ΔΙΚΤΥΑ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Ι.1. Τμ. Μηχανικών Πληροφορικής, ΤΕΙ Πελοποννήσου. Β. Παναγιωτίδη Φυσικός Μηχανικός ΕΜΠ

Transcript

1 ΔΙΚΤΥΑ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Ι.1 Τμ. Μηχανικών Πληροφορικής, ΤΕΙ Πελοποννήσου Β. Παναγιωτίδη Φυσικός Μηχανικός ΕΜΠ

2 ΕΠΙΚΟΙΩΝΙΑΚΟ ΔΙΚΤΥΟ Ένα σύνολο κόμβων διασυνδεδεμένων με γραμμές επικοινωνίας, έτσι ώστε να επιτρέπεταιη ανταλλαγήπληροφορίας. Οι κόμβοι μπορεί να είναι: τερματικοί επικοινωνιακοί

3 KOMBOI Επικοινωνιακοί Switch Router Modem Τερματικά Προσωπικοί Υπολογιστές

4 ΤΟΠΟΛΟΓΙΕΣ ΔΙΚΤΥΩΝ Διαύλου Κλειστού βρόγχου Ring Αστέρα Δέντρου

5 ΔΙΚΤΥΑ ΚΑΤΑ. ΕΜΒΕΛΕΙΑ Προσωπικά Δίκτυα Personal Area Networks Δίκτυα μετάδοσης δεδομένων μεταξύ προσωπικών συσκευών, (Η/Υ, κινητό τηλέφωνο, tablet κοκ) Τοπικά Δίκτυα Local Area Networks LAN Εκτείνονται σε περιορισμένη περιοχή π.χ. κτίρια, ή συγκρότημα κτιρίων Ταχύτητα από Mbps Μικρή καθυστέρηση, λίγα σφάλματα Υπάρχουν σε σχολεία, πανεπιστήμια, εταιρείες, ιδρύματα Μητροπολιτικά Δίκτυα MAN Συνδέουν υπολογιστές που απέχουν μεταξύ τους μεσαίες αποστάσεις πχ. σε διαφορετικά σημεία μας πόλης ή μιας Πανεπιστημιούπολης Δίκτυα Ευρείας Περιοχής Wide Area Networks WAN Καλύπτουν εκτεταμένη γεωγραφική περιοχή π.χ. πόλη ή πόλεις Συμμετέχουν τοπικά ή άλλα δίκτυα Ευρείας Περιοχής Έτσι σχηματίζεται ένα διαδίκτυο

6 ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟ ΜΕΣΩ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ Ενσύρματη μετάδοση Καλώδια συνεστραμμένου ζεύγους Ομοαξονικά καλώδια Οπτικές ίνες Ασύρματη μετάδοση

7 ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ ΔΙΚΤΥΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ Η πληροφορία μεταφέρεται και αποθηκεύεται με τη μορφή bits Το σήμα στα δίκτυα επικοινωνίας μεταφέρεται μέσω καναλιού επικοινωνίας Αναλογικό σήμα συνεχώς μεταβαλλόμενα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που μεταφέρονται με ποικίλα μέσα πχ. καλώδιο, οπτική ίνα, διάστημα κλπ Ψηφιακό σήμα ακολουθίες ηλεκτρικών παλμών που μεταφέρονται μέσω κάποιου ενσύρματου μέσου. Κατηγορίες υπηρεσιών επικοινωνίας Σύγχρονες πχ. Βιντεοκλήσεις Ασύγχρονες πχ. επικοινωνία υπολογιστή περιφερειακών συσκευών

8 Σύγχρονη ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΚΑΙ ΑΣΥΓΧΡΟΝΗ Σταθερός ρυθμός μετάδοσης της πληροφορίας Κάθε bit φτάνει στο δέκτη με την ίδια καθυστέρηση που φεύγει απότον πομπό. Ασύγχρονη με σύνδεση Αξιόπιστη σύνδεση Τα πακέτα μεταφέρονται με τη σειρά που στάλθηκαν Ασύγχρονη χωρίς σύνδεση Μεταφορά με τυχαία σειρά Απώλειες- λάθη κατά τη μεταφορά

9 ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΦΑΣΜΑ

10 ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Καθοδηγούμενα και μη καθοδηγούμενα μέσα μετάδοσης Μια μετάδοση μπορεί να είναι: Μονόδρομη (Simplex) π.χ. τηλεόραση Ημιαμφίδρομη (Half Duplex) π.χ. ασύρματος Αμφίδρομη (Full Duplex) π.χ. τηλέφωνο Δεδομένα είναι οντότητες που μεταφέρουν πληροφορία Σήματα είναι ηλεκτρικές ή ηλεκτρομαγνητικές αναπαραστάσεις των δεδομένων

11 ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Κάθε σήμα είναι συνάρτηση του χρόνου t και της συχνότητας f και μπορεί να αναπαρασταθεί στο πεδίο του χρόνου (time domain) και στο πεδίο συχνότητας (frequency domain) Ένα σήμα μπορεί να είναι στο χρόνο: Συνεχές ή Διακριτό Περιοδικό ή Μη περιοδικό Για περιοδικό σήμα s(t + T) = s(t) < t < + Πεδίο της Συχνότητας Πεδίο του χρόνου

12 ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Φάσμα ενός σήματος είναι το εύρος συχνοτήτων που περιέχει. (από 1f έως 3f στο σχήμα) Απόλυτο Εύρος Ζώνης είναι το εύρος του φάσματος 3f- 1f=2f στο σχήμα (Ενεργό) Εύρος Ζώνης είναι το στενό εύρος ζώνης που περιέχει την περισσότερη ενέργεια του σήματος Για κάθε σήμα υπάρχει μια συνάρτηση στο πεδίο του χρόνου που ορίζει το πλάτος (ένταση) του σήματος κάθε χρονική στιγμή. Ομοίως υπάρχει και μία συνάρτηση στο πεδίο της συχνότητας η οποία ορίζει το μέγιστο πλάτος των συχνοτήτων που συνιστούν το σήμα.

13 ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Το ημιτονικό σήμα είναι ένα βασικό σήμα στις επικοινωνίες. Κάθε σήμα αποτελείται από την επαλληλία ημιτονικών σημάτων διαφόρων συχνοτήτων. Οι συχνότητες των συνιστωσών αυτών είναι ακέραια πολλαπλάσια της κύριας συχνότητας f c. Η περίοδος του σήματος είναι αυτή της κύριας συχνότητας Τα χαρακτηριστικά του ημιτονικού σήματοςείναι: Μέγιστο Πλάτος (A) : η μέγιστη ένταση του σήματος σε volts (V) Συχνότητα (f) : ο ρυθμός μεταβολής του σήματος σε Hertz (Hz) Περίοδος (T) είναι ο χρόνος που απαιτείται για μια επανάληψη του σήματος T = 1/f Φάση (φ) είναι η σχετική θέση του σήματος στο χρόνο Δείκτης θέσης όχι ενέργειας S(t) = A sin(2πf + φ) Μήκος κύματος (λ) είναι η απόσταση που διανύει το σήμα σε έναν κύκλο λ= v*t λ *f = v v η ταχύτητα διάδοσης του σήματος

14 ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Ρυθμός μετάδοσης (bit rate) στα ψηφιακά σήματα μετριέται σε bps (bit per second) και εκφράζει την ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων μέσα από το επικοινωνιακό κανάλι. Σειριακή μετάδοση : ένα φυσικό μέσο μετάδοσης (καλώδιο), και τα bit των δεδομένων αποστέλλονται το ένα κατόπιν του άλλου, ένα κάθε φορά Ρυθμός σειριακής μετάδοσης: S = 1 T log (M S ο ρυθμός μετάδοσης Τ διάρκεια ενός bit Μ τα επίπεδα του ψηφιακού σήματος Παράλληλη μετάδοση : πάνω από ένα φυσικά μέσα μετάδοσης (καλώδια) που το καθένα μεταφέρει ένα bit δεδομένων. Όλα τα bit αποστέλλονται ταυτόχρονα. Ρυθμός παράλληλης μετάδοσης: S = K Κ ο αριθμός των καναλιών μετάδοσης T log (M Ρυθμός μετάδοσης συμβόλων (baud rate) στα ψηφιακά σήματα μετριέται σε baud. Ισχύει baud rate bit rate

15 ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Ρυθμός μετάδοσης πληροφορίας (Information Transfer Rate) στα ψηφιακά σήματα μετριέται σε bps και αναφέρεται στο ρυθμό μετάδοσης καθαρής πληροφορίας Χωρητικότητα Καναλιού C είναι ο μέγιστος ρυθμός μετάδοσης που μπορεί να επιτευχθείσε ένα κανάλι μετάδοσης. Τύπος Nyquist για κανάλια χωρίς θόρυβο: C=2 B log2m O Nyquist έδειξε ότι όταν έχουμε ένα κανάλι με θόρυβο και εύρος ζώνης B, είναι δυνατόν να μεταδοθούν δεδομένα με ρυθμό 2B. Αν το μεταδιδόμενο σήμα είναι δυαδικό (δύο επίπεδα τάσης), ο μέγιστος ρυθμός μετάδοσης μέσα από κανάλι (χωρίς θόρυβο) με εύρος ζώνης B είναι 2B bps. Π.χ. Στο τηλεφωνικό κανάλι με εύρος B=3400hz έχουμε μέγιστο ρυθμό μετάδοσης 2B=6800bps.

16 ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Τύπος Shannon- Hartley για κανάλια με θόρυβο: C=B log2(1+snr) B το εύρος ζώνης του καναλιού SNR ο λόγος ισχύος σήματος προς ισχύ θορύβου O σηματοθορυβικός λόγος εκφράζεταικαι σε decibel (SNR)dB = 10 log 10 (SNR) Για δεδομένο B, αν αυξήσω το SNR μπορώ να αυξήσω τη χωρητικότητα του καναλιού Ο τύπος Shannon- Hartleyλαβαίνει υπόψη μόνο λευκό θόρυβο Δεν αυξάνεται η ισχύς σήματος πάνω από ένα όριο λόγω μη γραμμικότητας του καναλιού και αύξησης της παραμόρφωσης Αύξηση του Β μειώνει το SNR καθώς εισάγει πρόσθετο θόρυβο

17 ΠΛΟΒΛΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Εξασθένιση (Attenuation) Η μείωση ισχύος του σήματος με την απόσταση Παραμόρφωση καθυστέρησης Υπάρχει μόνο στα καθοδηγούμενα μέσα. Η ταχύτητα διάδοσης ποικίλει με τη συχνότητα. Είναι ιδιαίτερα σημαντική για τα ψηφιακά σήματα και περιορίζει το ρυθμό μετάδοσης. Αντιμετωπίζεται με ισοστάθμιση Θόρυβος Ανεπιθύμητα σήματα που εισέρχονται στο μέσο μετάδοσης από διάφορες αιτίες

18 ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - ΕΞΑΣΘΕΝΙΣΗ Η ισχύς του σήματος μειώνεται με την απόσταση Εξαρτάται από το μέσο μετάδοσης Είναι αύξουσα συνάρτηση της συχνότητας, προκαλώντας παραμόρφωση εξασθένισης, σημαντική στα αναλογικά σήματα Αντιμετωπίζεται με χρήση ενισχυτών, αναμεταδοτών, ισοστάθμισης και ενισχυτών που ενισχύουν περισσότερο τις υψηλές συχνότητες

19 ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - ΘΟΡΥΒΟΣ Θερμικός ή Λευκός θόρυβος (Thermal/White Noise) και οφείλεται στη θερμική κίνηση των ηλεκτρονίων, είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας και απλώνεται σε όλες τις συχνότητες Δεν αντιμετωπίζεται Πυκνότητα ισχύος θερμικού θορύβου N o = kt (W/Hz) όπου k η σταθερά Boltzmann (1,3803 x J/oK) και Τ η θερμοκρασία σε βαθμούς Kelvin Ο βαθμός επίδρασης του θορύβου στα συστήματα επικοινωνίας προσδιορίζεται από το λόγο των ισχύων του ωφέλιμου σήματος και του θορύβου στην είσοδο του δέκτη και καλείται λόγος σήματος θορύβου ή σηματοθορυβικός λόγος

20 ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - ΘΟΡΥΒΟΣ Θόρυβος ενδοδιαμόρφωσης (Intermodulation Noise) Εμφανίζεται όταν σήματα διαφορετικών συχνοτήτων μοιράζονται το ίδιο μέσο μετάδοσης Ο θόρυβος έχει συχνότητα το άθροισμα ή τη διαφορά των συχνοτήτων Οφείλεται στη μη γραμμικότητα των μέσων Θόρυβος συνακρόασης (Crosstalk Noise) Είναι μια ανεπιθύμητη επαγωγή μεταξύ γειτονικών καναλιών Κρουστικός Θόρυβος (Impulse Noise) Απρόβλεπτος, μη συνεχής, αποτελούμενος από αιχμές ή παλμούς μικρής διάρκειας αλλά μεγάλης έντασης Οφείλεται σε αστραπές, κεραυνούς, ελαττώματα των συσκευών κ.α. Μικρή επίδραση στα αναλογικά σήματα Μεγάλη επίδραση στα ψηφιακά σήματα

21 ΕΦΑΡΜΟΓΗ Σε κανάλι μετάδοσης φωνής χωρίς θόρυβο εύρους B=3.100 Hz χρησιμοποιείται modem για μετάδοση ψηφιακών δεδομένων. Να υπολογιστεί η χωρητικότητα του καναλιού για Μ=2 και Μ=8 Σύμφωνα με τον τύπο Nyquist η χωρητικότητα καναλιού C για κανάλια χωρίς θόρυβο προκύπτει, C=2*B*log 2 M C 1 =2*B*log 2 M 1 =2*3100*1=6200bps C 2 =2*B*log 2 M 2 =2*3100*3=18600bps Έστω ότιέχουμε τυπική τηλεφωνική σύνδεση με εύρος ζώνης B=3 KHz και SNR=1.000: Υπολογίστε την χωρητικότητα του καναλιού Σύμφωνα με τον τύπο Shannon Hartley η χωρητικότητα C για κανάλια με θόρυβο υπολογίζεται ως C=B*log 2 (1+SNR)= 3000*log 2 (1+1000)=3000*9.97=29.9Kbps Ποια είναι η χωρητικότητα του καναλιού αν (SNR)dB=40db; Για SNR(dB)= 40dB και την σχέση SNR(dB)=10log 10 (SNR) SNR = 10 4 και αντικαθιστώντας στον τύπο Shannon Hartley C=3000*log 2 ( )=39,86Kbps

22 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ Η πληροφορία μεταφέρεται από διαδοχικούς κόμβους του δικτύου για να φτάσει από τον πομπό στο δέκτη Μεταγωγή Κυκλώματος (Circuit Switching) Μεταγωγή Νοητού Κυκλώματος (Virtual Circuit Switching). Μεταγωγή Πακέτου (Packet Switching)

23 ΜΕΤΑΓΩΓΗ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ (CIRCUIT SWITCHING) Αποκαθίσταται μια αποκλειστική φυσική σύνδεση μεταξύ δυο κόμβων, που διατηρείται σε όλη τη διάρκεια της επικοινωνίας και πραγματοποιείται σε 3 φάσεις: Αποκατάσταση κυκλώματος Μεταφορά Πληροφορίας Τερματισμός Κυκλώματος (πχ. Τηλεφωνικό Δίκτυο)

24 ΜΕΤΑΓΩΓΗ ΠΑΚΕΤΟΥ - PACKET SWITCHING Αυτοδύναμο πακέτο (datagram): το κάθε πακέτο ακολουθεί το δικό του δρόμο στο δίκτυο (ανάλογα μεσυνθήκες) και φτάνουν στον κόμβο προορισμό τους ξεχωριστά (με διαφορετική σειρά από ότι ξεκίνησαν). Γίνεται τεμαχισμός της πληροφορίας σε πακέτα και κάθε πακέτο περιλαμβάνει: Τμήμα της προς μετάδοση πληροφορίας, μίαδιεύθυνση προορισμού, έναν αριθμό σειράς. Κάθε κόμβος, αφού λάβει ολόκληρο το πακέτο, το προωθεί στον επόμενο Κάθε πακέτο μπορεί να ακολουθεί τον ίδιο ή διαφορετικό δρόμο

25 ΜΕΤΑΓΩΓΗ ΝΟΗΤΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ VIRTUAL CIRCUIT SWITCHING Η επικοινωνία μεταξύ δύο μερών ξεκινά αφού βρεθεί και προκρατηθεί μονοπάτι από τον αποστολέα προς τον παραλήπτη. Αυτή την διαδρομή ακολουθούν όλα τα πακέτα. Τα πακέτα έρχονται ταξινομημένα σε σειρά που αποστάλθηκαν.

26 ΚΑΘΥΣΤΕΡΗΣΗ ΜΕΤΑΓΩΓΗΣ ΠΑΚΕΤΩΝ d nodal = d proc + d queue + d trans + d prop Καθυστέρηση Επεξεργασίας Processing Delay, d proc Ο χρόνος που απαιτείται σε κάθε σταθμό και κόμβο του δικτύου για την ανάγνωση των πληροφοριών, την εκτέλεση των πρωτοκόλλων και την προετοιμασία των νέων πεδίων για την απόκριση Καθυστέρηση ή Χρόνος Αναμονής Queuing Delay, d queue Ο χρόνος που το πακέτο περιμένει την σειρά του για μετάδοση προς τον επόμενο σταθμόζεύξης στην διαδρομή προς τον προορισμό του.

27 ΚΑΘΥΣΤΕΡΗΣΗ ΜΕΤΑΓΩΓΗΣ ΠΑΚΕΤΩΝ Καθυστέρηση Μετάδοσης Transmission Delay, d trans Ο χρόνος που απαιτείται για να σταλούν L bits μέσα από μία ζεύξη χωρητικότητας R. d :;<=> = L R Καθυστέρηση Διάδοσης Propagation Delay Ο χρόνος που απαιτείται για να διανύσει το σήμα απόσταση d. d συμβολίζει την απόσταση της ζεύξης d A;BC = d s s συμβολίζει την ταχύτητα διάδοσης του σήματος μέσα στο μέσο (~ 2x10 H m/s)

28 ΕΦΑΡΜΟΓΗ Θεωρούμε πως έχουμε μία ζεύξημετάδοσηςμήκους d=10km δύο τερματικών Α και Β των 1,2 Μbps. Το μήκος του πακέτου προς μετάδοση είναι 1,2kb. Η ταχύτητα διάδοσης του σήματος είναι s=2x10 8 m/s. Να υπολογιστούν : 1. Η καθυστέρηση διάδοσης από το Α στο Β. 2. Η καθυστέρηση μετάδοσης του πακέτου στοα 3. Αν το μήκος της ζεύξης τριπλασιαστεί d =3d, πως μεταβάλλεται η καθυστέρηση διάδοσης από το Α στο Β; 1. d B;CB = L = MNNNN = > (OMN P 5x10RS s=0,05ms 2. d T;<=> = U = M(NN = V M(OMN X 1x10RY s=1ms 3. d[ B;CB = L[ = YL = YNNNN = > > (OMN P 1,5x10R] s

29 ΕΦΑΡΜΟΓΗ Για την αποστολή πακέτου μεγέθους L=24000bits μέσω μιας διαδρομής Ν=12 ζεύξεων με ταχύτητα μετάδοσης R=10Μbps μεταξύ κάθε ζεύξης πόσος χρόνος απαιτείται για να φτάσει το πακέτο στον προορισμό του σε δίκτυο μεταγωγής νοητού κυκλώματος με χρόνο εγκατάστασης νοητού κυκλώματος t s =2ms και συνολικό μέγεθος κεφαλίδας ενός πακέτου h=36bits; Θεωρούμε πως η καθυστέρηση στις ουρές αναμονής όσο και η καθυστέρηση μετάδοσης είναι αμελητέες. Ο χρόνος μετάδοσης ενός πακέτου στην ζεύξη είναι (L + h) t T;<=> = = R 10 d = 2,436ms O χρόνος για να φτάσει το πακέτο στον προορισμό του από Ν ζεύξεις είναι Ν t T;<=> = Ν L + h = 12 2,436 = 29,232ms R Ο συνολικός χρόνος μετάδοσης μέσω των 12 ζεύξεων είναι t > + Ν t T;<=> = ,232 = 31,232μσ

30 ΕΦΑΡΜΟΓΗ Έστω ότι το προηγούμενο δίκτυο είναι μεταγωγής κυκλώματος. Θεωρούμε τότε ότι ο ρυθμός μετάδοσης του κυκλώματος μεταξύ της πηγής και του προορισμού είναι R=10Μbps, ο χρόνος εγκατάστασης του κυκλώματος είναι t s =2msecκαι η κεφαλίδα κάθε πακέτου έχει μέγεθος h=12bits. Πόσος χρόνος απαιτείται για να φτάσει το πακέτο στον προορισμό του; Ο ζητούμενος χρόνος είναι t T;<=> = t > + L + h = 0, = ,012 = 26,012ms R 10x10j Έστω ότι το δίκτυο παρέχει ασυνδεσμική υπηρεσία (connectionless, t s =0 )και κάθε πακέτο έχει κεφαλίδα 2h bits. Πόσος χρόνος απαιτείται για να φτάσει το πακέτο στον προορισμό του; Ν L + h R = x10 j = 28ms

31 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ Ένα σύνολο κανόνων που χρησιμοποιείται για την επικοινωνία δυο σταθμών σε ένα δίκτυο Πρωτόκολλο α Ελέγχου Μετάδοσης και πρωτόκολλο του Internet TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) Πρωτόκολλο Μεταφοράς Υπερκειμένου HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) Πρωτόκολλομεταφοράς αρχείων Torrent Σκοπός του πρωτοκόλλου είναι να δίνεται η δυνατότητα επικοινωνίας μεταξύ συσκευών διαφορετικού τύπου και κατασκευαστών μεταξύ τους.

32 Στρωματοποιημένες Αρχιτεκτονικές Δικτύων Για την υλοποίηση του δικτύου χρησιμοποιούνται ανεξάρτητα δομικά στοιχεία, τα layers ή levels. Κάθε layer υλοποιείται με διάφορα πρωτόκολλα Κάθε layer δέχεται τις υπηρεσίες του κατωτέρου του και προσφέρει τις υπηρεσίες του στο ανώτερο Δεδομένα ανώτερου επιπέδου + δεδομένα ελέγχου του layer = PDU (Protocol Data Unit) Διαχωρισμός προβλήματος επικοινωνίας σε μικρότερα και πιο εύκολα διαχειρίσιμα προβλήματα Εύκολη προσθήκη, διόρθωση ή βελτίωση υπηρεσιών Παράδειγμα στρωματοποιημένων αρχιτεκτονικών: OSI και TCP/IP

33 ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ OSI

34 ΤΑ ΕΠΙΠΕΔΑ ΤΟΥ OSI

35 ΤΑ ΕΠΙΠΕΔΑ ΤΟΥ OSI

36 TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) Το TCP και το IP είναι δύο χωριστά πρωτόκολλα (χρησιμοποιούνται όμως πάρα πολύ συχνά σε συνδυασμό, καθώς το ένα χρειάζεται για να μεταφέρει τα δεδομένα που δημιουργεί το άλλο).

37 ΤΑ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ TCP/IP

38

39 Πόσα και ποια επίπεδα χρησιμοποιούν οι εφαρμογές οι οποίες βασίζονται στα πρωτόκολλα TCP/IP; Οι εφαρμογές που βασίζονται στα πρωτόκολλα TCP/IP χρησιμοποιούν τέσσερα επίπεδα: Πρωτόκολλο Εφαρμογής (όπως το ηλεκτρονικό ταχυδρομείο). Πρωτόκολλο Μεταφοράς (όπως το TCP που παρέχει υπηρεσίες στα διάφορα πρωτόκολλα εφαρμογών). Πρωτόκολλο Επιπέδου Δικτύου ( όπως το IP, που παρέχει τις βασικές υπηρεσίες για τη μεταφορά των πακέτων στον προορισμό τους). Πρωτόκολλα, που είναι απαραίτητα για τη διαχείριση του φυσικού μέσου (όπως π.χ. το Ethernet). Η τεχνολογία TCP/IP βασίζεται σε μοντέλο που θεωρεί ότι οι υπολογιστές συνδέονται μεταξύ τους διαμέσου ενός μεγάλου αριθμού δικτύων. Με λίγα λόγια, τα δεδομένα από τον υπολογιστή πηγής θα περάσουν από ένα αριθμό ενδιάμεσων μηχανημάτων μέχρι να φτάσουν στον υπολογιστή προορισμού. Τα δίκτυα αυτά συνδέονται μεταξύ τους με τη βοήθεια ειδικών μηχανημάτων που ονομάζονται δρομολογητές.

40 Με ποιο τρόπο μεταφέρεται η πληροφορία μεταξύ των συστημάτων που χρησιμοποιούν τα πρωτόκολλα TCP/IP; Τα πρωτόκολλα TCP/IP έχουν δημιουργηθεί με βάση την τεχνολογία χωρίς σύνδεση. Τα πακέτα μεταδίδονται στο δίκτυο ανεξάρτητα από τα υπόλοιπα και ακολουθεί το δικό του μονοπάτι μέχρι να φθάσει στον προορισμό του. Ποιο στοιχείο πρέπει να γνωρίζει ένας χρήστης προκειμένου να έχει πρόσβαση σε έναν άλλο υπολογιστή του Διαδικτύου; Η αποστολή των πακέτων πρέπει να γίνεται με τέτοιο τρόπο ώστε ο χρήστης να μην αντιλαμβάνεται την διαδικασία (πρέπει να είναι διάφανη). Έτσι ο χρήστης δεν χρειάζεται να γνωρίζει από ποια ενδιάμεσα μηχανήματα και δρομολογητές θα περάσουν τα πακέτα για να φτάσουν στον προορισμό τους. Το μόνο που χρειάζεται να γνωρίζει πρακτικά, είναι η διεύθυνση IP του παραλήπτη.

41 Παράδειγμα αποστολής ενός μεγάλου μηνύματος με το πρωτόκολλο TCP Έστω ότι πρόκειται να μεταδοθεί ένα αρχείο μεγέθους byte. Τα πιο πολλά δίκτυα δεν είναι σε θέσηνα υποστηρίξουν πακέτα τέτοιουμεγέθους. Έτσι: Τα πρωτόκολλα διασπούν το αρχείο σε μικρότερα πακέτα, π.χ. σε 30 πακέτα των 500 byte. Κάθε πακέτο αποστέλλεται στον προορισμό του ανεξάρτητα από τα υπόλοιπα και ακολουθεί το δικό του μονοπάτι. Κατά τη μεταφορά, το δίκτυο δε γνωρίζει αν υπάρχει κάποια σχέση μεταξύ των πακέτων. Άρα το πακέτο με αριθμό 10 μπορεί να φθάσει στον προορισμό πριν από το πακέτο με αριθμό 16. Κάποια πακέτα λόγω προβλημάτων δεν θα φθάσουν στον προορισμό τους, ή θα φθάσουν αλλοιωμένα. Τα προβλήματα πρέπει να λυθούν πριν δημιουργηθεί ξανά το αρχείο στον προορισμό: Τα πακέτα που χάθηκαν πρέπει να σταλούν ξανά. Στον προορισμό πρέπει να μπουν ξανά στη σωστή σειρά. Όλες αυτές οι ενέργειες αποτελούν διεργασίες του πρωτοκόλλου TCP. Τίποτα από αυτά δεν γίνεται αντιληπτόαπότον τελικόχρήστη.

42 Παράδειγμα αποστολής μεταξύ δύο υπολογιστών Τα δεδομένα κατεβαίνουν τα πρωτόκολλα του υπολογιστή αποστολής και καθώς φθάνουν στο επίπεδο Πρόσβασης Δικτύου, σχηματίζουν το προς μετάδοση πακέτο. Από το επίπεδο Πρόσβασης Δικτύου, το πακέτο μεταβιβάζεται στοτοπικό δίκτυο. Το τοπικό δίκτυο δρομολογεί το πακέτο στο δρομολογητή [συσκευή που διασυνδέει δύο διαφορετικά δίκτυα μεταξύ τους].

43 Παράδειγμα αποστολής μεταξύ δύο υπολογιστών Το πακέτο μεταφέρεται από δρομολογητή σε δρομολογητή μέσω του επικοινωνιακού υποδικτύου στο Διαδίκτυο, μέχρι να φθάσει στον δίκτυο προορισμού. Ο κάθε δρομολογητής αναλύει την επικεφαλίδα του πακέτου, για να καθορίσει αν το πακέτο απευθύνεται στο δικό του τοπικό δίκτυο. Εφόσονδεν απευθύνεται, το προωθεί. Όταν το πακέτο φθάσει στον δρομολογητή του δικτύου προορισμού, ο δρομολογητής αναγνωρίζει ότι το πακέτο προορίζεται για το δικό του τοπικό δίκτυο και το οδηγείσε αυτό. Το τοπικό δίκτυο, προωθεί το πακέτο στον υπολογιστή προορισμού. Στον υπολογιστή προορισμού, το πακέτο περνά τα επίπεδα προς τα πάνω μέχρινα φθάσειστο επίπεδο εφαρμογής. Το κατάλληλο πρωτόκολλο του επιπέδου εφαρμογής παραδίδει το πακέτο στηνεφαρμογή για την οποία προορίζεται.

44 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ / ΠΗΓΕΣ ANDREW S. TANEMBAUM, ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ, ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΠΑΠΑΣΩΤΗΡΙΟΥ JEAN WALRAND, ΔΙΚΤΥΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ, 1997 ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΠΑΠΑΣΩΤΗΡΙΟΥ BRUCE A. HALLBERG, ΔΙΚΤΥΑ, ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΓΚΙΟΥΡΔΑΣ, 2010 ΠΕΤΑΛΑ ΧΡΙΣΤΙΝΑ, ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΜΑΘΗΜΑΤΩΝ, ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ, ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΜΑΘΗΜΑΤΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ ΙΙ, ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ, ΔΙΚΤΥΑ ΕΠΑΛ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ, ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Ι, ΤΕΙ ΣΕΡΡΩΝ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ, ΔΙΚΤΥΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ, ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ