Εισαγωγή στα τοπικά δίκτυα LAN

Όταν αναφερόμαστε για δίκτυα LAN, αναφερόμαστε σε δίκτυα τα οποία διαθέτουν:

  • Έναν μικρό αριθμό υπολογιστών (π.χ. 10 διασυνδεδεμένους υπολογιστές),
  • Και έχουν περιορισμένη γεωγραφική έκταση (π.χ. 1000 μέτρα)

Βέβαια δεν είναι απαραίτητο ότι πρέπει να κυμαίνονται αναγκαστικά σε αυτό το ποσοστό, οι αριθμοί που δώσαμε είναι ενδεικτικοί. Από τα παραπάνω μπορούμε λοιπόν να συμπεράνουμε ότι:

  • Όσο μικρότερη έκταση καλύπτει ένα δίκτυο τόσο και μεγαλύτερες ταχύτητες θα έχουμε (έως και Gbps) και συνεπώς θα συμβαίνουν λιγότερα λάθη (1 στα 1012 σφάλματα) κατά την μετάδοση δεδομένων.
  • Το φυσικό μέσο μετάδοσης που χρησιμοποιείται στα LAN είναι το UTP καλώδιο (δηλαδή το καλώδιο Ethernet).



Παράδειγμα εγκατάστασης τοπικού δικτύου LAN


Παραδείγματα LAN

  • Το τοπικό δίκτυο μέσα στο σπίτι μας
  • Το εσωτερικό δίκτυο μιας εταιρίας
  • Το τοπικό δίκτυο σε ένα εργαστήριο με υπολογιστές

Πώς λειτουργεί ένα τοπικό δίκτυο

Στην παραπάνω εικόνα απεικονίζεται ένα απλό παράδειγμα δημιουργίας ενός LAN δικτύου. Αυτό που παρατηρούμε από αυτήν την εικόνα είναι ότι αν συνδέσουμε 2 ή περισσότερους υπολογιστές μεταξύ τους μέσω ενός HUB (διανομέας) ή ενός switch (μεταγωγέα) έχουμε φτιάξει ένα μικρό τοπικό δίκτυο. Βέβαια αυτό δεν σημαίνει ότι είναι αρκετό για να πραγματοποιηθεί διασύνδεση με το διαδίκτυο (internet). Χρειάζονται και άλλες διασυνδέσεις πέραν του ενός switch ή ενός hub για την διασύνδεση στο διαδίκτυο. Στην ουσία αυτό που κάνει ένας switch είναι να διασυνδέει πολλούς υπολογιστές παρέχοντας συνήθως μια τελική έξοδο η οποία μπορεί να καταλήγει σε έναν δρομολογητή (router) κοκ. Οπότε ένα τοπικό δίκτυο LAN είναι ένα μικρό ιδιωτικό δίκτυο το οποίο διαθέτει πάνω από δύο υπολογιστές οι οποίοι διασυνδέονται μεταξύ τους πάνω σε ένα switch και η έξοδος αυτού καταλήγει σε έναν (ή παραπάνω) δρομολογητές (routers). Ένα τοπικό δίκτυο LAN έχει την δική του τοπική ιδιωτική διεύθυνση δικτύου IP (private IP).

Τρόπος επικοινωνίας μεταξύ διαφορετικών τοπικών δικτύων πάνω απο το διαδίκτυο (internet)

Για να μπορέσει όμως ένα δίκτυο LAN να επικοινωνήσει με το διαδίκτυο χρειάζεται μια δημόσια διεύθυνση IP (public IP). Ο λόγος αυτός οφείλεται διότι σε ένα τοπικό δίκτυο μπορεί να υπάρχουν πολλοί υπολογιστές (παραπάνω του ενός) που να ζητούν πρόσβαση στο διαδίκτυο (internet). Αυτήν την δουλειά λοιπόν αναλαμβάνει μια ειδική θύρα ή λειτουργία που ονομάζεται NAT. Το NAT (Network Address Translation) αναλαμβάνει να εκχωρήσει μια εσωτερική IP διεύθυνση για κάθε τοπικό υπολογιστή. Αν το πακέτο βγει από το τοπικό ιδιωτικό δίκτυο μας προς τον ISP (Internet Service Provider) τότε μεταφράζει την τοπική IP σε δημόσια. Για να ξέρει το NAT σε ποιον αντιστοιχεί το πακέτο ή αν λάβει μια απάντηση, κρατάει έναν πίνακα που περιέχει την τοπική διεύθυνση IP.


Παράδειγμα λειτουργίας μιας NAT συσκευής μεταξύ LAN δικτύων


Στην παραπάνω εικόνα απεικονίζεται η δομή με την οποία λειτουργεί μια NAT συσκευή. Στο παράδειγμα αυτό έχουμε δύο τοπικά δίκτυα LAN τα οποία συνδέονται μεταξύ τους στο διαδίκτυο (internet) και ανταλλάζουν πληροφορία. Το πρώτο δίκτυο - LAN 1 έχει την IP διεύθυνση δικτύου 192.168.1.0 ενώ το δεύτερο δίκτυο - LAN 2 έχει την IP διεύθυνση δικτύου 172.16.80.1. Αυτές οι IP διευθύνσεις δικτύου γι' αυτά τα τοπικά δίκτυα LANs είναι οι ταυτότητες τους για το διαδίκτυο (internet). Έστω λοιπόν ότι ο χρήστης του PC1 θέλει να στείλει ένα μήνυμα στον χρήστη του PC 2 που βρίσκεται στο LAN 2. Όταν ο χρήστης του PC 1 στείλει το μήνυμα, ο υπολογιστής του για να μπορέσει να το προωθήσει στον home router του (και μετέπειτα ο δεύτερος προς άλλες συσκευές) πρέπει αυτό το μήνυμα να τεμαχιστεί σε μικρότερα τμήματα πληροφορίας τα οποία λέγονται πακέτα καθότι το διαδίκτυο (internet) και γενικά οι δικτυακές συσκευές οι οποίες το αποτελούν δεν έχουν την δυνατότητα να προωθήσουν ή να επεξεργαστούν ενα μεγάλο αρχείο δεδομένων. Στην παρακάτω εικόνα ακολουθεί η δομή πληροφορίας που περιέχει ένα πακέτο δεδομένων.



Δομή πληροφορίας ενός πακέτου δεδομένων


Στα επόμενα κεφάλαια θα εξηγήσουμε αναλυτικά κάθε πληροφορία στο πακέτο δεδομένων. Για το παράδειγμα μας εμείς θα επικεντρωθούμε σε μια απο αυτές τις πληροφορίες που είναι το κομμάτι των IP διευθύνσεων (IP διεύθυνση πηγής και προορισμού). Στο παράδειγμα μας λοιπόν, ο χρήστης του PC 1 που έχει την IP 192.168.1.1, θα στείλει λοιπόν αυτό το πακέτο προς τον δρομολογητή (router) του δικού του εσωτερικού δικτύου. Μέσα σε αυτό το πακέτο στο κομμάτι πληροφορίας των IP διευθύνσεων θα βάλει την IP διεύθυνση προορισμού που είναι η δική του IP διεύθυνση (192.168.1.2) καθώς και την IP διεύθυνση παραλήπτη (17.15.20.35). Σκεφτείτε το όπως γίνεται με τα γράμματα, όταν για παράδειγμα στέλνουμε ένα γράμμα αυτό για να σταλθεί στον παραλήπτη θα πρέπει εμείς σαν δημιουργοί αυτού του μηνύματος να εισάγουμε την δική μας διεύθυνση (σε περίπτωση που κάτι δεν παει καλά και το λάβουμε ξανά πίσω) και την διεύθυνση κατοικίας του παραλήπτη. Εν συνεχεία το πηγαίνουμε στα ΕΛΤΑ για να το προωθήσουν αυτοί στον παραλήπτη του μηνύματος και για να το κάνουν αυτό θα βασιστούν στις πληροφορίες που τους έχουμε δώσει εμείς που αναγράφονται απάνω στο γράμμα. Με παρόμοια δομή πραγματοποιείται η ανταλλαγή πακέτων σε ένα δίκτυο. Ο δημιουργός του μηνύματος εισάγει στο πακέτο την IP διεύθυνση του (σε περίπτωση που το πακέτο χαθεί έτσι ώστε να ενημερωθεί γι' αυτό) καθώς και την δημόσια IP διεύθυνση του παραλήπτη. Σε αυτό το σημείο είναι σημαντικό να αναφέρουμε τι είναι μια δημόσια IP διεύθυνση και τι μια ιδιωτική IP διεύθυνση:


  • Ιδιωτικές IP διευθύνσεις: Είναι οι IP διευθύνσεις οι οποίες φαίνονται εντός ενός τοπικού δικτύου LAN. Δεν είναι ορατές στο διαδίκτυο.

  • Δημόσιες IP διευθύνσεις: Είναι οι IP διευθύνσεις οι οποίες φαίνονται εντός ενός τοπικού δικτύου LAN. Δεν είναι ορατές στο διαδίκτυο.

Ο διαχωρισμός των IP διευθύνσεων έγινε για λόγους εξικονόμισης, διαφορετικά θα υπήρχε έλειψη IP διευθύνσεων παγκοσμίως κάτι που σημαίνει οτι κάποιοι υπολογιστές δεν θα είχαν την δυνατότητα να συνδεθούν στο διαδίκτυο καθότι δεν θα είχαν IP διεύθυνση που όπως αναφέραμε είναι πολύ σημαντική καθότι αποτελεί την ταυτότητα ενός κόμβου στο διαδίκτυο. Πίσω λοιπόν στο παράδειγμα μας, όταν δημιουργηθεί το πακέτο και συμπληρωθεί η απαραίτητη πληροφορία αυτό στέλνεται προς τον δρομολογητή (router) του LAN 1. Ο δρομολογητής (router) μόλις παραλάβει αυτό το πακέτο θα αναλάβει τις εξής ενέργεις:


  1. Ανάθεση ταυτότητας διαδικτύου (Δημόσια IP): Ο δρομολογητής (router) αναθέτει στο πακέτο μια δημόσια IP διεύθυνση για να μπορέσει αυτό να αναγνωριστεί απο όλους τους υπόλοιπους διαδικτυακούς κόμβους. Για να το κάνει αυτό αλλάζει την διεύθυνση πηγής προορισμού (source IP) που περιέχεται στο πακέτο (στο παράδειγμα μας την IP διεύθυνση 192.168.1.2) με μια τυχαία δημόσια IP διεύθυνση (στο παράδειγμα μας ας πούμε την δημόσια IP 80.16.75.23). Στην συνέχεια θα αποθηκεύσει την πραγματική IP διεύθυνση προορισμού και

  2. Επιλογή προορισμού: Αφού αναθέσει στο πακέτο μια δημόσια IP Θα επιλέξει σε ποίον κόμβο θα προωθήσει το πακέτο δεδομένων (συνήθως επιλέγεται ο κόμβος ο οποίος είναι συνδεδεμένος σε μια διαδρομή η οποία είναι η χρονικά συντομότερη).

Όταν αυτό το πακέτο φτάσει στον δρομολογητή (router) του τοπικού δικτύου LAN 2 θα ελεχθεί απο τον ίδιο. Παρατηρείστε ότι στην IP διεύθυνση παραλήπτη δεν αναγράφεται η IP διεύθυνση του PC 2 (172.16.80.2) που βρίσκεται στο LAN 2 αλλά μια άλλη IP. Αυτή η IP είναι μια εξωτερική δημόσια IP. Ο δρομολογητής (router) γνωρίζει οτι έχει αναθέσει αυτήν την δημόσια IP σε αυτό το πακέτο. Για να το κάνει αυτό κρατάει έναν NAT πίνακα όπου εκεί υπάρχει μια αντιστοίχιση για ιδιωτικές και δημόσιες IP. Βρίσκει λοιπόν ότι η δημόσια IP διεύθυνση 17.15.20 30 ανήκει στον ίδιο και αντιστοιχεί αυτήν την IP με την IP πραγματική διεύθυνση του PC 2 (172.16.80.2). Στην συνέχεια προωθεί αυτό το πακέτο προς τον PC 2.

Όταν ο PC 2 του LAN 2 αποφασίσει να απαντήσει στο μήνυμα του PC 1 του LAN 1 τότε θα γίνει η ίδια διαδικασία αλλά ανάστροφα. Δηλαδή θα προσθέσει την δημόσια IP του παραλήπτη (80.16.75.23) και θα το προοθήσει στον δρομολογητή του τοπικού του δικτύου. Εν συνεχεία ο δρομολογητής (router) του τοπικού δικτύου LAN 2 για να προωθήσει το πακέτο στο διαδίκτυο θα πρέπει να αλλάξει την IP διεύθυνση πηγής σε μια τυχαία δημόσια IP (60.30.25.75) και καταγράφει αυτήν την αλλαγή στον NAT πινακά του. Όταν το πακέτο φτάσει στον δρομολογητή (router) του LAN 1 τότε θα ελέγξει το πακέτο και τον δικό του NAT πίνακα. Θα δεί ότι υπάρχει καταχώριση της δημόσιας IP 80.16.75.23 με μια ιδιωτική IP που βρίσκεται εντός του δικτύου του και είναι η 192.18.1.2. Θα αλλάξει λοιπόν την δημόσια IP διεύθυνση παραλήπτη με την ιδιωτική αυτή IP διεύθυνση και έτσι θα το προωθήσει στον παραλήπτη. Με αυτόν τον τρόπο πραγματοποιείται μια επικοινωνία μεταξύ διαφορετικών δικτύων πάνω στο διαδίκτυο. Χωρίς το πρωτόκολλο NAT το διαδίκτυο θα ήταν παρελθόν οπότε καταλαβαίνουμε πόσο χρήσιμο και σημαντικό είναι.


Συσκευές ενός τοπικού δικτύου (LAN)

Συνοψίζοντας ένα τοπικό δίκτυο (LAN) περιλαμβάνει:

  • Έναν αριθμό διασυνδεδεμένων υπολογιστών (πάνω από 2)
  • Μια τουλάχιστον συσκευή σύνδεσης (hub ή switch)
  • Καλώδια σύνδεσης UTP

Όπως είδαμε οι IP διευθύνσεις που έχουν οι υπολογιστές μέσα στο LAN δεν έχουν σχέση με τις IP του έξω κόσμου. Για παράδειγμα όλοι σπίτι μας έχουμε την IP 192.168.1.1, και σε πολλές κατοικίες υπάρχουν LAN οπότε θα βρούμε πολλές φορές την IP 192.168.1.1 σαν default IP στον home router ή θα δούμε υπολογιστές να έχουν εσωτερικές IP την 192.168.1.10, 192.168.1.45, 192.168.1.65 κλπ. Οι διευθύνσεις ενός LAN δικτύου δεν φαίνονται προς τα έξω.

Βασικά στοιχεία υλοποίησης δικτύων


Ένα δίκτυο αποτελείται από τα εξής βασικά μέρη:

  1. Εξυπηρετητές (Servers): Όπου είναι εξειδικευμένοι υπολογιστές που διαθέτουν λειτουργικό σύστημα και προσφέρουν δικτυακές υπηρεσίες στους τελικούς χρήστες. Κάποιοι βασικοί εξυπηρετητές που λειτουργούν σε ένα δίκτυο περιλαμβάνουν:

    1. Αποθήκευση των προγραμμάτων του λειτουργικού συστήματος του δικτύου καθώς και βοηθητικών προγραμμάτων.

    2. Αποθήκευση των προγραμμάτων και των δεδομένων των χρηστών του δικτύου.

    3. Διαχείριση του συστήματος αρχείων, των διαμοιραζόμενων περιφερειακών συσκευών, δυνατότητα προσπέλασης των χρηστών και της ασφάλειας του δικτύου.

    4. Παρακολούθηση της λειτουργίας και της αποδοτικότητας του δικτύου.

Είναι πιθανόν να υπάρχουν πολλοί servers (περισσότεροι του ενός) για να υποστηρίξουν τις παραπάνω λειτουργίες. Αυτοί λέγονται κι ως dedicated servers (αφιερωμένοι servers). Τέτοιοι servers μπορεί να είναι:


Dedicated Server Λειτουργία
Communication servers (επικοινωνιών) Όπου διαχειρίζονται τις συνδέσεις μεταξύ των κόμβων του δικτύου καθώς και τις συνδέσεις με άλλα τοπικά δίκτυα ή μεγαλύτερα συστήματα (mainframes) και παρέχουν τη δυνατότητα χρήσης ηλεκτρονικού ταχυδρομείου (e-mail).
file server Οπου χρησιμοποιείται σαν χώρος αποθήκευσης αρχείων στον οποίο οι χρήστες έχουν πρόσβαση δικτυακά. Είναι εξυπηρετητές με μεγάλες αποθηκευτικές ικανότητες (συνήθως με σκληρούς δίσκους μερικών TeraBytes) και μεγάλη κεντρική μνήμη.
Backup servers Εξυπηρετούν τη λήψη αντιγράφων ασφαλείας των αρχείων και των δεδομένων.
Database servers Αποθηκεύουν βάσεις δεδομένων ή αντικειμενοστρεφείς (object-oriented) πληροφορίες που μπορούν να προσπελαστούν από τους χρήστες.
Print servers Εξυπηρετούν τις εκτυπώσεις στο δίκτυο δίνοντας το δικαίωμα στους χρήστες να προσαρτώνται στους εκτυπωτές του δικτύου μέσω των ουρών εκτύπωσης. Ο print server εγκαθίσταται συνήθως στον file server ή σε κάποιον αφιερωμένο (dedicated) σταθμό του δικτύου.



Παραδείγματα server room




Ethernet καλωδίωση πάνω σε έναν server


  1. Σταθμοί εργασίας (workstations):Με τον όρο σταθμοί εργασίας αναφερόμαστε σε προσωπικούς υπολογιστές που έχουν το δικό τους λειτουργικό σύστημα και είναι βέβαια διασυνδεδεμένοι στο δίκτυο μέσω καλωδίων και καρτών επικοινωνίας (ή αλλιώς και κάρτες δικτύου). Αντιθέτως, μπορούμε να αναφέρουμε έναν σταθμό εργασίας και ως κόμβο επικοινωνίας (communication node).



  2. Σταθμός εργασίας (Workstation) ή αλλιώς και υπολογιστής (desktop ή laptop)


  3. Κάρτα διασύνδεσης δικτύου (Network Interface Card - NIC): Όπως αναφέραμε κάθε σταθμός εργασίας περιέχει μια κάρτα διασύνδεσης δικτύου μέσω της οποίας συνδέεται με όλες τις υπόλοιπες συσκευές. Οι κάρτες δικτύων μετατρέπουν τα καθαρά bits του υπολογιστή, σε πληροφορία συμβατή με τα ηλεκτρικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά του πρωτοκόλλου του δικτύου. Κάθε κάρτα δικτύου σχεδιάζεται για να περιέχει μια μοναδική φυσική διεύθυνση που εδώ ονομάζεται φυσική διεύθυνση MAC. Η τοποθέτηση μιας κάρτας δικτύου απαιτεί προσοχή. Πρέπει η διεύθυνση μιας κάρτας δικτύου να μην συμπίπτει με άλλες όπως π.χ. της σειριακής ή της παράλληλης θύρας.



  4. Ασύρματη κάρτα δικτύου σε laptop




    Πως είναι συνδεδεμένη η ασύρματη κάρτα δικτύου σε ένα laptop




    Ενσωματωμένη κάρτα δικτύου στην motherboard ενός laptop




    Ασύρματη κάρτα δικτύου (PCI)




    Ασύρματη κάρτα δικτύου (PCI Express)




    Ενσύρματη κάρτα δικτύου (PCI)




    Ενσύρματη κάρτα δικτύου (PCI Express)




    Ενσωματωμένη κάρτα δικτύου στην motherboard ενός Desktop)




    USB Ασύρματη κάρτα δικτύου



  5. Περιφερειακές συσκευές: Κάθε συσκευή που συνδέεται με ένα υπολογιστικό σύστημα, δεν αποτελεί μέρος αυτού και εξαρτάται περισσότερο ή λιγότερο από αυτό. Οι περιφερειακές συσκευές διευρύνουν τις δυνατότητες του συστήματος, αλλά δεν επηρεάζουν την επεξεργαστική ισχύ (π.χ. εκτυπωτές, σαρωτές, μικρόφωνα κλπ.).



  6. Παράδειγμα περιφερειακής συσκευής



  7. Καλώδιο σύνδεσης: Τα πιο συνηθισμένα καλώδια διασύνδεσης υπολογιστικών συσκευών είναι τα χάλκινα καλώδια και οι οπτικές ίνες. Τα χάλκινα καλώδια είναι φθηνά και αποτελούν την πλειοψηφία των εγκαταστάσεων, ενώ οι οπτικές ίνες κερδίζουν συνεχώς έδαφος, λόγω της μείωσης του κόστους, της απλοποίησης των τεχνικών εγκατάστασης και των αναγκών για υψηλότερες ταχύτητες. Υπάρχουν τρεις τύποι χάλκινων καλωδίων:


    1. Ομοαξονικό (Coaxial Cable) όπου τα συναντάμε συχνά σε συσκευές που χρησιμοποιούν ασύρματη επικοινωνία ή για τηλεοπτικό σήμα



    2. Παράδειγμα ομοαξονικού καλωδίου



    3. Συνεστραμμένου ζεύγους με θωράκιση ή χωρίς θωράκιση



Κατηγορίες UTP Ethernet καλωδίων ή αλλιώς συνεστραμμένων καλωδίων όπως βλέπουμε κι από την εικόνα



Δικτυακές συσκευές διαμεσολάβησης (Intermediary Network Devices)

Οι δικτυακές συσκευές διαμεσολάβησης αναλαμβάνουν τον ρόλο του «διαμεσολαβητή» σε ένα δίκτυο, δηλαδή είναι συσκευές που εξυπηρετούν όλες τις ανάγκες ώστε να γίνει εφικτή η μεταφορά δεδομένων. Τέτοιες συσκευές μπορεί να είναι οι δρομολογητές (routers), μεταγωγείς (switches) και εξειδικευμένες συσκευές όπως συσκευές τείχη προστασίας (firewalls) που θα τις αναλύσουμε παρακάτω.


  1. Δρομολογητές (routers): Οι δρομολογητές είναι ηλεκτρονικές συσκευές οι οποίες αναλαμβάνουν την αποστολή και λήψη πακέτων δεδομένων μεταξύ ενός ή περισσοτέρων εξυπηρετητών, άλλων δρομολογητών και πελατών, κατά μήκος πολλαπλών δικτύων. Η δρομολόγηση, δηλαδή η διαδικασία μεταφοράς δεδομένων από το ένα σημείο στο άλλο αποτελεί κεντρική λειτουργία του 3ου επιπέδου (επιπέδου δικτύου) και πραγματοποιείται με βάση διαφόρων κριτήριων (π.χ. καλύτερη δυνατή διαδρομή, χρονικά συντομότερη κλπ). Οι δρομολογητές μπορούν να αξιοποιήσουν ένα ή περισσότερα πρωτόκολλα δρομολόγησης με βάση των οποίων ο δρομολογητής καθορίζει ποια διαδρομή - ζεύξη είναι η καταλληλότερη κάθε χρονική στιγμή και δρομολογεί τα πακέτα δεδομένων προς αυτήν.



  2. Συσκευή router της Cisco μοντέλο 2900



  3. Μεταγωγείς (switches): Ο μεταγωγέας (switch) είναι μια ηλεκτρονική συσκευή που χρησιμοποιείται σε δίκτυα υπολογιστών. Χρησιμοποιείται για την διασύνδεση δικτυακών τερματικών συσκευών (π.χ. υπολογιστές, εξυπηρετητές, εκτυπωτές κτλ) σε ένα δίκτυο δεδομένων. Οι περισσότερες σήμερα σχεδιάσεις τοπικών δικτύων γίνονται με δίκτυα τύπου Ethernet, τα βασικότερα εκ των οποίων αποτελούν οι μεταγωγείς Ethernet. Υπάρχουν δύο κατηγορίες μεταγωγών (switches):

    • Μεταγωγέας επιπέδου ζεύξης (data link layer switch): Όπου το κύριο χαρακτηριστικό του είναι ότι κάθε θύρα επικοινωνίας που διαθέτει προσφέρει καθορισμένο εύρος ζώνης σε αντίθεση με το hub, όπου όλες οι συσκευές που συνδέονται σε αυτό, διαμοιράζονται το εύρος ζώνης (bandwidth) του μέσου. Επίσης κάθε θύρα του μεταγωγέα αποτελεί ξεχωριστό πεδίο συγκρούσεων (collision domain). Ένας μεταγωγέας (switch) δημιουργεί πίνακες προώθησης όπως και οι bridges (γέφυρες) και χρησιμοποιεί τον αλγόριθμο Spanning tree. Ας εξετάσουμε ένα παράδειγμα όπου δυο σταθμοί θέλουν να επικοινωνήσουν και βρίσκονται σε διαφορετικές θύρες του μεταγωγέα (unicast πλαίσιο). Ο μεταγωγέας θα ελέγξει τον πίνακα προώθησης για να βρει την φυσική διεύθυνση MAC προορισμού και σε ποια θύρα καλείτε να το προωθήσει. Αφού βρεθεί η καταχώρηση αυτή θα προωθήσει το πακέτο στην κατάλληλη θύρα επικοινωνίας. Με αυτόν τον τρόπο ο μεταγωγέας (switch) μειώνει την κίνηση (trafic) και τις συγκρούσεις πακέτων (packet collisions) αυξάνοντας την επίδοση του δικτύου και το διαθέσιμο εύρος ζώνης των σταθμών εργασίας.



    • Συσκευή switch επιπέδου ζεύξης της Cisco μοντέλο Catalyst 2960



    • Μεταγωγέας επιπέδου δικτύου (network layer switch): Όπως αναφέραμε παραπάνω ένας μεταγωγέας (switch) επιπέδου ζεύξης αναλαμβάνει την διασύνδεση υπολογιστικών τερματικών σε ένα δίκτυο και την διαδικασία διαμοιρασμού εύρους ζώνης στο καθένα. Την ίδια λειτουργία αναλαμβάνει και ένας μεταγωγέας (switch) επιπέδου δικτύου με την βασική διαφορά ότι ενσωματώνει βασικές λειτουργίες όπου ανήκουν σε αυτό το επίπεδο όπως δρομολόγηση πακέτων, υπηρεσίες DHCP κλπ. Συνοψίζοντας, ένας μεταγωγέας (switch) επιπέδου δικτύου είναι στην ουσία ένας συνδυασμός ενός απλού μεταγωγέα επιπέδου ζεύξης (switch) κι ενός δρομολογητή (router).


    Συσκευή switch επιπέδου δικτύου της Cisco μοντέλο 7604



  4. Τείχος Προστασίας (Firewall): Το τείχος προστασίας (firewall) είναι ένα σύνολο από προγράμματα/φίλτρα, που έχουμε εγκαταστήσει σε πύλες (σημεία σύνδεσης) του εσωτερικού μας δικτύου με άλλα δίκτυα, π.χ. το Internet ή κάποιο άλλο δημόσιο δίκτυο, που δεν ελέγχονται από εμάς. Οι συσκευές που εγκαθίστανται τα προγράμματα/φίλτρα συνθέτουν ένα Firewall, είναι δρομολογητές και εξυπηρετητές ειδικοί για τον σκοπό αυτόν.



  5. Παράδειγμα δικτύου με χρήση Firewall



    Στην παραπάνω εικόνα απεικονίζετε διαχωρισμός ενός εσωτερικού δικτύου μιας επιχείρησης με τα υπόλοιπα δίκτυα με την βοήθεια αρχιτεκτονικής βασισμένης σε δρομολογητές και εξυπηρετητές. Οι χρήστες, που βρίσκονται στο τμήμα του δικτύου ευρείας περιοχής πίσω από τον εσωτερικό δρομολογητή, ανήκουν σε ένα έμπιστο δίκτυο αφού συνδέεται άμεσα από μια δομή που ελέγχεται, διαχειρίζεται και γενικά διέπεται από κανόνες ασφάλειας, που καθορίζονται πλήρως από την εκάστοτε επιχείρηση ή οργανισμό που διαθέτει αυτό το δίκτυο. Αντιθέτως το δίκτυο ευρείας περιοχής, που συνδέεται με τον εξωτερικό δρομολογητή είναι ένα μη έμπιστο δίκτυο διότι η επιχείρηση δεν διαχειρίζεται εκεί τους χρήστες που ανήκουν σε αυτό. Δηλαδή δεν υπάρχουν διαδικασίες ελέγχου αυθεντικότητας με τους χρήστες του εσωτερικού δικτύου.

    Οι κανόνες, που μπορούμε να εφαρμόσουμε σε ένα firewall, είναι να μπορούμε να επιτρέψουμε την πρόσβαση από τα μη έμπιστα δίκτυα προς συγκεκριμένους εξυπηρετητές του εσωτερικού μας δικτύου, καθώς επίσης και το είδος των εφαρμογών, που επιτρέπεται να χρησιμοποιήσουν οι μη έμπιστοι χρήστες, για να συνδεθούν σε αυτούς. Ένα παράδειγμα είναι η πρόσβαση σε συγκεκριμένες IP διευθύνσεις του εσωτερικού δικτύου και με συγκεκριμένα πρωτόκολλα, όπως HTTP, ενώ προσπάθειες σύνδεσης με άλλα πρωτόκολλα όπως telnet, FTP, TFTP rlogin κ.λ.π. να απορρίπτονται από το firewall.




Συσκευή ASA Firewall της Cisco μοντέλο 5505



Πρότυπα και πρωτόκολλα επικοινωνίας

Τα πρότυπα επικοινωνίας είναι κανόνες που ορίζουν συγκεκριμένα τμήματα της επικοινωνίας. Αυτά εκδίδονται και αναπτύσσονται από οργανισμούς όπως το IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Όσον αφορά τις δικτυακές επικοινωνίες, το IEEE ορίζει τεχνολογίες όπως Token Ring (IEEE 802.5), Ethernet (IEEE 802.3) και Wi-Fi (IEEE 802.11). Η ύπαρξη των προτύπων βοηθά στη συμβατότητα ανάμεσα στους κατασκευαστές hardware και software. Ενώ τα πρωτόκολλα επικοινωνίας αναφέρονται στους κανόνες που πρέπει να ακολουθεί ένα δίκτυο προκειμένου να επιτευχθεί η αποστολή και η λήψη δεδομένων μεταξύ των κόμβων. Τα πρωτόκολλα αυτά έχουν διάφορες κατηγορίες και λειτουργούν σε διάφορα επίπεδα μοντέλων επικοινωνίας. Το καθιερωμένο πλέον μοντέλο επικοινωνίας είναι το TCP/IP το οποίο αποτελεί τον «απόγονο» του μοντέλου αναφοράς OSI.




Μοντέλο αναφοράς OSI και πρότυπο επικοινωνίας ΤCP/IP






Δικτυακές συσκευές και η θέση τους ανά επίπεδο στο πρότυπο επικοινωνίας TCP/IP



Μέσα Μετάδοσης (Φυσικές ζεύξεις) - Γενικά

Με τον όρο ενός φυσικού μέσου μετάδοσης αναφερόμαστε στην φυσική σύνδεση που δημιουργείται μεταξύ του αποστολέα και του παραλήπτη σε ένα οποιοδήποτε σύστημα επικοινωνίας. Με λίγα λόγια μπορούμε να θεωρήσουμε ότι είναι ο δρόμος μέσα απ' τον οποίο περνάει το σήμα, που στέλνει ο πομπός, έως ότου το λάβει ο δέκτης. Ο καπνός, η φωτιά, οι συνθηματικές τυμπανοκρουσίες και η ανάκλαση ηλιακών ακτινών πάνω σε γυάλινες επιφάνειες είναι μερικά από τα μέσα μετάδοσης, που χρησιμοποιήθηκαν από τους αρχαίους λαούς για τη μεταβίβαση προσυμφωνημένων μηνυμάτων.



Ιστορικό σημείωμα
Στην τραγωδία «Αγαμέμνων» του Αισχύλου αναφέρεται ότι η άλωση της Τροίας έγινε γνωστή στις Μυκήνες με σειρές από φωτιές που άναβαν διαδοχικά στις βουνοκορφές της Λήμνου, του Αγίου Όρους και της Στερεάς Ελλάδας έως και την Πελοπόννησο. Η μετάδοση μηνυμάτων με φωτιές είχε συστηματοποιηθεί για κυρίως στρατιωτικούς σκοπούς. Οι φρυκτωρίες αποτελούν ένα τέτοιο παράδειγμα όπου ήταν το βασικό μέσο επικοινωνίας στις στρατιωτικές επιχειρήσεις του μέγα Αλέξανδρου.


Τα φυσικά μέσα μετάδοσης χωρίζονται σε ενσύρματα όπου εδώ το μέσο μετάδοσης είναι το καλώδιο και τα ασύρματα όπου εδώ το μέσο μετάδοσης είναι ο αέρας. Στα ενσύρματα μέσα μετάδοσης έχουμε τα εξής καλώδια: τα χάλκινα, τα ομοαξονικά καλώδια και τις οπτικές ίνες και στα ασύρματα έχουμε τις εξής τεχνικές διάδοσης:

  • Επίγειες ζεύξεις

  • δορυφορικές μικροκυματικές ζεύξεις

Τα τελευταία χρόνια με την εξέλιξη της τεχνολογίας χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση δεδομένων και τα συστήματα κυψελοειδούς τηλεφωνίας.


Ενσύρματα μέσα μετάδοσης

Τα ενσύρματα μέσα μετάδοσης είχαν ευρεία εφαρμογή στον τομέα των τηλεπικοινωνιακών δικτύων, μέχρι που έκαναν την εμφάνιση τους τα επίγεια και δορυφορικά μικροκυματικά συστήματα μετάδοσης. Παλαιότερα, το δισύρματο καλώδιο ήταν το μοναδικό μέσο για τη μετάδοση πληροφορίας. Αυτό είχε σαν αποτέλεσμα οι πρώτες γραμμές μεταφοράς να ήταν απλά χάλκινα σύρματα χωρίς μόνωση, στηριγμένα σε μονωτήρες πορσελάνης πάνω σε ξύλινους στύλους. Με την ραγδαία αύξηση των γραμμών, ήταν απαραίτητη η συγκέντρωση τούς σε δέσμες με συνέπεια τη δημιουργία των καλωδίων. Στα καλώδια οι γραμμές είναι κατάλληλα διαμορφωμένες (πλεγμένες μεταξύ τους), για να αποφεύγονται οι συνακροάσεις και προστατεύονται από εξωτερικές κακώσεις από ένα σκληρό, πλαστικό συνήθως, μανδύα. Ο μανδύας αυτός παρέχει και εξωτερική μόνωση. Τα καλώδια, όταν τοποθετούνται υπόγεια, προστατεύονται είτε μέσα σε σωλήνες, είτε οπλίζονται με χαλύβδινο περίβλημα. Στις αρτηρίες με πολύ μεγάλη κίνηση και στις υποβρύχιες ζεύξεις, παλαιότερα, χρησιμοποιήθηκαν σχεδόν αποκλειστικά ομοαξονικά καλώδια, ενώ τα τελευταία χρόνια αντικαταστάθηκαν από καλώδια οπτικών ινών.


Χάλκινο Καλώδιο

Τα χάλκινα καλώδια αποτελούνται από ένα συνεστραμμένο ζεύγος καλωδίων το οποίο είναι είτε συμπαγές χάλκινο σύρμα, είτε από νήματα χάλκινου σύρματος, τα οποία καλύπτονται από πλαστικό περίβλημα. Παλαιότερα, το πλέξιμο των ζευγών του χάλκινου σύρματος στο καλώδιο γίνονταν, έτσι ώστε να αναγνωρίζεται πιο καλώδιο ανήκει σε πιο ζεύγος και όχι για να αντιμετωπισθούν προβλήματα μετάδοσης. Παρόλα αυτά, για τη μετάδοση φωνής το χάλκινο καλώδιο ήταν αρκετά αξιόπιστο μέσο. Αποτέλεσμα αυτού είναι να υπάρχουν, σήμερα, χιλιάδες χιλιόμετρα χάλκινου καλωδίου στο τηλεφωνικό δίκτυο και να αποτελεί το πιο διαδεδομένο μέσο μετάδοσης. Τα χάλκινα καλώδια, που έχουν εγκατασταθεί στο τηλεφωνικό δίκτυο, ήταν σχεδιασμένα, έτσι ώστε να περνούν, χωρίς εξασθένηση όλες οι συχνότητες φωνής, αλλά παράλληλα να εμποδίζεται και η διέλευση συχνοτήτων έξω από τη ζώνη των φωνητικών (χαμηλοπερατά φίλτρα). Αυτό είχε καταστροφικά αποτελέσματα για τη μετάδοση δεδομένων.




Απεικόνιση χάλκινων καλωδίων



Οπότε όταν αναφερόμαστε σε καλώδια UTP, αναφερόμαστε σε αθωράκιστα συνεστραμμένα ζεύγη (Unshielded Twisted Pair) τα οποία αποτελούνται από τέσσερα ζευγάρια συνεστραμμένων αγωγών (σύνολο 8 αγωγοί λοιπόν). Η συστροφή ζευγών γίνεται για μείωση του θορύβου αλλά και για φαινόμενα όπως για παράδειγμα παραδιαφωνίας (cross talk) με το εύρος ζώνης τους να φτάνει τα 100MHz. Αυτό που κυκλοφορεί στην αγορά σήμερα έχει τη τυποποίηση cat6 (κατηγορία 6). Υπάρχουν και άλλες κατηγορίες όπως πχ οι κατηγορίες 1,2,3,4,5 κλπ οι οποίες είναι χειρότερες σε σχέση με την cat6. Το δισύρματο του ΟΤΕ που έχουμε όλοι σπίτι μας είναι κατηγορίας 3.


Ομοαξονικά καλώδια

Το ομοαξονικό καλώδιο ήταν από τα πρώτα καλώδια τα οποία είχαν ευρεία χρήση σε τοπικά δίκτυα. Σήμερα, η χρήση τους στα τοπικά δίκτυα έχει εκλείψει καθότι πλέον χρησιμοποιείται η ethernet τεχνολογία. Το ομοαξονικό καλώδιο έχει πάρει την ονομασία αυτή λόγο της κατασκευής του. Αποτελείται δηλαδή από έναν κεντρικό χάλκινο αγωγό, ο οποίος γύρω του περιέχει ένα πλαστικό περίβλημα το οποίο ονομάζεται διηλεκτρικό. Γύρω από το διηλεκτρικό και ομοαξονικά τοποθετημένο ως προς τον κεντρικό αγωγό υπάρχει μια θωράκιση από μεταλλικό πλέγμα και τέλος όλο αυτό καλύπτεται από ένα πλαστικό εξωτερικό μονωτικό περίβλημα. Το ομοαξονικό καλώδιο προσφέρει υψηλό εύρος ζώνης (bandwidth), με αποτέλεσμα να επιτυγχάνονται ταχύτητες μετάδοσης υψηλότερες από ότι στα χάλκινα καλώδια. Το γεγονός αυτό δικαιολογεί, την ευρεία χρησιμοποίηση του στην καλωδιακή τηλεόραση και στις υπεραστικές συνδέσεις των τηλεφωνικών δικτύων.




Απεικόνιση ενός ομοαξονικού καλωδίου






Ομοαξονικό καλώδιο



Oπτικές ίνες

Οι οπτικές ίνες, είναι πολύ λεπτά νήματα από πλαστικό ή γυαλί, όπου η πληροφορία (που περνάει μέσα απ' αυτήν) μεταδίδεται υπό μορφή παλμών φωτός διαφόρων μηκών κύματος. Ένα καλώδιο οπτικών ινών μπορεί να περιέχει μέσα του δεκάδες ή ακόμη και εκατοντάδες πολύ λεπτές τέτοιες οπτικές ίνες, σε διάμετρο, μικρότερη και από μίας τρίχα. Οι οπτικές ίνες έχουν δύο σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλα μέσα μετάδοσης δεδομένων: οι μεγάλοι ρυθμοί μετάδοσης δεδομένων και η μεταφορά δεδομένων σε μεγάλες αποστάσεις. Οι οπτικές ίνες μεταφέρουν πληροφορίες σε πολύ μεγάλες ταχύτητες όχι λόγω της μεγάλης ταχύτητας του φωτός όπως αναφέρεται συχνά. Οι μεγάλοι ρυθμοί μεταφοράς δεδομένων των οπτικών ινών οφείλονται σε δύο βασικούς λόγους:


  • Στις μεγάλες συχνότητες με τις οποίες μπορούν να αναβοσβήνουν τα LED (Light Emitting Diodes) ή τα Laser που είναι οι πομποί των παλμών φωτός και

  • Στην δυνατότητα της ταυτόχρονης αποστολής πολλών ακτινών φωτός σε διαφορετικούς μήκους κύματος μέσα από την ίδια ίνα χωρίς αυτές να επηρεάζουν η μία την άλλη. Έτσι στέλνονται πολλαπλές ταυτόχρονες ροές πληροφοριών μέσω της ίδιας ίνας αυξάνοντας τον συνολικό ρυθμό μεταφοράς δεδομένων.

Πως λειτουργούν οι οπτικές ίνες:

Υπάρχουν δύο άκρα όπου στο ένα υπάρχει ο πομπός και στο άλλο, ο δέκτης. Ο πομπός, έχει την δυνατότητα να μετατρέπει δεδομένα σε μορφή παλμών φωτός. Με την σειρά του ο δέκτης αποκωδικοποιεί αυτούς τους παλμούς και τα μετατρέπει ξανά σε ψηφιακά δεδομένα. Για να πραγματοποιηθεί αμφίδρομη επικοινωνία είναι απαραίτητη η χρήση ενός ζευγαριού ινών.

Οι παλμοί φωτός, ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός μέσα από την οπτική ίνα, με διαδοχικές ανακλάσεις στα τοιχώματα της οπτικής ίνας. Οι ανακλάσεις αυτές, γίνονται στα τοιχώματα, σε γωνία μικρότερη των 42 μοιρών, με αποτέλεσμα να λειτουργούν τα τοιχώματα σαν καθρέφτες.

Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται ολική ανάκλαση και είναι η αιτία που τα κύματα φωτός μένουνε μέσα στην οπτική ίνα και διατηρούν την ισχύ τους, συνεχίζοντας το ταξίδι τους μέχρι το άλλο άκρο, χωρίς να βγαίνουν-χάνονται έξω από την ίνα.

Σε αυτό συνεισφέρει και η δομή της. Το εσωτερικό μέρος της οπτικής ίνας, ονομάζεται πυρήνας και μέσω αυτού, ταξιδεύουν τα κύματα φωτός. Ο πυρήνας, είναι περιτυλιγμένος από μία άλλη στρώση πλαστικού - γυαλιού που ονομάζεται περίβλημα.




Αναπαράσταση οπτικής ίνας. Το φως (δεδομένα) αντανακλάται πάνω στην γυάλινη επιφάνεια



Τρόποι εκπομπής και μετάδοσης στις οπτικές ίνες: Η εκπομπή του οπτικού σήματος σε οπτική ίνα γίνεται από δύο ειδών πηγών: LED (light Emmiting Diode) ή LASER (Light Amplification by Stimulated Emission off Radiation), και τα μήκη κύματος του φωτός, που η οπτική ίνα είναι σχεδιασμένη να μεταφέρει, ποικίλουν από 800nm μέχρι 1500nm. Οι οπτικές ίνες διαφοροποιούνται, καταρχήν, από τον τρόπο μετάδοσης του σήματος σε αυτές. Η πρώτη βασική διάκριση είναι μεταξύ των πολύτροπων και μονότροπων οπτικών ινών.


Πολύτροπες οπτικές ίνες (Multimode fiber optics)

Ο τρόπος αναφοράς των μεγεθών για τις οπτικές ίνες είναι να αναφέρουμε πρώτα τη διάμετρο του πυρήνα (γυαλιού) και στη συνέχεια τη διάμετρο της επίστρωσης (cladding). Οι μετρήσεις των παραπάνω μεγεθών γίνονται σε 10-6 μέτρα. Οι πολύτροπες οπτικές ίνες έχουν τυπικά μεγέθη 50μm/ 125μm, 62,5/125, 85/125 ή 100/140. Ο συνηθέστερος τύπος, ο οποίος κυκλοφορεί, είναι ο 62,5/125. Η ολική διάμετρος της οπτικής ίνας συμπεριλαμβανομένων των ενισχυτικών συνθετικών ινών και του εξωτερικού περιβλήματος φτάνει τα 900μm. Η αρχή μετάδοσης σε πολύτροπη οπτική ίνα είναι ότι οι διάφορες ακτίνες του οπτικού σήματος ανάλογα με την είσοδο τους στην οπτική ίνα ταξιδεύουν ανακλώμενες υπό διαφορετικές γωνίες. Αυτός ο τρόπος μετάδοσης ονομάζεται πολύτροπος (multimode), επειδή έχουμε πολλούς δρόμους μετάδοσης, που αντιστοιχούν στις διαφορετικές γωνίες ανάκλασης. Οι πολύτροπες οπτικές ίνες διακρίνονται σε δυο κατηγορίες: τις διακριτού βήματος (step index) και τις βαθμιαίου βήματος (graded index).


  1. Οπτική ίνα διακριτού δείκτη (step index): Στις ίνες αυτές συμβαίνει απότομη μεταβολή του δείκτη διάθλασης μεταξύ της κεντρικής ίνας και του υλικού επίστρωσης. Στην περίπτωση αυτή, η πορεία των ακτινών εμφανίζεται στην παρακάτω εικόνα



  2. Οπτική ίνα διακριτού δείκτη



  3. Οπτική ίνα βαθμιαίου δείκτη (graded index): Οι ίνες αυτές χαρακτηρίζονται από βαθμιαία μεταβολή του δείκτη διάθλασης του υλικού της κεντρικής ίνας. Συμβαίνει βαθμιαία μείωση όσο απομακρυνόμαστε από το κέντρο προς την εξωτερική επιφάνεια του γυαλιού. Η πορεία των ακτινών σε μια τέτοια ίνα είναι αυτή, που φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.



  4. Οπτική ίνα διακριτού δείκτη



Τύποι καλωδίων οπτικών ινών: Τα καλώδια οπτικών ινών περιέχουν από 1 έως 36 οπτικές ίνες. Τα πιο συνηθισμένα είναι τα καλώδια με ζυγό αριθμό οπτικών ινών για την επικοινωνία των full-duplex κυκλωμάτων. Θα ξεχωρίσουμε δυο τύπους οπτικών ινών ως προς την κατασκευή τους. Στην πρώτη περίπτωση, έχουμε σε κάθε οπτική ίνα και εξωτερικά από την επίστρωση συνθετικές ίνες και εξωτερικό μονωτικό περίβλημα. Μέσα στο καλώδιο υπάρχουν πολλές τέτοιες ίνες, όπου η κάθε ίνα αποτελεί και ένα ξεχωριστό καλώδιο. Μέσα στο καλώδιο περιέχονται εκτός από καλώδια οπτικών ινών και καλώδια, τα οποία χρησιμεύουν για ενίσχυση και στρογγυλοποίηση του όλου σχήματος. Όλα αυτά τα καλώδια, τέλος, περικλείονται από εξωτερικό περίβλημα. Αυτή η κατασκευή είναι γνωστή σαν Tight Buffer. Στην εικόνα της επόμενης διαφάνειας εμφανίζεται ανάλογη κατασκευή καλωδίου οπτικών ινών.




Καλώδιο οπτικών ινών (Tight Buffer)



Παρόμοιας κατασκευής είναι τα εύκαμπτα καλώδια, που χρησιμοποιούμε για τη σύνδεση με τον ενεργό εξοπλισμό (Optical patch cords). Αυτά αποτελούνται από δυο καλώδια ενωμένα στο εξωτερικό τους, το κάθε ένα από τα οποία περιέχει οπτική ίνα από πλαστικό. Στην παρακάτω εικόνα εμφανίζεται ένα οπτικό καλώδιο σύνδεσης.




Καλώδιο οπτικών ινών (Optical patch cords)



Στην δεύτερη περίπτωση, έχουμε τις οπτικές ίνες με την επίστρωση τους να είναι τοποθετημένες ελεύθερα μέσα στο καλώδιο και περικλείονται από εξωτερικό περίβλημα, αφού πρώτα τοποθετηθεί μέσα στο καλώδιο επίστρωση από συνθετικές ίνες για την ανθεκτικότητα του καλωδίου. Αυτή η κατασκευή είναι γνωστή σαν Loose Buffer. Στην εικόνα παρακάτω εμφανίζεται ανάλογη κατασκευή καλωδίου οπτικών ινών.




Καλώδιο οπτικών ινών (loose buffer)



Τύποι βυσμάτων και υποδοχών οπτικών ινών: Πέραν από τους τύπους των καλωδίων είναι και οι τύποι των βυσμάτων και των υποδοχών των οπτικών ινών. Παρακάτω θα δείτε τους πιο δημοφιλές τύπους που χρησιμοποιούνται στην αγορά σήμερα. Τα βύσματα και οι υποδοχές αυτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μονότροπες καθώς και σε πολύτροπες οπτικές ίνες.




Βύσματα οπτικών ινών, από αριστερά προς δεξιά: SC, ST, LC



Ασύρματη επικοινωνία

Ασύρματη μετάδοση είναι η ζεύξη όπου δεν χρησιμοποιείται κάποιο είδος καλωδίου και χρησιμοποιεί ως μέσο διάδοσης τον αέρα ή το κενό. Αυτό γίνεται με τη διάδοση σημάτων στην ατμόσφαιρα μέσω κατάλληλων κεραιών (μεταξύ πομπού και δέκτη μεταδίδοντας την πληροφορία κωδικοποιημένη). Ένα σύστημα ασύρματης επικοινωνίας εξαρτάται από:

  • Tον πομπό (transmitter)

  • Tη γραμμή τροφοδοσίας (feeder) του πομπού με την κεραία εκπομπής

  • Tην κεραία εκπομπής (transmitting antenna)

  • Tο χώρο διαδόσεως ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων (path)

  • Tην κεραία λήψης (receiving antenna)

  • Tη γραμμή σύνδεσης (feeder) της κεραίας λήψεως με το δέκτη

  • Tο δέκτη (receiver)

  • Tους πύργους εγκατάστασης (tower) των κεραιών (όπου κρίνεται απαραίτητο)

Ιδιότητες κεραιών (με βάση τη λειτουργία τους):

  • Το σχήμα (το σχήμα καθορίζει την κατεύθυνση όπου θα ακτινοβολούνται τα κύματα, αν είναι κεραία εκπομπής, ή την κατεύθυνση από την οποία θα λαμβάνονται τα κύματα, αν είναι κεραία λήψης)

  • Το σημείο που ανατροφοδοτείται από τον πομπό

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της ασύρματης μετάδοσης

Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα
Ανεξαρτησία από υλικά μέσα διάδοσης (π.χ καλώδιο) Απαιτείται μεγάλη ισχύς
Χαμηλότερο κόστος επέκτασης Ευάλωτα σε παρεμβολές
Γρήγορη εγκατάσταση και τοποθέτηση Ευάλωτα σε επιθέσεις
Διευκόλυνση μεγάλων αποστάσεων Δυνατότητες μετάδοσης περιορίζονται από τον νόμο

Στα ασύρματα μέσα μετάδοσης ανήκουν οι επίγειες και δορυφορικές μικροκυματικές ζεύξεις, και τα συστήματα κυψελοειδούς τηλεφωνίας.


Επίγειες μικροκυματικές ζεύξεις

Οι επίγειες μικροκυματικές ζεύξεις στηρίζονται στην κατευθυντική μετάδοση μικροκυμάτων στην περιοχή πολύ υψηλών συχνοτήτων (από 2-40 GHz). Για να είναι δυνατή η μεταφορά δεδομένων πρέπει να έχουν οπτική επαφή μεταξύ τους και λόγω της καμπυλότητας της γης απαιτούνται σταθμοί αναμετάδοσης 40-50 χιλιόμετρα περίπου. Χρησιμοποιούνται για μετάδοση τηλεοπτικού σήματος και φωνής, για μικρές συνδέσεις, μεταξύ κτιρίων για κλειστό κύκλωμα τηλεόρασης ή για συνδέσεις δεδομένων μεταξύ τοπικών δικτύων.


Δορυφορικές μικροκυματικές ζεύξεις
  • Οι δορυφορικές μικροκυματικές ζεύξεις χρησιμοποιούν δορυφόρους οι οποίοι μπορούν να αναμεταδίδουν σήμα σε πολύ μεγάλες αποστάσεις.

  • Οι δορυφορικές ζεύξεις χωρίζονται σε δυο κατηγορίες, στις ανοδικές (uplink) και καθοδικές (downlink).

  • Ανοδικές ζεύξεις χρησιμοποιούνται για την αποστολή των σημάτων από τους επίγειους σταθμούς στους δορυφόρους και οι δορυφόροι αναμεταδίδουν τα σήματα στις καθοδικές ζεύξεις


Παράδειγμα δομής δορυφορικής επικοινωνίας


Τα βασικά μέρη ενός δορυφόρου είναι:

  1. Το ωφέλιμο φορτίο (payload) το οποίο περιλαμβάνει:

    1. Κεραίες

    2. Ηλεκτρονικό εξοπλισμό μετάδοσης και λήψης

  2. Η πλατφόρμα η οποία περιλαμβάνει:

    1. Μηχανική κατασκευή

    2. Παροχή ηλεκτρικής ενέργειας

    3. Έλεγχος θερμοκρασίας

    4. Έλεγχος θέσης και τροχιάς

    5. Εξοπλισμός πρόωσης

    6. Εξοπλισμός παρακολούθησης και τηλεμετρίας ελέγχου

Ο ρόλος που αναλαμβάνει ένας δορυφόρος είναι να ενισχύει τα σήματα που λαμβάνει (uplink) και να τα επανεκπέμπει (downlink) σε προκαθορισμένες συχνότητες
Μετατροπή συχνότητας:

  1. Με μετατροπέα συχνότητας

  2. Με χρήση αποδιαμορφωτών

Το επίγειο τμήμα το αποτελούν ο πομπός και ο δέκτης. Οι επίγειοι σταθμοί χωρίζονται σε δύο κατηγορίες τους σταθερούς και τους κινητούς. Οι σταθεροί επίγειοι σταθμοί περιλαμβάνουν:

  1. Σταθμούς δρομολόγησης της τηλεπικοινωνιακής κίνησης που συλλέγεται από επίγεια τμήματα

  2. Σταθμούς στις εγκαταστάσεις του χρήστη

Οι κινητοί σταθμοί περιλαμβάνουν σταθμούς σε ξηρά, θάλασσα και αέρα


Συστήματα κυψελοειδούς τηλεφωνίας
  • Τα συστήματα κυψελοειδούς τηλεφωνίας είναι συστήματα τα οποία χρησιμοποιούνται στην κινητή ραδιοτηλεφωνία. Η κινητή ραδιοτηλεφωνία εξυπηρετεί την επικοινωνία μεταξύ κινούμενων και σταθερών σταθμών αλλά και μεταξύ κινούμενων σταθμών σε μικρές και μεσαίες αποστάσεις.

  • Χρησιμοποιούνται για την επικοινωνία μέσα σε πόλεις όπως η Αστυνομία, Πυροσβεστική κ.ο.κ (30-900 ΜΗz οι συχνότητες που χρησιμοποιούνται)

Τελευταία ενημέρωση: 19/05/2018





Follow us

 ☰