Ενότητα 7 Εισαγωγή στην Πληροφορική Χειµερινό Εξάµηνο 2006-07 ίκτυα Υπολογιστών: Κεφάλαιο 7Α: Βασικές Έννοιες ικτύων Κεφάλαιο 7Β: Οικιακή και Εξωτερική ικτύωση ρ. Παναγιώτης Χατζηδούκας (Π..407/80) Εισαγωγή στηνπληροφορική 1 Εισαγωγή στηνπληροφορική 2 Κεφάλαιο 7Α Χρήσεις ενός δικτύου Τρόπος δόµησης των δικτύων Τοπολογίεςδικτύωνγια LANs Μέσα και Υλικό δικτύων Λογισµικό δικτύων Χρήσεις ικτύων Ένα δίκτυο συνδέει υπολογιστές έτσι ώστε να µπορούν να επικοινωνούν, να ανταλλάσσουν πληροφορίες, και να διαµοιράζονται πόρους. Τα βασικά πλεονεκτήµατα από τη χρήση ενός δικτύου είναι τα ακόλουθα: Ταυτόχρονη πρόσβαση ιαµοιραζόµενες περιφερειακές συσκευές Προσωπική επικοινωνία Ευκολότερη δηµιουργία εφεδρικών αρχείων Εισαγωγή στηνπληροφορική 3 Εισαγωγή στηνπληροφορική 4 Ταυτόχρονη πρόσβαση Σε οργανισµούς και επιχειρήσεις, πολλοί άνθρωποι µπορεί να χρειάζονταιτηχρήσητωνίδιωνδεδοµένωνήπρογραµµάτων. Ένα δίκτυο παρέχει λύση στο συγκεκριµένο πρόβληµα. Κοινά δεδοµένα και προγράµµατα µπορούν να αποθηκεύονταισεένανκεντρικόδικτυακόεξυπηρετητή. Ένας εξυπηρετητής που διατηρεί αρχεία δεδοµένων µπορεί να καλείται εξυπηρετητής αρχείων. Οι διαχειριστές µπορούν να εκχωρούν δικαιώµατα πρόσβασης στους χρήστες. Κάποιοι χρήστες µπορούν µόνο να διαβάζουν δεδοµένα ενώ άλλοι µπορούν να πραγµατοποιούν αλλαγές σε υπάρχοντα αρχεία. Read only Read/write Εισαγωγή στηνπληροφορική 5 Εισαγωγή στηνπληροφορική 6 1
ιαµοιραζόµενες περιφερειακές συσκευές Επειδή οι περιφερειακές (εξωτερικές) συσκευές, όπως οι εκτυπωτές, µπορεί να είναι ακριβές, είναι αποδοτικότερο οικονοµικά να συνδέεται µια συσκευή σε ένα δίκτυο ώστε οι χρήστες να µπορούν να το µοιράζονται. Μέσω µιας διεργασίας που καλείται spooling, οι χρήστες µπορούν να στέλνουν πολλαπλά έγγραφα (που καλούνται εργασίες εκτύπωσης) σε έναν δικτυωµένο εκτυπωτή την ίδια χρονική στιγµή. Τα έγγραφα αποθηκεύονται προσωρινά στον εξυπηρετητή και εκτυπώνονται µε τη σειρά. Προσωπική Επικοινωνία Μιααπότιςπιοκοινέςχρήσειςτωνδικτύωνείναιγια ηλεκτρονικό ταχυδροµείο (e-mail). Ένα σύστηµα e-mail επιτρέπει στους χρήστες να ανταλλάζουν γραπτά µηνύµατα (συχνά µε συνηµµένα αρχεία δεδοµένων) µέσω του τοπικού δικτύου ή πάνω από το Internet. ύο άλλα δηµοφιλή δικτυακά τηλεπικοινωνιακά συστήµατα είναι η τηλεδιάσκεψη (teleconferencing) και η βιντεοδιάσκεψη (videoconferencing). Εισαγωγή στηνπληροφορική 7 Εισαγωγή στηνπληροφορική 8 Εύκολη δηµιουργία εφεδρικών αρχείων Τα δίκτυα επιτρέπουν στα διοικητικά στελέχη να δηµιουργούν εύκολα εφεδρικά αντίγραφα των σηµαντικών δεδοµένων Οι διαχειριστές των συστηµάτων συνήθως δηµιουργούν αντίγραφα ασφαλείας των διαµοιραζόµενων αρχείων που βρίσκονται στον εξυπηρετητή Μπορούν όµως να χρησιµοποιήσουν το δίκτυο για να δηµιουργήσουν αντίγραφα των αρχείων στα PCs των χρηστών Εισαγωγή στηνπληροφορική 9 Εισαγωγή στηνπληροφορική 10 Πώς δοµούνται τα δίκτυα Local Area Networks (LANs) Wide Area Networks (WANs) Server-Based Networks Client/Server Networks Peer-to-Peer Networks Τοπικά ίκτυα (LANs) Ένα LAN είναι ένα δίκτυο του οποίου οι υπολογιστές είναι τοποθετηµένοι σχετικά κοντά µεταξύ τους. Οι κόµβοι µπορούν να συνδέονται µε καλώδιο, infrared link, ή µικρούς ποµπούς. Ένα δίκτυο µεταδίδει δεδοµένα µεταξύ των υπολογιστών σπάζοντάς τα σε µικρά τµήµατα που καλούνται πακέτα. Κάθε LAN χρησιµοποιεί ένα πρωτόκολο ένα σύνολο κανόνωνπουκαθορίζειτοντρόποµετονοποίοταπακέτα σχηµατίζονται και µεταδίδονται Εισαγωγή στηνπληροφορική 11 Εισαγωγή στηνπληροφορική 12 2
ίκτυαευρείαςπεριοχής (WANs) Πολλαπλά LANs µπορούν να συνδέονται µεταξύ τους µέσω συσκευών όπως bridges, routers, και gateways, που τα επιτρέπουν να διαµοιράζονται δεδοµένα. Ένα WAN είναι δύο ή περισσότερα LANs που συνδέονται µεταξύ τους. Τα LANs µπορεί να βρίσκονται σε µεγάλη απόσταση µεταξύ τους. Για την κάλυψη µεγάλων αποστάσεων, τα WANs µπορούν να µεταδίδουν δεδοµένων πάνω από µισθωµένες υψηλής ταχύτητας τηλεφωνικές γραµµές ή ασύρµατες συνδέσεις όπως µέσω δορυφόρων. Εισαγωγή στηνπληροφορική 13 Εισαγωγή στηνπληροφορική 14 ίκτυα Εξυπηρετητών Type A header Payload SERVER ROUTER Type A header Payload Significant geographical distance ROUTER SERVER Type A header Πέρα από τους προσωπικούς υπολογιστές (κόµβους) των χρηστών, πολλά δίκτυα διαθέτουν έναν κεντρικό υπολογιστή που καλείται εξυπηρετητής. Ένας εξυπηρετητής έχει ένα µεγάλο σκληρό δίσκο για κοινή αποθήκευση αρχείων. Μπορεί επίσης να παρέχει και άλλες υπηρεσίες στους κόµβους. Σε ένα δίκτυο µε εξυπηρετητή αρχείων, οι κόµβοι µπορούν να έχουν πρόσβαση σε αρχεία στον εξυπηρετή αλλά όχι απαραίτητα στα αρχεία άλλων κόµβων Payload LAN 1 LAN 2 WAN Εισαγωγή στηνπληροφορική 15 Εισαγωγή στηνπληροφορική 16 Ένα gateway πραγµατοποιεί τη µετάφραση µεταξύ δύο διαφορετικών κατηγοριών δικτύων. 1 ίκτυα Πελάτη/Εξυπηρετητή Στο µοντέλο υπολογισµών πελάτη/εξυπηρετητή, ξεχωριστοί κόµβοι µοιράζονται την επεξεργαστική ισχύ και τον αποθηκευτικό τους χώρο µε τον εξυπηρετητή. Τα δίκτυα πελάτη/εξυπηρετητή απαιτούν ειδικό λογισµικό που επιτρέπει στους κόµβους και τον εξυπηρετητή να συνεργάζονταιστηνεπεξεργαστικήισχύκαιαποθήκευση, χωρίςόµωςνααπαιτείταιειδικόδικτυακόυλικό. 2 3 Εισαγωγή στηνπληροφορική 17 Εισαγωγή στηνπληροφορική 18 3
ίκτυα οµοτιµίας (Peer-to-Peer) Σε ένα δίκτυο οµοτιµίας, όλοι οι κόµβοι έχουν ισότιµη σχέση µεταξύ τους. Συνήθως κάθε κόµβος έχει πρόσβαση σε κάποιους πόρους άλλων κόµβων µε αποτέλεσµα οι χρήστες να µπορούν να διαµοίραζονται αρχεία, προγράµµατα ή συσκευές σε συστήµατα άλλων χρηστών Μερικά οµότιµα δίκτυα χρησιµοποιούν έναν εξυπηρετητή ενώάλλαόχι. Εισαγωγή στηνπληροφορική 19 Εισαγωγή στηνπληροφορική 20 Τοπολογίεςδικτύουγια LANs Μια τοπολογία δικτύου είναι η διάταξη των καλωδίων και των συσκευών που συνδέουν τους κόµβους. Οι τέσσερεις βασικότερεςτοπολογίεςδικτύουείναιοιακόλουθες: ίαυλος (Bus): Κάθε κόµβος συνδέεται στη σειρά κατά µήκος ενός µόνου καναλιού µεταφοράς. Αστέρας (Star): Όλοι οι κόµβοι συνδέονται σε ένα κεντρικό κοµβικό σηµείο. ακτύλιος (Ring): Οι κόµβοι συνδέονται σε µια κυκλική αλυσίδα, µε το κανάλι µεταφοράς να ξεκινά και να τερµατίζει στον ίδιο υπολογιστή. Πλέγµα (Mesh): Κάθε κόµβος έχει µια ξεχωριστή σύνδεση προς κάθε άλλονκόµβο. Μέσα και υλικό δικτύων Σε ένα δίκτυο, τα µέσα είναι τα καλώδια και οτιδήποτε άλλο µέσω των οποίων τα δεδοµένα µεταφέρονται από το πηγή προς τον προορισµό τους. Τα συνηθέστερα µέσα δικτύου είναι το καλώδιο συνεστραµµένου ζεύγους, το οµοαξονικό καλώδιο, το καλώδιο οπτικών ινών και οι ασύρµατες συνδέσεις. Κάθε κόµβος χρησιµοποιεί µια ειδική συσκευή, που καλείται κάρταµονάδαςδιασύνδεσηςδικτύου (NIC, network interface card). Η κάρτα συνδέεται στο δικτυακό µέσο και ελέγχει τη ροή των δεδοµένων. Οι κάρτες (NICs) πρέπει να χρησιµοποιήσουν µια κοινή τεχνολογίου δικτύου για να επικοινωνήσουν. Οι δηµοφιλέστερεςτεχνολογίεςδικτύουγια LANs είναιοι: Ethernet, Fast Ethernet, και Token Ring. Εισαγωγή στηνπληροφορική 21 Εισαγωγή στηνπληροφορική 22 Λογισµικό δικτύων Έναλειτουργικόσύστηµαδικτύου (NOS, network operating system) είναι ένα σύνολο προγραµµάτων που διαχειρίζεται τους πόρους ενός δικτύου. Συνηθισµένα λειτουργικά συστήµατα δικτύου για δίκτυα προσωπικώνυπολογιστώνείναιταεξής: Novell NetWare Microsoft Windows NT Server Microsoft Windows 2000/XP.ΝΕΤ Server της Microsoft Linux Επανάληψη Κεφαλαίου 7Α Αναφέρετε τέσσερα πλεονεκτήµατα από τη χρήση ενός δικτύου. Ποιες οι διαφορές µεταξύ LANs και WANs. Προσδιορίστε τρεις συνηθισµένες τοπολογίες δικτύου. Ονοµάστε τέσσερα συνηθισµένα µέσα δικτύου. Αναφέρετε τέσσερα παραδείγµατα λειτουργικών συστηµάτων δικτύου. Εισαγωγή στηνπληροφορική 23 Εισαγωγή στηνπληροφορική 24 4
Κεφάλαιο 7Β Συνηθισµένες Τηλεφωνικές Γραµµές Ψηφιακές Τηλεφωνικές Γραµµές Οικιακά ίκτυα Επικοινωνία και Τηλεφωνικές Γραµµές Επικοινωνία δεδοµένων πάνω από συνηθισµένες τηλεφωνικές γραµµές Τα δίκτυα συνήθως χρησιµοποιούν αφιερωµένα µέσα για την µετάδοση των δεδοµένων. Ωστόσο, το δηµόσιο τηλεφωνικό σύστηµα µπορεί επίσης να χρησιµοποιηθεί για επικοινωνίες δεδοµένων. Οι καθιερωµένες τηλεφωνικές γραµµές µεταδίδουν δεδοµένα πολύ πιο αργά από τα µέσα δικτύου, αλλά συσκευές όπως τα modems καθιστούν τις τηλεφωνικές γραµµές πρακτικές για µεταφορά δεδοµένων σε µεγάλες αποστάσεις. Οι περισσότεροι χρήστες και επιχειρήσεις χρησιµοποιούν modems για την ανταλλαγή δεδοµένων και την δηµιουργία συνδέσεων µε τα δίκτυα γραφείων. Εισαγωγή στηνπληροφορική 25 Εισαγωγή στηνπληροφορική 26 Modems Οι περισσότερες τηλεφωνικές γραµµές που συνδέονται σε σπίτια και επιχειρήσεις είναι αναλογικές και όχι ψηφιακές. Επειδή τα PCs µεταδίδουν και λαµβάνουν δεδοµένα σε ψηφιακήµορφή, µιασυσκευήπουκαλείται modem απαιτείται για την µετατροπή ψηφιακών δεδοµένων σε αναλογική µορφή για µετάδοση πάνω από τις τηλεφωνικές γραµµές. Όταν λαµβάνει δεδοµένα από έναν άλλον υπολογιστή, το modem τα µετατρέπει από αναλογική σε ψηφιακή µορφή. 011010001 Digital signal Το αναλογικό σήµα µεταφέρεται µέσω των τηλεφωνικών γραµµών MODEM MODEM 011010001 Digital signal Το µόντεµ µετατρέπει ψηφιακά σε αναλογικά. Το µόντεµ µετατρέπει αναλογικά σε ψηφιακά. Εισαγωγή στηνπληροφορική 27 Εισαγωγή στηνπληροφορική 28 Επιλογή Modem Κατά την επιλογή ενός µόντεµ, λαµβάνονται υπόψη οι ακόλουθοιπαράγοντες: Ταχύτητα µετάδοσης: η ταχύτητα µε την οποία το µόντεµ µεταδίδει δεδοµένα µονάδαµέτρησηςείναιτα bits ανάδευτερόλεπτο (bps, bits per second). Συµπίεση δεδοµένων: η τεχνολογία που το µόντεµ χρησιµοποιεί για να µειώσει τα δεδοµένα ούτως ώστε να µεταδοθούν ταχύτερα. ιόρθωση σφαλµάτων: η µέθοδος που το µόντεµ χρησιµοποιεί για να εξασφαλίσει ότι τα δεδοµένα αποστέλλονται και λαµβάνονται χωρίς σφάλµατα. Εσωτερικό και εξωτερικό: περιγράφει αν το µόντεµ χωράει µέσα στο πλαίσιο του υπολογιστή Εσωτερικό µόντεµ Εξωτερικό µόντεµ Εισαγωγή στηνπληροφορική 29 Εισαγωγή στηνπληροφορική 30 5
Χρήσεις ενός µόντεµ Τα modems χρησιµοποιούνται κυρίως για τη µεταφορά αρχείων ή την αποστολή αρχείων σε έναν αποµακρυσµένο υπολογιστή Η αποστολή ενός αρχείου σε καποιον άλλον υπολογιστή καλείται ανέβασµα (uploading). Η λήψη ενός αρχείου από κάποιον άλλον υπολογιστή καλείταικατέβασµα (downloading). Χρήση Ψηφιακών Τηλεφωνικών Γραµµών Οι τηλεφωνικές εταιρίες τοποθετούν πλέον ψηφιακές τηλεφωνικές γραµµές, οι οποίες είναι αφιερωµένες στη µετάδοση δεδοµένων σε ψηφιακή µορφή. Οι ψηφιακές τηλεφωνικές γραµµές µεταδίδουν δεδοµένα σε πολύ µεγαλύτερες ταχύτητες από τις καθιερωµένες αναλογικές τηλεφωνικές γραµµές. Συχνά, τα δεδοµένα µεταφέρονται µέσω αναλογικών και ψηφιακών γραµµών. Στις περιπτώσεις αυτές, τα δεδοµένα µπορεί να µετατρέπονται από τη µια µορφή στην άλλη πολλές φορές έως ότου φτάσουν στον προορισµό τους. Εισαγωγή στηνπληροφορική 31 Εισαγωγή στηνπληροφορική 32 Συνήθεις Ψηφιακές Υπηρεσίες Οι συνηθέστερες υπηρεσίες ψηφιακών τηλεφωνικών γραµµώνείναιοιεξής: ISDN, T1, και T3 DSL ATM Καλωδιακό Modem Εισαγωγή στηνπληροφορική 33 Εισαγωγή στηνπληροφορική 34 ISDN, T1, και T3 Το ISDN (Integrated Services Digital Network) είναιένα σύστηµα που αντικαθιστά τις υπηρεσίες αναλογικών γραµµών µε αντίστοιχες ψηφιακές. Το βασικής αξίας ISDN (BRI, Basic rate ISDN) παρέχει τρία κανάλια σε µία τηλεφωνική γραµµή: δύο για δεδοµένα και έναγιαέλεγχο. Το BRI µεταδίδειδεδοµέναµερυθµόέως 128 Kbps. Τοκύριαςαξίας ISDN (PRI, Primary rate ISDN) παρέχει 24 κανάλια µε ταχύτητες µετάδοσης έως 1.544 Mbps. Αυτό καλείται υπηρεσία T1. Μετηχρήσηακόµηπερισσότερωνκαναλιών, ηυπηρεσία T3 παρέχει έως 672 κανάλια και ταχύτητες έως 44.736 Mbps. Τεχνολογίες DSL Η υπηρεσιά DSL (Digital Subscriber Line) υπερτερεί των υπηρεσιών ISDN. Το καθιερωµένο DSL παρέχει ταχύτητες 52 Mbps µε τη χρήση καθιερωµένων τηλεφωνικών γραµµών. ιάφορεςκατηφορίεςτηςυπηρεσίας DSL είναιδιαθέσιµες, παρέχοντας ταχύτητες µετάδοσης έως 51.84 Mbps. Εισαγωγή στηνπληροφορική 35 Εισαγωγή στηνπληροφορική 36 6
ΑΤΜ ΗψηφιακήυπηρεσίαΑΤΜ (Asynchronous transfer mode) παρέχεται ως ένα υψηλού εύρος αποδοτικό µέσο για τη µεταφορά περιεχοµένου πολυµέσων, δεδοµένων και φωνής πάνω από τηλεφωνικές γραµµές. Μερικές κατηγορίες της υπηρεσίας ATM µπορούν να φτάσουνταχύτητεςµετάδοσηςτων 10000 Mbps. Συνδέσεις καλωδιακού µόντεµ Τα καλωδιάκά modems επιτρέπουν στους χρήστες να συνδέουν τους υπολογιστές τους στο Internet µέσω του τοπικού καλωδίου του συστήµατος τηλεόρασης. Οικαλωδιακέςεταιρίεςπαρέχουνυπηρεσίες Internet συνδυάζοντας σήµατα τηλεόρασης και δεδοµένων και διανέµοντας τα πάνω από το καλωδιακό σύστηµα. Η υπηρεσία καλωδιακού µόντεµ µπορεί να πετύχει ταχύτητες έως 27 Mbps. Εισαγωγή στηνπληροφορική 37 Εισαγωγή στηνπληροφορική 38 ίκτυα στο Σπίτι Επειδή τα περισσότερα σπίτια έχουν πολλούς υπολογιστές, τα οικιακά δίκτυα γίνονται αρκετά δηµοφιλή. Τα συγκεκριµένα δίκτυα παρέχουν τα ίδια πλεονεκτήµατα στους χρήστες ενός σπιτιού όπως και στις επιχειρήσεις. Τα οικιακά δίκτυα βασίζονται στις υπάρχουσες τηλεφωνικές ή ασύρµατες τεχνολογίες. ηµοφιλή λειτουργικά σύστηµατα για PCs, όπως τα Windows και το Mac OS, παρέχουν απλά εργαλεία δικτύωσης που αρκούν για τη δηµιουργία ενός οικιακού δικτύου. Εισαγωγή στηνπληροφορική 39 Εισαγωγή στηνπληροφορική 40 Επανάληψη Κεφαλαίου 7Β Εξηγείστε πώς τα δεδοµένα ενός υπολογιστή µεταφέρονται πάνω από τις τηλεφωνικές γραµµές. Εξηγείστε τη λειτουργία ενός µόντεµ. Αναφέρετε τέσσερεις ιδιότητες που πρέπει να λαµβάνονται υπόψην κατά την αξιολόγηση ενός modem. Ποιες οι διαφορές των τεσσάρων κατηγοριών ψηφιακών τηλεφωνικών υπηρεσιών. Περιγράψτε µια δυνατή χρήση ενός οικιακού δικτύου. Εισαγωγή στηνπληροφορική 41 7