ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ INTERNET Κεφάλαιο 9: Μοντέλο Επικοινωνίας (Ε)
Πρωτόκολλα επικοινωνίας 2
Πρωτόκολλα επικοινωνίας(1) Ως Πρωτόκολλο επικοινωνίας ορίζεται ένα σύνολο κανόνων συμφωνημένων και από τα δυο επικοινωνούντα μέρη και που εξυπηρετούν την μεταξύ τους ανταλλαγή πληροφοριών. Το πρωτόκολλο επικοινωνίας είναι δηλαδή μια δέσμη κανόνων στους οποίους στηρίζεται η επικοινωνία των συσκευών (συνήθως, αλλά όχι πάντα, υπολογιστών) σε ένα δίκτυο. Οι κανόνες αυτοί καθορίζουν τη μορφή, το χρόνο και τη σειρά μετάδοσης των πληροφοριών στο δίκτυο. Εκτελούν, επίσης, έλεγχο και διόρθωση σφαλμάτων στη διάρκεια μετάδοσης των πληροφοριών. Υπάρχουν διάφορα πρωτόκολλα επικοινωνίας, τα οποία προκαλούν πολλές φορές σύγχυση στους χρήστες. Ευτυχώς σήμερα, παρόλο που δεν υπάρχει κάποιο που να είναι καθιερωμένο πρότυπο, με την εξάπλωση των Windows και του Διαδικτύου, τα πρωτόκολλα που είναι περισσότερο διαδεδομένα είναι το ΤCP/IP, το NETBEUI και το IPX/SPX. 3
Πρωτόκολλα επικοινωνίας(2) Δημοφιλή πρωτόκολλα: ARCNet, Token Ring, Ethernet. Η διαδικασία μετάδοσης δεδομένων σε ένα δίκτυο περιλαμβάνει: τον υπολογιστή αφετηρία, το πρωτόκολλο επικοινωνίας, το μεταδότη, το καλώδιο μεταφοράς, το δέκτη και τον υπολογιστή προορισμό. Η μετάδοση ξεκινά με τον ΗΥ που στέλνει bits στο μηχανισμό πρωτοκόλλου. Αυτός δημιουργεί πλαίσια δεδομένων, ελέγχου και διεύθυνσης αποστολής. Μετατρέπονται σε ηλεκτρικά σήματα, προωθούνται στο δέκτη και ο μηχανισμός πρωτοκόλλου πάλι αναλαμβάνει να μεταβιβάσει τα δεδομένα στον προορισμό, αφού ανιχνεύσει λάθη μετάδοσης και επιβεβαιώσει σωστή λήψη. Κάθε πρωτόκολλο έχει πλεονεκτήματα-μειονεκτήματα ανάλογα την εγκατάσταση του δικτύου, το πλήθος των δεδομένων, τον αριθμό των σταθμών εργασίας. Το είδος του πρωτοκόλλου επηρεάζει το είδος χρησιμοποιούμενης καλωδίωσης. 4
Πρωτόκολλα επικοινωνίας Checksum Ο αποστολέας απλά προσθέτει όλες τις λέξεις (words) του πακέτου και επισυνάπτει το άθροισμα στο πακέτο. Ο παραλήπτης κάνει το ίδιο (απλά προσθέτει όλες τις λέξεις του πακέτου και συγκρίνει το αποτέλεσμα με το Άθροισμα Ελέγχου που παρέλαβε με το πακέτο. Εάν τα δύο αθροίσματα είναι τα ίδια, τότε το πακέτο είναι αποδεκτό. Εάν τα δύο αθροίσματα διαφέρουν, τότε το πακέτο απορρίπτεται. Οι λειτουργίες των πρωτοκόλλων επικοινωνίας λοιπόν, σχετίζονται με τον καθορισμό του μεγέθους του πακέτου και τον έλεγχο για τη σωστή τους λήψη όπως το checksum που αποτελεί το άθροισμα όλων των bytes του πακέτου modulo 256. Το modulo είναι το ακέραιο υπόλοιπο από μια Ευκλείδεια διαίρεση. Αν τα πακέτα είναι 2 από 130 bytes, το σύνολο είναι 260 και το checksum (modulo) είναι 4. 5
XMODEM ΧMODEM (στα 1990, μέγεθος πακέτου 128-byte, όσο το περιεχόμενο μιας δισκέτας). Μια μέθοδος μεταφοράς αρχείων που ελέγχει για να βεβαιωθεί ότι τα αποστελλόμενα δεδομένα καταφθάνουν σε καλή κατάσταση. Το XMODEM στέλνει το αρχείο σε ομάδες των 128 Kb. Κατόπιν περιμένει από τον άλλο υπολογιστή/μόντεμ να αναγνωρίσει ότι παρέλαβε την ομάδα. Αν τα δεδομένα που απεστάλησαν δεν συμφωνούν με τα δεδομένα που ελήφθησαν, τότε ο αποστολέας υπολογιστής στέλνει ξανά την ίδια ομάδα δεδομένων. 6
YMODEM YMODEM (μια νεότερη έκδοση πρωτοκόλλου χωρίς μεγάλη απήχηση). Μια μέθοδος μεταφοράς αρχείων που ελέγχει για να βεβαιωθεί ότι τα δεδομένα που αποστέλλονται φθάνουν σε καλή κατάσταση. Το YMODEM στέλνει δεδομένα σε πακέτα των 1024 Kb. Κατόπιν περιμένει από τον άλλο υπολογιστή/μόντεμ να αναγνωρίσει ότι το πακέτο παρελήφθη. Αν τα αποσταλμένα δεδομένα δε συμφωνούν με τα παραλαμβανόμενα, τότε ο αποστολέας υπολογιστής στέλνει ξανά το ίδιο πακέτο δεδομένων. Το πρωτόκολλο YMODEM έχει δύο πλεονεκτήματα επί του XMODEM. i.πρώτα, στέλνει τα δεδομένα σε πακέτα των 1024 Κb αντί των 128 Kb, οπότε στέλνει περίπου 10 φορές περισσότερα δεδομένα ανά πακέτο. ii.επίσης το YMODEM σας επιτρέπει να στείλετε αρκετά αρχεία σε δέσμη, δυνατότητα η οποία δεν παρέχεται από το XMODEM. 7
ZMODEM Θεωρείται πλέον το πιο διαδεδομένο πρωτόκολλο. Μια μέθοδος μεταφοράς αρχείων, που ελέγχει για να βεβαιωθεί ότι τα δεδομένα που αποστέλλονται φθάνουν σε καλή κατάσταση. Το ZMODEM είναι μια βελτιωμένη έκδοση του XMODEM που επιτρέπει να μεταφέρονται δεδομένα σε μεγαλύτερες ομάδες και με λιγότερα λάθη. Επίσης, το ZMODEM αν ανακαλύψει ένα λάθος κατά την μετάδοση, επαναρχίζει την μετάδοση από το σημείο που συνέβη το λάθος και όχι από την αρχή. 8
Τρόποι Σύνδεσης Υπολογιστών 9
Σύνδεση δύο Η/Υ του εργαστηρίου Δύο Η/Υ μπορούν να συνδεθούν: σειριακά παράλληλα ασύρματα μέσω του TCP/IP 10
Σύνδεση δύο Η/Υ Στην καθημερινή μας ζωή, τα τελευταία χρόνια, η συνηθέστερη σύνδεση είναι η ασύρματη μέσω Wi- Fi, λόγω της μεγάλης διείσδυσης κάθε είδους φορητών συσκευών όπως, laptops, netbooks, tablets, smartphones κ.α. Αντίθετα σε μεγάλους δημόσιους οργανισμούς και ιδιωτικές εταιρίες η σύνδεση μέσω Ethernet είναι η συνηθέστερη. 11
Σειριακή Σύνδεση Μέσω της σειριακής θύρας με συνδετήρα D25 ή D9 αρσενικό (απαιτείται modem). Με το καλώδιο τύπου RS232 (αρσενικό αρσενικό) (null modem) συνδέει δύο υπολογιστές χωρίς modem και κάνει ουσιαστικά τη δουλειά του μόντεμ. 12
Παράλληλη Σύνδεση Στην παράλληλη σύνδεση χρησιμοποιούμε την παράλληλη θύρα και τον συνδετήρα τύπου D θηλυκό με 25 ακίδες. 13
Ρύθμιση των Windows(1) Από την «Διαχείριση Συσκευών» των Windows μπορούμε να ρυθμίσουμε τις παραμέτρους για τις θύρες επικοινωνίας του υπολογιστή μας. Διαχείριση Συσκευών Θύρες (COM & LPT) Δεξί κλικ στην θύρα που θέλουμε να ρυθμίσουμε Ιδιότητες Ρυθμίσεις θυρών Αλλάζουμε τις παραμέτρους που επιθυμούμε. 14
Ρύθμιση των Windows(2) 15
Ρύθμιση των Windows(3) 16
Παράλληλη vs σειριακή μετάδοση Παράλληλη μετάδοση Μεγάλες ταχύτητες Μικρές αποστάσεις Πολλές γραμμές δεδομένων Προβληματική μεταξύ ανομοιογενών συσκευών Επικοινωνία επεξεργαστών και εσωτερικών περιφερειακών Σειριακή μετάδοση Μικρές ταχύτητες Μεγαλύτερες αποστάσεις Μια γραμμή δεδομένων Απλούστευση επικοινωνίας μεταξύ ανομοιογενών συσκευών Επικοινωνία υπολογιστή με DCE 17
Σύγκριση τρόπων μεταφοράς Τρόπος μεταφοράς δεδομένων Ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων Συσκευές που συνδέονται RS 232 Παράλληλη Σειριακά έως 115Kbps, 230Kbps ή 460Kbps Παράλληλα 140 KB/sec, 300KB/sec (αμφίδρομη), 2MB/sec (ECP και EPP) ταμειακές μηχανές, κινητά, συναγερμοί, ηλεκτρονικά κυκλώματα αυτοκινήτου, εκτυπωτές, modem, ποντίκια εκτυπωτές, σαρωτές, modem, οδηγοί CD ROM, μονάδες ταινίας, κάμερες USB Σειριακά 1,5 ή 12 Mbps σαρωτές, εκτυπωτές, πληκτρολόγια, ποντίκια, ηχεία, τηλέφωνα, οθόνες, συσκευές modem, κάμερες, αποθηκευτικά μέσα 18
Ασύρματη Σύνδεση Δύο Υπολογιστών WiFi : («ασύρματη πιστότητα» στα ελληνικά) έχει επικρατήσει και ως όρος αναφερόμενος συνολικά στα ασύρματα τοπικά δίκτυα. Συνήθεις εφαρμογές του είναι η παροχή ασύρματων δυνατοτήτων πρόσβασης στο Internet και διασύνδεσης μεταξύ ηλεκτρονικών συσκευών (κινητών) και υπολογιστών. 19
Ασφάλεια σε Wi-Fi Network Authentication Data encryption Network Key Open Disabled ή WEP Κωδικός δικτύου Shared Disabled ή WEP Κωδικός δικτύου WPA None TKIP ή AES Κωδικός δικτύου Στο Network Authentication(Έλεγχος ταυτότητας δικτύου) μπορεί να επιλεχθεί Open, Shared και WPA None. WPA: Wi Fi Protected Access: Είναι πρωτόκολλο ασφαλείας των ασύρματων δικτύων υπολογιστών ( πιστοποιεί την ασφάλεια). Data encryption: Επιλέγεται η μέθοδος κρυπτογράφησης Disabled(καθόλου, Δεν προτείνεται). Wired Equivalent Privacy (WEP) αλγόριθμος ασφαλείας για ασύρματα δίκτυα. Δεν θεωρείται αξιόπιστος. Σύγκριση AES, TKIP. Το TKIP είναι λιγότερο ασφαλές αλλά έχει και λιγότερες απαιτήσεις σε υλικό σε σχέση με το AES καθώς ουσιαστικά αποτελεί μία αναβάθμιση του WEP. 20
Bluetooth Το Bluetooth είναι ένα βιομηχανικό πρότυπο για ασύρματα προσωπικά δίκτυα υπολογιστών (Wireless Personal Αrea Νetworks, WPAN). Πρόκειται για μια ασύρματη τηλεπικοινωνιακή τεχνολογία μικρών αποστάσεων, η οποία μπορεί να μεταδώσει σήματα μέσω μικροκυμάτων σε ψηφιακές συσκευές. Επομένως το Bluetooth είναι ένα πρωτόκολλο το οποίο παρέχει προτυποποιημένη, ασύρματη επικοινωνία ανάμεσα σε PDA, κινητά τηλέφωνα, φορητούς υπολογιστές, προσωπικοί υπολογιστές, εκτυπωτές, καθώς και ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές ή ψηφιακές κάμερες, μέσω μιας ασφαλούς, φθηνής και παγκοσμίως διαθέσιμης χωρίς ειδική άδεια ραδιοσυχνότητας μικρής εμβέλειας. Από φυσική άποψη το Bluetooth λειτουργεί περίπου στα 2,4 GHz. 21
Ethernet Το Ethernet είναι το συνηθέστερα χρησιμοποιούμενο πρωτόκολλο ενσύρματης τοπικής δικτύωσης υπολογιστών. Αναπτύχθηκε από την εταιρεία Xerox κατά τη δεκαετία του '70 και έγινε δημοφιλές αφότου η Digital Equipment Corporation και η Intel, από κοινού με τη Xerox, προχώρησαν στην προτυποποίησή του το 1980. Το 1985 το Ethernet έγινε αποδεκτό επίσημα από τον οργανισμό IEEE ως το πρότυπο 802.3 για ενσύρματα τοπικά δίκτυα (LAN). Το αρχικό Ethernet επέτρεπε ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων των 3 Mbps, μέσω ομοαξονικού καλωδίου που συνδέονταν οι επιμέρους υπολογιστές του δικτύου. Τη διασύνδεση αναλάμβανε μία κάρτα δικτύου Ethernet προσαρτημένη σε κάθε κόμβο. Σήμερα έχουν εμφανιστεί νεότερες εκδόσεις του Ethernet που χρησιμοποιούν είτε κοινά καλώδια χαλκού ή συνεστραμμένα ζεύγη αγωγών ή οπτικές ίνες. 22
Εκδόσεις Ethernet Ethernet (10MBps): όπου για τις συνδέσεις με χαλκό χρησιμοποιείται το πρότυπο 10BASE T και για τις οπτικές ίνες το πρότυπο 10BASE F(L). Η σύνδεση χαλκού είναι συμβατή με αυτή του Fast Ethernet. Fast Ethernet (100 Mbps): όπου για τις συνδέσεις με χαλκό έχει επικρατήσει το πρότυπο 100BASE TX έναντι των ουσιαστικά εγκαταλελειμμένων 100BASE T2, 100BASE T4. Χρησιμοποιεί ένα καλώδιο για αποστολή και ένα για λήψη δεδομένων, σε μήκη μέχρι 100μ. Gigabit Ethernet (1 Gbps): όπου για τις συνδέσεις με χαλκό έχει επικρατήσει το πρότυπο 1000BASE T. Χρησιμοποιεί 4 ζεύγη αγωγών. Κάθε ζεύγος μεταφέρει δεδομένα προς τις δύο κατευθύνσεις ταυτόχρονα, ώστε να επιτυγχάνεται η μέγιστη δυνατή ταχύτητα μετάδοσης δεομένων προς κάθε κατεύθυνση. Ο τρόπος σύνδεσης των ζευγών είναι τέτοιος που επιτρέπει σε μια κάρτα Gigabit Ethernet να μπορεί να ανιχνεύσειτην ύπαρξη κυκλώματος Fast Ethernet στην άλλη άκρη του καλωδίου και να αλλάξει αυτόματα το πρωτόκολλό της σε 100BASE TX. 10 Gigabit Ethernet (10Gbps). 23
TCP/IP(1) Το '"TCP/IP" (Transmission Control Program/Internet Protocol= Πρωτόκολλο Ελέγχου Μετάδοσης και πρωτόκολλο του Internet) είναι μια συλλογή πρωτοκόλλων επικοινωνίας στα οποία βασίζεται το Διαδίκτυο αλλά και μεγάλο ποσοστό των εμπορικών δικτύων. Η ονομασία TCP/IP προέρχεται από τις συντομογραφίες των δυο κυριότερων πρωτοκόλλων που περιέχει το TCP ή Transmission Control Protocol (Πρωτόκολλο Ελέγχου Μετάδοσης) και το IP ήinternet Protocol (Πρωτόκολλο Διαδικτύου). 24
TCP/IP(2) Αυτή η συλλογή πρωτοκόλλων, όπως και πολλές άλλες άλλωστε, είναι οργανωμένη σε στρώματα ή επίπεδα (layers). Το καθένα τους απαντά σε συγκεκμένα προβλήματα μεταφοράς δεδομένων και παρέχει μια καθορισμένη υπηρεσία στα υψηλότερα στρώματα. Τα ανώτερα επίπεδα είναι πιο κοντά στη λογική του χρήστη και εξετάζουν πιο αφηρημένα δεδομένα, στηριζόμενα σε πρωτόκολλα χαμηλότερων στρωμάτων για να μεταφράσουν δεδομένα σε μορφές που μπορούν να διαβιβαστούν με φυσικά μέσα. 25
TCP/IP(3) Το TCP/IP είναι ένα σύνολο από πρωτόκολλα που υποστηρίζουν επικοινωνίες δικτύων. Η δικτύωση TCP/IP χρησιμοποιείται για το Internet και για τα Τοπικά Δίκτυα. Τα επίπεδα του TCP/IP φαίνονται στον παρακάτω πίνακα. Χρήστης Επίπεδο Εφαρμογής Επίπεδο Μεταφοράς (TCP) Επίπεδο Internet (IP) Επίπεδο Πρόσβασης Δικτύου (Ethernet) 26
Καλώδια Ethernet 27
Πρότυπα καλωδίωσης κατηγορίας 5 Pin Σήμα EIA/TIA 568 A EIA/TIA 568B Ethernet 10BASE-T/100BASE-T 1 Transmit+ Λευκό/Πράσινο Λευκό/Πορτοκαλί Χ 2 Transmit- Πράσινο Πορτοκαλί Χ 3 Receive+ Λευκό/Πορτοκαλί Λευκό/Πράσινο Χ 4 Ν/Α Μπλε Μπλε Δε χρησιμοποιείται * 5 Ν/Α Μπλε/Λευκό Μπλε/Λευκό Δε χρησιμοποιείται * 6 Receive- Πορτοκαλί Πράσινο Χ 7 Ν/Α Λευκό/Καφέ Λευκό/Καφέ Δε χρησιμοποιείται * 8 Ν/Α Καφέ Καφέ Δε χρησιμοποιείται * Μόνο 2 ζευγάρια των καλωδίων στον σύνδεσμο RJ-45 χρησιμοποιούνται για να μεταφέρουν σήματα Ethernet. Τα καλώδια 10Base-Τ & 100Base-T χρησιμοποιούν την ίδια συνδεσμολογία οπότε ένα καλώδιο που γίνεται για το ένα θα λειτουργήσει και στο άλλο. Προσοχή: Οι επαφές 4,5 & 7πρέπει να είναι συνδεδεμένες ακόμα κι αν δεν χρησιμοποιούνται. 28
Κατηγορίες Ethernet καλωδίων Χρησιμοποιούνται δύο κατηγορίες Ethernet καλωδίων: Straight-through Crossover Το Straight-through καλώδιο το χρησιμοποιούμε για να συνδέσουμε: PC-Hub, Router-Hub, Hub(ethernet port)-hub(uplink port). Το Crossover καλώδιο το χρησιμοποιούμε για να συνδέσουμε: PC-PC, PC-Router, Hub-Hub, Router- Router. 29
Χρωματικός κώδικας UTP καλωδίου Το UTP καλώδιο περιέχει 8 κλώνους όπου έχουν την παρακάτω χρωματική κωδικοποίηση. Ανά δύο τα καλώδια είναι συνεστραμμένα προκειμένου να μειωθούν οι αλληλοπαρεμβολές. Τα καλώδια 4,5,7,8 δεν χρησιμοποιούνται στο 100Base-Tx. Χρησιμοποιούνται στο Gigabit Ethernet ή μπορεί να χρησιμοποιηθούν για τη μεταφορά της τροφοδοσίας ή άλλου σήματος. Πολλές συσκευές έχουν πλέον τη δυνατότητα αυτόματα να ανιχνεύουν το τύπο του καλωδίου και να προσαρμόζονται ανάλογα. 30
Straight-through καλώδιο Για το straight καλώδιο υπάρχουν δύο πρότυπα συνδεσμολογίας. Το 568A και το 568B. Οι δύο τυποποιήσεις δεν έχουν καμιά λειτουργική διαφορά. 31
Crossover καλώδιο Για να κατασκευάσουμε ένα crossover καλώδιο ακολουθούμε την συνδεσμολογία του σχήματος. 32
Κανόνες Το straight καλώδιο έχει τα ίδια άκρα, ενώ το cross-over διαφορετικά. Στο cross-over εναλλάσσονται τα πράσινα με τα πορτοκαλί καλώδια. Όπως κοιτάμε τον RJ-45 συνδετήρα ο ακροδέκτης 1 με το κλιπ προς τα κάτω, είναι αριστερά. Δεν θα πρέπει περισσότερο από 1.5cm καλωδίου να μην είναι συνεστραμμένο, αλλιώς το καλώδιο θα είναι ευάλωτο σε παρεμβολές. Πρέπει να αποφεύγεται τύλιγμα του καλωδίου, πίεση του σε γωνιές, όπως και να έχουμε παράλληλα UTP καλώδια σε γραμμές ηλεκτρικού ρεύματος ή κοντά σε συσκευές που παράγουν μεγάλα ποσά ηλεκτρικού θορύβου. 33
Hub Switch Για την σύνδεση 2 υπολογιστών θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε είτε hub είτε switch στη θέση του crossover καλωδίου. Hub Στέλνει τα πακέτα δεδομένων σε όλους τους υπολογιστές που είναι συνδεδεμένοι. Θα το παραλάβει ο Η/Υ για τον οποίο προοριζόταν ενώ οι υπόλοιποι θα το αγνοήσουν. Switch Στέλνει τα πακέτα δεδομένων μόνο στον Η/Υ που προορίζονται. Αυτό επιτυγχάνεται μιας και το switch βλέπει φυσικές διευθύνσεις (MAC). Έτσι θα το στείλει στον Η/Υ που έχει ως MAC διεύθυνση τη διεύθυνση στην οποία αποστέλλονται τα πακέτα. Από τα παραπάνω μπορούμε εύκολα να συμπεράνουμε ότι για σύνδεση 2 υπολογιστών η καλύτερη λύση είναι η χρήση του crossover καλωδίου. Το hub επίσης είναι καλή λύση τόσο για 2 όσο και για μικρό αριθμό υπολογιστών. Για μεγαλύτερο αριθμό υπολογιστών ενδείκνυται η χρήση του switch γιατί το hub θα επιφέρει πολύ μεγάλο traffic. 34
Ασκήσεις 1. Συνδέστε 2 υπολογιστές σειριακά. 2. Βρείτε την IP τους. 3. Διαβάστε και αντιγράψτε αρχεία στον κεντρικό υπολογιστή. 4. Συνδέστε 2 υπολογιστές παράλληλα. Εκτελέστε τα ερωτήματα 2, 3 ξανά. 5. Έχουν διαφορά οι παραπάνω συνδέσεις στην ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων; 6. Πόσα bit διακινούνται ταυτόχρονα όταν έχουμε παράλληλη σύνδεση; 7. Ποιος τρόπος επικοινωνίας υλοποιείται με τις δύο συνδέσεις; i.μονόπλευρος ii.ημίπλευρος iii.αμφίπλευρος 8. Ένα αρχείο έχει μέγεθος 1,5 ΜΒ και κάνει να μεταφερθεί 85 sec. Να υπολογίσετε τον ρυθμό μετάδοσης της σειριακής θύρας. 35
Τέλος 9 ου Κεφαλαίου