ΔΙΚΤΥΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

Transcript

1 EΘΝΙΚΟ ΚΑΙ ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΙΑΤΡΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ Δ/ντής: Αναπλ. Καθηγητής Ε. ΓΕΩΡΓΙΟΥ ΔΙΚΤΥΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Άννη Λουϊζη Επίκουρη Καθηγήτρια Ιατρικής Φυσικής Αθήνα, /9/2006 1

2 Περιεχόμενα Εισαγωγή... 3 Τι είναι δίκτυα επικοινωνιών;... 4 Modem διαμόρφωση και αποδιαμόρφωση... 7 Διπλαγωγός (twisted pair) Ομοαξονικά Καλώδια Οπτικές Ίνες Δορυφορικές επικοινωνίες Τοπολογίες δικτύων Τοπολογία πλέγματος Τοπολογία αστέρα Τοπολογία διαύλου (αρτηρίας) Τοπολογία δακτυλίου Κατηγορίες (είδη) δικτύων Διακομιστής (server) Αρχιτεκτονική δικτύων Πρωτόκολλα επικοινωνίας ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ /9/2006 2

3 Εισαγωγή Σε κάθε ένα από τους τρεις τελευταίους αιώνες επικράτησε μία μοναδική τεχνολογία. Ο 18ος αιώνας ήταν η εποχή των μεγάλων μηχανικών συστημάτων που συνόδευσαν τη βιομηχανική επανάσταση. Ο 19ος αιώνας ήταν η εποχή της ατμομηχανής. Στον 20ο αιώνα η τεχνολογία-κλειδί είναι η συλλογή, επεξεργασία και διανομή της πληροφορίας. Έχουμε δει την εγκατάσταση τηλεφωνικών δικτύων σε όλη την υδρόγειο, την εφεύρεση του ραδιοφώνου και της τηλεόρασης, τη γέννηση και χωρίς προηγούμενο ανάπτυξη της βιομηχανίας υπολογιστών και την εκτόξευση επικοινωνιακών δορυφόρων. Αν και η βιομηχανία των υπολογιστών είναι νέα σε σύγκριση με άλλες βιομηχανίες (αυτοκινητοβιομηχανία, αερομεταφορές) οι υπολογιστές έχουν εξελιχθεί θεαματικά σε σύντομο διάστημα. Κατά την διάρκεια των πρώτων δεκαετιών της ύπαρξής τους, τα υπολογιστικά συστήματα ήταν συγκεντρωμένα σε μια μεγάλη αίθουσα. Η ιδέα ότι μέσα σε 20 χρόνια θα παράγονταν μαζικά σε εκατομμύρια εξίσου ισχυροί υπολογιστές (μικρότεροι και από γραμματόσημο) ήταν καθαρά επιστημονική φαντασία. Εξαιτίας της ραγδαίας τεχνολογικής προόδου οι περιοχές της συλλογής, μεταφοράς, αποθήκευσης και επεξεργασίας της πληροφορίας συγκλίνουν ταχύτατα και οι διαφορές τους εξαφανίζονται. Καθώς αναπτύσσεται η ικανότητά μας να συλλέγουμε, να επεξεργαζόμαστε και να διανέμουμε πληροφορίες η ανάγκη για περισσότερη προηγμένη επεξεργασία της πληροφορίας αναπτύσσεται ακόμα ταχύτερα. Η σύγκλιση των δυο ανεξάρτητων-πριν από λίγα χρόνια- τεχνολογιών της πληροφορικής (των υπολογιστών) και των τηλεπικοινωνιών είχε σημαντική επίδραση στον τρόπο με τον οποίο οργανώνονται τα υπολογιστικά συστήματα. Η ιδέα του υπολογιστικού κέντρου με ένα μεγάλο υπολογιστή, όπου οι χρήστες φέρνουν την δουλειά τους για επεξεργασία είναι πλέον ξεπερασμένη. Σήμερα ένας μεγάλος αριθμός ξεχωριστών αλλά διασυνδεδεμένων υπολογιστών κάνουν την δουλειά. Τα συστήματα αυτά αποκαλούνται δίκτυα υπολογιστών. Οι αλλαγές που λαμβάνουν χώρα έχουν δραματική επίδραση στον τρόπο με τον οποίο επικοινωνούν άτομα και οργανισμοί. Η διοίκηση σε όλα τα επίπεδα, το εμπόριο και η οικονομία, η φροντίδα της υγείας, η εκπαίδευση, είναι μεταξύ των πεδίων της ανθρώπινης δραστηριότητας που επηρεάζονται βαθιά από τις τεχνολογικές προόδους που συντελούνται σήμερα. Η εξέλιξη και η πρόοδος στα δίκτυα επικοινωνιών δίνουν ήδη τη δυνατότητα να αναπτυχθούν νέα μοντέλα διοίκησης και διαχείρισης των υπηρεσιών υγείας, νέες μορφές παροχής ιατρικής φροντίδας σε απομακρυσμένες περιοχές, στην κατ οίκον νοσηλεία καθώς και στην ανάπτυξη προγραμμάτων τηλε-εκπαίδευσης στο χώρο της υγείας κλπ. Ήδη στα νοσοκομεία των ΗΠΑ και σε πολλά Ευρωπαϊκά το σύνολο των Η/Υ είναι δικτυωμένο και η ιατρική πληροφορία μεταφέρεται και μοιράζεται ηλεκτρονικά μεταξύ των διαφόρων εργαστηρίων και κλινικών (Hospital Information Systems). Στο άμεσο μέλλον η προοπτική είναι η δικτύωση των νοσοκομείων μιας υγειονομικής περιφέρειας (Regional Information System) ή και όλης της χώρας. 11/9/2006 3

4 Η ανάγκη για ανάπτυξη των δικτύων υπολογιστών δημιουργείται για καθένα από τους παρακάτω λόγους: τη διαθεσιμότητα όλων των προγραμμάτων, του εξοπλισμού (π.χ. εκτυπωτές, δίσκοι αποθήκευσης) και προπάντων των δεδομένων, σε οποιονδήποτε στο δίκτυο, ανεξάρτητα από τη φυσική θέση του πόρου (resource) και του χρήστη την παροχή υψηλής αξιοπιστίας (high reliability) των μηχανημάτων και των ζεύξεών τους τη γρήγορη διανομή δεδομένων την εξοικονόμηση χρημάτων. Οι μικροί υπολογιστές έχουν έναν πολύ καλύτερο λόγο κόστους προς απόδοση από τους μεγαλύτερους. Οι μεγάλοι υπολογιστές (main frames) είναι σχεδόν δέκα φορές ταχύτεροι από τους προσωπικούς υπολογιστές αλλά κοστίζουν φορές περισσότερο. Να σημειωθεί επίσης ότι τα δίκτυα αλλάζουν τον τρόπο λειτουργίας της κοινωνίας μας και άρα και το χώρο όπου ασκείται η ιατρική καθώς: υπάρχουν πολλαπλοί τρόποι επικοινωνίας μεταξύ ανθρώπων ( , chat, news-groups κλπ.) η διανομή του περιεχομένου γίνεται με διάφορα μέσα και τρόπους (audio, video, news groups κτλ.) υπάρχουν πλέον online υπηρεσίες (ηλεκτρονική αγορά, ηλεκτρονική τακτοποίηση τραπεζικών λογαριασμών, ηλεκτρονική αναζήτηση ιατρικής πληροφορίας κλπ.) προκύπτουν νέα προβλήματα, άγνωστα στο παρελθόν (προσωπικά δεδομένα, ηλεκτρονικά πνευματικά δικαιώματα κλπ.) Στις παρακάτω παραγράφους θα δοθούν οι βασικές έννοιες που θα πρέπει να είναι σε θέση να γνωρίζει ο ιατρός προκειμένου να κατανοεί και να αντιλαμβάνεται τις νέες τεχνολογικές δυνατότητες στο σύγχρονο εργασιακό περιβάλλον που καλείται να εργασθεί. Τι είναι δίκτυα επικοινωνιών; Τα δίκτυα επικοινωνιών είναι διατάξεις από υλικό και λογισμικό, οι οποίες επιτρέπουν στους χρήστες την ανταλλαγή πληροφοριών. Οι πληροφορίες αυτές μπορεί να είναι φωνή, ήχοι, γραφικά, εικόνες, κείμενο ή δεδομένα. Το πιο δημοφιλές και ευρέως διαδεδομένο δίκτυο επικοινωνιών είναι το τηλεφωνικό δίκτυο. Ένα δίκτυο υπολογιστών γραφείου είναι ένα δίκτυο επικοινωνιών, το οποίο χρησιμοποιείται από οργανισμούς, εταιρείες, νοσοκομεία κ.λ.π. για να συνδέει προσωπικούς υπολογιστές, ώστε να μπορούν να μοιράζονται προγράμματα και δεδομένα και για να συνδέει τους υπολογιστές αυτούς με εκτυπωτές ή με άλλα περιφερειακά π.χ. σχεδιογράφους (plotters). Τα δίκτυα υπολογιστών χρησιμοποιούνται επίσης σε εργοστάσια παραγωγής για να συνδέουν μηχανικά εργαλεία, ρομπότ και αισθητήρες. Το Διαδίκτυο (Internet) είναι ένα δίκτυο δικτύων υπολογιστών που καλύπτει το μεγαλύτερο μέρος του κόσμου και επιτρέπει σε εκατομμύρια χρήστες να ανταλλάσουν μηνύματα, αρχεία καθώς και σήματα video και ήχου. 11/9/2006 4

5 Παρόλο που όλα αυτά τα συστήματα είναι δίκτυα επικοινωνιών, είναι αρκετά διαφορετικά ως προς την πληροφορία που μεταδίδουν και τον τρόπο με τον οποίο χρησιμοποιούνται. Ωστόσο βασίζονται σε παρόμοιες αρχές λειτουργίας. Κάθε τέτοιο σύστημα είναι σχεδιασμένο για την ανταλλαγή πληροφορίας μεταξύ χρηστών. Οι χρήστες είναι συνήθως άνθρωποι αλλά μπορούν επίσης να είναι προγράμματα υπολογιστών ή συσκευές. Ο υπολογιστής στέλνει ψηφιοποιημένες πληροφορίες (δηλ. σε bits). Για να τις μεταδώσει σε άλλον υπολογιστή μέσω απλού τηλεφωνικού δικτύου πρέπει να μετατραπούν σε bits και στη συνέχεια σε αναλογικά σήματα μέσω συσκευών, οι οποίες καλούνται modems. Αντίστοιχο modem που κάνει την αντίστροφη δουλειά υπάρχει και στον απέναντι υπολογιστή (Εικόνα 1). MODEM ΤΗΛΕΦΩΝΙΚΟ ΔΙΚΤΥΟ MODEM Eικόνα 1: Σύνδεση Ηλεκτρονικών Υπολογιστών μέσω τηλεφωνικού δικτύου Οι αναλογικές τηλεφωνικές γραμμές είναι κατασκευασμένες έτσι ώστε να μεταφέρουν ήχους - σήματα σε αναλογική μορφή και όχι ψηφιακά σήματα (Εικόνα 2). 11/9/2006 5

6 Δεδομένα σε ψηφιακή μορφή Αναλογικό σήμα Εικόνα 2: Ψηφιακό σήμα Αναλογικό σήμα Προκειμένου ένας υπολογιστής να μεταφέρει δεδομένα μέσω των τηλεφωνικών γραμμών, απαραίτητη προϋπόθεση είναι η μετατροπή των ψηφιακών δεδομένων σε αναλογικά σήματα (Εικόνα 3). 11/9/2006 6

7 Διαμόρφωση Αποδιαμόρφωση Εικόνα 3: Διαμόρφωση - Αποδιαμόρφωση Modem διαμόρφωση και αποδιαμόρφωση Δηλαδή, για να μπορέσει ένας υπολογιστής να επικοινωνήσει με το Internet ή με έναν άλλον υπολογιστή μέσω των αναλογικών τηλεφωνικών γραμμών, είναι απαραίτητη η χρήση μιας συσκευής η οποία θα μετατρέπει τα ψηφιακά σήματα σε αναλογικά και τα αναλογικά σε ψηφιακά. Η συσκευή αυτή ονομάζεται modem. Η λέξη modem προέρχεται από τις λέξεις Modulation και Demodulation (διαμόρφωση/αποδιαμόρφωση). Η μονάδα την οποία χρησιμοποιούμε για τη μέτρηση της ταχύτητας μετάδοσης και λήψης των δεδομένων μέσω ενός modem είναι τα bit ανά δευτερόλεπτο (bits per second - bps). Όσο περισσότερα bit ανά δευτερόλεπτο έχει τη δυνατότητα να χειριστεί ένα modem, τόσο πιο γρήγορα μπορεί να στείλει και να λάβει δεδομένα. Η μετατροπή αυτή ονομάζεται διαμόρφωση (modulation). Με τον ίδιο τρόπο, για να λάβει ένας υπολογιστής δεδομένα μέσω των αναλογικών τηλεφωνικών γραμμών, είναι απαραίτητη η μετατροπή των αναλογικών σημάτων σε ψηφιακά δεδομένα. Η μετατροπή αυτή ονομάζεται αποδιαμόρφωση (demodulation). Η μετάδοση από κάποιο χρήστη Α σε έναν άλλο χρήστη Β μπορεί να πραγματοποιηθεί μέσω μίας επικοινωνιακής ζεύξης σημείου προς σημείο (point to point), δηλαδή μέσω μίας ζεύξης που συνδέει μόνιμα τους Α και Β (Εικόνα 4). Το φυσικό μέσο που υποστηρίζει την επικοινωνία αυτή 11/9/2006 7

8 μπορεί να είναι ένα καλώδιο από σύρματα χαλκού ή μία οπτική ίνα ή μία ασυρματική ζεύξη (Εικόνα 5). 11/9/2006 8

9 Εικόνα 4 Εικόνα 5: Ασύρματη επικοινωνία από ένα σημείο σε ένα άλλο 11/9/2006 9

10 Διπλαγωγός (twisted pair) Το παλαιότερο και ακόμη συνηθέστερο μέσο μετάδοσης. Αποτελείται από δύο μεμονωμένα χάλκινα σύρματα πάχους συνήθως 1mm.Τα σύρματα συστρέφονται σε ελικοειδή μορφή, όπως η έλικα του DNA. Ο σκοπός της στρέψης είναι η μείωση της ηλεκτρονικής παρεμβολής. Είναι μικρού κόστους, όμως δεν υποστηρίζει υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων σε μεγάλες αποστάσεις. Ομοαξονικά Καλώδια Είναι καλώδια με εσωτερικό αγωγό (κράμα χαλκού) για την αποστολή του σήματος, που περιβάλλεται από διηλεκτρικό μέσο (ηλεκτρικά μονωμένο υλικό) που απαλλάσσει το σήμα από τον ηλεκτρικό θόρυβο. Είναι παλαιός τύπος καλωδίου, που θεωρείται ξεπερασμένο, αλλά ακόμη χρησιμοποιείται. Διαθέτουν εύρος ζώνης μέχρι 1 Ghz και μεταφέρουν πληροφορία σε αποστάσεις μέχρι και 1000 km (Εικόνα 6). Εικόνα 23. Ομοαξονικό καλώδιο Εικόνα 6: Ομοαξονικά καλώδια Οπτικές Ίνες Είναι πλέγμα ινών, συνήθως από γυαλί, μέσα σε προστατευμένη θωράκιση. Η μετάδοση των πληροφοριών γίνεται σε μορφή ανακλώμενων παλμών φωτός, χωρίς καμία ενίσχυση. Έχει τη βέλτιστη μόνωση στο θόρυβο, μέγιστη ταχύτητα μετάδοσης πληροφοριών (1 Gbps), αλλά μεγάλο κόστος (Εικόνες 7, 8). 11/9/

11 Εικόνα 24. Καλώδιο οπτικής ίνας Εικόνα 7: Καλώδιο οπτικής ίνας Εικόνα 8 Ένα οπτικό σύστημα μετάδοσης έχει τρία στοιχεία: την πηγή φωτός το μέσο μετάδοσης τον ανιχνευτή Συμβατικά ένας παλμός φωτός αντιστοιχεί στο bit 1 και η απουσία φωτός αντιστοιχεί στο bit 0. Το μέσο μετάδοσης είναι μία εξαιρετικά λεπτή ίνα γυαλιού. Ο ανιχνευτής δημιουργεί έναν ηλεκτρικό παλμό όταν πέφτει πάνω του φως. Συνοδεύοντας μία πηγή φωτός στο ένα άκρο οπτικής ίνας και έναν ανιχνευτή στο άλλο, έχουμε ένα σύστημα μετάδοσης σε μία μόνο κατεύθυνση που 11/9/

12 δέχεται ένα ηλεκτρικό σήμα, το μετατρέπει σε παλμούς φωτός και το μεταδίδει και τέλος το ξαναμετατρέπει σε ηλεκτρικό σήμα στη λήψη (Εικόνα 9). Εικόνα 9 Δορυφορικές επικοινωνίες Η αναμετάδοση δεδομένων μεταξύ υπολογιστών, εκτός από τη χρήση καλωδίων, μπορεί να γίνει και με τη χρήση ραδιοκυμάτων ή με δορυφορική σύνδεση. Η επικοινωνία με τη χρήση ραδιοκυμάτων γίνεται με την τοποθέτηση αναμεταδοτών σε υπερυψωμένα σημεία, και τα δεδομένα μεταδίδονται σε μορφή ραδιοκυμάτων από τον πομπό του ενός αναμεταδότη στο δέκτη του άλλου, έως ότου φτάσουν στον τελικό τους προορισμό (Εικόνα 10). 11/9/

13 Εικόνα 10: Ραδιοκύματα Η επικοινωνία με δορυφορική σύνδεση βασίζεται στη χρήση ραδιοκυμάτων, αλλά προϋποθέτει την ύπαρξη ενός δορυφόρου στον οποίο μεταδίδονται τα δεδομένα. Στη συνέχεια, τα δεδομένα μεταφέρονται από το δορυφόρο στο σημείο προορισμού τους (Εικόνες 11, 12). Εικόνα 11: Επικοινωνιακός Δορυφόρος 11/9/

14 Εικόνα 12: Γεωστατικοί Δορυφόροι Οι δύο παραπάνω μέθοδοι αποστολής και λήψης δεδομένων μπορούν να χρησιμοποιηθούν συνήθως όπου δεν υπάρχει δίκτυο καλωδίων ή απαιτείται μεγάλη ταχύτητα αναμετάδοσης δεδομένων. Ένα δίκτυο δεν κατασκευάζεται σχεδόν ποτέ τοποθετώντας μία ζεύξη σημείου προς σημείο μεταξύ κάθε ζεύγους χρηστών διότι το κόστος θα ήταν απαγορευτικό (Εικόνα 13). 11/9/

15 Εικόνα 13: Ζεύξεις σημείου προς σημείο. Κάθε ζεύγος συσκευών συνδέεται με μία αποκλειστική ζεύξη. Η λύση αυτή δεν είναι εφικτή για μεγάλο αριθμό συσκευών. Ένα δίκτυο όμως υπολογιστών είναι μία διάταξη ευρύτερη από μία ζεύξη σημείου προς σημείο που συνδέει πολλούς χρήστες μαζί. Ένα δίκτυο είναι οργανωμένο με τρόπο ώστε να επιτρέπει σε διαφορετικές ροές πληροφορίας να μοιράζονται τις επικοινωνιακές ζεύξεις (Εικόνα 14). Ένα από τα κύρια προβλήματα σχεδιασμού των δικτύων είναι η επινόηση αποδοτικών τρόπων διαμοιρασμού των επικοινωνιακών ζεύξεων. Ο διαμοιρασμός των ζεύξεων σημαίνει ότι μία ροή πληροφορίας ενδέχεται να χρειασθεί να περιμένει έως ότου ελευθερωθεί μία ζεύξη. Εικόνα 14: Διαμοιραζόμενες ζεύξεις. Κάποιες ζεύξεις χρησιμοποιούνται από περισσότερα από ένα ζεύγη συσκευών. Η λύση αυτή επιτυγχάνει σημαντική εξοικονόμηση στο μήκος των ζεύξεων. Αυτό επιτυγχάνεται με διατάξεις κοινές για πολλούς χρήστες, οι οποίες είναι εγκατεστημένες σε ορισμένα σημεία που ονομάζονται κόμβοι. Οι διατάξεις αυτές 11/9/

16 είναι ειδικοί υπολογιστές που χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση δύο ή περισσότερων γραμμών μετάδοσης. Όταν τα δεδομένα φθάσουν σε μια εισερχόμενη γραμμή, ο κόμβος θα πρέπει να διαλέγει μια εξερχόμενη γραμμή για να τα μεταδώσει παραπέρα. H γεωγραφική επιλογή των κόμβων γίνεται με τρόπο, ώστε να υπάρχει οικονομία στο δίκτυο. Υπάρχουν δύο ειδών κόμβοι. Οι τερματικοί κόμβοι και οι επικοινωνιακοί κόμβοι. Οι τερματικοί κόμβοι παράγουν ή χρησιμοποιούν την πληροφορία που μεταδίδεται μέσω του δικτύου. Μπορεί να είναι τερματικές διατάξεις όπως υπολογιστές, εκτυπωτές, εξυπηρετητές αρχείων, οθόνες videο ή plotters. Οι επικοινωνιακοί κόμβοι μεταφέρουν την πληροφορία αλλά δεν την παράγουν ούτε τη χρησιμοποιούν. Μπορεί να είναι κεντρικές διατάξεις, όπως τηλεφωνικά κέντρα, υπολογιστές (servers), δρομολογητές (routers) ή αναμεταδότες (repeaters). Το δίκτυο της Εικόνας 13 δεν χρησιμοποιεί επικοινωνιακούς κόμβους αλλά μόνο τερματικούς. Αντίθετα, το δίκτυο της Εικόνας 14 έχει και τερματικούς και επικοινωνιακούς κόμβους. Η αποτελεσματικότητα (effectiveness) της επικοινωνίας ενός δικτύου εξαρτάται από τρία βασικά χαρακτηριστικά: Διανομή: το δίκτυο πρέπει να διαμοιράζει τα δεδομένα με ορθό τρόπο δηλ. στο σωστό προορισμό και με μοναδικό παραλήπτη τη συσκευή προορισμού (να τα παραλαμβάνει). Ακρίβεια: τα δεδομένα που μεταφέρονται πρέπει να είναι ακριβή και να μην αλλοιώνονται με τη μετάδοση. Έγκαιρη διανομή: το δίκτυο πρέπει να διανέμει τα δεδομένα σε ένα συγκεκριμένο χρονικό πλαίσιο. Στις περιπτώσεις οπτικοακουστικών δεδομένων (video, audio, φωνή) έγκαιρη διανομή σημαίνει αναπαραγωγή και στη σωστή σειρά χωρίς σημαντικές καθυστερήσεις (μετάδοση πραγματικού χρόνου). 11/9/

17 Τοπολογίες δικτύων Τοπολογία είναι ο τρόπος με τον οποίο είναι σχεδιασμένο ένα δίκτυο. Πρόκειται για τις διάφορες μορφές που σχηματίζονται από τη σύνδεση γραμμών και κόμβων. Τα βασικά είδη τοπολογίας είναι τέσσερα όπως δείχνει η Εικόνα 15: η τοπολογία πλέγματος η τοπολογία αστέρα η τοπολογία διαύλου (διαδρόμου) η τοπολογία δακτυλίου ΤΟΠΟΛΟΓΙΑ Πλέγματος Αστέρα Διαύλου Δακτυλίου Εικόνα 15: Τα 4 βασικά είδη τοπολογίας δικτύων Τοπολογία πλέγματος Κάθε Η/Υ συνδέεται με κάθε άλλον υπολογιστή, μέσα από αποκλειστικές ζεύξεις μόνιμα (Εικόνα 16): Είναι ασφαλής, αλλά σπάνια εφαρμόσιμη τεχνική, λόγω υψηλού κόστους. 11/9/

18 Εικόνα 16: Τοπολογία πλέγματος Τοπολογία αστέρα Κάθε συσκευή συνδέεται απευθείας με ένα κεντρικό σημείο ελέγχου που λέγεται ομφαλός (hub) (Εικόνα 17). Τα δεδομένα σε ένα δίκτυο άστρου περνούν διά μέσου του hub πριν συνεχίσουν την πορεία τους. Η τοπολογία αυτή είναι ασφαλής και σταθερή αλλά με απαιτήσεις πολλών καλωδιώσεων. Είναι λιγότερο ακριβή από την προηγούμενη. Μειονέκτημα της τοπολογίας αυτής είναι ότι ένα πρόβλημα στον κεντρικό υπολογιστή (hub) μπορεί να ρίξει το δίκτυο. Εικόνα 17: Τοπολογία αστέρα 11/9/

19 Τοπολογία διαύλου (αρτηρίας) Ένα ευθύ καλώδιο πάνω στο οποίο γίνονται όλες οι συνδέσεις παίζει το ρόλο του κορμού (Εικόνα 18). Ένας μόνο Η/Υ εξουσιάζει το καλώδιο ανά πάσα στιγμή και του επιτρέπεται να επικοινωνεί. Όλες οι υπόλοιπες μηχανές είναι υποχρεωμένες να απέχουν. Η τοπολογία αυτή είναι φθηνότερη και πιο εύκολη στην εγκατάσταση από τις άλλες γιατί έχει λιγότερες καλωδιώσεις. Εικόνα 18: Τοπολογία διαύλου Τοπολογία δακτυλίου Ο κάθε Η/Υ συνδέεται απευθείας με δύο άλλους εκατέρωθεν (Εικόνα 19). Είναι πιο φθηνή και πιο εύκολη στην εγκατάσταση από τις πρώτες δύο, με λιγοστές καλωδιώσεις. Έχει το μειονέκτημα της μονόδρομης ροής της πληροφορίας και παρέχει καλή αντιμετώπιση και ταυτοποίηση σφαλμάτων. Εικόνα 19: Τοπολογία δακτυλίου 11/9/

20 Κατηγορίες (είδη) δικτύων Tα δίκτυα επικοινωνιών κατατάσσονται με βάση την έκταση την οποία εξυπηρετούν, σε τρεις γενικές κατηγορίες (Εικόνα 20): Τοπικά δίκτυα (LAN: Local Area Networks) Μητροπολιτικά δίκτυα (MAN: Metropolitan Area Networks) Ευρείας περιοχής δίκτυα (WAN: Wide Area Networks) Εικόνα 20: Γενικές κατηγορίες δικτύων Τα τοπικά δίκτυα (LAN) περιορίζονται συνήθως μέσα σε ένα κτίριο ή κτιριακό συγκρότημα όπου η μέγιστη επιτρεπτή απόσταση είναι μερικές εκατοντάδες μέτρα (Εικόνα 21). Εικόνα 21: LAN διαφόρων συνδεσμολογιών 11/9/

21 Τα μητροπολιτικά δίκτυα (MAN) είναι μια μεγαλύτερη εκδοχή ενός LAN. Μπορεί να καλύπτει ομάδα γειτονικών γραφείων ενός νοσοκομείου. Μπορεί να υποστηρίζει δεδομένα και φωνή και ίσως να σχετίζεται με την καλωδιακή τηλεόραση. Περιορίζονται μέσα στα όρια μιας πόλης και μπορούν να καλύπτουν αποστάσεις από 1 έως και 100 km (Εικόνα 22). Εικόνα 22: Μητροπολιτικό δίκτυο (MAN) Τα δίκτυα ευρείας περιοχής (WAN) μπορούν να απλώνονται πολλές φορές και σε διαφορετικές ηπείρους (Εικόνα 23). Ένα δίκτυο ευρείας περιοχής μπορεί να απαρτίζεται από υπολογιστές και τοπικά δίκτυα που βρίσκονται διαφορετικές πόλεις ή ακόμα και σε διαφορετικές χώρες. Τα Δίκτυα Ευρείας Περιοχής χρησιμοποιούν καλώδια υψηλής ταχύτητας, οπτικές ίνες, και δορυφόρους για τη μεταφορά των δεδομένων και των αρχείων. Τα δίκτυα ευρείας περιοχής χρησιμοποιούνται συνήθως από μεγάλες εταιρείες, κυρίως πολυεθνικές, οι οποίες έχουν δραστηριότητες σε πολλές πόλεις χώρες. To Internet θεωρείται τo μεγαλύτερο δίκτυο ευρείας περιοχής στον κόσμο. Εικόνα 23: Απεικόνιση δικτύου ευρείας περιοχής (WAN) Σαν μέσο μετάδοσης, στην περίπτωση των τοπικών δικτύων (LAN), χρησιμοποιείται κυρίως χάλκινο καλώδιο, ενώ σε πιο εξελιγμένες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται αγωγοί οπτικών ινών. 11/9/

22 Στα μητροπολιτικά δίκτυα (MAN) και στα δίκτυα ευρείας περιοχής (WAN) η σύνδεση των γεωγραφικά απομακρυσμένων Η/Υ ή τοπικών υποδικτύων γίνεται σχεδόν αποκλειστικά μέσω του υπεραστικού ζευτικού δικτύου, το οποίο με τη σειρά του μπορεί να χρησιμοποιεί καλώδια ή οπτικές ίνες και ακόμη δορυφορικές και μικροκυματικές ζεύξεις. Διακομιστής (server) Ένας ή περισσότεροι υπολογιστές σε ένα τοπικό δίκτυο λειτουργούν ως servers (διακομιστές) ενώ οι υπόλοιποι λέγονται πελάτες (clients) ή σταθμοί εργασίας (workstations) (Εικόνα 24). Θα μπορούσαμε να πούμε ότι ένας server είναι η καρδιά ενός τοπικού δικτύου και είναι ένας πολύ ισχυρός και γρήγορος υπολογιστής. Εικόνα 24: Τοπικό δίκτυο και server Ο server συνήθως είναι πολυάσχολος, αφού πρέπει να εξυπηρετεί όλους τους πελάτες του δικτύου, και γι' αυτό περιέχει έναν ή περισσότερους ταχύτατους επεξεργαστές και πολλή μνήμη RAM. Επίσης, διαθέτει μεγάλους και γρήγορους σκληρούς δίσκους, αφού μία από τις κύριες λειτουργίες του είναι να αποθηκεύει τα προγράμματα και τα αρχεία των χρηστών του δικτύου. 11/9/

23 Στο server υπάρχουν όλοι οι κοινόχρηστοι πόροι του δικτύου, όπως οι σκληροί δίσκοι, οι εκτυπωτές, οι σαρωτές και οι συσκευές επικοινωνίας. Επίσης, στους κοινόχρηστους σκληρούς δίσκους βρίσκονται τα προγράμματα και τα αρχεία στα οποία έχουν πρόσβαση όλοι οι χρήστες. Αρχιτεκτονική δικτύων Πρωτόκολλα επικοινωνίας Τα δίκτυα υπολογιστών δεν παραμένουν σταθερά σε καμιά δεδομένη χρονική στιγμή. Αναπτύσσονται για να εξυπηρετήσουν τις αλλαγές τόσο στις τεχνολογίες στις οποίες βασίζονται, όσο και στις απαιτήσεις που έχουν τα προγράμματα εφαρμογής από αυτά τα δίκτυα. Δεν είναι καθόλου εύκολη δουλειά να σχεδιάσει κανείς ένα δίκτυο που να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις αυτές. Για να μπορέσουν να ανταποκριθούν σ αυτό το σύνθετο έργο οι σχεδιαστές δικτύων έχουν αναπτύξει γενικές προδιαγραφές προγραμματισμού που συνοψίζονται με την ονομασία αρχιτεκτονική του δικτύου, οι οποίες καθοδηγούν τον σχεδιασμό και την υλοποίηση των δικτύων. Για να μειωθεί η πολυπλοκότητα της σχεδίασής τους τα περισσότερα δίκτυα οργανώνονται σε σειρά από στρώματα (layers) η επίπεδα (levels), το καθένα από τα οποία κτίζεται πάνω στο κατώτερό του. Ο αριθμός των επιπέδων, το όνομα του κάθε επιπέδου, τα περιεχόμενα του και η λειτουργία του, διαφέρουν από δίκτυο σε δίκτυο. Αλλά σ όλα τα δίκτυα ο σκοπός του κάθε επιπέδου είναι να προσφέρει συγκεκριμένες υπηρεσίες στα ανώτερα επίπεδα. Το επίπεδο ενός υπολογιστή ανταλλάσσει πληροφορίες (διεξάγει συζήτηση) με το επίπεδο ενός άλλου υπολογιστή (Εικόνα 25). Οι κανόνες και οι συμβάσεις που χρησιμοποιούνται στη συζήτηση αυτή ονομάζονται πρωτόκολλο στρώματος. Δηλαδή πρωτόκολλο είναι μια συμφωνία ανάμεσα στα δύο επικοινωνούντα μέρη, ως προς τον τρόπο με τον οποίο θα προχωρήσει η επικοινωνία. Η παραβίαση του πρωτοκόλλου θα κάνει την επικοινωνία δύσκολη, αν όχι αδύνατη. 11/9/

24 Εικόνα 25: 1. Φυσικό Στρώμα 2. Στρώμα Ζεύξης 3. Στρώμα Δικτύου Δεδομένων 4. Στρώμα Μεταφοράς 5. Στρώμα Εφαρμογής Το πρωτόκολλο (Protocol) είναι μία ομάδα κανόνων ή συμβάσεων που χρησιμοποιούνται για να ελέγξουν τη μεταφορά και τη μετακίνηση των δεδομένων μέσα σε συστήματα επικοινωνίας υπολογιστή. Η σύνδεση των δύο Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και η μεταφορά των δεδομένων δε γίνονται αμέσως. Προηγείται ο έλεγχος διαθεσιμότητας του απέναντι υπολογιστή, ο συγχρονισμός των δύο Ηλεκτρονικών Υπολογιστών, ο τρόπος τεμαχισμού της πληροφορίας, η επανασυναρμολόγησή της, η σηματοδοσία. Όλα αυτά αποτελούν το πρωτόκολλο επικοινωνίας. Οι προδιαγραφές μιας αρχιτεκτονικής πρέπει να περιέχουν αρκετές πληροφορίες που να επιτρέπουν στον σχεδιαστή να γράψει το πρόγραμμα ή να κατασκευάσει το υλικό για κάθε επίπεδο, έτσι ώστε να υπακούει στο κατάλληλο πρωτόκολλο. 11/9/

25 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Τηλεπληροφορική: Επιστημονική Επιμέλεια Κ.Α. Παπανδρέου Ελληνική Εταιρεία, Επιστήμης Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και Πληροφορικής, Αθήνα Peterson, Larry L and Davie, Bruce S. Computers Networks: A Systems Approach, Morgan Kaufmann, Σύγχρονα Τηλεπικοινωνιακά Δίκτυα, Τόμος Β: Β. Σκουλάτος. ΟΤΕ Α.Ε., Δ/νση Συντήρησης, Αθήνα Δίκτυα Υπολογιστών (3η έκδοση) A.S. Taneubaum, Παπασωτηρίου, Προηγμένες Τηλεπικοινωνιακές Υποδομές και Υπηρεσίες, Τόμος B: Β. Σκουλάτος. ΟΤΕ Α.Ε. Γ Δ/νση Τεχνικών Θεμάτων, Αθήνα Δίκτυα Επικοινωνιών (2η έκδοση), Jean Walrand, Έκδόσεις Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών, Αθήνα Δίκτυα Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και Υπηρεσίες Διαδικτύου στην Ιατρική. Σημειώσεις Εργαστηρίου Ιατρικής Πληροφορικής, Α.Π.Θ /9/