Επικοινωνίες Δεδομένων: Τρόποι Μετάδοσης και Πρωτόκολλα

Περιεχόμενα Εισαγωγή Επικοινωνία Δεδομένων Είδη μεταγωγής Πρωτόκολλα Αναλογική vs. Ψηφιακή Μετάδοση Διαμόρφωση σήματος Κανάλια επικοινωνίας Κατεύθυνση και ρυθμοί μετάδοσης Ασύγχρονη και σύγχρονη μετάδοση Είδη μεταγωγής Πρωτόκολλα OSI reference model TCP/IP model Δρομολόγηση

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.

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: δεδομένων Χρόνος μετάδοσης Ακρίβεια μεταφερόμενων δεδομένων Καταλληλότητα μεταφερόμενων δεδομένων (να είναι κατανοητά από τον παραλήπτη)

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

Αναλογική και Ψηφιακή Μετάδοση 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).

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 δεδομένων μέσω τηλεφωνικών γραμμών Μετάδοση δεδομένων μέσω τηλεφωνικών γραμμών

Κανάλια Επικοινωνίας Κανάλι επικοινωνίας είναι το μέσον με το οποίο μεταδίδονται τα δεδομένα μεταξύ των συσκευών. Τα κανάλια επικοινωνίας διακρίνονται σε: 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. Ασύρματες ζεύξεις Η/Μ κύματα: Η μετάδοση των σημάτων γίνεται μέσω της ατμόσφαιρας αντί των ειδικών καλωδίων, με την χρήση αναμεταδοτών. Συνήθως έχουμε μετάδοση στην περιοχή των μικροκυματικών συχνοτήτων

Κατεύθυνση μετάδοσης Μονόδρομη κατεύθυνση (Simplex Mode): Τα δεδομένα μεταφέρονται προς μια κατεύθυνση μόνο. Η κατεύθυνση μετάδοσης δεν αλλάζει ποτέ. Π.χ τηλεόραση, ραδιόφωνο, επικοινωνία Η/Υ-printer, mouse-H/Y. Εναλλασσόμενη κατεύθυνση (Half-Duplex Mode): Μια συσκευή μπορεί είτε να στέλνει είτε να λαμβάνει δεδομένα, όχι όμως την ίδια χρονική στιγμή . Π.χ ναυτικοί πομποδέκτες, CB σε ταξί. Η επικοινωνία στα τοπικά δίκτυα Η/Υ γίνεται με αυτό τον τρόπο (baseband) Αμφίδρομη κατεύθυνση (Full Duplex): Μια συσκευή μπορεί να στέλνει ή να λαμβάνει δεδομένα συγχρόνως. Π.χ τηλεφωνική συσκευή αλλά και επικοινωνία υπολογιστών με modem.

Ρυθμοί Μετάδοσης Ρυθμός Μετάδοσης Δυαδικών Ψηφίων (Bit Transfer Rate): Ορίζεται ως ο αριθμός των bits που μεταδίδονται σε ένα κανάλι φυσικού μέσου επικοινωνίας στη μονάδα του χρόνου: bps-bit per second, Kbps, Mbps. Ρυθμός μετάδοσης διαμορφωμένου σήματος (Baud Rate): Καθορίζει το ρυθμό της μεταβολής συμβόλων (διαμορφώσεων) στη οποία υπόκειται το αρχικό σήμα, στη μονάδα του χρόνου. Εύρος ζώνης (Bandwidth) καναλιού επικοινωνίας: Καθορίζει τον μέγιστο ρυθμό ή ταχύτητα με την οποία μεταφέρονται τα δεδομένα σε ένα συγκεκριμένο κανάλι επικοινωνίας.

Ρυθμοί Μετάδοσης Παραδείγματα ταχυτήτων μετάδοσης: Τηλεφωνική γραμμή: 56Kbps, ISDN 128Kbps Καλωδιακή τηλεόραση: 1-10 Mbps Δορυφορικές ζεύξεις: 500Kbps - 48 Mbps

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. Π.χ. επικοινωνία στα δίκτυα υπολογιστών

Είδη Μεταγωγής Στα δίκτυα ευρεία ζώνης κατά την μετάδοση δεδομένων από τον αρχικό κόμβο στον τελικό μεσολαβούν ενδιάμεσοι συσκευές (δρομολογητές – routers, μεταγωγείς - switch)

Μεταγωγή Κυκλώματος Για την επικοινωνία δύο κόμβων (υπολογιστών) αφιερώνεται μια φυσική ζεύξη για όλη την διάρκεια της επικοινωνίας τους (στο παρακάτω σχήμα κατά την επικοινωνία μεταξύ Τ5 και Τ3 αν ακολουθήσει κάποιος το καλώδιο από τον Τ5 θα φτάσει στον Τ3). Παραδείγματα: τηλεφωνικό δίκτυο, επικοινωνία δύο υπολογιστών με χρήση MODEM

Μεταγωγή Μηνύματος Ο αποστολέας οργανώνει την προς μετάδοση πληροφορία σε μήνυμα (περιέχεται διεύθυνση παραλήπτη και αποστολέα) και την μεταδίδει προς τον πλησιέστερο κόμβο για να μεριμνήσει για την προώθησή του. Παράδειγμα: Ταχυδρομικό δίκτυο, Ηλεκτρονικό ταχυδρομείο. Για την επικοινωνία δεν χρειάζεται οι δύο συνδρομητές (υπολογιστές) να είναι διαθέσιμοι Η ζεύξη χρησιμοποιείται μόνο όταν μεταδίδεται το μήνυμα. Ταυτόχρονη αποστολή του μηνύματος σε πολλούς χρήστες. Οι κόμβοι μεταγωγής χρειάζεται να έχουν αποθηκευτικές ικανότητες και μάλιστα αρκετά μεγάλες γιατί το μήνυμα μεταδίδεται ολόκληρο Ακατάλληλη για real time εφαρμογές εξαιτίας των καθυστερήσεων που υπεισέρχονται από τους κόμβους μεταγωγής (οι οποίες είναι μεγάλες και άγνωστης διάρκειας).

Μεταγωγή Πακέτου Αποτελεί βελτίωση της μεταγωγής μηνύματος. Τα μηνύματα τεμαχίζονται σε μικρά πακέτα (π.χ. 256Kbytes έκαστο) τα οποία έχουν διεύθυνση παραλήπτη και αποστολέα αλλά και Α/Α πακέτου.

Πρωτόκολλα επικοινωνιών Πρωτόκολλο επικοινωνίας είναι ένα σύνολο κανόνων που καθορίζουν την αποδοτική επικοινωνία μεταξύ δύο μερών. Οι βασικές λειτουργίες ενός πρωτοκόλλου επικοινωνιών είναι: Segmentation (κατακερματισμός μηνυμάτων): Ο χωρισμός του προς αποστολή μηνύματος σε μικρότερα τμήματα (blocks). Στόχοι του κατακερματισμού είναι ο έλεγχος σφαλμάτων και να καλύπτει καλύτερη ταχύτητα γιατί σε περίπτωση σφάλματος ξαναστέλνεται μόνο ένα block και όχι ολόκληρο το μήνυμα. Reassembly (επανασύνδεση μηνυμάτων): Επανασύνδεση του μηνύματος από τα επιμέρους block. Encapsulation (ενθυλάκωση μηνυμάτων): τοποθέτηση των δεδομένων σε ένα πλαίσιο το οποίο περιέχει μεταξύ άλλων τις διευθύνσεις αποστολέα και παραλήπτη. Χαρακτηριστικά του είναι ο έλεγχος σφαλμάτων, πεδία μεγέθους των blocks κλπ.

Πρωτόκολλα επικοινωνιών Sequencing (ταξινόμηση πακέτων): Ταξινόμηση με την σωστή σειρά των blocks όταν αυτά φτάσουν στον προορισμό τους (εφαρμόζεται όταν τα διάφορα πακέτα μπορούν να ακολουθήσουν διαφορετικό δρόμο). Priority (ορισμός προτεραιότητας διεκπεραίωσης): Ορισμένα μηνύματα είναι δυνατόν να έχουν προτεραιότητα έναντι κάποιων άλλων. Security (διαδικασίες ασφάλειας): Εξασφαλίζει ότι το μήνυμα θα μεταδοθεί χωρίς κίνδυνο υποκλοπών, παρεμβολών και αλλοιώσεων. Error Control (έλεγχος σφαλμάτων): Αναγνώριση εσφαλμένης μετάδοσης μηνύματος. Flow Control (έλεγχος ροής): ο αποδέκτης των μηνυμάτων μπορεί να ζητήσει περιορισμό προσωρινή ή μόνιμη διακοπή της αποστολής δεδομένων. Addressing (διευθυνσιοδότηση): Απονομή κωδικών διευθύνσεων σε τερματικούς σταθμούς του δικτύου.

Το πρότυπο OSI του ISO Στόχος του είναι η επικοινωνία υπολογιστών και παρεμφερών συσκευών διαφορετικού τύπου και κατασκευαστών. Το πρότυπο OSI αποτελείται από 7 ιεραρχημένα επίπεδα τα ανώτερα εκ των οποίων αφορούν την εφαρμογή και τα χαμηλότερα αφορούν τον τρόπο με τον οποίο γίνεται η διασύνδεση. Πάνω από το επίπεδο εφαρμογής βρίσκεται το GUI ενός προγράμματος και κάτω από το φυσικό επίπεδο βρίσκεται το καλώδιο δικτύου.

Το TCP/IP Το όνομα TCP/IP αναφέρεται σε μια αρχιτεκτονική επικοινωνίας υπολογιστών, η οποία είναι γνωστή και ως Internet Model. Tο TCP/IP είναι ένα σύνολο από πρωτόκολλα καθένα από τα οποία επιτελεί ένα υποσύνολο εργασιών που σχετίζονται με τη δικτύωση υπολογιστών. Η αρχιτεκτονική του TCP/IP καθορίζει πως τα πρωτόκολλα αυτά συνεργάζονται ώστε να επιτυγχάνεται η επικοινωνία μεταξύ υπολογιστικών συστημάτων.

Ερωτήσεις ?