Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών Εισαγωγή στην πληροφορική Ενότητα 7: Εισαγωγή στα δίκτυα Η/Υ (μέρος Β) Αγγελίδης Παντελής Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ψηφιακά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3
Σκοπός Σ αυτή την ενότητα θα γίνει εισαγωγή στα ασύρματα δίκτυα Η/Υ. WPAN, LAN, WAN: τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα τους. 4
Περίγραμμα διάλεξης Ασύρματα Δίκτυα: Ασύρματα προσωπικά δίκτυα (WPANs). Ασύρματα LANs (wireless LANs). Ασύρματα WANs (wireless WANs). 5
Τα Δίκτυα του Μέλλοντος 6
Βασικές κατηγορίες ασυρμάτων δικτύων Ασύρματα προσωπικά δίκτυα (WPANs). Ασύρματα LANs (wireless LANs). Ασύρματα WANs (wireless WANs) (π.χ., δίκτυο ραδιοκυμάτων για κινητά τηλέφωνα). 7
Ηλεκτρομαγνητικό Φάσμα 8
Aσύρματα προσωπικά δίκτυα (Wireless Personal Area Networks WPAN) Ο όρος είναι σχετικά σύγχρονος και αναφέρεται στις σύγχρονες τεχνολογίες οι οποίες επιτρέπουν την ασύρματη διασύνδεση και επικοινωνία σε αποστάσεις λίγων μέτρων φορητών προσωπικών συσκευών όπως είναι τα κινητά τηλέφωνα, τα PDA s και οι Ultra Mobile υπολογιστές μεταξύ πολλών άλλων. Η επικοινωνία αυτή επιτρέπει στις συσκευές αυτές υπηρεσίες όπως ανταλλαγή αρχείων, διαμοίραση εφαρμογών, άμεση επικοινωνία κ.λ.π. 9
Bluetooth Διεθνές πρότυπο το οποίο: Υποστηρίζει φθηνή, μικρής σχετικά ταχύτητας ασύρματη επικοινωνία (1Mbps). Καταργεί τα καλώδια μεταξύ συσκευών (τόσο σταθερών όσο και κινητών) και περιφερειακών συσκευών (10m). Υποστηρίζει φωνή και δεδομένα. Δυνατότητα για δομημένη και ad-hoc διασύνδεση. Τυπικός πομποδέκτης Bluetooth. 10
Πρακτικές Εφαρμογές του Bluetooth 11
Zigbee (1) Aναφέρεται στο πρότυπο ΙΕΕΕ 802.15.4 το οποίο περιγράφει μια ομάδα πρωτοκόλλων για την επικοινωνία ραδιοσυκευών πολύ μικρού μεγέθους, κόστους και πολύ χαμηλής ισχύος. Στοχεύει στην αντικατάσταση του Bluetooth καθώς οι ραδιοσυσκευές του πρότυπου Zigbee είναι πιο φτηνές και απαιτούν περίπου το 50% του κώδικα που χρειάζεται μια συσκευή Bluetooth για τον έλεγχο τους (κατά συνέπεια απαιτούν λιγότερο χώρο στη μνήμη της φορητής συσκευής γεγονός σημαντικό για τις μικρές μνήμες). 12
Zigbee (2) Εμβέλεια του ZigBee: 10-75μ σε περιβάλλον χωρίς εμπόδια. Στόχος το πολύ μικρό κόστος επικοινωνίας και η εξοικονόμηση ενέργειας. Ενδεικτικά ένας αισθητήρας σε ένα ZigBee δίκτυο μπορεί να λειτουργήσει από 6 μήνες μέχρι και 2 χρόνια με την χρήση 2 απλών ΑΑ μπαταριών! 13
Ultra - Wideband (UWB) Μία παρεμφερή τεχνολογία που ακούγεται όλο και περισσότερο τον τελευταίο καιρό είναι η Ultra - Wideband (UWB). Πρόκειται για μία τεχνολογία η οποία ενσωματώνει την ευχρηστία και την κινητικότητα των ασύρματων επικοινωνιών και των δικτύων υψηλών ταχυτήτων. Μέσω της τεχνολογίας UWB, οι διάφορες ηλεκτρονικές συσκευές στο γραφείο ή στο σπίτι θα μπορούν να συνδέονται πολύ γρήγορα και εύκολα προσφέροντας πολύ μεγάλες ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων. Αξίζει πάντως να σημειωθεί ότι η συγκεκριμένη τεχνολογία έχει σχεδιαστεί για σύνδεση συσκευών σε μικρές αποστάσεις. 14
WLAN-Wireless Local Area Network (1) Είδος τοπικού δικτύου LAN στο οποίο τα δεδομένα στέλνονται και λαμβάνονται μέσω υψηλών συχνοτήτων μικροκυμάτων αντί μέσω καλωδίων. IEEE 802.11b, 802.11g, και 802.11a είναι μια οικογένεια IEEE προτύπων που ορίζουν τη σωστή λειτουργία των ασύρματων LAN. Τα πρότυπα 802.11 είναι ευρύτερα γνωστά ως «WI-FI» (Wireless Fidelity ) επειδή η WI-FI Alliance, ένας ανεξάρτητος οργανισμός του IEEE, παρέχει την πιστοποίηση για τα προϊόντα που προσαρμόζονται σε 802.11. http:// download.intel.com/support/wireless/wlan/wirelesslanfaq.pdf http:// www.wi-fi.org/ 15
WLAN-Wireless Local Area Network (2) Αποτελούνται από τις κάτωθι τέσσερις βασικές μονάδες: Σημείο πρόσβασης (Access Point - AP): Το AP είναι η μονάδα που παίζει το ρόλο γέφυρας μεταξύ του ενσύρματου και του ασύρματου δικτύου, μετατρέποντας κατάλληλα τα πλαίσια που ανταλλάσσονται μεταξύ αυτών. Επιτελεί και πολλές άλλες λειτουργίες στο ασύρματο δίκτυο που θα αναφερθούν στη συνέχεια. Σύστημα διανομής (Distribution System): Το σύστημα διανομής ενώνει τα διάφορα AP του ίδιου δικτύου, επιτρέποντάς τους να ανταλλάσσουν πλαίσια. Το 802.11 δεν προσδιορίζει τον τρόπο που θα γίνεται αυτό. 16
WLAN-Wireless Local Area Network (3) Ασύρματο μέσο μετάδοσης (Wireless Medium): Έχουν οριστεί διάφορα φυσικά στρώματα που χρησιμοποιούν είτε ραδιοσυχνότητες είτε υπέρυθρες ακτίνες για τη μετάδοση των πλαισίων μεταξύ των σταθμών του ασύρματου δικτύου. Σταθμοί (Stations): Οι σταθμοί που ανταλλάσσουν πληροφορία μέσω του ασυρμάτου δικτύου συνήθως είναι φορητές συσκευές (για παράδειγμα laptops ή PDAs) χωρίς όμως αυτό να είναι απαραίτητο. Ένα τυπικό Access Point. 17
WLAN- Wireless Local Area Network (4) http://ru6.cti.gr/broadband/el/wi-fi.php 18
Βασικός Διαχωρισμός Ασύρματων Δικτύων Με σημεία πρόσβασης=σταθμούς βάσης κλασσικό παράδειγμα: κυψελωτά δίκτυα (κινητή τηλεφωνία) απ ευθείας επικοινωνία μεταξύ τερματικών δεν είναι δυνατή επικοινωνία εξαρτάται από ύπαρξη «υποδομής» (infrastructure) service provider Χωρίς σημεία πρόσβασης: ad-hoc networks επικοινωνία χωρίς «υποδομή» (infrastructure) απ ευθείας επικοινωνία μεταξύ τερματικών multi-hop operation 19
WLAN Wireless Local Area Network (1) Τα πιο κοινά WLANs λειτουργούν στη μη αδειοδοτημένη περιοχή συχνοτήτων ISM (Industrial, Scientific and Medical) των 2,4 GHz και στην UNII (Unlicensed National Information Infrastructure) μπάντα των 5 GHz. Τα ΙΕΕΕ 802.11b WLANs λειτουργούν στη ζώνη 2,4-2.4835 GHz. Το πρότυπο IEEE 802.11a χρησιμοποιεί την περιοχή των 5 GHz UNII. Αυτή η περιοχή έχει εύρος 300 MHz και είναι χωρισμένη σε δύο υποπεριοχές. Η χαμηλότερη υποπεριοχή επεκτείνεται από 5,15 MHz ως 5,35 MHz. Η ανώτερη υποπεριοχή είναι από 5.725 MHz ως 5.825 MHz. 20
WLAN Wireless Local Area Network (2) Στο φυσικό επίπεδο προδιαγράφονται δύο τεχνικές διαμόρφωσης (Απλωμένου Φάσματος): FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum Και στις δύο τεχνικές υποστηρίζονται ρυθμοί μετάδοσης 1 και 11Mbps στην ζώνη συχνοτήτων 2.4-2.4835GHz. Στην ζώνη συχνοτήτων 5GHz η τεχνική η οποία χρησιμοποιείται είναι η Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). Οι ρυθμοί μετάδοσης μπορούν να αγγίξουν τα 54Mbps. 21
Ασύρματα Πρότυπα για WLANs ΙΕΕΕ 802.11a: Χρησιμοποιεί τη ζώνη των 5 GHz και OFDM. Ταχύτητα μικρότερη από 54Μbps. IEEE 802.11b: (Χρησιμοποιείται στην Ελλάδα): Χρησιμοποιεί τη ζώνη των 2.4 GHz και DSSS. Ταχύτητα μικρότερη από 11Μ bps. IEEE 802.11e: Παρέχει εγγυήσεις για ποιότητα υπηρεσίας (Quality of Service - QoS). IEEE 802.11f: Κινητικότητα των σταθμών μέσα σε ένα IP δίκτυο (Intra - network Hand οver). IEEE 802.11g: Επεκτείνει το 802.11b ώστε να προσεγγίζει ταχύτητες που αγγίζουν τα 54Μbps. IEEE 802.11i: Πρότυπο το οποίο μελετά θέματα ασφάλειας στα WLANs. IEEE 802.11h: Η ομάδα αυτή θα προσπαθήσει να εισάγει στο 802.11a την δυνατότητα για καλύτερο έλεγχο συγκρούσεων. 22
Ασύρματα μητροπολιτικά δίκτυα - (WMAN) Αποτελούνται από την ασύρματη διασύνδεση σημείων τα οποία τυπικά απέχουν πολύ μεταξύ τους πχ. σύνδεση δύο κτιρίων μιας εταιρείας στην ίδια πόλη, η διασύνδεση δύο σημείων σε διαφορετικές πόλεις κ.λ.π. Η βασική διαφορά με τα WLANs είναι το υλικό το οποίο χρησιμοποιείται στη διασύνδεση καθώς τυπικά η διασύνδεση γίνεται μεταξύ δύο σημείων (point-to-point) και η απόσταση είναι μεγαλύτερη. Έτσι για την ασύρματη διασύνδεση δύο απομακρυσμένων σημείων θα πρέπει πιθανώς να χρησιμοποιηθεί μια κατευθυντική κεραία υψηλής ισχύος ώστε το σήμα να μην εξασθενεί και να μπορέσει να εστιάσει την ισχύ του στην απέναντι κεραία. 23
WiMAX- IEEE 802.16 (1) Στόχος: Να παρέχει υψηλής ταχύτητας πρόσβαση στο Internet σε σπίτια και επιχειρήσεις, χωρίς ανάγκη καλωδίωσης. Οι σταθμοί βάσης μπορούν να χειρισθούν χιλιάδες συνδρομητές ταυτόχρονα. Η μέθοδος πρόσβασης αποτρέπει τις συγκρούσεις. Υποστηρίζει: Κλασσικά συστήματα φωνής. Voice over IP. TCP/IP. Εφαρμογές με διαφορετικές απαιτήσεις QoS. How WiMAX works: http://www.intel.com/technology/wimax/demo/works/demo.htm?iid=tech_wim ax+body_business_demo 24
WiMax - IEEE 802.16 (2) Καλύπτει αυτό που λέμε «τελευταίο μίλι» (last mile). Ανταγωνιστική τεχνολογία του ADSL. Στόχος να είναι οικονομικότερη λύση, καθώς δεν απαιτεί καλωδίωση. Ορολογία: Base Station (BS): Σταθμός Βάσης (ΣΒ). Subscriber Station (SS): Σταθμός Συνδρομητή (ΣΣ) (σπίτι, επιχείρηση). Χρησιμοποιεί τις ελεύθερες περιοχές συχνοτήτων (2.4, 5, 11, 60GHz). Επικεντρώνεται στις υψηλότερες συχνότητες, γι αυτό συνήθως απαιτεί line-of-site. 25
Πλεονεκτήματα Ασυρμάτων Δικτύων Οι χρήστες που συνδέονται ασύρματα σε ένα δίκτυο έχουν μια εύκολη, «διαφανή» δικτυακή εμπειρία. Ευκολία υλοποίησης. Χαμηλότερο κόστος επέκτασης. Γρήγορη εγκατάσταση / τοποθέτηση. Εύκολη πρόσβαση σε δικτυακές συσκευές. 26
Μειονεκτήματα Ασυρμάτων Δικτύων Το μέσο στην ασύρματη μετάδοση είναι κοινόχρηστο και half-duplex (απασχόληση του δικτύου για πολλή ώρα από έναν μόνο σταθμό εάν π.χ αυτός ο σταθμός μεταφέρει ένα πολύ μεγάλο αρχείο). Σημαντικά χαμηλότερο bandwidth από τα σημερινά δίκτυα καλωδίων. Ευάλωτα σε παρεμβολές. Ευάλωτα σε επιθέσεις. Δεν είναι ασφαλή εξ ορισμού. 27
Βιβλιογραφία «Τεχνολογίες Σύγχρονων Ασύρματων Δικτύων Δεδομένων», Σημειώσεις Κ. Γεωργακόπουλου, Τ.Ε.Ι Καβάλας. http:// computer.howstuffworks.com/router1.htm# 28
Ερωτήσεις Ευχαριστώ για την προσοχή σας Καλό απόγευμα 29
Τέλος Ενότητας 30
Σημείωμα Αναφοράς Copyright, Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών, Αγγελίδης Παντελής. «Εισαγωγή στην ΠΛηροφορική». Έκδοση: 1.0. Κοζάνη 2015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: https: //eclass.uowm.gr/courses/icte100/ 31
Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Όχι Παράγωγα Έργα Μη Εμπορική Χρήση 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] h t t p ://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό 32
Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. 33