ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Ι. Σημειώσεις Θεωρίας

Transcript

1 Ινστιτούτα Επαγγελματική Κατάρτισης ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Ι Σημειώσεις Θεωρίας Επιμέλεια: Ματθές Δημήτριος Αθήνα 2017

2 Μάθημα 1: Βασικές Έννοιες στα Δίκτυα Υπολογιστών 1.1 Δίκτυο Υπολογιστών Ένα δίκτυο είναι ένα σύστημα που συνδέει μεταξύ τους τοποθεσίες, αντικείμενα ή και ανθρώπους, προκειμένου να εξυπηρετήσουν κάποιο σκοπό. Προέρχεται από τη λέξη δίχτυ, δηλαδή ένα ύφασμα ή μια κατασκευή που αποτελείται από νήματα ή καλώδια που διασταυρώνονται σε ίσα μεταξύ τους διαστήματα. Έτσι λοιπόν μπορούμε να μιλάμε για το «οδικό δίκτυο» που είναι το σύνολο των δρόμων που συνδέουν π.χ. τους οικισμούς μιας περιοχής, ή το δίκτυο ηλεκτροδότησης που μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα στα κτίρια μιας πόλης. Πολύ σημαντικά για την επικοινωνία των ανθρώπων είναι τα δίκτυα επικοινωνιών (communication networks), ο κυριότερος εκπρόσωπος των οποίων είναι το κλασσικό τηλεφωνικό δίκτυο. Ένα δίκτυο υπολογιστών (computer network) ή απλά δίκτυο (network) αποτελείται από δύο ή περισσότερες υπολογιστικές συσκευές που συνδέονται μεταξύ τους προκειμένου να μπορούν να ανταλλάσσουν πληροφορίες. Τα δίκτυα υπολογιστών διαφέρουν από τα υπόλοιπα δίκτυα επικοινωνιών διότι δεν χρησιμοποιούνται μόνο για την μετάδοση ενός μόνο είδους δεδομένων (π.χ. μόνο φωνή ή μόνο εικόνα), αλλά μπορούν να μεταδώσουν οτιδήποτε μπορεί να κωδικοποιηθεί σε ψηφιακή μορφή, δηλ. φωνή, εικόνα, κινούμενη εικόνα (video), προγράμματα, αρχεία κ.λ.π. Σχήμα 1.1: Δίκτυο Υπολογιστών 1.2 Δομικά Στοιχεία ενός Δικτύου Υπολογιστών Από τη σκοπιά του υλικού (hardware), οι συσκευές που συνδέονται σε ένα δίκτυο υπολογιστών ονομάζονται κόμβοι (nodes) του δικτύου. Σε αντιστοιχία με τα δίκτυα επικοινωνιών αυτοί μπορεί να είναι δύο ειδών: Σελίδα 2

3 Οι τερματικοί κόμβοι (terminal nodes): Παράγουν και δέχονται τις πληροφορίες που πρέπει να μεταδοθούν μέσα από το δίκτυο. (π.χ. κλασικοί υπολογιστές, έξυπνα τηλέφωνα). Οι επικοινωνιακοί κόμβοι (communication nodes): Είναι υπεύθυνοι για τη σωστή μετάδοση των πληροφοριών, που παράγουν οι τερματικοί κόμβοι, στον προορισμό τους. (π.χ. διαμορφωτές, διανομείς, δρομολογητές). Για να μπορέσουν οι πληροφορίες να ταξιδέψουν από έναν κόμβο του δικτύου σε έναν άλλο, θα πρέπει αυτοί να συνδέονται με κάποιο τρόπο. Δύο είναι οι τρόποι με τους οποίους επιτυγχάνεται αυτό: Ενσύρματη σύνδεση (wired connection): Οι κόμβοι συνδέονται μέσω καλωδίων που κατά περίπτωση μπορεί να είναι χάλκινα καλώδια, ομοαξονικό καλώδιο ή οπτικές ίνες. Ασύρματη σύνδεση (wireless connection): Αξιοποιείται η δυνατότητα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας να διαδίδεται στο κενό, οπότε δεν χρειάζεται η ύπαρξη ενός φυσικού μέσου μετάδοσης. Στις συνδέσεις αυτές περιλαμβάνονται οι επίγειες συνδέσεις μικρότερης ή μεγαλύτερης εμβέλειας, αλλά και οι δορυφορικές συνδέσεις. Για να γίνει όμως δυνατή η μετάδοση πληροφοριών δεν αρκεί μόνο η σύνδεση των κόμβων μεταξύ τους. Χρειάζεται να ακολουθούν και τους ίδιους κανόνες (πρωτόκολλα) επικοινωνίας έτσι ώστε οι πληροφορίες που αποστέλλει ένας κόμβος να μπορούν να γίνουν κατανοητές από τον παραλήπτη. Την ευθύνη γι αυτό αναλαμβάνει το Λειτουργικό Σύστημα Δικτύου (Network Operating System - NOS) που είναι το λογισμικό (software), το οποίο είναι εφοδιασμένο με τα κατάλληλα πρωτόκολλα επικοινωνίας (communication protocols) καθώς και τις εφαρμογές εκείνες οι οποίες κάνουν χρήση του δικτύου. Εξυπακούεται ότι για να μπορέσουν να συνδεθούν κόμβοι σε ένα δίκτυο και να επικοινωνήσουν θα πρέπει όλοι να χρησιμοποιούν το ίδιο Λειτουργικό Σύστημα Δικτύου. Σχήμα 1.2: Δομικά στοιχεία ενός δικτύου υπολογιστών 1.3 Πλεονεκτήματα και Μειονεκτήματα ενός Δικτύου Υπολογιστών Τα βασικότερα πλεονεκτήματα ενός Δικτύου Υπολογιστών είναι: Διαμοιρασμός των ψηφιακών πόρων του συστήματος: Μέσω των δικτυακών συνδέσεων μπορεί να δοθεί πρόσβαση σε φακέλους, αρχεία, και προγράμματα που βρίσκονται σε έναν κόμβο του δικτύου, χωρίς να χρειάζεται η μεταφορά ή η εγκατάστασή τους σε άλλους κόμβους. Με τον τρόπο αυτό γίνεται σημαντική Σελίδα 3

4 εξοικονόμηση χρόνου, ενώ ταυτόχρονα εξασφαλίζεται ότι δεν θα υπάρχουν διαφορετικές «εκδόσεις» των ίδιων δεδομένων διάσπαρτες σε διαφορετικούς κόμβους. Κοινή Χρήση περιφερειακών συσκευών: Μια συσκευή που συνδέεται είτε απευθείας σε ένα δίκτυο, είτε σε έναν υπολογιστή συνδεδεμένο σε αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί από όλους τους χρήστες του δικτύου. Με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται η καλύτερη αξιοποίηση και η αύξηση της διαθεσιμότητας της συσκευής και εξοικονομούνται χρήματα από την αγορά παρόμοιων συσκευών για κάθε υπολογιστή ξεχωριστά. Κλασικά παραδείγματα τέτοιων συσκευών είναι οι κοινόχρηστοι εκτυπωτές και τα δικτυακά αποθηκευτικά μέσα. Διαμοιρασμός μιας σύνδεσης Internet: Με τον τρόπο αυτό μπορεί να δοθεί πρόσβαση στο διαδίκτυο σε όλους τους κόμβους ενός δικτύου, μέσω της μοναδικής ενδεχομένως γραμμής επικοινωνίας με το διαδίκτυο που είναι διαθέσιμη. Εξοικονόμηση χρημάτων: Κάνοντας χρήση μόνο ενός προγράμματος, ή μιας περιφερειακής συσκευής για παράδειγμα ενός εκτυπωτή, εξοικονομούνται χρήματα. Επίσης αρκετές εταιρίες χρεώνουν μικρότερα ποσά για τις άδειες χρήσης εφαρμογών που εκτελούνται μέσω δικτύου, παρά αυτόνομα για εγκατάσταση σε κάθε θέση εργασίας. Τα βασικότερα μειονεκτήματα ενός Δικτύου Υπολογιστών είναι: Θέματα Ασφάλειας Δεδομένων: Οι υπολογιστές ενός δικτύου είναι ευάλωτοι σε προσπάθειες πρόσβασης από μη εξουσιοδοτημένα άτομα, ή ακόμα και υποκλοπής των δεδομένων τους. Ιδιαίτερα ευάλωτα είναι τα τμήματα δικτύων που χρησιμοποιούν ασύρματη μετάδοση δεδομένων, καθώς τα δεδομένα μεταδίδονται στον ελεύθερο χώρο και πρέπει να εφαρμόζονται ειδικές τεχνικές ασφαλείας για την προστασία τους. Παρουσία ιών και malwares: Ιοί, δούρειοι ίπποι και γενικά κάθε είδος επιβλαβούς λογισμικού (malware) μπορεί να μεταδοθεί ταχύτατα ανάμεσα στους κόμβους ενός δικτύου, αφού η διάδοσή του δεν απαιτεί την φυσική μεταφορά και εισαγωγή κάποιου μολυσμένου αποθηκευτικού μέσου στους υπολογιστές. Τέτοιου είδους λογισμικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για υποκλοπή δεδομένων, την πρόκληση βλαβών στους υπολογιστές, ή την υποβάθμιση της ταχύτητας και αξιοπιστίας του δικτύου. Για το λόγο αυτό η ύπαρξη ενημερωμένων προγραμμάτων προστασίας από ιούς και κακόβουλο λογισμικό αποκτά ακόμη μεγαλύτερη σημασία απ ότι σε έναν μεμονωμένο υπολογιστή. Οικονομικό Κόστος: Η εγκατάσταση ενός δικτύου προϋποθέτει μια επένδυση σε υλικό και λογισμικό, συμπεριλαμβανόμενου και του κόστους για την σχεδίαση και υλοποίηση του δικτύου. Το κόστος αυτό αυξάνεται όσο αυξάνεται το μέγεθος και η πολυπλοκότητα του δικτύου. Πέραν τούτων, σε κάθε δίκτυο (με εξαίρεση τις πολύ μικρές εγκαταστάσεις) η διαρκής συντήρηση και διαχείριση του δικτύου απαιτεί την παρουσία ενός ή μιας ομάδας ατόμων (σε μεγαλύτερες υλοποιήσεις) που θα έχουν την ευθύνη για τις εργασίες αυτές, αυξάνοντας έτσι το μισθολογικό κόστος της επιχείρησης ή του οργανισμού. Σελίδα 4

5 1.4 Πρωτόκολλα Επικοινωνίας Ένα πρωτόκολλο είναι ένα σύνολο κανόνων που ρυθμίζουν το πώς γίνονται κάποιες ενέργειες. Πολλές φορές τα πρωτόκολλα είναι άγραφα και εθιμοτυπικά ή ακόμη και προαιρετικά στην εφαρμογή τους (π.χ. ο τρόπος με τον οποίο δύο άνθρωποι χαιρετιούνται όταν συναντηθούν). Ένα παράδειγμα εφαρμογής στην ανθρώπινη επικοινωνία είναι το ακόλουθο: Έστω ότι π.χ. βρίσκεστε εκτός σπιτιού και θέλετε να μάθετε τι ώρα είναι. Οι κανόνες καλής συμπεριφοράς επιβάλλουν να χαιρετήσετε πρώτα αυτόν που σκοπεύετε να ρωτήσετε λέγοντας π.χ. «Γεια σας» ή «Καλημέρα σας» (ανάλογα με την ώρα της ημέρας). Σε περίπτωση που ο συνομιλητής σας απαντήσει ανάλογα, σας δίνει το μήνυμα ότι μπορείτε να προχωρήσετε στη συνέχεια της επικοινωνίας και να ρωτήσετε για την ώρα. Αν όμως δεν λάβετε απάντηση ή λάβετε μια αγενή απάντηση ή μια απάντηση σε άλλη γλώσσα, τότε η επικοινωνία δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί. Σχήμα 1.3: Παράδειγμα ανθρώπινης επικοινωνίας και κανόνων συμπεριφοράς Στα δίκτυα υπολογιστών γίνεται ευρεία χρήση διάφορων πρωτοκόλλων, όπως: Πρωτόκολλα δρομολόγησης (routing protocols): Καθορίζουν τη διαδρομή που θα ακολουθήσουν οι πληροφορίες από τον αποστολέα στον παραλήπτη. Πρωτόκολλα ελέγχου ροής (flow control protocol): Ρυθμίζουν την ταχύτητα με την οποία γίνεται η επικοινωνία έτσι ώστε ένας γρήγορος αποστολέας να μην κατακλύσει με πληροφορίες έναν αργό παραλήπτη. Σελίδα 5

6 Σχήμα 1.4: Παράδειγμα πρωτοκόλλου επικοινωνίας TCP Σελίδα 6

7 1.5 Ασκήσεις 1. Συμπλήρωσε τα κενά με τις λέξεις που λείπουν: 1. Ένα αποτελείται από δύο ή περισσότερες υπολογιστικές συσκευές που συνδέονται μεταξύ τους προκειμένου να μπορούν να ανταλλάσσουν πληροφορίες.. 2. Οι κόμβοι ενός δικτύου μπορεί να είναι είτε.., δηλαδή να δέχονται ή στέλνουν πληροφορίες, είτε..., δηλαδή να είναι υπεύθυνοι για τη σωστή μετάδοση των πληροφοριών. 3. Όταν σε ένα δίκτυο έχουμε σύνδεση των κόμβων μέσω καλωδίων τότε μιλάμε για.. σύνδεση ενώ όταν οι κόμβοι επικοινωνούν μέσω ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στο κενό τότε μιλάμε για... σύνδεση. 4. Το σύνολο των κανόνων που ρυθμίζουν το πώς γίνονται κάποιες ενέργειες ονομάζονται Κατατάξτε κάθε ένα από τα παρακάτω χαρακτηριστικά των δικτύων ανάλογα με το θεωρείται πλεονέκτημα ή μειονέκτημα. «Διαμοιρασμός των ψηφιακών πόρων του συστήματος» - «Οικονομικό Κόστος» - «Παρουσία ιών και malwares» - «Θέματα Ασφάλειας Δεδομένων» - «Κοινή Χρήση περιφερειακών συσκευών» - «Διαμοιρασμός μιας σύνδεσης Internet» - «Εξοικονόμηση χρημάτων» Πλεονέκτημα Μειονέκτημα Σελίδα 7