Θεωρία Δικτύων
Ένα δίκτυο δεν είναι τίποτα περισσότερο από ένα μέσο διασύνδεσης υπολογιστικών συστημάτων, με σκοπό την διαμοίραση πληροφοριών, εφαρμογών και περιφερειακών συσκευών. Ένα δίκτυο αποτελείται από υλικό, λογισμικό και πρωτόκολλα. Το υλικό για παράδειγμα είναι καλώδια και κυκλώματα προσαρμογής. Το απαιτούμενο λογισμικό διασύνδεσης ενός χρήστη στο δίκτυο είναι σήμερα στις περισσότερες περιπτώσεις ρουτίνες εμφωλευμένες στο λειτουργικό σύστημα του υπολογιστή. Τα πρωτόκολλα είναι ένα σύνολο κανόνων που αφορούν το χρονισμό, τη δομή, την αλληλουχία και τον τρόπο ελέγχου ορθότητας της πληροφορίας που ανταλλάσσεται πάνω από το δίκτυο.
Στην απλούστερη μορφή σύνδεσης, οι υπολογιστές συνδέονται απευθείας με ένα φυσικό μέσο, όπως, π.χ. καλώδιο χαλκού, οπτική ίνα ή ασύρματη ζεύξη. Αυτό το φυσικό μέσο ονομάζεται σύνδεσμος (link) και οι υπολογιστές του δικτύου ονομάζονται κόμβοι (nodes). Οι σύνδεσμοι διακρίνονται σε σημείου με σημείο (point-to-point), οι οποίοι συνδέουν δύο μόνο κόμβους, και σε πολλαπλής πρόσβασης (multiple-access), οι οποίοι συνδέουν δύο ή και περισσότερους κόμβους.




Δίκτυα μεταγωγής
Οι σύνδεσμοι πολλαπλής πρόσβασης έχουν συνήθως μικρό μήκος και εκτείνονται σε περιορισμένη περιοχή (μια εξαίρεση είναι οι δορυφορικοί σύνδεσμοι, που καλύπτουν ευρείες γεωγραφικές εκτάσεις). Κατά συνέπεια, για τη διασύνδεση απομακρυσμένων περιοχών χρησιμοποιούνται σύνδεσμοι σημείου με σημείο. Έστω ότι θέλουμε να διασυνδέσουμε 6 απομακρυσμένους κόμβους. Αν είχαμε τον περιορισμό της χρησιμοποίησης μόνον απευθείας συνδέσεων μεταξύ των κόμβων, τότε θα σχεδιάζαμε το δίκτυο του μια ακριβή λύση με αυξημένο διαχειριστικό φόρτο. Έτσι, αναπτύχθηκε η επιλογή της έμμεσης διασύνδεσης, η οποία πραγματοποιείται με τη συνεργασία ενδιάμεσων κόμβων, που ονομάζονται μεταγωγείς (switches). Οι μεταγωγείς είναι εξοπλισμένοι με δύο ή περισσότερους συνδέσμους και μία κύρια λειτουργία τους είναι η προώθηση των δεδομένων που λαμβάνουν από ένα σύνδεσμό τους σε έναν άλλο. Στο παρακάτω σχήμα απεικονίζεται ένα δίκτυο μεταγωγής για τη διασύνδεση των 6 κόμβων. Οι δύο ενδιάμεσοι κόμβοι παίζουν το ρόλο του μεταγωγέα, ο δε σύνδεσμος που τους ενώνει χαρακτηρίζεται ως διαμοιραζόμενος σύνδεσμος (shared link), γιατί χρησιμοποιείται για τη μετάδοση πληροφορίας και μεταξύ κόμβων διαφορετικών από αυτούς που συνδέει άμεσα.





Υπάρχουν διάφοροι τύποι δικτύων μεταγωγής, από τους οποίους οι πιο συνηθισμένοι είναι το δίκτυο μεταγωγής κυκλώματος (circuit switched network) και το δίκτυο μεταγωγής πακέτων (packet switched network). Ο πρώτος τύπος δικτύων μεταγωγής χρησιμοποιείται αποκλειστικά στο τηλεφωνικό δίκτυο, ενώ ο δεύτερος έχει κυριαρχήσει στα δίκτυα Η/Υ.


Δίκτυα μεταγωγής κυκλώματος
Στα δίκτυα μεταγωγής κυκλώματος, η μετάδοση δεδομένων είναι εφικτή μόνο μετά την εγκαθίδρυση μιας φυσικής ζεύξης – κυκλώματος μεταξύ των δύο ενδιαφερομένων κόμβων. Η μετάδοσή τους είναι διαφανής, με την έννοια ότι τα δεδομένα δεν υποβάλλονται σε καμία επεξεργασία κατά τη διέλευσή τους από το δίκτυο. Αυτό το κύκλωμα παραμένει ενεργό καθ’ όλη τη διάρκεια της επικοινωνίας των κόμβων, ακόμα και όταν δεν ανταλλάσσουν δεδομένα. Για παράδειγμα, έστω ότι το δίκτυο μεταγωγής του παρακάτω σχήματος είναι ένα τηλεφωνικό δίκτυο και ότι ο χρήστης Α θέλει να συνομιλήσει με το χρήστη Β. Τότε, ο Α στέλνει αρχικά στο μεταγωγέα Μ3 μια αίτηση σύνδεσης με τον Β. Βασιζόμενος σε κάποια κριτήρια, ο μεταγωγέας αποφασίζει να μεταδώσει την πληροφορία μέσω του συνδέσμου Μ3->Μ4. Εάν υπάρχει διαθέσιμο κανάλι φωνής στο διαμοιραζόμενο σύνδεσμο Μ3->Μ4, τότε δεσμεύεται αυτό το κανάλι και η αίτηση προωθείται στον Μ4. Η ίδια διαδικασία επαναλαμβάνεται και στον Μ4 και, εάν η αίτηση φτάσει στον Μ5, τότε αυτός με τη σειρά του ελέγχει εάν ο κόμβος Β είναι διαθέσιμος. Εάν είναι, τότε εγκαθιδρύει το κύκλωμα Α->Μ3->Μ4->Μ5->Β και επιτρέπει την επικοινωνία τους. Εάν δεν είναι, τότε απορρίπτει την αίτηση επικοινωνίας και αποδεσμεύει τα κανάλια φωνής που είχαν δεσμευτεί στους συνδέσμους Μ3->Μ4 και Μ4->Μ5. Τα κανάλια φωνής παραμένουν δεσμευμένα καθ’ όλη τη διάρκεια της επικοινωνίας και αποδεσμεύονται με το πέρας αυτής.



Δίκτυα μεταγωγής πακέτων-Μετάδοση με αποθήκευση και προώθηση
Στα δίκτυα μεταγωγής πακέτων τα δεδομένα κατακερματίζονται σε μικρότερα τμήματα πριν από τη μετάδοσή τους. Αυτά τα τμήματα δεδομένων τα ονομάζουμε πακέτα (packets). Στον κόμβο προορισμού, τα αρχικά δεδομένα επανασυνθέτονται από τα ληφθέντα πακέτα. Η μέθοδος που ακολουθείται για τη μετάδοση των πακέτων είναι γνωστή ως αποθήκευση και προώθηση (store-and-forward). Σύμφωνα με αυτή τη μέθοδο, όταν ένας κόμβος λαμβάνει δεδομένα από κάποιον σύνδεσμο, τα αποθηκεύει στην προσωρινή του μνήμη, μέχρις ότου αυτά σχηματίσουν ένα πλήρες πακέτο, και στη συνέχεια προωθεί αυτό το πακέτο προς τον σύνδεσμο εξόδου. Yιοθετώντας αυτή την τεχνική μετάδοσης, τα πακέτα μπορούν να στέλνονται συνεχόμενα στο δίκτυο και είναι συνήθως εξαιρετικά αποδοτική.

Σχόλιο Μελέτης

Η μετάδοση με αποθήκευση – και – προώθηση είναι μια αποδοτική τεχνική, που χρησιμοποιείται στα δίκτυα μεταγωγής πακέτων. (latency)

Διευθυνσιοδότηση και Δρομολόγηση
Η ύπαρξη άμεσου ή έμμεσου τρόπου σύνδεσης μεταξύ των υπολογιστών ενός δικτύου δεν επαρκεί για την επίτευξη της διασυνδεσιμότητάς τους. Μια επιπλέον απαίτηση είναι η εκχώρηση μιας μοναδικής διεύθυνσης σε κάθε κόμβο του δικτύου, ικανής να τον διαφοροποιεί από τους υπόλοιπους κόμβους του δικτύου. Όταν ένας χρήστης του δικτύου θέλει να μεταβιβάσει κάποια πληροφορία σε ένα συγκεκριμένο προορισμό στο δίκτυο, τότε πρέπει να προσδιορίσει τη διεύθυνση του αντίστοιχου κόμβου. Η διεύθυνση προορισμού καταγράφεται σε καθένα από τα μεταδιδόμενα πακέτα. Εάν ο αποστολέας και ο παραλήπτης δεν είναι άμεσα συνδεδεμένοι μεταξύ τους, τότε οι ενδιάμεσοι μεταγωγείς του δικτύου χρησιμοποιούν τη διεύθυνση του κόμβου προορισμού για να αποφασίσουν από ποιο σύνδεσμό τους θα προωθήσουν τα μεταδιδόμενα πακέτα. Αυτή η διαδικασία επιλογής του συνδέσμου επαναπροώθησης των πακέτων στους μεταγωγείς ονομάζεται δρομολόγηση (routing).

Δίκτυα μεταγωγής πακέτων με ιδεατά κυκλώματα
Εάν οι μεταγωγείς του δικτύου δρομολογούν τα πακέτα μιας ροής δεδομένων από τον ίδιο πάντα σύνδεσμο εξόδου, τότε το δίκτυο θα ονομάζεται δίκτυο μεταγωγής πακέτων με ιδεατά κυκλώματα (virtual circuit packet switched network). Ως ροή δεδομένων (data flow) ορίζουμε την ακολουθία πακέτων με τον ίδιο αποστολέα και τον ίδιο παραλήπτη, όπως, για παράδειγμα, αυτή που δημιουργείται κατά τη μεταφορά ενός αρχείου μεταξύ δύο υπολογιστών. Σε αυτήν την περίπτωση, θα μπορούμε να σκιαγραφήσουμε στο δίκτυο ένα ιδεατό κύκλωμα (virtual circuit). Η διαδικασία εγκαθίδρυσης του ιδεατού κυκλώματος προηγείται της μεταφοράς των δεδομένων και είναι αντίστοιχη με αυτή στα δίκτυα μεταγωγής κυκλώματος. Στο παρακάτω σχήμα απεικονίζεται η αρχή λειτουργίας των δικτύων μεταγωγής πακέτων με ιδεατά κυκλώματα. Το ιδεατό κύκλωμα που εγκαθιδρύθηκε για την επικοινωνία των κόμβων Α και Β είναι το Α->Μ3->Μ4->Μ5->Π.






Δίκτυα μεταγωγής πακέτων με αυτοδύναμα πακέτα
Εάν οι μεταγωγείς του δικτύου επιλέγουν το σύνδεσμο επαναπροώθησης σε κάθε πακέτο της ροής δεδομένων ξεχωριστά, τότε το δίκτυο θα ονομάζεται δίκτυο μεταγωγής με αυτοδύναμα πακέτα (datagram packet switched network). Έτσι, τα πακέτα μιας ροής δεδομένων μπορεί να ακολουθήσουν διαφορετικές διαδρομές κατά τη διέλευσή τους από το δίκτυο.

Δραστηριότητα

Με όσα έχετε διαβάσει μέχρι τώρα προσπαθήστε να απαντήσετε στις παρακάτω ερωτήσεις:

   1. Περιγράψτε πως γίνεται η μετάδοση στα δίκτυα μεταγωγής κυκλώματος

   2. Περιγράψτε πως γίνεται η μετάδοση με αποθήκευση και προώθηση στα δίκτυα μεταγωγής πακέτων

Επιλέξτε τον σύνδεσμο για να δείτε την δική μας απάντηση. ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Created by Pepoudi K.
Rodos 2009