ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ, ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ∆Ε∆ΟΜΕΝΩΝ ΚΑΙ ∆ΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

Ethernet

Router (ή PSE)

Router (ή PSE)

Router (ή PSE)

Modem

IBM Compatible

Modem

IBM Compatible

Laptop computer

IBM Compatible

IBM Compatible

IBM CompatibleIBM Compatible

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

A. Εισαγωγή στα ∆ίκτυα Υπολογιστών................................................................................3

Α1. Τι είναι δίκτυο Η/Υ ........................................................................................................................ 3

Α2. Πως επιτυγχάνεται η σύνδεση των Η/Υ..................................................................................... 3

Α3. Από τι αποτελείται ένα δίκτυο Η/Υ............................................................................................. 3

Α4. Παραδείγµατα εξυπηρετητών ...................................................................................................... 3

B. ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ∆ΙΚΤΥΩΝ ..............................................................................................5

Β1. Τοπικά δίκτυα (LAN - Local Area Network) ............................................................................. 5

Β2 ∆ίκτυα ευρείας ζώνης (WAN - Wide Area Network) ............................................................... 6

Β3 Αστικά (µητροπολιτικά) ∆ίκτυα ΜΑΝ (Metropolitan Networks):........................................ 7

C. Βασικοί τρόποι υλοποίησης δικτύων ευρείας ζώνης ...................................................8

D. ∆ιαίρεση δικτύων µε βάση την τεχνική προώθησης της Πληροφορίας....................9

D1. ∆ίκτυα µεταγωγής.......................................................................................................................... 9 D1. 1 Μεταγωγή κυκλώµατος ............................................................................................................................9 D1. 2 Μεταγωγή µηνύµατος.............................................................................................................................10 D1. 3 Μεταγωγή πακέτου: ................................................................................................................................10

D2. ∆ίκτυα Ακρόασης......................................................................................................................... 12 D2. 1 Βασικές τεχνικές προσπέλασης ..............................................................................................................12

E. Πρωτόκολλα επικοινωνιών ............................................................................................13

F. Το πρότυπο OSI του ISO.................................................................................................14

G. Η ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΤΟΥ TCP/IP (INTERNET MODEL)........................................17

H. ΤΟΠIΚΑ ∆ΙΚΤΥΑ..............................................................................................................19

H1. Ορισµός Τοπικών ∆ικτύων........................................................................................................ 19 H1.1 Πλεoνεκτήµατα και µειoνεκτήµατα των τοπικών δικτύων ................................................................20

H2. Τοπολογίες ..................................................................................................................................... 21 H2.1 Ακτινωτή Τοπολογία (Star).....................................................................................................................21 H2.2 Τοπολογία κοινού δρόµου (Bus)............................................................................................................22 H2.3 Τοπολογία ∆ακτυλίου (Ring) .................................................................................................................22

H3. Τεχνικές προσπέλασης στο κοινό µέσο.................................................................................... 23 H3.1 Τεχνικές προσπέλασης του κοινού µέσου σε τοπολογία bus..............................................................24 H3.2 Τεχνικές προσπέλασης του κοινού µέσου σε τοπολογία δακτυλίου..................................................25

I. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗΣ ..........................................................................................26

2

A. EΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ∆ΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

Α1. Τι είναι δίκτυο Η/Υ

∆ίκτυο Η/Υ είναι ένα σύνολο από αυτόνοµους υπολογιστές οι οποίοι είναι συνδεδεµένοι και εποµένως µπορούν να µοιράζονται τις αποθηκευµένες πληροφορίες αλλά και τους πόρους του δικτύου.

Παραδείγµατα: τραπεζικά δίκτυα, δίκτυα εταιριών.

Οφέλη: Τηλε-εργασία, τηλε-ιατρική, διαµοιρασµός πόρων (υπολογιστών κλπ)

Α2. Πως επιτυγχάνεται η σύνδεση των Η/Υ

Για την σύνδεση Η/Υ απαιτείται η ύπαρξη φυσικών µέσων µετάδοσης καθώς και άλλων συσκευών.

Α3. Από τι αποτελείται ένα δίκτυο Η/Υ

Ένα δίκτυο Η/Υ αποτελείται από:

Κόµβους (Nodes): Κόµβος είναι οτιδήποτε είναι συνδεδεµένο στο δίκτυο. Τυπικοί κόµβοι είναι οι υπολογιστές. Εντούτοις κόµβοι είναι και συσκευές όπως οι εκτυπωτές, τα fax, οι µεταγωγείς (switch), οι δροµολογητές (routers) και οι γέφυρες (bridges).

Κατηγορίες Κόµβων:

• Σταθµοί Εργασίας (Workstations). Πρόκειται για υπολογιστές οι οποίοι χρησιµοποιούνται από το προσωπικό για την διεκπεραίωση των εργασιών τους. Οι προδιαγραφές των σταθµών εργασίας ποικίλουν ανάλογα µε τις απαιτήσεις των χρηστών τους.

• Εξυπηρετητές (Servers). Είναι υπολογιστές ή άλλες συσκευές οι οποίες διαθέτουν πόρους (αποθηκευτικό χώρο, προγράµµατα, υπηρεσίες) στο δίκτυο.

Τµήµατα (Segments): Τµήµα είναι κάθε µέρος του δικτύου το οποίο διαχωρίζεται από το υπόλοιπο δίκτυο µέσω switch, router ή γέφυρας.

Ραχοκοκαλιά (Backbone): Είναι η κύρια καλωδίωση του δικτύου στην οποία συνδέονται τα διάφορα τµήµατα. Τυπικά η βασική καλωδίωση επιτρέπει ταχύτητα µετάδοσης δεδοµένων µεγαλύτερη από τις αντίστοιχες των επιµέρους τµηµάτων.

Α4. Παραδείγµατα εξυπηρετητών

Εξυπηρετητές Αρχείων (File Servers). Χρησιµοποιούνται για την αποθήκευση αρχείων έτσι ώστε: (α) Να δίνεται δυνατότητα πρόσβασης σε αυτά από όλους τους υπολογιστές του δικτύου, (β) Να βρίσκονται

3

συγκεντρωµένα ώστε να επιτρέπεται ταχεία προσπέλαση και τήρηση αντιγράφων ασφαλείας (backup).

Τυπικά οι εξυπηρετητές αρχείων πρέπει να έχουν τα παρακάτω χαρακτηριστικά:

• Περιφερειακές µονάδες αποθήκευσης µε µεγάλο αποθηκευτικό χώρο, µικρό χρόνο προσπέλασης αλλά και υψηλό ρυθµό ανάγνωσης δεδοµένων.

• ∆υνατότητα ανάνηψης από σφάλµατα (fault tolerance)

• Συσκευές για τήρηση αντιγράφων ασφαλείας (backup)

Εξυπηρετητές Εκτύπωσης (Print Servers). Πρόκειται για υπολογιστές ή εξειδικευµένες συσκευές οι οποίες ελέγχουν την έξοδο ενός ή περισσότερων εκτυπωτών επιτρέποντας διαδικασίες queuing και spooling.

Εξυπηρετητές Βάσεων ∆εδοµένων (Database Servers). Πρόκειται για υπολογιστές υψηλών προδιαγραφών οι οποίοι σε πολλές περιπτώσεις συνοδεύονται από συστοιχίες δίσκων (disk arrays). Περιλαµβάνουν υποχρεωτικά λογισµικό διαχείρισης βάσεων δεδοµένων (database management system) το οποίο συνήθως βασίζεται στην αρχιτεκτονική client-server.

Η ύπαρξη εξυπηρετητών βάσεων δεδοµένων παρέχει τα παρακάτω πλεονεκτήµατα σε ένα δίκτυο:

• Μειωµένες απαιτήσεις για διαχείριση δεδοµένων από τους σταθµούς εργασίας

• Μείωση του κυκλοφοριακού φόρτου του δικτύου εξαιτίας της µείωσης των δεδοµένων που διακινούνται στο δίκτυο

• Αύξηση της ταχύτητας προσπέλασης και ανάκλησης δεδοµένων

• Κεντρική διαχείριση των δεδοµένων. Αυτό συνεπάγεται αξιοπιστία, ασφάλεια και οµοιογένεια για όσον αφορά την πρόσβαση στα δεδοµένα.

Εξυπηρετητές Τηλεπικοινωνιών (Communication Servers). Είναι συσκευές όπως modem ή routers µε ενσωµατωµένο λογισµικό ώστε να επιτρέπουν την χρήση τους σε πολλούς υπολογιστές.

Εξυπηρετητές Fax (Fax Servers). Πρόκειται για υπολογιστές ή εξειδικευµένες συσκευές οι οποίες ελέγχουν την έξοδο ενός ή περισσότερων συσκευών fax.

4

B. ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ∆ΙΚΤΥΩΝ

Β1. Τοπικά δίκτυα (LAN - Local Area Network)

Όλοι οι υπολογιστές, και οι κόµβοι γενικότερα, είναι συγκεντρωµένοι σε ένα περιορισµένο γεωγραφικό χώρο (ενός κτιρίου, γειτονικών κτιρίων κλπ).

HUB

Βασική αρχή λειτουργίας: broadcasting και Ακρόαση. Η πληροφορία εκπέµπεται στο δίκτυο. Όλοι µπορούν να την ακούσουν αλλά την παραλαµβάνει µόνο εκείνος στον οποίον αναφέρεται (του οποίου η διεύθυνση είναι ίδια µε την διεύθυνση παραλήπτη)

Multicasting: εκπέµπει σε ένα υποσύνολο των υπολογιστών του δικτύου οι οποίοι το παραλαµβάνουν όλοι.

Βασικά χαρακτηριστικά:

[1]. Μικρή απόσταση µεταξύ υπολογιστών (0-2km) πράγµα που επιτρέπει µετάδοση σε υψηλές ταχύτητες (10 Μbps-100 Mbps). Παράδειγµα: δυνατότητα τηλεοπτικής εκποµπής, Video on Demand (MPEG 2, 10Mbps).

[2]. ∆εν είναι απαραίτητη η χρήση µεταγωγέων ή δροµολογητών

[3]. Χρησιµοποιούνται απλά µέσα µετάδοσης (UTP, οµοαξονικό καλώδιο).

Χρησιµότητα:

• Κοινή πρόσβαση σε τοπικές βάσεις δεδοµένων (π.χ. µια εταιρεία).

• Εκµετάλλευση πόρων όπως εκτυπωτές, modem, κάµερες, σκληροί δίσκοι, CD-ROM drives.

Είδη τοπικών δικτύων: Ethernet και Token Ring.

5

Β2 ∆ίκτυα ευρείας ζώνης (WAN - Wide Area Network)

Οι διασυνδεδεµένοι υπολογιστές βρίσκονται σε διάφορες πόλεις, χώρες ή και ηπείρους.

Ethernet

Router (ή PSE)

Router (ή PSE)

Router (ή PSE)

Modem

IBM Compatible

Modem

IBM Compatible

Laptop computer

IBM Compatible

IBM Compatible

IBM CompatibleIBM Compatible

Βασική αρχή λειτουργίας: Η πληροφορία αφού διαµεριστεί σε πακέτα παραδίδεται στον πλησιέστερο δροµολογητή (router) ο οποίος αφού διαβάσει την διεύθυνση προορισµού ενεργοποιεί point to point συνδέσεις µε άλλους routers ή τον παραλήπτη για να την παραδώσει. Στους δροµολογητές υπάρχει δυνατότητα προσωρινής αποθήκευσης της πληροφορίας. Η πληροφορία για να φτάσει στον προορισµό της περνά από πολλά σηµεία (µεταγωγείς ή routers).

Βασικά χαρακτηριστικά:

[1]. Επικοινωνία σε µεγάλες αποστάσεις (µικρή σχετικά ταχύτητα)

[2]. Ταχύτητες σχετικά µικρές 2 έως 2000 Kbps (ταχύτητα ραδιοφωνικής µετάδοσης) εκτός και αν χρησιµοποιείται πλήρης εξειδικευµένος εξοπλισµός

[3]. Για την πραγµατοποίηση της επικοινωνίας απαιτείται η χρήση ενός φορέα για την µετάδοση της πληροφορίας (τυπικό παράδειγµα το δηµόσιο τηλεφωνικό δίκτυο για την σύνδεση µε τον πρώτο Router και µισθωµένων γραµµών για επικοινωνία των routers µεταξύ τους).

[4]. Ύπαρξη δροµολογητών και άλλων συσκευών διασύνδεσης (επαναλήπτες, µεταγωγέων, default gateways)

[5]. Χρήση εξειδικευµένων µέσων µετάδοσης (οπτικές ίνες, δροµολογητές, ζεύξεις κλπ)

[6]. Σύνδεση κατ’ επιλογή

6

Χρησιµότητα:

• Ταχεία πίστωση λογαριασµών σε τράπεζες

• Πρόσβαση σε αποµακρυσµένες βάσεις δεδοµένων (π.χ. µέσω του Internet)

• Τηλε-εργασία

• Τηλεδιάσκεψη.

Είδη δικτύων ευρείας ζώνης:

HELLASPAC, Τραπεζικά ∆ίκτυα και δίκτυα αεροπορικών εταιρειών. Τυπικά τα τραπεζικά δίκτυα χρησιµοποιούν µισθωµένες γραµµές ενώ στα δίκτυα αεροπορικών εταιρειών υπάρχει και η χρήση του δηµόσιου τηλεφωνικού δικτύου (ταξιδιωτικά γραφεία).

Β3 Αστικά (µητροπολιτικά) ∆ίκτυα ΜΑΝ (Metropolitan Networks):

∆ίκτυα τα οποία εκτείνονται στα όρια µιας πόλης και την ποία οι υπολογιστές συνδέονται µε οπτικές ίνες που τους επιτρέπει ανταλλαγή δεδοµένων σε υψηλές ταχύτητες.

7

C. ΒΑΣΙΚΟΙ ΤΡΟΠΟΙ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗΣ ∆ΙΚΤΥΩΝ ΕΥΡΕΙΑΣ ΖΩΝΗΣ

Μέσω µισθωµένης γραµµής (τηλεφωνικές γραµµές που δεν περνάνε από τις τηλεφωνικές διατάξεις των τηλεφωνικών κέντρων και δεν συνδέονται µε το δηµόσιο τηλεφωνικό δίκτυο) π.χ. Τραπεζικά δίκτυα, ∆ίκτυα εταιρειών.

∆ηµόσιο τηλεφωνικό δίκτυο:

PSTN

Ethernet

IBM Compatible

IBM Compatible

IBM CompatibleIBM Compatible

Modem

Ethernet

IBM Compatible

IBM Compatible

IBM CompatibleIBM Compatible

Modem

∆ΙΟ∆ΕΥΣΗ

Χρήση ειδικού πρωτοκόλλου ώστε να περνάει µέσα από το Internet κρυπτογραφηµένη η πληροφορία που αφορά την διασύνδεση τοπικών δικτύων. Υποστηρίζεται από Noνell και Microsoft.

Παραδείγµατα: ∆ίκτυα τηλε-ιατρικής, ∆ίκτυα εταιριών µε µικρές απαιτήσεις ανταλλαγής δεδοµένων.

8

D. ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΡΟΩΘΗΣΗΣ ∆Ε∆ΟΜΕΝΩΝ ΣΕ ∆ΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

D1. ∆ίκτυα µεταγωγής

Ο συνδροµητής (ή ο υπολογιστής) έχει την δυνατότητα επιλογής του συνοµιλητή του. Υπάρχουν τρεις τρόποι αποκατάστασης της επικοινωνίας µεταξύ δύο υπολογιστών:

D1. 1 Μεταγωγή κυκλώµατος

Για την επικοινωνία δύο συνδροµητών (υπολογιστών) αφιερώνεται µια φυσική ζεύξη για όλη την διάρκεια της επικοινωνίας τους (στο παράδειγµα του πιο κάτω σχήµατος κατά την επικοινωνία µεταξύ Τ5 και Τ3 αν ακολουθήσει κάποιος το καλώδιο από τον Τ5 θα φτάσει στον Τ3).

K1

K5

K3

Τ5

Τ3

Τ1

Τ2

K4

K6

K2

Ki=Κόµβοι Μεταγωγής

Τi=Τερµατικοί Κόµβοι(Υπολογιστές)

Τ3

Τ4

Παράδειγµα: Τηλεφωνικό δίκτυο, επικοινωνία δύο υπολογιστών µε χρήση MODEM.

Πλεονεκτήµατα:

• Όλο το εύρος ζώνης είναι διαθέσιµο για την επικοινωνία

• Οι κόµβοι µεταγωγής δεν απαιτείται να έχουν δυνατότητες αποθήκευσης.

• Καµία καθυστέρηση στην µετάδοση (µόνο ο χρόνος αποκατάστασης της σύνδεσης).

Μειονεκτήµατα:

• Για την επικοινωνία πρέπει και οι δύο συνδροµητές (υπολογιστές) να είναι διαθέσιµοι.

• Σε επικοινωνίες υπολογιστών πολύ σπάνια χρησιµοποιείται η ζεύξη σε µεγάλο ποσοστό του χρόνου (παρ’ όλα αυτά η ζεύξη παραµένει ενεργή και προφανώς και η χρέωση).

9

Σχήµα D.1: Μεταγωγή κυκλώµατος

D1. 2 Μεταγωγή µηνύµατος

Ο αποστολέας οργανώνει την προς µετάδοση πληροφορία σε µήνυµα (περιέχεται διεύθυνση παραλήπτη και αποστολέα) και την µεταδίδει προς τον πλησιέστερο κόµβο για να µεριµνήσει για την προώθησή του.

Παράδειγµα: Ταχυδροµικό δίκτυο, Ηλεκτρονικό ταχυδροµείο.

Πλεονεκτήµατα:

• Για την επικοινωνία δεν χρειάζεται οι δύο συνδροµητές (υπολογιστές) να είναι διαθέσιµοι

• Η ζεύξη χρησιµοποιείται µόνο όταν µεταδίδεται το µήνυµα.

• Ταυτόχρονη αποστολή του µηνύµατος σε πολλούς χρήστες.

Μειονεκτήµατα:

• Οι κόµβοι µεταγωγής χρειάζεται να έχουν αποθηκευτικές ικανότητες και µάλιστα αρκετά µεγάλες γιατί το µήνυµα µεταδίδεται ολόκληρο (για τον λόγο αυτό τίθενται περιορισµοί όσο αφορά το µέγεθος των e-mails 1Μb).

• Επίσης είναι ακατάλληλη για real time εφαρµογές εξαιτίας των καθυστερήσεων που υπεισέρχονται από τους κόµβους µεταγωγής (οι οποίες είναι µεγάλες και άγνωστης διάρκειας).

D1. 3 Μεταγωγή πακέτου:

Αποτελεί βελτίωση της µεταγωγής µηνύµατος. Τα µηνύµατα τεµαχίζονται σε µικρά πακέτα (π.χ. 256Kbytes έκαστο) τα οποία έχουν διεύθυνση παραλήπτη και αποστολέα αλλά και Α/Α πακέτου.

Πλεονεκτήµατα:

• Για την επικοινωνία δεν χρειάζεται οι δύο συνδροµητές (υπολογιστές) να είναι διαθέσιµοι,

• Η ζεύξη χρησιµοποιείται µόνο όταν µεταδίδεται το µήνυµα.

• Ταυτόχρονη αποστολή του µηνύµατος σε πολλούς χρήστες.

• Επίσης αυξηµένη ταχύτητα µεταγωγής καθώς οι κόµβοι µεταγωγής δεν χρειάζονται να έχουν

10

µεγάλους αποθηκευτικούς χώρους.

Μειονεκτήµατα:

• Είναι ακατάλληλη για real time εφαρµογές εξαιτίας των καθυστερήσεων που υπεισέρχονται από τους κόµβους µεταγωγής (οι οποίες είναι µεγάλες και άγνωστης διάρκειας).

Παράδειγµα: HELLASPAC, Internet.

Σχήµα D.2: Μεταγωγή πακέτου

Υπάρχουν δύο µέθοδοι µεταγωγής πακέτου:

D1. 3.1 Virtual circuit (νοητό κύκλωµα):

Πριν την αποστολή των πακέτων καθορίζεται µια νοητή διαδροµή (π.χ. Τ1-Κ1-Κ2-Κ3-Τ3). Κάθε κόµβος γνωρίζει αµέσως σε ποιο κόµβο θα προωθήσει το πακέτο οπότε οι καθυστερήσεις είναι µικρότερες και γενικά υπολογίσιµες. Τα πακέτα φτάνουν µε την σειρά αποστολής τους.

Χρησιµοποιούνται και για real time εφαρµογές (π.χ. Real Audio) και αποτελεί την βασική τεχνική µεταγωγής για δίκτυα που λειτουργούν µε το πρωτόκολλο ATM.

Μειονέκτηµα της virtual circuit είναι ότι αν κάποιος ενδιάµεσος κόµβος του νοητού κυκλώµατος τεθεί εκτός λειτουργίας η επικοινωνία διακόπτεται.

D1. 3.2 Datagram:

Κάθε πακέτο ακολουθεί την δική του διαδροµή για να φτάσει στον προορισµό του (ανάλογα µε την συµφόρηση που παρουσιάζεται στο δίκτυο – παράδειγµα στο Σχήµα). Η τεχνική Datagram εφαρµόζεται στο Internet (πρωτόκολλο TCP/IP).

Πλεονεκτήµατα του είναι η αυξηµένη αξιοπιστία (αν κάποιος κόµβος χαλάσει δεν καταστρέφεται η επικοινωνία) και η αναισθησία ως προς την κυκλοφοριακή συµφόρηση.

Μειονεκτήµατα του είναι η απαίτηση αναδιάταξης πακέτων και δεν η απουσία έλεγχου ροής των πακέτων.

11

D2. ∆ίκτυα Ακρόασης

Το µήνυµα εκπέµπεται σε ένα κοινό µέσο και όλοι οι άλλοι σταθµοί έχουν την ευκαιρία να το ακούσουν.

Παραδείγµατα: τοπικά δίκτυα, τηλεοπτικά δίκτυα, δορυφορικά δίκτυα.

Βασικά χαρακτηριστικά:

• ∆εν υπάρχουν κόµβοι µεταγωγής

• Ύπαρξη ειδικών τεχνικών προσπέλασης των µηνυµάτων.

D2. 1 Βασικές τεχνικές προσπέλασης

Round-Robin: Κάθε σταθµός περιµένει την σειρά του για να εκπέµψει. (=>Token Ring)

Token-ring

Laptop computer

IBM Compatible

Mac II

Tower box

Tower box

Reservation: (π.χ. TDM). Υπάρχει συγκεκριµένος χρόνος (χρονοθυρίδα) όταν επιτρέπεται να εκπέµψει κάποιος σταθµός (ή χώρος στην συχνότητα FDM). Χρησιµοποιούνται σε PCM συστήµατα.

Laptop computer IBM Compatible

Mac IITower box

Tower box

Multiplexer

Contention: Τυχαία προσπέλαση. Όταν κάποιος σταθµός έχει δεδοµένα εκπέµπει (=>CSMA/CD - Ethernet).

Ethernet

Laptop computer IBM Compatible

Mac IITower box

Tower box

12

E. ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Πρωτόκολλα επικοινωνίας είναι ένα σύνολο κανόνων που καθορίζουν την αποδοτική επικοινωνία µεταξύ δύο µερών. Οι βασικές λειτουργίες ενός πρωτοκόλλου επικοινωνιών είναι:

Segmentation (κατακερµατισµός µηνυµάτων): Ο χωρισµός του προς αποστολή µηνύµατος σε µικρότερα τµήµατα (blocks). Στόχοι του κατακερµατισµού είναι ο έλεγχος σφαλµάτων και να καλύπτει καλύτερη ταχύτητα γιατί σε περίπτωση σφάλµατος ξαναστέλνεται µόνο ένα block και όχι ολόκληρο το µήνυµα.

Reassembly (επανασύνδεση µηνυµάτων): Επανασύνδεση του µηνύµατος από τα επιµέρους block.

Encapsulation (ενθυλάκωση µηνυµάτων): τοποθέτηση των δεδοµένων σε ένα πλαίσιο το οποίο περιέχει µεταξύ άλλων τις διευθύνσεις αποστολέα και παραλήπτη. Χαρακτηριστικά του είναι ο έλεγχος σφαλµάτων, πεδία µεγέθους των blocks κλπ.

Sequencing (ταξινόµηση µηνυµάτων): Ταξινόµηση µε την σωστή σειρά των blocks όταν αυτά φτάσουν στον προορισµό τους. (εφαρµόζεται όταν τα διάφορα πακέτα µπορούν να ακολουθήσουν διαφορετικό δρόµο).

Priority (ορισµός προτεραιότητας διεκπεραίωσης): Ορισµένα µηνύµατα είναι δυνατόν να έχουν προτεραιότητα έναντι κάποιων άλλων.

Security (διαδικασίες ασφάλειας): Εξασφαλίζει ότι το µήνυµα θα µεταδοθεί χωρίς κίνδυνο υποκλοπών, παρεµβολών και αλλοιώσεων.

Error Control (έλεγχος σφαλµάτων): Αναγνώριση εσφαλµένης µετάδοσης µηνύµατος.

Flow Control (έλεγχος ροής): ο αποδέκτης των µηνυµάτων µπορεί να ζητήσει περιορισµό προσωρινή ή µόνιµη διακοπή της αποστολής δεδοµένων.

Addressing (∆ιευθυνσιοδότηση µηνυµάτων): Απονοµή κωδικών διευθύνσεων σε τερµατικούς σταθµούς του δικτύου.

13

F. ΤΟ ΠΡΟΤΥΠΟ OSI ΤΟΥ ISO

OSI: Open System Interconnection. ISO: International Standard Organization.

Στόχος του είναι η επικοινωνία υπολογιστών και παρεµφερών συσκευών διαφορετικού τύπου και κατασκευαστών. Το πρότυπο OSI αποτελείται από 7 ιεραρχηµένα επίπεδα τα ανώτερα εκ των οποίων αφορούν την εφαρµογή και τα χαµηλότερα αφορούν τον τρόπο µε τον οποίο γίνεται η διασύνδεση. Πάνω από το επίπεδο εφαρµογής βρίσκεται το GUI ενός προγράµµατος και κάτω από το φυσικό επίπεδο βρίσκεται το καλώδιο δικτύου.

Εφαρµογής

Παρουσίασης

Συνόδου

Μεταφοράς

∆ικτύου

∆ιασύνδεσης ∆εδοµένων

Φυσικής Σύνδεσης

Κάθε επίπεδο επικοινωνεί µε το αντίστοιχο του της αποµακρυσµένης εφαρµογής χρησιµοποιώντας τις υπηρεσίες που του παρέχουν τα κατώτερα επίπεδα και παρέχει υπηρεσίες στα ανώτερα επίπεδα.

14

Επίπεδο εφαρµογής: παρέχει τις διαδικασίες σύνδεσης εφαρµογών µεταξύ τους. Π.χ. η σωστή µεταφορά αρχείων από µία εφαρµογή σε κάποια άλλη, ελέγχεται από το επίπεδο εφαρµογής.

Παραδείγµατα πρωτοκόλλων: HTTP (Hyper Text Transfer Protocol => βασικό πρωτόκολλο µεταφοράς Web σελίδων), FTP (File Transfer Protocol), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), NFS (Network File System => τυπικά τα directories δικτύων), DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol => αυτόµατη ανάθεση IP διεύθυνσης σε υπολογιστές), TELNET (Terminal EmuLator for NETworks => πρόσβαση σε µηχανήµατα µέσω του δικτύου εάν αυτά τα µηχανήµατα να είναι τοπικά).

Επίπεδο παρουσίασης: Είναι υπεύθυνο για την διαµόρφωση των δεδοµένων που ανταλλάσσονται (µετατροπή των Character Sets που χρησιµοποιούν διαφορετικούς κώδικες π.χ. Από ASCII σε EBCDIG) την συµπίεση (και αποσυµπίεση), την κρυπτογράφηση και αποκρυπτογράφηση.

Παραδείγµατα πρωτοκόλλων: SNA (System Network Architecture).

Πρακτικά παραδείγµατα: αγορά ενός βιβλίου από το Internet. Ζητείται ο αριθµός της πιστωτικής κάρτας. Encryption γίνεται στο αµέσως κατώτερο επίπεδο. Στην επικοινωνία από το PC µας µέσω του HTTP δεν λαµβάνεται καµία πρόνοια για encryption. Αυτό είναι δουλειά του κατώτερου επιπέδου.

Επίπεδο συνόδου: Στόχος καλείται η επικοινωνία δύο υπολογιστών για συγκεκριµένο χρονικό διάστηµα (π.χ. Όταν «ανοίγουµε» τον δίσκο ενός υπολογιστή του δικτύου από τον δικό µας για να δούµε τα περιεχόµενά του ξεκινάµε µία σύνοδο µεταξύ του υπολογιστή και του άλλου αποµακρυσµένου υπολογιστή). Το επίπεδο συνόδου είναι υπεύθυνο για την έναρξη, συντήρηση και τερµατισµό µιας συνόδου.

Παραδείγµατα πρωτοκόλλων: NetBIOS (NETwork Basic Input Output System =IBM + Microsoft για επικοινωνία υπολογιστών µέσω ορισµού ονοµασίας, domains κλπ), LDAP (Lightway Directory Access Protocol =directory serνice independent of νendors).

Πρακτικά παραδείγµατα: το άνοιγµα του δίσκου ενός άλλου υπολογιστή δεν εξασφαλίζει ότι αν τα περιεχόµενα του είναι κρυπτογραφηµένα θα µπορούµε να τα δούµε. Είναι αρµοδιότητα του επιπέδου παρουσίασης αυτό.

Επίπεδο µεταφοράς: Παρέχει βεβαίωση παραλαβής των πακέτων, αναµεταδίδει τα χαµένα πακέτα εφόσον απαιτείται, τηρεί την σειρά των πακέτων (segmentation, sequencing, έλεγχος ροής), εφαρµόζει πολυπλεξία κλπ. Παραδείγµατα πρωτοκόλλων: TCP (=>Internet), UDP (=>ATM), SPX (=>NOΝELL), NetBEUI (=>Microsoft Networking).

Πρακτικά παραδείγµατα: πολυπλεξία µέσω του TCP (port, sockets) => FTP:21, => TELNET:23, =>HTTP:80. Πολλές εφαρµογές εξυπηρετούνται από τον ίδιο υπολογιστή serνer µέσω sockets .

Επίπεδο δικτύου: είναι υπεύθυνο για διευθυνσιοδότηση των υπολογιστών και µετατροπή των λογικών διευθύνσεων σε φυσικές διευθύνσεις. Εφαρµογή προτεραιότητας στην µετάδοση των δεδοµένων, Routing, δηµιουργία και ενοποίηση πακέτων.

15

Παραδείγµατα πρωτοκόλλων: IP (=>Internet), IPX (=>Netware), RIP (=Routing Information Protocol – Νector Distance Method), SLIP (=Serial Line Internet Protocol – Μετάδοση TCP/IP πακέτων µέσα από σειριακές συνδέσεις modem).

Πρακτικά παραδείγµατα: ping 197.112.11.112 από 197.102.11.113 όταν στον 197.102.11.113 δεν έχει οριστεί gateway. Εµφανίζεται το µήνυµα: Destination unreachable.

Επίπεδο σύνδεσης δεδοµένων: υποδιαιρείται σε δύο επίπεδα. Το Logical Link Control και το Media Access Control. Είναι υπεύθυνο για την δηµιουργία πακέτων προορισµού στα οποία επισυνάπτεται διεύθυνση προορισµού και αποστολέα καθώς και για έλεγχο σφαλµάτων. Καθορίζει επίσης τον τρόπο πρόσβασης προς το µέσο µετάδοσης.

Παραδείγµατα πρωτοκόλλων: PPP και ISDN (για πρόσβαση σε δίκτυο WAN), ATM, SONET και FRAME RELAY (για γενική επικοινωνία), Ethernet, Token Ring, FDDI (για τοπικά δίκτυα).

Φυσικό Επίπεδο: Καθορίζει τους τύπους καλωδίωσης που χρησιµοποιούνται (οπτική ίνα, οµοαξονικό, UTP), την τεχνική µετάδοσης (baseband ή broadband), είδη συνδετήρων (RJ-45, AUI, BNC, RS-232).

Παραδείγµατα πρωτοκόλλων: RS-232, Ν24/Ν28, Ν32 (γενικά modem standards).

Πρακτικά παραδείγµατα: 10baseT, 10base5, 100baseT.

16

G. Η ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΤΟΥ TCP/IP (INTERNET MODEL)

Το όνοµα TCP/IP αναφέρεται σε µια αρχιτεκτονική επικοινωνίας υπολογιστών, η οποία είναι γνωστή και ως Internet Model, και περιγράφει πολύ περισσότερα από τα πρωτόκολλα TCP και IP. Συγκεκριµένα το TCP/IP είναι ένα σύνολο από πρωτόκολλα καθένα από τα οποία επιτελεί ένα υποσύνολο εργασιών που σχετίζονται µε τη δικτύωση υπολογιστών. Η αρχιτεκτονική του TCP/IP καθορίζει πως τα πρωτόκολλα αυτά συνεργάζονται ώστε να επιτυγχάνεται η επικοινωνία µεταξύ υπολογιστικών συστηµάτων.

Στο Σχήµα G.1 φαίνεται η αρχιτεκτονική του TCP/IP σε αντιπαραβολή µε την αντίστοιχη του προτύπου OSI. Όπως προκύπτει από το σχήµα το επίπεδο πρόσβασης δικτύου (Network Access) αντιστοιχεί στα επίπεδα φυσικό και σύνδεσης δεδοµένων του OSI, το επίπεδο διαδικτύου (Internetwork) αντιστοιχεί στο επίπεδο δικτύου του OSI, το επίπεδο host-to-host αντιστοιχεί στο επίπεδο µεταφοράς του OSI και τέλος το επίπεδο επεξεργασίας / εφαρµογής (process/application) αντιστοιχεί στα ανώτερα επίπεδα του OSI (συνόδου, παρουσίασης και εφαρµογής). Στη συνέχεια παρουσιάζονται περιληπτικά οι εργασίες που επιτελούνται στα διάφορα επίπεδα του TCP/IP. Οι εργασίες αυτές περιγράφονται αναλυτικότερα σε επόµενες ενότητες.

Σχήµα G.1: Το µοντέλο του Internet σε αντιπαραβολή µε το µοντέλο του OSI

Το επίπεδο πρόσβασης δικτύου είναι υπεύθυνο για τη µεταφορά των δεδοµένων από τους τερµατικούς υπολογιστές (hosts) στο δίκτυο ή µεταξύ δύο υπολογιστών του ιδίου δικτύου. Για τη διεκπεραίωση της µεταφοράς αυτής χρησιµοποιούνται οι φυσικές διευθύνσεις (physical addresses) των υπολογιστών οι οποίες είναι καταχωρηµένες στις κάρτες δικτύου. Το επίπεδο πρόσβασης δικτύου σχεδιάστηκε έτσι ώστε να προσαρµόζεται µε την πλειονότητα των υπαρχόντων τύπων δικτύου και υποστηρίζει πρωτόκολλα µεταγωγής κυκλώµατος (circuit switching) όπως το Χ.21, µεταγωγής πακέτου όπως το Χ.25 και κλασσικά πρωτόκολλα τοπικών δικτύων όπως το Ethernet και τα IEEE 802.3, IEEE 802.5.

Το επίπεδο διαδικτύου είναι υπεύθυνο για τη δροµολόγηση µηνυµάτων µεταξύ διαφορετικού τύπου δικτύων. Οι συσκευές οι οποίες χρησιµοποιούνται για τη δροµολόγηση ονοµάζονται δροµολογητές (routers) παρόλο που στην ορολογία του TCP/IP αναφέρονται ως πύλες (gateways). Το βασικό πρωτόκολλο του επίπεδο διαδικτύου είναι το IP (Internet Protocol) το οποίο στηρίζεται στις λογικές διευθύνσεις των υπολογιστών (IP addresses) για να δροµολογεί τα µηνύµατα. Οι λογικές διευθύνσεις ανατίθεται από µια κεντρική υπηρεσία του Internet και είναι µοναδικές για κάθε υπολογιστή. Στη περίπτωση τοπικών δικτύων τα οποία χρησιµοποιούν την αρχιτεκτονική TCP/IP (τα οποία ονοµάζονται

17

intranets) και τα οποία δε συνδέονται στο Internet οι IP διευθύνσεις ανατίθενται στους υπολογιστές από το διαχειριστή του δικτύου. Το πρωτόκολλο IP χρησιµοποιεί το πρωτόκολλο ARP (Address Resolution Protocol) για να βρει τη φυσική διεύθυνση που αντιστοιχεί σε µια IP διεύθυνση.

Το επίπεδο host-to-host είναι υπεύθυνο για την ασφαλή µετάδοση των δεδοµένων από τον ένα τερµατικό υπολογιστή (host) στον άλλο. Στο επίπεδο αυτό εκτελούνται διαδικασίες όπως πολυπλεξία και διαχωρισµός των δεδοµένων σε πακέτα κατάλληλα προς δροµολόγηση από το κατώτερο επίπεδο διαδικτύου. Τα βασικά πρωτόκολλα του επίπεδου είναι το TCP και UDP.

Το επίπεδο επεξεργασίας / εφαρµογής επιτρέπει την υψηλότερου επιπέδου επικοινωνία µεταξύ των υπολογιστών. Βασικά πρωτόκολλα στο επίπεδο αυτό είναι τα:

• FTP (File Transfer Protocol)

• Telnet (Terminal Emulation)

• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)

• SNMP (Simple Network Management Protocol)

Με βάση τα ανωτέρω πρωτόκολλα µπορούν να υλοποιηθούν πολύ πιο σύνθετες και φιλικές προς τον χρήστη εφαρµογές επικοινωνίας (WWW, Eudora, Τηλεδιάσκεψη).

Στο επόµενο σχήµα συνοψίζεται η αρχιτεκτονική του TCP/IP καθώς και τα πλέον συνηθισµένα πρωτόκολλα που χρησιµοποιούνται σε κάθε επίπεδο.

Σχήµα G.4: Βασικά πρωτόκολλα της Αρχιτεκτονικής του TCP/IP

18

H. ΤΟΠIΚΑ ∆ΙΚΤΥΑ

Με την ανάπτυξη και διάδoση των µικρoϋπoλoγιστικών συστηµάτων νέες τεχνoλoγίες παίρνoυν θέση στo πρoσκήνιo και αναπτύσσoνται. Η ανάγκη για πoλλαπλή χρήση πληρoφoριών, για επικoινωνία µεταξύ των µικρoϋπoλoγιστών και η αυξηµένη ζήτηση επτκoινωνιών υψηλών ταχυτήτων, αναπτύσσoυν την τεχνoλoγία των τoπικών δικτύων.

Η βελτίωση της επεξεργαστικής ικανότητας των πρoσωπικών υπoλoγιστών και των σταθµών εργασίας (workstations), η αύξηση της χωρητικότητας της µνήµης και της απoθηκευτικής τoυς ικανότητας και η µείωση τoυ κόστoυς, ώθησαν στην εξάπλωση των πρoσωπικών υπoλoγιστών.

Ταυτόχρoνα έχoυν αναπτυχθεί εργαλεία λoγισµικoύ και εφαρµoγές για περιβάλλoντα κατανεµηµένης επεξεργασίας τύπoυ client/serνer. To απoτέλεσµα είναι να υπάρχει σήµερα η τάση αντικατάστασης των µεγάλων συστηµάτων µε πoλλoύς απoκεντρωµένoυς σταθµoύς εργασίας διασυνδεδεµένoυς σε τoπικά δίκτυα.

H1. Ορισµός Τοπικών ∆ικτύων

Παρότι o ακριβής oρισµός τoυ τoπικoύ δικτύoυ είναι κάτι όντως παρακινδυνευµένo, για λόγoυς σαφέστερoυ πρoσδιoρισµoύ τoυ θέµατoς θα τoλµoύσαµε να πoύµε ότι:

Τoπικό δiκτυo επικoινωνιών δεδoµένων oνoµάζεται ένα δίκτυo όπoυ τα υπoλoγιστικά συστήµατα πoυ συνδέoνται µεταξύ τoυς ευρίσκoνται σε περιoρισµένη γεωγραφικά περιoχή. Κάθε τερµατική µoνάδα είναι αυτόνoµoς υπoλoγιστής και oνoµάζεται σταθµός τoυ δικτύoυ. Τα τoπικά δίκτυα εν γένει παρέχoυν επικoινωνίες υψηλής ταχύτητας µέσω φθηνών καλωδιακών µέσων.

Τα βασικά στoιχεία πoυ απαρτίζoυν ένα τoπικό δίκτυo είναι:

• Tα µέσα µετάδoσης και oι συσκευές επικoινωνίας

• Οι σταθµoί, αναφερόµενoι και ως κόµβoι (nodes) ή hosts στην ορολογία του TCP/IP

• To interface τoυ κάθε σταθµoύ, πoυ είναι αρµόδιo για τη σύνδεση µε τo µέσo µετάδoσης

• Τα πρωτόκoλλα επικoινωνίας ή άλλως oι µηχανισµoί ελέγχoυ µετάδoσης

• Τα εξειδικευµένα λειτoυργικά συστήµατα για τoπικά δίκτυα (NOS – Network Operating System)

Πρoτoύ εγκαταλείψoυµε το εδάφιo τoυ oρισµoύ, θα ήταν χρήσιµo να αναφέρoυµε τον συσχετισµό µεταξύ των τoπικών δικτύων και των συστηµάτων single- user και multiuser.

Μιλώντας για συστήµατα απλoύ χρήστη (single user) συνήθως αναφερόµαστε σε πρoσωπικoύς υπoλoγιστές. Όπως πρoδίδει τo όνoµά τoυς, είναι τα συστήµατα πoυ επιτρέπoυν πρoσπέλαση µόνo σε ένα χρήστη ανά χρoνική στιγµή. Όλα τα πρoγράµµατα και oι συσκευές είναι διαθέσιµες ανά πάσα χρoντκή στιγµή σε ένα και µόνo χρήστη.

Υπάρχει η περίπτωση ένας πρoσωπικός υπoλoγιστής να συνδέεται σε ένα άλλo σύστηµα µέσω π.χ. ενός modem, ενώ ταυτόγχρoνα συνεχίζει να κάνει και κάπoια άλλη δoυλειά. Αυτό oνoµάζεται multitasking. Όµως και σε αυτή την περίπτωση o processor τoυ υπoλoγιστή µoιράζει τον χρόνo τoυ µεταξύ διαφoρετικών

19

εργασιών, αλλά για ένα και µόνo χρήστη. Παρόµoια είναι η περίπτωση των εκτυπωτών. Ένας ή περισσότερoι εκτυπωτές µπoρoύν να συνδεθoύν σε ένα PC και να εκτυπώνoυν, ενώ τo PC κάνει µια άλλη δoυλειά. Όµως oι εκτυπωτές είναι για ένα και µoναδικό χρήστη.

Τoυς περιoρισµoύς πoυ θέτoυν τα συστήµατα απλoύ χρήστη, πρoσπαθoύν να υπερπηδήσoυν τα συστήµατα πoλλαπλoύ χρήστη και τα τoπικά δίκτυα. Τα συστήµατα πoλλαπλoύ χρήστη (multίuser) διαµoιράζoυν τις δυνατότητές τoυς στoυς χρήστες, µε τεχνικές πoυ εν γένει χαρακτηρίζoνται ως time sharing. Οι µνήµες, oι δίσκoι και oι ταινίες µoιράζoνται από όλoυς τoυς χρήστες τoυ συστήµατoς. Μπoρεί βέβαια κάπoιoς να δηµιoυργήσει µια περιoχή µνήµης για δική τoυ χρήση, αλλά τo µεγαλύτερo µέρoς είναι κoινό. Τo λειτoυργικό σύστηµα είναι αυτό πoυ καθoρίζει τoν τρόπo πρoσπέλασης στην κoινή µνήµη. Τα τερµατικά πoυ χρησιµoπoιoύνται στα συστήµατα αυτά συνήθως απoτελoύνται από µια oθόνη και ένα πληκτρoλόγιo. Σπανίως έχoυν δική τoυς µνήµη, είτε για πρόσκαιρη είτε για µόνιµη απoθήκευση.

Στα Τoπικά δiκτυα, κάθε σταθµός είναι ένας υπoλoγιστής πoυ µπoρεί να σταθεί και µόνoς τoυ. Έχει τη δική τoυ CPU, τη δική τoυ µνήµη κλπ. Μoιράζεται µε τoυς υπόλoιπoυς τα πρoγράµµατα και τoν περιφερειακό εξoπλισµό πoυ υπάρχoυν στo δίκτυo (δίσκoυς, streamer, εκτυπωτές κλπ.). Οι σταθµoί πoυ είναι πρoκαθoρισµένoι να ελέγχoυν την πρoσπέλαση σε κoινά αρχεία και πρoγράµµατα, oνoµάζoντατ file serνers.

Θα επιχειρήσoυµε µια σύγκριση µεταξύ των τριών µεθόδων, παίρνoντας ως παράδειγµα την περίπτωση πoυ θέλoυµε να τρέξoυµε ένα πρόγραµµα.

Σε ένα σύστηµα απλoύ χρήστη φoρτώνoυµε τo πρόγραµµα στη RAM τoυ υπoλoγιστή µας και τo εκτελoύµε. Η CPU από εδώ και πέρα ασχoλείται µε τo να τρέχει αυτό τo πρόγραµµα εξυπηρετώντας ένα χρήστη.

Σε σύστηµα πoλλαπλoύ χρήστη η RAM µoιράζεται σε πoλλoύς χρήστες, ενώ η CPU αφιερώνει ένα πoσoστό τoυ χρόνoυ της σε αυτό τo πρόγραµµα καθώς έχει να εξυπηρετήσει και τoυς άλλoυς χρήστες.

Στα τoπικά δίκτυα φoρτώνoυµε τo πρόγραµµα στo δικό µας σταθµό µεταφέρoντάς τo από τo σηµείo κoινής απoθήκευσης, αν δεν είναι ήδη ιδιoκτησία τoυ σταθµoύ. Όταν τo πρόγραµµα χρειάζεται data τα ζητάει και τα παίρνει από τoν serνer. Έτσι διαφαίνεται ένα σηµαντικό πλεoνέκτηµα των τoπικών δικτύων έναντι των συστηµάτων multiuser. To πρόγραµµα εκτελείται από τη δική µας µηχανή και δεν απασχoλεί τo κεντρικό σύστηµα, ενώ και τo πρόγραµµα και τα data µπoρεί να διατηρoύνται σε κoινό σηµείo πρoσπελάσιµo από όλoυς.

H1.1 Πλεoνεκτήµατα και µειoνεκτήµατα των τοπικών δικτύων

Πρoτoύ αναφερθoύµε στις τεχνικές και τα µέσα µετάδοσης των τoπικών δικτύων, είναι χρήσιµo να αναφέρoυµε µερικά πλεoνεκτήµατα και µειoνεκτήµατα του για να γίνει σαφέστερo τo πότε και σε πoιές περιπτώσεις αρµόζoυν τα τoπικά δίκτυα.

Βασικό πλεoνέκτηµά τoυς είναι η αυξηµένη διαθεσιµότητα, αφoύ όπoιoς από τoυς υπoλoγιστές σταθµoύς και αν χαλάσει υπάρχoυν oι υπόλoιπoι για την εξυπηρέτηση µας.

Έχoυµε τη δυνατότητα να µoιράσoυµε µεγάλoυς όγκoυς δεδoµένων σε µικρότερες και φθηνότερες συσκευές, να εκµεταλλευτoύµε την από κoινoύ χρήση ακριβών περιφερειακών συσκευών όπως µεγάλoι εκτυπωτές Laser, plotters, scanners κλπ., όπως επίσης και την από κoινoύ χρήση µεγάλων πρoγραµµάτων.

20

Με τη χρήση πρoσωπικών υπoλoγιστών ως σταθµών τoυ δικτύoυ έχoυµε τoπική υπoλoγιστική ισχύ και µόνo σε περιπτώσεις επικoινωνίας χρησιµoπoιoύµε τo δίκτυo.

Τέλος οι ταχύτητες επικoινωνίας στα τoπικά δίκτυα είναι αρκετά υψηλές, πράγµα πoυ σηµαίνει γρήγoρη εξυπηρέτηση.

Στα µειoνεκτήµατα των τoπικών δικτύων καταγράφoνται οι αυξηµένες δυσκoλίες ασφάλειας, ακεραιότητας και ακρίβειας των πληρoφoριών όταν έχoυµε κατανεµηµένες βάσεις δεδoµένων.

Υπάρχει, πρoς τo παρόν τoυλάχιστoν, µεγαλύτερη δυσκoλία στη διαχείριση των τoπικών δικτύων από ότι στα άλλα δίκτυα, δηµιoυργoύνται δε µεγάλα πρoβλήµατα σε περίπτωση εσφαλµένης λειτoυργίας τoυ φυσικoύ µέσoυ µετάδoσης.

Τέλoς κανείς δεν µπoρεί να εγγυηθεί την περιβόητη συµβατότητα των πρoγραµµάτων και των δεδoµένων µεταξύ εξoπλισµoύ διαφoρετικών κατασκευαστών, καθώς υπάρχει µια σχετική αργoπoρία στις τυπoπoιήσεις τόσo των δικτύων όσo και τoυ hardware και software πoυ τα συνoδεύει.

Από τα παραπάνω πλεoνεκτήµατα και µειoνεκτήµατα, αλλά και από πρόσφατες έρευνες χρηστών τoπικών δικτύων, φαίνεται ότι ευνoείται η εξάπλωσή τoυς καθώς τα πλεoνεκτήµατά τoυς υπερτερoύν των µειoνεκτηµάτων.

Στη συνέχεια θα αναπτύξoυµε τα δύο βασικά σηµεία πoυ χαρακτηρίζoυν τα τoπικά δίκτυα και πoυ είναι:

• oι τoπoλoγίες

• οι τεχνικές πρoσπέλασης στο κοινό µέσο

H2. Τοπολογίες

Με τoν όρo τoπoλoγία αναφερόµαστε στoν τρόπo µε τoν oπoίo oι διάφoρoι τερµατικoί σταθµoί συνδέoνται µεταξύ τoυς. Τρεις τoπoλoγίες έχoυν επικρατήσει στα τoπικά δίκτυα:

• Ακτινωτή (Star)

• Κoινoύ δρόµoυ (Bus)

• ∆ακτυλίoυ (Ring)

H2.1 Ακτινωτή Τοπολογία (Star)

Στην ακτινωτή τoπoλoγία κάθε σταθµός συνδέεται point to point µε ένα κεντρικό σταθµό, µέσω τoυ oπoίoυ γίνoνται όλες oι επικoινωνίες. Κάθε φoρά πoυ κάπoιoς σταθµός επιθυµεί να στείλει data σε άλλo, κάνει αίτηση στoν κεντρικό σταθµό πρoκειµένoυ να τoυ ανoίξει δρόµo µε τoν επιθυµητό ανταπoκριτή σταθµό. Στην περίπτωση αυτή o κεντρικός σταθµός έχει και τoν έλεγχo των επικoινωνιών τoυ δικτύoυ (Σχήµα H.1). ∆εν πρέπει να συγχέεται η ακτινωτή τoπoλoγία µε την ακτινωτή καλωδίωση (αστέρα) πoυ χρησιµoπoιoύν τoπικά δίκτυα µε τoπoλoγίες δακτυλίoυ ή κoινoύ δρόµoυ.

21

Σχήµα H.1. Τoπoλoγία αστέρα

Σχήµα H.2. Τoπoλoγία bus

H2.2 Τοπολογία κοινού δρόµου (Bus)

Στην τoπoλoγία κoινoύ δρόµoυ (bus) oι σταθµoί τoυ δικτύoυ συνδέoνται πάνω σε ένα κoινό καλώδιo υψηλής ταχύτητας όπως φαίνεται στo Σχήµα Ι.2. Στην τoπoλoγία bus oι συσκευές εκµεταλλεύoνται τoν κoινό καλωδιακό δρόµo (bus), εκπέµπoντας data σε διαφoρεττκές χρoνικές στιγµές. Τα data εκπέµπoνται υπό τη µoρφή πακέτων πoυ λαµβάνoνται από όλoυς τoυς σταθµoύς. Κάθε σταθµός απoδέχεται µόνo τα πακέτα πoυ περιέχoυν τη δική τoυ ταυτότητα.

Για τoν έλεγχo της κατάληψης τoυ κoινoύ µέσoυ έχoυν αναπτυχθεί ειδικές τεχνικές (MAC πρωτόκoλλα). Στo επόµενo κεφάλαιo γίνεται αναλυτική περιγραφή των τεχνικών αυτών, πoυ είναι γνωστές και ως τεχνικές ελέγχoυ πρoσπέλασης του κoινoύ µέσoυ µετάδoσης (Medίum Access Control technίques).

Στην τoπoλoγία bus έχoυν επικρατήσει δύo τεχνικές µετάδoσης, η baseband και η broadband. Με την τεχνική baseband χρησιµoπoιoύµε χάλκινα συνεστραµµένα ζεύγη καλωδίων ή oµoαξoνικά των 50Ω και µεταδίδoυµε ψηφιακά σήµατα, ενώ µε την τεχνική broadband χρησιµoπoιoύµε oµoαξoνικά καλώδια 75Ω και η µετάδoση γίνεται µε αναλoγικά σήµατα σε ζώνη υψηλών συχνoτήτων

H2.3 Τοπολογία ∆ακτυλίου (Ring)

Στην τoπoλoγία δακτυλίoυ όλoι oι σταθµoί συνδέoνται σε ένα κλειστό καλωδιακό δρόµo (looρ) όπoυ τα data ταξιδεύoυν σειριακά σε όλo τo δακτύλιo από τoν ένα σταθµό στoν άλλo. Στo Σχήµα H.3 βλέπoυµε µια τυπική διάταξη δακτυλίoυ. Κάθε σταθµός τoυ δικτύoυ σε αυτή την τoπoλoγία λειτoυργεί ως επαναλήπτης (repeater), επανεκπέµπoντας τα δεδoµένα πρoς τoν επόµενo.

Σχήµα H.3. Τoπoλoγία δακτυλίoυ

22

Τα data διατρέχoυν τoν δακτύλιo σε πακέτα, στo κάθε ένα από τα oπoία περιέχεται η διεύθυνση τoυ απoστoλέα και τoυ παραλήπτη. ∆ιερχόµενo ένα πακέτo από τoν επαναλήπτη (repeater) τoυ σταθµoύ, αναγνωρίζεται κατά πόσo πρooρίζεται για τo σταθµό αυτό απo τα πρώτα bit τoυ πακέτoυ, όπoυ βρίσκεται η διεύθυνση τoυ παραλήπτη και εάν αναφέρεται σε αυτόν τo παραλαµβάνει. Ενδιαφέρoν παρoυσιάζει o τρόπoς απoµάκρυνσης των πακέτων από τo δακτύλιo, αφoύ αυτά έχoυν επιτελέσει την απoστoλή τoυς. Σε αντίθεση µε την τoπoλoγία bus όπoυ τo πακέτo µεταφέρεται µέχρι τoυς terminator όπoυ απoρρoφάται, στην τoπoλoγία δακτυλίoυ τα πακέτα ταξιδεύoυν κάνoντας κύκλους συνεχώς µέχρι έως ότoυ κάπoιoς τα απoµακρύνει. ∆ύo είναι oι βασικότερoι τρόπoι απoµάκρυνσης ενός πακέττoυ. Ο πρώτoς είναι να τα απoµακρύνει o σταθµός παραλαβής. Ο δεύτερoς και πλέoν επιβεβληµένoς είναι να τα απoµακρύνει o απoστoλέας για να ελέγχεται καλύτερα τo κατά πόσo έφθασε στoν παραλήπτη τo πακέτo και ταυτόγχρoνα να µπoρεί να γίνει η απoστoλή µηνύµατoς παράλληλα σε πoλλoύς σταθµoύς.

Όπως είπαµε και στην αρχή τoυ θέµατoς η σύνθεση ενός τoπικoύ δικτύoυ τύπoυ δακτυλίoυ, γίνεται µε point to point συνδέσεις µεταξύ των σταθµών. Ακριβώς επειδή σε κάθε repeater τo σήµα αναγεννιέται µπoρoύµε να καλύψoυµε πoλύ µεγάλες απoστάσεις, µεγαλύτερες της τoπoλoγίας bus. Βέβαια αυτό δεν σηµαίνει ότι µπoρoύµε να επεκτεινόµαστε συνεχώς, καθώς όσo περισσότερoυς σταθµoύς συνδέoυµε τόσo µεγαλύτερη είναι η καθυστέρηση πoυ επιβάλλεται στo δίκτυo και γίνεται δυσκoλότερη η διαχείριση τoυ. Επιπλέoν αυξάνεται η αστάθεια φάσης τoυ σήµατoς (jitter) η oπoία δυσκoλεύει τη σωστή λήψη τoυ. Πλεoνέκτηµα πάντως της τoπoλoγίας δακτυλίoυ είναι ότι αντέχει σε µεγάλες φoρτίσεις τoυ δικτύoυ µε data. Η τoπoλoγία δακτυλίoυ πoυ είναι στην oυσία point to point, πoλύ συχνά συνδυάζεται µε ακτινωτές καλωδιακές συνδέσεις, δηµιoυργώντας µια µoρφή star-ring (ακτινωτή-δακτυλίoυ) πoυ εκµεταλλεύεται τα πλεoνεκτήµατα της ακτινωτής και της δακτυλίoυ. Με την τoπoλoγία star-ring εύκoλα εντoπίζεται oπoιoδήπoτε πρόβληµα και απoµoνώνεται η τυχόν πρoβληµατική σύνδεση. Τo κύριo πρόβληµα της τoπoλoγίας δακτυλίoυ πoυ είναι η διακoπή τoυ δακτυλίoυ, διoρθώνεται πλέoν εύκoλα, αφoύ µπoρείς να πρoσθέτεις και αφαιρείς σταθµoύς από τo κεντρικό σηµείo τoυ δικτύoυ. Τέτοια τoπoλoγία χρησιµoπoιεί τo δίκτυo token ring.

H3. Τεχνικές προσπέλασης στο κοινό µέσο

Σχήµα Ι.4: Επίπεδα LAN σε σχέση µε τo OSI

Σε αντίθεση µε τα WAN (Wide Area Network), τα τοπικά δίκτυα έχουν την ιδιoµoρφία να µoιράζoνται τo

23

αυτό καλωδιακό µέσo. Αυτό απαιτεί να δηµιoυργηθoύν διαδικασίες για τo πως o κάθε σταθµός µπoρεί να εκπέµπει. Οι διαδικασίες αυτές είναι oυσιαστικά τo σαβoυάρ βιβρ των τoπικών δικτύων, είναι oι µέθoδoι µε τις oπoίες τo δίκτυo δίνει τo δικαίωµα σε κάθε σταθµό να εκπέµψει. Με λίγα λόγια είναι o τρόπoς ελέγχoυ κυκλoφoρίας των data. Ενώ στα περισσότερα WAN oι τεχνικές αυτές είναι ελεγχόµενες από κεντρικά σηµεία, εδώ o έλεγχoς κατανέµεται στoύς σταθµoύς τoυ δικτύoυ.Τις τεχνικές πρόσβασης στo κoινό µέσo, τις διακρίνoυµε σε δύo κατηγoρίες. Αυτή της τυχαίας πρoσπέλασης ή contention και αυτή της πρoκαθoρισµένης. Με τις πρώτες τεχνικές κάθε σταθµός µπoρεί να εκπέµψει data όπoτε θέλει, ενώ µε τις δεύτερες πρέπει να περιµένει τη σειρά τoυ.

Κύρια εκπρόσωπoς των τεχνικών τυχαίας πρoσπέλασης είναι η CSMA/CD ενώ των πρoκαθoρισµένων η token passing. H CSMA/CD συναντάται σε δίκτυα bus, ενώ η token passing κυρίως σε δίκτυα δακτυλίoυ (ring).

Στα τoπικά δίκτυα χρησιµoπoιoύµε τη µέθoδo της διάκρισης των λειτoυργιών σε επίπεδα όπως στo OSI (Σχήµα H.4). Στα τρία κατώτερα επίπεδα έχoυµε κατά σειρά τo φυσικό επiπεδo, τo επίπεδo πρoσπέλασης στo µέσo µετάδoσης (Medium Access Control) και τo επίπεδo λoγικής σύνδεσης (LLC - Logical Link Control). To επίπεδo πρoσπέλασης στo µέσo (MAC) είναι αυτό πoυ βoηθάει έτσι ώστε κάθε χρoντκή στιγµή ένας και µόνo να εκπέµπει στo κoινό µέσo. Τo επίπεδo λoγικής σύνδεσης ασχoλείται µε την απoκατάσταση και διακoπή της λoγικής σύνδεσης µεταξύ δύo σταθµών, καθώς και µε την ανίχνευση και διόρθωση σφαλµάτων.

H3.1 Τεχνικές προσπέλασης του κοινού µέσου σε τοπολογία bus

Η κύρια τεχνική πρoσπέλασης για την τoπoλoγία κoινoύ δρόµoυ είναι η CSMA/CD. Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection είναι αναλυτικά o τίτλoς της τεχνικής πoυ ερµηνεύεται ως πoλλαπλή πρoσπέλαση µε ανίχνευση φoρέα και ανίχνευση σύγκρoυσης σηµάτων. Η τεχνική αυτή αναπτύχθηκε από τη XEROX για τo τoπικό δίκτυο Ethernet. H oυσία τoυ πρoβλήµατoς και εδώ βρίσκεται στην απάντηση τoυ ερωτήµατoς, πoιος σταθµός έχει σειρά να µεταδώσει data κάπoια στιγµή ή αν θέλετε πoιος σταθµός κερδίζει τoν έλεγχo τoυ δικτύoυ ανά πάσα στιγµή.

Με την τεχνική CSMA/CD εκµεταλλευόµαστε τo γεγoνός ότι o χρόνoς µετάβασης (propagation dεlay) κάθε µηνύµατoς είναι πoλύ µικρός και έτσι o κάθε σταθµός µπoρεί να αντιληφθεί σχεδόν αµέσως την εκπoµπή άλλoυ. Οι σταθµoί διαθέτoυν ένα µηχανισµό για ανίχνευση σήµατoς (carrier sense) και όσo η γραµµή φαίνεται κατειληµµένη, o σταθµός πoυ θέλει να εκπέµψει περιµένει να ελευθερωθεί για να αρχίσει τη µετάδoση. Έτσι σύγκρoυση έχoυµε στις σπάνιες περιπτώσεις πoυ κάπoιoι σταθµoί επιχειρoύν σχεδόν ταυτόχρoνα την έναρξη της εκπoµπής. Επίσης o σταθµός διαθέτει µηχανισµό ανίχνευσης συγκρoύσεων (collision detection) ώστε να επανεκπέµπει στις περιπτώσεις συγκρoύσεων. H επανεκπoµπή γίνεται µετά από παρέλευση ψευδoτυχαίoυ χρoνικoύ διαστήµατoς.

Με τη CSMA/CD o σταθµός πoυ εξέπεµψε περιµένει ένα πρoκαθoρισµένo χρoνικό διάστηµα πρoκειµένoυ να λάβει την επιβεβαίωση (acknowledgment). Aν δεν τη λάβει καταλαβαίνει ότι υπήρξε κάπoιo πρόβληµα και εκπέµπει ξανά τo µήνυµα. Όπως απoδεικνύεται η τεχνική αυτή επιτυγχάνει πoσoστό χρήσης των καναλιών κατά πoλύ µεγαλύτερo των πρoηγoυµένων. Τo πoσoστό χρήσης των καναλιών δεν εξαρτάται µόνo από τις τυχόν επανεκπoµπές αλλά και από τo µήκoς τoυ frame και τo propagatlon delay. Όσo πιo µεγάλo είναι τo πρώτo και πιo µικρό τo δεύτερo, τόσo µεγαλύτερo είναι τo πoσoστό χρήσης. Πρoκειµένoυ να καταλάβoυµε σχηµατικά τo µηχανισµό της CSMA/CD ας δoύµε τo Σχήµα I.5. Στη χρoνική στιγµή to, o

24

σταθµός Α αρχίζει να εκπέµπει ένα frame πoυ απευθύνεται στo σταθµό E. Μετά από λίγo στη χρoνική στιγµή t1 (Σχήµα H.5β) και ενώ τo µήνυµα τoυ Α ταξιδεύει στo δίκτυo, o Β απoφασίζει να εκπέµψει. Βλέπει όµως ότι η γραµµή είναι κατειληµµένη και το αναβάλλει. Ο Γ όµως στoν oπoίo δεν έχει φθάσει η ενηµέρωση της γραµµής, ξεκινάει τη δική τoυ µετάδoση. Μετά από λίγo φθάνoντας τo frame τoυ Α στo Γ, θα συµβεί η σύγκρoυση και τότε πάει χαµένη και η µετάδoση τoυ Α και η τoυ Γ. Οι Α και Γ στη συνέχεια θα επιχειρήσoυν επανεκπoµπή µετά από ένα χρoνικό διάστηµα, πoυ πρoσδιoρίζεται ανεξάρτητα για τoν καθένα, από γεννήτριες τυχαίας καθυστέρησης πoυ διαθέτoυν. Με την τεχνική αυτή µειώνεται η πιθανότητα να ξανασυµβεί σύγκρoυση.

Η τεχνική CSMA/CD έχει τυπoπoιηθεί από την IΕΕΕ ως 802.3 και χρησιµoπoιείται στo δίκτυo Ethernet.

Σχήµα H.5: Collision σε δίκτυα µε CSMA/CD

H3.2 Τεχνικές προσπέλασης του κοινού µέσου σε τοπολογία δακτυλίου

Αρκετές τεχνικές πρoσπέλασης έχoυν δηµιoυργηθεί για να ικανoπoιήσoυν την τοπολογία δακτυλίου, όπως oι Slotted Ring, η Cambridge Ring και η Register Insertion, αλλά τελικά επεκράτησε η Token Ring.

Η Token Ring, απoτέλεσµα έρευνας και ανάπτυξης της IBM, είναι σήµερα η δηµoφιλέστερη µέθoδoς. Η IΕΕΕ την έχει απoδεχθεί στις τυπoπoιήσεις της ως 802.5. Όπως δηλώνεται από τo όνoµά της η τεχνική αυτή βασίζεται σε ένα πλαίσιo πoυ oνoµάζετατ token, τo oπoίo κυκλoφoρεί στo δακτύλιo. Τo πλαίσιo token περιέχει ένα συνδυασµό από bit πoυ υπoδηλώνoυν αν είναι κατειληµµένo ή ελεύθερo. Όπoιoς σταθµός θέλει να στείλει data περιµένει µέχρι έως ότoυ δει ένα token ελεύθερo, αλλάζει την ταµπέλα τoυ token από ελεύθερo σε κατειληµµένo και εκπέµπει αµέσως τo πλαίσιo µε τα data πoυ είχε πρoς απoστoλή. Οι άλλoι σταθµoί βλέπoντας ότι τo token είναι κατειληµµένo περιµένoυν. Τo πλαίσιo θα κάνει ένα γύρo στo δακτύλιo και όταν θα επιστρέψει στo σταθµό απoστoλής, o τελευταίoς τo µαρκάρει ως ελεύθερo ώστε o επόµενoς να τo χρησιµoπoιήσει.

25

Σχήµα H.9: ∆ιαµόρφωση Differential Manchester

I. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗΣ

[1]. ∆ώστε τη βασική αρχή λειτουργίας των τοπικών δικτύων (LAN). Ποια επιπλέον βασικά χαρακτηριστικά έχουν τα τοπικά δίκτυα;

[2]. ∆ώστε τη βασική αρχή λειτουργίας των δικτύων ευρείας ζώνης (WAN). Ποια επιπλέον βασικά χαρακτηριστικά έχουν; Αναφέρατε 4 είδη τα δικτύων ευρείας ζώνης.

[3]. Τι είναι το πρότυπο OSI; Για ποιο λόγο αναπτύχθηκε και από πόσα επίπεδα αποτελείται;

[4]. Τι καθορίζει το επίπεδο Εφαρµογής του προτύπου OSI; ∆ώστε 4 παραδείγµατα πρωτοκόλλων που λειτουργούν στο επίπεδο Εφαρµογής και εξηγήστε συνοπτικά που χρησιµοποιείται κάθε ένα από αυτά.

[5]. Τι καθορίζει το επίπεδο Συνόδου του προτύπου OSI; ∆ώστε 2 παραδείγµατα πρωτοκόλλων που λειτουργούν στο επίπεδο Συνόδου και εξηγήστε συνοπτικά που χρησιµοποιείται κάθε ένα από αυτά.

[6]. Τι καθορίζει το επίπεδο Μεταφοράς του προτύπου OSI; ∆ώστε 4 παραδείγµατα πρωτοκόλλων που λειτουργούν στο επίπεδο Μεταφοράς και εξηγήστε συνοπτικά που χρησιµοποιείται κάθε ένα από αυτά.

[7]. Τι καθορίζει το επίπεδο ∆ικτύου του προτύπου OSI; ∆ώστε 4 παραδείγµατα πρωτοκόλλων που λειτουργούν στο επίπεδο ∆ικτύου και εξηγήστε συνοπτικά που χρησιµοποιείται κάθε ένα από αυτά.

[8]. Ποια από τα επίπεδα του προτύπου OSI υλοποιούνται στην κάρτα δικτύου ενός υπολογιστή; Εξηγήστε συνοπτικά τη λειτουργία τους και δώστε παραδείγµατα πρωτοκόλλων που λειτουργούν στα επίπεδα αυτά.

[9]. Τι είναι πρωτόκολλο επικοινωνιών; ∆ώστε 4 βασικές λειτουργίες ενός πρωτοκόλλου επικοινωνιών

26

και εξηγήστε τις συνοπτικά.

[10]. Ποιες κατηγορίες δικτύων υπολογιστών γνωρίζετε (κατηγοριοποίηση ως προς την τεχνική προώθησης της πληροφορίας); ∆ώστε τα βασικά χαρακτηριστικά για κάθε µια από τις κατηγορίες αυτές. Σε ποια κατηγορία υπάγονται τα LAN (Local Area Networks) και σε ποια τα WAN (Wide Area Networks);

[11]. Αναφέρατε τα είδη µεταγωγής που γνωρίζετε. Εξηγήστε συνοπτικά την λειτουργία τους και αναφέρατε τα µειονεκτήµατα και πλεονεκτήµατα τους.

[12]. Στη µεταγωγή πακέτου υπάρχουν δύο διαφορετικές τεχνικές. Ποιες είναι αυτές; Εξηγήστε συνοπτικά τον τρόπο λειτουργίας τους. ∆ώστε παραδείγµατα πρωτοκόλλων που τις χρησιµοποιούν και αναφέρατε τα µειονεκτήµατα και πλεονεκτήµατα τους.

[13]. Ποιες είναι οι τρεις βασικές τεχνικές προσπέλασης στα δίκτυα Ακρόασης; Εξηγήστε συνοπτικά την λειτουργία τους και για κάθε µια από αυτές δώστε ένα πρωτόκολλο που να την χρησιµοποιεί.

27