Κεφάλαιο 4: Δικτύωση και Διαδίκτυο

Transcript

1 Κεφάλαιο 4: Δικτύωση και Διαδίκτυο Η Επιστήμη των Υπολογιστών: Μια Ολοκληρωμένη Παρουσίαση (δέκατη αμερικανική έκδοση) J. Glenn Brookshear

2 Κεφάλαιο 4: Δικτύωση και Διαδίκτυο Δικτύωση Μελετά τον τρόπο που συνδέονται οι υπολογιστές για να μοιράζονται πληροφορίες και πόρους Σχετικά θέματα Κατασκευή και λειτουργία δικτύων Εφαρμογές δικτύων Ασφάλεια Διαδίκτυο 4-2

3 Εισαγωγή Ανάγκη για κοινή χρήση πληροφοριών και πόρων Oδήγησε σε υπολογιστικά συστήματα δίκτυα για σύνδεση υπολογιστών και μεταφορά δεδομένων Μέσω των δικτύων οι χρήστες μοιράζονται πόρους, όπως Εκτυπωτές, πακέτα λογισμικού, μέσα αποθήκευσης Υποκείμενο λογισμικό Από απλό πακέτο λογισμικού σ ένα εκτεταμένο σύστημα δικτυακού λογισμικού Δικτυακό λειτουργικό σύστημα 4-3

4 Κατηγορίες Δικτύων Ανάλογα με την Εμβέλεια Τοπικά δίκτυα (LAN) Μητροπολιτικά δίκτυα (MAN) Δίκτυα ευρείας περιοχής (WAN) Ανάλογα με την Ιδιοκτησία Ανοιχτά, π.χ. το Διαδίκτυο (βασίζεται σε TCP/IP) Κλειστά (ή δίκτυα αποκλειστικής εκμετάλλευσης) Ανάλογα με την Τοπολογία (διευθέτηση των κόμβων) Διαύλου (Ethernet) Δακτυλίου (Ring) Αστέρα (Ασύρματα δίκτυα με κεντρικό σημείο πρόσβασης) 4-4

5 Τοπολογία Διαύλου (Bus topology) Όλες οι μηχανές συνδέονται σε μια κοινή γραμμή επικοινωνίας που ονομάζεται δίαυλος (bus) ή ραχοκοκαλιά (backbone) Έγινε δημοφιλής το 1990 όταν υλοποιήθηκε με βάση ένα σύνολο προτύπων γνωστό ως Ethernet 4-5

6 Τοπολογία Δακτυλίου (Ring) Οι κόμβοι σχηματίζουν ένα κύκλο. Τα δεδομένα ακολουθούν πάντα την ίδια φορά Κάθε κόμβος αναπαράγει το σήμα. Χρησιμοποιείται σε δίκτυα με πολλούς κόμβους όπου απαιτείται υψηλή ταχύτητα (πρωτόκολλα Token Ring και FDDI*) Μειονεκτήματα Αν κάποια συσκευή σταματήσει να λειτουργεί, καταρρέει ολόκληρο το δίκτυο Υψηλό κόστος *Fiber Distributed Data Interface 4-6

7 Τοπολογία Αστέρα Εξέλιξη του παραδείγματος ενός μεγάλου υπολογιστή με πολλούς χρήστες Καθώς τα απλά τερματικά εξελίχθηκαν σε μικρούς υπολογιστές, προέκυψε το δίκτυο αστέρα Σήμερα η τοπολογία είναι δημοφιλής στα ασύρματα δίκτυα Επικοινωνία μέσω εκπομπής ραδιοφωνικών κυμάτων Μιά κεντρική μηχανή, το σημείο πρόσβασης (access point), είναι το σημείο εστίασης γύρω από το οποίο συντονίζεται η επικοινωνία 4-7

8 Διαφορές μεταξύ Δικτύου Διαύλου (Δ.Δ.) και Δικτύου Αστέρα (Δ.Α.) Όχι προφανείς από τη φυσική διευθέτηση του εξοπλισμού Ένα Δ.Δ. μπορεί να έχει ένα μικρό δίαυλο με μεγάλες συνδέσεις προς τις μηχανές και να μοιάζει με αστέρα. Μπορεί να δημιουργείται με έναν διανομέα (hub) που παίζει το ρόλο ενός μικρού διαύλου, προς τον οποίον συνδέονται οι διάφορες μηχανές Ο διανομέας το μόνο που κάνει είναι η αναμετάδοση οποιουδήποτε σήματος λαμβάνει (ίσως ενισχυμένο) προς όλες τις μηχανές Έγκειται στο αν οι μηχανές επικοινωνούν απ ευθείας ή έμμεσα μέσω κεντρικής μηχανής 4-8

9 Πρωτόκολλα Τι είναι Κανόνες που συντονίζουν τις διάφορες δραστηριότητες ενός δικτύου Βοηθά στη δημιουργία συμβατών προϊόντων για δικτυακές εφαρμογές Απαραίτητα στην ανάπτυξη δικτυακών τεχνολογιών 4-9

10 Πρωτόκολλα Χρήση τους στο συντονισμό μετάδοσης μηνυμάτων Χωρίς κανόνες μετάδοσης όλοι οι υπολογιστές θα μπορούσαν να αρχίσουν να μεταδίδουν οποιαδήποτε στιγμή Παραδείγματα πρωτοκόλλων CSMA/CD Πολλαπλή προσπέλαση με ανίχνευση φέροντος σήματος και ανίχνευση σύγκρουσης Χρησιμοποιείται σε Ethernet δίκτυα διαύλου CSMA/CA Πολλαπλή προσπέλαση με ανίχνευση φέροντος σήματος και αποφυγή σύγκρουσης Χρησιμοποιείται στο WiFi 4-10

11 CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (1/2) Πολλαπλή προσπέλαση με ανίχνευση φέροντος σήματος και ανίχνευση σύγκρουσης Κάθε μήνυμα εκπέμπεται προς όλες τις μηχανές του διαύλου 4-11

12 CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (1/2) Πολλαπλή προσπέλαση με ανίχνευση φέροντος σήματος και ανίχνευση σύγκρουσης Κάθε μήνυμα εκπέμπεται προς όλες τις μηχανές του διαύλου Κάθε μηχανή ανιχνεύει όλα τα μηνύματα και κρατάει μόνο αυτά που απευθύνονται σε αυτή 4-12

13 CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (1/2) Πολλαπλή προσπέλαση με ανίχνευση φέροντος σήματος και ανίχνευση σύγκρουσης Κάθε μήνυμα εκπέμπεται προς όλες τις μηχανές του διαύλου Κάθε μηχανή ανιχνεύει όλα τα μηνύματα και κρατάει μόνο αυτά που απευθύνονται σε αυτή Για μετάδοση μηνύματος, περιμένει να ελευθερωθεί ο δίαυλος αλλά συνεχίζει να ανιχνεύει το δίαυλο 4-13

14 CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (1/2) Πολλαπλή προσπέλαση με ανίχνευση φέροντος σήματος και ανίχνευση σύγκρουσης Κάθε μήνυμα εκπέμπεται προς όλες τις μηχανές του διαύλου Κάθε μηχανή ανιχνεύει όλα τα μηνύματα και κρατάει μόνο αυτά που απευθύνονται σε αυτή Για μετάδοση μηνύματος, περιμένει να ελευθερωθεί ο δίαυλος αλλά συνεχίζει να ανιχνεύει το δίαυλο Αν κάποια άλλη μηχανή ξεκινήσει μετάδοση την ίδια στιγμή, και οι δύο ανιχνεύουν τη σύγκρουση και σταματούν για τυχαίο χρονικό διάστημα πριν επαναλάβουν τη μετάδοση 4-14

15 CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (1/2) Πολλαπλή προσπέλαση με ανίχνευση φέροντος σήματος και ανίχνευση σύγκρουσης Κάθε μήνυμα εκπέμπεται προς όλες τις μηχανές του διαύλου Κάθε μηχανή ανιχνεύει όλα τα μηνύματα και κρατάει μόνο αυτά που απευθύνονται σε αυτή Για μετάδοση μηνύματος, περιμένει να ελευθερωθεί ο δίαυλος αλλά συνεχίζει να ανιχνεύει το δίαυλο Αν κάποια άλλη μηχανή ξεκινήσει μετάδοση την ίδια στιγμή, και οι δύο ανιχνεύουν τη σύγκρουση και σταματούν για τυχαίο χρονικό διάστημα πριν επαναλάβουν τη μετάδοση Αποτέλεσμα παρόμοιο με συζητήσεις ανθρώπων 4-15

16 CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (2/2) Δεν είναι συμβατό με ασύρματα δίκτυα αστέρα 4-16

17 CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (2/2) Δεν είναι συμβατό με ασύρματα δίκτυα αστέρα Όλες οι μηχανές επικοινωνούν μέσω ενός κεντρικού σημείου πρόσβασης 4-17

18 CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (2/2) Δεν είναι συμβατό με ασύρματα δίκτυα αστέρα Όλες οι μηχανές επικοινωνούν μέσω ενός κεντρικού σημείου πρόσβασης Μια μηχανή μπορεί να μην ανιχνεύει ότι οι μεταδόσεις της συγκρούονται με εκείνες άλλης μηχανής γιατί Το δικό της σήμα καλύπτει εκείνο της άλλης μηχανής Τα σήματα από διαφορετικές μηχανές εμποδίζονται από αντικείμενα ή μεγάλες αποστάσεις (πρόβλημα κρυμμένου τερματικού) 4-18

19 CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (2/2) Δεν είναι συμβατό με ασύρματα δίκτυα αστέρα Όλες οι μηχανές επικοινωνούν μέσω ενός κεντρικού σημείου πρόσβασης Μια μηχανή μπορεί να μην ανιχνεύει ότι οι μεταδόσεις της συγκρούονται με εκείνες άλλης μηχανής γιατί Το δικό της σήμα καλύπτει εκείνο της άλλης μηχανής Τα σήματα από διαφορετικές μηχανές εμποδίζονται από αντικείμενα ή μεγάλες αποστάσεις (πρόβλημα κρυμμένου τερματικού) Τα ασύρματα δίκτυα προσπαθούν να αποφεύγουν τις συγκρούσεις, όχι να τις ανιχνεύουν. 4-19

20 CSMA/CΑ: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (1/2) Πολλαπλή προσπέλαση με ανίχνευση φέροντος σήματος και αποφυγή σύγκρουσης 4-20

21 CSMA/CΑ: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (1/2) Πολλαπλή προσπέλαση με ανίχνευση φέροντος σήματος και αποφυγή σύγκρουσης Τέτοιες πολιτικές έχουν τυποποιηθεί από το ΙΕΕΕ μέσω του πρότυπου ΙΕΕΕ και αναφέρονται συνήθως ως WiFi 4-21

22 CSMA/CΑ: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (1/2) Πολλαπλή προσπέλαση με ανίχνευση φέροντος σήματος και αποφυγή σύγκρουσης Τέτοιες πολιτικές έχουν τυποποιηθεί από το ΙΕΕΕ μέσω του πρότυπου ΙΕΕΕ και αναφέρονται συνήθως ως WiFi Tα πρωτόκολλα αυτά είναι σχεδιασμένα να αποφεύγουν τις συγκρούσεις αλλά μπορεί να μη τις εξαλείφουν τελείως. Όταν παρουσιάζονται συγκρούσεις, τα μηνύματα πρέπει να αναμεταδίδονται 4-22

23 CSMA/CΑ: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (2/2) Συνήθης προσέγγιση αποφυγής σύγκρουσης: παραχώρηση προτεραιότητας σε μηχανές που ήδη περιμένουν Παρόμοιο πρωτόκολλο με το CSMA/CD του Ethernet 4-23

24 CSMA/CΑ: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (2/2) Συνήθης προσέγγιση αποφυγής σύγκρουσης: παραχώρηση προτεραιότητας σε μηχανές που ήδη περιμένουν Παρόμοιο πρωτόκολλο με το CSMA/CD του Ethernet Διαφορά: όταν μια μηχανή θέλει να μεταδώσει ένα μήνυμα και βρίσκει το κανάλι κενό, δεν αρχίζει αμέσως τη μετάδοση. Περιμένει ένα μικρό διάστημα και ξεκινάει αν το κανάλι εξακολουθεί να είναι σιωπηλό. Διαφορετικά, περιμένει και την επόμενη φορά που θα βρει σιωπηλό, ξεκινάει αμέσως τη μετάδοση Έτσι αποφεύγονται συγκρούσεις μεταξύ νέων αφίξεων και μηχανών που βρίσκονται σε αναμονή 4-24

25 CSMA/CΑ: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (2/2) Συνήθης προσέγγιση αποφυγής σύγκρουσης: παραχώρηση προτεραιότητας σε μηχανές που ήδη περιμένουν Παρόμοιο πρωτόκολλο με το CSMA/CD του Ethernet Διαφορά: όταν μια μηχανή θέλει να μεταδώσει ένα μήνυμα και βρίσκει το κανάλι κενό, δεν αρχίζει αμέσως τη μετάδοση. Περιμένει ένα μικρό διάστημα και ξεκινάει αν το κανάλι εξακολουθεί να είναι σιωπηλό. Διαφορετικά, περιμένει και την επόμενη φορά που θα βρει σιωπηλό, ξεκινάει αμέσως τη μετάδοση Έτσι αποφεύγονται συγκρούσεις μεταξύ νέων αφίξεων και μηχανών που βρίσκονται σε αναμονή Δεν λύνει το πρόβλημα του κρυμμένου τερματικού Οποιοδήποτε πρωτόκολλο βασίζεται στη διάκριση μεταξύ σιωπηλών και απασχολημένων καναλιών, προϋποθέτει ότι κάθε σταθμός ακούει τους άλλους 4-25

26 Το πρόβλημα του κρυμμένου τερματικού (1/2) 4-26

27 Το πρόβλημα του κρυμμένου τερματικού (2/2) Για την επίλυσή του, ορισμένα δίκτυα WiFi απαιτούν από κάθε μηχανή να στέλνει «αίτηση» στο σημείο πρόσβασης, το οποίο Αν είναι απασχολημένο θα αγνοήσει την αίτηση, διαφορετικά θα επιβεβαιώσει την αίτηση Η επιβεβαίωση από το σημείο πρόσβασης στέλνεται σε όλα τα μηχανήματα κι έτσι όλοι ξέρουν αν το σημείο πρόσβασης είναι απασχολημένο εκείνη τη στιγμή 4-27

28 Συνδυασμός δικτύων (1/2) Συμβάλλει στο σχηματισμό εκτεταμένου συστήματος επικοινωνιών 4-28

29 Συνδυασμός δικτύων (1/2) Συμβάλλει στο σχηματισμό εκτεταμένου συστήματος επικοινωνιών Μπορούμε να συνδέσουμε δύο ή περισσότερα συμβατά δίκτυα ή και ασύμβατα δίκτυα μέσω συσκευών γνωστών ως: επαναλήπτες, γέφυρες, μεταγωγείς 4-29

30 Συνδυασμός δικτύων (2/2) Επαναλήπτης (repeater) Συνδέει δύο διαύλους και μεταβιβάζει όλα τα σήματα 4-30

31 Συνδυασμός δικτύων (2/2) Επαναλήπτης (repeater) Συνδέει δύο διαύλους και μεταβιβάζει όλα τα σήματα Γέφυρα (bridge) Συνδέει δύο διαύλους αλλά δεν μεταβιβάζει όλα τα σήματα 4-31

32 Συνδυασμός δικτύων (2/2) Επαναλήπτης (repeater) Συνδέει δύο διαύλους και μεταβιβάζει όλα τα σήματα Γέφυρα (bridge) Συνδέει δύο διαύλους αλλά δεν μεταβιβάζει όλα τα σήματα Μεταγωγέας (switch) Γέφυρα που συνδέει πολλούς διαύλους 4-32

33 Συνδυασμός δικτύων (2/2) Επαναλήπτης (repeater) Συνδέει δύο διαύλους και μεταβιβάζει όλα τα σήματα Γέφυρα (bridge) Συνδέει δύο διαύλους αλλά δεν μεταβιβάζει όλα τα σήματα Μεταγωγέας (switch) Γέφυρα που συνδέει πολλούς διαύλους Δρομολογητής (router) Συνδέει δύο ασύμβατα δίκτυα, δημιουργώντας ένα δίκτυο δικτύων που ονομάζεται διαδίκτυο 4-33

34 Επαναλήπτης Συνδέει δύο διαύλους Μεταβιβάζει τα σήματα μεταξύ των δύο αρχικών διαύλων (συνήθως με κάποια μορφή ενίσχυσης) χωρίς να ασχολείται με τη σημασία τους Χρησιμοποιείται για επέκταση ενός δικτύου διαύλου 4-34

35 Συνδέει δύο διαύλους. Γέφυρα Παρόμοια με τον επαναλήπτη αλλά πιο περίπλοκη Συνδέει δύο διαύλους αλλά δεν μεταβιβάζει όλα τα σήματα μεταξύ των δύο αρχικών διαύλων Εξετάζει τη διεύθυνση προορισμού κάθε μηνύματος και προωθεί το μήνυμα μέσω της σύνδεσης μόνο αν προορίζεται για έναν υπολογιστή που βρίσκεται στην άλλη πλευρά Η επικοινωνία μεταξύ των μηχανών στη μια πλευρά δεν επηρεάζεται από την επικοινωνία μηχανών στην άλλη πλευρά Δημιουργεί πιο αποδοτικά συστήματα απ ότι ο επαναλήπτης 4-35

36 Μεταγωγέας Γέφυρα με πολλαπλές συνδέσεις που συνδέει πάνω από δύο διαύλους Δημιουργεί δίκτυα από διαύλους που επεκτείνονται από τον μεταγωγέα όπως οι ακτίνες ενός τροχού Κάθε μήνυμα που προωθείται, αναμεταδίδεται μόνο στην κατάλληλη ακτίνα, ελαχιστοποιώντας έτσι την κυκλοφορία κάθε ακτίνας 4-36

37 Κατασκευή ενός μεγάλου Δικτύου διαύλου από μικρότερα (1/2) 4-37

38 Κατασκευή ενός μεγάλου Δικτύου Διαύλου από μικρότερα (2/2) Κατά τη σύνδεση δικτύων μέσω επαναληπτών, γεφυρών και μεταγωγέων το αποτέλεσμα είναι ένα μοναδικό μεγάλο δίκτυο Ολόκληρο το σύστημα λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο που λειτουργεί κάθε ένα από τα αρχικά δίκτυα (με χρήση ίδιων πρωτοκόλλων) 4-38

39 Κατασκευή ενός μεγάλου Δικτύου από μικρότερα διαφορετικά (1/3) Οι δρομολογητές Είναι ειδικοί υπολογιστές που δημιουργούν διαδίκτυα όπου τα αρχικά δίκτυα λειτουργούν αυτόνομα, δηλ. διατηρούν τα ιδιαίτερα εσωτερικά χαρακτηριστικά τους Προωθούν μηνύματα μεταξύ διαφορετικών δικτύων 4-39

40 Κατασκευή ενός μεγάλου Δικτύου από μικρότερα διαφορετικά (2/3) 4-40

41 Κατασκευή ενός μεγάλου Δικτύου από μικρότερα διαφορετικά (3/3) 4-41

42 Προώθηση μηνυμάτων σ ένα διαδίκτυο Δρομολογητές: προωθούν τα μηνύματα στις κατάλληλες διευθύνσεις Η προώθηση βασίζεται σ ένα σύστημα διευθυνσιοδότησης που αποδίδει μοναδικές διευθύνσεις σε όλες τις συσκευές ενός διαδικτύου και στους δρομολογητές Κάθε μηχανή σε κάποιο επι μέρους δίκτυο έχει δύο διευθύνσεις: την τοπική και τη διαδικτυακή Κάθε μήνυμα έχει τη διαδικτυακή διεύθυνση του παραλήπτη προωθείται στον τοπικό δρομολογητή κι από εκεί στην κατάλληλη διεύθυνση [κάθε δρομολογητής διατηρεί έναν πίνακα προώθησης για το που θα σταλούν τα μηνύματα ανάλογα με τη διεύθυνση προορισμού τους] 4-42

43 Πύλη (gateway) To «σημείο» όπου ένα δίκτυο συνδέεται μ ένα διαδίκτυο, γιατί είναι δίοδος μεταξύ του δικτύου και του έξω κόσμου Πολλές μορφές πυλών => γενική χρήση του όρου Π.χ. η Πύλη ενός δικτύου μπορεί να είναι ο Δρομολογητής ή, σ ένα οικιακό ασύρματο δίκτυο μπορεί να είναι το σημείο πρόσβασης (Access Point) και ο Δρομολογητής, γιατί αυτά τα δύο είναι σε μία μονάδα 4-43

44 ΔΙΑΔΙΕΡΓΑΣΙΑΚΗ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ (INTER PROCESS COMMUNICATION IPC) ΚΑΙ ΜΟΝΤΕΛΑ ΑΥΤΗΣ

45 Διαδιεργασιακή Επικοινωνία (Inter Process Communication IPC) - 1 Μηχανισμοί των λειτουργικών συστημάτων για διευκόλυνση ανταλλαγής δεδομένων και για συγχρονισμό μεταξύ διεργασιών που εκτελούνται ταυτόχρονα μέσω δομών δεδομένων του πυρήνα του λειτουργικού συστήματος είναι απαραίτητοι στα μοντέρνα λειτουργικά συστήματα με το μηχανισμό της εικονικής μνήμης, κάθε διεργασία έχει τον δικό της ιδιωτικό χώρο εικονικών διευθύνσεων στον οποίον έχει πρόσβαση μόνο αυτή και ο πυρήνας. Καμία διεργασία δεν έχει δικαίωμα ανάγνωσης ή εγγραφής στον χώρο διευθύνσεων των άλλων ώστε να εξασφαλιστεί στοιχειώδης προστασία μνήμης

46 Διαδιεργασιακή Επικοινωνία (Inter Process Communication IPC) - 2 Αν δύο διαφορετικές διεργασίες χρειάζεται να επικοινωνήσουν μεταξύ τους ή να ανταλλάξουν δεδομένα, αυτό μπορεί να γίνει μόνο μέσω του συστήματος αρχείων (π.χ. μία διεργασία να γράψει ένα αρχείο και μία άλλη να το διαβάσει) ή μέσω μίας μεθόδου διαδιεργασιακής επικοινωνίας.

47 Πυρήνας Λειτουργικού Συστήματος (σύντομη επανάληψη) Συνδέει το λογισμικό εφαρμογών με το υλικό του υπολογιστή. Είναι υπεύθυνος για την αυτόματη διαχείριση των πόρων του συστήματος, κατανομή τους στις εκτελούμενες εφαρμογές, απρόσκοπτη εκτέλεση των εφαρμογών και επικοινωνία μεταξύ υλικού και λογισμικού

48 Μοντέλα για Διαδιεργασιακή Επικοινωνία Μοντέλο Πελάτη Εξυπηρετητή (Client Server Model) Μοντέλο Ομότιμων Κόμβων (Peer-to-Peer Model) Μοντέλο Κατανεμημένων Συστημάτων 4-48

49 Διαδιεργασιακή Επικοινωνία Μοντέλο Πελάτη-Διακομιστή (Client Server) Συνήθης μέθοδος ανάπτυξης λογισμικού Ένας διακομιστής, πολλοί πελάτες Ο διακομιστής (ή εξυπηρετητής) πρέπει να εκτελείται συνεχώς Ο πελάτης ξεκινά την επικοινωνία ζητά κάτι (π.χ. έναν πόρο, τα αποτελέσματα ενός υπολογισμού κλπ) και ο διακομιστής του το επιστρέφει. Παραδείγματα διακομιστών Διακομιστής αρχείων Διακομιστής εκτύπωσης Διακομιστής Web

50 Διαδιεργασιακή Επικοινωνία Μοντέλο Πελάτη-Διακομιστή (Client Server) Ο διακομιστής και ο πελάτης μπορεί να εκτελούνται σε διαφορετικές διεργασίες Οι διεργασίες μπορεί να εκτελούνται σε διαφορετικούς υπολογιστές => απαιτείται ένα δίκτυο υπολογιστών για τη διαδιεργασιακή τους επικοινωνία. 4-50

51 Διαδιεργασιακή Επικοινωνία Μοντέλο Πελάτη-Διακομιστή (Client Server) Το μοντέλο πελάτη-διακομιστή αποτελεί μία από τις μεθόδους ανάπτυξης και λειτουργίας κατανεμημένων συστημάτων Ο πελάτης και ο διακομιστής θεωρούνται διαφορετικά τμήματα της ίδιας κατανεμημένης εφαρμογής Ο Παγκόσμιος Ιστός μπορεί να θεωρηθεί ως μία μεγάλη κατανεμημένη εφαρμογή αποτελούμενη από web browsers και το Web servers. 4-51

52 Μοντέλα για Διαδιεργασιακή Επικοινωνία Μοντέλο Πελάτη Εξυπηρετητή (Client Server Model) Μοντέλο Ομότιμων Κόμβων (Peer-to- Peer Model) Μοντέλο Κατανεμημένων Συστημάτων 4-52

53 Διαδιεργασιακή Επικοινωνία Μοντέλο ομότιμου προς ομότιμο (peer to peer P2P) Διεργασίες που επικοινωνούν ως ίσες Μπορεί να έχουν μικρό χρόνο ζωής Παραδείγματα: άμεση ανταλλαγή μηνυμάτων, διανομή αρχείων Πλεονεκτήματα Δεν υπάρχει μοναδικό σημείο πτώσης (single point of failure) Καλύτερη κλιμάκωση και απόδοση 4-53

54 Το μοντέλο πελάτη/διακομιστή συγκρινόμενο με το μοντέλο ομότιμων κόμβων 4-54

55 Αρχιτεκτονική Ομότιμου-προς-Ομότιμο (Peer-to-Peer (P2P)) P2P δικτύωση: νέα μορφή προγραμματισμού κατανεμημένων εφαρμογών Δίκτυα ομότιμων κόμβων: οι κόμβοι αλληλεπιδρούν μεταξύ τους μπορεί να είναι και servers ή/και clients παραμένουν ανεξάρτητοι σε κάποιο βαθμό σχηματίζουν ομάδες και διαμοιράζονται πόρους

56 P2P Εφαρμογές Εκμεταλλεύονται πόρους (π.χ. αποθηκευτικό χώρο, κύκλους μηχανής), περιεχόμενο και ανθρώπινο δυναμικό διαθέσιμο στα άκρα του δικτύου «Edge of network» Άκρα του δικτύου Χρήστες με PCs and συσκευές που πολλές φορές Δεν έχουν μόνιμη IP address Δεν είναι ενεργές

57 Πλεονεκτήματα της τεχνολογίας P2P Χρήση πόρων που βρίσκονται στα άκρα του δικτύου Δημιουργία ομάδων από χρήστες Διατήρηση πολλαπλών αντιγράφων δεδομένων Διαθεσιμότητα συστήματος

58 P2P vs. Client-Server - 1/2 Στο Client-Server μοντέλο Ο πελάτης (client) είναι μία απλή μηχανή Ο εξυπηρετητής (server) εκτελεί όλους τους υπολογισμούς, αποθηκεύει δεδομένα, και χειρίζεται τη ροή εκτέλεσης Απλή αρχιτεκτονική, αλλά εισάγει: Περιορισμούς στην απόδοση, μοναδικά points of failure, κτλ. Κάθε κόμβος σε ένα P2P δίκτυο είναι Πελάτης (client) Εξυπηρετητής (server) Ενδιάμεσος (intermediate): προωθεί μηνύματα requests/responses

59 P2P vs Client-Server - 2/2 P2P Client-Server Πλεονεκτήµατα Υψηλή εκµετάλλευση πόρων Διαθεσιµότητα Κλιµάκωση Ανθεκτικότητα Ασφάλεια Διαχειρισιµότητα Μειονεκτήµατα Ασφάλεια Διαχειρισιµότητα Single-point of failure & DoS Διαθεσιµότητα Χαµηλή εκµετάλλευση πόρων Κλιµάκωση

60 P2P δικτύωση Εναλλακτικά Μοντέλα Πλήρως αποκεντροποιημένες αρχιτεκτονικές Απευθείας επικοινωνία Δομημένη έμμεση επικοινωνία Μη-δομημένη έμμεση επικοινωνία Ημι-αποκεντροποιημένες αρχιτεκτονικές Μοντέλο με μοναδικό κεντρικό εξυπηρετητή Υπολογιστικό μοντέλο χωρίς αυτονομία Υπολογιστικό μοντέλο με αυτονομία Μοντέλο πολλαπλών εξυπηρετητών

61 P2P δικτύωση

62 Αποκεντροποιημένες αρχιτεκτονικές Όλοι οι κόμβοι είναι αυτόνομοι (independent, intelligent, κτλ) έχουν την ίδια «βαρύτητα» - δεν υπάρχει κόμβος ελέγχου Δεδομένα και υπολογισμοί διαμοιράζονται σε όλους τους κόμβους Απευθείας επικοινωνία Κάθε κόμβος επικοινωνεί απευθείας με κάθε άλλο κόμβο του δικτύου υπάρχει προκύπτει πρόβλημα κλιμάκωσης, διότι δεν είναι εφικτό κάθε κόμβος να ξέρει όλους τους άλλους κόμβους Δομημένη Έμμεση επικοινωνία Οι κόμβοι είναι οργανωμένοι με συγκεκριμένη δομή (π.χ., ιεραρχικά, σε αστέρα, δακτύλιο κλπ). δεν επικοινωνούν απ ευθείας με όλους τους κόμβους, με κάποιους επικοινωνούν έμμεσα, μέσω άλλων κόμβων, βάσει της δομής με την οποία είναι οργανωμένοι οι κόμβοι. Απαιτείται κάποιας μορφής διαχείριση για να εξασφαλιστεί η δομή. Μη Δομημένη Έμμεση επικοινωνία Το δίκτυο είναι ανοργάνωτο (π.χ.γράφος). Κάθε κόμβος μπορεί να επικοινωνεί απευθείας με μερικούς «κοντινούς» κόμβους, αλλά μπορεί να επικοινωνεί έμμεσα με όλους τους υπόλοιπους κόμβους του δικτύου Λόγω της μη καθορισμένης δομής του δικτύου οι κόμβοι δεν γνωρίζουν την ύπαρξη άλλων κόμβων => η αναζήτηση εδώ είναι σημαντικό θέμα.

63 P2P δικτύωση Εναλλακτικά Μοντέλα Aποκεντροποιημένεςαρχιτεκτονικές Απευθείας επικοινωνία Δομημένη έμμεσηεπικοινωνία Μη-δομημένη έμμεσηεπικοινωνία Ημι-αποκεντροποιημένες αρχιτεκτονικές Μοντέλο με μοναδικό κεντρικό εξυπηρετητή Υπολογιστικό μοντέλο χωρίς αυτονομία Υπολογιστικό μοντέλο με αυτονομία Μοντέλο πολλαπλών εξυπηρετητών

64 P2P δικτύωση

65 Ημι-αποκεντροποιημένες αρχιτεκτονικές 1/4 Υπολογιστικό μοντέλο με Μοναδικό κεντρικό εξυπηρετητή Ο μοναδικός κεντρικός εξυπηρετητής διατηρεί κατάλογο με πληροφορίες οι οποίες μπορούν να προσπελαθούν από όλους τους υπόλοιπους κόμβους-πελάτες. Αποτελεί σημείο αναφοράς χρησιμοποιείται για την αναζήτηση και δημοσιοποίηση πληροφοριών Οι κόμβοι-πελάτες είναι αυτόνομοι (independent, intelligent, κτλ) έχουν όλοι την ίδια «βαρύτητα» μπορούν να επικοινωνούν απευθείας με τους υπόλοιπους κόμβους του δικτύου αφού προηγουμένως επικοινωνήσουν με τον κεντρικό εξυπηρετητή Δεδομένα και υπολογισμοί διαμοιράζονται σε όλους τους κόμβους Μειονέκτημα: ο μοναδικός κεντρικός εξυπηρετητής αποτελεί single point of failure

66 P2P δικτύωση Εναλλακτικά Μοντέλα Aποκεντροποιημένες αρχιτεκτονικές Απευθείας επικοινωνία Δομημένη έμμεση επικοινωνία Μη-δομημένη έμμεση επικοινωνία Ημι-αποκεντροποιημένες αρχιτεκτονικές Μοντέλο με μοναδικό κεντρικό εξυπηρετητή Υπολογιστικό μοντέλο χωρίς αυτονομία Υπολογιστικό μοντέλο με αυτονομία Μοντέλο πολλαπλών εξυπηρετητών

67 Ημι-αποκεντροποιημένες αρχιτεκτονικές 2/4 Υπολογιστικό μοντέλο χωρίς αυτονομία Περιλαμβάνει μοναδικό εξυπηρετητή που ελέγχει και κατευθύνει την κατανομή των δεδομένων και υπολογισμών στο δίκτυο Οι κόμβοι-πελάτες δεν είναι αυτόνομοι έχουν την ίδια «βαρύτητα» επικοινωνούν αποκλειστικά με τον κεντρικό εξυπηρετητή Δεν θεωρείται πραγματική p2p αρχιτεκτονική

68 P2P δικτύωση Εναλλακτικά Μοντέλα Aποκεντροποιημένες αρχιτεκτονικές Απευθείας επικοινωνία Δομημένη έμμεση επικοινωνία Μη-δομημένη έμμεση επικοινωνία Ημι-αποκεντροποιημένες αρχιτεκτονικές Μοντέλο με μοναδικό κεντρικό εξυπηρετητή Υπολογιστικό μοντέλο χωρίς αυτονομία Υπολογιστικό μοντέλο με αυτονομία Μοντέλο πολλαπλών εξυπηρετητών

69 Ημι-αποκεντροποιημένες αρχιτεκτονικές 3/4 Υπολογιστικό μοντέλο με αυτονομία Περιλαμβάνει μοναδικό εξυπηρετητή που ελέγχει και κατευθύνει την κατανομή των δεδομένων και υπολογισμών στο δίκτυο Οι κόμβοι-πελάτες είναι αυτόνομοι έχουν την ίδια «βαρύτητα» επικοινωνούν με άλλους κόμβους του δικτύου αφού προηγουμένως επικοινωνήσουν με τον εξυπηρετητή Μειονέκτημα: ο μοναδικός κεντρικός εξυπηρετητής αποτελεί single point of failure

70 P2P δικτύωση Εναλλακτικά Μοντέλα Aποκεντροποιημένες αρχιτεκτονικές Απευθείας επικοινωνία Δομημένη έμμεση επικοινωνία Μη-δομημένη έμμεση επικοινωνία Ημι-αποκεντροποιημένες αρχιτεκτονικές Μοντέλο με μοναδικό κεντρικό εξυπηρετητή Υπολογιστικό μοντέλο χωρίς αυτονομία Υπολογιστικό μοντέλο με αυτονομία Μοντέλο πολλαπλών εξυπηρετητών

71 Ημι-αποκεντροποιημένες αρχιτεκτονικές 4/4 Μοντέλο πολλαπλών εξυπηρετητών Επέκταση του μοντέλου με τον μοναδικό κεντρικό εξυπηρετητή περιλαμβάνει περισσότερων του ενός κεντρικούς εξυπηρετητές Οι εξυπηρετητές μπορούν να επικοινωνούν ο ένας με τον άλλο Οι κόμβοι-πελάτες επικοινωνούν μεταξύ τους αφού πρώτα επικοινωνήσουν με κάποιον εξυπηρετητή Χρησιμοποιείται για δημιουργία υβριδικών αρχιτεκτονικών, π.χ. οι servers μεταξύ τους μπορεί να είναι συνδεδεμένοι απ ευθείας (πλήρως αποκεντροποιημένο μοντέλο με απ ευθείας επικοινωνία), αλλά όλοι μαζί να συμπεριφέρονται ως ένας server σε μια ημι-αποκεντροποιημένη αρχιτεκτονική Πλεονέκτημα: αύξηση της αξιοπιστίας, λόγω του ότι δεν υπάρχει ένα μοναδικό σημείο κατάρρευσης [single point of failure]. η ποιότητα των προσφερόμενων υπηρεσιών βελτιώνεται, γιατί μοιράζονται μεταξύ των εξυπηρετητών.

72 Σύγκριση P2P αρχιτεκτονικών Πλεονεκτήµατα Μειονεκτήµατα Αποκεντροποιηµένες Πλήρως peer-to-peer Χωρίς κόµβους ελέγχου Ανθεκτικές σε επιθέσεις DoS Αναπαριστούν µε µεγαλύτερη ακρίβεια δίκτυα επικοινωνίας χρηστών Δυσκολία στη διαχείριση Δυσκολο να εξασφαλιστούν Δύσκολη η υλοποίηση µηχανισµών αναζήτησης Ηµι- Κεντροποιηµένες Εύκολη η διατήρηση αξιοπιστίας Κατάλληλες για συστήµατα real-time Εύκολη η διατήρηση της ασφάλειας Στηρίζονται στην ύπαρξη ενός ή περισσότερων εξυπηρετητών Δεκτικές σε επιθέσεις DoS Συγκεκριµένα Σηµεία κατάρρευσης

73 Μοντέλα για Διαδιεργασιακή Επικοινωνία Μοντέλο Πελάτη Εξυπηρετητή (Client Server Model) Μοντέλο Ομότιμων Κόμβων (Peer-to-Peer Model) Μοντέλο Κατανεμημένων Συστημάτων 4-73

74 Μοντέλο Κατανεμημένων Συστημάτων Συστήματα με τμήματα που εκτελούνται σε διαφορετικούς υπολογιστές Υποστηρίζονται από συγκεκριμένη κοινή υποδομή που παρέχει επικοινωνία και ασφάλεια Τυποποιημένα εργαλεία ανάπτυξης εφαρμογών με έτοιμη υποδομή Παραδείματα: Enterprise Java Beans από τη Sun Microsystems, Πλαίσιο εφαρμογών.net από τη Microsoft Ο προγραμματιστής ασχολείται μόνο με τη δημιουργία κώδικα που αφορά τη συγκεκριμένη εφαρμογή 4-74

75 Το Διαδίκτυο Προήλθε από ερευνητικά προγράμματα της δεκαετίας του 1960 Χρηματοδοτήθηκε αρχικά από την Αμερικάνικη Κυβέρνηση Σήμερα έχει μετατραπεί από ακαδημαϊκό ερευνητικό έργο σε εμπορική προσπάθεια για σύνδεση πολλών LAN, MAN, και WAN ανά τον κόσμο, με εκατομμύρια υπολογιστές

76 Ιστορία του Διαδικτύου Η δεκαετία του 60 Αρχές δεκαετίας του 1960: ερευνητές των πανεπιστημίων των ΗΠΑ πειραματίζονται με τη διασύνδεση απομακρυσμένων υπολογιστών μεταξύ τους που δεν θα επηρεάζονται από τοπικές καταστροφές. 1969: Δημιουργία του ARPANET Χρηματοδοτήθηκε από το πρόγραμμα ARPA (Advanced Research Project Agency) των ΗΠΑ πείραμα για μελέτη αξιόπιστης λειτουργίας των δικτύων με χρήση της τεχνολογίας μεταγωγής πακέτων (packet switching), όπου τα προς μετάδοση δεδομένα κόβονται σε πακέτα και πολλοί χρήστες μπορούν να μοιραστούν την ίδια επικοινωνιακή γραμμή

77 Ιστορία του Διαδικτύου Στόχος του ARPANET Σύνδεση του Υπουργείου Άμυνας με στρατιωτικούς ερευνητικούς οργανισμούς Δημιουργία διαδικτύου για εξασφάλιση επικοινωνίας μεταξύ απομακρυσμένων δικτύων, έστω και αν κάποια από τα ενδιάμεσα συστήματα βρίσκονταν προσωρινά εκτός λειτουργίας. Το παραπάνω σύστημα θα επέτρεπε σε υπολογιστές να μοιράζονται δεδομένα και σε ερευνητές να υλοποιήσουν το ηλεκτρονικό ταχυδρομείο. Σήμερα έχει μετατραπεί από ακαδημαϊκό ερευνητικό έργο σε εμπορική προσπάθεια για σύνδεση πολλών LAN, MAN, και WAN ανά τον κόσμο, με εκατομμύρια υπολογιστές

78 Ιστορία του Διαδικτύου Η δεκαετία του : νέο ερευνητικό πρόγραμμα Διαδικτύωσης (Internetting) Στόχοι: διασύνδεση ανόμοιων δικτύων και ομοιόμορφη διακίνηση δεδομένων από το ένα δίκτυο στο άλλο. Αποτελέσματα Έρευνας: Internet Protocol (IP) (Πρωτόκολλο Διαδικτύωσης): Επιτρέπει τη διασύνδεση διαφορετικών δίκτυων ώστε να αποτελούν ένα διαδίκτυο. Σε ένα δίκτυο IP όλοι οι υπολογιστές είναι ισοδύναμο και όλοι επικοινωνούν με όλους Transmission Control Protocol (TCP) (Πρωτόκολλο Ελέγχου Μετάδοσης). Τεχνική για έλεγχο της μετάδοσης των δεδομένων. Ορίζονται προδιαγραφές για μεταφορά αρχείων μεταξύ υπολογιστών (FTP) και για ηλεκτρονικό ταχυδρομείο ( ). Σταδιακά συνδέονται με το ARPANET ιδρύματα από άλλες χώρες, με πρώτα το University College of London (Αγγλία) και το Royal Radar Establishment (Νορβηγία). 4-78

79 Ιστορία του Διαδικτύου Η δεκαετία του : 1985 το πρωτόκολλο TCP/IP (δηλ. ο συνδυασμός των TCP και IP) αναγνωρίζεται ως πρότυπο από το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ. Η έκδοση του λειτουργικού συστήματος Berkeley UNIX το οποίο περιλαμβάνει το TCP/IP συντελεί στη γρήγορη εξάπλωση της διαδικτύωσης των υπολογιστών. Εκατοντάδες Πανεπιστήμια συνδέουν τους υπολογιστές τους στο ARPANET, το οποίο επιβαρύνεται πολύ, έτσι χωρίζεται σε δύο τμήματα: στο MILNET (για στρατιωτικές επικοινωνίες) και στο νέο ARPANET (για χρήση αποκλειστικά από την πανεπιστημιακή κοινότητα και συνέχιση της έρευνας στη δικτύωση). το National Science Foundation (NSF) δημιουργεί ένα δικό του γρήγορο δίκτυο, το NSFNET χρησιμοποιώντας το TCP/IP, για να συνδέσει πέντε κέντρα υπερ-υπολογιστών μεταξύ τους και με την υπόλοιπη επιστημονική κοινότητα. Τέλη της δεκαετίας του 80: όλο και περισσότερες χώρες συνδέονται στο NSFNET (Καναδάς, Γαλλία, Σουηδία, Αυστραλία, Γερμανία, Ιταλία, κ.α.). Χιλιάδες πανεπιστήμια και οργανισμοί δημιουργούν τα δικά τους δίκτυα και τα συνδέουν πάνω στο παγκόσμιο αυτό δίκτυο το οποίο αρχίζει να γίνεται γνωστό σαν INTERNET και να εξαπλώνεται με τρομερούς ρυθμούς σε ολόκληρο τον κόσμο. 4-79

80 1990 Ιστορία του Διαδικτύου Η δεκαετία του 90 Καταργείται το ARPANET Η Ελλάδα συνδέεται στο NSFNET καθώς και πολλές άλλες χώρες 1993 Εμφανίζεται το World Wide Web (WWW) (Παγκόσμιο Ιστός) - αναπτύχθηκε από τον Tim Berners-Lee. Τι είναι το WWW: σύστημα διασύνδεσης πολυμεσικών πληροφοριών που βρίσκονται αποθηκευμένες σε χιλιάδες υπολογιστές του Internet σε ολόκληρο τον κόσμο παρουσίασή τους σε η-σελίδες, στις οποίες μπορεί να περιηγηθεί κανείς χρησιμοποιώντας το ποντίκι. Αυτό το γραφικό περιβάλλον έκανε προσιτή την εξερεύνηση του Internet Εμφανίζονται διάφορα εμπορικά δίκτυα που ανήκουν σε εταιρίες παροχής υπηρεσιών Internet (Internet Service Providers - ISP) και προσφέρουν πρόσβαση στο Internet για όλους. Οποιοσδήποτε διαθέτει PC και modem μπορεί να συνδεθεί με το Internet σε τιμές που μειώνονται διαρκώς. 1995, το NSFNET καταργείται και το φορτίο του μεταφέρεται σε εμπορικά δίκτυα. 4-80

81 Η κατάσταση σύνδεσης ανά χώρα 15/6/1997 Μπλε: Πλήρης σύνδεση στο Internet Πράσινο: Μόνο Κίτρινο: Καµµία πρόσβαση

82 Παγκόσμιες Τάσεις στο Διαδίκτυο