Δίκτυο τηλεπικοινωνιών

Δίκτυο τηλεπικοινωνιών, ηλεκτρονικό σύστημα συνδέσμων και διακοπτών, καθώς και τα στοιχεία ελέγχου που διέπουν τη λειτουργία τους, τα οποία επιτρέπουν τη μεταφορά δεδομένων και την ανταλλαγή μεταξύ πολλών χρηστών.

Όταν πολλοί χρήστες μέσων τηλεπικοινωνιών επιθυμούν να επικοινωνήσουν μεταξύ τους, πρέπει να οργανωθούν σε κάποια μορφή δικτύου. Θεωρητικά, σε κάθε χρήστη μπορεί να δοθεί ένας άμεσος σύνδεσμος από σημείο σε σημείο σε όλους τους άλλους χρήστες σε αυτό που είναι γνωστό ως πλήρως συνδεδεμένη τοπολογία (παρόμοια με τις συνδέσεις που χρησιμοποιήθηκαν τις πρώτες μέρες της τηλεφωνίας), αλλά στην πράξη αυτή η τεχνική είναι ανέφικτο και ακριβό - ειδικά για ένα μεγάλο και διασκορπισμένο δίκτυο. Επιπλέον, η μέθοδος είναι αναποτελεσματική, καθώς οι περισσότεροι από τους συνδέσμους θα είναι αδρανείς ανά πάσα στιγμή. Τα σύγχρονα δίκτυα τηλεπικοινωνιών αποφεύγουν αυτά τα ζητήματα δημιουργώντας ένα συνδεδεμένο δίκτυο διακοπτών ή κόμβων, έτσι ώστε κάθε χρήστης να είναι συνδεδεμένος σε έναν από τους κόμβους. Κάθε σύνδεσμος σε ένα τέτοιο δίκτυο ονομάζεται κανάλι επικοινωνίας. Καλώδια, καλώδιο οπτικών ινών και ραδιοκύματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για διαφορετικά κανάλια επικοινωνίας.

Τύποι δικτύων

Εναλλαγή δικτύου επικοινωνιών

Ένα μεταβαλλόμενο δίκτυο επικοινωνιών μεταφέρει δεδομένα από πηγή σε προορισμό μέσω μιας σειράς κόμβων δικτύου. Η εναλλαγή μπορεί να γίνει με έναν από τους δύο τρόπους. Σε ένα δίκτυο μεταγωγής κυκλώματος, δημιουργείται μια ειδική φυσική διαδρομή μέσω του δικτύου και διατηρείται για όσο διάστημα απαιτείται επικοινωνία. Ένα παράδειγμα αυτού του τύπου δικτύου είναι το παραδοσιακό (αναλογικό) τηλεφωνικό σύστημα. Ένα δίκτυο μεταγωγής πακέτων, από την άλλη πλευρά, δρομολογεί ψηφιακά δεδομένα σε μικρά κομμάτια που ονομάζονται πακέτα, καθένα από τα οποία προχωρά ανεξάρτητα μέσω του δικτύου. Σε μια διαδικασία που ονομάζεται store-and-forward, κάθε πακέτο αποθηκεύεται προσωρινά σε κάθε ενδιάμεσο κόμβο, και στη συνέχεια προωθείται όταν ο επόμενος σύνδεσμος είναι διαθέσιμος. Σε ένα σχήμα μετάδοσης προσανατολισμένο στη σύνδεση, κάθε πακέτο ακολουθεί την ίδια διαδρομή μέσω του δικτύου, και έτσι όλα τα πακέτα συνήθως φτάνουν στον προορισμό με τη σειρά με την οποία στάλθηκαν. Αντίθετα, κάθε πακέτο μπορεί να ακολουθήσει διαφορετική διαδρομή μέσω του δικτύου σε σχήμα χωρίς σύνδεση ή σε σχήμα δεδομένων. Επειδή τα datagrams ενδέχεται να μην φτάνουν στον προορισμό με τη σειρά με την οποία στάλθηκαν, αριθμούνται έτσι ώστε να μπορούν να συναρμολογηθούν σωστά. Το τελευταίο είναι η μέθοδος που χρησιμοποιείται για τη μετάδοση δεδομένων μέσω του Διαδικτύου.

Δίκτυο εκπομπής

Ένα δίκτυο μετάδοσης αποφεύγει τις πολύπλοκες διαδικασίες δρομολόγησης ενός μεταβαλλόμενου δικτύου διασφαλίζοντας ότι οι μεταδόσεις κάθε κόμβου λαμβάνονται από όλους τους άλλους κόμβους στο δίκτυο. Επομένως, ένα δίκτυο εκπομπής έχει μόνο ένα κανάλι επικοινωνίας. Ένα ενσύρματο τοπικό δίκτυο (LAN), για παράδειγμα, μπορεί να ρυθμιστεί ως δίκτυο εκπομπής, με έναν χρήστη συνδεδεμένο σε κάθε κόμβο και οι κόμβοι συνήθως τοποθετημένοι σε μια τοπολογία διαύλου, δακτυλίου ή αστεριού, όπως φαίνεται στο σχήμα. Οι κόμβοι που συνδέονται μεταξύ τους σε ασύρματο LAN ενδέχεται να μεταδίδονται μέσω ραδιοφώνου ή οπτικών συνδέσμων. Σε μεγαλύτερη κλίμακα, πολλά δορυφορικά ραδιοσυστήματα είναι δίκτυα μετάδοσης, αφού κάθε γήινος σταθμός μέσα στο σύστημα μπορεί τυπικά να ακούσει όλα τα μηνύματα που μεταδίδονται από έναν δορυφόρο.

Πρόσβαση στο δίκτυο

Δεδομένου ότι όλοι οι κόμβοι μπορούν να ακούσουν κάθε μετάδοση σε ένα δίκτυο εκπομπής, πρέπει να καθιερωθεί μια διαδικασία για την εκχώρηση ενός καναλιού επικοινωνίας στον κόμβο ή κόμβους που έχουν πακέτα για μετάδοση και ταυτόχρονα να αποτρέπουν καταστροφικές παρεμβολές από συγκρούσεις (ταυτόχρονες μεταδόσεις). Αυτός ο τύπος επικοινωνίας, που ονομάζεται πολλαπλή πρόσβαση, μπορεί να καθιερωθεί είτε μέσω προγραμματισμού (μια τεχνική στην οποία οι κόμβοι μεταδίδονται διαδοχικά με τάξη) είτε με τυχαία πρόσβαση στο κανάλι.

Προγραμματισμένη πρόσβαση

Σε μια μέθοδο προγραμματισμού που είναι γνωστή ως πολλαπλή πρόσβαση διαίρεσης χρόνου (TDMA), εκχωρείται ένας χρονικός χρόνος με τη σειρά του σε κάθε κόμβο, ο οποίος χρησιμοποιεί την υποδοχή εάν έχει κάτι να μεταδώσει. Εάν ορισμένοι κόμβοι είναι πολύ πιο πολυσύχναστοι από άλλους, τότε το TDMA μπορεί να είναι αναποτελεσματικό, καθώς δεν περνούν δεδομένα κατά τη διάρκεια χρονικών χρόνων που έχουν εκχωρηθεί σε σιωπηλούς κόμβους. Σε αυτήν την περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ένα σύστημα κράτησης, όπου υπάρχουν λιγότεροι χρόνοι από τους κόμβους και ένας κόμβος διατηρεί μια υποδοχή μόνο όταν απαιτείται για μετάδοση.

Μια παραλλαγή του TDMA είναι η διαδικασία της ψηφοφορίας, στην οποία ένας κεντρικός ελεγκτής ρωτά κάθε κόμβο με τη σειρά του εάν απαιτεί πρόσβαση στο κανάλι και ένας κόμβος μεταδίδει ένα πακέτο ή μήνυμα μόνο ως απάντηση στην ψηφοφορία του. Οι "Έξυπνοι" ελεγκτές μπορούν να ανταποκρίνονται δυναμικά σε κόμβους που ξαφνικά γίνονται πολύ απασχολημένοι με την ψηφοφορία τους συχνότερα για μεταδόσεις. Μια αποκεντρωμένη μορφή ψηφοφορίας ονομάζεται διακριτικό πέρασμα. Σε αυτό το σύστημα ένα ειδικό πακέτο «token» μεταφέρεται από κόμβο σε κόμβο. Μόνο ο κόμβος με το διακριτικό είναι εξουσιοδοτημένος για μετάδοση. όλοι οι άλλοι είναι ακροατές.

Τυχαία πρόσβαση

Τα σχήματα προγραμματισμένης πρόσβασης έχουν πολλά μειονεκτήματα, συμπεριλαμβανομένης της μεγάλης επιβάρυνσης που απαιτείται για τις διαδικασίες κράτησης, ψηφοφορίας και διαβίβασης διακριτικών και την πιθανότητα μεγάλων περιόδων αδράνειας όταν μεταδίδονται μόνο μερικοί κόμβοι. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε εκτεταμένες καθυστερήσεις στη δρομολόγηση πληροφοριών, ειδικά όταν συμβαίνει μεγάλη κυκλοφορία σε διαφορετικά μέρη του δικτύου σε διαφορετικούς χρόνους - χαρακτηριστικό πολλών πρακτικών δικτύων επικοινωνιών. Οι αλγόριθμοι τυχαίας προσπέλασης σχεδιάστηκαν ειδικά για να δώσουν κόμβους με κάτι που μεταδίδει ταχύτερη πρόσβαση στο κανάλι. Αν και το κανάλι είναι ευάλωτο σε συγκρούσεις πακέτων υπό τυχαία πρόσβαση, έχουν αναπτυχθεί διάφορες διαδικασίες για τη μείωση αυτής της πιθανότητας.