ΒΑΣΙΚΑ ΘΔΜΑΤΑ ΓΙΚΤΥΩΝ

ΒΑΣΙΚΑ ΘΔΜΑΤΑ ΓΙΚΤΥΩΝ Σηόσοι επγαζηηπίος Σην πιαίζην ηνπ ζπγθεθξηκέλνπ εξγαζηεξίνπ ζα γίλεη κία εηζαγσγή ζηα Γίθηπα Υπνινγηζηώλ, θαη ζα αλαιπζνύλ βαζηθέο ζρεηηθέο έλλνηεο. Πην ζπγθεθξηκέλα νη θνηηεηέο ζα εμνηθεησζνύλ κε ηνπο παξαθάησ όξνπο θαη έλλνηεο: Οξηζκόο δηθηύνπ Καηεγνξίεο δηθηύσλ Μνληέιν αλαθνξάο OSI Μνληέιν αλαθνξάο TCP/IP Βαζηθά δηθηπαθά πξσηόθνιια Απαηηνύκελε πιηθνηερληθή ππνδνκή Τα παξαπάλσ ζέκαηα αλαιύνληαη θαη ζηηο ζρεηηθέο δηαθάλεηεο ηνπ εξγαζηεξίνπ. 1. Οπιζμόρ δικηύος Έλα δίθηπν ππνινγηζηώλ, απνηειεί έλα ζύζηεκα επηθνηλσλίαο δεδνκέλσλ πνπ ζπλδέεη δύν ή πεξηζζόηεξνπο απηόλνκνπο θαη αλεμάξηεηνπο ππνινγηζηέο θαη πεξηθεξεηαθέο ζπζθεπέο. Απνηειείηαη από κέζα κεηάδνζεο θαζώο θαη δηθηπαθό εμνπιηζκό. Τν Γηαδίθηπν (Internet) απνηειεί έλα ζύλνιν δηθηύσλ δηαθνξεηηθώλ ηερλνινγηώλ πνπ δηαζπλδένληαη κέζσ δηθηπαθώλ ζπζθεπώλ. 2. Καηηγοπίερ δικηύων Τα δίθηπα αλάινγα κε ηελ πεξηνρή πνπ θαιύπηνπλ δηαθξίλνληαη ζηηο παξαθάησ θαηεγνξίεο. Τνπηθά Γίθηπα (LAN Local Area Networks): Γίθηπα ζην επίπεδν ελόο θηεξίνπ ή ελόο ζπγθξνηήκαηνο θηεξίσλ. Μεηξνπνιηηηθά Γίθηπα (MAN Metropolitan Area Networks): Γίθηπα ζην επίπεδν ελόο κεγάινπ αζηηθνύ θέληξνπ, ή ελόο ζπλόινπ κηθξόηεξσλ δήκσλ πνπ ζπλήζσο έρνπλ ηε κνξθή ελόο ή πνιιαπιώλ δαθηπιίσλ θαη ζπκπιεξσκαηηθώλ ππνδνκώλ πξόζβαζεο. Γίθηπα Δπξείαο Πεξηνρήο (WAN Wide Area Networks): Γίθηπα εζληθνύ ή θαη ππεξεζληθνύ επηπέδνπ πνπ ζπλήζσο έρνπλ ηε κνξθή αξαηνύ πιέγκαηνο κε θόκβνπο ζε κεγάια αζηηθά θέληξα. Δπηπιένλ, ηα δίθηπα κε θξηηήξην ην θπζηθό κέζν κεηάδνζεο ησλ δεδνκέλσλ, ραξαθηεξίδνληαη σο ελζύξκαηα αλ ρξεζηκνπνηνύλ θάπνην ηύπν θαισδίνπ γηα ηελ κεηάδνζε ησλ δεδνκέλσλ ή αζύξκαηα αλ ρξεζηκνπνηνύλ ηνλ αέξα γηα ηελ κεηάδνζε ησλ δεδνκέλσλ (κηθξνθπκαηηθή δεύμε, δνξπθνξηθή δεύμε, ξαδηνθσληθή δεύμε). Τα δηάθνξα δηαζέζηκα ελζύξκαηα κέζα κεηάδνζεο είλαη ηα παξαθάησ: Βαζηθά ζέκαηα δηθηύσλ Σειίδα 1

Οκναμνληθό θαιώδην (coaxial cable). Απνηειεί πιένλ μεπεξαζκέλν κέζν κεηάδνζεο. Καιώδην ζπλεζηξακκέλνπ δεύγνπο (twisted pair cable). Φξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ πινπνίεζε LAN. Οπηηθή ίλα (Optical fiber). Φξεζηκνπνηείηαη θπξίσο γηα ηελ πινπνίεζε MAN ή WAN. 3. Το μονηέλο αναθοπάρ OSI Γηα λα επηθνηλσλήζνπλ δύν ή πεξηζζόηεξνη ππνινγηζηέο (ελόο ή πεξηζζνηέξσλ δηθηύσλ) κεηαμύ ηνπο, ζα πξέπεη ε επηθνηλσλία ηνπο λα βαζίδεηαη ζε θάπνηνπο θαιά θαζνξηζκέλνπο θαλόλεο πνπ νλνκάδνληαη πξσηόθνιια επηθνηλσλίαο δηθηύσλ. Όηαλ γηα παξάδεηγκα, ε ιεηηνπξγία δπν ζηαζκώλ ζπκκνξθώλεηαη κε θάπνηα πξσηόθνιια, ηόηε κπνξεί λα εμαζθαιηζηεί κηα θνηλή γιώζζα επηθνηλσλίαο κεηαμύ ηνπο θαη θαηά ζπλέπεηα κπνξνύλ λα αληαιιάμνπλ δεδνκέλα. Θα κπνξνύζακε λα θαληαζηνύκε ηελ πξνζπάζεηα δπν αλζξώπσλ από δηαθνξεηηθέο ρώξεο λα επηθνηλσλήζνπλ ηειεθσληθά, όηαλ απηνί δε κηινύλ ηελ ίδηα γιώζζα. Τν απνηέιεζκα ζα ήηαλ κάιινλ απνθαξδησηηθό. Όηαλ όκσο ζπδεηνύλ ηελ ίδηα γιώζζα δειαδή απνηεινύλ ην ίδην πξσηόθνιιν επηθνηλσλίαο, ηόηε ε επηθνηλσλία είλαη ζαθώο δπλαηή θαη εύθνιε. Έηζη, γηα λα επηζηξέςνπκε ζην ρώξν ησλ δηθηύσλ, γηα λα επηθνηλσλήζνπλ θάπνηνη ζηαζκνί κεηαμύ ηνπο, απαηηνύληαη λα νξηζηνύλ αιιά θαη λα ηεξεζνύλ ζπγθεθξηκέλνη παξάκεηξνη θαη θαλόλεο. Θα κπνξνύζακε ινηπόλ λα νξίζνπκε έλα πξσηόθνιιν επηθνηλσλίαο πνπ λα θαζνξίδεη ηα πάληα θαη εθ όζνλ ην ηεξνύλ όινη νη ζηαζκνί λα πξαγκαηνπνηείηαη κε επηηπρία ε ζύλδεζε θαη ε αληαιιαγή ησλ δεδνκέλσλ. Τη γίλεηαη όκσο όηαλ έλαο ζηαζκόο δηαθέξεη ζε θάπνηα ζηνηρεία από έλαλ άιιν; Γηα παξάδεηγκα, εάλ έλαο ζηαζκόο είλαη ζπλδεδεκέλνο ζε έλα ηνπηθό δίθηπν ππνινγηζηώλ θαη θάπνηνο άιινο ζε έλα ISDN (Integrated Services Digital Network) δίθηπν, ή αλ θάπνηνο ζηαζκόο ζέιεη πξηλ ζηείιεη ηα δεδνκέλα ηνπ, λα ηα θξππηνγξαθήζεη (π.ρ. κηα ηξάπεδα), ελώ θάπνηνο άιινο όρη; Κάζε θνξά ζα άιιαδε όιν ην πξσηόθνιιν επηθνηλσλίαο. Γη απηό, απνθαζίζηεθε όιν ην ζύλνιν ησλ θαλόλσλ επηθνηλσλίαο πνπ εθηεινύληαη ζε θάπνην ζηαζκό λα ρσξηζηεί ζε έλα ζύλνιν πξσηνθόιισλ, όπνπ ην θάζε έλα από απηά αλαιακβάλεη θάπνηεο ζπγθεθξηκέλεο ελέξγεηεο. Έηζη, κηα ηδηαηηεξόηεηα ζε θάπνην ζηαζκό, δε ζα έρεη σο απνηέιεζκα ηελ αιιαγή όινπ ηνπ πξσηνθόιινπ επηθνηλσλίαο, αιιά κόλν ησλ πξσηνθόιισλ εθείλσλ πνπ ζρεηίδνληαη κε απηέο ηηο ηδηαηηεξόηεηεο. Με απηόλ ηνλ ηξόπν, ζα κπνξνύκε λα έρνπκε κηα ζηαζεξή δνκή πξσηνθόιισλ επηθνηλσλίαο, πνπ ζπλεξγάδνληαη κεηαμύ ηνπο θαη παξέρνπλ ηειηθά ζπκβαηόηεηα ζηε δηθηπαθή επηθνηλσλία ησλ ζηαζκώλ. Τν απνηέιεζκα ηεο όιεο πξνζπάζεηαο ήηαλ ε αλάπηπμε ην 1983 από ην Γηεζλή Οξγαληζκό Τππνπνίεζεο (International Standardization Organization : ISO) ελόο κνληέινπ αξρηηεθηνληθήο δηθηύσλ γηα ηελ αληαιιαγή πιεξνθνξηώλ ζε δίθηπα. Απηό νλνκάζηεθε Μνληέιν Αλαθνξάο OSI (Οpen Systems Interconnection : Γηαζύλδεζε Αλνηθηώλ Σπζηεκάησλ), επεηδή ζηόρνο ηνπ είλαη ε δηαζθάιηζε ηεο απξόζθνπηεο επηθνηλσλίαο κεηαμύ αλνηθηώλ ζπζηεκάησλ (ιέγνληαη κεηαθνξηθά αλνηθηά ζπζηήκαηα γηαηί επηζπκνύλ επηθνηλσλία κε άιια ζπζηήκαηα). Βαζηθά ζέκαηα δηθηύσλ Σειίδα 2

Τν κνληέιν αλαθνξάο OSI απνηειείηαη από επηά αλεμάξηεηα κεηαμύ ηνπο επίπεδα ή ζηξώκαηα (Δηθόλα 1), όπνπ ην θάζε επίπεδν πινπνηεί έλα ή πεξηζζόηεξα ζπγθεθξηκέλα πξσηόθνιιν. Τα επίπεδα απηά είλαη ηεξαξρηθά ηνπνζεηεκέλα (ην έλα πάλσ από ην άιιν) θαη ην θάζε επίπεδν ρξεζηκνπνηεί ηηο ππεξεζίεο ηνπ ακέζσο ρακειόηεξνπ επηπέδνπ, ελώ παξέρεη ππεξεζίεο ζην ακέζσο πςειόηεξν από απηό επίπεδν. Τα πξσηόθνιια θάζε επηπέδνπ, εθηεινύλ έλα ζύλνιν θαιά θαζνξηζκέλσλ θαη δηαθεθξηκέλσλ ιεηηνπξγηώλ. Όκνηεο ιεηηνπξγίεο νκαδνπνηνύληαη θαη εθηεινύληαη ζην ίδην επίπεδν. H θάζε ιεηηνπξγία είλαη θαιά πξνζδηνξηζκέλε θαη πεξηγξάθεηαη ζε δηεζλή πξόηππα. Δικόνα 1 - Μονηέλο αναθοπάρ OSI Τν ζύλνιν ή ε ζηνίβα ησλ επηπέδσλ πνπ πινπνηνύληαη ζην κνληέιν αλαθνξάο ΟSI, αξρίδνληαο από ην ρακειόηεξν (Δπίπεδν 1) θαη πξνρσξώληαο πξνο ην πςειόηεξν (Δπίπεδν 7), αθνινπζεί παξαθάησ: Δπίπεδν 1 ή Φπζηθό Δπίπεδν (Physical Layer): Μεηαθνξά ησλ ζεκάησλ ζην κέζν κεηάδνζεο. Κάησ από απηό είλαη ην θαλάιη κεηάδνζεο. Δπίπεδν 2 ή Δπίπεδν Εεύμεο Γεδνκέλσλ (Data Link Layer): Αλαιακβάλεη ηελ πξνζαξκνγή θαη κεηαθνξά ησλ δεδνκέλσλ ζην θαλάιη κεηάδνζεο. Γίλεη ηα δεδνκέλα ζην επίπεδν 1 πξνο κεηάδνζε θαη εγγπάηαη ηελ ρσξίο ιάζε θαη ζε ζεηξά κεηάδνζε. Δπίπεδν 3 ή Δπίπεδν Γηθηύνπ (Νetwork Layer): Υπεύζπλν γηα ιεηηνπξγίεο δξνκνιόγεζεο θαη δηεπζπλζηνδόηεζεο. Δπίπεδν 4 ή Δπίπεδν Μεηαθνξάο (Transport Layer): Αλαιακβάλεη, ρξεζηκνπνηώληαο ηηο ππεξεζίεο ησλ πξνεγνπκέλσλ (ή ρακειόηεξσλ) επηπέδσλ, ηε κεηαθνξά δεδνκέλσλ απ άθξε ζ άθξε ζην δίθηπν, κέζσ κεραληζκώλ ειέγρνπ ηεο ζπκθόξεζεο ζην δίθηπν. Eπίπεδν 5 ή Δπίπεδν Σπλόδνπ (Session Layer): Διέγρεη ηε δεκηνπξγία θαη ηνλ ηεξκαηηζκό ησλ ζπλδέζεσλ πνπ εγθαζηζηά ην επίπεδν 4. Βαζηθά ζέκαηα δηθηύσλ Σειίδα 3

Δπίπεδν 6 ή Δπίπεδν Παξνπζίαζεο (Presentation Layer): Αλαιακβάλεη ηε κνξθνπνίεζε θαη θσδηθνπνίεζε ησλ δεδνκέλσλ. Eπίπεδν 7 ή Δπίπεδν Δθαξκνγήο (Application Layer): Υινπνηεί ηηο εθαξκνγέο πνπ βιέπεη ν ρξήζεο (ηα πξόγξακκαηα πνπ ρξεζηκνπνηεί). Τα επίπεδα 1-3 αθνξνύλ ηηο ππεξεζίεο-ιεηηνπξγίεο πνπ πξνζθέξνληαη από ην δίθηπν, ελώ ηα επίπεδα 4-7 είλαη πξνζαλαηνιηζκέλα ζηηο ιεηηνπξγίεο ησλ εθαξκνγώλ ηνπ ρξήζηε, αλάινγα κε ηηο εθαξκνγέο πνπ ρξεζηκνπνηεί. Δπίζεο, ζε θάζε ζηαζκό ελόο δηθηύνπ πνπ ζπκκνξθώλεηαη κε ηελ αξρηηεθηνληθή επηπέδσλ ηνπ κνληέινπ αλαθνξάο OSI, πινπνηνύληαη θαη ηα επηά επίπεδα. Αληίζεηα, ζε θάζε θόκβν ηνπ δηθηύνπ πινπνηνύληαη κόλν ηα επίπεδα πνπ ζρεηίδνληαη κε ην δίθηπν (επίπεδα 1-3) (Δηθόλα 2). Ζ πινπνίεζε γίλεηαη είηε κε ηε κνξθή πιηθνύ είηε κε ηε ρξήζε ινγηζκηθνύ. Σπλήζσο κε πιηθό πινπνηνύληαη ηα θαηώηεξα 2 επίπεδα θαη κε ινγηζκηθό ηα ππόινηπα. Δικόνα 2 - Δπικοινωνία μεηαξύ επιπέδων μονηέλος OSI Τν θάζε επίπεδν επηθνηλσλεί κε ην γεηηνληθό ηνπ κόλν κέζσ ελόο ή πεξηζζνηέξσλ ζεκείσλ δηαζύλδεζεο. Γηα παξάδεηγκα, ην ηξίην επίπεδν επηθνηλσλεί κε ην δεύηεξν θαη κε ην ηέηαξην, ρσξίο λα ππάξρεη επηθνηλσλία κε ηα ππόινηπα επίπεδα. Δπνκέλσο, ηα δεδνκέλα πξνο κεηάδνζε ηνπ ρξήζηε πθίζηαληαη ζε θάζε επίπεδν δηαθνξεηηθνύ είδνπο επεμεξγαζία κέρξη λα θηάζνπλ ζην θαλάιη κεηάδνζεο. Σηελ Δηθόλα 2 παξνπζηάδεηαη έλα παξάδεηγκα επηθνηλσλίαο κεηαμύ 2 ζηαζκώλ, ζε έλα δίθηπν πνπ είλαη ζπκβαηό κε ην κνληέιν αλαθνξάο OSI Γηα απιόηεηα, αο ππνζέζνπκε όηη ν ζηαζκόο Α (Host A) κεηαδίδεη παθέηα ζηνλ ζηαζκό Β (Host Β). Τα αληίζηνηρα επίπεδα ησλ επηθνηλσλνύλησλ ζηαζκώλ νλνκάδνληαη νκόηηκα επίπεδα. Γειαδή ην επίπεδν 7 ηνπ ζηαζκνύ A είλαη νκόηηκν κε ην επίπεδν 7 ηνπ ζηαζκνύ B θαη αληαιιάζζνπλ δεδνκέλα ρξεζηκνπνηώληαο Βαζηθά ζέκαηα δηθηύσλ Σειίδα 4

ηηο ππεξεζίεο ησλ θαηώηεξσλ 6 επηπέδσλ. Οκνίσο, ην επίπεδν 4 ηνπ ζηαζκνύ A είλαη νκόηηκν κε ην επίπεδν 4 ηνπ ζηαζκνύ B θαη αληαιιάζζνπλ δεδνκέλα ρξεζηκνπνηώληαο ηηο ππεξεζίεο ησλ θαηώηεξσλ 3 επηπέδσλ. Ωο εθ ηνύηνπ νη επηθνηλσλίεο απηνύ ηνπ είδνπο νλνκάδνληαη νκόηηκεο επηθνηλσλίεο θαη είλαη πεξηζζόηεξν ηδεαηέο επηθνηλσλίεο. 4. Το μονηέλο αναθοπάρ TCP/IP Τν κνληέιν αλαθνξάο TCP/IP απνηειεί ην κνληέιν ζην νπνίν βαζίδεηαη ην Γηαδίθηπν (Internet). Σε αληίζεζε κε ην κνληέιν αλαθνξάο OSI απνηειείηαη από 5 επίπεδα (θπζηθό, δεύμεο δεδνκέλσλ, δηθηύνπ, κεηαθνξάο, εθαξκνγήο) (Δηθόλα 3). Όπσο θαη ζην κνληέιν OSI, θάζε πξσηόθνιιν ελόο πςεινύ ζηξώκαηνο ρξεζηκνπνηεί ηα πξσηόθνιια ησλ θαηώηεξσλ ζηξσκάησλ γηα λα ιεηηνπξγήζεη. Σηελ Δηθόλα 4 παξνπζηάδνληαη δηάθνξα δεκνθηιή πξσηόθνιια πνπ έρνπλ πινπνηεζεί ζην κνληέιν TCP/IP. Οξηζκέλα από απηά ηα πξσηόθνιια ζα παξνπζηαζηνύλ ζε επόκελα εξγαζηήξηα. Δικόνα 3 Μονηέλο αναθοπάρ TCP/IP Δικόνα 4 - Παπαδείγμαηα ππωηοκόλλων μονηέλος TCP/IP Βαζηθά ζέκαηα δηθηύσλ Σειίδα 5

5. Απαιηούμενη ςλικοηεσνική ςποδομή για ηην δημιοςπγίαρ ενόρ μικπού δικηύος Γηα ηελ δεκηνπξγία ελόο δηθηύνπ δεδνκέλσλ θαη ηελ δηαζύλδεζε δηαθόξσλ ζπζθεπώλ (ηεξκαηηθνί ππνινγηζηέο, εμππεξεηεηέο, πεξηθεξεηαθέο ζπζθεπέο, θηι) ζε απηό, απαηηείηαη ε εγθαηάζηαζε δηθηπαθνύ εμνπιηζκνύ δηαθόξσλ ηύπσλ (π.ρ. modem, θάξηεο δηθηύνπ) θαζώο θαη δηθηπαθώλ ζπζθεπώλ. Οη πην δεκνθηιείο δηθηπαθέο ζπζθεπέο είλαη ε πιήκλε (hub), ν κεηαγσγέαο (switch) θαη ν δξνκνινγεηήο (router). Ζ πιήκλε απνηειεί κία δηθηπαθή ζπζθεπή ε νπνία ιεηηνπξγεί ζην θπζηθό επίπεδν ηνπ κνληέινπ TCP/IP. Σπλδέεη δηαθνξεηηθά ηκήκαηα ηνπ ίδηνπ ηνπηθνύ δηθηύνπ πνπ βξίζθνληαη καθξηά ην έλα από ην άιιν θαη πξνσζεί άθξηηα όια ηα εηζεξρόκελα παθέηα εθαηέξσζελ (Δηθόλα 5). Δικόνα 5 - Παπάδειγμα σπήζηρ μίαρ πλήμνηρ Ο κεηαγσγέαο απνηειεί κία δηθηπαθή ζπζθεπή ε νπνία ιεηηνπξγεί ζην επίπεδν δεύμεο δεδνκέλσλ ηνπ κνληέινπ TCP/IP. Γηαζύλδεεη ζπζθεπέο πνπ βξίζθνληαη ζην ίδην ηνπηθό δίθηπν θαη είλαη πην «έμππλε» ζπζθεπή ζπγθξηηηθά κε ην hub, θαζώο θηιηξάξεη ηα εηζεξρόκελα παθέηα θαη ηα πξνσζεί κόλν ζηελ θαηάιιειε ή ζηηο θαηάιιειεο εμόδνπο ηεο. Δικόνα 6 - Παπάδειγμα σπήζηρ ενόρ μεηαγωγέα Βαζηθά ζέκαηα δηθηύσλ Σειίδα 6

Τέινο, έλαο δξνκνινγεηήο απνηειεί κία δηθηπαθή ζπζθεπή ε νπνία ιεηηνπξγεί ζην επίπεδν δηθηύνπ ηνπ κνληέινπ TCP/IP θαη δηαζύλδεεη δηαθνξεηηθνύ ηύπνπ δίθηπα ηα νπνία ρξεζηκνπνηνύλ δηαθνξεηηθό ρώξν δηεπζύλζεσλ (Δηθόλα 7). Δικόνα 7 - Παπάδειγμα σπήζηρ ενόρ δπομολογηηή Βαζηθά ζέκαηα δηθηύσλ Σειίδα 7