Ιόνιο Πανεπιστήµιο Τµήµα Αρχειονοµίας - Βιβλιοθηκονοµίας Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες - ίκτυα Ενότητα Α ρ. Ε. Μάγκος Οι Μεγάλες Επαναστάσεις 18ος αιώνας: Βιοµηχανική επανάσταση, 19ος αιώνας: Ατµοµηχανή 20ος αιώνας: Πληροφορική ίκτυα 60s-70s: Κεντροποιηµένα συστήµατα (centralized): υπολογιστές µεγάλων δυνατοτήτων, σε ειδικά διαµορφωµένα computer rooms ικτυακά συστήµατα τερµατικών (terminals, mainframe),arpanet 70s-80s: Ο Προσωπικός Υπολογιστής (PC) ίκτυα υπολογιστών ιαδίκτυο (Internet) 90s-00s: Λεωφόροι Πληροφοριών ΟΠαγκόσµιος Ιστός (World Wide Web) Κατανεµηµένα συστήµατα, Ευρυζωνικές Συνδέσεις, Ηλεκτρονικό Εµπόριο
Ιστορία του Internet (1961-1972) Τεχνικές Μεταγωγής Πακέτου εκαετία 60 s: Τηλεφωνικό ίκτυο (Μεταγωγή Κυκλώµατος) Aναποτελεσµατικό για τη σύνδεση Η/Υ 1961: Kleinrock Θεωρία µεταγωγής πακέτου 1964: Baran Μεταγωγή πακέτου σε στρατιωτικά δίκτυα 1967: Σύλληψη και σχεδίαση του ARPAnet 1969: Λειτουργία του πρώτου κόµβου (IMP) του ARPAnet 1972: ηµόσια επίδειξη του ARPAnet NCP (Network Control Protocol) πρωτόκολλο µεταφοράς του ARPAnet (end-to-end) Το πρώτο πρόγραµµα e-mail Το ARPAnet έχει 15 κόµβους
Παραδοσιακό Τηλεφωνικό ίκτυο Μεταγωγή Κυκλώµατος (Circuit Switching) Structure of the telephone system Baran s distributed switching system
Μεταγωγή πακέτου - πλεονεκτήµατα 1. Το ίδιο link µπορεί να χρησιµοποιείται από περισσότερους από δύο κόµβους 2. Τα πακέτα (κάθε µετάδοσης) µπορούν να ακολουθήσουν διαφορετικά δροµολόγια 56Kbps link H αρχική δοµή του ARPANET (1968) Leonard Cleinrock
Ιστορία του Internet (1972-1980) Ιδιωτικά δίκτυα και ιασύνδεση ικτύων 1970: Ασύρµατο ίκτυο ALOHAnet (διασύνδεση Πανεπιστηµίων Hawaii) Αρχές 70 s: Άλλα δίκτυα (Telenet, Cyclades, Tymnet, ) Τέλη 70 s: «Ιδιωτικές» Αρχιτεκτονικές: DECnet, SNA, XNA 1974: Η αρχιτεκτονική των Cerf και Kahn για τη διασύνδεση δικτύων (internetworking) 1976: Το πρότυπο Ethernet για LAN στο Xerox PARC 1979: ARPAnet: 200 κόµβους Οι αρχές της Αρχιτεκτονικής των Cerf και Kahn Μινιµαλισµός, αυτονοµία Μοντέλο «µέγιστης προσπάθειας» (best effort service model) Αποκεντρωµένος Έλεγχος (decentralised control) Ethernet: 1976 (Πολλαπλή Πρόσβαση Multiple Access)
1969 1970 1971 1972-Απρίλιος 1972- Σεπτέµβριος The Structure of the Internet in 1990 Stanford NSFNET backbone ISU BARRNET regional Westnet MidNet regional regional Berkeley PARC NCAR UNM UNL KU UA
Today s Multibackbone Internet Large corporation Consumer ISP Peering point Consumer ISP Backbone service provider Peering point Large corporation Consumer ISP Small corporation Ιστορία του Internet (1980-1990) Καινούρια Πρωτόκολλο, Καινούρια δίκτυα 1983: ΤCP/IP 1982: To πρωτόκολλο SMTP για αποστολή e-mail 1983: Σχεδιασµός του συστήµατος DNS για τη µετατροπή «ονοµάτων» σε διευθύνσεις IP 1985: To πρωτόκολλο FTP για ανταλλαγή αρχείων 1988: Έλεγχος συµφόρησης (congestion control) στο πρωτόκολλο TCP Καινούρια (εθνικά) δίκτυα Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel 100,000 hosts συνδεδεµένοι Αρχικά: 56Kbps Τέλη 80 s: 1,5 Mbps
Ιστορία του Internet (1990-2000 s) Web, Ηλεκτρ. Εµπόριο, Καινούριες Υπηρεσίες Αρχές 90 s: «Παύση» του ARPAnet ( Milnet) Αρχές 90 s: Το NSFnet λειτουργεί ως δίκτυο κορµού. Εµπορική χρήση των δικτύων (1995: «Παύση» του NSFnet) Arxές 90 s: Η υπηρεσία Web Berners-Lee (CERN) HTML, HTTP, web server, web client 1992: 200 web servers online Τέλη 90 s: Ηλεκτρονικό Εµπόριο Τέλη 1990 s 2000 s: Καινούριες υπηρεσίες: Instant messaging, Ανταλλαγή αρχείων P2P Ασφάλεια ικτύων 50 εκ. κόµβοι, 100 εκ. + χρήστες ίκτυα κορµού µε ταχύτητες Gbps
Internet: Σύγχρονες Εφαρµογές The Unix vic video application
«Όψη» του Internet Εκατοµµύρια Συνδεδεµένες Υπ. Συσκευές: hosts = end systems Μέσα Μετάδοσης Οπτική Ίνα, χαλκός, ραδιοκύµατα, Ρυθµός µετάδοσης (data rate, bandwidth) ροµολογητές (routers): προωθούν πακέτα (οµάδες δεδοµένων) Μια άλλη «Όψη» του Internet (Αpplication-oriented) Host Host Application Host Application Channel Οι εφαρµογές δεν ξέρουν, (και δεν τις ενδιαφέρει) πώς το δίκτυο εξασφαλίζει την επικοινωνία τους. «Νοµίζουν» ότι επικοινωνούν απευθείας (point to point) Host Host ΈννοιεςπροςΣυζήτηση: 1. Abstraction 2. Αρχιτεκτονικές πρωτοκόλλων
Τι εννοούµε µε τον όρο ίκτυο ίκτυο (υπολογιστών) Οµάδα δύο ή περισσότερων υπολογιστικών συστηµάτων, συνδεδεµένων µεταξύ τους Ερωτήµατα Πόσο χώρο / απόσταση καταλαµβάνει ένα δίκτυο; Ποια Μέσα / Συσκευές χρησιµοποιούµε για τη σύνδεση (καλώδια, hardware); Πώς συνδέουµε τα καλώδια (τοπολογία); Πώς καταφέρνουν οι υπολογιστές να επικοινωνήσουν µεταξύ τους (τεχνολογία, πρωτόκολλα); ίκτυα: Γιατί; ιαµοιρασµός (ή, κοινοχρησία) Πόρων (resourse sharing) ιαµοιρασµός Υλικού (π.χ. Printer) ιαµοιρασµός Λογισµικού (application sharing) ιαµοιρασµός Αρχείων (file sharing) ιαµοιρασµός Πληροφοριών (Βάσεις εδοµένων) Οµάδες Συνεργασίας& Επικοινωνία e-mail, instant messaging, chat, newsgroups, teleconference, Ψυχαγωγία Video on demand, interactive films, multi-player games,
ίκτυα Υπολογιστών Γεωγραφική Κάλυψη Κόµβοι <Προσωπικά ίκτυα (PAN)> PCs, workstation, mobile, Τοπικά ίκτυα (LAN) Επιτραπέζιοι ίκτυα Ευρείας Περιοχής (WAN) Φορητοί ιαδίκτυο (Internet) Μέσο Μετάδοσης Τοπολογία Ασύρµατο Ραδιοκύµατα, Μικροκύµατα, IR Αστέρας (Star) Ενσύρµατο ίαυλος (Bus), ένδρο (Tree) Χαλκός, Οµοαξονικό, Οπτ. Ίνα ακτύλιος (Ring) Είδος Μετάδοσης Πρωτόκολλα Επικοινωνίας Μετάδοση Σηµείο προς Σηµείο LAN (Ethernet, Wi-fi, ), Μετάδοση multicast WAN (Frame Relay, Χ.25, ATM), Μετάδοση Εκποµπής (broadcast) Internet (TCP/IP) Ταξινοµώντας τα ίκτυα Απόσταση µεταξύ των Η/Υ 10 µ ωµάτιο 100 µ Κτίριο 1 χµ Campus 10 χµ Πόλη 100 χµ Χώρα 1,000 χµ Ήπειρο 10,000 χµ Πλανήτη Η/Υ τοποθετηµένοι στο ίδιο... (Source: Tanenbaum,, 1996) Τοπικό ίκτυο - LAN Μητροπολιτικό ίκτυο - MAN Ευρείας Περιοχής - WAN ιαδίκτυο - Internet
Ταξινοµώντας τα ίκτυα Φυσική Τοπολογία case: LAN, broadcast (Μετάδοση Εκποµπής) Full... Star... 20 computers 210 connections Bus Ring......
Αρχιτεκτονική Εφαρµογών (Application Architecture) Peer-to to-peer (Οµότιµα) Όλοι οι σταθµοί έχουν «ίσα» δικαιώµατα ηµοκρατικό αλλά δύσκολα ελεγχόµενο Client server (Πελάτη ιακοµιστή) Η πρόσβαση ελέγχεται από το server Καλύτερος έλεγχος / ασφάλεια...... ιαφορά Τοπολογίας Αρχιτεκτονικής Εφαρµογών Topology Hub Internet Jack Larry Ted Len Crilly Brennan Hackett Cartman Gobbles Architecture Gobbles Jack Larry Ted Len Crilly Brennan Hackett Cartman
Ταξινοµώντας τα ίκτυα.. ίκτυα Εκποµπής & ίκτυα Σηµείο-Σηµείο ιασύνδεση ικτύων (internetworking) Network 1 (Ethernet) H1 H2 H3 H7 R3 H8 Network 2 (Ethernet) R1 Network 4 (point-to-point) R2 H4 Network 3 (FDDI) H5 H6 Ένα απλό διαδίκτυο (internet µικρό i)
Τοπικά ίκτυα - Local Area Networks (LAN) Ιδιωτικά ίκτυα Ανήκουν και ιαχειρίζονται από την Επιχείρηση - Οργανισµό Περιορισµένου µεγέθους / γεωγραφικής εµβέλειας Μέγεθος έως λίγα χιλιόµετρα Εξυπηρέτηση 10 έως 100 χρηστών ανά LAN (όχι χιλιάδες) Υψηλό Εύρος Ζώνης (bandwidth) Ταχύτητες διαµεταγωγής 100 Mbit/s 10 Gbit/s ιαφορετικά µέσα µετάδοσης Π.χ. Καλώδια Συνεστραµµένων ζευγών (twisted pair), Οµοαξoνικά (coaxial cable), Οπτική ίνα (fibre optic), ασύρµατα (wireless) Παράδειγµα Τεχνολογίας LAN Πρότυπο Ethernet για LAN (Εισαγωγικά) Μακράν η δηµοφιλέστερη υλοποίηση LAN Οι υπολογιστές σε ένα LAN που υλοποιεί το Ethernet, χρησιµοποιούν ένα «δηµοκρατικό» πρωτόκολλο για την πρόσβαση στο κοινό µέσο µετάδοσης. CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) Οι κόµβοι «ακούν» (ανιχνεύουν) το κανάλι πριν µεταδώσουν Εάν είναι κατειληµµένο, αναµένουν, αλλιώς µεταδίδουν Εάν δύο κόµβοι µεταδώσουν ταυτόχρονα, έχουµε σύγκρουση Εάν ένας κόµβος ανιχνεύσει σύγκρουση, αναµένει τυχαίο χρονικό διάστηµα και επαναλαµβάνει τη διαδικασία.
Μητροπολιτικά ίκτυα (Metropolitan Area Networks ΜΑΝ) Figure 1-8. A metropolitan area network based on cable TV. ίκτυα Ευρείας Περιοχής Wide Area Networks - WAN Ένα WAN καλύπτει µια µεγάλη γεωγραφικά περιοχή π.χ Χώρα/ ήπειρο. Σε αντίθεση µε ταlan, συνήθως δεν είναι εξ ολοκλήρου ιδιόκτητο π.χ. το «εσωτερικό» τµήµα του δικτύου συνήθως ανήκει σε µια τηλ. Εταιρία ή έναν Παροχέα Υπηρεσιών Internet (ISP). Τα δίκτυα WAN έχουν συνήθως ιεραρχική δοµή Κατά τόπους LAN ή άλλα WAN συνδέονται σε δίκτυα κορµού, (συνήθως) µε συνδέσεις «Σηµείο προς Σηµείο». Περίπτωση: Εταιρικά ίκτυα Intranets, VPN s (Virtually Private Networks) To δίκτυο του Παροχέα ISP
ίκτυα Ευρείας Περιοχής (WAN) internetworking (Συνέχεια) Τα «σύννεφα» περιέχουν τα packet switches (ή, routers) που «υλοποιούν» το δίκτυο. Οι εξωτερικοί κόµβοι, απλώς χρησιµοποιούν το δίκτυο Τεχνολογίες για την πρόσβαση στο «σύννεφο»: DSL, ISDN,
Μια µατιά στο µέλλον: Το µοντέλο του home networking Κάθε συσκευή διασυνδέεται (ασύρµατα-ενσύρµατα) µε τις υπόλοιπες συσκευές του σπιτιού καθώς και µε τοinternet Υποψήφιες συσκευές: Υπολογιστές (PC, notebook, PDAs, περιφερειακά) Ψυχαγωγικές (TV, DVD, VCR, κάµερα, stereo, MP3) Τηλεπικοινωνίες (σταθερό/κινητό, fax) Οικιακές (φούρνος µικροκυµάτων, ψυγείο, ρολόι, φώτα, κλιµατιστικά) Τηλεµετρία (αισθητήρες καπνού, θερµοκρασίας, ανιχνευτές κίνησης, ) Ανάγκη για: υψηλούς ρυθµούς µετάδοσης Ζητήµατα ιαλειτουργικότητας ιασύνδεσης Internet ( ιαδίκτυο) Υπηρεσίες Internet Κλασσικές O Παγκόσµιος Ιστός (World Wide Web) Ηλεκτρονική Αλληλογραφία (E-mail) Υπηρεσία Αποµακρυσµένης Σύνδεσης (Telnet) Υπηρεσία FTP (File Transfer Protocol) Οµάδες Συζήτησης (Newsgroups - Usenet) Υπηρεσία Chat (IRC Internet Relay Chat) Ανταλλαγή Αρχείων P2P (Peer to Peer File Sharing) Υπηρεσία Άµεσων Μηνυµάτων (Instant Messaging) Ροή Ήχου Video (Streaming Audio-Video) Τηλεφωνία µέσω Internet (VoIP) ιαδικτυακά Παιχνίδια Πολλαπλών Παικτών (Multi-player Games) Σύγχρονες
Μια Κοινωνιολογική Προσέγγιση ίκτυα: ελευθερία έκφρασης, οικουµενικότητα, ανωνυµία Η άλλη όψη: spam, ιοί, πορνογραφία, τροµοκρατία, e-έγκληµα Πνευµατικά ικαιώµατα Λογοκρισία στο ιαδίκτυο, ηλεκτρονική κατασκοπία,.. Παρακολούθηση πολιτών case: Carnivore, Echellon Παρακολούθηση υπαλλήλων στο χώρο εργασίας Για.. ανήσυχα µυαλά http://fcit.usf.edu/network/default.htm http://www.delmar.edu/courses/cis306/intel.exe (The Intel guide to networking) - graphical interface Βιβλιογραφία Μαθήµατος 1. Peterson, L., Davie, B. Computer Networks. 4 th Edition, Elsevier, 2007 2. Tanenbaum, A. Computer Networks. 4 th Edition, Pr. Hall, 2003. 3. Kurose, K., Ross, J. Computer Networking: A Top-Down Approach Featuring the Internet. 3 rd Edition, Ad. Wesley, 2004. 4. Stallings, W. Wireless Communications & Networks. 2 nd Edition, 2005 5. Stallings, W. Local and Metropolitan Area Networks. 6 th Edition, Pr. Hall, 2000. 6. Hunt, C. TCP/IP Network Administration. 3 rd Edition, O Reilly, 2002.