Εισαγωγή στην πληροφορική Ενότητα 4: Δικτύωση και Διαδίκτυο I Πασχαλίδης Δημοσθένης Τμήμα Ιερατικών Σπουδών
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο TEI Δυτικής Μακεδονίας και στην Ανώτατη Εκκλησιαστική Ακαδημία Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3
Σκοποί ενότητας Σκοπός αυτής της ενότητας είναι ο φοιτητής: Να εισαχθεί στην έννοια της δικτύωσης υπολογιστών, δηλαδή να μελετήσει τους τρόπους με τους οποίους μπορούν να συνδέονται μεταξύ τους οι υπολογιστές ώστε να μοιράζονται πληροφορίες και πόρους. Να κατανοήσει την κατασκευή και τη λειτουργία των δικτύων, τις εφαρμογές των δικτύων και τα ζητήματα ασφάλειας. Να κατανοήσει τον τρόπο λειτουργίας του Παγκόσμιου Ιστού (Διαδίκτυο) καθώς και τον τρόπο δημιουργίας αρχείων υπερκειμένου. 4
Περιεχόμενα ενότητας Ορισμός δικτύου. Κατηγορίες δικτύων. Τοπολογίες. Διασύνδεση κόμβων και δικτύων. Συσκευές δικτύωσης. Διαδιεργασιακή επικοινωνία. Πρωτόκολλα δικτύων Ethernet. Διαδίκτυο. Διευθυνσιοδότηση. Υπηρεσίες. Υλοποίηση ιστού. Γλώσσα HTML. 5
Τι είναι Δίκτυο; Ένα δίκτυο υπολογιστών (computer network) είναι ένας συνδυασμός υπολογιστικών συστημάτων (μηχανών, κόμβων), τα οποία συνδέονται μεταξύ τους μέσω κάποιου μέσου μετάδοσης (ενσύρματο ή ασύρματο). 6
Κατηγορίες Δικτύων (1/4) Ως προς τη γεωγραφική κάλυψη. Σχήμα: Κατηγορίες Δικτύων. Πηγή: Διδάσκων (2015). 7
Κατηγορίες Δικτύων (2/4) Ως προς την εκμετάλλευση. Σχήμα: Κατηγορίες Δικτύων. Πηγή: Διδάσκων (2015). 8
Κατηγορίες Δικτύων (3/4) Ως προς την τοπολογία (τρόπος διασύνδεση κόμβων). Σχήμα: Δίαυλος. Πηγή: Διδάσκων (2015). Σχήμα: Δακτύλιος. Πηγή: Διδάσκων (2015). 9
Κατηγορίες Δικτύων (4/4) Ως προς την τοπολογία (τρόπος διασύνδεση κόμβων). Σχήμα: Αστέρας. Πηγή: Διδάσκων (2015). Σχήμα: Άτακτη τοπολογία. Πηγή: Διδάσκων (2015). 10
Η τοπολογία διαύλου Η τοπολογία διαύλου έγινε δημοφιλής τη δεκαετία του 1990, όταν υλοποιήθηκε με βάση ένα σύνολο προτύπων γνωστό ως Ethernet. Το δίκτυο Ethernet παραμένει σήμερα ένα από τα δημοφιλέστερα συστήματα δικτύωσης σε λειτουργία. 11
Η τοπολογία αστέρα Έχει τις ρίζες πίσω στη δεκαετία του 1970. Αποτελεί εξέλιξη του μοντέλου όπου ένας μεγάλος κεντρικός υπολογιστής εξυπηρετεί πολλούς χρήστες. 12
Δίαυλος ή αστέρας; (1/2) Η διαφορά ενός διαύλου και ενός αστέρα δεν είναι πάντα προφανής. Οι Η/Υ επικοινωνούν απευθείας ο ένας με τον άλλο ή έμμεσα με τη βοήθεια μιας ενδιάμεσης κεντρικής μηχανής; Ένα δίκτυο διαύλου δεν είναι απαραίτητο να έχει την εμφάνιση ενός επιμήκους διαύλου στον οποίο συνδέονται υπολογιστές με μικρούς συνδέσμους. Μπορεί να διαθέτει έναν πολύ μικρό δίαυλο με μεγάλα καλώδια προς κάθε Η/Υ, ώστε το δίκτυο να μοιάζει περισσότερο με αστέρα. 13
Δίαυλος ή αστέρας; (2/2) Μερικές φορές ένα δίκτυο διαύλου δημιουργείται με τη χρήση συνδέσμων από κάθε υπολογιστή προς μια κεντρική θέση, όπου κάθε σύνδεσμος συνδέεται σε μια συσκευή που ονομάζεται διανομέας (hub). Ο διανομέας έχει το ρόλο ενός πολύ μικρού διαύλου. Αναμεταδίδει οποιοδήποτε σήμα λαμβάνει (ίσως με ενίσχυση) σε όλες τις μηχανές που συνδέονται μαζί του. Το αποτέλεσμα είναι ένα δίκτυο που μοιάζει με δίκτυο αστέρα αλλά λειτουργεί ως δίκτυο διαύλου. 14
Συνδυασμός δικτύων Μερικές φορές είναι απαραίτητο να συνδέσουμε υπάρχοντα δίκτυα μεταξύ τους έτσι ώστε να αποτελούν μια μεγαλύτερη έκδοση του ίδιου "τύπου" δικτύου. Στην περίπτωση δικτύων διαύλου που βασίζονται σε πρωτόκολλα Ethernet μπορούμε να συνδέσουμε τους διαύλους ώστε να αποτελούν έναν μοναδικό μεγάλο δίαυλο. Αυτό γίνεται με τη βοήθεια συσκευών γνωστών ως επαναλήπτες, γέφυρες και μεταγωγείς. Η απλούστερη από αυτές τις συσκευές είναι ο επαναλήπτης (repeater), ο οποίος απλώς μεταβιβάζει τα σήματα μεταξύ των δύο αρχικών διαύλων (συνήθως με κάποια μορφή ενίσχυσης) χωρίς να ασχολείται με τη σημασία τους. 15
Διασύνδεση Κόμβων / Δικτύων Σχήμα: Διασύνδεση Κόμβων / Δικτύων. Πηγή: BROOKSHEAR (2008). 16
Η Γέφυρα Μια γέφυρα (bridge) είναι παρόμοια με έναν επαναλήπτη, αλλά πιο περίπλοκη. Συνδέει δύο διαύλους, αλλά δεν μεταβιβάζει απαραιτήτως όλα τα μηνύματα διαμέσου της σύνδεσης. Αντίθετα, εξετάζει τη διεύθυνση προορισμού που συνοδεύει κάθε μήνυμα και προωθεί το μήνυμα μέσω της σύνδεσης μόνο αν προορίζεται για έναν υπολογιστή ο οποίος βρίσκεται στην άλλη πλευρά. Δύο Η/Υ που βρίσκονται στην ίδια πλευρά μιας γέφυρας μπορούν να ανταλλάσσουν μηνύματα χωρίς να επηρεάζουν ή να επηρεάζονται από επικοινωνία που συμβαίνει στην άλλη πλευρά. Μια γέφυρα δημιουργεί συστήματα πιο αποδοτικά από αυτά που δημιουργεί ένας επαναλήπτης. 17
Ο μεταγωγέας (1/2) Ένας μεταγωγέας (switch) είναι μια γέφυρα με πολλαπλές συνδέσεις που του επιτρέπουν να συνδέει περισσότερους από δύο διαύλους. Ένας μεταγωγέας δημιουργεί δίκτυα αποτελούμενα από πολλούς διαύλους, οι οποίοι εκτείνονται από το μεταγωγέα όπως οι ακτίνες ενός τροχού. 18
Γέφυρα ή Μεταγωγέας; Εικόνα: Γέφυρα ή Μεταγωγέας; Πηγή: BROOKSHEAR (2009). 19
Ο μεταγωγέας (2/2) Ένας μεταγωγέας (switch) είναι μια γέφυρα με πολλαπλές συνδέσεις που του επιτρέπουν να συνδέει περισσότερους από δύο διαύλους. Ένας μεταγωγέας δημιουργεί δίκτυα αποτελούμενα από πολλούς διαύλους, οι οποίοι εκτείνονται από το μεταγωγέα όπως οι ακτίνες ενός τροχού. 20
Δρομολογητές (1/3) Εικόνα: Δρομολογητές. Πηγή: BROOKSHEAR (2009). 21
Δρομολογητές (2/3) Μερικές φορές τα δίκτυα που πρέπει να συνδεθούν έχουν ασύμβατα χαρακτηριστικά. Ένα δίκτυου WiFi δεν είναι άμεσα συμβατά με ένα δίκτυο Ethernet. Αυτά τα δίκτυα πρέπει να συνδεθούν έτσι ώστε να σχηματίσουν ένα δίκτυο από άλλα δίκτυα, δηλαδή ένα διαδίκτυο (internet), μέσα στο οποίο τα αρχικά δίκτυα διατηρούν την ατομικότητα τους και συνεχίζουν να λειτουργούν αυτόνομα. Ο γενικός όρος διαδίκτυο/internet διαφέρει από τον όρο Διαδίκτυο/Internet. Το Διαδίκτυο, με κεφαλαίο Δ, αναφέρεται σε ένα συγκεκριμένο παγκόσμιο δίκτυο. Υπάρχουν πολλά άλλα παραδείγματα διαδικτύων. 22
Δρομολογητές (3/3) Η σύνδεση μεταξύ δικτύων για το σχηματισμό ενός διαδικτύου (routers) και αποτελούν ειδικούς υπολογιστές που χρησιμοποιούνται για την προώθηση των μηνυμάτων. Tο έργο ενός δρομολογητή διαφέρει από αυτό των επαναληπτών, των γεφυρών και των μεταγωγέων. Οι δρομολογητές επιτρέπουν σε κάθε δίκτυο να διατηρήσει τα μοναδικά εσωτερικά χαρακτηριστικά του. 23
Πύλη (gateway) Το "σημείο" στο οποίο ένα δίκτυο συνδέεται με ένα διαδίκτυο Χρησιμεύει ως δίοδος μεταξύ του δικτύου και του έξω κόσμου. Σε πολλές περιπτώσεις, η πύλη ενός δικτύου είναι απλώς ο δρομολογητής μέσω του οποίου το δίκτυο αυτό επικοινωνεί με το υπόλοιπο διαδίκτυο. Σε άλλες περιπτώσεις, ο όρος πύλη μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αναφορά σε κάτι περισσότερο από ένα δρομολογητή. Π.χ. οικιακά δίκτυα WiFi που συνδέονται με το Διαδίκτυο: δύο συσκευές σε μία μονάδα. 24
Διασύνδεση Κόμβων / Δικτύων (2/2) Σχήμα: Ασύρματα. Πηγή: Διδάσκων (2015). 25
Διαδιεργασιακή επικοινωνία (1/2) Ο τρόπος με τον οποίο επικοινωνούν μεταξύ τους οι διεργασίες (δραστηριότητες) που βρίσκονται στις μηχανές ενός δικτύου. Ι. Μοντέλο πελάτη διακομιστή (Client Server). Εικόνα: Μοντέλο πελάτη διακομιστή (Client Server). Πηγή: BROOKSHEAR (2008). Oι Πελάτες κάνουν αιτήσεις σε διεργασίες του Διακομιστή και αυτός τις ικανοποιεί πχ. εκτυπωτής που εξυπηρετεί τις ανάγκες ενός γραφείου. 26
Διαδιεργασιακή επικοινωνία (2/2) Ο τρόπος με τον οποίο επικοινωνούν μεταξύ τους οι διεργασίες (δραστηριότητες) που βρίσκονται στις μηχανές ενός δικτύου. ΙΙ. Ομότιμο Μοντέλο (peer to peer model). Εικόνα: Ομότιμο Μοντέλο (peer to peer model). Πηγή: BROOKSHEAR (2008). Δυο Διεργασίες επικοινωνούν μεταξύ τους ως ισότιμες. Π.χ. Ανταλλαγή μουσικών κομματιών μέσω Διαδικτύου. 27
Πρωτόκολλα δικτύων Είναι κανόνες σύμφωνα με τους οποίους διεξάγεται η διαδιεργασιακή επικοινωνία. Περιγράφουν: τον τρόπο με τον οποίο κωδικοποιούνται οι πληροφορίες μέσα σε ένα μήνυμα. πως οι πληροφορίες ενσωματώνονται σε πακέτα και δρομολογούνται. τον τρόπο με τον οποίο γίνεται ο χειρισμός της μετάδοσης και της λήψης μηνυμάτων. 28
Ethernet Σύνολο προτύπων για τη δημιουργία τοπικών δικτύων με τοπολογία διαύλου. Πήρε το όνομά του από το ομοαξονικό καλώδιο το οποίο διασυνδέει τους κόμβους που ονομαζόταν «αιθέρας». Τυποποιήθηκε από τον ΙΕΕΕ ως μέρος της οικογένειας προτύπων IEEE 802. Υπάρχουν πολλές διαθέσιμες εκδόσεις του. 29
Διαδίκτυο / Internet Μια συλλογή από περιοχές (domains) κάθε μια από τις οποίες κάθε μια από τις οποίες αποτελεί ένα δίκτυο ή ένα σχετικά μικρό διαδίκτυο. Κάθε περιοχή είναι ένα αυτόνομο σύστημα το οποίο μπορεί να διευθυνσιοδοτηθεί όπως επιθυμεί η τοπική αρχή. Κάθε περιοχή μπορεί να προσαρτηθεί στο Διαδίκτυο μέσω ενός δρομολογητή που ονομάζεται Πύλη (Gateway). 30
Διευθυνσιοδότηση στο Internet (1/2) Σε κάθε μηχανή αντιστοιχίζεται μια μοναδική διεύθυνση που ονομάζεται IP διεύθυνση. Είναι ένα σχήμα bit 32 ψηφίων. Εικόνα: Διευθυνσιοδότηση στο Internet. Πηγή: BROOKSHEAR (2008). 31
Διευθυνσιοδότηση στο Internet (2/2) Κάθε περιοχή διαθέτει μια και μοναδική μνημονική διεύθυνση πχ. Μια μηχανή του εκδοτικού οίκου Addison-Wesley μπορεί να έχει IP διεύθυνση την 192.207.177.133. Τα 3 πρώτα byte (192.207.177) αποτελούν το αναγνωριστικό του δικτύου που προσδιορίζει την περιοχή του οίκου Addison-Wesley (aw.com). To 4o byte αποτελεί τη διεύθυνση της συγκεκριμένης μηχανής μέσα στην περιοχή του εκδοτικού οίκου Addison-Wesley. Τι είναι η κατάληξη????...είναι μια περιοχή ανώτατου Επιπέδου... 32
Περιοχή ανώτατου επιπέδου Αντικατοπτρίζει τον χαρακτηρισμό μιας περιοχής. com: Εμπορική περιοχή. edu: Περιοχή για εκπαιδευτικά ιδρύματα. gov: Περιοχή για κυβερνητικούς σκοπούς. org: Περιοχή για μη κερδοσκοπικούς οργανισμούς. 33
Υπηρεσίες Διαδικτύου (1/3) Ηλεκτρονική Αλληλογραφία Σύστημα μεταφοράς μηνυμάτων μεταξύ των χρηστών του Διαδικτύου. Μια συγκεκριμένη μηχανή (Διακομιστής Αλληλογραφίας Mail Server) αναλαμβάνει τον χειρισμό των δραστηριοτήτων που αφορούν την Ηλεκτρονική Αλληλογραφία. 34
Υπηρεσίες Διαδικτύου (2/3) Πρωτόκολλο μεταφοράς αρχείων. Το τυπικό πρωτόκολλο για τη μεταφορά αρχείων από ένα μηχάνημα σε κάποιο άλλο στο Internet είναι το Πρωτόκολλο Μεταφοράς Αρχείων (File Transfer Protocoll, ή FTP). Εικόνα: Υπηρεσίες Διαδικτύου. Πηγή: BROOKSHEAR (2008). 35
Υπηρεσίες Διαδικτύου (3/3) Προσπέλαση σε μηχανές από μεγάλη απόσταση. Το TELNET (TErminal NETwork) είναι ένα πρόγραμμα πελάτηδιακομιστή γενικής χρήσης που επιτρέπει απομακρυσμένη σύνδεση στο Internet. Εικόνα: Υπηρεσίες Διαδικτύου. Πηγή: BROOKSHEAR (2008). 36
Παγκόσμιος Ιστός Όταν τα τμήματα διαφόρων υπερμεσικών εγγράφων συνδέονται με άλλα σχετικά έγγραφα, τα οποία μπορεί και να βρίσκονται σε διαφορετικούς υπολογιστές, τότε δημιουργείται ένας Παγκόσμιος διαδικτυακός Ιστός. Τα υπερμεσικά έγγραφα ονομάζονται Ιστοσελίδες (Web pages). Μια συλλογή στενά συνδεδεμένων Ιστοσελίδων ονομάζεται Τοποθεσία Ιστού (Web site). 37
Υλοποίηση Ιστού (1/2) Η πρόσβαση στα έγγραφα υπερκειμένου μιας μηχανής γίνεται μέσω ενός λογισμικού που ονομάζεται Φυλλομετρητής Ιστού (Web Browser) πχ Internet Explorer, Firefox, Goggle Chrome, Opera κλπ. Η μεταφορά των εγγράφων υπερκειμένου από έναν διακομιστή σε έναν πελάτη γίνεται μέσω του Πρωτόκολλου Μεταφοράς Υπερκειμένου (Hypertext Transfer Protocol, ή HTTP). O εντοπισμός και η ανάκτηση ενός εγγράφου υπερκειμένου γίνεται μέσω ενός ειδικού τύπου διευθυνσιοδότησης που ονομάζεται Ενιαίος Εντοπιστής Πόρων ή URL. 38
Υλοποίηση Ιστού (2/2) 39
HTML Ένα έγγραφο υπερκειμένου μοιάζει με τα κανονικά έγγραφα με την διαφορά ότι περιέχει επιπλέον ειδικά σύμβολα, που ονομάζονται ετικέτες. Οι ετικέτες περιγράφουν πως θα εμφανιστεί το έγγραφο στην οθόνη. Στον παγκόσμιο ιστό χρησιμοποιείται η γλώσσα σήμανσης ή μορφοποίησης HTML. 40
Μια απλή Ιστοσελίδα (1/2) Η σελίδα κωδικοποιημένη σε HTML. <html> <head> <title>σελίδα επίδειξης </title> </head> <body> <h1>h ιστοσελίδα μου</h1> <p>πατήστε εδώ για άλλη σελίδα.</p> </body> </html> 41
Μια απλή Ιστοσελίδα (2/2) Η σελίδα όπως θα εμφανιζόταν στην οθόνη του υπολογιστή. Εικόνα: Η ιστοσελίδα μου. Πηγή: Διδάσκων (2015). 42
Βιβλιογραφία BROOKSHEAR, J. G. (2008), Η ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΜΙΑ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ, Ένατη Αμερικανική έκδοση, Εκδότης ΚΛΕΙΔΑΡΙΘΜΟΣ, ISBN13: 9789604612703. BROOKSHEAR, J. G. (2009) Η ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ: ΜΙΑ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ, ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΛΕΙΔΑΡΙΘΜΟΣ ΕΠΕ, Έκδοση: 10η, ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΛΕΙΔΑΡΙΘΜΟΣ ΕΠΕ, ISBN: 978-960-461-270-3. 43
Τέλος Ενότητας
Σημείωμα Αναφοράς Copyright Ανώτατη Εκκλησιαστική Ακαδημία Θεσσαλονίκης, Δημοσθένης Πασχαλίδης. «ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ». Έκδοση: 1.0. Θεσσαλονίκη 2015. 45
Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο. που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο. που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο. Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. 46
Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς. το Σημείωμα Αδειοδότησης. τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων. το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει). μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. 47
Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων Το Έργο αυτό κάνει χρήση των ακόλουθων έργων: Εικόνες/Σχήματα/Διαγράμματα/Φωτογραφίες. BROOKSHEAR, J. G. (2008), Η ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΜΙΑ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ, Ένατη Αμερικανική έκδοση, Εκδότης ΚΛΕΙΔΑΡΙΘΜΟΣ, ISBN13: 9789604612703. BROOKSHEAR, J. G. (2009) Η ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ: ΜΙΑ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ, ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΛΕΙΔΑΡΙΘΜΟΣ ΕΠΕ, Έκδοση: 10η, ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΛΕΙΔΑΡΙΘΜΟΣ ΕΠΕ, ISBN: 978-960-461-270-3. 48