ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Τα είδη των Δικτύων Εισαγωγή

Transcript

1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Τα είδη των Δικτύων 1.1. Εισαγωγή Γενικότερα δεν υπάρχει κάποια ταξινόμηση των πιθανών δικτύων κάτω από την οποία να ταιριάζουν όλα τα δίκτυα. Παρόλα αυτά η ταξινόμηση τους είθισται να γίνεται με βάση είτε την τεχνολογία μετάδοσης είτε την κλίμακα τους. Μια τέτοια κατηγοριοποίηση φαίνεται στο Σχήμα 1. Τα δίκτυα λοιπόν σύμφωνα με την τεχνολογία μετάδοσης θα μπορούσαμε να τα κατηγοριοποιήσουμε σε δίκτυα εκπομπής ή δίκτυα σημείου προς σημείο. Από την άλλη με βάση την κλίμακά τους, θα τα κατατάσσαμε σε τοπικά, μητροπολιτικά και ευρείας περιοχής δίκτυα. Επιπλέον, η σύνδεση δύο ή περισσοτέρων δικτύων ονομάζεται διαδίκτυο. Το παγκόσμιο Internet είναι ένα πολύ γνωστό παράδειγμα διαδικτύου. Στις ακόλουθες ενότητες παρουσιάζουμε μια σύντομη επισκόπηση των διαφορετικών αυτών ειδών δικτύων. Σχήμα 1. Είδη Δικτύων.

2 1.2. Δίκτυα Εκπομπής Τα δίκτυα εκπομπής έχουν ένα μοναδικό μέσο επικοινωνίας που το μοιράζονται όλες οι μηχανές του δικτύου. Σε αυτά τα δίκτυα μια μηχανή αποστέλλει πακέτα, τα οποία δεν είναι τίποτα άλλο από μικρά μηνύματα, τα οποία και λαμβάνονται απ όλες τις υπόλοιπες. Ένα πεδίο διεύθυνσης μέσα στο πακέτο καθορίζει την μηχανή προς την οποία απευθύνεται το πακέτο. Με την παραλαβή του πακέτου, κάθε μηχανή εξετάζει το πεδίο διεύθυνσης. Αν το πακέτο προορίζεται γι αυτήν, το επεξεργάζεται. Αν το πακέτο προορίζεται για κάποια άλλη μηχανή, απλώς το αγνοεί. Κατ αναλογία μπορεί κανείς να φανταστεί ότι η λειτουργία των δικτύων εκπομπής είναι παρόμοια με αυτό που συμβαίνει στα αεροδρόμια όταν γίνονται ανακοινώσεις. Παρότι η πληροφορία για το ποιοι επιβάτες πρέπει να επιβιβαστούν σε κάποια πτήση μπορεί να παραληφθεί (ακουστεί) από όλους όσους βρίσκονται στο αεροδρόμιο, μόνο όσοι είναι επιβάτες της εν λόγω πτήσης αποκρίνονται. Είναι ευθύνη του επιβάτη να επεξεργαστεί την πληροφορία, να κατανοήσει ότι προορίζεται για εκείνον και να δράσει ανάλογα. Τα συστήματα εκπομπής συνήθως παρέχουν τη δυνατότητα, ένα μήνυμα να απευθύνεται σε κάποιο αριθμό ή ακόμα και σ όλες τις μηχανές που απαρτίζουν το δίκτυο. Για να μπορέσει να συμβεί αυτό, συνήθως χρειάζεται να υπάρχει στο πακέτο ένα πεδίο το οποίο να υποδεικνύει ότι αυτό το πακέτο προορίζεται σε όλους τους κόμβους. Όταν μεταδίδεται λοιπόν ένα τέτοιο πακέτο, τότε το εν λόγω πακέτο παραλαμβάνεται και υφίσταται επεξεργασία από κάθε μηχανή του δικτύου. Αυτός ο τρόπος λειτουργίας ονομάζεται εκπομπή. Όπως στο παράδειγμα του αεροδρομίου που αναφέραμε παραπάνω, έτσι και σε μερικά συστήματα εκπομπής θέλουμε να υποστηρίξουμε μετάδοση σε ένα υποσύνολο μηχανών, κάτι που ονομάζεται πολλαπλή διανομή. Ένας πιθανός τρόπος είναι να αφιερωθεί ένα bit διεύθυνσης ώστε να υποδεικνύει πολλαπλή διανομή. Τα υπόλοιπα n-1 bit διεύθυνσης μπορεί να παριστούν τον αριθμό μίας ομάδας. Κάθε μηχανή μπορεί να εγγράφει σε οποιαδήποτε ή και σ όλες τις ομάδες. Όταν ένα πακέτο στέλνεται σε μία συγκεκριμένη ομάδα, λαμβάνεται απ όλες τις μηχανές που ανήκουν στην ομάδα αυτή. Ερώτηση: Μια μηχανή αποτελεί κομμάτι ενός δικτύου εκπομπής. Κατά την παραλαβή πακέτων, λαμβάνει ένα πακέτο το οποίο, μετά την εξέταση της διεύθυνσης προκύπτει ότι προορίζεται για μια άλλη μηχανή. Τι κάνει τότε η εν λόγω μηχανή. Το αγνοεί Το επεξεργάζεται και στέλνει το αποτέλεσμα της επεξεργασίας στην μηχανή για την οποία προοριζόταν αρχικά το αρχείο Το αποθηκεύει και περιμένει από τη μηχανή για την οποία προοριζόταν το αρχείο να το ζητήσει για να σταλεί

3 1.3. Δίκτυα Σημείου προς Σημείο Σε αντίθεση με τα δίκτυα εκπομπής τα οποία έχουν ένα μοναδικό μέσο επικοινωνίας, τα δίκτυα σημείου προς σημείο αποτελούνται από πολλαπλές συνδέσεις μεταξύ συγκεκριμένων διαφόρων μηχανών ανά δύο. Επειδή συνήθως όλες οι μηχανές δεν είναι άμεσα συνδεδεμένες μεταξύ τους, για να μεταφερθεί ένα πακέτο τέτοιου δικτύου από την πηγή στον προορισμό του, θα χρειασθεί πιθανώς να επισκεφθεί διάφορες ενδιάμεσες μηχανές. Ένα από τα χαρακτηριστικά των δικτύων αυτών είναι πως για την διασύνδεση δύο μηχανών συνήθως υπάρχουν περισσότερες από μια επιλογές. Οι πιθανές διαδρομές μπορεί να διαφέρουν ως προς το φόρτο, την φυσική απόσταση ή των αριθμό των ενδιάμεσων μηχανών και για αυτό οι αλγόριθμοι δρομολόγησης των πακέτων παίζουν ένα σπουδαίο ρόλο στα δίκτυα σημείου προς σημείο. Θα λέγαμε πως τα δίκτυα εκπομπής ενδείκνυνται για μικρά δίκτυα διότι είναι συνήθως πολύ πιο εύκολα στην κατασκευή (δεν χρειάζονται περίπλοκους αλγόριθμους δρομολόγησης) και για μικρό αριθμό από μηχανές είναι πιθανώς και πιο γρήγορα. Από την άλλη όταν ο αριθμός των μηχανών που απαρτίζουν το δίκτυο είναι μεγάλος ή η γεωγραφική τους απόσταση είναι σημαντική, τότε το κοινό μέσο επικοινωνίας δεν αποτελεί καλή λύση και για αυτό τα μεγαλύτερα δίκτυα είναι συνήθως σημείου προς σημείο. Ερώτηση: Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή. Τα δίκτυα σημείου προς σημείο έχουν ένα μοναδικό μέσο επικοινωνίας Tα δίκτυα σημείου προς σημείο αποτελούνται από πολλαπλές συνδέσεις μεταξύ συγκεκριμένων διαφόρων μηχανών ανά δύο Καμία από τις παραπάνω

4 1.4. Τοπικά Δίκτυα Με τον όρο τοπικά δίκτυα, αποκαλούμε μικρά δίκτυα τα οποία συνήθως διασύνδεουν διάφορα μηχανήματα τα οποία βρίσκονται στο ίδιο ή σε μικρή σχετικά απόσταση μεταξύ τους. Τα δίκτυα αυτά, τα οποία για συντομία θα τα αποκαλούμε LAN (Local Area Networks) χρησιμοποιούνται ευρύτατα για να συνδέουν προσωπικούς υπολογιστές και σταθμούς εργασίας σε γραφεία εταιρειών, σε εργοστάσια και πανεπιστήμια με σκοπό την κοινή χρήση των μέσων (π.χ. των εκτυπωτών), την ανταλλαγή πληροφοριών καθώς επίσης και την κοινή χρήση προγραμμάτων. Τα LAN συνήθως κατηγοριοποιούνται με βάση την τεχνολογία μετάδοσης που χρησιμοποιούν (π.χ. ενσύρματη ή ασύρματη) και την τοπολογία τους. Το περιορισμένο μέγεθος των LAN επιτρέπει την απλούστευση της διαχείρισης του δικτύου. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα της επίδρασης που έχει το γεγονός ότι το δίκτυο είναι μικρό σε μέγεθος είναι ότι ο χρόνος μετάδοσης στη χειρότερη περίπτωση είναι φραγμένος και γνωστός εκ των προτέρων. Η γνώση του ορίου αυτού επιτρέπει τη χρήση συγκεκριμένων τεχνικών που αλλιώς θα ήταν ανέφικτες. Τα περισσότερα LAN χρησιμοποιούν συχνά ένα κοινό δίαυλο επικοινωνίας για όλα τα μηχανήματα που το απαρτίζουν. Αυτό είναι φυσικό αποτέλεσμα του μικρού τους μεγέθους. Έτσι τα LAN συνήθως λειτουργούν σε ταχύτητες των 10 έως 1000 Mbps, και παρουσιάζουν χαμηλή καθυστέρηση ενώ επίσης εμφανίζουν πολύ λίγα λάθη. Τα νεώτερα LAN μπορούν να λειτουργούν σε ακόμη υψηλότερες ταχύτητες, οι οποίες μπορούν να φτάνουν έως και μερικά gigabit ανά δευτερόλεπτο. Ερώτηση: Τα περισσότερα LAN χρησιμοποιούν: ένα κοινό δίαυλο επικοινωνίας δύο οι περισσότερους διαύλους

5 1.5. Μητροπολιτικά Δίκτυα Ένα μητροπολιτικό δίκτυο ή MAN (Metropolitan Area Networks) είναι βασικά μια μεγαλύτερη εκδοχή ενός LAN και συνήθως χρησιμοποιεί παρόμοια τεχνολογία. Μπορεί να καλύπτει ομάδα γειτονικών γραφείων μιας επιχείρησης ή μια πόλη και μπορεί να είναι είτε ιδιωτικό είτε δημόσιο. Το MAN μπορεί να υποστηρίζει δεδομένα καθώς και φωνή και ίσως ακόμη να σχετίζεται με καλωδιακή τηλεόραση. Το MAN χρησιμοποιεί ένα ή δύο καλώδια και δεν διαθέτει στοιχεία μεταγωγής που να διοδεύουν τα πακέτα προς τη μία από τις πολλές διαφορετικές γραμμές εξόδου. Η απουσία μεταγωγής απλοποιεί την σχεδίαση. Ερώτηση: Ένα WAN συχνά εξυπηρετεί: ένα δίκτυο μέχρι 10 μηχανές το δίκτυο μιας χώρας το δίκτυο μια εταιρίας

6 1.6. Δίκτυα Ευρείας Περιοχής Ένα δίκτυο ευρείας περιοχής, η αλλιώς WAN (Wide Area Networks), καλύπτει μία μεγάλη γεωγραφική περιοχή, συχνά μια χώρα ή μια ήπειρο. Σημαντικός παράγοντας για την σχεδίαση και την απόδοση των WAN αποτελεί το γεγονός ότι συνήθως χρειάζονται την εκμίσθωση τηλεπικοινωνιακών γραμμών από τηλεφωνικές ή άλλου είδους τηλεπικοινωνιακές εταιρίες. Τα WAN χρησιμοποιούνται συνήθως ως διαδίκτυα. Λόγω της σημασίας των δικτύων αυτών, θα τα καλύψουμε εκτενεστέρα στην συνέχεια σε ξεχωριστή ενότητα.

7 1.7. Διαδίκτυα Από την μέχρι τώρα αναφορά μας στα είδη δικτύων είναι εμφανές πως υπάρχει πληθώρα διαφορετικών δικτύων τόσο ως προς το μέγεθος όσο και ως προς το υλικό και το λογισμικό που χρησιμοποιούν. Η διασύνδεση των δικτύων αυτών επιτυγχάνεται με ειδικά δίκτυα τα οποία ονομάζονται διαδίκτυα. Η σύνδεση διαφορετικών και συχνά ασύμβατων δικτύων επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας μερικές μηχανές, που αποκαλούνται πύλες, και οι οποίες αναλαμβάνουν τη διασύνδεση και την απαραίτητη μετάφραση της πληροφορίας ώστε να είναι προσβάσιμη από όλες της μηχανές που βρίσκονται στα επί μέρους δίκτυα. Ένας κοινός τύπος διαδικτύου είναι ένα σύνολο από LAN διασυνδεδεμένα μέσω ενός WAN (το Internet είναι το πιο γνωστό είδος διαδικτύου).

8 1.8. Σύνοψη Κεφαλαίου Έννοιες Κλειδιά του Κεφαλαίου Δίκτυα Εκπομπής: Μια μηχανή αποστέλλει πακέτα τα οποία και λαμβάνονται απ όλες τις υπόλοιπες. Ένα πεδίο διεύθυνσης μέσα στο πακέτο καθορίζει την μηχανή προς την οποία απευθύνεται το πακέτο. Με την παραλαβή του πακέτου, κάθε μηχανή εξετάζει το πεδίο διεύθυνσης. Αν το πακέτο προορίζεται γι αυτήν, το επεξεργάζεται. Αν το πακέτο προορίζεται για κάποια άλλη μηχανή, απλώς το αγνοεί. Δίκτυα Σημείου προς Σημείο: Αποτελούνται από πολλαπλές συνδέσεις μεταξύ συγκεκριμένων διαφόρων μηχανών ανά δύο. Επειδή συνήθως όλες οι μηχανές δεν είναι άμεσα συνδεδεμένες μεταξύ τους, για να μεταφερθεί ένα πακέτο τέτοιου δικτύου από την πηγή στον προορισμό του, θα χρειασθεί πιθανώς να επισκεφθεί διάφορες ενδιάμεσες μηχανές. Τοπικά Δίκτυα: Μικρά δίκτυα τα οποία συνήθως διασύνδεουν διάφορα μηχανήματα τα οποία βρίσκονται στο ίδιο ή σε μικρή σχετικά απόσταση μεταξύ τους Μητροπολιτικά Δίκτυα: Μεγαλύτερη εκδοχή ενός LAN και χρησιμοποιεί παρόμοια τεχνολογία. Μπορεί να καλύπτει ομάδα γειτονικών γραφείων μιας επιχείρησης ή μια πόλη και μπορεί να είναι είτε ιδιωτικό είτε δημόσιο. Δίκτυα Ευρείας Περιοχής: Καλύπτει μία μεγάλη γεωγραφική περιοχή, συχνά μια χώρα ή μια ήπειρο Διαδίκτυα: Η διασύνδεση των προηγουμένων δικτύων αυτών μέσω ειδικών δικτύων Ερώτηση: Ποιο από τα παρακάτω χαρακτηριστικά δεν αποτελεί κριτήριο κατηγοριοποίησης δικτύων. Κλίμακα Τεχνολογία μετάδοσης Πλήθος τερματικών εντός του δικτύου Ερώτηση: Ποιο από τα παρακάτω δίκτυα έχει κατηγοριοποιηθεί με βάση τη τεχνολογία μετάδοσης του. Μητροπολιτικό δίκτυο Δίκτυο σημείου προς σημείο Τοπικό δίκτυο

9 Ερώτηση: Ένα από τα χαρακτηριστικά των δικτύων σημείου προς σημείο είναι πως για την διασύνδεση δύο μηχανών συνήθως υπάρχουν περισσότερες από μια επιλογές. Οι πιθανές διαδρομές μπορεί να διαφέρουν ως προς το φόρτο, την φυσική απόσταση ή των αριθμό των ενδιάμεσων μηχανών. Με ποιο τρόπο λύνουμε το πρόβλημα αυτό Στέλνοντας τα πακέτα προς όλες τις διαδρομές ώστε μία από αυτές θα είναι σίγουρα σωστή Χρησιμοποιώντας αλγόριθμους θέσης Χρησιμοποιώντας αλγόριθμους δρομολόγησης Ερώτηση: Ένας τεχνικός δικτύων αποφασίζει να στήσει ένα δίκτυο που περιλαμβάνει μεγάλο αριθμό μηχανών. Το δίκτυο αυτό θα είναι: Δίκτυο εκπομπής Δίκτυο σημείου προς σημείο Ερώτηση: Ποια από τις παρακάτω συντομογραφίες αναφέρεται σε τοπικά δίκτυα. LAN MAN WAN Ερώτηση: Τα δίκτυα. συνήθως παρέχουν τη δυνατότητα, ένα μήνυμα να απευθύνεται σε κάποιο αριθμό ή ακόμα και σ όλες τις μηχανές που απαρτίζουν το δίκτυο. Για να μπορέσει να συμβεί αυτό, συνήθως χρειάζεται να υπάρχει στο πακέτο ένα πεδίο το οποίο να υποδεικνύει ότι αυτό το πακέτο προορίζεται σε όλους τους κόμβους. Όταν μεταδίδεται λοιπόν ένα τέτοιο πακέτο, τότε το εν λόγω πακέτο παραλαμβάνεται και υφίσταται επεξεργασία από κάθε μηχανή του δικτύου. Για ποια είδη δικτύων μιλάμε στην παραπάνω πρόταση; Τοπικά Μητροπολιτικά LAN WAN Εκπομπής Ερώτηση: Η διασύνδεση των διαφορετικών δικτύων μεταξύ τους ονομάζεται... LAN WAN Διαδίκτυο

10 Ερώτηση: Πως μπορούμε να συνδέσουμε ασύμβατα δίκτυα μεταξύ τους έτσι ώστε να γίνεται η μετάφραση της πληρόφορίας και να είναι προσβάσιμη από όλες τις μηχανές; Με μηχανές Πύλες Με τους Host Με το ΜΑΝ Ερώτηση: Πως θα ονομάζατε το δίκτυο μιας τράπεζας; LAN WAN MAN