6.1 Επεκτείνοντας το δίκτυο Τοπικά δίκτυα (LAN): επικοινωνία με περιορισμένη απόσταση κάλυψης (μικρή εμβέλεια) Δίκτυα Ευρείας Περιοχής (WAN): επικοινωνία σε ευρύτερη γεωγραφική κάλυψη. Από την άποψη του χρήστη λειτουργούν όπως τα τοπικά δίκτυα. Για την επέκταση ενός τοπικού δικτύου μπορεί να γίνει με χρήση γραμμών σύνδεσης και συσκευών όπως modem, γέφυρες, δρομολογητές κτλ. Μπορεί να χρησιμοποιηθούν δίκτυα μεταγωγής, δορυφορικές συνδέσεις, μικροκύμματα, οπτικές ίνες κτλ. Για τη δημιουργία WAN συνήθως έχουμε ενοικίαση γραμμών από τηλεπικοινωνιακούς φορείς (π.χ. τον ΟΤΕ) έτσι ώστε να μειωθεί το κόστος. 6.2 Επιλεγόμενες τηλεφωνικές γραμμές Χρησιμοποιεί το υπάρχον τηλεφωνικό δίκτυο που λέγεται Δημόσιο Τηλεφωνικό Δίκτυο Μεταγωγής (PSTN) Χρειάζονται ειδικές συσκευές που λέγονται modems για τη διαμόρφωση (μετατροπή) των σημάτων του υπολογιστή σε αναλογικά και αντίστροφα (αφού το τηλεφωνικό δίκτυο σχεδιάστηκε μόνο για μετάδοση φωνής). Μικρή ταχύτητα μετάδοσης (μέχρι 56 Kbps) Όχι σταθερή ποιότητα που εξαρτάται από την ποιότητα της γραμμής. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για σύνδεση μικρής διάρκειας Πλεονεκτήματα Υψηλή διαθεσιμότητα Μικρό κόστος Μειονεκτήματα Μικρή ταχύτητα Μεταβλητή ποιότητα και αξιοπιστία Βασική χρήση Απομακρυσμένη πρόσβαση Εφαρμογές που δεν απιτούν μεγάλη ταχύτητα 1
6.5 ISDN Επιτρέπει τη μετάδοση φωνής, δεδομένων και εικόνας σε ψηφιακή μορφή μέσα από την ίδια γραμμή. Χρησιμοποιεί το υπάρχον τηλεφωνικό δίκτυο των δισύρματων χάλκινων καλωδίων (υπάρχουσα υποδομή). Η υποδομή αυτή λέγεται και POTS. Κάνει χρήση ειδικού modem και δεν χρειάζεται άλλος ακριβός εξοπλισμός. Τα κανάλια που χρησιμοποιεί (Β και D) είναι λογικά (νοητά) κανάλια και όχι φυσικά. Βασικά στοιχεία: Ψηφιακή μετάδοση. Τα σήματα μεταδίδονται σε ψηφιακή μορφή από το ένα άκρο στο άλλο (από την μία τερματική συσκευή στην άλλη). Η σηματοδοσία γίνεται μέσω ειδικού καναλιού (κανάλι D). H σηματοδοσία είναι τα βοηθητικά σήματα διαχείρισης όπως το κουδούνισμα, έναρξη, τερματισμός κτλ. Ενιαία και πολλαπλού σκοπού διασύνδεση στο δίκτυο. Ο χρήστης μπορεί με μία γραμμή (σύνδεση) να χρησιμοποιήσει διάφορες υπηρεσίες. Διεπαφή Βασικού Ρυθμού (BRI): 2 κανάλια Β για μετάδοση φωνής και δεδομένων () και 1 κανάλι D για σηματοδοσία (για την εγκαθίδρυση και διαχείριση της σύνδεσης). Κάθε Β κανάλι έχει ρυθμό (ταχύτητα) μετάδοσης 64 Kbps και το D κανάλι έχει ρυθμό 16 Kbps. Συνολικά μπορούμε να έχουμε 144 Kbps (2*64+16). O χρήστης μπορεί να χρησιμοποιήσει το ένα από τα δύο Β κανάλια ή και τα δύο ανάλογα με τις ανάγκες του. Διεπαφή Προτεύοντος Ρυθμού (PRI) Έχουμε 30 Β κανάλια για τη μετάδοση φωνήςκαι δεδομένων, ένα D κανάλι για τη σηματοδοσία και ένα επιπλέον κανάλι για την πλαισίωση και συντήρηση (συνολικά 32 κανάλια). Όλα τα κανάλια έχουν ρυθμό μετάδοσης 64 Kbps. Συνολικά 32*64 Κbps = 2,048 Μbps (ίδιο με τη σύνδεση Ε1). Σε Β. Αμερική και Ιαπωνία είναι 23 Β κανάλια και 1 D κανάλι (συνολικά 1,544 Mbps, όσο και η σύνδεση Τ1). Ο βασικός (BRI) και ο πρωτεύον ρυθμός (PRI) μπορούν να χρησιμοποιηθούν ταυτόχρονα. Μπορούμε να έχουμε έναν κεντρικό κόμβο με σύνδεση πρωτεύοντος ρυθμού και μέχρι 30 περιφερειακές θέσεις όπου έχουμε χρήση βασικού ρυθμού (στην αμερική μέχρι 23 περιφερειακές θέσεις). 2
Εξοπλισμός του ISDN Χρησιμοποιεί υπάρχουσα τηλεφωνική γραμμή. Στη μεριά του χρήστη-συνδρομητή τοποθετείται συσκευή τερματισμού δικτύου ΝΤ1. Η συσκευή αυτή συνδέεται με τον κόμβο ISDN στο τηλεφωνικό κέντρο με την κλασική τηλεφωνική γραμμή (μπορεί να είναι αρκετά χιλιόμετρα μακρυά). Στη συσκευή NT1 μπορούν να συνδεθούν μέχρι 8 συσκευές σε απόσταση 150 μέτρα. Μπορούμε να συνδέσουμε αναλογικές (π.χ. αναλογικό τηλέφωνο και fax ομάδας 3) ή ψηφιακές συσκεύες (π.χ. ISDN τηλέφωνο, υπολογιστές, fax ομάδας 4). Οι αναλογικές συσκευές συνδέονται με τη βοήθεια ειδικής διάταξης (εξαρτήματος) που λέγεται τερματικός προσαρμογέας ΤΑ. Πλεονεκτήματα Κόστος ανάλογο με την κίνηση Μεταφορά φωνής, εικόνας και δεδομένων Γρήγορη εγκαθίδρυση σύνδεσης Χρήση υπάρχουσας υποδομής Ιδανική για χρήση σαν εφεδρική γραμμή Μειονεκτήματα Αν και αναπτύσσεται διαρκώς δεν είναι ακόμη παγκόσμια διαθέσιμο Ακριβό για τη μεταφορά δεδομένων Βασική χρήση Για σποραδική κίνηση που περιλαμβάνει φωνή, εικόνα και δεδομένα Σαν εφεδρική γραμμή μαζί με επιλεγόμενες τηλεφωνικές γραμμές. 3
6.8 xdsl Κάνει χρήση των υπάρχοντων τηλεφωνικών γραμμών (υπάρχουσα υποδομή), δηλαδή τα χάλκινα συνεστρεμμένα ζεύγη καλωδίων. Μεγάλες ταχύτητες. Απαιτείται μεγάλο κόστος ώστε να έχουμε οπτική ίνα σε κάθε σπίτι (Fiber to the Home) και άρα έχουμε σύνδεση με τον τηλεπικοινωνιακό φορέα μέσω της κλασικής τηλεφωνικής γραμμής. Η τεχνολογία xdsl απαιτεί την απομάκρυνση των πηνίων φόρτισης τα οποία αυξάνουν την ποιότητα της τηλεφωνικής επικοινωνίας (αλλά περιόριζαν το εύρος ζώνης στα 3-8 Khz). Δεν χρειάζεται επίσης ενισχυτές ή επαναλήπτες. Υποστηρίζει μετάδοση φωνής και δεδομένων (εικόνα, ήχος, βίντεο κτλ). Απαιτεί συσκευή τερματισμού σε κάθε άκρο που λειτουργεί όπως το modem. Υποστηρίζει πρότυπο Ε1 (ταχύτητα 2,048 Mbps) και Τ1 (ταχύτητα 1,544 Mbps). Χρησιμοποιεί τρία κανάλια: ένα για μετάδοση φωνής ένα για μετάδοση δεδομένων προς τα επάνω (upstream) ένα για μετάδοση δεδομένων προς τα κάτω (downstream) Στην ασσύμετρη μετάδοση (ADSL) έχουμε μεγαλύτερο ρυθμό στο downstream (προς τα κάτω) και μικρότερο στο upstream. Στη συμμετρική είναι το ίδιο και στις 2 κατευθύνσεις. Για το Internet έχουμε συνήθως ασσύμετρη μετάδοση (ADSL ή ADSL lite). Με την τεχνολογία VDSL μπορούμε να έχουμε ακόμη μεγαλύτερους ρυθμούς μετάδοσης (πολυμεσικές εφασμογές, τηλεόραση υψηλής ευκρίνειας κτλ.) Η ταχύτητα εξαρτάται από την απόσταση και από την διατομή (πάχος) των καλωδίων. Πλεονεκτήματα: Αξιοποίηση υπάρχουσας υποδομής (χρήση υπάρχοντων τηλεφωνικών γραμμών). Πολύ μεγάλες ταχύτητες. Χαμηλό κόστος εγκατάστασης και λειτουργίας. Υποστηρίζει μετάδοση φωνής και δεδομένων μέσα από την ίδια γραμμή. Μεινέκτημα Μικρή απόσταση Βασική χρήση Σύνδεση στο Internet, intranet, IP τηλεφωνία Διασύνδεση τοπικών δικτύων αντί για σύνδεση Ε1/Τ1 Video κατά παραγγελία, τηλεόραση υψηλής ευκρίνιας κτλ. 4
7.1 Επίπεδο δικτύου Είναι το τρίτο επίπεδο του μοντέλου του OSI. Ασχολείται με τη μεταφορά των πακέτων με τα δεδομένα και καθορίζει τη διαδρομή που θα ακολουθήσουν αυτά τα πακέτα. Αποφασίζει για τη διαδρομή που θα ακολουθήσουν τα πακέτα. Η απόφαση αυτή βασίζεσαι στα στοιχεία που διαθέτουν οι κόμβοι για την κατάσταση του δικτύου και των γραμμών του. Στόχος είναι να επιλέγεται κάθε φορά η καλύτερη γραμμή. Καλύτερη γραμμή θεωρείται είτε η συντομότερη είτε ακόμη και αυτή που δεν έχει τόσο μεγάλο φόρτο. Το επίπεδο δικτύου ασχολείται με την από άκρο σε άκρο επικοινωνία (είναι το χαμηλότερο επίπεδο του μοντέλου του OSI για το οποίο ισχύει αυτό). Παρέχει μία νοητή γραμμή επικοινωνίας ανάμεσα στους δύο κόμβους που επικοινωνούν. Τα πακέτα διέρχονται από μία σειρά από ενδιάμεσους κόμβους (δρομολογητές) για να γίνει η παράδοση των πακέτων στον τελικό προορισμό. To σύνολο των ενδιάμεσων κόμβων λέγεται επικοινωνιακό υποδίκτυο. Οι ενδιάμεσοι αυτοί κόμβοι λειτουργούν μέχρι το επίπεδο δικτύου (δηλαδή στα 3 πρώτα επίπεδα). Το επικοινωνιακό υποδίκτυο ασχολείται δηλαδή με τηλεπικοινωνιακά μόνο θέματα και διαχωρίζεται έτσι από τις εφαρμογές που λειτουργούν στους τελικούς υπολογιστές (τον αποστολέα και τον παραλήπτη). Το επίπεδο δικτύου προσφέρει υπηρεσίες στο επίπεδο μεταφοράς που βρίσκεται από πάνω του (τέταρτο επίπεδο). Οι υπηρεσίες μπορεί να είναι υπηρεσίες με σύνδεση ή υπηρεσίες χωρίς σύνδεση, και μπορούν να χρησιμοποιούν: νοητά κυκλώματα, όπου στην αρχή αποφασίζεται η διαδρομή που θα ακολουθήσουν τα πακέτα και όλα τα πακέτα ακολουθούν την ίδια διαδρομή. αυτοδύναμα πακέτα, όπου κάθε πακέτο ακολουθεί τη δική του διαδρομή και δεν είναι απαραίτητο να είναι ίδια για όλα τα πακέτα. Στα νοητά κυκλώματα αρχικά έχουμε την εγκατάσταση της σύνδεσης όπου αποφασίζεται η διαδρομή που θα ακολουθήσουν όλα τα πακέτα. Κάθε κόμβος πρέπει να θυμάται για κάθε σύνδεση σε ποιο κόμβο θα προωθήσει τα πακέτα ώστε να έχουμε τα νοητά κυκλώματα. Κατά την εγκατάσταση της σύνδεσης δίνεται σε κάθε συνδεση ένας αριθμός νοητού κυκλώματος ο οποίος δεν πρέπει να χρησιμοποιείται από άλλη σύνδεση του ίδιου κόμβου. Οι κόμβοι μπορούν να αλλάξουν τον αριθμό αυτό, αν χρησιμοποιείται από κάποια άλλη σύνδεση. Για να θυμούνται οι κόμβοι τους αριθμούς αυτούς χρησιμοποιούν έναν πίνακα που περιέχει τον αριθμό εισερχόμενου νοητού κυκλώματος, τη γραμμή εισόδου, τον αριθμό του εξερχόμενου νοητού κυκλώματος και τη γραμμή εξόδου (σχήμα 7-3, σελ. 223). 5
7.2.1 Εισαγωγή στην τεχνολογία TCP/IP Με τον όρο TCP/IP αναφερόμαστε σε όλη την ομάδα πρωτοκόλλων που χρησιμοποιείται για την επικοινωνία κάποιων υπολογιστών και είναι η τεχνολογία πάνω στην οποία βασίζεται το Internet. Στην ουσία πρόκειται για δύο διαφορετικά πρωτόκολλα το TCP και τα ο ΙΡ που είναι τα δύο πιο σημαντικά από την ομάδα. Η τεχνολογία TCP/IP υποστηρίζει μία μεγάλη ποικιλία συστημάτων από διαφορετικούς κατασκευαστές και είναι εύκολα διαθέσιμη στον καθένα. Για τους λόγους αυτούς είχε τόση επιτυχία. Τα πρωτόκολλα TCP/IP δηλαδή υποστηρίζονται από διαφορετικούς κατασκευαστές ως πρότυπα επικοινωνίας. Έτσι δύο υπολογιστές με διαφορετικά χαρακτηριστικά μπορούν να επικοινωνήσουν χωρίς να χρειάζεται μετατροπή δεδομένων. Αυτό είναι το μεγαλύτερο πλεονέκτημα. Τα δίκτυα που χρησιμοποιούν τεχνολογία TCP/IP ονομάζονται TCP/IP διαδίκτυα. Το παγκόσμιο Διαδίκτυο είναι το μεγαλύτερο δίκτυο στον κόσμο που αποτελείται από εκατομμύρια υπολογιστές που επικοινωνούν και χρησιμοποιεί το TCP/IP. Όταν μία επιχείρηση χρησιμοποιεί υπηρεσίες διαδικτύου και παγκόσμιου ιστού για την εσωτερική της επικοινωνία στο δικό της ιδιωτικό δίκτυο τότε λέμε ότι έχουμε ένα εσωτερικό ιδιωτικό δίκτυο τεχνολογίας TCP/IP (Intranet). 6
7.2.2 Σχέση OSI και TCP/IP Υπάρχουν διαφορές ανάμεσα στο μοντελο TCP/IP και το μοντέλο του OSI. Χωρίς αυτό να σημαίνει ότι έρχονται σε σύγκρουση. Το μοντέλο TCP/IP έχει 4 επίπεδα, ενώ το μοντέλο OSI έχει 7 επίπεδα. Υπάρχει ένα προς ένα αντιστοιχεία στο επίπεδο δικτύου και επίπεδο μεταφοράς, αφού και τα δύο μοντέλα έχουν αυτά τα επίπεδα (σχήμα 7-4). Στο επίπεδο μεταφοράς έχουμε τα πρωτόκολλα TCP και UDP ενώ στο επίπεδο δικτύου έχουμε το πρωτόκολλο IP και το πρωτόκολλο ICMP. Τα επίπεδα εφαρμογής, συνόδου και παρουσίασης του OSI αντιστοιχούν στο επίπεδο εφαρμογής του TCP/IP. Στο επίπεδο αυτό έχουμε εφαρμογές όπως email, telnet, FTP κτλ. Το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων και το φυσικό επίπεδο του μοντέλου του OSI αντιστοιχούν στο επίπεδο πρόσβασης δικτύου του μοντέλου TCP/IP. Δεν πρόκειται για ουσιαστική διαφορά γιατί οι λειτουργίες αυτές γίνονται όλες από την κάρτα δικτύου. Το επίπεδο πρόσβασης δικτύου είναι το χαμηλότερο επίπεδο του μοντέλου TCP/IP. Παρέχει την πρόσβαση στο φυσικό μέσο μετάδοσης και προσφέρει τις υπηρεσίες του στο πιο πάνω επίπεδο (δικτύου). Η πληροφορία μεταδίδεται σε μορφή πακέτων. Στο επίπεδο αυτό έχουμε τα καλώδιαμ τις κάρτες δικτύου, πρωτόκολλα τοπικού δικτύου κτλ. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν διαφορετικές τεχνολογίες από διαφορετικούς κατασκευαστές. Το επίπεδο δικτύου είναι το επίπεδο που είναι υπεύθυνο για τη μετάδοση και τη δρομολόγηση των πακέτων στο δίκτυο. Εξασφαλίζει ότι τα πακέτα μπορούν να μεταδοθούν ανάμεσα σε απομακρυσμένους κόμβους σε παγκόσμιο επίπεδο. Εδώ λειτουργεί το πρωτόκολλο ΙΡ το οποίο αποδίδει μία διεύθυνση ΙΡ (λογική διεύθυνση) σε κάθε κόμβο. Η φυσική διεύθυνση (διεύθυνση MAC) αποδίδεται στο πιο κάτω επίπεδο και υπάρχουν πρωτόκολλα όπως το ARP (πρωτόκολλο μετατροπής διευθύνσεων) ή το RARP (ανάστροφη μετατροπή διευθύνσεων) για τη μετατροπή των διευθύνσεων από τη μία μορφή στην άλλη. Το πρωτόκολλο ICMP είναι ένα πρωτόκολλο του επιπέδου δικτύου για τη μετάδοση μηνυμάτων ελέγχου και χρησιμοποιείται για την ανταλλαγή μηνυμάτων στην περίπτωση που εμφανίζονται προβλήματα ή ασυνήθιστες καταστάσεις (μηνύματα σφαλμάτων). Μεταδίδει δηλαδή μηνύματα για τον έλεγχο της κατάστασης των κόμβων του δικτύου. Για παράδειγμα μπορεί να σταλεί μήνυμα απρόσιτος υπολογιστής όταν δεν μπορεί να γίνει σύνδεση με έναν υπολογιστή. Το επίπεδο μεταφοράς υλοποιεί τις συνδέσεις ανάμεσα στους κόμβους του δικτύου. Εδώ έχουμε τα πρωτόκολλα TCP και UDP. Το TCP παρέχει αξιόπιστη μετάδοση και προς τις δύο κατευθύνσεις και οι εφαρμογές που χρησιμοποιούν το TCP θεωρούν ότι η μετάδοση γίνεται χωρίς καμία απώλεια. Πιθανόν σφλάματα στη μετάδοση διορθώνονται με την 7
επαναμετάδοση πακέτων που δεν έχουν φτάσει σωστά στον προορισμό τους. Ένας κόμβος μπορεί να στείλει και να λάβει δεδομένα (και στις δύο κατευθύνσεις). Μπρούμε να έχουμε πολλές ταυτόχρονες TCP συνδέσεις. To πρωτόκολλο UDP είναι πρωτόκολλο χωρίς σύνδεση και δεν είναι πολύ αξιόπιστο. Χρησιμοποιείται σε περιπώσεις όπου δεν απαιτείται η αξιοπιστία του TCP (π.χ. μετάδοση βίντεο, ήχου κτλ) Το επίπεδο εφαρμογής παρέχει τις εφαρμογές που χρησιμοποιεί ο χρήστης όπως απομακρυσμένη πρόσβαση (telnet), μεταφορά αρχείων (FTP) κτλ Χρησιμοποιεί το επίπεδο μεταφοράς που βρίσκεται από κάτω του. Αποτελεί το σημείο επαφής με τον χρήστη. Οι εφαρμογές ακολουθούν το μοντέλο πελάτη-εξυπηρετητή (client-server). O εξυπηρετητής (server) είναι ένα πρόγραμμα (διεργασία) που περιμένει να λάβει μία αίτηση από τον πελάτη και αναλαμβάνει να την εξυπηρετήσει. Το πρόγραμμα αυτό τρέχει σε κάποιον υπολογιστή και ελέγχει όλες τις αιτήσεις που καταφτάνουν. Το πρόγραμμα το οποίο ζητάει κάτι από τον εξυπηρετητή είναι ο πελάτης. Όταν ο εξυπηρετητής εξυπηρετήσει τον πελάτη τότε επανέρχεται σε κατάσταση αναμονής και περιμένει νέες αιτήσεις. 7.2.3 Βασικές αρχές επικοινωνίας Οι κόμβοι που συνδέονται μπορεί να βρίσκονται σε διαφορετικά δίκτυα. Τα δίκτυα συνδέονται με δρομολογητές και τα πακέτα συνήθως πρέπει να περάσουν από διαφορετικά ενδιάμεσα δίκτυα (οι δρομολογητές επικοινωνούν μέχρι το επίπεδο δικτύου). Ο χρήστης επικοινωνεί χωρίς να το γνωρίζει αυτό. Το μόνο που χρειάζεται να γνωρίζει είναι η διέυθυνση ΙΡ του κόμβου με τον οποίο επικοινωνεί. Η διεύθυνση αυτή περιέχει πληροφορίες για το πώς θα φτάσουν τα πακέτα στον προορισμό τους. Συνήθως, επειδή είναι δύσκολο να θυμόμαστε διευθύνσεις ΙΡ επικοινωνούμε με το όνομα των κόμβων. Υπάρχει μία βάση δεδομένων η οποία μετατρέπει το όνομα σε αριθμό ΙΡ (σύστημα DNS). Τα πακέτα στο μοντέλο TCP/IP μεταφέρονται ανεξάρτητα το ένα από το άλλο, χωρίς κάποια σύνδεση. Κάθε πακέτο μπορεί να ακολουθεί το δικό του μονοπάτι για να φτάσει στον προορισμό του. Κάποιο πακέτο που έχει σταλεί αργότερα, μπορεί να φτάσει πριν από κάποια πακέτα που έχουν προηγηθεί. Επίσης κάποια από τα πακέτα μπορεί να χαθούν και εάν χρησιμοποιείται TCP θα πρέπει να ξανασταλούν. Σχήμα 7-7 (παράδειγμα σελ. 232). Στον αποστολέα (πηγή) τα δεδομένα κατεβαίνουν τα επίπεδα και περνούν από τους ενδιάμεσους δρομολογητές. Κάθε δρομολογητής θα πρέπει να ελέγξει αν ένα πακέτο απευθύνεται σε υπολογιστή του τοπικού του δικτύου. Ο δρομολογητής του προορισμού στέλνει τα πακέτα στον παραλήπτη, όπου ανεβαίνουν τα επίπεδα προς τα επάνω. 8