σε πολλά πακέτα κάθε στιγµή.

• Ένα δίκτυο µεταγωγής πακέτων µπορεί να εκτελέσει µετατροπή ρυθµού δεδοµένων

επειδή ο κάθε σταθµός συνδέεται στον κόµβο του µε τον δικό του ρυθµό δεδοµένων.

• Όταν η κίνηση σε ένα δίκτυο µεταγωγής κυκλώµατος γίνεται µεγάλη, µερικές κλήσεις

µπλοκάρονται.

• Μπορούν να χρησιµοποιηθούν προτεραιότητες.

Η µεταγωγή µηνύµατος είναι µια εναλλακτική στρατηγικής µεταγωγής που σιγά σιγά τείνει

να εξαφανιστεί. Ένα µήνυµα λαµβάνεται πλήρως από τον δροµολογητή, αποθηκεύεται και

κατόπιν προωθείται στην κατάλληλη έξοδο.


24

ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕΤΑΓΩΓΗΣ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΠΑΚΕΤΟΥ


25

ISDN

Παρατήρηση: Τα παλιά δηµόσια τηλεφωνικά δίκτυα χρησιµοποιούν τεχνολογία µεταγωγής

κυκλώµατος και έχουν ως κύριο σκοπό την µεταφορά αναλογικών φωνητικών σηµάτων.

Η σχεδίαση τους δεν βοηθάει σε µεγάλο βαθµό για την µεταφορά ψηφιακής πληροφορίας.

Λύση: ISDN, ένα παγκόσµιο δηµόσιο τηλεπικοινωνιακό δίκτυο το οποίο θα αντικαταστήσει τα

παλιά δηµόσια τηλεφωνικά δίκτυα και θα προσφέρει ένα ευρύ σύνολο υπηρεσιών:

• Υποστήριξη εφαρµογών µε φωνή και χωρίς φωνή, χρησιµοποιώντας ένα

περιορισµένο σύνολο προτυποποιηµένων υπηρεσιών.

• Υποστήριξη µεταγώµενων και µη µεταγώµενων εφαρµογών.

• Αξιοπιστία σε γραµµές των 64 kbps.

• Ευφυΐα στο δίκτυο.

• Αρχιτεκτονική πρωτοκόλλου οργανωµένη σε επίπεδα (τα πρωτόκολλα µπορούν να

αντιστοιχισθούν στο µοντέλο OSI).

• Ποικιλία διατάξεων (πολλές διαφορετικές φυσικές διατάξεις είναι πιθανές για την

υλοποίηση του ISDN)


26

Αρχιτεκτονική του ISDN


27

Η διεπαφή ISDN

Ο ψηφιακός δίαυλος ανάµεσα στην κεντρική υπηρεσία και το χρήστη ISDN χρησιµοποιείται

για να µεταφέρει έναν αριθµό καναλιών επικοινωνίας.

Η δοµή µετάδοσης κάθε ζεύξης πρόσβασης αποτελείται από τους ακόλουθους τύπους

καναλιών:

• Κανάλι D: 16 ή 64 kbps

• Κανάλι Β: 64 kbps

• Κανάλι Η: 384 (Η0), 1536 (Η11) και 1920 (Η12) kbps

Κανάλι Β (64 kbps) Κανάλι D (16 kbps)

Ψηφιακή φωνή Σήµανση 64 kbps PCM Βασική Χαµηλός ρυθµός bit (32 kbps) Βελτιωµένη ∆εδοµένα υψηλών ταχυτήτων ∆εδοµένα χαµηλών ταχυτήτων Μεταγωγή κυκλώµατος Videotex Μεταγωγή πακέτου Teletex

Άλλα Τηλεµετρία Φαξ Υπηρεσίες ανάγκης Βίντεο χαµηλής ανάλυσης ∆ιαχείριση ενέργειας

Ο βασικός ρυθµός: 2Β + 1D (16 kbps) = 144 kbps, στον χρήστη δίνονται 128 kbps.

Ο πρωτεύων ρυθµός: 30Β + 1D (64 kbps) = 144 kbps, στον χρήστη δίνονται 1920 kbps. Οι

Ηνωµένες Πολιτείες, ο Καναδάς και η Ιαπωνία χρησιµοποιούν 23Β + 1D (1.544 Μbps).


28

Άποψη για το ISDN

Θεωρείτε ήδη σύστηµα παλιάς τεχνολογίας: η καλύτερη ταχύτητα που µπορεί να προσφέρει

σε έναν χρηστή στο σπίτι είναι 144 kbps.

• Παραδόξως σώθηκε από το Internet λόγω:

o Ταχεία σύνδεση (σε σχέση µε το παλιό τηλεφωνικό σύστηµα που χρειαζόταν

αρκετό χρόνο για την εγκατάσταση της σύνδεσης)

o Το εύρος που προσφέρει θεωρείται αρκετό, για τις ηµέρες µας, για την

διακίνηση απλών ιστοσελίδων.

• ∆εν επαρκεί για την µεταφορά µεγάλων αρχείων (εικόνες, κτλ) και κυρίως όταν

πρέπει να εξυπηρετηθούν εφαρµογές πραγµατικού χρόνου.

• ∆ιάφορες ανταγωνιστικές τεχνικές για την µεταφορά ψηφιακής πληροφορίας έχουν

αναπτυχθεί και ήδη διεισδύσει την αγορά.


29

Ανταγωνιστές του ISDN: ADSL

Παρόν πρόβληµα: Το εύρος ζώνης στους τερµατικούς χρήστες περιορίζεται από τον

συνδροµητικό βρόχο: υπάρχει µόνο ένα απλό ζεύγος συνεστραµµένων καλωδίων που

καταλήγει µέσα στα σπίτια µας. Ωστόσο, εύρος ζώνης χρειάζεται για εφαρµογές όπως φωνή

(εύκολο), µεγάλες εικόνες (επιτυγχάνεται), video (δύσκολο).

Παρατήρηση: Περισσότερα δεδοµένα εισέρχονται στο σπίτι εν συγκρίσει µε αυτά που

εξέρχονται. Άρα, χρησιµοποίησε ασύµµετρες τεχνικές!

Fig.7-92. ADSL as the local distribution network.

Ασύµµετρη Ψηφιακή Συνδροµητική Γραµµή (Asymmetric Digital Subscriber Line – ADSL): Σήµερα εxουµε το ADSL4 το οποίο παρέχει µέχρι 6Mp/s στον καθοδικό δίαυλο

(αρκετά για τηλεοπτική εκποµπή καλής ποιότητας) και µέχρι 640 kb/s στον ανοδικό δίαυλο µε

1 UTP καλώδιο µήκους µέχρι 6 km.


30

Ανταγωνιστές του ISDN: Καλωδιακή TV

Λογική: Πολλοί άνθρωποι έχουν ήδη καλωδιακή τηλεόραση, εποµένως γιατί να µην

χρησιµοποιήσουµε αυτό το χοντρό καλώδιο και για τηλεπικοινωνίες;

Παρατήρηση: Χρησιµοποιώντας σχετικά απλή τεχνολογία, ένας τερµατικός χρήστης µπορεί

ήδη να αποκτήσει 1,5 Mb/s εύρος ενώ παράλληλα παρακολουθεί τηλεόραση. Μερικά

modems παρέχουν µέχρι και 40 Mb/s!

Παρατήρηση: Αυτή η τεχνολογία είναι συχνά ασύµµετρη επίσης, κυρίως επειδή η

καλωδιακή τηλεόραση είναι εξολοκλήρου µόνοκατεύθυντικη τεχνολογία (η εκποµπή πίσω

γίνεται κυρίως µέσα από θορυβώδες κανάλια). Παρόλα αυτά, η τεχνολογία υπάρχει και

µπορεί να παρέχει µέχρι και 1 Mb/s στο ανάστροφο κανάλι.

Συµπέρασµα: Πόσο ακόµα θα επιζήσει το ISDN Στενής ζώνης….??


31

ΝΟΗΤΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ

Ο αντικαταστάτης του ISDN στενής ζώνης είναι το ISDN ευρείας ζώνης (B-ISDN) το οποίο

χρησιµοποιεί αποκλειστικά και µόνο τεχνολογία µεταγωγής πακέτου.

Συνεπώς: Όλες οι υπηρεσίες του B-ISDN γίνονται µε αποκατάσταση νοητών κυκλωµάτων.

Ένα νοητό κύκλωµα είναι µια πλήρης σύνδεση µεταξύ ενός αποστολέα και ενός παραλήπτη

και επιτυγχάνεται µεταγωγή πακέτου.

Πρόβληµα: Με ποιο τρόπο θα επιτύχουµε την µεταγωγή πακέτου στο B-ISDN??

Λύση: ΑΤΜ (Ασύγχρονος Τρόπος Μεταφοράς)


32

ΜΕΤΑ∆ΟΣΗ ΣΕ ∆ΙΚΤΥΑ ΑΤΜ

Βασική Ιδέα: εκπέµπουµε πολύ µικρά πακέτα, τα οποία ονοµάζονται κελιά, χωρίς ο ρυθµός

εκποµπής να υπάκουει σ΄ ένα κύριο ρόλοι. ∆ηλαδή, ο τρόπος εκποµπής, άρα και µεταφοράς,

είναι ασύγχρονος.

Τα κελιά φθάνουν τυχαία στον φορέα, τα διάφορα κενά που δηµιουργούνται συµπληρώνονται

µε ειδικά άδεια (idle) κενά.

Παρατήρηση: Στο σύγχρονο τρόπο µεταφοράς ο αποστολέας είναι υποχρεωµένος να

στέλνει τα δεδοµένα σε προκαθορισµένες χρονοθυρίδες. Στον ασύγχρονο τρόπο µεταφοράς

αυτό δεν ισχύει.


33

ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΟΙ ∆ΟΡΥΦΟΡΟΙ

Λογική: Ένα σήµα από τη γη κατευθύνεται σε κάποιο αντικείµενο στον ουρανό και κατόπιν

ανακλάται πίσω στη γη.

Παρατήρηση: Ένας επικοινωνιακός δορυφόρος µπορεί να θεωρηθεί ως ένας µεγάλος

µικροκυµατικός επαναλήπτης στον ουρανό.

Παρατήρηση: Ανάκλαση = λήψη + ενίσχυση + επιστροφή του σήµατος, πιθανόν

χρησιµοποιώντας µεγάλη σκέδαση ώστε το σήµα να µπορεί να ληφθεί από πολλούς δεκτές

πάνω στη γη.

Ζήτηµα: Σε τι ύψος θα τοποθετηθεί ο δορυφόρος για να είναι δυνατή η συνεχής µετάδοση

του επίγειου σήµατος προς αυτόν;

• Σε ύψος 36000 km (περίπου πάνω από τον ισηµερινό): η περίοδος του

δορυφόρου είναι 24 ώρες κι έτσι περιστρέφεται µε το ίδιο ρυθµό όπως και η γη από

κάτω του (γεωστατικός).

• Σε χαµηλή τροχιά: αλλά τότε χρειάζεται ένα δίκτυο από δορυφόρους για την

επικοινωνιακή κάλυψη µεγάλης περιοχής

Band

Frequencies (GHz)

Downlink (GHz)

Uplink (GHz)

Problems

C

4/6

3.7–4.2

5.925–6.425

Terrestrial interference

Ku

11/14 11.7–12.2 14.0–14.5 Rain

Ka

20/30 17.7–21.7 27.5–30.5 Rain; equipment cost

Fig. 2-55. The principal satellite bands


34

∆ΟΡΥΦΟΡΟΙ ΧΑΜΗΛΗΣ ΤΡΟΧΙΑΣ

Ιδέα: Εκτοξεύουµε ένα µεγάλο αριθµό δορυφόρων χαµηλής τροχιάς οι οποίοι σε συνεργασία

µεταξύ τους µπορούν να καλύψουν όλη την επιφάνια της γης.

Το 1990 η Motorola καινοτόµησε συµπληρώνοντας µια αίτηση προς τη FCC, ζητώντας την

άδεια να εκτοξεύσει 77 δορυφόρους χαµηλής τροχιάς, σε ύψος περίπου 750 km, για το

project Iridium.

• Οι συχνότητες θα µπορούσαν να επαναχρησιµοποιηθούν µετά από απόσταση δυο

κυψελών.

• Κάθε δορυφόρος θα διέθετε έναν µέγιστο αριθµό από 48 σηµειακές δέσµες

(κυψέλες), µε ένα σύνολο 1268 κυψελών σε όλη τη γη.

• Κάθε κυψέλη θα διέθετε 174 πλήρως αµφίδροµους διαύλους, µε σύνολο 283.272

διαύλους παγκοσµίως.

Παρατήρηση: Χρήστες και δορυφορικές κυψέλες είναι κινητοί στο σύστηµα και στην

περίπτωση που ο χρηστής εγκαταλείπει την κυψέλη ή η κυψέλη αυτόν τότε για αδιάκοπη

επικοινωνία εφαρµόζονται οι ίδιες τεχνικές που εφαρµόζονται και στην κινητή τηλεφωνία.

Fig.2-57. (a) The Iridium satellites form six necklaces around the earth. (b) 1628 moving cells

cover the earth.


35

ΣΥΓΚΡΙΣΗ ∆ΟΡΥΦΟΡΙΚΩΝ ΚΑΙ ΕΠΙΓΕΙΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Εύρος ζώνης: Οπτικές ίνες υπερισχύουν, αλλά δεν έχει ο καθένας πρόσβαση σε όλο το

διαθέσιµο εύρος ζώνης.

Υλοποίηση: Οι δορυφορικές επικοινωνίες είναι πιο εύκολες. Η εκτόξευση ενός δορυφόρου

είναι πολύ ευκολότερη και γρηγορότερη από την εγκατάσταση χιλιάδων καλωδίων.

Κινητές επικοινωνίες και απόµακρες τοποθεσίες: Οι δορυφόροι υπερισχύουν, αν και δεν

έχει ξεκαθαριστεί ακόµα ότι για την διαχείριση των κυψελών απλές τεχνικές της κινητής

τηλεφωνίας θα δουλέψουν καλά.

Εκποµπή: Οι δορυφόροι υπερισχύουν άνετα!

Ταχύτητα και αξιοπιστία: Οπτικές ίνες υπερισχύουν. Οι δορυφορικές επικοινωνίες είναι

αρκετά αργές µε µεγάλο BER λόγω της µεγάλης απόστασης (230 ms για αµφίδροµη

επικοινωνία µε γεοστατικό σταθµό) και των διαφόρων βλαβών κατά τη µετάδοση όπως η

βροχή!

Κόστος: Αν και οι οπτικές ίνες προσφέρουν µεγαλύτερο εύρος ζώνης, είναι πολύ πιθανό ότι

οι επίγειες και οι δορυφορικές επικοινωνίες θα τις ανταγωνιστούν επιθετικά όσον αφορά το

κόστος.

ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΚΕΦ. 2

∆ίκτυα Υπολογιστών i notes/cn/notes chapter 2.pdf · Παραµόρφωση...

Documents