Δικτύωση και Διαδίκτυο

Εισαγωγή στους Υπολογιστές Δικτύωση και Διαδίκτυο Θρασύβουλος Τσιάτσος E-mail: tsiatsos@csd.auth.gr Γραφείο: Καλαµαριά, Εθνικής Αντιστάσεως 16, 2ος όροφος, Γραφείο 20 Εισαγωγή στους Υπολογιστές 1

Εισαγωγή Εισαγωγή στους Υπολογιστές 2

Εισαγωγή Mε τον όρο δίκτυο εννοούµε ένα επικοινωνιακό σύστηµα, το οποίο αποτελείται από τερµατικές συσκευές (π.χ. Η/Υ, τηλέφωνα), τηλεπικοινωνιακούς κόµβους (µεταγωγείς), κανάλια µετάδοσης (ενσύρµατα και ασύρµατα) και εξοπλισµό επιτήρησης και ορθής λειτουργίας του όλου συστήµατος. Σκοπός του δικτύου είναι η απρόσκοπτη επικοινωνία µεταξύ των χρηστών του (τερµατικές συσκευές). Εισαγωγή στους Υπολογιστές 3

Βασικές Έννοιες Εισαγωγή στους Υπολογιστές 4

Βασικές Έννοιες (1/2) Στόχος των συστηµάτων επικοινωνιών είναι η σωστή, γρήγορη και ασφαλής µετάδοση των πληροφοριών από ένα σηµείο σε ένα ή περισσότερα άλλα σηµεία Η πληροφορία (information) µπορεί να είναι οποιασδήποτε µορφής: οµιλία στο τηλέφωνο, µια κάµερα που λαµβάνει την εικόνα µας από ένα βιντεοτηλέφωνο, κάποιο πληκτρολογηµένο µήνυµα στον ηλεκτρονικό υπολογιστή, ένα µήνυµα τηλεοµοιοτυπίας (fax), µια ιστοσελίδα (WWW page) από µια περιήγηση στο Διαδίκτυο (Internet). Εισαγωγή στους Υπολογιστές 5

Βασικές Έννοιες (2/2) Η πληροφορία αυτή, αφού εισαχθεί στο σύστηµα, υπόκειται σε κάποιες βασικές επεξεργασίες (ενίσχυση, διαµόρφωση, ψηφιοποίηση, κ.ά, έννοιες που θα αναλυθούν στη συνέχεια του κεφαλαίου), ώστε να έρθει σε κατάλληλη µορφή για µετάδοση στο κανάλι, ή αλλιώς µέσο µετάδοσης Εισαγωγή στους Υπολογιστές 6

Είδη επικοινωνίας EΦΑΡΜΟΓΗ 1 Πληροφορία Εισαγωγή της πληροφορίας Πομπός Επεξεργασία & Κατάλληλη Διαμόρφωση της πληροφορίας Εκπομπή των δεδομένων στο κανάλι μετάδοσης Κανάλι Μετάδοσης Επικοινωνία µονής κατεύθυνσης (Simplex) Επικοινωνία αµφίδροµη, µη ταυτόχρονη (Half Duplex) Επικοινωνία αµφίδροµη, ταυτόχρονη (Full Duplex) EΦΑΡΜΟΓΗ 2 Δέκτης Πληροφορία Παρουσίαση της πληροφορίας Επεξεργασία & Κατάλληλη Αποδιαμόρφωση της πληροφορίας Λήψη των δεδομένων από το κανάλι μετάδοσης Εισαγωγή στους Υπολογιστές 7

Είδη επικοινωνίας ανάλογα µε την κατεύθυνση επικοινωνίας Τηλεοπτικός Δορυφόρος Δορυφορική Κεραία Δορυφορική Κεραία Παράδειγμα επικοινωνίας Simplex Από σηµείο-σε-σηµείο (Point-to-point) Από σηµείο-σε-πολλαπλά σηµεία (Point-to-multipoint) Εκποµπή ανοικτής ακρόασης (Broadcast) Τηλεφωνικό Δίκτυο Συνδρομητής Α Συνδρομητής Β Παράδειγμα επικοινωνίας Full Duplex Εισαγωγή στους Υπολογιστές 8

Αναλογική µετάδοση και διαµόρφωση σήµατος Εισαγωγή στους Υπολογιστές 9

Αναλογική µετάδοση Η µετάδοση των σηµάτων µπορεί να γίνει µε δύο τρόπους, είτε µε αναλογικά σήµατα είτε µε ψηφιακά. Ένα γνωστό αναλογικό σήµα είναι η φωνή στο τηλέφωνο. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 10

Διαµόρφωση Τα κανάλια επικοινωνίας που χρησιµοποιούµε είναι τέτοια που δε µας επιτρέπουν πάντα να µεταδώσουµε σήµατα στην αρχική τους µορφή, χωρίς κάποιου είδους διαµόρφωση. Η διαµόρφωση γίνεται για να µπορέσουµε να στείλουµε το σήµα µακρύτερα, κάνοντας καλύτερη χρήση του επικοινωνιακού καναλιού και χρησιµοποιώντας απλούστερες και χαµηλότερης ισχύος διατάξεις εκποµπής και λήψης. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 11

MODEM (MOdulators/DEMmodulator) 1/2 Οι συσκευές που κάνουν τη διαµόρφωση και την αποδιαµόρφωση ονοµάζονται MODEM (MOdulators/ DEMmodulator) Για δίκτυα υπολογιστών το modem τοποθετείται ανάµεσα στον υπολογιστή και στο κανάλι επικοινωνίας Βασικό χαρακτηριστικό των MODEM είναι η ταχύτητα µε την οποία µεταδίδουν δεδοµένα (π.χ. 56600 bit/sec για ένα MODEM τηλεφωνικού δικτύου, 24 Mbit/sec για ένα MODEM τεχνολογία ADSL κ.λπ.) Εισαγωγή στους Υπολογιστές 12

MODEM (MOdulators/DEMmodulator) 2/2 Υπολογιστής Μodem Πρίζ α Εισαγωγή στους Υπολογιστές 13

Κατηγορίες Δικτύων Εισαγωγή στους Υπολογιστές 14

Κατηγορίες δικτύων (1/2) Μία µορφή κατηγοριοποίησης είναι ανάλογα µε την έκταση που καταλαµβάνουν: Τοπικά Δίκτυα ή αλλιώς LAN (Local Area Networks) Μητροπολιτικό Δίκτυο ή αλλιώς MAN (Metropolitan Area Network) Δίκτυα Ευρείας Περιοχής ή αλλιώς WAN (Wide Area Networks) Εισαγωγή στους Υπολογιστές 15

Κατηγορίες δικτύων (2/2) Μια άλλη µορφή κατηγοριοποίησης των δικτύων είναι αυτή που γίνεται µε βάση το φυσικό µέσο που συνενώνει τους διάφορους κόµβους του δικτύου: Ενσύρµατο Ασύρµατο Εισαγωγή στους Υπολογιστές 16

Μέσα Μετάδοσης Εισαγωγή στους Υπολογιστές 17

Μέσα Μετάδοσης: Οµοαξονικό Καλώδιο Αποτελείται από έναν εσωτερικό αγωγό ο οποίος περιβάλλεται από µονωτικό υλικό. Χρησιµοποιείται για να συνενώσει αποστάσεις 300-600 µέτρων και το κόστος του είναι χαµηλό. Οι πιο σηµαντικές εφαρµογές του είναι: Η µακρινής αποστάσεως τηλεφωνία και µετάδοση τηλεοπτικού σήµατος Η διανοµή τηλεοπτικού σήµατος Η καλωδίωση τοπικών δικτύων Η µικρού µήκους σύνδεση συστηµάτων Εισαγωγή στους Υπολογιστές 18

Μέσα Μετάδοσης: Καλώδιο συνεστραµµένου ζεύγους Ένα καλώδιο συνεστραµµένου ζεύγους αποτελείται από δύο µονωµένα χάλκινα σύρµατα τοποθετηµένα σε µία κανονική σπειροειδή διάταξη. Το συνεστραµµένο ζεύγος αποτελεί το πιο διαδεδοµένο µέσο µετάδοσης τόσο αναλογικών όσο και ψηφιακών δεδοµένων. Ο συνήθης connector για έναν καλώδιο συνεστραµµένου ζεύγους είναι ο RJ-45 RJ-45 connector Εισαγωγή στους Υπολογιστές 19

Μέσα Μετάδοσης: Οπτική Ίνα (1/3) Η οπτική ίνα είναι ένα λεπτό (2 έως 125 µm), εύκαµπτο µέσο ικανό να µεταφέρει µία οπτική ακτίνα. Για την κατασκευή της χρησιµοποιείται πλαστικό και γυαλί διαφόρων ειδών. Τα κύρια χαρακτηριστικά που διαφοροποιούν τα καλώδια οπτικών ινών από τα δύο προηγούµενα είδη καλωδίων είναι: Μεγαλύτερο εύρος ζώνης Μικρό µέγεθος και βάρος Μικρή εξασθένηση σήµατος Προστασία έναντι ηλεκτροµαγνητικών παρεµβολών Μεγαλύτερη απόσταση µεταξύ επαναληπτών Εισαγωγή στους Υπολογιστές 20

Μέσα Μετάδοσης: Οπτική Ίνα (2/3) Η χρήση καλωδίων οπτικών ινών είναι ιδιαίτερα ευεργετική για τις παρακάτω πέντε βασικές κατηγορίες εφαρµογών: Κεντρικούς διαύλους µεγάλου µήκους (Long haul trunks). Κεντρικούς διαύλους αστικής περιοχής (Metropolitan trunks). Κεντρικούς διαύλους επαρχιών (Rural exchange trunks). Τοπικούς βρόγχους (Local loops). Τοπικά δίκτυα. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 21

Μέσα Μετάδοσης: Οπτική Ίνα (3/3) Τρόποι µετάδοσης σε οπτικές ίνες: Πολύτροπη (multimode) µετάδοση Μονοτροπική (single mode) µετάδοση Εισαγωγή στους Υπολογιστές 22

Μέσα Μετάδοσης: Μικροκυµατική ζεύξη Μια µικροκυµατική ζεύξη αποτελείται από δύο κεραίες µικροκυµάτων που έχουν σχήµα παραβολικού «πιάτου» και οι οποίες βρίσκονται σε ευθεία θέασης (line of sight) η µία µε την άλλη. Τα µικροκύµατα µεταδίδονται µεταξύ τους µέσω µίας στενής ακτίνας, οι δε κεραίες συνήθως τοποθετούνται αρκετά υψηλότερα από το έδαφος ώστε να αυξάνεται η απόσταση µεταξύ τους και να γίνεται δυνατή η µετάδοση των µικροκυµάτων πάνω από παρεµβαλλόµενα εµπόδια. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 23

Μέσα Μετάδοσης: Δορυφορική ζεύξη Ένας δορυφόρος τηλεπικοινωνιών είναι στην πραγµατικότητα ένας σταθµός αναµετάδοσης µικροκυµάτων. Χρησιµοποιείται για την σύνδεση δύο ή περισσοτέρων επίγειων µικροκυµατικών ποµπών/δεκτών. Ο δορυφόρος δέχεται µεταδόσεις σε µία ζώνη συχνοτήτων (uplink), ενισχύει (σε περίπτωση αναλογικής µετάδοσης) ή επαναλαµβάνει (σε περίπτωση ψηφιακής µετάδοσης) το σήµα και το αναµεταδίδει σε µία άλλη συχνότητα (downlink). Εισαγωγή στους Υπολογιστές 24

Μέσα Μετάδοσης: Ραδιοφωνική Ζεύξη Η βασική διαφορά µεταξύ της ραδιοφωνικής και της µικροκυµατικής ζεύξης είναι ότι η πρώτη γίνεται προς κάθε κατεύθυνση ενώ η δεύτερη είναι εστιαζόµενη. Οι ραδιοφωνικές ζεύξεις χρησιµοποιούν συχνότητες της VHF και UHF ζώνης και συγκεκριµένα από 30 MHz έως 1 GHz. Εκτός των τυπικών χρήσεων τους, οι ραδιοφωνικές ζεύξεις χρησιµοποιούνται και για την δηµιουργία packet radio συστηµάτων που κάνουν χρήση επίγειων κεραιών για την σύνδεση πολλών περιοχών σε ένα δίκτυο µετάδοσης δεδοµένων. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 25

Τρόποι διασύνδεσης δικτύων Εισαγωγή στους Υπολογιστές 26

Τρόποι διασύνδεσης δικτύων Ο επαναλήπτης (Repeater) απλώς αντιγράφει τα bits που βλέπει στην είσοδό του στην έξοδο. Η γέφυρα (Bridge) διαχειρίζεται τη µετάδοση της πληροφορίας µεταξύ δύο ή και περισσοτέρων δικτύων τύπου LAN του ίδιου τύπου πρωτοκόλλου. Ο µεταγωγέας (switch) όπου χρησιµοποιείται για την δηµιουργία δικτύων τύπου LAN. O δροµολογητής (Router) διαχειρίζεται την µετάδοση της πληροφορίας µεταξύ δύο ή και περισσοτέρων δικτύων H πύλη (Gateway) λειτουργεί από το επίπεδο µεταφοράς και πάνω. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 27

Παράδειγµα διασύνδεσης δικτύων µβος Δικτύου Κόµβος Δικτύου Δίκτυο τύπου 802.X Κόµβος Δικτύου Επαναλήπτης Αποµακρυσµέν ή Γέφυρα Κόµβος Δικτύο µβος Δικτύου Κόµβος Δικτύου Κόµβος Δικτύου Κόµβος Δικτύου Κόµβος Δικτύο Δίκτυο τύπου X.25 Πύλη Κόµβος Δικτύου Κόµβος Δικτύου Εισαγωγή στους Υπολογιστές 28

Μεταγωγή Εισαγωγή στους Υπολογιστές 29

Εισαγωγή στα δίκτυα µεταγωγής Σαν δίκτυα µεταγωγής µπορούν να θεωρηθούν όλα τα δίκτυα σηµείου - προς - σηµείο που εφαρµόζουν τεχνολογίες αποθήκευσης και προώθησης των πακέτων µεταγωγής Εισαγωγή στους Υπολογιστές 30

Εισαγωγή στα δίκτυα µεταγωγής Ανάλογα µε τον τρόπο µετακίνησης της πληροφορίας, τα δίκτυα µεταγωγής διακρίνονται στις ακόλουθες κατηγορίες: Δίκτυα µεταγωγής κυκλώµατος (Circuit switching Networks) Δίκτυα µεταγωγής πακέτου, τα οποία χωρίζονται σε 2 υποκατηγορίες: Δίκτυα µεταγωγής αυτοδύναµου πακέτου (Packet switching Networks) και Δίκτυα µεταγωγής νοητού κυκλώµατος (Virtual Circuit switching Networks) Εισαγωγή στους Υπολογιστές 31

Δίκτυα µεταγωγής κυκλώµατος (1/3) Στα δίκτυα µεταγωγής κυκλώµατος (Circuit switching Networks) η µετάδοση δεδοµένων είναι εφικτή µόνο µετά την εγκαθίδρυση µιας φυσικής ζεύξης - κυκλώµατος µεταξύ των δύο κόµβων. Οι τεχνικές µεταγωγής κυκλώµατος πρωταρχικά χρησιµοποιήθηκαν στα τηλεφωνικά δίκτυα για την µετάδοση της φωνής, όµως µπορούν να χρησιµοποιηθούν και για την µεταφορά δεδοµένων. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 32

Δίκτυα µεταγωγής κυκλώµατος (2/3) Η/Υ 6 Κ 1 Κ 4 Κ 2 Κ 3 Η/Υ 1 Κ 6 Κ 7 Κ 5 Η/Υ 2 Η/Υ 5 Η/Υ 4 Η/Υ 3 Εισαγωγή στους Υπολογιστές 33

Δίκτυα µεταγωγής κυκλώµατος (3/3) Η επικοινωνία µε τη χρήση µεταγωγής κυκλώµατος περιλαµβάνει τρεις φάσεις: Εδραίωση µονοπατιού. Σε αυτή τη φάση γίνεται η δέσµευση των φυσικών συνδέσεων που θα αποτελέσουν το µονοπάτι επικοινωνίας ανάµεσα στους δύο σταθµούς. Μετάδοση δεδοµένων. Σε αυτή τη φάση γίνεται η µετάδοση των δεδοµένων ανάµεσα στους δύο σταθµούς. Τα δεδοµένα µπορεί να είναι ψηφιακά ή αναλογικά, ανάλογα µε τη φύση του δικτύου. Τερµατισµός σύνδεσης. Μετά από µια περίοδο µετάδοσης δεδοµένων, η σύνδεση ανάµεσα στους δύο σταθµούς διακόπτεται, συνήθως µετά από απαίτηση ενός από τους δύο σταθµούς. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 34

Δίκτυα µεταγωγής πακέτων αυτοδύναµου κυκλώµατος (1/4) Στα δίκτυα µεταγωγής πακέτων, τα δεδοµένα χωρίζονται σε µικρότερα τµήµατα πριν από τη µετάδοσή τους. Αυτά τα τµήµατα δεδοµένων τα ονοµάζουµε πακέτα (packets). Κάθε πακέτο περιέχει ένα τµήµα του µηνύµατος προς αποστολή και επιπλέον πληροφορίες ελέγχου. Οι πληροφορίες ελέγχου είναι απαραίτητες, γιατί επιτρέπουν τη σωστή δροµολόγηση του πακέτου µέσα στο δίκτυο, έτσι ώστε να φτάσει στο σωστό προορισµό. Στον κόµβο προορισµού, τα αρχικά δεδοµένα επανασυνθέτονται από τα ληφθέντα πακέτα. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 35

Δίκτυα µεταγωγής πακέτων αυτοδύναµου κυκλώµατος (2/4) Η µέθοδος που ακολουθείται για τη µετάδοση των πακέτων λέγεται τεχνική αποθήκευσης -καιπροώθησης (store-andforward). Εισαγωγή στους Υπολογιστές 36

Δίκτυα µεταγωγής πακέτων αυτοδύναµου κυκλώµατος (3/4) Η µέθοδος έχει αποδειχθεί εξαιρετικά αποδοτική. Τα πλεονεκτήµατα της είναι τα ακόλουθα: Η αποδοτικότητα της γραµµής είναι πολύ καλύτερη Μπορούν να διασυνδεθούν µεταξύ τους σταθµοί µε διαφορετικές ταχύτητες Αν τα πακέτα καταφθάνουν µε ρυθµό µεγαλύτερο από αυτόν µε τον οποίο µπορούν να µεταδοθούν τότε κάποια θα απορριφθούν. Δεν απορρίπτονται πακέτα, όταν υπάρχει µεγάλος φόρτος στο δίκτυο, απλώς µειώνεται η απόδοση. Μπορεί να δοθεί προτεραιότητα µετάδοσης σε πακέτα Επειδή οι µεταγωγείς του δικτύου επιλέγουν τον σύνδεσµο επαναπροώθησης σε κάθε πακέτο της ροής δεδοµένων ξεχωριστά, τα πακέτα µίας ροής δεδοµένων µπορεί να ακολουθήσουν διαφορετικές διαδροµές κατά τη διέλευσή τους από το δίκτυο. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 37

Δίκτυα µεταγωγής πακέτων αυτοδύναµου κυκλώµατος (4/4) Η/Υ 6 Κ 1 Κ 4 Κ 2 1 Κ 3 2 3 4 5 Η/Υ 1 Κ 6 Κ 7 Κ 5 Η/Υ 2 Η/Υ 5 Η/Υ 4 Η/Υ 3 Εισαγωγή στους Υπολογιστές 38

Δίκτυα µεταγωγής πακέτων µε ιδεατά κυκλώµατα (1/2) Εάν οι µεταγωγείς του δικτύου δροµολογούντα πακέτα µιας ροής δεδοµένων από τον ίδιο πάντα σύνδεσµο, τότε το δίκτυο θα ονοµάζεται δίκτυο µεταγωγής πακέτων µε ιδεατά κυκλώµατα (virtual circuit packet switched network). Είναι µια τεχνική που συνδυάζει την µεταγωγή αυτοδύναµου πακέτου και την µεταγωγή κυκλώµατος. Η διαφορά είναι ότι δεν αποκαθίσταται ένα πραγµατικό φυσικό κανάλι επικοινωνίας µεταξύ των δύο ηλεκτρονικών υπολογιστών που θέλουν να επικοινωνήσουν, αλλά ένα νοητό κανάλι, µε την έννοια ότι όλα τα πακέτα θα περάσουν από την ίδια διαδροµή όπως κάνουν δηλαδή τα δεδοµένα στην περίπτωση της µεταγωγής κυκλώµατος. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 39

Δίκτυα µεταγωγής πακέτων µε ιδεατά κυκλώµατα (2/2) Η/Υ 6 Κ 1 Κ 4 Κ 2 1 Κ 3 2 3 4 5 Η/Υ 1 Κ 6 Κ 7 Κ 5 Η/Υ 2 Η/Υ 5 Η/Υ 4 Η/Υ 3 Εισαγωγή στους Υπολογιστές 40

Συγκρίσεις τεχνικών µεταγωγής (1/4) Τα δίκτυα µεταγωγής αποτελούνται από κόµβους που συνδέονται µεταξύ τους µε τέτοιον τρόπο, έτσι ώστε να δίνουν πάντα την ευκαιρία εναλλακτικών δρόµων στις πληροφορίες που ταξιδεύουν στο δίκτυο. Κοινό χαρακτηριστικό των δικτύων αυτών, είναι η δυνατότητα που έχει ο κάθε χρήστης να καλέσει τον συνοµιλητή του, όπως ακριβώς γίνεται και µε τις τηλεφωνικές συνδιαλέξεις. Όταν η κίνηση είναι αυξηµένη παρατηρείται να µην γίνονται δεκτές από το δίκτυο κλήσεις για επικοινωνία, καθώς δεν υπάρχει διαθέσιµο κανάλι επικοινωνίας για να επιτευχθεί η σύνδεση. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 41

Συγκρίσεις τεχνικών µεταγωγής (2/4) Επιπλέον πλεονεκτήµατα των δικτύων αποθήκευσης και προώθησης έναντι των δικτύων µεταγωγής κυκλώµατος είναι ότι στα δίκτυα µεταγωγής πακέτου µπορούν να τεθούν προτεραιότητες, έτσι ώστε κάποια επείγοντα πακέτα να µεταδίδονται κατά προτεραιότητα έναντι κάποιον άλλων Η αποσφαλµάτωση της πληροφορίας που µεταφέρεται από τον ένα υπολογιστή στον άλλο και η ασφάλειά της, εξασφαλίζεται από το δίκτυο και όχι από τα συστήµατα που επικοινωνούν Οι ενδιάµεσοι κόµβοι παίζουν τον ρόλο του µεταφραστή και έτσι είναι δυνατή η ανταλλαγή πληροφοριών µεταξύ ηλεκτρονικών υπολογιστών γραµµένων σε διαφορετικό κώδικα. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 42

Συγκρίσεις τεχνικών µεταγωγής (3/4) Η τεχνική µεταγωγής νοητού κυκλώµατος είναι µια τεχνική η οποία προσπαθεί να εκµεταλλευθεί τα πλεονεκτήµατα της µεταγωγής κυκλώµατος και της µεταγωγής πακέτου, παρ όλα αυτά παρουσιάζει και µερικά µειονεκτήµατα όπως Αν κατά την διάρκεια της σύνδεσης δύο ηλεκτρονικών υπολογιστών κάποιος κόµβος τεθεί εκτός λειτουργίας, σηµειώνονται σηµαντικές καθυστερήσεις στην αναδροµολόγηση των πακέτων και στην εγκαθίδρυση ενός νέου νοητού κυκλώµατος. Δηµιουργείται κάποια καθυστέρηση µέχρι να συµφωνήσουν τα δύο µέρη να επικοινωνήσουν καθώς ο αποστολέας πρέπει να στείλει σχετική αίτηση στον αποδέκτη και αυτός µε την σειρά του να απαντήσει καταφατικά Αν παρ όλη την εγκαθίδρυση του νοητού κυκλώµατος, υπάρξει καθυστέρηση σε κάποιον από τους ενδιάµεσους κόµβους λόγω αύξησης της κίνησης σε εκείνο το σηµείο, δεν υπάρχει η δυνατότητα ανακατεύθυνσης των πακέτων µέσω άλλης οδού. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 43

Συγκρίσεις τεχνικών µεταγωγής (4/4) Τα πλεονεκτήµατα της µεταγωγής νοητού κυκλώµατος έναντι της µεταγωγής πακέτου, πέραν αυτών που κληρονοµεί από την µεταγωγή κυκλώµατος και τα οποία αναφέρθησαν παραπάνω, όπως: Δεν απαιτείται η αναταξινόµηση των πακέτων από τον παραλήπτη, καθώς αυτά λαµβάνονται όπως τα έστειλε ο αποστολέας Ο αποστολέας έχει την δυνατότητα να ειδοποιεί τον παραλήπτη για κάποιο τυχόν προσωρινό πρόβληµα που παρουσιάζεται κατά την λήψη των πακέτων και ο αποστολέας σταµατά µέχρι την λήψης νέου µηνύµατος. Δεν απαιτείται η ύπαρξη της πλήρους διεύθυνσης του παραλήπτη σε όλα τα πακέτα, λόγω της σταθερής διαδροµής που αυτά ακολουθούν µέχρι τον προορισµό τους. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 44

ISO / OSI Εισαγωγή στους Υπολογιστές 45

Η ανάγκη για πρότυπα Για να επικοινωνήσουν δύο ή περισσότεροι υπολογιστές µεταξύ τους, θα πρέπει η επικοινωνία τους να βασίζεται σε κάποιους καλά καθορισµένους κανόνες που ονοµάζονται πρωτόκολλα επικοινωνίας δικτύων. Όταν, για παράδειγµα, η λειτουργία δυο σταθµών συµµορφώνεται µε κάποια πρωτόκολλα, τότε µπορεί να εξασφαλιστεί µια κοινή γλώσσα επικοινωνίας µεταξύ τους και κατά συνέπεια µπορούν να ανταλλάξουν δεδοµένα. Θα µπορούσαµε να φανταστούµε την προσπάθεια δυο ανθρώπων από διαφορετικές χώρες να επικοινωνήσουν τηλεφωνικά, όταν αυτοί δε µιλούν την ίδια γλώσσα. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 46

Το µοντέλο OSI (1/2) Το 1983 ο Διεθνής Οργανισµός Τυποποίησης (International Standardization Organization : ISO) πρότεινε ένα µοντέλο αρχιτεκτονικής δικτύων για την ανταλλαγή πληροφοριών σε δίκτυα. Αυτό ονοµάστηκε Μοντέλο Αναφοράς OSI (Οpen Systems Interconnection: Διασύνδεση Ανοικτών Συστηµάτων) Ο στόχος του είναι η διασφάλιση της απρόσκοπτης επικοινωνίας µεταξύ ανοικτών συστηµάτων (λέγονται µεταφορικά ανοικτά συστήµατα γιατί επιθυµούν επικοινωνία µε άλλα συστήµατα). Εισαγωγή στους Υπολογιστές 47

Το µοντέλο OSI (2/2) ΕΠΙΠΕΔΟ Χρήστης 7 Εφαρµογής 6 Παρουσίασης 5 Συνόδου 4 Μεταφοράς 3 Δικτύου 2 Σύνδεσης Δεδοµένων 1 Φυσικό Κανάλι Μετάδοσης Εισαγωγή στους Υπολογιστές 48

Επικοινωνία σταθµών σε δίκτυο µοντέλου αναφοράς OSI Τα επίπεδα 4-7 είναι προσανατολισµέν α στις λειτουργίες της εφαρµογής του χρήστη ΣΤΑΘΜΟΣ A πληροφορία Εφαρµογής Παρουσίασης Οµότιµα επίπεδα (peer layers) Πρωτόκολλο Εφαρµογής Πρωτόκολλο Παρουσίασης ΣΤΑΘΜΟΣ B πληροφορία Εφαρµογής Παρουσίασης Συνόδου Πρωτόκολλο Συνόδου Συνόδου Μεταφοράς Πρωτόκολλο Μεταφοράς Μεταφοράς Τα επίπεδα 1-3 αφορούν τις υπηρεσίεςλειτουργίες που προσφέρονται από το δίκτυο Δικτύου Σύνδεσης Δεδοµένων Φυσικό Δικτύου Σύνδεσης Δεδοµένων Φυσικό Δικτύου Σύνδεσης Δεδοµένων Φυσικό Δικτύου Σύνδεσης Δεδοµένων Φυσικό ΚΟΜΒΟΣ Πρωτόκολλο Επιπέδου Δικτύου Πρωτόκολλο Φυσικού Επιπέδου Πρωτόκολλο Δευτέρου Επιπέδου Εισαγωγή στους Υπολογιστές 49

Το µοντέλο OSI: Φυσικό επίπεδο Ο κύριος σκοπός του φυσικού επιπέδου είναι να µετατρέψει στον δέκτη το σήµα που µεταδίδεται στο κανάλι επικοινωνίας σε bits και το αντίστροφο, Τα χαρακτηριστικά του δικτύου που ορίζει το φυσικό επίπεδο αφορούν κυρίως το χρησιµοποιούµενο κανάλι επικοινωνίας. Ένα άλλο σηµείο το οποίο αναλαµβάνει να ορίσει το φυσικό επίπεδο, είναι και οτιδήποτε έχει να κάνει µε τους ακροδέκτες που χρησιµοποιούνται για τη σύνδεση του κόµβου µε το κανάλι Εισαγωγή στους Υπολογιστές 50

Το µοντέλο OSI: Επίπεδο σύνδεσης δεδοµένων Σκοπός του είναι η ασφαλής και χωρίς λάθη µεταφορά των δεδοµένων. Για το λόγο αυτό αναλαµβάνει να πάρει, κατά την διαδικασία λήψης (δέκτης), τα «ακατέργαστα» bits που έρχονται από το φυσικό επίπεδο και µε κατάλληλη επεξεργασία να τα διαµορφώσει ως πληροφορία αναγνωρίσιµη για το επίπεδο δικτύου. Επίπεδο Δικτύου Υποεπίπεδο Ελέχγου Λογικής Σύνδεσης Υποεπίπεδο Ελέχγου Προσπέλασης Μέσου LLC MAC Επίπεδο Σύνδεσης Δεδοµένων Φυσικό επίπεδο Εισαγωγή στους Υπολογιστές 51

Το µοντέλο OSI: Το υποεπίπεδο ελέγχου προσπέλασης µέσου (1/2) Το υποεπίπεδο ελέγχου προσπέλασης µέσου, όπως προαναφέραµε, αναλαµβάνει την επικοινωνία µε το φυσικό επίπεδο. Σε πρωτοκόλλα που κάνουν χρήση ειδικών µηνυµάτων ελέγχου όπως το «κουπόνι», το επίπεδο αυτό είναι υπεύθυνο για την αναγνώρισή του και την παραπέρα επεξεργασία του Εισαγωγή στους Υπολογιστές 52

Το µοντέλο OSI: Το υποεπίπεδο ελέγχου προσπέλασης µέσου (2/2) Πακέτο ονοµάζουµε ένα σύνολο από χαρακτήρες που παριστά την πληροφορία που θέλει να στείλει ένας σταθµός σε έναν άλλο, αφού όµως αυτή διασπαστεί σε κοµµάτια, εάν είναι πολύ µεγάλη, και προστεθούν σε αυτήν και µερικοί άλλοι χαρακτήρες. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 53

Το µοντέλο OSI: Το υποεπίπεδο Ελέγχου Λογικής Σύνδεσης Μήνυμα από το επίπεδο Ν Το µήνυµα χωρίζεται σε µικρότερα κοµµάτια......... Υποµέρους τµήµατα του µηνύµατος Επικεφαλίδα Ουρά πληροφορία Επίπεδο Ν-1 Πακέτο προς µετάδοση στο επίπεδο Ν-2 Εισαγωγή στους Υπολογιστές 54

Το µοντέλο OSI: Επίπεδο δικτύου Το επίπεδο δικτύου ασχολείται µε τη µεταφορά των πληροφοριακών πακέτων από τον αποστολέα προς τον παραλήπτη. Οι βασικές λειτουργίες του επιπέδου δικτύου είναι: η διευθυνσιοδότηση (ένας τρόπος αντιστοίχησης µίας µοναδικής διεύθυνσης σε κάθε έναν υπολογιστή που συµµετέχει στο δίκτυο), η δροµολόγηση των δεδοµένων, η οργάνωσή τους σε πακέτα, η απαρίθµηση και η ταξινόµησή τους. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 55

Το µοντέλο OSI: Επίπεδο µεταφοράς Το επίπεδο µεταφοράς είναι υπεύθυνο για τη συνολικά πετυχηµένη µετάδοση δεδοµένων χωρίς λάθη. Παρέχει εκείνες τις διαδικασίες οι οποίες συντελούν: Στη σωστή λήψη των πληροφοριακών πακέτων ακόµη και αν έχει συµβεί κάποιο προσωρινό λάθος, κάτι που διορθώνεται µε αναµετάδοση του λανθασµένου πακέτου. Στον έλεγχο ροής των δεδοµένων από τον αποστολέα έως τον παραλήπτη, η οποία σταµατά ή περιορίζεται µε ενέργειες του δέκτη. Στον έλεγχο ακολουθίας των πακέτων. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 56

Το µοντέλο OSI: Επίπεδο συνόδου Το επίπεδο συνόδου επιτρέπει σε δυο ή περισσότερους σταθµούς να εγκαθιστούν συνόδους ανάµεσά τους. Το επίπεδο αυτό αναλαµβάνει τις ακόλουθες λειτουργίες: Εγκαθίδρυση µιας συνόδου µε έναν ή περισσότερους σταθµούς. Έλεγχος της ανταλλαγής δεδοµένων µε τον άλλο σταθµό. Διαχείριση της κατεύθυνσης της πληροφορίας. Τερµατισµός της σύνδεσης. Συγχρονισµός. Διαχείριση Κουπονιού (token management). Εισαγωγή στους Υπολογιστές 57

Το µοντέλο OSI: Επίπεδο παρουσίασης Το επίπεδο παρουσίασης έχει ως κύριο ρόλο όχι τη µετάδοση των δεδοµένων ή κάποιο έλεγχο σφαλµάτων, αλλά την αναπαράσταση της πληροφορίας που θα µεταδοθεί στην κατάλληλη µορφή. Μια άλλη βασική λειτουργία του επιπέδου αυτού, είναι η συµπίεση και αποσυµπίεση των δεδοµένων. Τέλος, ένας σηµαντικός ρόλος του επιπέδου παρουσίασης είναι η κρυπτογράφηση των δεδοµένων. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 58

Το µοντέλο OSI: Επίπεδο εφαρµογής Το επίπεδο εφαρµογής χρησιµοποιεί τις υπηρεσίες του επιπέδου παρουσίασης και κατ επέκταση όλων των χαµηλότερων επιπέδων. Αυτό είναι το τελευταίο επίπεδο και ουσιαστικά περιέχει τις επικοινωνιακές υπηρεσίες που υποστηρίζουν την εφαρµογή που βλέπει υλοποιεί ο χρήστης (το πρόγραµµα που δουλεύει). Οι εφαρµογές που µπορεί να έχουµε είναι αµέτρητες, από απλές µεταφορές αρχείων έως πολυσύνθετα πακέτα τηλε-εργασίας και τηλε-εκπαίδευσης µε χρήση πολυµέσων. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 59

Το Διαδίκτυο (Internet) Εισαγωγή στους Υπολογιστές 60

Το Διαδίκτυο Το Διαδίκτυο (Internet) είναι ένα διαδίκτυο που εκτείνεται σε ολόκληρο το κόσµο. Ξεκίνησε από την DARPA το 1973. Σήµερα συνδέει 1 δισεκατοµµύριο υπολογιστές. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 61

Διευθυνσιοδότηση στο Διαδίκτυο: «απόλυτες διευθύνσεις IP Η διεύθυνση IP είναι ένα σχήµα 4 bytes που χρησιµοποιείται για τον προσδιορισµό της φυσικής διεύθυνσης µιας µοναδικής µηχανής στο Διαδίκτυο (όπως ο τηλεφωνικός αριθµός προσδιορίζει µια µοναδική τηλεφωνική συσκευή) Οι τελείες δεκαδικού συµβολισµού αποτελούν το πρότυπο γραφής µιας IP διεύθυνσης, χωρίζοντας τα 4 bytes της διεύθυνσης (πχ: 192.207.177.133) Διεύθυνση δικτύου Α: 192.207.177.1xx Περιλαµβάνει όλες τις µηχανές που έχουν IP address που αρχίζει από 192.207.177.1 (πχ: 192.207.177.145) Εισαγωγή στους Υπολογιστές 62

Μνηµονικά Ονόµατα Το όνοµα ενός υπολογιστή (host name) (ή που προσφέρει µια υπηρεσία) είναι ένα µνηµονικό όνοµα, δοµηµένο ιεραρχικά σε περιοχές (domains) Όνοµα υπολογιστή = υπηρεσία ή «παρατσούκλι» υπολογιστή.όνοµα περιοχής (π.χ. dias.econ.aueb.gr, ftp.aueb.gr, www.in.gr) Υπηρεσία: ftp: www, smtp, imap, pop3, sip, telnet, Το όνοµα περιοχής (domain name) χαρακτηρίζει µια οντότητα όχι απαραίτητα γεωγραφικά ενιαία (εταιρία, ISP, πανεπιστήµιο, δηµόσιο οργανισµό,...) Ιεραρχικό: www.cs.aueb.gr Η περιοχή ανώτατου επιπέδου κατηγοριοποιεί τους ιδιοκτήτες των περιοχών: Κατά χρήστη π.χ..com = εµπορική περιοχή. Κατά χώρα π.χ..gr = περιοχή Ελλάδας. Υποπεριοχές και ονόµατα ιδιοκτητών υπολογιστών: Προσδιορίζονται από τον ιδιοκτήτη της περιοχής, καταχωρηµένες στον ICANN Εισαγωγή στους Υπολογιστές 63

DNS: διασκορπισµένη υπηρεσία καταλόγου Βασικό πρόβληµα: όνοµα υπολογιστή! δικτυακή διεύθυνση (IP address) Αντίστοιχο παράδειγµα: πως βρίσκω το τηλέφωνο της «υπηρεσίας ΦΠΑ της εφορίας Α»; Από τον τηλεφωνικό κατάλογο! Internet: Domain Name System = σύστηµα που λύνει το παραπάνω πρόβληµα DNS: διασκορπισµένος κατάλογος µε ιεραρχική δοµή Κάθε domain πρέπει να τηρεί ένα διακοµιστή ονοµάτων (name server) Ένας name server ενός domain γνωρίζει Τις IP διευθύνσεις των υπολογιστών που δίνουν τις διάφορες υπηρεσίες (ftp, smtp, www, ), ή έχουν κάποιο παρατσούκλι Τις IP διευθύνσεις των name server των sub-domains του (πχ ο name server του ayth.gr γνωρίζει την IP address του name server του www.csd.auth.gr) Εισαγωγή στους Υπολογιστές 64

Λειτουργία του DNS Εισαγωγή στους Υπολογιστές 65

Τα Επίπεδα του Διαδικτύου Επίπεδο Εφαρµογών Επίπεδο Εφαρµογών Τελικός Χρήστης (Τελικό Σύστηµα) Επίπεδο Μεταφοράς Επίπεδο Δικτύου Φυσικό Επίπεδο Διαδίκτυο Επίπεδο Μεταφοράς Επίπεδο Δικτύου Φυσικό Επίπεδο Τελικός Χρήστης (Τελικό Σύστηµα) Επίπεδο Εφαρµογών Επίπεδο Δικτύου Φυσικό Επίπεδο Δικτυακές Συσκευές (Κόµβος Δικτύου) Εισαγωγή στους Υπολογιστές 66

Τα Επίπεδα του Διαδικτύου: Το Επίπεδο Δικτύου Το Επίπεδο Δικτύου είναι υπεύθυνο για την δροµολόγηση των πακέτων δεδοµένων στον τελικό τους προορισµό. Κατά την διάρκεια µετάδοσης των πακέτων δεδοµένων δεν χρησιµοποιείται κάποια σύνδεση και είναι πιθανό πακέτα δεδοµένων της ίδιας ροής δεδοµένων να ακολουθήσουν διαφορετικές διαδροµές για να φτάσουν στον προορισµό τους. Το πρωτόκολλο του επιπέδου δικτύου το οποίο χρησιµοποιείται στο Διαδίκτυο είναι το IP (Internet Protocol). Εισαγωγή στους Υπολογιστές 67

Τρόποι Μετάδοσης των Πακέτων Δεδοµένων στο Διαδίκτυο Unicast: Σε αυτή την περίπτωση τα πακέτα δεδοµένων µεταδίδονται από την πηγή - αποστολέα των δεδοµένων σε ένα συγκεκριµένο παραλήπτη. Multicast: Σε αυτή την περίπτωση τα πακέτα δεδοµένων µεταδίδονται από την πηγή - αποστολέα σε µια οµάδα από παραλήπτες. Broadcast: Σε αυτή την περίπτωση τα πακέτα δεδοµένων µεταδίδονται από την πηγή - αποστολέα δεδοµένων σε όλους τους σταθµούς του δικτύου. Anycast: (IPv6) Σε αυτή την περίπτωση τα πακέτα δεδοµένων µεταδίδονται σε ένα παραλήπτη (όποιος λάβει το πακέτο δεδοµένων πρώτος) από µια συγκεκριµένη οµάδα παραληπτών. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 68

Τα Επίπεδα του Διαδικτύου: Το Επίπεδο Μεταφοράς Το Επίπεδο Μεταφοράς του Διαδικτύου είναι υπεύθυνο για την από άκρο σε άκρο µετάδοση των πακέτων δεδοµένων στο τελικό σύστηµα και πιο συγκεκριµένα στη διεργασία του τελικού συστήµατος στην οποία απευθύνονται τα πακέτα δεδοµένων. Στο επίπεδο µεταφοράς του Διαδικτύου υπάρχουν δύο πρωτόκολλα µεταφοράς: Το TCP (Transmission Control Protocol) και Tο UDP (User Datagram Protocol). Εισαγωγή στους Υπολογιστές 69

Τα Επίπεδα του Διαδικτύου: To Πρωτόκολλο Transmission Control Protocol (TCP) (1/2) Το πρωτόκολλο TCP παρέχει µια αξιόπιστη υπηρεσία βασισµένη σε συνδέσεις η οποία εγγυάται την αξιόπιστη µετάδοση των πακέτων δεδοµένων στη σειρά µε την οποία µεταδόθηκαν ανάµεσα σε δύο τελικά συστήµατα. Η λειτουργία του TCP είναι αρκετά περίπλοκη αν σκεφτεί κανείς ότι λειτουργεί πάνω από το επίπεδο δικτύου το οποίο δεν παρέχει ούτε υπηρεσίες σύνδεσης ούτε εγγυήσεις για την µετάδοση των πακέτων δεδοµένων. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 70

Τα Επίπεδα του Διαδικτύου: To Πρωτόκολλο Transmission Control Protocol (TCP) (2/2) Οι υπηρεσίες τις οποίες παρέχει το TCP µπορούν να διαχωριστούν στις παρακάτω: Εδραίωση και τερµατισµός σύνδεσης Αξιόπιστη µετάδοση: Έλεγχος ροής και συµφόρησης: Εισαγωγή στους Υπολογιστές 71

Τα Επίπεδα του Διαδικτύου: Το Πρωτόκολλο User Datagram Protocol (UDP) Αντίθετα µε το TCP το οποίο είναι ένα πρωτόκολλο προσανατολισµένο στη σύνδεση και το οποίο απαιτεί την εδραίωση σύνδεσης πριν την µετάδοση των δεδοµένων, το UDP είναι ένα πρωτόκολλο το οποίο δεν χρησιµοποιεί συνδέσεις και παρέχει µια πολύ πιο απλή υπηρεσία. Το UDP µεταδίδει πακέτα δεδοµένων (τα οποία ονοµάζονται datagrams) από ένα αποστολέα σε ένα παραλήπτη χωρίς να εγγυάται τη µετάδοση των πακέτων στον προορισµό τους. Oι εφαρµογές πολυµέσων στο Διαδίκτυο (π.χ. τηλεφωνία µε χρήση του πρωτοκόλλου IP) στηρίζονται στη µετάδοση δεδοµένων µε τη χρήση του πρωτοκόλλου UDP Εισαγωγή στους Υπολογιστές 72

Τα Επίπεδα του Διαδικτύου: Το Επίπεδο Εφαρµογών Οι εφαρµογές είναι υπεύθυνες να παράγουν δεδοµένα όπως για παράδειγµα βίντεο, ήχο, εικόνες και κείµενο. Η επικοινωνία ανάµεσα σε εφαρµογές είναι από άκρο σε άκρο, πράγµα που σηµαίνει ότι µια εφαρµογή µεταδίδει τα δεδοµένα της σε µια άλλη εφαρµογή χωρίς να απαιτείται η άµεση αλληλεπίδραση των εφαρµογών µε τους κόµβους του δικτύου. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 73

Εφαρµογές Διαδικτύου Εισαγωγή στους Υπολογιστές 74

Εφαρµογές Διαδικτύου Ηλεκτρονική αλληλογραφία (e-mail) Το πρωτόκολλο µεταφοράς αρχείων (FTP) Αποµακρυσµένη σύνδεση: telnet, κτλ. Ο Παγκόσµιος Ιστός: World Wide Web VoIP: SIP.. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 75

Σύνδεση µε εφαρµογές Servers: παρέχουν υπηρεσίες, ακούν σε γνωστές υποδιευθύνσεις Clients: συνδέονται στους servers, παίρνουν την πληροφορία, την παρουσιάζουν στους χρήστες Εισαγωγή στους Υπολογιστές 76

Ηλεκτρονική Αλληλογραφία Το e-mail είναι ένα σύστηµα για την µεταφορά µηνυµάτων µεταξύ των χρηστών του Διαδικτύου. Ο διακοµιστής αλληλογραφίας (mail server) εξυπηρετεί τους υπολογιστές µιας περιοχής. Η αποστολή ενός mail µέσα στην περιοχή γίνεται µέσω του διακοµιστή αλληλογραφίας βάσει του πρωτοκόλλου SMTP. Η λήψη ενός mail στην περιοχή γίνεται στον διακοµιστή αλληλογραφίας. Το mail παραλαµβάνεται έπειτα από αίτηση του χρήστη, βάσει των πρωτοκόλλων: POP3 IMAP4 Εισαγωγή στους Υπολογιστές 77

Electronic Mail Sending a message: Simple Mail Transfer Protocol Receiving emails: POP3: port 110, memory less IMAP: port 143, memory Εισαγωγή στους Υπολογιστές 78

File Transfer Protocol Control: user id, list, chdir, put, get, Εισαγωγή στους Υπολογιστές 79

4.3 World Wide Web Web browser: παρουσιάζει έγγραφα στον χρήστη, γραµµένα σε HTML Web server: αποθηκεύει πληροφορία, στέλνει ή δηµιουργεί έγγραφα σε HTML HTTP: πρωτόκολλο επικοινωνίας web browser web server HTML: γλώσσα για την σύνταξη εγγράφων που καταλαβαίνει ο browser URL: σύνταξη µοναδικών διευθύνσεων εγγράφων στον ιστό Εισαγωγή στους Υπολογιστές 80

4.4 Διαδικτυακά πρωτόκολλα Αφετηρία Ενδιάµεσες Στάσεις Τελικός Προορισµός Εισαγωγή στους Υπολογιστές 81

Βιβλιογραφία J.C. Brookshear, "Η επιστήµη των υπολογιστών: Μια ολοκληρωµένη παρουσίαση", Επιµέλεια: Κ. Κουρκουµπέτης, Κλειδάριθµος, 2009. Κ. Κουρκουµπέτης, Διαφάνειες του µαθήµατος «Εισαγωγή στην Επιστήµη των Υπολογιστών», Τµήµα Πληροφορικής, Οικονοµικό Πανεπιστήµιο Αθηνών. Εισαγωγή στους Υπολογιστές 82