Εισαγωγή στην πληροφορική Ενότητα 4: Δικτύωση και Διαδίκτυο Πασχαλίδης Δημοσθένης Τμήμα Διαχείρισης Εκκλησιαστικών Κειμηλίων
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 Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο TEI Δυτικής Μακεδονίας και στην Ανώτατη Εκκλησιαστική Ακαδημία Θεσσαλονίκης» 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
Σκοποί ενότητας Σκοπός αυτής της ενότητας είναι ο φοιτητής: Να εισαχθεί στην έννοια της δικτύωσης υπολογιστών, δηλαδή να μελετήσει τους τρόπους με τους οποίους μπορούν να συνδέονται μεταξύ τους οι υπολογιστές ώστε να μοιράζονται πληροφορίες και πόρους. Να κατανοήσει την κατασκευή και τη λειτουργία των δικτύων, τις εφαρμογές των δικτύων και τα ζητήματα ασφάλειας. Να κατανοήσει τον τρόπο λειτουργίας του Παγκόσμιου Ιστού (Διαδίκτυο) καθώς και τον τρόπο δημιουργίας αρχείων υπερκειμένου. 4
Περιεχόμενα ενότητας Ορισμός δικτύου. Κατηγορίες δικτύων. Διασύνδεση κόμβων και δικτύων. Διαδιεργασιακή επικοινωνία. Έλεγχος προνομίων μετάδοσης. Πρωτόκολλα δικτύων Ethernet. Διαδίκτυο. Διευθυνσιοδότηση. Υπηρεσίες. Επίπεδα λογισμικού - Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP). HyperText Markup Language (HTML). Ασφάλεια διαδικτύου. 5
Τι είναι Δίκτυο; Ένα δίκτυο υπολογιστών (computer network) είναι ένας συνδυασμός υπολογιστικών συστημάτων (μηχανών, κόμβων), τα οποία συνδέονται μεταξύ τους μέσω κάποιου μέσου μετάδοσης (ενσύρματο ή ασύρματο). 6
Κατηγορίες Δικτύων (1/5) Ως προς τη γεωγραφική κάλυψη. Σχήμα 1: Κατηγορίες Δικτύων. Πηγή: Διδάσκων (2015). 7
Κατηγορίες Δικτύων (2/5) Ως προς την εκμετάλλευση. Σχήμα 2 : Κατηγορίες Δικτύων. Πηγή: Διδάσκων (2015). 8
Κατηγορίες Δικτύων (3/5) Ως προς την τοπολογία (τρόπος διασύνδεση κόμβων). Σχήμα 3: Δίαυλος. Πηγή: Διδάσκων (2015). 9
Κατηγορίες Δικτύων (4/5) Ως προς την τοπολογία (συνέχεια). Σχήμα 4: Δακτύλιος. Πηγή: Διδάσκων (2015). 10
Κατηγορίες Δικτύων (5/5) Ως προς την τοπολογία (τρόπος διασύνδεση κόμβων). Σχήμα 5: ΙΙΙ. Αστέρας και ΙV. Άτακτη τοπολογία. Πηγή: Διδάσκων (2015). 11
Διασύνδεση Κόμβων / Δικτύων (1/2) Σχήμα 6: Διασύνδεση Κόμβων / Δικτύων. Πηγή: BROOKSHEAR (2008). 12
Διασύνδεση Κόμβων / Δικτύων (2/2) Σχήμα 7: Ασύρματα. Πηγή: Διδάσκων (2015). 13
Διαδιεργασιακή επικοινωνία (1/2) Ο τρόπος με τον οποίο επικοινωνούν μεταξύ τους οι διεργασίες (δραστηριότητες) που βρίσκονται στις μηχανές ενός δικτύου. Ι. Μοντέλο πελάτη διακομιστή (Client Server). Εικόνα 4: Μοντέλο πελάτη διακομιστή (Client Server). Πηγή: BROOKSHEAR (2008). Oι Πελάτες κάνουν αιτήσεις σε διεργασίες του Διακομιστή και αυτός τις ικανοποιεί πχ. εκτυπωτής που εξυπηρετεί τις ανάγκες ενός γραφείου. 14
Διαδιεργασιακή επικοινωνία (2/2) Ο τρόπος με τον οποίο επικοινωνούν μεταξύ τους οι διεργασίες (δραστηριότητες) που βρίσκονται στις μηχανές ενός δικτύου. ΙΙ. Ομότιμο Μοντέλο (peer to peer model). Εικόνα 5: Ομότιμο Μοντέλο (peer to peer model). Πηγή: BROOKSHEAR (2008). Δυο Διεργασίες επικοινωνούν μεταξύ τους ως ισότιμες. πχ. Ανταλλαγή μουσικών κομματιών μέσω Διαδικτύου. 15
Πρωτόκολλα δικτύων Είναι κανόνες σύμφωνα με τους οποίους διεξάγεται η διαδιεργασιακή επικοινωνία. Περιγράφουν: τον τρόπο με τον οποίο κωδικοποιούνται οι πληροφορίες μέσα σε ένα μήνυμα. πως οι πληροφορίες ενσωματώνονται σε πακέτα και δρομολογούνται. τον τρόπο με τον οποίο γίνεται ο χειρισμός της μετάδοσης και της λήψης μηνυμάτων. 16
Έλεγχος προνομίων μετάδοσης (1/4) Συντονίζουν τα δικαιώματα μετάδοσης μηνυμάτων. Ι. Πρωτόκολλο Δακτυλίου με σκυτάλη (token ring protocol). Χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με την τοπολογία Δακτυλίου. Εικόνα 6: Έλεγχος προνομίων μετάδοσης. Πηγή: BROOKSHEAR (2008). 17
Έλεγχος προνομίων μετάδοσης (2/4) Συντονίζουν τα δικαιώματα μετάδοσης μηνυμάτων. Ι. Πρωτόκολλο δακτυλίου με σκυτάλη (token ring protocol). Για να αποκτήσει μια μηχανή το προνόμιο μετάδοσης μηνυμάτων περιμένει να έρθει στην κατοχή της ένα μοναδικό σχήμα bit που ονομάζεται Σκυτάλη (token). Στην περίπτωση αυτή για όσο χρόνο έχει την σκυτάλη μεταβιβάζει τα μηνύματα που θέλει στο δίκτυο. Όταν φτάσει ένα μήνυμα στην μηχανή προορισμού, αυτή κρατάει ένα αντίγραφο και προωθεί το μήνυμα στην επόμενη μηχανή, μέχρι να φτάσει πάλι στην μηχανή προέλευσης, η οποία και το αποσύρει από τον δακτύλιο. 18
Έλεγχος προνομίων μετάδοσης (3/4) Συντονίζουν τα δικαιώματα μετάδοσης μηνυμάτων. ΙΙ. Πρωτόκολλο CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με την τοπολογία Διαύλου. Εικόνα 7: Έλεγχος προνομίων μετάδοσης. Πηγή: BROOKSHEAR (2008). Κάθε μήνυμα που μεταδίδεται από οποιαδήποτε μηχανή εκπέμπεται σε όλες τις μηχανές του διαύλου. 19
Έλεγχος προνομίων μετάδοσης (4/4) Συντονίζουν τα δικαιώματα μετάδοσης μηνυμάτων. ΙΙ. Πρωτόκολλο CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Για να μεταδώσει μια μηχανή ελέγχει το δίαυλο και αν τον βρει ελεύθερο τότε μεταδίδει. Υπάρχει περίπτωση δύο ή περισσότερες μηχανές να βρουν ταυτόχρονα το δίαυλο ελεύθερο, οπότε αρχίζουν ταυτόχρονα να μεταδίδουν. Αυτό προκαλεί σύγκρουση, οπότε σταματούν όλοι για τυχαίο χρονικό διάστημα και επαναλαμβάνουν την μετάδοση. 20
Ethernet Σύνολο προτύπων για τη δημιουργία τοπικών δικτύων με τοπολογία διαύλου. Πήρε το όνομά του από το ομοαξονικό καλώδιο το οποίο διασυνδέει τους κόμβους που ονομαζόταν «αιθέρας». Τυποποιήθηκε από τον Institute of Electrical and Electronics Engineers (ΙΕΕΕ) ως μέρος της οικογένειας προτύπων IEEE 802. Υπάρχουν πολλές διαθέσιμες εκδόσεις του. 21
Διαδίκτυο / Internet Μια συλλογή από περιοχές (domains) κάθε μια από τις οποίες κάθε μια από τις οποίες αποτελεί ένα δίκτυο ή ένα σχετικά μικρό διαδίκτυο. Κάθε περιοχή είναι ένα αυτόνομο σύστημα το οποίο μπορεί να διευθυνσιοδοτηθεί όπως επιθυμεί η τοπική αρχή. Κάθε περιοχή μπορεί να προσαρτηθεί στο Διαδίκτυο μέσω ενός δρομολογητή που ονομάζεται Πύλη (Gateway). 22
Διευθυνσιοδότηση στο Internet (1/2) Σε κάθε μηχανή αντιστοιχίζεται μια μοναδική διεύθυνση που ονομάζεται IP διεύθυνση. Είναι ένα σχήμα bit 32 ψηφίων. Εικόνα 8: Διευθυνσιοδότηση στο Internet. Πηγή: BROOKSHEAR (2008). 23
Διευθυνσιοδότηση στο Internet (2/2) Κάθε περιοχή διαθέτει μια και μοναδική μνημονική διεύθυνση πχ. Μια μηχανή του εκδοτικού οίκου Addison-Wesley μπορεί να έχει IP διεύθυνση την 192.207.177.133. Τα 3 πρώτα byte (192.207.177) αποτελούν το αναγνωριστικό του δικτύου που προσδιορίζει την περιοχή του οίκου Addison-Wesley (aw.com). To 4o byte αποτελεί τη διεύθυνση της συγκεκριμένης μηχανής μέσα στην περιοχή του εκδοτικού οίκου Addison-Wesley. Τι είναι η κατάληξη????...είναι μια περιοχή ανώτατου Επιπέδου... 24
Περιοχή ανώτατου επιπέδου Αντικατοπτρίζει τον χαρακτηρισμό μιας περιοχής. com: Εμπορική περιοχή. edu: Περιοχή για εκπαιδευτικά ιδρύματα. gov: Περιοχή για κυβερνητικούς σκοπούς. org: Περιοχή για μη κερδοσκοπικούς οργανισμούς. 25
Υπηρεσίες Διαδικτύου (1/3) Ηλεκτρονική Αλληλογραφία Σύστημα μεταφοράς μηνυμάτων μεταξύ των χρηστών του Διαδικτύου. Μια συγκεκριμένη μηχανή (Διακομιστής Αλληλογραφίας Mail Server) αναλαμβάνει τον χειρισμό των δραστηριοτήτων που αφορούν την Ηλεκτρονική Αλληλογραφία. 26
Υπηρεσίες Διαδικτύου (2/3) Πρωτόκολλο μεταφοράς αρχείων. Το τυπικό πρωτόκολλο για τη μεταφορά αρχείων από ένα μηχάνημα σε κάποιο άλλο στο Internet είναι το Πρωτόκολλο Μεταφοράς Αρχείων (File Transfer Protocoll, ή FTP). Εικόνα 9: Υπηρεσίες Διαδικτύου. Πηγή: BROOKSHEAR (2008). 27
Υπηρεσίες Διαδικτύου (3/3) Προσπέλαση σε μηχανές από μεγάλη απόσταση. Το TELNET (TErminal NETwork) είναι ένα πρόγραμμα πελάτηδιακομιστή γενικής χρήσης που επιτρέπει απομακρυσμένη σύνδεση στο Internet. Εικόνα 10: Υπηρεσίες Διαδικτύου. Πηγή: BROOKSHEAR (2008). 28
Παγκόσμιος Ιστός Όταν τα τμήματα διαφόρων υπερμεσικών εγγράφων συνδέονται με άλλα σχετικά έγγραφα, τα οποία μπορεί και να βρίσκονται σε διαφορετικούς υπολογιστές, τότε δημιουργείται ένας Παγκόσμιος διαδικτυακός Ιστός. Τα υπερμεσικά έγγραφα ονομάζονται Ιστοσελίδες (Web pages). Μια συλλογή στενά συνδεδεμένων Ιστοσελίδων ονομάζεται Τοποθεσία Ιστού (Web site). 29
Επίπεδα λογισμικού του Διαδικτύου Εικόνα 11: Επίπεδα λογισμικού του Διαδικτύου. Πηγή: Διδάσκων (2015). 30
Επίπεδο Εφαρμογής Φιλοξενεί τα προγράμματα μέσω των οποίων επικοινωνούν και διεκπεραιώνουν οι χρήστες του Διαδικτύου. Χρησιμοποιεί το επίπεδο μεταφοράς για να στείλει και να λάβει μηνύματα από το Διαδίκτυο. 31
Επίπεδο Μεταφοράς Αποδέχεται μηνύματα από το επίπεδο Εφαρμογής και εξασφαλίζει ότι είναι κατάλληλα για τη μετάδοσή τους μέσω Διαδικτύου. Αυτό γίνεται μέσω της διάσπασης των μηνυμάτων σε μικρότερα τμήματα που ονομάζονται Πακέτα. Προσθέτει στα πακέτα σειριακούς αριθμούς έτσι ώστε να μπορούν να ανασυναρμολογηθούν στον προορισμό τους Περιέχει τα πρωτόκολλα: Transmission Control Protocol (TCP): αξιόπιστη μεταφορά πακέτων αλλά πιο αργό. User Datagram Protocol (UDP): λιγότερο αξιόπιστο άλλα πολύ πιο γρήγορο. 32
Επίπεδο Δικτύου Είναι υπεύθυνο για να εξασφαλίζει ότι τα πακέτα που λαμβάνει προωθούνται από το ένα δίκτυο του Διαδικτύου στο άλλο μέχρι να φτάσουν στον τελικό προορισμό τους. Γνωρίζει την τοπολογία του Διαδικτύου μέσω της οποίας προωθεί τα πακέτα. Προσδιορίζει τις ενδιάμεσες διευθύνσεις μέσω των οποίων θα περάσουν τα πακέτα. 33
Επίπεδο Συνδέσμου Μεταφέρει τα πακέτα μεταξύ των ενδιάμεσων διευθύνσεων όπως αυτές προσδιορίζονται από το επίπεδο δικτύου. Ασχολείται με τον έλεγχο των προνομίων της μετάδοσης. Σκυτάλη. Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect (CSMA/CD). 34
Υλοποίηση Ιστού (1/2) Η πρόσβαση στα έγγραφα υπερκειμένου μιας μηχανής γίνεται μέσω ενός λογισμικού που ονομάζεται Φυλλομετρητής Ιστού (Web Browser) πχ Internet Explorer, Firefox, Goggle Chrome, Opera κλπ. Η μεταφορά των εγγράφων υπερκειμένου από έναν διακομιστή σε έναν πελάτη γίνεται μέσω του Πρωτόκολλου Μεταφοράς Υπερκειμένου (Hypertext Transfer Protocol, ή HTTP). O εντοπισμός και η ανάκτηση ενός εγγράφου υπερκειμένου γίνεται μέσω ενός ειδικού τύπου διευθυνσιοδότησης που ονομάζεται Ενιαίος Εντοπιστής Πόρων ή URL. 35
Υλοποίηση Ιστού (2/2) 36
HTML Ένα έγγραφο υπερκειμένου μοιάζει με τα κανονικά έγγραφα με την διαφορά ότι περιέχει επιπλέον ειδικά σύμβολα, που ονομάζονται ετικέτες. Οι ετικέτες περιγράφουν πως θα εμφανιστεί το έγγραφο στην οθόνη. Στον παγκόσμιο ιστό χρησιμοποιείται η γλώσσα σήμανσης ή μορφοποίησης HTML. 37
Μια απλή Ιστοσελίδα (1/2) Η σελίδα κωδικοποιημένη σε HTML. 38
Μια απλή Ιστοσελίδα (2/2) Η σελίδα όπως θα εμφανιζόταν στην οθόνη του υπολογιστή. Εικόνα 12: Η ιστοσελίδα μου. Πηγή: Διδάσκων (2015). 39
Ασφάλεια Προστασία δεδομένων από μη εξουσιοδοτημένη πρόσβαση με την κρυπτογράφηση τους. Δύο προσεγγίσεις για την κρυπτογράφηση δεδομένων. Κρυπτογραφία κρυφού κλειδιού. Κρυπτογραφία δημόσιου κλειδιού. 40
Ιός (virus). Συνηθισμένες απειλές στην ασφάλεια Πρόκειται για προγράμματα που «μολύνουν» άλλα προγράμματα ενσωματώνοντας σ αυτά αντίγραφα του εαυτού τους. Σκουλήκι (worm). Αυτόνομο πρόγραμμα το οποίο μεταφέρει τον εαυτό του μέσω κάποιου δικτύου, βρίσκοντας «στέγη» στις μηχανές και προωθώντας αντίγραφα του εαυτού του στο δίκτυο. 41
Αντιμετώπιση Χρησιμοποιούμε ειδικό λογισμικό αντιμετώπισης ιών (antivirus). Τείχος προστασίας (firewall). Φιλτράρει την κυκλοφορία που εισέρχεται ή διέρχεται από μία μηχανή. 42
Τέλος Ενότητας
Σημείωμα Αναφοράς Copyright ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας, Δημοσθένης Πασχαλίδης. «ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ». Έκδοση: 1.0. Θεσσαλονίκη 2015. 44
Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 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] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/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 όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο. Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. 45
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. 46
Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων Το Έργο αυτό κάνει χρήση των ακόλουθων έργων: Εικόνες/Σχήματα/Διαγράμματα/Φωτογραφίες. BROOKSHEAR, J. G. (2008), Η ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΜΙΑ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ, Ένατη Αμερικανική έκδοση, Εκδότης ΚΛΕΙΔΑΡΙΘΜΟΣ, ISBN13: 9789604612703. 47