1 Εισαγωγή στις Ψηφιακές Επικοινωνίες Shiva Kumar Pulyala

2 Συζήτηση Γιατί είναι σημαντική η μελέτη των ψηφιακών επικοινωνιών; Πώς ορίζονται οι ψηφιακές επικοινωνίες; Μήπως γνωρίζετε τα παρακάτω: Το ταχύτερο CPU διαθέσιμο στην αγορά; Το ψηλότερο bandwidth του κορμού του Internet; Τον αριθμό των ISPs στην Ελλάδα; Ποιές είναι οι σύγχρονες τάσεις στις ψηφιακές επικοινωνίες;

3 Βιομηχανία Ημιαγωγών – Οι Βάσεις της Τεχνολογίας Πληροφορίας (ΙΤ) Σωλήνας κενού – Αρχές 20ου αιώνα Transistor (Transfer resistor): 1947 στα Bell Lab ανακαλύφθηκε από τους John Bardeen, Walter Brattain και Willian Shockley (βραβεία Nobel Φυσικής το 1956) Ολοκληρωμένο Κύκλωμα (Integrated circuit): ανακαλύφθηκε από τον Jack Kilby το 1959 (βραβείο Nobel Φυσικής το 2000)

4 Ο Νόμος του Moore Πότε: 1965 Ποιός: Gordon Moore, συνιδρυτής της Intel. Ο Moore, καθώς ετοίμαζε μια ομιλία, έκανε μια αξιομνημόνευτη πατατήρηση. Κάνοντας την γραφική παράσταση της αύξησης της απόδοσης της μνήμης του chip, είδε μια καταπληκτική τάση. Τί: Κάθε καινούργιο chip περιείχε περίπου δυο φορές περισσότερη χωρητικότητα από το προηγούμενο και κάθε chip έβγαινε σε κυκλοφορία μήνες μετά το προηγούμενο chip. Μια Αναλογία: Αν η τάση αυτή εφαρμοζόταν στην αεροπορική βιομηχανία, σήμερα ένα αεροπλάνο θα κόστιζε $500, θα ζύγιζε λίγα κιλά και θα έκανε τον γύρο του κόσμου σε 20 λεπτά.

5 Αναλύσεις Οι μεταβολές κατά τον Moore 1962 – 12 transistors/chip 1965 – 50 transistors/chip 1970 – 10% του κόστους του 1965 ανά transistor 1975 – 65,000 transistors/chip Η αύξηση στην ταχύτητα είναι μεγαλύτερη από την ελάττωση του μεγέθους λόγω της ταχείας αύξησης στις συχνότητες λειτουργίας. Ο Kuzweil (1999) παρατήρησε ότι ο διπλασιασμός της ισχύος επεξεργασίας είχε αρχίσει νωρίτερα: 1908 (Hollerith Tabulator) 1911 (Monroe Calculator) 1946 (ENIAC) 1951 (Univac I) 1959 (IBM 7090)

6 Αύξηση Δυναμικότητας του CPU 2000

7 Ο Νόμος του Moore (Συνέχεια) Η παρατήρηση του Moore, τώρα γνωστή σαν ο ‘Νόμος του Moore,’ περιέγραφε μια τάση που συνεχίζεται ακόμη κι εξακολουθεί να είναι ακριβής. Αποτελεί την βάση για τις προβλέψεις της απόδοσης που γίνονται από πολλούς σχεδιαστές. Σε 26 χρόνια ο αριθμός των transistors σε ένα chip έχει αυξηθεί πάνω από 3,200 φορές, από 2,300 στο 4004 το 1971 σε 7.5 εκατομμύρια στον επεξεργαστή Pentium II. Ο Νόμος του Machrone: ο υπολογιστής που επιθυμείτε να αγοράσετε πάντα κοστίζει $5,000!!! Ο Νόμος του Rock: Το κόστος του κεφάλαιου παραγωγής ημιαγωγών θα διπλασιάζεται κάθε τέσσερα χρόνια.

8 Ψηφιακές Επικοινωνίες Ορισμοί: Ψηφιακές Επικοινωνίες Η διακίνηση υπολογιστικής πληροφορίας από σημείο σε σημείο μέσω συστημάτων ηλεκτρικής ή οπτικής μετάδοσης (αλλά και με ασύρματες συνδέσεις, πχ. δορυφορικές). Τέτοια συστήματα συνήθως ονομάζονται δίκτυα ψηφιακής επικοινωνίας. Τηλεπικοινωνίες Αφορούν στη μετάδοση φωνής και video καθώς και δεδομένων.

9 Ψηφιακές Επικοινωνίες Μια σύνθεση πληροφοριακών μορφών (VIViD): Φωνή (Voice) Εικόνα (Image) Video Δεδομένα (Data)

10 Βασικές Έννοιες Δικτύων Εξυπηρετητής - Server (ή Host) Ο κεντρικός υπολογιστής του δικτύου όπου αποθηκεύονται τα δεδομένα ή το λογισμικό κι είναι προσβάσιμος από πελάτες- clients. Πελάτης - Client Ο μηχανικός εξοπλισμός (hardware) εισόδου/εξόδου στο άλλο άκρο του κυκλώματος επικοινωνίας. Κύκλωμα - Circuit Η διαδρομή από την οποία τα μηνύματα ταξιδεύουν. Ομότιμα Δίκτυα (Peer-to-peer networks) Δεν χρειάζονται server ή host αλλά σχεδιάζονται για να συνδέουν όμοιους υπολογιστές που μοιράζονται δεδομένα και λογισμικό.

11 Components of a Network

12 Τύποι Δικτύων Τα δίκτυα μπορούν να ταξινομηθούν με πολλούς τρόπους. Ένας από τους πλέον συνήθεις είναι ως προς την γεωγραφική εμβέλεια: Τοπικά Δίκτυα - Local Area Networks (LAN) Δίκτυα Κορμού - Backbone Networks (BNs) Μητροπολιτικά Δίκτυα - Metropolitan Area Networks (MANs) Εκτεταμένα Δίκτυα - Wide Area Networks (WANs)

13 Types of Networks

14 Τύποι Δικτύων Τοπικά Δίκτυα - Local Area Networks (LAN) Μια ομάδα υπολογιστών που βρίσκονται στην ίδια περιοχή και συνδέονται σε κοινό κύκλωμα. Καλύπτουν μια σαφώς μικρή περιοχή, όπως μεταξύ μερικών κτιρίων, Υποστηρίζουν ταχύτητες 10 ως 100 εκατομμύρια bits ανά δευτερόλεπτο (Mbps).

15 Τύποι Δικτύων Δίκτυο Κορμού - Backbone Network (BN) Ένα μεγαλύτερο, κεντρικό δίκτυο που συνδέει μερικά LANs, άλλα BNs, μητροπολιτικά δίκτυα και WANs. Τυπικά επεκτείνεται σε έκταση πολλών μιλίων. Υποστηρίζει ταχύτητες από 64 Kbps ως 45 Mbps.

16 Τύποι Δικτύων Μητροπολιτικό Δίκτυο - Metropolitan Area Network (MAN) Συνδέει μεταξύ τους LANs και BNs που βρίσκονται σε διαφορετικές περιοχές και με WANs. Τυπικά επεκτείνεται μίλια. Υποστηρίζει ταχύτητες 100 ως 1000 Mbps.

17 Τύποι Δικτύων Εκτεταμένο Δίκτυο - Wide Area Network (WAN) Συνδέει BNs και MANs και συνήθως εκμισθώνεται από φορείς κέντρων ανταλλαγής (inter-exchange carriers). Τυπικά καλύπτει εκατοντάδες ή χιλιάδες μιλίων. Υποστηρίζει ταχύτητες από 28.8 Kbps ως 2 Gbps.

18 Μοντέλο Δικτύου Μέθοδος περιγραφής κι ανάλυσης δικτύων ψηφιακής επικοινωνίας με διαχωρισμό του συνόλου των επικοινωνιακών λειτουργιών σε μια σειρά από στρώματα, το καθένα από τα οποία μπορεί να ορισθεί ξεχωριστά. Έτσι, μπορούν οι κατασκευαστές να αναπτύξουν software και hardware για να τροφοδοτήσουν τις ξεχωριστές λειτουργίες.

19 Διασύνδεση Ανοικτών Συστημάτων - Open Systems Interconnection (OSI) Αναπτύχθηκε από την International Organization for Standardization (ISO) το 1984 Το πρωταρχικό αρχιτεκτονικό μοντέλο επικοινωνίας μεταξύ υπολογιστών. Το μοντέλο αποτελείται από επτά στρώματα με το καθένα να καθορίζει ξεχωριστές λειτουργίες. Περιγράφει πώς η πληροφορία από μια λογισμική εφαρμογή σε έναν υπολογιστή κινείται δια μέσω του δικτύου σε μια λογισμική εφαρμογή σε έναν άλλον υπολογιστή.

20 Το Μοντέλο OSI της ISO Το OSI έχει 7 στρώματα: Στρώμα Εφαρμογής Στρώμα Παρουσίασης Στρώμα Συνόδου Στρώμα Διακίνησης Στρώμα Δικτύου Στρώμα Ζεύξης Δεδομένων Φυσικό Στρώμα

21 Μοντέλο OSI Στρώμα εφαρμογών: http, telnet, snmp, smtp, nfs, ftp TCP, UDP Data Link Layer Physical layer Μοντέλο Internet IPv4, IPv6

22 Μοντέλο OSI Στρώμα δικτύου εξασφαλίζει την δρομολόγηση (routing) και σχετικές λειτουργίες Στρώμα διακίνησης υλοποιεί αξιόπιστες υπηρεσίες διακίνησης δεδομένων δια μέσου του δικτύου Στρώμα συνόδου εγκαθιστά, διαχειρίζεται και τερματίζει συνόδους (sessions) επικοινωνίας μεταξύ των προϊόντων του στρώματος παρουσίασης Στρώμα παρουσίασης παρέχει ποικιλία λειτουργιών κωδικοποίησης και μετατροπής Στρώμα εφαρμογών αυτό που ‘βλέπει’ ο χρήστης

23 Application Layer Transport Layer Network Layer Data Link Layer Physical Layer HTTP Request HTTPTCP HTTPTCPIP HTTPTCPIPEthernet Sender Receiver Request Application Layer Transport Layer Network Layer Data Link Layer Physical Layer HTTP Request HTTPTCP HTTPTCPIP HTTPTCPIPEthernet Request