J. Glenn Brookshear. Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley

Κεφάλαιο 4: ικτύωση και ιαδίκτυο Η Επιστήµη των Υπολογιστών: Μια Ολοκληρωµένη Παρουσίαση (δέκατη αµερικανική έκδοση) J. Glenn Brookshear Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley

Κεφάλαιο 4: ικτύωση και ιαδίκτυο ικτύωση Μελετά τον τρόπο που συνδέονται οι υπολογιστές για να µοιράζονται πληροφορίες και πόρους Σχετικά θέµατα Κατασκευή και λειτουργία δικτύων Εφαρµογές δικτύων Ασφάλεια ιαδίκτυο Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-2

Εισαγωγή Ανάγκη για κοινή χρήση πληροφοριών και πόρων => οδήγησε σε υπολογιστικά συστήµατα δίκτυα για σύνδεση υπολογιστών και µεταφορά δεδοµένων Μέσω των δικτύων οι χρήστες µοιράζονται πόρους, όπως Εκτυπωτές, πακέτα λογισµικού, µέσα αποθήκευσης Υποκείµενο λογισµικό Από απλό πακέτο λογισµικού σ ένα εκτεταµένο σύστηµα δικτυακού λογισµικού Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-3

Κατηγορίες ικτύων Ανάλογα µε την Εµβέλεια Τοπικά δίκτυα (LAN) Μητροπολιτικά δίκτυα (MAN) ίκτυα ευρείας περιοχής (WAN) Ανάλογα µε την Ιδιοκτησία Κλειστά (αποκλειστικής εκµετάλλευσης proprietary networks) και ανοιχτά Ανάλογα µε την Τοπολογία (διευθέτηση των κόµβων) ιαύλου (Ethernet) Αστέρα (Ασύρµατα δίκτυα µε κεντρικό σηµείο πρόσβασης) Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-4

Τοπολογία ιαύλου (Bus topology) 1/2 Όλες οι µηχανές συνδέονται σε µια κοινή γραµµή επικοινωνίας που ονοµάζεται δίαυλος (bus) Έγινε δηµοφιλής το 1990 όταν υλοποιήθηκε µε βάση ένα σύνολο προτύπων (Ethernet ένα από τα δηµοφιλέστερα συστήµατα δικτύωσης) Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-5

Τοπολογία ιαύλου (Bus topology) 2/2 Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-6

Τοπολογία Αστέρα (1/2) Εξέλιξη του παραδείγµατος ενός µεγάλου υπολογιστή µε πολλούς χρήστες Καθώς τα απλά τερµατικά εξελίχθηκαν σε µικρούς υπολογιστές, προέκυψε το δίκτυο αστέρα Σήµερα η τοπολογία είναι δηµοφιλής στα ασύρµατα δίκτυα Επικοινωνία µέσω εκποµπής ραδιοφωνικών κυµάτων Σηµείο πρόσβασης (access point) είναι το σηµείο εστίασης γύρω από το οποίο συντονίζεται η επικοινωνία Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-7

Τοπολογία Αστέρα (2/2) Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-8

ιαφορές µεταξύ ικτύου ιαύλου (..) και ικτύου Αστέρα (.Α.) Όχι προφανείς από τη φυσική διευθέτηση του εξοπλισµού Ένα.. µπορεί να έχει ένα µικρό δίαυλο µε µεγάλες συνδέσεις προς τις µηχανές και να µοιάζει µε αστέρα. Μπορεί να δηµιουργείται µε έναν διανοµέα (hub) που παίζει το ρόλο ενός µικρού διαύλου, προς τον οποίον συνδέονται οι διάφορες µηχανές Ο διανοµέας το µόνο που κάνει είναι η αναµετάδοση οποιουδήποτε σήµατος λαµβάνει (ίσως ενισχυµένο) προς όλες τις µηχανές Έγκειται στο αν οι µηχανές επικοινωνούν απ ευθείας ή έµµεσα µέσω κεντρικής µηχανής Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-9

Πρωτόκολλα Τι είναι Κανόνες που συντονίζουν τις διάφορες δραστηριότητες Βοηθά στη δηµιουργία συµβατών προϊόντων για δικτυακές εφαρµογές Απαραίτητα στην ανάπτυξη δικτυακών τεχνολογιών Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-10

Πρωτόκολλα Χρήση τους στο συντονισµό µετάδοσης µηνυµάτων Χωρίς κανόνες µετάδοσης όλοι οι υπολογιστές θα µπορούσαν να αρχίσουν να µεταδίδουν οποιαδήποτε στιγµή CSMA/CD Χρησιµοποιείται στο Ethernet Ο κενός δίαυλος δίνει το δικαίωµα για εισαγωγή νέου µηνύµατος CSMA/CA Χρησιµοποιείται στο WiFi Πρόβληµα του κρυµµένου τερµατικού Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-11

CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (1/2) Πολλαπλή προσπέλαση µε ανίχνευση φέροντος σήµατος και ανίχνευση σύγκρουσης Κάθε µήνυµα εκπέµπεται προς όλες τις µηχανές του διαύλου Κάθε µηχανή ανιχνεύει όλα τα µηνύµατα και κρατάει µόνο αυτά που απευθύνονται σε αυτή Για µετάδοση µηνύµατος, περιµένει να ελευθερωθεί ο δίαυλος αλλά συνεχίζει να ανιχνεύει το δίαυλο Αν κάποια άλλη µηχανή ξεκινήσει µετάδοση την ίδια στιγµή, και οι δύο ανιχνεύουν τη σύγκρουση και σταµατούν για τυχαίο χρονικό διάστηµα πριν επαναλάβουν τη µετάδοση Αποτέλεσµα παρόµοιο µε συζητήσεις ανθρώπων Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-12

CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (2/2) εν είναι συµβατό µε ασύρµατα δίκτυα αστέρα Όλες οι µηχανές επικοινωνούν µέσω ενός κεντρικού σηµείου πρόσβασης Μια µηχανή µπορεί να µην ανιχνεύει ότι οι µεταδόσεις της συγκρούονται µε εκείνες άλλης µηχανής γιατί το δικό της σήµα καλύπτει εκείνο της άλλης µηχανής Τα σήµατα από διαφορετικές µηχανές εµποδίζονται από αντικείµενα ή µεγάλες αποστάσεις (πρόβληµα κρυµµένου τερµατικού) Τα ασύρµατα δίκτυα προσπαθούν να αποφεύγουντις συγκρούσεις, όχι να τις ανιχνεύουν. Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-13

CSMA/CΑ: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (1/2) Πολλαπλή προσπέλαση µε ανίχνευση φέροντος σήµατος και αποφυγήσύγκρουσης Τέτοιες πολιτικές έχουν τυποποιηθεί από το ΙΕΕΕ µέσω του πρότυπου ΙΕΕΕ 802.11 και αναφέρονται συνήθως ως WiFi Tα πρωτόκολλα αυτά αποφεύγουν τις συγκρούσεις αλλά δεν τις εξαλείφουν τελείως. Όταν παρουσιάζονται συγκρούσεις, τα µηνύµατα πρέπει να αναµεταδίδονται Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-14

CSMA/CΑ: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (2/2) Συνήθης προσέγγιση αποφυγής σύγκρουσης: παραχώρηση προτεραιότητας σε µηχανές που ήδη περιµένουν Παρόµοιο πρωτόκολλο µε το CSMA/CD του Ethernet ιαφορά: όταν µια µηχανή θέλει να µεταδώσει ένα µήνυµα και βρίσκε το κανάλι κενό, δεν αρχίζει αµέσως τη µετάδοση. Περιµένει ένα µικρό διάστηµα και ξεκινάει αν το κανάλι εξακολουθεί να είναι σιωπηλό. ιαφορετικά περιµένει και την επόµενη φορά που θα βρει σιωπηλό, ξεκινάει αµέσως τη µετάδοση Έτσι αποφεύγονται συγκρούσεις µεταξύ νέων αφίξεων και µηχανών που βρίσκονται σε αναµονή εν λύνει το πρόβληµα του κρυµµένου τερµατικού Οποιοδήποτε πρωτόκολλο βασίζεται στη διάκριση µεταξύ σιωπηλών και απασχοληµένων καναλιών, προϋποθέτει ότι κάθε σταθµός ακούει τους άλλους Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-15

Το πρόβληµα του κρυµµένου τερµατικού (1/2) Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-16

Το πρόβληµα του κρυµµένου τερµατικού (2/2) Για την επίλυσή του, ορισµένα δίκτυα WiFi απαιτούν από κάθε µηχανή να στέλνει «αίτηση» στο σηµείο πρόσβασης Η επιβεβαίωση από το σηµείο πρόσβασης στέλνεται σε όλα τα µηχανήµατα κι έτσι όλοι ξέρουν αν το σηµείο πρόσβασης είναι απασχοληµένο εκείνη τη στιγµή Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-17

Συνδυασµός δικτύων (1/2) Συµβάλλει στο σχηµατισµό εκτεταµένου συστήµατος επικοινωνιών Μπορούµε να συνδέσουµε δύο ή περισσότερα συµβατά δίκτυα ή και ασύµβατα δίκτυα µέσω συσκευών γνωστών ως: επαναλήπτες, γέφυρες, µεταγωγείς Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-18

Συνδυασµός δικτύων (2/2) Επαναλήπτης (repeater) Συνδέει δύο διαύλους Γέφυρα (bridge) Συνδέει δύο διαύλους αλλά δεν µεταβιβάζει όλα τα µηνύµατα µέσω της διασύνδεσης Μεταγωγέας (switch) Συνδέει πολλούς διαύλους ροµολογητής (router) Συνδέει δύο ασύµβατα δίκτυα, δηµιουργώντας ένα δίκτυο δικτύων που ονοµάζεται διαδίκτυο Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-19

Επαναλήπτης Συνδέει δύο διαύλους Μεταβιβάζει τα σήµατα µεταξύ των δύο αρχικών διαύλων (συνήθως µε κάποια µορφή ενίσχυσης) χωρίς να ασχολείται µε τη σηµασία τους Γι αυτό χρησιµοποιείται για επέκταση ενός δικτύου διαύλου Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-20

Γέφυρα Παρόµοια µε επαναλήπτη αλλά πιο περίπλοκη Συνδέει δύο διαύλους αλλά δεν µεταβιβάζει όλα τα σήµατα µεταξύ των δύο αρχικών διαύλων Εξετάζει τη διεύθυνση προορισµού κάθε µηνύµατος και προωθεί το µήνυµα µέσω της σύνδεσης µόνο αν προορίζεται για έναν υπολογιστή που βρίσκεται στην άλλη πλευρά Η επικοινωνία µεταξύ των µηχανών στη µια πλευρά δεν επηρεάζεται από την επικοινωνία µηχανών στην άλλη πλευρά ηµιουργεί πιο αποδοτικά συστήµατα απ ότι ο επαναλήπτης Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-21

Μεταγωγέας Γέφυρα µε πολλαπλές συνδέσεις που συνδέει πάνω από δύο διαύλους ηµιουργεί δίκτυα από διαύλους που επεκτείνονται από τον µεταγωγέα όπως οι ακτίνες ενός τροχού Κάθε µήνυµα που προωθείται, αναµεταδίδεται µόνο στην κατάλληλη ακτίνα, ελαχιστοποιώντας έτσι την κυκλοφορία κάθε ακτίνας Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-22

Κατασκευή ενός µεγάλου ικτύου διαύλου από µικρότερα (1/2) Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-23

Κατασκευή ενός µεγάλου ικτύου διαύλου από µικρότερα (2/2) Κατά τη σύνδεση δικτύων µέσω επαναληπτών, γεφυρών και µεταγωγέων το αποτέλεσµα είναι ένα µοναδικό µεγάλο δίκτυο Ολόκληρο το σύστηµα λειτουργεί µε τον ίδιο τρόπο που λειτουργεί κάθε ένα από τα αρχικά δίκτυα (µε χρήση ίδιων πρωτοκόλλων) Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-24

Κατασκευή ενός µεγάλου ικτύου από µικρότερα διαφορετικά (1/3) Οι δροµολογητές Είναι ειδικοί υπολογιστές που δηµιουργούν διαδίκτυα όπου τα αρχικά δίκτυα λειτουργούν αυτόνοµα, δηλ. διατηρούν τα ιδιαίτερα εσωτερικά χαρακτηριστικά τους Προωθούν µηνύµατα µεταξύ διαφορετικών δικτύων Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-25

Κατασκευή ενός µεγάλου ικτύου από µικρότερα διαφορετικά (2/3) Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-26

Κατασκευή ενός µεγάλου ικτύου από µικρότερα διαφορετικά (3/3) Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-27

Προώθηση µηνυµάτων σ ένα διαδίκτυο ροµολογητές: προωθούν τα µηνύµατα στις κατάλληλες διευθύνσεις Η προώθηση βασίζεται σ ένα σύστηµα διευθυνσιοδότησης που αποδίδει µοναδικές διευθύνσεις σε όλες τις συσκευές ενός διαδικτύου και στους δροµολογητές Κάθε µηχανή σε κάποιο επι µέρους δίκτυο έχει δύο διευθύνσεις: την τοπική και τη διαδικτυακή Κάθε µήνυµα έχει τη διαδικτυακή διεύθυνση του παραλήπτη προωθείται στον τοπικό δροµολογητή κι από εκεί στην κατάλληλη διεύθυνση [κάθε δροµολογητής διατηρεί έναν πίνακα προώθησης για το που θα σταλούν τα µηνύµατα ανάλογα µε τη διεύθυνση προορισµού τους] Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-28

Πύλη (gateway) To «σηµείο» όπου ένα δίκτυο συνδέεται µ ένα διαδίκτυο, γιατί είναι δίοδος µεταξύ του δικτύου και του έξω κόσµου Πολλές µορφές πυλών => αόριστη χρήση του όρου Π.χ. η Πύλη ενός δικτύου µπορεί να είναι ο ροµολογητής ή, σ ένα οικιακό ασύρµατο δίκτυο µπορεί να είναι το Access Point και ο ροµολογητής, γιατί αυτά τα δύο είναι σε µία µονάδα Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-29

ιαδιεργασιακή Επικοινωνία (1/2) Μοντέλο Πελάτη- ιακοµιστή Πελάτη- ιακοµιστή Ένας διακοµιστής, πολλοί πελάτες Ο διακοµιστής πρέπει να εκτελείται συνεχώς Ο πελάτης ξεκινά την επικοινωνία Παραδείγµατα ιακοµιστής αρχείων ιακοµιστής εκτύπωσης Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-30

ιαδιεργασιακή Επικοινωνία (2/2) Μοντέλο οµότιµου προς οµότιµο (peer to peer P2P) ιεργασίες που επικοινωνούν ως ίσες Μπορεί να έχουν µικρό χρόνο ζωής Παραδείγµατα: άµεση ανταλλαγή µηνυµάτων, διανοµή αρχείων Πλεονεκτήµατα εν υπάρχει single point of failure Καλύτερη κλιµάκωση και απόδοση Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-31

Το µοντέλο πελάτη/διακοµιστή συγκρινόµενο µε το οµότιµο µοντέλο Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-32

Κατανεµηµένα Συστήµατα Συστήµατα µε τµήµατα που εκτελούνται σε διαφορετικούς υπολογιστές Η υποδοµή µπορεί να παρέχεται από τυποποιηµένα εργαλεία ανάπτυξης Παράδειγµα: Enterprise Java Beans από τη Sun Microsystems Παράδειγµα: Πλαίσιο εφαρµογών.net από τη Microsoft Copyright 2008 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Addison-Wesley 4-33