Λογισμικό Υλικό τοπικών δικτύων

Transcript

1 Κεφάλαιο 9 Λογισμικό Υλικό τοπικών δικτύων Μάθημα 9.1 : Δικτυακό λειτουργικό σύστημα Μάθημα 9.2 : Ειδικός δικτυακός εξοπλισμός Μάθημα 9.3 : Επαναλήπτες Μάθημα 9.4 : Γέφυρες Μάθημα 9.5 : Δρομολογητές Μάθημα 9.6 : Αρχές σχεδίασης διαχείρισης τοπικών δικτύων Ανακεφαλαίωση Ερωτήσεις

2 Επιμέλεια : Αθανάσιος Ι. Μάργαρης (amarg@uom.gr) 98 Ερώτηση 1 η : Τι είναι το δικτυακό λειτουργικό σύστημα και που χρησιμοποιείται? Απάντηση : Το δικτυακό λειτουργικό σύστημα (Network Operating System, NOS), είναι ένα ειδικό λογισμικό που επιτρέπει στο χρήστη να προσπελάσει και να διαχειριστεί τους πόρους του δικτύου. Αυτή η διαχείριση περιλαμβάνει την εξυπηρέτηση των διαφόρων αιτήσεων προγραμμάτων τα οποία φορτώνονται και εκτελούνται στους σταθμούς εργασίας, όπως είναι για παράδειγμα οι εκτυπώσεις και η διαχείριση αρχείων. Ανάλογα με την τοπολογία που χρησιμοποιείται σε κάθε περίπτωση, το λειτουργικό σύστημα μπορεί να υποστηρίξει τη χρήση πολλών διαφορετικών δικτυακών μοντέλων, όπως είναι για παράδειγμα το δικτυακό σύστημα τερματικών και το δικτυακό σύστημα ομότιμων σταθμών εξυπηρέτησης. Προκειμένου ένας υπολογιστής να συνδεθεί σε κάποιο δίκτυο, θα πρέπει εκτός από το δικτυακό λειτουργικό σύστημα, να περιλαμβάνει τα κατάλληλα πρωτόκολλα επικοινωνίας (communication protocols), καθώς και το κατάλληλο πρόγραμμα οδήγησης (driver) για την κάρτα δικτύου που χρησιμοποιεί. Ερώτηση 2 η : Ποιοι σταθμοί εξυπηρέτησης λέγονται ομότιμοι? Απάντηση : Σε ένα δίκτυο υπολογιστών, οι σταθμοί εξυπηρέτησης λέγονται ομότιμοι (peer), όταν αντιμετωπίζονται με τον ίδιο τρόπο από το λειτουργικό σύστημα του δικτύου. Αυτό σημαίνει πως δεν υπάρχει κάποιος σταθμός ο οποίος να έχει αναλάβει την εποπτεία λειτουργίας των υπόλοιπων σταθμών, αλλά όλοι οι σταθμοί είναι ισοδύναμοι μεταξύ τους, έχουν δηλαδή τα ίδια δικαιώματα όσον αφορά τη χρησιμοποίηση των υπολογιστικών πόρων του δικτύου (υλικό και λογισμικό). Ένα σύστημα ομότιμων σταθμών εξυπηρέτησης, χαρακτηρίζεται από κατανεμημένη διαχείριση του δικτύου, και είναι κατάλληλο για μικρό αριθμό χρηστών οι οποίοι εργάζονται κυρίως στο δικό τους σύστημα, και χρησιμοποιούν τους πόρους (resources) άλλων υπολογιστών του δικτύου. Κάθε κόμβος του δικτύου διαθέτει το δικό του λειτουργικό σύστημα με ενσωματωμένη δικτυακή υποστήριξη το οποίο επιτρέπει στους άλλους χρήστες να μοιράζονται τους πόρους του. Το βασικό πλεονέκτημα της χρήσης των δικτύων ομότιμων σταθμών είναι η δυνατότητα επεξεργασίας και αποθήκευσης των δεδομένων σε τοπικό επίπεδο, κάτι που επιτρέπει στο δίκτυο να προσεγγίσει υψηλότερα επίπεδα απόδοσης. Τα δίκτυα αυτού του είδους έχουν μικρό κόστος, είναι εύκολα στην εγκατάστασή τους και αποτελούν καλή λύση, όταν ο αριθμός των χρηστών του δικτύου είναι σχετικά μικρός. Ερώτηση 3 η : Ποια είναι τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα ενός συστήματος μόνιμων σταθμών εξυπηρέτησης? Απάντηση : Τα δίκτυα μόνιμων σταθμών εξυπηρέτησης χρησιμοποιούνται κυρίως σε περιπτώσεις κατά τις οποίες το πλήθος των σταθμών του δικτύου είναι αρκετά μεγάλο, και υπάρχουν πρόσθετες απαιτήσεις σε ασφάλεια και προστασία των δεδομένων. Σε μια τέτοια περίπτωση, το δίκτυο περιλαμβάνει, εκτός από τους σταθμούς των χρηστών, και ένα πλήθος υπολογιστών, υψηλών προδιαγραφών σε

3 Μετάδοση δεδομένων & Δίκτυα Υπολογιστών (Τόμος ΙΙ) 99 υλικό και λογισμικό, που ασχολείται αποκλειστικά με την πραγματοποίηση εξειδικευμένων λειτουργιών που είναι κρίσιμες για τη συνολική απόδοση του δικτύου. Τέτοιες λειτουργίες είναι η πρόσβαση σε κοινόχρηστες βάσεις δεδομένων και η χρήση του ίδιου υλικού και λογισμικού από πολλούς χρήστες ταυτόχρονα. Επιπλέον ένας σταθμός εξυπηρέτησης, παρέχει τη δυνατότητα αποθήκευσης και ανάκτησης των αρχείων των χρηστών, τη δυνατότητα στέγασης μέρους μιας εφαρμογής που τον αφορά, καθώς επίσης και τη χρήση λογισμικού ασφαλείας. Τέλος είναι σημαντικό να αναφέρουμε πως λόγω της μεγάλης σπουδαιότητας των αποθηκευμένων δεδομένων του σταθμού εξυπηρέτησης, είναι κοινή πρακτική η αποθήκευσή τους και σε άλλους κόμβους του δικτύου έτσι ώστε να διασωθούν σε περίπτωση που ο σταθμός, τεθεί για κάποιο λόγο εκτός λειτουργίας. Ερώτηση 4 η : Ποιες είναι οι δυνατότητες των λειτουργικών συστημάτων των τοπικών δικτύων? Απάντηση : Τα δικτυακά λειτουργικά συστήματα υπολογιστών, επεκτείνουν τη λειτουργία των απλών λειτουργικών συστημάτων, προσφέροντας ένα πλήθος επιπλέον δυνατοτήτων, οι πιο σημαντικές από τις οποίες είναι οι ακόλουθες : Διαχείριση αρχείων (δημιουργία, επεξεργασία, αποθήκευση και ανάκτηση) σε όλους τους κόμβους του δικτύου στους οποίους ο χρήστης έχει δικαίωμα πρόσβασης, και μάλιστα με τέτοιο τρόπο, έτσι ώστε αυτός να νομίζει πως η διαχείριση γίνεται τοπικά, δηλαδή στο σταθμό εργασίας του. Υπηρεσίες εκτύπωσης σε όλους τους χρήστες του δικτύου. Ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να εκτυπώσει σε όλους τους εκτυπωτές στους οποίους έχει πρόσβαση. Διαχείριση της επικοινωνίας όλων των συσκευών που συνδέονται στο δίκτυο με τη χρησιμοποίηση των καταλλήλων πρωτοκόλλων, έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η συνεργασία υπολογιστικών συστημάτων διαφορετικού τύπου. Υποστήριξη των κατανεμημένων λειτουργικών συστημάτων που είναι εγκατεστημένα στους σταθμούς εργασίας, ώστε να είναι δυνατή η σύνδεσή τους καθώς και η αξιοποίηση των υπηρεσιών που μπορούν να προσφέρουν στο τοπικό δίκτυο μιας επιχείρησης ή ενός οργανισμού. Προστασία των δεδομένων του τοπικού δικτύου από μη εξουσιοδοτημένη πρόσβαση ή από προσπάθεια καταστροφής τους. Δυνατότητα ανοχής λάθους (fault tolerance) ή επανάκαμψης από λάθος (fault recovery). Στόχος είναι η ελαχιστοποίηση της πιθανότητας να μην είναι διαθέσιμο το τοπικό δίκτυο για κάποιο χρονικό διάστημα, όπως επίσης και η μεγιστοποίηση της ταχύτητας επανάκαμψης στην προηγούμενη κατάσταση, στην περίπτωση που το δίκτυο καταρρεύσει. Αυτό επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας ένα εφεδρικό σταθμό εξυπηρέτησης ο οποίος θα αντικαταστήσει τον κεντρικό σταθμό εξυπηρέτησης σε περίπτωση βλάβης, καθώς και η χρήση ειδικού λογισμικού για την τήρηση αντιγράφων ασφαλείας των δεδομένων των χρηστών.

4 Επιμέλεια : Αθανάσιος Ι. Μάργαρης (amarg@uom.gr) 100 Υποστήριξη διαδικασιών διαχείρισης δικτύου με παρακολούθηση λάθους (fault monitoring) και οδηγίες διόρθωσης λάθους (troubleshooting facilities) όσον αφορά τη λειτουργία του δικτύου. Υποστήριξη των πιο διαδεδομένων τυποποιήσεων επικοινωνίας μεταξύ υπολογιστών και δικτυακών εφαρμογών έτσι ώστε να είναι συμβατές και εύκολα υλοποιήσιμες οι ενδεχόμενες αναβαθμίσεις, επεκτάσεις, ή μελλοντικές αλλαγές σε αυτό. Υποστήριξη διασυνδέσεων με άλλα τοπικά δίκτυα. Ερώτηση 5 η : Να αναφέρετε ορισμένα λειτουργικά συστήματα τοπικών δικτύων. Να σχολιάσετε τους λόγους για τους οποίους το Unix θεωρείται ως το αντιπροσωπευτικότερο λειτουργικό σύστημα δικτύου. Απάντηση : Υπάρχουν πολλά λειτουργικά συστήματα τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την υποστήριξη της λειτουργίας ενός τοπικού δικτύου. Τα πιο χαρακτηριστικά από αυτά είναι το Novell Netware που ιστορικά είναι ένα από τα πρώτα λειτουργικά συστήματα που υλοποιήθηκαν για τη χρήση τους σε τοπικό δίκτυο, ενώ φυσικά το ίδιο ισχύει για το Unix και όλες τις παραλλαγές του (π.χ. το Linux) που υποστηρίζει τη διασύνδεση του χρήστη σε δίκτυο από τις πρώτες κιόλας εκδόσεις του. Στην ίδια κατηγορία ανήκουν και όλα τα λειτουργικά συστήματα της οικογένειας των Windows (Windows 95, 98, Me, Windows NT Server και Workstation, Windows 2000 και Windows XP) ενώ θα μπορούσε να αναφέρει κανείς και το λειτουργικό σύστημα OS/2 της IBM που παρέχει και αυτό πλήρη υποστήριξη για τη χρήση σε περιβάλλον δικτύου. Όλα αυτά τα λειτουργικά συστήματα στις μοντέρνες εκδόσεις τους έχουν γενικά τα ίδια χαρακτηριστικά, και καλύπτουν πρακτικά όλες τις απαιτήσεις των χρηστών, από τις πιο απλές έως και τις πιο πολύπλοκες. Όσον αφορά το πιο από αυτά θα χρησιμοποιηθεί, αυτό εξαρτάται από τις απαιτήσεις που υφίστανται σε κάθε περίπτωση. Το λειτουργικό σύστημα Unix, θεωρείται ένα από τα πιο αντιπροσωπευτικά λειτουργικά συστήματα δικτύου, διότι είναι εφοδιασμένο με ένα πλήρες σύνολο λειτουργιών που χρησιμοποιούνται σε ένα δίκτυο υπολογιστών. Πιο συγκεκριμένα, επιτρέπει την σύνδεση στο σύστημα πολλών χρηστών ταυτόχρονα και από διαφορετικές τερματικές διατάξεις που μπορούν να βρίσκονται οπουδήποτε, την απομακρυσμένη διαχείριση αρχείων (που περιλαμβάνει τη δημιουργία, διαγραφή, επεξεργασία, τροποποίηση και ανάκτηση αρχείων), την εκτύπωση σε κοινόχρηστους εκτυπωτές του δικτύου και τη χρήση ενός μεγάλου αριθμού πρωτοκόλλων επικοινωνίας που καλύπτουν όλες τις απαιτήσεις των χρηστών. Τέλος το σύστημα παρέχει ασφάλεια τόσο σε επίπεδο χρήστη (δια της χρήσης login και password κατά τη σύνδεση του χρήστη στο σύστημα) όσο και σε επίπεδο απομακρυσμένου υπολογιστή (δια της χρήσης ειδικών προγραμμάτων (firewalls) που απαγορεύουν τις μη εξουσιοδοτημένες προσπελάσεις).

5 Μετάδοση δεδομένων & Δίκτυα Υπολογιστών (Τόμος ΙΙ) 101 Ερώτηση 6 η : Να αναφέρετε τις βασικές μονάδες επικοινωνιακού εξοπλισμού τοπικών δικτύων και να περιγράψετε συνοπτικά τις χρήσεις τους. Απάντηση : Η επικοινωνία των υπολογιστικών διατάξεων που συνδέονται σε ένα τοπικό δίκτυο, πραγματοποιείται δια της χρήσης ειδικών μονάδων επικοινωνιακού εξοπλισμού οι οποίες χρησιμοποιούνται ανάλογα με τις περιστάσεις και ανάλογα με τη φύση και τα χαρακτηριστικά του δικτύου. Οι πιο βασικές από αυτές τις μονάδες είναι οι μετωπικοί επεξεργαστές, οι κάρτες δικτύου και οι διανομείς οι οποίες χρησιμοποιούνται σε όλες σχεδόν τις περιπτώσεις εγκατάστασης ενός τοπικού δικτύου υπολογιστών. Οι μετωπικοί επεξεργαστές (front end processors), είναι υπολογιστές που διαχειρίζονται τις επικοινωνιακές απαιτήσεις κάποιου μεγάλου υπολογιστικού συστήματος, αποδεσμεύοντας έτσι τους υπολογιστές των χρηστών από τις διαδικασίες επικοινωνίας και ασφάλειας όσον αφορά τους χρήστες που δεν ανήκουν στο δίκτυο. Αυτές οι διαδικασίες περιλαμβάνουν τον έλεγχο των συνδεδεμένων υπολογιστών ώστε να διαπιστωθεί εάν έχουν δεδομένα για μετάδοση, τον έλεγχο και τη διόρθωση των λαθών, καθώς και τον έλεγχο της πρόσβασης στο δίκτυο, προκειμένου να διαπιστωθεί εάν ο χρήστης που επιχειρεί να συνδεθεί στο δίκτυο, έχει αυτό το δικαίωμα. Οι κάρτες δικτύου (Network Interface Cards, NIC), είναι οι διατάξεις δια μέσου των οποίων είναι δυνατή η σύνδεση των υπολογιστών στο δίκτυο. Λειτουργούν στο φυσικό επίπεδο του μοντέλου του OSI, είναι σχεδιασμένες για ένα συγκεκριμένο τύπο δικτύου (όπως είναι για παράδειγμα το Ethernet), και διαθέτουν σημεία υποδοχής για τη σύνδεσή τους με ένα συγκεκριμένο τύπο καλωδίου (όπως είναι για παράδειγμα το UTP). Οι βασικές λειτουργίες των καρτών δικτύου, περιλαμβάνουν τη ρύθμιση των παραμέτρων επικοινωνίας των υπολογιστών του δικτύου (όπως είναι για παράδειγμα ο ρυθμός μετάδοσης και το μέγεθος του πακέτου δεδομένων) καθώς επίσης και τη διαδικασία ελέγχου των λαθών που εμφανίζονται κατά τη διάρκεια της μετάδοσης. Τέλος, ο διανομέας (hub), είναι μια συσκευή η οποία συνδέει τα καλώδια που προέρχονται από όλους τους σταθμούς εργασίας, με τον κεντρικό κόμβο του δικτύου. Στις πιο πολλές περιπτώσεις, η χρήση του διανομέα προϋποθέτει τοπολογία αστέρα με το διανομέα να καταλαμβάνει τον κεντρικό κόμβο του δικτύου. Η κύρια λειτουργία των διανομέων, είναι να λαμβάνουν τα σήματα από ένα σταθμό, και να τα επανεκπέμπουν με ακρίβεια στους υπόλοιπους σταθμού του δικτύου. Ανάλογα με τη λειτουργία τους χωρίζονται στους παθητικούς διανομείς οι οποίοι απλά διαβιβάζουν το σήμα, και στους ενεργητικούς διανομείς, οι οποίοι έχουν τη δυνατότητα ενίσχυσης του σήματος, λειτουργώντας έτσι ως επαναλήπτες.

6 Επιμέλεια : Αθανάσιος Ι. Μάργαρης (amarg@uom.gr) 102 Ερώτηση 7 η : Να αναφέρετε τους βασικούς τύπους επαναληπτών και γεφυρών. Απάντηση : Η χρήση ενός επαναλήπτη (repeater) σε ένα τοπικό δίκτυο υπολογιστών είναι επιβεβλημένη, όταν η απόσταση ανάμεσα σε συσκευές που συνδέονται με καλώδιο, υπερβαίνει τα 300 μέτρα. Στην περίπτωση αυτή ο επαναλήπτης αναλαμβάνει τα αναδημιουργήσει το εξασθενημένο σήμα και να το παραδώσει στην έξοδο. Ένας επαναλήπτης, ανάλογα με τις ιδιότητες που διαθέτει και τις υπηρεσίες που προσφέρει, μπορεί να ανήκει σε μια από τις επόμενες κατηγορίες : Επαναλήπτες μιας θύρας που διαθέτουν μια θύρα εισόδου από όπου λαμβάνουν το σήμα, και μια θύρα εξόδου, από όπου αναμεταδίδουν το σήμα Επαναλήπτες πολλών θυρών οι οποίοι έχουν μια είσοδο και περισσότερες από μια εξόδους. Επαναλήπτες οπτικής μετάδοσης οι οποίοι επαναλαμβάνουν το οπτικό σήμα που λαμβάνουν Επαναλήπτες τοπικής διασύνδεσης οι οποίοι χρησιμοποιούνται στη διασύνδεση δύο ίδιου τύπου τοπικών δικτύων που βρίσκονται σε απόσταση μικρότερη από 2 Km. Επαναλήπτες απομακρυσμένης διασύνδεσης οι οποίοι χρησιμοποιούνται στη διασύνδεση δύο ίδιου τύπου τοπικών δικτύων που βρίσκονται σε απόσταση μεγαλύτερη από 2 Km. Επαναλήπτες καταχωρητές που έχουν τη δυνατότητα προσωρινής αποθήκευσης των εισερχόμενων δεδομένων. Επαναλήπτες διανομείς που χρησιμοποιούνται στη διασύνδεση δυο τοπικών δικτύων με καλωδίωση UTP STP ή οπτική ίνα. Έξυπνοι επαναλήπτες που χαρακτηρίζονται από τρόπο λειτουργίας παρόμοιο με τις γέφυρες. Από την άλλη πλευρά, οι γέφυρες (bridges), λειτουργούν όπως οι επαναλήπτες αλλά προσφέρουν πιο προηγμένες υπηρεσίες στο δίκτυο επικοινωνίας, όπως είναι η προώθηση (forwarding) και το φιλτράρισμα (filtering) των πακέτων δεδομένων. Υπάρχουν πολλοί τύποι γεφυρών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ένα δίκτυο, οι οποίοι σε γενικές γραμμές, είναι οι ακόλουθοι : Γέφυρα με έλεγχο πρόσβασης στο μέσο η οποία διασυνδέει δύο τοπικά δίκτυα του ίδιου τύπου όπως για παράδειγμα Ethernet/Ethernet ή Token Ring/Token Ring. Μικτή γέφυρα ή μεταφραστική γέφυρα η οποία χρησιμοποιείται για τη διασύνδεση τοπικών δικτύων διαφορετικού τύπου όπως για παράδειγμα Ethernet/Token Ring.

7 Μετάδοση δεδομένων & Δίκτυα Υπολογιστών (Τόμος ΙΙ) 103 Διαφανής γέφυρα ή γέφυρα μάθησης, η οποία έχει την ικανότητα να ανακαλύπτει την τοπολογία του συνολικού δικτύου και σε συνεργασία με τις άλλες γέφυρες να βρίσκει τον καλύτερο δρόμο προκειμένου να προωθήσει τα δεδομένα στον προορισμό τους. Διαφανή γέφυρα δρομολόγησης από την πηγή που λειτουργεί ως γέφυρα δρομολόγησης από την πηγή για πρωτόκολλα που υποστηρίζουν την αντίστοιχη τεχνική και ως διαφανή γέφυρα για πρωτόκολλα που υποστηρίζουν διαφανή δρομολόγηση. Γέφυρα τοπικής διασύνδεσης που χρησιμοποιείται για τη διασύνδεση τοπικών δικτύων που βρίσκονται σε μικρή απόσταση μεταξύ τους. Γέφυρα απομακρυσμένης διασύνδεσης που χρησιμοποιείται για τη διασύνδεση τοπικών δικτύων που βρίσκονται σε μεγάλη απόσταση μεταξύ τους. Γέφυρα πολλών θυρών που χρησιμοποιείται για τη διασύνδεση τριών ή περισσοτέρων τοπικών δικτύων με διαφορετικές διεπαφές δικτύωσης. Γέφυρα μεταγωγής που έχει τη δυνατότητα να προωθεί τα πλαίσια δεδομένων στον προορισμό τους χωρίς προηγουμένως να τα αποθηκεύσει. Ερώτηση 8 η : Να περιγράψετε λεπτομερώς τις κύριες λειτουργίες των επαναληπτών. Απάντηση : Όπως είναι γνωστό από τη βασική θεωρία μετάδοσης δεδομένων, καθώς το ηλεκτρικό σήμα που εκπέμπεται από κάποιο σταθμό κινείται μέσα στο δίκτυο, λαμβάνει χώρα μείωση του πλάτους του, λόγω των φυσικών ιδιοτήτων των μέσων μετάδοσης που χρησιμοποιούνται. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό ως εξασθένηση (attenuation), εμφανίζεται σε αποστάσεις μεγαλύτερες των 300 μέτρων, και αποτελεί μια από τις πιο συνηθισμένες αιτίες εμφάνισης σφαλμάτων κατά τη διάρκεια της μετάδοσης. Προκειμένου να αντιμετωπισθεί το φαινόμενο της εξασθένησης του σήματος, χρησιμοποιούνται ειδικές διατάξεις διασύνδεσης, που λέγονται επαναλήπτες (repeaters). Ο ρόλος των επαναληπτών είναι η παραλαβή του εξασθενημένου σήματος του δικτύου, η ενίσχυση του πλάτους του στην αρχική του τιμή, και η επαναμετάδοση του σήματος στο δίκτυο. Η χρήση των επαναληπτών επιτρέπει την αύξηση του φυσικού εύρους του δικτύου, και την προσθήκη σε αυτό, περισσότερων χρηστών. Επομένως, η χρησιμότητά τους έγκειται στην καλωδιακή σύνδεση τμημάτων του δικτύου που με τη σειρά της οφείλεται στην ενίσχυση του σήματος που αποστέλλεται από τους σταθμούς στο μέσο μετάδοσης. Ο κάθε επαναλήπτης έχει μόνο μια θύρα εισόδου δια της οποίας παραλαμβάνει το σήμα που πρόκειται να ενισχύσει, και μια ή περισσότερες θύρες εξόδου δια των οποίων αναμεταδίδει το ενισχυμένο σήμα στο δίκτυο. Ανάλογα με τον τύπο του επαναλήπτη είναι δυνατή η χρήση του για τη διασύνδεση δικτύων τόσο γειτονικών όσο και απομακρυσμένων ενώ σε ορισμένες περιπτώσεις οι συσκευές αυτές διαθέτουν καταχωρητές για την προσωρινή αποθήκευση των πλαισίων που

8 Επιμέλεια : Αθανάσιος Ι. Μάργαρης (amarg@uom.gr) 104 ανταλλάσσονται μεταξύ των δικτύων. Τέλος, σε ορισμένες περιπτώσεις, οι επαναλήπτες δεν πραγματοποιούν απλά την ενίσχυση και την επαναμετάδοση του εξασθενημένου σήματος, αλλά παρέχουν στο δίκτυο και λειτουργίες γεφυρών (έξυπνοι επαναλήπτες). Ερώτηση 9 η : Να περιγράψετε λεπτομερώς τις κύριες λειτουργίες των γεφυρών. Απάντηση : Σε αντίθεση με τους επαναλήπτες οι οποίοι στις πιο συνηθισμένες περιπτώσεις το μόνο που κάνουν είναι να ενισχύουν και να επαναμεταδίδουν το εξασθενημένο σήμα, οι γέφυρες (bridges), πραγματοποιούν πιο προηγμένες μορφές επεξεργασίας δεδομένων, όπως είναι για παράδειγμα η προώθησή τους στον τελικό τους προορισμό και το φιλτράρισμα των διακινούμενων πλαισίων με βάση ορισμένα κριτήρια που υπαγορεύονται από τη φύση και τα χαρακτηριστικά του δικτύου. Πιο συγκεκριμένα, η γέφυρα ελέγχει τον προορισμό του κάθε πλαισίου, και εάν διαπιστώσει πως ο αποστολέας και ο παραλήπτης ανήκουν στον ίδιο τοπικό δίκτυο, δεν επιτρέπει τη μετάδοση του πακέτου στο άλλο δίκτυο, κάτι που έχει ως αποτέλεσμα τον περιορισμό της άσκοπης κυκλοφορίας των πακέτων μέσα στο δίκτυο. Λόγω αυτού του συγκεκριμένου τρόπου λειτουργίας της η γέφυρα πολλές φορές αποκαλείται επιλεκτικός επαναλήπτης (selective repeater). Ένα παράδειγμα αυτού του τρόπου λειτουργίας της γέφυρας παρουσιάζεται στο ακόλουθο σχήμα (Σχήμα 41) : Σχήμα 41 : Αρχή λειτουργίας γέφυρας Στο σχήμα αυτό, η γέφυρα συνδέει δύο τοπικά δίκτυα υπολογιστών και είναι υπεύθυνη για τη διακίνηση των πλαισίων δεδομένων από το ένα δίκτυο στο άλλο. Εάν λάβει χώρα αποστολή ενός πλαισίου από το Host 1 στο Host 4, η γέφυρα θα παραλάβει το πλαίσιο και το προωθήσει στο Τοπικό Δίκτυο 2 στο οποίο ανήκει το Host 4. Δεν θα γίνει όμως το ίδιο εάν ο υπολογιστής παραλήπτης είναι το Host 3. Στην περίπτωση αυτή, η γέφυρα διαπιστώνει πως το Host 3 ανήκει στο ίδιο τοπικό δίκτυο με το Host 1, και για το λόγο αυτό δεν θα επιτρέψει την προώθηση του πακέτου δεδομένων στο Τοπικό Δίκτυο 2. Με τον τρόπο αυτό βελτιώνεται η

9 Μετάδοση δεδομένων & Δίκτυα Υπολογιστών (Τόμος ΙΙ) 105 απόδοση του δικτύου καθώς ελαχιστοποιείται η άσκοπη κυκλοφορία δεδομένων μέσα σε αυτό. Μια ακόμη σημαντική λειτουργία που πραγματοποιείται από μια γέφυρα, είναι η διαφάνεια (transparency). Η διαφάνεια είναι μια διαδικασία κατά την οποία η γέφυρα ενημερώνει τον πίνακα διευθύνσεων που διατηρεί κάθε φορά που λαμβάνει ένα πλαίσιο δεδομένων που προέρχεται από κάποιο άγνωστο αποστολέα. Αυτή η διαδικασία ενημέρωσης του πίνακα διευθύνσεων της γέφυρας ονομάζεται και μάθηση (learning) διότι από εκείνη τη στιγμή και μετά η γέφυρα θεωρείται ότι αναγνωρίζει το νέο σταθμό εργασίας. Ερώτηση 10 η : Να περιγράψετε λεπτομερώς τις κύριες λειτουργίες των δρομολογητών. Απάντηση : Οι δρομολογητές (routers) είναι σύνθετες διατάξεις που ανήκουν στο τρίτο επίπεδο του μοντέλου του OSI (επίπεδο δικτύου) και οι οποίες υποστηρίζουν ταυτόχρονες συνδέσεις πολλών δικτύων υπολογιστών που χρησιμοποιούν πολλά και διαφορετικά μεταξύ τους μέσα μετάδοσης. Πιο συγκεκριμένα, οι δρομολογητές διενεργούν έλεγχο στην εισερχόμενη ροή πακέτων των τοπικών δικτύων, αυξάνουν την αξιοπιστία της διασύνδεσης, και επιτρέπουν τη διασύνδεση διαφορετικών υποδικτύων. Η βασική λειτουργία που επιτελείται από τους δρομολογητές ονομάζεται δρομολόγηση (routing) και ορίζεται ως η διαδικασία μεταφοράς δεδομένων από ένα σημείο του δικτύου σε ένα άλλο. Αν και αυτή η διαδικασία μπορεί να πραγματοποιηθεί και από μια γέφυρα, εν τούτοις, οι δρομολογητές είναι σε θέση να διαχειριστούν πιο πολύπλοκες τοπολογίες και οργανώσεις δικτύων οι οποίες χαρακτηρίζονται από την ύπαρξη πολλών διασυνδέσεων. Ο τρόπος με τον οποίο συνεργάζονται μεταξύ τους οι δρομολογητές σε ένα δίκτυο, υπαγορεύεται από τα κατάλληλα σε κάθε περίπτωση πρωτόκολλα δρομολόγησης (routing protocols) τα οποία δεν είναι τίποτε άλλο από ένα σύνολο κανόνων που εφαρμόζονται από όλους τους δρομολογητές του δικτύου. Οι δρομολογητές είναι σε θέση να παίρνουν αποφάσεις βασισμένοι τόσο στις διευθύνσεις του επιπέδου δικτύου, όσο και στον τύπο των πακέτων δεδομένων και οι πιο σημαντικές από τις λειτουργίες που πραγματοποιούν είναι οι ακόλουθες : Το φιλτράρισμα και η δρομολόγηση των πακέτων ανάλογα με τον τύπο τους Η υποστήριξη πολλών διασυνδέσεων ανάμεσα στα τμήματα των δικτύων, κάτι που παρέχει επιπρόσθετη προστασία από βλάβες κάθε μορφής Η λήψη αποφάσεων σχετικά με τη διαδρομή που θα ακολουθήσει κάθε πακέτο μέσα στο δίκτυο, διαδικασία, η οποία γίνεται δυναμικά και ανάλογα με την τρέχουσα κυκλοφορία του δικτύου.

10 Επιμέλεια : Αθανάσιος Ι. Μάργαρης (amarg@uom.gr) 106 Ερώτηση 11 η : Να περιγράψετε τους βασικούς κανόνες σχεδίασης ενός τοπικού δικτύου. Απάντηση : Ένας από τους πιο σημαντικούς παράγοντες που παίζουν καθοριστικό ρόλο στην επιτυχή λειτουργία ενός δικτύου υπολογιστών, είναι η σωστή σχεδίασή του. Αυτή η διαδικασία της σχεδίασης, περιλαμβάνει τη λήψη κάποιων αποφάσεων σχετικά με τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα του δικτύου, και θα πρέπει να πραγματοποιείται λαμβάνοντας υπ όψιν ένα σύνολο κανόνων το πλήθος και το είδος των οποίων εξαρτάται από τις συνθήκες που υφίστανται σε κάθε περίσταση. Μιλώντας γενικά, οι πιο σημαντικοί από τους κανόνες που θα πρέπει να λαμβάνονται υπ όψιν κατά τη διαδικασία της σχεδίασης ενός δικτύου, είναι οι ακόλουθοι : Η σχεδίαση του δικτύου δεν θα πρέπει να καλύπτει μόνο τις τρέχουσες ανάγκες μας αλλά θα πρέπει να λάβει υπ όψιν και επιπρόσθετες ανάγκες που ενδέχεται να προκύψουν στο μέλλον. Θα πρέπει να ληφθεί μέριμνα για τη θέση και την κατανομή των στοιχείων του δικτύου Θα πρέπει να λάβει χώρα μελέτη της βιωσιμότητας του δικτύου κυρίως όσον αφορά το κόστος συντήρησης του δικτυακού εξοπλισμού Θα πρέπει να ληφθούν αποφάσεις σχετικά με την ποιότητα και την ποσότητα των πληροφοριών που θα παρέχονται στους χρήστες οι οποίες να διασφαλίζουν τη δίκαιη κατανομή των πόρων του δικτύου ανάλογα με τις απαιτήσεις των χρηστών που συνδέονται σε αυτό. Θα πρέπει να ληφθεί υπ όψιν η διαδικασία ασφάλειας του δικτύου από εσωτερικές ή εξωτερικές μη εξουσιοδοτημένες απόπειρες προσπέλασης. Θα πρέπει να εξεταστούν οι πάσης φύσεως περιορισμοί όσον αφορά την υλοποίηση του δικτύου. Οι περιορισμοί αυτοί αφορούν κυρίως τους οικονομικούς πόρους όσον αφορά τη συντήρηση και επέκταση του δικτύου, τη γεωγραφική κάλυψη καθώς και την ποιότητα και ποσότητα των δεδομένων που διακινούνται. Τέλος, η σχεδίαση του δικτύου, θα πρέπει να καθορίσει και τα τεχνικά χαρακτηριστικά της επικοινωνίας των κόμβων που θα συνδέονται σε αυτό, όπως είναι για παράδειγμα οι τεχνικές μετάδοσης της διακινούμενης πληροφορίας, ο τύπος του καναλιού που θα χρησιμοποιηθεί, η τοπολογία του δικτύου, η τεχνική πρόσβασης των κόμβων του δικτύου στο μέσο μετάδοσης, καθώς και τα ειδικά μηχανήματα διασύνδεσης που ενδεχομένως θα χρησιμοποιηθούνε, όπως είναι οι διανομείς, οι γέφυρες και οι δρομολογητές. Ερώτηση 12 η : Πως γίνεται η διαχείριση ενός τοπικού δικτύου? Απάντηση : Η διαχείριση ενός τοπικού δικτύου υπολογιστών είναι γενικά μια πολύπλοκη διαδικασία η οποία μπορεί να υποδιαιρεθεί σε ένα πλήθος επιμέρους μορφών διαχείρισης κάθε μια από τις οποίες μπορεί να πραγματοποιηθεί και από ένα ξεχωριστό σταθμό εξυπηρέτησης ειδικά διαμορφωμένο για αυτό το σκοπό. Για το

11 Μετάδοση δεδομένων & Δίκτυα Υπολογιστών (Τόμος ΙΙ) 107 λόγο αυτό άλλωστε όλα τα μοντέρνα λειτουργικά συστήματα δικτύου χαρακτηρίζονται από αρθρωτή αρχιτεκτονική (modular architecture) και περιλαμβάνουν ένα πλήθος υπηρεσιών οι οποίες χρησιμοποιούνται ανάλογα με τις περιστάσεις. Πιο συγκεκριμένα, οι βασικές λειτουργίες που συσχετίζονται με τη διαχείριση ενός τοπικού δικτύου, πραγματοποιούνται από τους ακόλουθους σταθμούς εξυπηρέτησης: Σταθμός εξυπηρέτησης αρχείων: παρέχει υπηρεσίες αποθήκευσης και ανάκτησης αρχείων κατά τρόπο ασφαλή, ελέγχοντας τα δικαιώματα των χρηστών του δικτύου επάνω στα αρχεία του συστήματος. Σταθμός εξυπηρέτησης ή πύλη (gateway) ηλεκτρονικού ταχυδρομείου: παρέχει, σε επίπεδο επιχείρησης ή τοπικού δικτύου, υπηρεσίες ηλεκτρονικού ταχυδρομείου, μετάφραση μηνυμάτων μεταξύ διαφορετικών συστημάτων, και ενδεχομένως, ενσωματωμένες υπηρεσίες καταλόγου. Σταθμός εξυπηρέτησης επικοινωνιών: παρέχει δια μέσου συνδέσεων ευρείας περιοχής, υπηρεσίες σύνδεσης σε μεγάλα ή απομακρυσμένα υπολογιστικά συστήματα καθώς και σε άλλα δίκτυα. Σταθμός εξυπηρέτησης βάσεων δεδομένων: είναι ένα σύστημα το οποίο διαχειρίζεται κατ αποκλειστικότητα τα αιτήματα των χρηστών που γίνονται προς τη βάση δεδομένων, καθώς και τις αποκρίσεις προς αυτά. Τέλος η διαχείριση του δικτύου, περιέχει και πολλές άλλες υπηρεσίες όπως υποστήριξη δημιουργίας αντιγράφων ασφαλείας, υπηρεσίες αρχειοθέτησης, υπηρεσίες αποστολής και λήψης fax, υπηρεσίες καταλόγου, υπηρεσίες πρόσβασης σε εκτυπωτές, κλπ.