Εισαγωγή στις Ψηφιακές Επικοινωνίες

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 20ουαιώνα • 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. ΟMoore,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 18-24 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 εκατομμύριαστον 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 ονομάζονταιδίκτυα 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/εξόδουστο 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 υπολογιστώνπου βρίσκονται στην ίδια περιοχή καισυνδέονται 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 δίκτυοπου 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) Συνδέειμεταξύ τους LANs και BNs που βρίσκονται σε διαφορετικές περιοχέςκαι με WANs. Τυπικά επεκτείνεται 3 - 30 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 επικοινωνίαςμε διαχωρισμό του συνόλου των επικοινωνιακών λειτουργιώνσε 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 εφαρμογήσε έναν υπολογιστήκινείται δια μέσω του δικτύουσε 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 Μοντέλο Internet Μοντέλο OSI Στρώμα εφαρμογών: http, telnet, snmp, smtp, nfs, ftp TCP, UDP IPv4, IPv6 Data Link Layer Physical layer

22. Μοντέλο OSI • Στρώμα δικτύου • εξασφαλίζει την δρομολόγηση(routing)και σχετικές λειτουργίες • Στρώμα διακίνησης • υλοποιείαξιόπιστες 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. Sender Receiver Application Layer Application Layer HTTP Request HTTP Request Transport Layer Transport Layer TCP HTTP Request TCP HTTP Request Network Layer Network Layer IP TCP HTTP Request IP TCP HTTP Request Data Link Layer Data Link Layer Ethernet IP TCP HTTP Request Ethernet IP TCP HTTP Request Physical Layer Physical Layer