Κεφάλαιο 4 Επικοινωνία δεδομένων και δίκτυα Η/Υ Κεφάλαιο 4 Επικοινωνία δεδομένων και δίκτυα Η/Υ 4.1 Εισαγωγή 4.2 Επικοινωνία δεδομένων 4.3 Κανάλια επικοινωνίας 4.4 Τρόποι μετάδοσης 4.5 Ταχύτητα μετάδοσης 4.6 Δίκτυα υπολογιστών 4.7 Είδη δικτύων 4.8 Άλλα θέματα δικτύων

4.1 Εισαγωγή Η επικοινωνία υπήρξε ένας από τους θεμέλιους λίθους της ανάπτυξης του ανθρώπινου πολιτισμού. Κατά την διάρκεια της ιστορικής εξέλιξης της ανθρωπότητας χρησιμοποιήθηκαν διάφορες διατάξεις και συσκευές για την επικοινωνία μεταξύ των ανθρώπων σε ολοένα και πιο μακρινές αποστάσεις. Η ανάγκη συνεργασίας μεταξύ υπολογιστικών συστημάτων με σκοπό την ανταλλαγή πληροφοριών και την συνεργασία των χρηστών τους σε κοινά έργα ήταν προφανής. Έτσι συναντήθηκε η τεχνολογία των υπολογιστών με αυτή των επικοινωνιών. Η σύγκλιση των δύο τομέων είχε σαν αποτέλεσμα την ανάπτυξη της τεχνολογίας των δικτύων των Η/Υ και της τηλεπληροφορικής.

4.2 Επικοινωνία δεδομένων Επικοινωνία: Η ανταλλαγή εννοιών μεταξύ ανθρώπων με την βοήθεια ενός συστήματος συμβόλων. Επικοινωνία δεδομένων: Η διαδικασία με την οποία καθίσταται δυνατή η αποστολή δεδομένων (ηλεκτρονικά;) μεταξύ δυο διαφορετικών σημείων. Σημαντικοί παράγοντες για την επικοινωνία: Χρόνος μετάδοσης Ακρίβεια μεταφερόμενων δεδομένων Καταλληλότητα μεταφερόμενων δεδομένων (να είναι κατανοητά από τον παραλήπτη)

4.2.1 Αναλογική και ψηφιακή μετάδοση Αναλογική μετάδοση Τα δεδομένα μεταδίδονται ως μια συνεχής κυματοσειρά Τα αναλογικά σήματα χαρακτηρίζονται από τη συνεχή μεταβολή μιας παραμέτρου τους στη μονάδα του χρόνου. Η σημαντικότερη παράμετρος ενός αναλογικού σήματος είναι η συχνότητα του που μετράται σε κύκλους ανά δευτερόλεπτο ή Hz. Με αναλογικά σήματα πραγματοποιείται η μετάδοση ραδιοφωνικών και τηλεοπτικών σημάτων Ψηφιακή μετάδοση Αποτελεί την φυσική αναλογία των δεδομένων που βρίσκονται σε δυαδική μορφή. Τα ψηφιακά σήματα χαρακτηρίζονται από μια διακριτή μεταβολή μιας παραμέτρου τους στη μονάδα του χρόνου. Η κυριότερη παράμετρος του ψηφιακού σήματος είναι ο αριθμός των διαφορετικών διακριτών τιμών που μπορεί να πάρει το σήμα στη μονάδα του χρόνου. (μετράται σε Baud).

4.2.2 Διαμόρφωση και αποδιαμόρφωση σήματος Τα δεδομένα σε ένα υπολογιστή βρίσκονται σε δυαδική μορφή. Οι τηλεφωνικές γραμμές σχεδιάστηκαν για μεταφορά της ανθρώπινης φωνής, δηλαδή αναλογικών σημάτων. Ερώτημα Με ποιο τρόπο μπορούν οι υπολογιστές να ανταλλάξουν δεδομένα μέσω τηλεφωνικού δικτύου; 1. Μετατρέποντας το ψηφιακό σήμα σε αναλογικό (διαμόρφωση σήματος- modulation). 2. Το σήμα μεταφέρεται μέσω των τηλεφωνικών γραμμών στον προορισμό του. 3. Προκειμένου να γίνει κατανοητό από τον Η/Υ πρέπει να επανέλθει στην αρχική ψηφιακή του μορφή. 4. Η διαδικασία μετατροπής ενός αναλογικού σήματος σε ψηφιακό ονομάζεται αποδιαμόρφωση σήματος (demodulation)

Μετάδοση μέσω τηλεφωνικών γραμμών

4.3 Κανάλια επικοινωνίας Κανάλι επικοινωνίας είναι το μέσον με το οποίο μεταδίδονται τα δεδομένα μεταξύ των συσκευών. Τα κανάλια επικοινωνίας διακρίνονται σε: 1. Καλωδιακές συνδέσεις Αποτελεί τον πλέον κοινό τρόπο σύνδεσης μεταξύ των Η/Υ Το κανάλι μετάδοσης είναι ένα φυσικό υλικό μέσο (κάποιο μέταλλο το οποίοι είναι καλός αγωγός του ηλεκτρικού σήματος. Τα καλωδιακά μέσα μετάδοσης μπορεί να είναι Συνεστραμένα ζεύγη καλωδίων (Twister Pair) : τα χάλκινα σύρματα των τηλεφωνικών γραμμών Ομοαξονικά καλώδια (coaxial cable): αποτελούνται από ένα κεντρικό αγωγό που περιβάλλεται από ένα μονωτικό σώμα, γύρω από το οποίο υπάρχει μια θωρακισμένη επίστρωση και πλαστικό υλικό. Οπτικές Ίνες (Optical Fiber): Αποτελεί το ταχύτερο και ασφαλέστερο μέσο μετάδοσης. Αποτελείται από διαφανές αγώγιμο υλικό φτιαγμένο από ένα παράγωγο της σιλικόνης, μέσω του οποίου ταξιδεύει το σήμα με τη μορφή φωτός αναπαριστώντας τα δυαδικά δεδομένα. 2. Ασύρματες συνδέσεις Μικροκύματα: Η μετάδοση των σημάτων γίνεται μέσω της ατμόσφαιρας αντί των ειδικών καλωδίων, με την χρήση αναμεταδοτών

4.4 Τρόποι μετάδοσης Μονόδρομη κατεύθυνση: Τα δεδομένα μεταφέρονται προς μια κατεύθυνση μόνο.Π.χ τηλεόραση, ραδιόφωνο. Εναλλασσόμενη κατεύθυνση: Μια συσκευή μπορεί είτε να στέλνει είτε να λαμβάνει δεδομένα, όχι όμως την ίδια χρονική στιγμή. Π.χ αεροπορικοί και ναυτικοί πομποδέκτες Αμφίδρομη κατεύθυνση: Μια συσκευή μπορεί να στέλνει ή να λαμβάνει δεδομένα συγχρόνως. Π.χ τηλεφωνική συσκευή.

4.5 Ταχύτητα μετάδοσης Η ταχύτητα της μετάδοσης ενός σήματος είναι συνάρτηση πολλών παραγόντων : Του ρυθμού μετάδοσης - Bit Transfer Rate: ορίζεται ως ο αριθμός των bits που μεταδίδονται σε ένα κανάλι φυσικού μέσου επικοινωνίας για μια προκαθορισμένη χρονική περίοδο: bps-bit per second, Kbps, Mbps. Του ρυθμού της μετάδοσης του διαμορφωμένου σήματος (Baud rate): Καθορίζει το ρυθμό της διαδικασίας μεταβολών (διαμορφώσεων) στη οποία υπόκειται το αρχικό σήμα, στη μονάδα του χρόνου, από την στιγμή της εκπομπής του, έως τη στιγμή της λήψης του. Του εύρους ζώνης (Bandwidth) ενός καναλιού επικοινωνίας. Καθορίζει τον ρυθμό ή την ταχύτητα με την οποία μεταφέρονται τα δεδομένα στο συγκεκριμένο κανάλι επικοινωνίας.

4.5.1 Ενδεικτικές ταχύτητες μετάδοσης δεδομένων Τηλεφωνική γραμμή: 56Kbps, ISDN 128Kbps Καλωδιακή τηλεόραση: 1-10 Mbps Δορυφόροι: 500Kbps - 48 Mbps

4.5.2 Ασύγχρονη και σύγχρονη μετάδοση Ασύγχρονη μετάδοση: αποστέλλεται ένας χαρακτήρας κάθε φορά, ο οποίος περιβάλλεται από τα bits χρονισμού, σηματοδοτώντας την αρχή και το τέλος του. Π.χ Επικοινωνία υπολογιστή - modem Το modem είναι μια συσκευή η οποία συνδέει τον υπολογιστή με την τηλεφωνική γραμμή, μετατρέποντας τον ψηφιακό παλμό του σήματος του Η/Υ σε αναλογικές ηχητικές συχνότητες της τηλεφωνικής γραμμής (εκπομπή) ενώ στην λήψη λειτουργεί αντίστροφα μετατρέποντας τον ήχο σε ψηφιακό σήμα Σύγχρονη μετάδοση: μεταδίδονται ομάδες χαρακτήρων κατά αριθμημένες ακολουθίες, οι οποίες συνοδεύονται από ειδικούς χαρακτήρες συγχρονισμού, που επιτρέπουν να καθορισθεί το τέλος του μηνύματος.

4.6 Δίκτυα υπολογιστών Ένα δίκτυο υπολογιστών είναι ένα σύστημα συνδεδεμένων μεταξύ τους Η/Υ και άλλων περιφερειακών συσκευών (εκτυπωτές, scanners) κατά τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούν να ανταλλάσσουν πληροφορίες. Ένα δίκτυο Η/Υ αποτελείται από: Αυτόνομους υπολογιστές (με δικές τους μνήμες και ΚΜΕ). Κυκλώματα διασύνδεσης: μονάδες υλικού που εξασφαλίζουν την σύνδεση και την μεταφορά πληροφοριών μεταξύ Η/Υ (διαμόρφωση, αποδιαμόρφωση σημάτων και έλεγχος ορθότητας μεταφερόμενων δεδομένων). Φυσικό μέσο μετάδοσης: Το μέσο από το οποίο θα περάσουν τα σήματα επικοινωνίας (καλώδια, ασύρματες διατάξεις, τηλεπικοινωνιακά δίκτυα) Λογισμικό εφαρμογών δικτύου: Προγράμματα εφαρμογών (πρόγραμμα λογιστικής διαχείρισης για μικροϋπολογιστή)

4.6.1 Μοντέλο πελάτη εξυπηρετητή (client - server) Τα περισσότερα δικτυακά προγράμματα δημιουργούνται σύμφωνα με το μοντέλο πελάτη εξυπηρετητή. Το δικτυακό πρόγραμμα αποτελείται από ξεχωριστές ενότητες που εκτελούνται σε διαφορετικούς υπολογιστές του δικτύου και επικοινωνούν μεταξύ τους. Η μια ενότητα(πελάτης), ζητάει από μια άλλη(εξυπηρετητής), την βοήθεια της προκειμένου να την υποστηρίξει στην εκτέλεση μιας συγκεκριμένης εργασίας. Ο εξυπηρετητής ενεργοποιείται, ικανοποιεί το αίτημα του πελάτη και πιθανόν του προωθεί και τα ανάλογα στοιχεία. Η ενότητα πελάτης ενδεχομένως να λειτουργεί ως εξυπηρετητής για κάποια άλλη ενότητα.

4.6.2 Πλεονεκτήματα ενός δικτύου Η/Υ Εκμετάλλευση κοινόχρηστων πόρων του συστήματος: σημαντική μείωση του κόστους με την χρήση κοινού λογισμικού και υλικού. Εύκολη μεταφορά δεδομένων. Δυνατότητα χρήσης κοινών αρχείων. Δυνατότητα χρήσης πολλών υπολογιστών ταυτόχρονα. Δυνατότητα ανταλλαγής δεδομένων με άλλα απομακρυσμένα δίκτυα ή υπολογιστές. Ο συνολικός έλεγχος των δικτυωμένων υπολογιστών γίνεται από τον administrator ο οποίος με ειδικό λογισμικό κατευθύνει τις προσβάσεις των χρηστών, τα δικαιώματα τους κλπ. Καταγράφονται πλήρως οι κινήσεις των χρηστών κατά την διάρκεια παραμονής τους στο δίκτυο.

4.7 Είδη δικτύων 5.7.1 Τοπικά δίκτυα 5.7.2 Δίκτυα Υπολογιστών μεγάλης απόστασης 5.7.3 Δίκτυα Κυψελίδων

4.7.1 Τοπικά Δίκτυα (Local Area Network -LAN) Ένα τοπικό δίκτυο Η/Υ αποτελείται από δύο ή περισσότερους υπολογιστές ή και άλλες συσκευές που βρίσκονται σε κοντινή απόσταση μεταξύ τους (ένα δωμάτιο, ένα κτίριο κλπ). Οι υπολογιστές και οι άλλες συσκευές που ενώνονται σε ένα τοπικό δίκτυο ονομάζονται κόμβοι. Ως κυκλώματα διασύνδεσης χρησιμοποιούνται ειδικές κάρτες διασύνδεσης δικτύου (Network Interface Cards -NIC). Το φυσικό μέσο μετάδοσης είναι κάποιος τύπος καλωδίου ή ακόμα και οπτικές ίνες. Το λειτουργικό σύστημα μπορεί να είναι συνδυασμός Λ.Σ με δικτυακές δυνατότητες ή επεκτάσεις. Τα τοπικά δίκτυα έχουν την δυνατότητα να φιλοξενήσουν την βάση δεδομένων, το Πληροφοριακό σύστημα μιας επιχείρησης και τέλος υποστηρίζουν την ανταλλαγή μηνυμάτων ανάμεσα στους εργαζόμενους, κλπ.

4.7.2 Δίκτυα Υπολογιστών μεγάλης απόστασης (Wide Area Network-WAN) Ένα τέτοιο δίκτυο αποτελείται από δύο ή περισσότερους γεωγραφικά απομακρυσμένους Η/Υ οι οποίοι συνδέονται μεταξύ τους με κατάλληλες επικοινωνιακές συνδέσεις. Δεν υπάρχει αριθμητικός ή γεωγραφικός περιορισμός. Η βασική τους διαφορά με τα τοπικά δίκτυα είναι ότι τα μέσα σύνδεσης τους δεν είναι απαραίτητα ιδιωτικά: δηλαδή μπορεί να αξιοποιούνται τα κοινά τηλεφωνικά δίκτυα ή άλλα δημόσια δίκτυα μεταφοράς δεδομένων. Ένα δίκτυο WANέχει την δυνατότητα να διασυνδεθεί με άλλα μικρότερα WAN, τοπικά δίκτυα ή και αυτόνομους υπολογιστές. Για τη διασύνδεση δύο ή περισσοτέρων δικτύων χρησιμοποιούνται ειδικές συσκευές όπως οι δρομολογητές και οι κατανεμητές. Π.χ On line συστήματα τραπεζικών συναλλαγών, ο παγκόσμιος ιστός κλπ.

4.7.3 Δίκτυα Κυψελίδων Το πλέον χαρακτηριστικό παράδειγμα τέτοιου δικτύου είναι η κινητή τηλεφωνία. Σε κάθε δίκτυο κυψελίδων τοποθετούνται διάφοροι σταθμοί ελέγχου στον καθένα από τους οποίους αντιστοιχεί μια συγκεκριμένη περιοχή (κυψελίδα). Κάθε κυψελίδα διαθέτει συγκεκριμένες συχνότητες οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τους χρήστες κινητής τηλεφωνίας οι οποίοι βρίσκονται στην περιοχή ευθύνης της.

4.8 Άλλα θέματα δικτύων Τοπολογία δικτύων Μεταγωγή μηνύματος Αρχιτεκτονική δικτύων Δομικά υλικά και πρωτοκόλλα δικτύων Δημόσια και ιδιωτικά δίκτυα ευρείας περιοχής Τρόποι ηλεκτρονικής επικοινωνίας Εφαρμογές τηλεπληροφορικής.