Κατηγορίες ασύγχρονων υπηρεσιών Με σύνδεση (connection oriented) Χωρίς σύνδεση (connectionless)

Two general types of protocols Protocols are formal set of rules that govern the format, contents, and meaning of the messages send and received. Connection oriented and connectionless protocols. Connection oriented does some initial work to set up a “virtual circuit”. Connectionless does not. Examples? Phone is connection-oriented. Mail is connectionless. Pros and cons Connection-oriented are usually more efficient. Connectionless are usually more efficient for one-off messages. 2

Connection-Oriented and Connectionless Communication 3

Circuit and Packet Switching Two main categories describing the way data are routed between two points Circuit switching—Permanent Internet connection Packet switching— Data broken down into packets with a source and destination address 4

Packet Switching 5

Οιονεί σύγχρονη υπηρεσία

Μεταγωγή

Παρατηρήσεις για την μεταγωγή

Πολυπλεξία

Μεταγωγή κυκλώματος

Τηλεφωνικά δίκτυα

Μεταγωγή πακέτου

Σύγκριση τεχνικών μεταγωγής Χαρακτηριστικά μεταγωγής κυκλώματος Συνεχής κατάληψη καναλιού Συμβατότητα ρυθμού μετάδοσης-λήψης Δεν απαιτεί επεξεργασία πακέτων Χαρακτηριστικά μεταγωγής πακέτου Καλύτερη αξιοποίηση γραμμών Μετατροπή ρυθμού δεδομένων Αδιάκοπη λειτουργία σε περίπτωση φόρτου Προτεραιότητα πακέτων

Packet Switching vs. Circuit Switching Packet-switched and circuit-switched networks use two different technologies for sending messages and data from one point to another. Each has its advantages and disadvantages depending on what you are trying to do.

Packet Switching In packet-based networks, the message gets broken into small data packets. These packets are sent out from the computer and they travel around the network seeking out the most efficient route to travel as circuits become available. This does not necessarily mean that they seek out the shortest route. Each packet may go a different route from the others.

User Datagram Protocol Packet Switching Each packet is sent with a ‘header address’ which tells it where its final destination is, so it knows where to go. The header address also describes the sequence for reassembly at the destination computer so that the packets are put back into the correct order. One packet also contains details of how many packets should be arriving so that the recipient computer knows if one packet has failed to turn up. If a packet fails to arrive, the recipient computer sends a message back to the computer which originally sent the data, asking for the missing packet to be resent. UDP = User Datagram Protocol

Packet Switching Advantages Security Bandwidth used to full potential Devices of different speeds can communicate Not affected by line failure (redirects signal) Availability – no waiting for a direct connection to become available During a crisis or disaster, when the public telephone network might stop working, e-mails and texts can still be sent via packet switching

Packet Switching Disadvantages Under heavy use there can be a delay Data packets can get lost or become corrupted Protocols are needed for a reliable transfer Not so good for some types data streams (e.g. real-time video streams can lose frames due to the way packets arrive out of sequence)

Circuit Switching Circuit switching was designed in 1878 in order to send telephone calls down a dedicated channel. This channel remains open and in use throughout the whole call and cannot be used by any other data or phone calls.

Circuit Switching Establish Transfer Disconnect There are three phases in circuit switching: Establish Transfer Disconnect The telephone message is sent all together; it is not broken up. The message arrives in the same order that it was originally sent.

Circuit Switching In modern circuit-switched networks, electronic signals pass through several switches before a connection is established. During a call no other network traffic can use those switches. The resources remain dedicated to the circuit during the entire data transfer and the entire message follows the same path. Circuit switching can be analog or digital.

Circuit Switching With the expanded use of the Internet for voice and video, analysts predict a gradual shift away from circuit-switched networks. A circuit-switched network is excellent for data that needs a constant link from end-to-end, for example, real-time video.

Circuit Switching Advantages Circuit is dedicated to the call – no interference, no sharing Guaranteed the full bandwidth for the duration of the call Guaranteed quality of service

Circuit Switching Disadvantages Inefficient – the equipment may be unused for a lot of the call; if no data is being sent, the dedicated line still remains open. It takes a relatively long time to set up the circuit. During a crisis or disaster, the network may become unstable or unavailable. It was primarily developed for voice traffic rather than data traffic.

Packet vs. Circuit Switching It is easier and less expensive to double the capacity of a packet switched network—a circuit network is heavily dependent on the number of channels available. Circuit-switched technologies, which take four times as long to double their performance/cost, force ISPs to buy that many more boxes to keep up. This is why everyone is looking for ways to get Internet traffic off the telephone network. The alternative of building up the telephone network to satisfy the demand growth is economically out of the question.

Ασύγχρονος Τρόπος Μετάδοσης

3 ή 4 τρόποι να υλοποιήσουμε τα κυκλώματα: Μεταγωγή Κυκλώματος (Circuit Switching) / Τεχνικές Μεταγωγής (Switching techniques) Kάθε σύνδεσμος «σπάει» σε μικρότερα κομμάτια, κάθε ένα από τα οποία δεσμεύεται αποκλειστικά για μια και μόνο σύνοδο (session). 3 ή 4 τρόποι να υλοποιήσουμε τα κυκλώματα: Frequency Division Multiplexing (FDM) Time Division Multiplexing (TDM) Wavelength Division Multiplexing (WDM) - Code Division Multiple Access

To WDM είναι σαν τον FDM για οπτικά δίκτυα. Το CDMA είναι κυρίως για ασύρματα δίκτυα Ένας μεταγωγέας κυκλώματος αναθέτει είτε συχνότητες είτε slots στις εξόδους

α) εγκατάσταση κυκλώματος β) μεταφορά δεδομένων Μεταγωγή Κυκλώματος (Circuit Switching) / Τεχνικές Μεταγωγής (Switching techniques) Απαιτεί 3 φάσεις α) εγκατάσταση κυκλώματος β) μεταφορά δεδομένων γ) τερματισμός κυκλώματος Ενδέχεται μια κλήση να μπλοκαριστεί (blocking – busy signal). Μη αποδοτική χρησιμοποίηση της χωρητικότητας των συνδέσμων αφού ενίοτε παραμένει αχρησιμοποίητη (κυρίως αν υπάρχουν bursty πηγές). Χρειάζεται χρόνος για να γίνει η σύνδεση (αλλά στην συνέχεια τα δεδομένα περνάνε χωρίς καθυστέρηση). Χρησιμoποιείται κυρίως σε τηλεφωνικά και σε ISDN δίκτυα

Mεταγωγή αποθήκευσης και προώθησης (store-and-forward switching) Μεταγωγή μηνυμάτων Οι σύνοδοι (sessions) μοιράζονται τους επικοινωνιακούς πόρους (συνδέσμους και καταχωρητές) με δυναμικό τρόπο. Μεταβλητός χρόνος διέλευσης από ένα σύνδεσμο. Ορισμένα μηνύματα ενδέχεται να χαθούν εξαιτίας της υπερφόρτωσης της μνήμης ενός κόμβου. Μεταγωγή πακέτων: Κάθε μήνυμα σπάει σε πακέτα.

Λόγοι υπέρ του διαμοιρασμού των μηνυμάτων σε πακέτα Πλεονεκτήματα: μικρότερη καθυστέρηση, ευκολότερη διαχείριση καταχωρητών, ευελιξία στη δρομολόγηση. Μειονεκτήματα: μεγαλύτερος επικοινωνιακός και υπολογιστικός φόρτος, προβλήματα επανασυναρμολόγησης μηνυμάτων.

Δυο είδη μεταγωγής πακέτων α) Δρομολόγηση σε δίκτυο που χρησιμοποιεί datagram switching (μεταγωγή «αυτοδύναμων πακέτων») β) Δρομολόγηση σε δίκτυο που χρησιμοποιεί virtual circuit switching (μεταγωγή εικονικών κυκλωμάτων»)

Στατιστική πολυπλεξία

Είδη μεταγωγής αποθήκευσης και προώθησης Μεταγωγή πακέτων (τα μηνύματα διαμοιράζονται σε πακέτα) Μεταγωγή μηνυμάτων (τα μηνύματα ΔΕ διαμοιράζονται σε πακέτα) Datagram switching (κάθε πακέτο δρομολογείται ανεξάρτητα από τα υπόλοιπα) virtual circuit switching (όλα τα πακέτα ακολουθούν την ίδια διαδρομή) Datagram switching: ευελιξία στη δρομολόγηση. Virtual circuit switching: τα πακέτα φτάνουν στη σωστή σειρά, μικρός υπολογιστικός και επικοινωνιακός φόρτος. Cut-through switching: Κάθε πακέτο αρχίζει να μεταδίδεται πρίν ληφθεί πλήρως από τον κόμβο.

ΕΙΔΗ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΚΟΥ ΦΟΡΤΟΥ (ΣΥΝΔΙΑΛΛΕΞΕΩΝ) ΣΤΟ ΙΔΙΟ ΔΙΚΤΥΟ Αλληλεπιδραστική (interactive) κυκλοφορία: Τα μηνύματα είναι μικρά. Ο ρυθμός αφίξεως μηνυμάτων είναι χαμηλός. Απαιτείται γρήγορη απόκριση. Απαιτείται υψηλή αξιοπιστία. Μεταφορά αρχείων: Τα μηνύματα είναι μεγάλα. Οι συνδιαλλέξει είναι εκρηκτικές (bursty) Μεγάλες καθυστερήσεις είναι ανεκτές. Πακετοποιημένη φωνή (packetized voice): Τα πακέτα είναι μικρά. Η κυκλοφορία δεδομένων είναι ομαλή. Απαιτούνται μικρές καθυστερήσεις. Η αξιοπιστία δεν είναι σημαντική. Γραφικά & video: Οι καθυστερήσεις μπορεί να είναι ή να μην είναι σημαντικές. Η μεταβλητότητα της καθυστέρησης πρέπει να είναι μικρή (για video). H κυκλοφορία δεδομένων μπορεί να είναι είτε ομαλή είτε εκρηκτική (bursty).

Αυτοδύναμα πακέτα (datagram)

Νοητό κύκλωμα (virtual circuit)

Δρομολόγηση (routing) σε δίκτυα Αυτοδύναμα Πακέτα (Datagrams): απόφαση δρομολόγησης για κάθε πακέτο. Εικονικά Κυκλώματα (Virtual Circuits): μία απόφαση δρομολόγησης για όλα τα πακέτα της ίδιας συνόδου (session). Ζητήματα επιλογή των μονοπατιών μετάδοση των σχετικών με τη δρομολόγηση πληροφοριών Μετρικές απόδοσης Ρυθμαπόδοση (Throughput) – ‘ποσότητα’ της εξυπηρέτησης Μέση καθυστέρηση πακέτου – ‘ποιότητα’ της εξυπηρέτησης

προσφερόμενο φορτίο ρυθμαπόδοση δρομολόγηση καθυστέρηση απορριπτόμενο φορτίο Καθώς ο αλγόριθμος δρομολόγησης (routing) επιτυγχάνει στο να κρατάει την καθυστέρηση χαμηλά, ο έλεγχος ροής (flow control) επιτρέπει περισσότερη κυκλοφορία στο δίκτυο. Καλοί αλγόριθμοι δρομολόγησης: υψηλότερη ρυθμαπόδοση για την ίδια καθυστέρηση, μικρότερη καθυστέρηση για δεδομένη ρυθμαπόδοση.

Όλοι οι σύνδεσμοι έχουν χωρητικότητα 10 μονάδες Παράδειγμα (επιρροή της δρομολόγησης στην ρυθμαπόδοση και την καθυστέρηση του δικτύου): 5 μονάδες 5 μονάδες πηγή πηγή Όλοι οι σύνδεσμοι έχουν χωρητικότητα 10 μονάδες προορισμός Αν όλες οι σύνοδοι (sessions) δρομολογηθούν μέσω του μεσαίου μονοπατιού, η καθυστέρηση είναι μεγάλη. Ας υποτεθεί, ότι η κυκλοφορία στην είσοδο του κόμβου 2 αυξάνεται στις 15 μονάδες. Αν χρησιμοποιείται μόνο ένα μονοπάτι, τουλάχιστον 5 μονάδες απορρίπτονται. Συνεπώς, η καθυστέρηση και η μέγιστη ρυθμαπόδοση εξαρτώνται από τη δρομολόγηση.

Η δρομολόγηση μπορεί να είναι: 1. Κεντρικοποιημένη ή Κατανεμημένη Κεντρικοποιημένη (Centralized): όλες οι αποφάσεις για τη δρομολόγηση λαμβάνονται σε έναν κεντρικό κόμβο. Κατανεμημένη (Distributed): η ευθύνη του υπολογισμού των μονοπατιών μοιράζεται ανάμεσα στους κόμβους, οι οποίοι ανταλλάσσουν μεταξύ τους πληροφορίες, όποτε είναι απαραίτητο. 2. Στατική ή Δυναμική (Προσαρμοζόμενη) Στατική (Static): το μονοπάτι που χρησιμοποιείται για ένα ζεύγος πηγής-προορισμού, παραμένει σταθερό. Δυναμική (Dynamic) - Προσαρμοζόμενη (Adaptive): το μονοπάτι μπορεί να αλλάζει, ανάλογα με τη συμφόρηση (congestion). Φυσικά, ακόμα και με στατικούς αλγόριθμους, τα μονοπάτια πρέπει να αλλάζουν, όταν κάποιοι κόμβοι ή σύνδεσμοι πέφτουν.