ΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΙ ΙΑ ΙΚΤΥΟ. Αντώνης Σταµατάκης

ΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΙ ΙΑ ΙΚΤΥΟ Αντώνης Σταµατάκης

ίκτυο Υπολογιστών Με τον όρο ίκτυο Υπολογιστών αναφερόµαστε σε ένα υπολογιστικό σύστηµα το οποίο επιτρέπει τη διασύνδεση µεταξύ δύο ή περισσότερων υπολογιστών. Σκοπός της δικτύωσης είναι: η ανταλλαγή δεδοµένων ή/και υπηρεσιών µεταξύ των διασυνδεδεµένων υπολογιστών. 2

ίκτυο δύο υπολογιστών Η πιο απλή µορφή δικτύου υπολογιστών µε δικτύωση µόλις δύο υπολογιστών 3 Η διασύνδεση µεταξύ των υπολογιστών επιτυγχάνεται µέσω ειδικού καλωδίου δικτύωσης.

ικτύωση Με τη δικτύωση επιδιώκεται η επικοινωνία κάθε υπολογιστή που συµµετέχει σε ένα δίκτυο µε κάθε άλλο µέλος του συγκεκριµένου δικτύου. Σε µεγάλο πλήθος µελών ενός δικτύου, η δικτύωση µέσω καλωδιώσεων, δεν είναι πρακτική γιατί: Υπάρχει δυσκολία και ακαταστασία από το τράβηγµα καλωδίων από τον ένα υπολογιστή στον άλλο, οι οποίοι είναι πιθανό να µη βρίσκονται στο ίδιο δωµάτιο ή να ανήκουν σε χρήστες άγνωστους µεταξύ τους, και αφετέρου στην απουσία επαρκών θυρών στον υπολογιστή µας για να «κουµπώσει» το άκρο του κάθε καλωδίου δικτύωσης. 4

ικτύωση µέσω ενδιάµεσης συσκευής Η δικτύωση µεταξύ υπολογιστών επιτυγχάνεται µέσω ειδικών συσκευών δικτύωσης Hubs, Switches, Routers. Η δικτύωση µε τον τρόπο αυτό γίνεται πολύ απλούστερη δε χρειάζεται συνολική εικόνα του δικτύου στο οποίο επιθυµεί να συµµετάσχει. Αρκεί ένα καλώδιο δικτύου, µια κατάλληλη θύρα δικτύου στον υπολογιστή του και µια κενή θύρα στην ενδιάµεση συσκευή. 5

ικτύωση µέσω ενδιάµεσης συσκευής 6

Ανατοµία ενός δικτύου Υπολογιστών Ένα δίκτυο αποτελείται από το αντίστοιχο Hardware και Software, όπως και ένας υπολογιστής Το Hardware αναφέρεται στα εξαρτήµατα που χρειάζονται για τη δικτύωση Το Software στα αντίστοιχα πρωτόκολλα επικοινωνίας µεταξύ των διασυνδεδεµένων υπολογιστών. 7

ικτυακό Hardware Το Hardware ενός δικτύου περιλαµβάνει : Κάρτες δικτύου ή Νetwork Interface Cards. Αποτελούν τη διεπαφή επικοινωνίας µεταξύ δικτύου και Η/Υ. Μέσω αυτής ψηφιακά σήµατα από το δίκτυο εισέρχονται στον Η/Υ για επεξεργασία και αντίστροφα. Καλώδια δικτύου. Αποτελούν το µέσο για τη ροή της πληροφορίας µεταξύ των διασυνδεδεµένων υπολογιστών. Η πληροφορία εντός τους ρέει υπό τη µορφή ηλεκτρικών παλµών. Ενδιάµεσες συσκευές δικτύωσης hubs, switches, Routers Modems εξασφαλίζουν σύνδεση µε ένα δίκτυο µέσω τηλεφωνικών γραµµών. 8

ικτυακό Hardware 9 Ο επεξεργαστής (CPU) και κατ επέκταση ολόκληρος ο Η/Υ λειτουργούν µε βάση το δυαδικό σύστηµα. καταλαβαίνουν και να επεξεργάζονται µονάχα δύο αριθµούς, το 0 και το 1. Τα σήµατα χωρίζονται στα εξής σήµατα αναλογικά είναι µια ηλεκτρική τάση η οποία µεταβάλλεται χρονικά, συνήθως µε οµαλό και συνεχή τρόπο Ψηφιακά είναι µια σειρά από τιµές τάσης οι οποίες επιλέγονται από ένα προκαθορισµένο σύνολο, στο οποίο η τάση µπορεί να έχει τις τιµές +5 ή -5 Volt.

Αναλογικό σήµα 10

Ψηφιακό σήµα 11

ικτυακό Hardware Όλες οι ηλεκτρονικές µηχανές λειτουργούν µέσω ηλεκτρισµού, και πιο συγκεκριµένα µέσω ηλεκτρικών παλµών. Για την απλούστευση της κατασκευής τους, χρησιµοποιούµε το δυαδικό σύστηµα. διάκριση µεταξύ δύο µόλις αριθµών, του 0 και του 1. Σύµβαση: Ονοµάζω ως 0 την ανυπαρξία σήµατος στην είσοδο και ως 1 την ύπαρξη. Με βάση τους χτύπους του ρολογιού στον επεξεργαστή της ηλεκτρονικής µου συσκευής, παρακολουθώ την είσοδο στο σύστηµά µου και για κάθε χτύπο του ρολογιού ονοµάζω ως 1 κάθε ηλεκτρικό παλµό που υπερβαίνει µια συγκεκριµένη στάθµη τάσης (συνήθως χρησιµοποιείται ως κατώφλι η τιµή των 2,5 Volts) 0 τους υπόλοιπους 12

Μετατροπή ψηφιακού αριθµού σε ηλεκτρική κυµατοµορφή 13

Modem Τι συµβαίνει όµως στην περίπτωση του διαδικτύου όπου η πρόσβαση για τους περισσότερους οικιακούς συνδροµητές γίνετε µέσω του τηλεφωνικού δικτύου; Με δεδοµένο, ότι το τηλεφωνικό δίκτυο είναι σχεδιασµένο για τη µετάδοση αναλογικών σηµάτων φωνής, για τη µετάδοση ψηφιακών δεδοµένων από ένα υπολογιστικό σύστηµα σε ένα άλλο µέσω του τηλεφωνικού δικτύου απαιτείται πρώτα η κατάλληλη κωδικοποίηση τους ώστε αυτά να µετατραπούν σε αναλογικά. Τα χαρακτηριστικά του παραγόµενου αναλογικού σήµατος θα πρέπει να είναι κατάλληλα για τη διέλευσή του µέσα από µια απλή τηλεφωνική γραµµή. Αυτή η κωδικοποίηση επιτυγχάνεται µε το Modem. 14

Λειτουργία ενός modem 15

ικτύωση µέσω modem 16

Ρυθµός µετάδοσης δεδοµένων Βασικό στοιχείο που προσδιορίζει ένα modem είναι ο ρυθµός µετάδοσης δεδοµένων στο δίκτυο 17 ο οποίος µας δείχνει πόσο γρήγορα µπορεί να στείλει ή να λάβει δεδοµένα ένα modem. Η ταχύτητα διασύνδεσης θεωρείται το πιο σηµαντικό µέγεθος κατά τη χρήση ενός δικτύου και έχει ως µονάδα µέτρησης τα bits ανά δευτερόλεπτο ή bits per second (bps). Πολλαπλάσια αυτής είναι τα Κbps, Mbps, κλπ. Ως µονάδα µέτρησης του µεγέθους των αρχείων χρησιµοποιείται το byte και τα πολλαπλάσια αυτού.

ικτυακό Software 18 Το λογισµικό που είναι απολύτως απαραίτητο για την επικοινωνία µεταξύ Η/Υ µέσω δικτύων είναι τα επονοµαζόµενα πρωτόκολλα επικοινωνίας. Τα πιο συνηθισµένα από αυτά εγκαθίστανται σε έναν υπολογιστή κατά την εγκατάσταση του λειτουργικού συστήµατος, ενώ κάποια περισσότερο εξειδικευµένα κατά την εγκατάσταση των προγραµµάτων που συνοδεύουν ένα νέο δικτυακό εξάρτηµα του υπολογιστή µας. Ως πρωτόκολλο επικοινωνίας ορίζεται ένα σύνολο κανόνων συµφωνηµένων και από τα δυο επικοινωνούντα µέρη και που εξυπηρετούν την µεταξύ τους ανταλλαγή πληροφοριών.

Πρωτόκολλο Επικοινωνίας Το πρωτόκολλο επικοινωνίας είναι µια δέσµη κανόνων στους οποίους στηρίζεται η επικοινωνία των συσκευών σε ένα δίκτυο. Οι κανόνες αυτοί καθορίζουν τη µορφή, το χρόνο και τη σειρά µετάδοσης των πληροφοριών στο δίκτυο. Και εκτελούν έλεγχο διόρθωση σφαλµάτων στη διάρκεια µετάδοσης των πληροφοριών. 19

Πρωτόκολλο Επικοινωνίας Τα πρωτόκολλα δεν εξυπηρετούν σε τίποτα περισσότερο απ ότι σήµερα τα Αγγλικά για την επικοινωνία µεταξύ ανθρώπων. Όπως µεταξύ ανθρώπων, έτσι και µεταξύ των υπολογιστών που συµµετέχουν σε ένα δίκτυο υπάρχουν ανάγκες επικοινωνίας και συνεννόησης. Ο σκοπός της δικτύωσης είναι: 20 η ανταλλαγή πληροφοριών, αφού κάποιοι υπολογιστές κατέχουν κάποια πληροφορία ή υπηρεσία την οποία ζητούν κάποιοι άλλοι. Προκειµένου, όµως, ένας υπολογιστής να είναι σε θέσει να ζητήσει πληροφορίες από έναν άλλον και αυτός να είναι σε θέσει να καταλάβει τι ακριβώς του ζητήθηκε και να απαντήσει, χρειάζεται προηγουµένως να οριστεί και να δηµοσιευτεί ένα σύνολο κανόνων που θα διέπουν κάθε συναλλαγή τέτοιας φύσεως. Με τον τρόπο αυτό, κάθε υπολογιστής που επιθυµεί να συµµετάσχει σε ένα δίκτυο και να µοιραστεί πληροφορία αρκεί, να συµµορφώνεται µε τους κανόνες επικοινωνίας του συγκεκριµένου δικτύου.

Ταξινόµηση ικτύων Η/Υ Ανάλογα µε το χαρακτηριστικό γνώρισµα που θα επιλέξει κανείς, τα δίκτυα υπολογιστών κατατάσσονται σε διάφορες κατηγορίες. Από τις πιο συνηθισµένες είναι η διάκρισή τους µε βάση το γεωγραφικό εύρος που καλύπτουν, µε βάση το φυσικό µέσο ή την τεχνολογία που χρησιµοποιείται για την πρόσβαση σε αυτό, µε βάση τον τρόπο που γίνεται η µεταγωγή των δεδοµένων στους εσωτερικούς κόµβους του δικτύου. 21

Με βάση το γεωγραφικό εύρος 22 Τοπικά δίκτυα (Local Area Networks ή LAN) Τα τοπικά δίκτυα είναι δίκτυα, τα οποία εκτείνονται σε περιορισµένη γεωγραφικά περιοχή όπως για παράδειγµα ένα κτήριο ή συγκρότηµα κτηρίων και σε έκταση µερικών µέτρων και σπάνια λίγων χιλιοµέτρων. Μητροπολιτικά ίκτυα (Metropolitan Area Networks ή ΜΑΝ) Τα µητροπολιτικά δίκτυα είναι µια σχετικά νέα κατηγορία δικτύου, καλύπτουν συνήθως µια γεωγραφική περιοχή εύρους 5-50 Km, και συχνά χρησιµοποιούνται ως δίκτυα υψηλών ταχυτήτων για τη διασύνδεση τοπικών δικτύων µεταξύ τους ή µε δίκτυα ευρείας περιοχής. ίκτυα Ευρείας Περιοχής (Wide Area networks ή WAN). Τα δίκτυα ευρείας περιοχής προσφέρουν ευρύτερη κάλυψη σε σχέση µε τα LAN και ΜΑΝ καθώς καλύπτουν µια εκτεταµένη γεωγραφικά περιοχή, όπως για παράδειγµα µια πόλη, ή περιοχές που βρίσκονται στο ίδιο ή ακόµη και σε διαφορετικά κράτη.

Τοπικά δίκτυα Τα δίκτυα LΑΝ χαρακτηρίζονται από υψηλούς ρυθµούς µεταφοράς δεδοµένων (10 έως 100 Mbps) και µικρό αριθµό σφαλµάτων µετάδοσης. Επίσης, έχουν µικρό σχετικά αριθµό συνδεµένων συσκευών και χρησιµοποιούν ιδιωτικά µέσα µετάδοσης. Τοπικά δίκτυα συναντάµε σε σχολεία, πανεπιστήµια, εταιρείες, οργανισµούς, ιδρύµατα και αλλού. 23

Τοπικά δίκτυα 24 Τα τοπικά δίκτυα µπορούν, διασυνδεόµενα µεταξύ τους µε ειδικό δικτυακό εξοπλισµό, να σχηµατίζουν είτε µεγαλύτερα τοπικά δίκτυα είτε, αν η απόσταση είναι µεγάλη, δίκτυα ευρείας περιοχής.

Τοπολογίες τοπικών δικτύων Τοπολογία δικτύου ονοµάζεται η µορφή της σύνδεσης µεταξύ των υπολογιστών (ή των κόµβων γενικότερα) που απαρτίζουν ένα δίκτυο. Οι τοπολογίες µπορούν να είναι είτε φυσικές είτε λογικές. Οι πιο συνηθισµένες τοπολογίες είναι η τύπου δακτυλίου, αστέρα και διαύλου 25

Τοπολογία τύπου διαύλου Στην τοπολογία διαύλου (bus) οι υπολογιστές διασυνδέονται µέσω ενός κεντρικού καλωδίου, το οποίο αποκαλείται δίαυλος (ή αρτηρία). Τα δίκτυα τύπου διαύλου είναι σχετικά ανέξοδα και εύκολο να εγκατασταθούν για µικρά δίκτυα. Τα δίκτυα Ethernet σχηµατίζουν µια τοπολογία διαύλου. 26

Τεχνολογίες Ενσύρµατης Πρόσβασης Οι πιο διαδεδοµένες τεχνολογίες ενσύρµατης πρόσβασης είναι οι ακόλουθες: 27 Μέσω απλής τηλεφωνικής γραµµής PSTN (Dial-Up) Μέσω µόνιµων ή µισθωµένων γραµµών (leased lines) Μέσω γραµµών ΙSDN Μέσω Ψηφιακής Συνδροµητικής Γραµµής DSL/ADSL

Τεχνολογίες Ασύρµατης Πρόσβασης Οι πιο διαδεδοµένες τεχνολογίες ασύρµατης πρόσβασης είναι οι ακόλουθες: 28 Πρόσβαση µέσω WiFi/WLAN Πρόσβαση µέσω δικτύου κινητής τηλεφωνίας ορυφορική Πρόσβαση

Πρόσβαση µέσω WiFi/WLAN 29 Η πιο πρόσφατη εξέλιξη είναι τα ασύρµατα δίκτυα τύπου WiFi/WLAN. Το µοντέλο είναι το εξής: υπάρχει ένα ενσύρµατο δίκτυο κορµού στο οποίο συνδέονται τα σηµεία πρόσβασης (Access Points-AP) του ασύρµατου δικτύου. Μέσω των ΑΡ ένας υπολογιστής αποκτά πρόσβαση στο διαδίκτυο. Μονάχα η επικοινωνία µεταξύ υπολογιστή και ΑΡ γίνεται ασύρµατα, το υπόλοιπο της επικοινωνίας γίνεται µέσω ενσύρµατων µέσων. Για την πρόσβαση σε κάποιο ασύρµατο δίκτυο απαραίτητη προϋπόθεση είναι η συσκευή µας να είναι εξοπλισµένη µε ασύρµατη κάρτα δικτύωσης συµβατή µε το ασύρµατο δίκτυο στο οποίο επιθυµούµε να συνδεθούµε. Στα ασύρµατα τοπικά δίκτυα γίνεται χρήση του πρωτοκόλλου IEEE 802.11

Πρόσβαση µέσω WiFi/WLAN 30 Είναι αρκετά δηµοφιλή λόγω της κινητικότητας που επιτρέπουν στο χρήστη.

Πρόσβαση µέσω δικτύου κινητής τηλεφωνίας 31 Με τον όρο κινητά δίκτυα αναφερόµαστε στα δίκτυα που χρησιµοποιούν τεχνολογίες κινητής τηλεφωνίας προκειµένου να προσφέρουν δυνατότητα ασύρµατων συνδέσεων σε µετακινούµενους χρήστες. Σε ένα σύστηµα κινητής επικοινωνίας η κυψέλη αποτελεί τη βασική οντότητα για τον χρήστη και ορίζεται ως η περιοχή στην οποία η ραδιοκάλυψη δίνεται από έναν σταθµό βάσης (base station). Η πρόσβαση στο διαδίκτυο µέσω κινητών δικτύων µπορεί να γίνει µέσω τεχνολογίας GPRS ή ακόµη καλύτερα UMTS (γνωστής και ως 3G) για υψηλότερες ταχύτητες πρόσβασης.

Πρόσβαση µέσω δικτύου κινητής τηλεφωνίας Η πρόσβαση στο διαδίκτυο µέσω κινητών δικτύων προσφέρει µεγάλη γεωγραφική κάλυψη αντίστοιχη δυνατότητα κινητικότητας, απλοποιηµένη πρόσβαση, ικανοποιητικές ταχύτητες µετάδοσης (της τάξης µερικών Mbps). Μειονεκτήµατα Υψηλή χρέωση(συνήθως ογκοχρέωση) Μεταβολές στην ποιότητα λήψης κατά τη διάρκεια µιας σύνδεσης. 32

ορυφορική Πρόσβαση Μια δορυφορική σύνδεση µέσω «πιάτου» προσφέρει ταχύτητες περίπου επταπλάσιες από αυτές του ISDN και κατά κάτι µικρότερες από αυτές της DSL. Είναι όµως αρκετά ακριβή λόγω του εξειδικευµένου εξοπλισµού και της αντίστοιχα ακριβής συνδροµής. Συνήθως χρησιµοποιείται σε περιπτώσεις που δεν είναι εφικτή κάποια εναλλακτική µέθοδος πρόσβασης. 33

Λειτουργία ιαδικτύου 34 το ιαδίκτυο αποτελεί ένα δίκτυο ευρείας ζώνης µε παγκόσµια κάλυψη που χρησιµοποιείται για τη διασύνδεση τοπικών δικτύων ή µεµονωµένων χρηστών µεταξύ τους. Το ιαδίκτυο στηρίζεται στη µεταγωγή πακέτων και η λειτουργία του προδιαγράφεται από τη στοίβα πρωτοκόλλων που είναι ευρέως γνωστή ως TCP/IP. Αν και στις µέρες µας το Internet έχει ταυτιστεί µε τις υπηρεσίες που έχουν χτιστεί και τρέχουν πάνω από αυτό π.χ. WWW, e-mail, ftp, δίκτυα peer-to-peer, social networks, chat Εν τούτοις το όνοµά του το οφείλει στο πρωτόκολλο επιπέδου δικτύου που χρησιµοποιείται για τη δροµολόγηση των πακέτων µεταξύ αποστολέα και παραλήπτη, το οποίο ονοµάζεται Internet Protocol ή εν συντοµία IP.

ιασύνδεση µέσω διαδικτύου 35

Λειτουργία ιαδικτύου 36 Πρόγονος του Internet θεωρείται το ARPANET το οποίο ήταν το πρώτο στον κόσµο δίκτυο µεταγωγής πακέτων και λειτούργησε το διάστηµα 1969-1990. Το ARPANET χρηµατοδοτήθηκε από το Γραφείο Ερευνών Αµύνης των Ηνωµένων Πολιτειών και δόθηκε για χρήση στα πανεπιστήµια κι εργαστήρια ερευνών στις Η.Π.Α. Σήµερα το διαδίκτυο δεν ανήκει ουσιαστικά σε κανέναν, καθώς δεν υπάρχει κάποιο άτοµο ή οργανισµός που να έχει στην κατοχή του η έστω υπό τον έλεγχο του ολόκληρο το διαδίκτυο. Σαν δίκτυο ευρείας ζώνης, το διαδίκτυο αποτελείται από πολλά µικρότερα δίκτυα που ανήκουν σε άτοµα και οργανισµούς. Το διαδίκτυο δηµιουργείται µέσω των διασυνδέσεων µεταξύ αυτών των δικτύων.

Λειτουργία ιαδικτύου 37 Το δίκτυο κορµού του διαδικτύου αποτελείται από ένα σύνολο δικτύων υψηλής ταχύτητας και χωρητικότητας, που συνήθως ανήκουν στις µεγάλες εταιρίες τηλεπικοινωνιών, µέσω των οποίων µπορεί να διακινείται µεγάλος όγκος δεδοµένων. Για την πρόσβαση στο διαδίκτυο απαιτείται η συνδροµή µε κάποιον Πάροχο Υπηρεσιών διαδικτύου (Internet service provider - ΙSP), ο οποίος διαθέτει την κατάλληλη υποδοµή και διασυνδέσεις µε το δίκτυο κορµού ώστε να εξασφαλίζει την πρόσβαση των συνδροµητών του σε αυτό. Συνδροµητές σε έναν ISP µπορούν να είναι τόσο εταιρείες, όσο µεµονωµένα άτοµα.

Μοντέλο Client-Sever 38 Τα δίκτυα έχουν σκοπό το διαµοιρασµό πληροφοριών και υπηρεσιών µεταξύ των υπολογιστών που συµµετέχουν σε αυτά. Το πιο διαδεδοµένο µοντέλο αλληλεπίδρασης µεταξύ υπολογιστών για την ανταλλαγή δεδοµένων και υπηρεσιών είναι το επονοµαζόµενο ως µοντέλο Client-Server ή πελάτη-εξυπηρετητή (ή διακοµιστή). Ο όρος αυτός σχετίζεται µε τον τύπο του δικτύου όπου τα στοιχεία φυλάσσονται κεντρικά σε ένα κεντρικό υπολογιστή (server) και χρησιµοποιούνται τοπικά από τους χρήστες - τερµατικά (clients). Ο κεντρικός υπολογιστής είναι συνήθως ένα πολύ ισχυρό PC (ή οµάδα από PCs). Συνήθως, το ρόλο του πελάτη τον αναλαµβάνει ένα πρόγραµµα εφαρµογής (software) που εκτελείται σε ένα τοπικό τερµατικό µηχάνηµα και το οποίο αιτείται µία υπηρεσία ή πληροφορία από τον εξυπηρετητή.

Μοντέλο Client-Sever 39 Ο εξυπηρετητής, µε τη σειρά του, είναι ένα άλλο πρόγραµµα εφαρµογής σε ένα αποµακρυσµένο σύστηµα. Η επικοινωνία µεταξύ του προγράµµατος πελάτη και του προγράµµατος εξυπηρετητή υλοποιείται µέσω της ανταλλαγής κατάλληλων µηνυµάτων του επιπέδου εφαρµογής. Για το σκοπό αυτό χρησιµοποιούνται τα τυποποιηµένα µηνύµατα ενός πρωτοκόλλου του επιπέδου εφαρµογής, το οποίο είναι εκ των προτέρων γνωστό και στις δύο πλευρές. Η επικοινωνία αυτής της µορφής έχει συνήθως τη µορφή αίτησης-απόκρισης (request-response) µε την αίτηση να περιγράφει το αίτηµα του πελάτη προς τον εξυπηρετητή και την απόκριση την απάντηση του εξυπηρετητή προς τον πελάτη.

Μοντέλο Client-Sever 40 Ειδικά όσον αφορά το διαδίκτυο, το µοντέλο client-server είναι το πλέον διαδεδοµένο µοντέλο υπηρεσιών στο οποίο υπακούν οι περισσότερες από τις δηµοφιλείς υπηρεσίες του συµπεριλαµβανοµένου του Παγκόσµιου Ιστού (World Wide Web - WWW). Το WWW υλοποιείται µε την ανταλλαγή µηνυµάτων του πρωτοκόλλου εφαρµογής HTTP µεταξύ πελατών-εξυπηρετητών.