Εισαγωγή Στις Τεχνολογίες Επικοινωνιών

Βασικό Τηλεπικοινωνιακό Σύστημα

Oρισμός: Ένα δίκτυο υπολογιστών είναι ένα σύνολο συνδεδεμένων μεταξύ τους συσκευών (κυρίως Η/Υ).  Σκοπός του δικτύου είναι η ανταλλαγή δεδομένων.   Αποτελείται από κόμβους: ενδιάμεσους & τελικούς. Διασύνδεση: με μέσο διασύνδεσης Ανάγκη για δίκτυα Προκύπτει από την ανάγκη χρηστών Η/Υ να επικοινωνούν μεταξύ τους. 3

Κατηγοριοποιήσεις Τρόπο μεταφοράς δεδομένων Γεωγραφικά Μεταγώγιμα δίκτυα (κυκλώματος, πλαισίου, πακέτου, κυψελίδων) Δίκτυα εκπομπής Γεωγραφικά Δίκτυα μηχανών ροής δεδομένων (data flow machines) και συστημάτων επεξεργαστών (multiprocessor systems) PAN LAN MAN RAN WAN 4

Κατηγοριοποιήσεις Προσφερόμενο εύρος ζώνης Υποστηριζόμενες εφαρμογές Κανονιστικό πλαίσιο Χρησιμοποιούμενο υλικό/λογισμικό 5

ΤΟΠΟΛΟΓΙΕΣ Tοπικά Δίκτυα Δίκτυα Διαύλου Δίκτυα Δακτυλίου Δίκτυα Αστέρα (Bus networks) Δίκτυα Δακτυλίου (Ring networks) Δίκτυα Αστέρα (Star networks) 6

Mητροπολιτικά Δίκτυα 7

Δίκτυα Ευρείας Περιοχής 8

Τρόποι επικοινωνίας δικτύων Unicast: O αποστολέας στέλνει τα δεδομένα σε έναν μόνο παραλήπτη. Broadcast: Ο αποστολέας στέλνει δεδομένα σε όλους.   Multicast: Ο αποστολέας στέλνει δεδομένα σε μερικούς παραλήπτες. 9

Σε τοπικό επίπεδο Σε μεγαλύτερη απόσταση  δίκτυα κορμού Διαμοιραζόμενου μέσου (Ethernet, Token Ring ktl.) Σε μεγαλύτερη απόσταση  δίκτυα κορμού xDSL Χ.25 (μεταγωγή πακέτου σε χρήση ανάλογη με μισθωμένη γραμμή) Frame relay  Σημαντική βελτίωση του X.25 ATM  Περαιτέρω βελτίωση με εισαγωγή μεταγωγής κυψελίδων 10

Μοντέλα Αρχιτεκτονικής Επικοινωνίας Δικτύων Ποιος ο ρόλος των μοντέλων αυτών Οργάνωση όλων των παραμέτρων για να καταστεί εφικτή και αποδοτική η επικοινωνία Ιεράρχηση λειτουργιών σε επίπεδα Καθορισμός πρωτοκόλλων και της μεταξύ τους σχέσης και αλληλεπίδρασης Χαρακτηριστικά παραδείγματα Το ανοικτό πρότυπο OSI/ISO TCP/IP από DoD SNA της IBM DCA της Unisys DEC της DNA 11

Μοντέλα Αρχιτεκτονικής Επικοινωνίας Δικτύων (Βασικές Αρχές Στρωμάτωσης) Ένα επίπεδο δημιουργείται εκεί όπου χρειάζεται διαφορετικός βαθμός αφαίρεσης Ο αριθμός των επιπέδων πρέπει να είναι αρκετά μεγάλος ώστε να μην απαιτείται η τοποθέτηση διακεκριμένων λειτουργιών στο ίδιο επίπεδο. Από την άλλη αύξηση των επιπέδων καθιστά την αρχιτεκτονική πιο πολύπλοκη 12

Μοντέλα Αρχιτεκτονικής Επικοινωνίας Δικτύων (Βασικές Αρχές Στρωμάτωσης) Διαδοχικά επίπεδο επικοινωνούν μέσω της κοινής τους διεπαφής. Η σχεδίαση των διεπαφών πρέπει να ελαχιστοποιεί την ανταλλασόμενη πληροφορία Το σημείο επικοινωνία ορίζεται ως σημείο πρόσβασης για εξυπηρέτησης (Service Access Point) Κάθε επίπεδο εκτελεί ένα σύνολο λειτουργιών που απαιτείται για την επικοινωνία με άλλο σύστημα στο ίδιο επίπεδο Πρακτικά αυτό είναι το «πρωτόκολλο του N επιπέδου» 13

Πρότυπο OSI/ISO 14

Πρότυπο OSI/ISO 15

Μοντέλα Αρχιτεκτονικής Επικοινωνίας Δικτύων Protocol Data Units: Οι οντότητες που μεταφέρουν δεδομένα οριζοντίως Protocol Control Information: Οι οντότητες σε κάθε επίπεδο που κατασκευάζουν τα PDU με βάση τις πληροφορίες του χρήστη 16

Μοντέλα Αρχιτεκτονικής Επικοινωνίας Δικτύων Βασικές λειτουργίες κοινές σε όλα τα επίπεδα Ενθυλάκωση (Encapsulation) Τμηματοποίηση (Segmentation) Εγκατάσταση Σύνδεσης (Connection Establishment) Έλεγχος Ροής (Flow Control) Έλεγχος Σφάλματος (Error Control) Πολυπλεξία (Muliplexing) 17

Μοντέλα Αρχιτεκτονικής Επικοινωνίας Δικτύων 18

Μοντέλα Αρχιτεκτονικής Επικοινωνίας Δικτύων Τρόποι ανταλλαγής δεδομένων ομότιμων επιπέδων Προσανατολισμένος σε σύνδεση (Connection Oriented) Οδηγεί στη χρήση Νοητών Κυκλωμάτων (Virtual Circuits) Χωρίς Σύνδεση (Connection Less) Πολυπλεξία Προς τα άνω: Πολλαπλές (Ν) συνδέσεις διαμοιράζονται μια μοναδική (Ν-1) σύνδεση Μεγιστοποίηση χρήσης της N-1 σύνδεσης Προς τα κάτω: Μια Ν σύνδεση δημιουργείται πάνω σε πολλαπλές Ν-1 Μεγιστοποίηση αξιοπιστίας και απόδοσης της Ν 19

Πρότυπο OSI/ISO (Φυσικό Μέσο) Στόχος Η γρήγορη και χωρίς λάθη μετάδοση των bit πληροφορίας μέσα από το εκάστοτε μέσο Σε συνεργασία με το Σύνδεσης βέλτιστη διαχείριση των πόρων του μέσου (φάσμα συχνότητας, χρόνου κ.α.) 20

Πρότυπο OSI/ISO (Φυσικό Μέσο) Υπηρεσίες Φυσική σύνδεση Παροχή μονάδων δεδομένων εξυπηρέτησης (Physical Service Data Units) Εξασφάλιση λήψης δεδομένων σε σωστή σειρά Γνωστοποίηση περιπτώσεων λαθώς Χαρακτηρισμός της ποιότητας της επικοινωνιακής διαδρομής 21

Πρότυπο OSI/ISO (Φυσικό Μέσο) Λειτουργίες Ενεργοποίηση/απενεργοποίηση φυσικής σύνδεσης Μετάδοσης των SDU ανάλογα με το μέσο Διαχείριση πληροφοριών του φυσικού επιπέδου ΕΙΑ-RS-232-C, IEEE 802 LAN, CCITT X.21/X.21 bis 22

Πρότυπο OSI/ISO (Σύνδεσης – Γραμμής Δεδομένων – Data Link) Στόχος Από τα πιο σημαντικά για την απόδοση και αξιοπιστία της δικτυακής επικοινωνίας Έλεγχος πρόσβασης στο μέσο Εγγενή υποστήριξη QoS Πρώτο επίπεδο ασφάλειας δεδομένων Πρώτο επίπεδο ανίχνευσης και διόρθωσης σφαλμάτων στη επικοινωνία 23

Πρότυπο OSI/ISO (Σύνδεσης – Γραμμής Δεδομένων – Data Link) Υπηρεσίες Σύνδεση γραμμής δεδομένων Καθορισμός «τελικών σημείων» για σύνδεση γραμμής δεδομένων Εξασφάλιση ορθής παραλαβής Γνωστοποίηση συνθηκών λαθών Έλεγχος ροής μονάδων δεδομένων Δυνατότητα επιλογής υπηρεσιών 24

Πρότυπο OSI/ISO (Σύνδεσης – Γραμμής Δεδομένων – Data Link) Λειτουργίες Εγκατάσταση/διαχείριση/τερματισμός σύνδεσης γραμμής δεδομένων Αντιστοίχηση SDU μονάδων σε PDU Διαμοιρασμός σύνδεση (MAC) Σχηματισμός πλαισίων ελέγχου για συγχρονισμό Ανίχνευση λαθών  Ανάκαμψη αν γίνεται 25

Πρότυπο OSI/ISO (Σύνδεσης – Γραμμής Δεδομένων – Data Link) Παραδείγματα High level Data Link Control LAP-B, LAP-D (Link Access Procedure – Balanced και channel D)  Ψηφιακά Δίκτυα (Χ.25, Frame Relay κτλ.) Logical Link Control (LLC)  Τοπικά δίκτυα IEEE 802.xx MAC πρωτόκολλα 26

Πρότυπο OSI/ISO (Δικτύου) Στόχος Εξασφάλιση της επικοινωνίας μεταξύ δύο οποιοδήποτε τερματικών σταθμών σε ένα δίκτυο Βέλτιστη δρομολόγηση πακέτων Έλεγχος και διασφάλιση βέλτιστης ροής δεδομένων 27

Πρότυπο OSI/ISO (Δικτύου) Υπηρεσίες Παροχή διευθύνσεων δικτύου Παροχή συνδέσεων δικτύου Καθορισμός τελικών σημείων Ανταλλαγή κατάλληλων μονάδων δεδομένων Γνωστοποίηση καταστάσεων λαθών Έλεγχος ροής δεδομένων 28

Πρότυπο OSI/ISO (Δικτύου) Λειτουργίες Δρομολόγηση Εγκατάσταση/διαχείριση/τερματισμός σύνδεσης Πολυπλεξία συνδέσεων Τμηματοποίηση ή/και καθυστέρηση των μονάδων δεδομένων για διευκόλυνση μετάδοσης Ανίχνευση και ανάκαμψη από λάθη 29

Πρότυπο OSI/ISO (Δικτύου) Υψηλή πολυπλοκότητα Μεγάλης πολυπλοκότητας των σύγχρονων δικτύων Πολύ μεγάλες διαφορές στα διάφορα υποδίκτυα (λογισμικό, υλικό, διαχείριση) Παραδείγματα IP  Internet Q.931, Q933 κ.α.  VoIP τεχνολογίες CLNP  Connectionless Πρόταση OSPF 30

Πρότυπο OSI/ISO (Μεταφοράς) Στόχος Διαχείριση επικοινωνίας σε μια από άκρη σε άκρη σύνδεση Διαχείριση αντίστοιχων λαθών Εφαρμογή προχωρημένων αλγορίθμων ελέγχου ροής Το τελευταίο «δικτυακό» επίπεδο 31

Πρότυπο OSI/ISO (Μεταφοράς) Υπηρεσίες Εγκατάσταση σύνδεσης μεταφοράς Αξιόπιστη/αποδοτική μεταφορά δεδομένων Τερματισμός σύνδεσης 32

Πρότυπο OSI/ISO (Μεταφοράς) Λειτουργίες Εγκατάσταση/διαχείριση/τερματισμός σύνδεσης Αλγόριθμοι ελέγχου/ανάκαμψης λαθών Αλγόριθμοι ελέγχου ροής Πολυπλεξία Τμηματοποίηση δεδομένων Αλγόριθμοι ορθής λήψης δεδομένων Παραδείγματα TCP  TP4 X.224 33

Πρότυπο OSI/ISO (Συνόδου) Στόχος Παροχή κατάλληλης σύνδεσης υπόβαθρου για το επίπεδο παρουσίασης Υποστήριξη στη σύνδεση παρουσίασης Παράδειγμα 8327/Χ.225 34

Πρότυπο OSI/ISO (Παρουσίασης) Στόχος Μετάφραση της πληροφορίας σε συντακτικό που καταλαβαίνει η εφαρμογή του εκάστοτε συστήματος Τρεις μεταφράσεις (συντακτικά) απαιτούνται για επιτυχημένη επικοινωνία Μετάφραση από την εφαρμογή που στέλνει τη πληροφορία Μετάφραση προς την εφαρμογή που λαμβάνει τη πληροφορία Μετάφραση αν χρειαστεί σε ενδιάμεσο κόμβο μεταφοράς Το ακριβές συντακτικό είναι και θέμα διαπραγμάτευσης 35

Πρότυπο OSI/ISO (Παρουσίασης) Υπηρεσίες Επιλογή συντακτικού Αλλαγή συντακτικού Λειτουργίες Δημιουργία αιτήσεων συνόδου Διαπραγμάτευση συντακτικού Μεταφορά δεδομένων Παραδείγματα Χ.410, Χ.226 36

Πρότυπο OSI/ISO (Εφαρμογής) Στόχος Επεξεργασία πληροφορίας εκάστοτε εφαρμογής Μεγάλη ποικιλία πρωτοκόλλων  Μεγάλο εύρος εφαρμογών Μεγαλύτερη ευελιξία  Ότι απαιτείται και δεν υποστηρίζεται από τα πιο κάτω επίπεδα εφαρμόζεται εδώ 37

Πρότυπο OSI/ISO (Εφαρμογής) Υπηρεσίες-Λειτουργίες Μεταφορά πληροφορίας Καθορισμός επικοινωνούντων μερών με πιο ανθρώπινο τρόπο π.χ. όνομα, διεύθυνση, γενική περιγραφή Καθορισμός τρεχουσών δυνατοτήτων των επικοινωνούντων μερών Εξουσιοδότηση, πιστοποίηση κτλ. Κοστολόγηση Καθορισμός επάρκειας των μέσων Συγχρονισμός 38

Πρότυπο DoD (TCP/IP) Τρεις κύριες έννοιες Διεργασίες: Αποτελούν τις υψηλού επιπέδου οντότητες επικοινωνίας Υπολογιστές φιλοξενίας (host): Ο υπολογιστής που εκτελεί τη διεργασία ανεξάρτητα τεχνολογίας, λογισμικού κ.α. χαρακτηριστικών. Υποστηρίζεται η εκτέλεση πολλαπλών διεργασιών Δίκτυα: Αποτελούν τις οντότητες που εξασφαλίζουν διασύνδεση των host προς ανταλλαγή δεδομένων 39

Πρότυπο DoD (TCP/IP) 40

ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΙΑ OSI - TCP/IP Εφαρμογής (Application) Εφαρμογές Παρουσίασης (Presentation) FTP, TELNET, HTTP, SMTP, IMAP, POP TFTP, DNS, RTP, NTP, L2TP, SNMP Συνόδου (Session) … Μεταφοράς (Transport) TCP UDP (ICMP) Δικτύου (Network) IP (ARP) Διασύνδεσης (Link) Ethernet, ATM, … Φυσικό (Physical) ...

Τεχνικές Μεταγωγής Μεταγωγή κυκλώματος(1) Τηλεφωνία αλλά και βασική τεχνική στη Ν-ISND Δεσμεύεται ένα κύκλωμα καθ’ όλη τη διάρκεια της σύνδεσης Αξιόπιστη σύνδεση Σπατάλη πόρων 42

Τεχνικές Μεταγωγής Μεταγωγή κυκλώματος (2) Φάσεις λειτουργίας: Εγκατάσταση, μεταφορά δεδομένων, τερματισμός Σύνδεση απευθείας ή συνηθέστερα μέσω μεταγώγιμου επικοινωνιακού δικτύου Ψηφιακά Ιδιωτικά Συνδρομητικά Κέντρα (PBX) Μειονεκτήματα Δέσμευση καναλιού όταν δεν υπάρχουν δεδομένα Απαίτηση ύπαρξης στοιχείων κατανομής-απόδοσης δικτυακών πόρων για την υποστήριξη κυκλωμάτων Καθυστέρηση κατά τη φάση εγκατάστασης 43

Τεχνικές Μεταγωγής Μεταγωγή κυκλώματος (3) Βελτίωση με «μεταγωγή κυκλώματος πολλαπλών ρυθμών»  Σύνδεση αποτελούμενη από πολλαπλά κυκλώματα Ακατάλληλη για σύγχρονα ευρυζωνικά δίκτυα Ανάγκη υποστήριξης ποικιλίας εφαρμογών με διαφορετικά και κυρίως μεταβαλλόμενα χαρακτηριστικά και απαιτήσεις Υποστήριξη υψηλών και πολύ υψηλών ταχυτήτων απαιτεί πολύπλοκο και ακριβό εξοπλισμό 44

δίκτυο μεταγωγής κυκλώματος Τεχνικές Μεταγωγής Μεταγωγή κυκλώματος (4) δίκτυο μεταγωγής κυκλώματος Η μετάδοση δεδομένων μεταξύ Α και Π είναι εφικτή μόνο μετά την εγκαθίδρυση ενός ανάλογου κυκλώματος (π.χ. του Α-Μ3-Μ4-Μ5-Π). Το κύκλωμα παραμένει ενεργό καθ’ όλη τη διάρκεια της επικοινωνίας των κόμβων και αποδεσμεύεται με το πέρας αυτής. 45

Τεχνικές Μεταγωγής Μεταγωγή πακέτου (1) Εξέλιξη της μεταγωγής μηνύματος (message switching) Τυπική “store and forward” προσέγγιση για την μετάδοση από άκρη σε άκρη Αυστηρή οριοθέτηση των ορίων των πακέτων η οποία πλέον αποτελεί βασική σχεδιαστική παράμετρο Τα μηνύματα χωρίζονται σε συγκεκριμένου μήκους πακέτα 46

Τεχνικές Μεταγωγής Μεταγωγή πακέτου (2) Δύο βασικές υποκατηγορίες όσο αφορά στην προσέγγιση προώθησης Αυτοδύναμα πακέτα (datagrams) Νοητά κυκλώματα (Virtual Circuits) Permanent Virtual Connections Switched Virtual Connections 47

Ένα δίκτυο μεταγωγής πακέτων με ιδεατά κυκλώματα Τεχνικές Μεταγωγής Ένα δίκτυο μεταγωγής πακέτων με ιδεατά κυκλώματα Σε κάθε μεταγωγέα του δικτύου τα πακέτα μιας ροής δεδομένων δρομολογούνται πάντα από τον ίδιο σύνδεσμο. Έτσι, μπορούμε να σκιαγραφήσουμε στο δίκτυο ένα ιδεατό κύκλωμα που αφιερώνεται για την εξυπηρέτηση του συγκεκριμένου ζευγαριού (αποστολέα - παραλήπτη). 48

Ένα δίκτυο μεταγωγής με αυτοδύναμα πακέτα Τεχνικές Μεταγωγής Ένα δίκτυο μεταγωγής με αυτοδύναμα πακέτα Σε κάθε μεταγωγέα του δικτύου τα πακέτα μιας ροής δεδομένων δρομολογούνται ανεξάρτητα το ένα από το άλλο. Έτσι, μπορούν να ακολουθήσουν διαφορετικές διαδρομές κατά τη διέλευσή τους από το δίκτυο. 49

Τεχνικές Μεταγωγής Μεταγωγή κυψελίδων (1) Μια ακόμα εξέλιξη στοχεύοντας στην ελαχιστοποίηση του control overhead Κλασσικό παράδειγμα  ΑΤΜ Cell  μικρή μονάδα δεδομένων με ελάχιστο φορτίο και σταθερό μέγεθος Επιτρέπει τον ορισμό εικονικών κυκλωμάτων με δυναμικό ρυθμό μετάδοσης Μπορεί να υποστηριχτεί μεταγωγή κυκλώματος (σταθερός ρυθμός) αν και κατά βάση έχουμε μεταγωγή πακέτου 50

ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕΤΑΓΩΓΗΣ ΠΑΚΕΤΟΥ, συνοπτικά Αυτοδύναμα πακέτα Ιδεατά κυκλώματα Δεν απαιτείται αρχικοποίηση (καλύτερη απόδοση για λίγα πακέτα) Απαιτείται αρχικοποίηση Εναλλακτικές διαδρομές . Κατανομή φορτίου; Σε περίπτωση συμφόρησης; Ίδια διαδρομή. Κατανομή φορτίου; Σε περίπτωση συμφόρησης; Σε βλάβη, ακολουθείται διαφορετική διαδρομή. Σε βλάβη απαιτείται επαν-αρχικοποίηση Αλγόριθμος Δρομολόγησης Επιπλέον επεξεργασία άρα και καθυστέρηση Δεν χρειάζεται αλγόριθμος δρομόλογησης (καθόλου;) Διαφορετική σειρά παράδοσης πακέτων.   Κανονική σειρά παράδοσης 51

Μετάδοση Δεδομένων Φυσικά Μέσα Μετάδοσης Κατευθυνόμενα - Guided Ύπαρξη φυσικού μονοπατιού Μη Κατευθυνόμενα – Unguided Μη ύπαρξη φυσικού μονοπατιού 52

Μετάδοση Δεδομένων Τρόποι δικτύωσης Direct link – Multi-hop Point to point Multipoint Broadcast Simplex Half duplex Full duplex 53

Ερωτήσεις 54