Ενότητα 10 η Επικοινωνίες Υπολογιστών. Στις επικοινωνίες υπολογιστών (π.χ. στο internet) χρησιμοποιείται συνήθως η σουίτα πρωτοκόλλων TCP/IP. Πολλές φορές.

Παρουσίαση με θέμα: "Ενότητα 10 η Επικοινωνίες Υπολογιστών. Στις επικοινωνίες υπολογιστών (π.χ. στο internet) χρησιμοποιείται συνήθως η σουίτα πρωτοκόλλων TCP/IP. Πολλές φορές."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Ενότητα 10 η Επικοινωνίες Υπολογιστών

2 Στις επικοινωνίες υπολογιστών (π.χ. στο internet) χρησιμοποιείται συνήθως η σουίτα πρωτοκόλλων TCP/IP. Πολλές φορές αναφέρεται και ως σουίτα internet

3 Η έννοια του πρωτοκόλλου Στην επιστήμη των υπολογιστών, το πρωτόκολλο είναι ένα σύνολο κανόνων που χρησιμοποιούνται από δύο ή περισσότερους υπολογιστές για να επικοινωνήσουν μεταξύ τους. Στην ουσία ένα πρωτόκολλο είναι μία σύμβαση που επιτρέπει την επικοινωνία και την ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ δύο σημείων. Τα πρωτόκολλα μπορεί να υλοποιούνται τόσο σε επίπεδο hardware όσο και σε επίπεδο software. Συνήθως συμβαίνουν και τα δύο. Τυπικές Λειτουργίες πρωτοκόλλων: –Έλεγχος της ύπαρξης του φυσικού μέσου μετάδοσης (ενσύρματο ή ασύρματο) και του κόμβου (υπολογιστή) προορισμού των δεδομένων. –Ρύθμιση των διάφορων παραμέτρων μετάδοσης (ταχύτητα μετάδοσης, κτλ). –Διαχείριση μηνυμάτων: Πως πρέπει να αρχίζει και να τελειώνει ένα μήνυμα καθώς και κανόνες σύνταξης του μηνύματος. –Τι συμβαίνει όταν έχουμε σφάλματα στην μετάδοση. –Πως αρχίζει και πως τελειώνει μία σύνδεση.

4 Ποιος καθορίζει πως θα είναι τα πρωτόκολλα? Σύμφωνα με το μοντέλο του OSI (Open System Interconnection), σε κάθε δίκτυο υπάρχουν 7 στρώματα ή αλλιώς επίπεδα: Το φυσικό επίπεδο ορίζει τις ηλεκτρικές και τις φυσικές προδιαγραφές για τις συσκευές που χρησιμοποιούνται για την μετάδοση του σήματος. Επίσης ορίζει τον τρόπο με τον οποίο το φυσικό μέσο (π.χ. ίνα) συνδέεται με την συσκευή (περιλαμβάνει ορισμό τάσεων, ακροδεκτών, κτλ κτλ). Το επίπεδο ζεύξης ορίζει τις μεθόδους που χρησιμοποιούνται για να μεταφερθούν δεδομένα μεταξύ των διαφόρων δικτυακών κόμβων. Επίσης προσπαθεί να διορθώσει σφάλματα που συμβαίνουν στο φυσικό επίπεδο (π.χ. λόγω θορύβου). Το επίπεδο δικτύου ορίζει τους τρόπους μεταφοράς δεδομένων μεταβλητού μεγέθους από έναν κόμβο του δικτύου στον άλλο. Επίσης αναλαμβάνει την δρομολόγηση των δεδομένων μέσω των ενδιάμεσων κόμβων του δικτύου. Το επίπεδο μεταφοράς προσφέρει τους τρόπους μεταφοράς δεδομένων από τον ένα χρήστη σε έναν άλλο χρήστη Το επίπεδο συνόδου είναι υπεύθυνο για την έναρξη και τον τερματισμό μίας συνόδου, δηλαδή μίας συνομιλίας μεταξύ δύο χρηστών. Το επίπεδο παρουσίασης ορίζει τον τρόπο με τον οποίο αναπαρίστανται τα δεδομένα πριν αυτά μεταδοθούν. Το επίπεδο εφαρμογής περιέχει όλες τις εφαρμογές (προγράμματα) τα οποία χρησιμοποιούν το δίκτυο για να προσφέρουν κάποια υπηρεσία στους χρήστες

5 Ποιος καθορίζει πως θα είναι τα πρωτόκολλα? Το OSI είναι κάπως απαρχαιομένο… αλλά μην το πείτε σε κανέναν Στοίβα IP Στοίβα OSI

6 Η στοίβα του Internet Protocol (TCP/IP): Eπίπεδο Ζεύξης Το επίπεδο ζεύξης περιέχει τα πρωτόκολλα που αφορούν μία ζεύξη, δηλαδή το hardware και το software που χρειάζεται για να διασυνδεθούν δύο κόμβοι του δικτύου. Υπάρχει ένα πρωτόκολλο ζεύξης για κάθε ζεύξη που υπάρχει στο δίκτυο!

7 Η στοίβα του Internet Protocol (TCP/IP): Eπίπεδο Ζεύξης Υπάρχουν μία σειρά από λειτουργίες που πραγματοποιεί το επίπεδο ζεύξης: Καταρχήν αναλαμβάνει να περιβάλλει τα πακέτα που προέρχονται από το επίπεδο IP σε πλαίσια. Το πλαίσιο είναι στην ουσία μία σειρά από bit (0 και 1) τα οποία περιγράφουν την προς την μετάδοση πληροφορία και παρέχουν μία σειρά από bit που χρησιμοποιούνται για τις λειτουργίες του ίδιο του πρωτοκόλλου (κεφαλίδα πλαισίου). Το επίπεδο ζεύξης αναλαμβάνει το συγχρονισμό των πλαισίων: Δηλαδή ο δέκτης καταλαβαίνει ποια bit αντιστοιχούν σε πληροφορία και ποια όχι. Ανίχνευση σφαλμάτων μετάδοσης και αίτηση αναμετάδοσης στην περίπτωση λήψης πλαισίου με σφάλματα. Ρύθμιση Ροής, δηλαδή την δυνατότητα μείωσης του ρυθμού μετάδοσης των πλαισίων σε περίπτωση όπου ο δέκτης για κάποιο λόγο δεν μπορεί να λάβει τα πλαίσια με την επιθυμητή ταχύτητα.

8 Η στοίβα του Internet Protocol (TCP/IP): MAC Το επίπεδο ζεύξης προσφέρει και λειτουργίες Ελέγχου Μέσου Πρόσβασης (Medium Access Control – ΜΑC) Τα πρωτόκολλα MAC είναι πολύ σημαντικά επειδή επιτρέπουν την επικοινωνία πάνω από ένα φυσικό μέσο (π.χ. καλώδιο, ελεύθερος χώρος) που χρησιμοποιείται για να υλοποιήσει πολλαπλές ζεύξεις. Κάθε συσκευή, συνδέεται στο δίκτυο μέσω μίας κάρτας (adaptor) που υλοποιεί τα πρωτόκολλα του επιπέδου ζεύξης. Κάθε τέτοια κάρτα έχει μία δική της, μοναδική διεύθυνση MAC που χρησιμοποιείται για την αποστολή και λήψη των πλαισίων προς και από την κάρτα. Η ΜAC διεύθυνση συνήθως αποτελείται από 48 bits.

9 Πολλαπλή Πρόσβαση Δίκτυο Αρτηρίας: Έχει αρχίσει να εγκαταλείπεται σταδιακά

10 Πολλαπλή Πρόσβαση Δίκτυο Δακτυλίου: Χρησιμοποιείται αρκετά σπάνια στις μέρες μας

11 Πολλαπλή Πρόσβαση: Δίκτυα με Hub Χρησιμοποιείται αρκετά συχνά σε τοπικά δίκτυα

12 Πολλαπλή Πρόσβαση: Ασύρματη Πρόσβαση Χρησιμοποιείται ΠΟΛΥ συχνά σε τοπικά δίκτυα

13 Αποφεύγοντας τις συγκρούσεις… Είναι φανερό πως δύο πομποί (π.χ. κάρτες δικτύου) δεν μπορούν να μεταδώσουν ταυτόχρονα πάνω στο ίδιο φυσικό μέσο (π.χ. καλώδιο) αν δεν ληφθούν κάποιες προφυλάξεις. Στην αντίθετη περίπτωση ο δέκτης δεν θα είναι σε θέση να διαχωρίσει το μήνυμα από κάθε πομπό αφού π.χ. στην περίπτωση του ασύρματου καναλιού θα λαμβάνει το άθροισμα των σημάτων που μεταδόθηκαν και όχι κάθε ξεχωριστά. Για να αποφεύγονται οι παραπάνω συγκρούσεις (collisions) το MAC επίπεδο μπορεί να εφαρμόσει διάφορες τεχνικές. Η πιο δημοφιλής είναι η τεχνική Carrier Sensing Multiple Access (CSMA). Πρόκειται για ένα πρωτόκολλο κατά το οποίο o δέκτης κάθε κάρτας προσπαθεί να διαπιστώσει αν υπάρχει φέρον σήμα (carrier) στο διαμοιραζόμενο μέσο (π.χ. καλώδιο). Αν υπάρχει, τότε αυτό σημαίνει ότι κάποιος άλλος μεταδίδει. Ανάλογα με την παραλλαγή του CSMA ο δέκτης δοκιμάζει μετά από κάποιο τυχαίο χρονικό διάστημα. Σε ορισμένες παραλλαγές του CSMA ο πομπός μεταδίδει το σήμα του ούτως ή άλλως και «ακούει» το κανάλι για να δει αν κάποιος άλλος μεταδίδει ταυτόχρονα. Αν αυτό συμβαίνει τότε όλοι οι πομποί καταλαβαίνουν πως πρόκειται για σύγκρουση και παύουν να μεταδίδουν για ένα τυχαίο χρονικό διάστημα. Η παραλλαγή αυτή ονομάζεται CSMA/CD – CSMA με αναγνώριση της σύγκρουσης (collision detection).

14 Τα πλαίσια του Ethernet Οι διευθύνσεις αποτελούνται από 6 Bytes (δηλαδή 6 × 8 = 48bits). Πρόκειται για MAC διευθύνσεις που σκοπό έχουν να καθορίσουν ποιος είναι ο αποστολέας και σε ποιόν απευθύνεται το πακέτο. Το Preamble είναι 7 Bytes 10101010 που ενδεχομένως να χρειάζονται στο συγχρονισμό. (preamble: γνωστή ακολουθία bits, η οποία αποστέλλεται σε κάθε πλαίσιο, για λόγους κυρίως συγχρονισμού) Το Type/Length χρησιμοποιείται για να υποδηλώσει τον μέγεθος των δεδομένων σε bytes ή το είδος των δεδομένων (ανάλογα με το πρότυπο του Ethernet που ακολουθείται). Τα δεδομένα είναι το κομμάτι Data Το pad χρησιμοποιείται αν για κάποιο λόγο πρέπει να αυξήσουμε το μέγεθος του πλαισίου σε 64bytes Το checksum χρησιμοποιείται για την ανίχνευση λαθών.

15 Εthernet MAC Στο Ethernet το υπό-επίπεδο MAC είναι υπεύθυνο για την λήψη και την μετάδοση των πλαισίων. Ανάλογα με το φυσικό μέσο μετάδοσης μπορεί να είναι half duplex και full duplex. –Half duplex σημαίνει πως όλοι μόνο μία κάρτα μπορεί να μεταδώσει κάθε στιγμή. –Full Duplex σημαίνει πως οι κάρτες μπορούν να μεταδώσουν και να λάβουν πλαίσια ταυτόχρονα. Οι παλαιότερες υλοποιήσεις του Ethernet (10BASE-T) ήταν half duplex και χρησιμοποιούσαν το CSMA/CD.

16 Ethernet Επαναλήπτες O επαναλήπτης (repeater) του Ethernet λειτουργεί στο φυσικό επίπεδο, δηλαδή δεν καταλαβαίνει πλαίσια αλλά bits. Ωστόσο αναγεννούσε το σήμα (δηλαδή βελτίωνε τις κυματομορφές των παλμών) βελτιώνοντας την ποιότητα του (θυμάστε την αλληλοπαρεμβολή συμβόλων?) Επίσης οι επαναλήπτες ήτανε κατασκευασμένοι ώστε να εισάγουν πολύ μικρή καθυστέρηση Αφού ο επαναλήπτης αγνοεί την ύπαρξη των frames και απλά αναγεννά τα bits το ενδεχόμενο της σύγκρουσης παραμένει: πρόκειται για half duplex υλοποίηση!

17 Εthernet Μεταγωγείς (Switches) Ένας μεταγωγέας που λειτουργεί στο επίπεδο MAC μπορεί να διασυνδέσει έναν αριθμό από τερματικά και συσκευές σε ένα οικιακό περιβάλλον ή σε ένα γραφείο. Ο μεταγωγέας μαθαίνει την MAC διεύθυνση κάθε συσκευής που έχει συνδεθεί στις θύρες του. Αυτό γίνεται από τα πλαίσια που καταλήγουν στις θύρες του. Έτσι αν στην θύρα i φτάσει ένα πλαίσιο με MAC source address την M 1 το switch θα μάθει ότι όλα τα πλαίσια που έχουνε MAC destination address την M 1 θα καταλήξουνε στην θύρα i και μόνο σε αυτή! Σε περίπτωση που φτάσει ένα πλαίσιο με destination address που δεν την έχει μάθει το switch τότε στέλνει το πλαίσιο σε κάθε άλλη θύρα του! Με τον τρόπο αυτό ο μεταγωγέας αναλαμβάνει να προωθήσει τα πλαίσια στον κατάλληλο προορισμό χωρίς να συμβαίνουν συγκρούσεις. Επομένως δεν έχουμε half duplex αλλά full duplex υλοποίηση: Δεν υπάρχουν συγκρούσεις και επομένως δεν χρειαζόμαστε CSMA/CD.

18 Κυνηγώντας την ουρά μας… Θέλει βέβαια και λίγη προσοχή… Για φανταστείτε τι θα γινότανε αν ένα PC ήθελε να μεταδώσει ένα πλαίσιο σε όλα τα PC που βρίσκονται στο δίκτυο Τότε το πλαίσιο θα φτάσει στο switch Α το οποίο θα το στείλει στο switch Β. To switch Β θα καταλάβει πως πρέπει να το στείλει και στο switch Α και ούτω καθεξής… επομένως θα έχουμε πλαίσια που τριγυρίζουν χωρίς κανένα λόγο στο δίκτυο μας. Ευτυχώς το Ethernet έχει έναν τρόπο να προστατεύει το δίκτυο μας από τέτοιες περιττές μετακινήσεις Πρόκειται για τον αλγόριθμο spanning tree τον οποίο όμως θα μάθετε στα επόμενα έτη (θυμηθείτε πρόκειται για εισαγωγικό μάθημα )

19 Τα υπέρ και τα κατά μίας full duplex υλοποίησης: + Υπέρ Δεν έχουμε συγκρούσεις και επομένως καθυστερήσεις στην μετάδοση πλαισίων. Η απόσταση που μπορεί να καλυφθεί από το Ethernet εξαρτάται καθαρά και μόνο από το μέσο διάδοσης (π.χ. UTP καλώδιο ή οπτική ίνα). Αφού κάθε σύνδεση είναι ανεξάρτητη από τις άλλες, θεωρητικά κάθε κόμβος μπορεί να μεταδίδει και να λαμβάνει με τον μέγιστο ρυθμό (π.χ. 100Mb/s για το 100BASE-T). -Κατά Όλες οι συνδέσεις είναι από σημείο-σε-σημείο. Δεν υπάρχουνε κοινά καλώδια και επομένως κάθε συσκευή συνδέεται με το switch βάση ενός ξεχωριστού καλωδίου… Τα switch θα πρέπει να είναι σε θέση να χειρίζονται πολύ υψηλούς ρυθμούς που εξαρτάται από τον τύπο των θυρών τους … Οι μεγάλοι ρυθμοί αυξάνουνε το κόστος. (Fast – gigabit Ethernet switch)

20 Power over Ethernet Δεν είναι ακριβώς τηλεπικοινωνιακή υπηρεσία αλλά σας επιτρέπει πέρα από τα δεδομένα, να μεταφέρετε και το ηλεκτρικό σήμα που θα τροφοδοτήσει τις συσκευές σας! Μπορείτε να τροφοδοτείτε με ρεύμα μικροσυσκευές όπως κάμερες, τηλέφωνα IP, ασύρματα σημεία πρόσβασης, μικρά switch ethernet και LCDs! Είναι και πιο φθηνό και πιο γρήγορο από το USB2.0!

21 Η στοίβα του Internet Protocol (TCP/IP): Επίπεδο IP Το Internet Protocol (IP) είναι ένα πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται για την μετάδοση δεδομένων σε μορφή πακέτων (δηλαδή ομάδων από bytes που δρομολογούνται μέσα στο δίκτυο όλα μαζί) Έχει σκοπό την παράδοση των πακέτων από τον πομπό στο δέκτη βασιζόμενο μονάχα στις διευθύνσεις των αντίστοιχων κόμβων.

22 Η στοίβα του Internet Protocol (TCP/IP): Επίπεδο IP Τα δεδομένα από το υψηλότερο επίπεδο (δηλαδή το TCP που θα δούμε στη συνέχεια) εσωκλείονται σε πακέτα του IP τα οποία είναι και γνωστά ως datagrams. Ο κόμβος αποστολής και λήψης δεν χρειάζεται να προχωρήσουν σε κανενός είδους συνεννόηση πριν ο κόμβος αποστολής αρχίσει να μεταδίδει το πακέτο. Πρόκειται δηλαδή για ένα πρωτόκολλο connection- less (σε αντίθεση με το τηλεφωνικό δίκτυο για παράδειγμα όπου δεν σηκώνεται το τηλέφωνο και μιλάτε κατευθείαν αλλά πρέπει πρώτα να καλέσετε το άλλο τηλέφωνο – connection oriented). To ΙP μπορεί να χρησιμοποιηθεί πάνω από διάφορα πρωτόκολλα ζεύξης (Ethernet, WiFi, κτλ). To δίκτυο μπορεί μάλιστα να είναι ετερογενές: Ένα τμήμα του να χρησιμοποιεί Ethernet το άλλο WiFi κτλ κτλ. Το μόνο που χρειάζεται είναι να υπάρχει ένας τρόπος να μεταφράζονται οι διευθύνσεις του IP σε διευθύνσεις του επιπέδου ζεύξης (δηλαδή MAC διευθύνσεις). Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιείται το πρωτόκολλο ARP – Address Resolution Protocol.

23 Αξιοπιστία του πρωτοκόλλου IP (1/2) Το πρωτόκολλο IP έχει σχεδιαστεί με την υπόθεση πως το δίκτυο είναι από την φύση του αναξιόπιστο. Δεν υπάρχει κάποιος κεντρικός έλεγχος των επιδόσεων του δικτύου. Οι κόμβοι αποστολής και λήψης απλά πρέπει να ζήσουν με αυτό το γεγονός και να λάβουν τα μέτρα τους. Επομένως το IP κάνει ότι καλύτερο μπορεί (best effort) αλλά δεν εγγυάται τίποτα. Η υπηρεσία του είναι αναξιόπιστη. Μία σειρά από πράγματα μπορούν να συμβούν στα πακέτα του, όπως: –Αλλοίωση της πληροφορίας που μεταφέρεται στα πακέτα του εξαιτίας για παράδειγμα του θορύβου που υπάρχει στα μέσα μετάδοσης του δικτύου. –Απώλεια πακέτων στους ενδιάμεσους κόμβους με αποτέλεσμα ένα τμήμα της πληροφορίας να μην φτάνει στον κόμβο λήψης –Λήψη στο δέκτη πολλαπλών αντίγραφων του ίδιου πακέτου. –Λήψη στο δέκτη των πακέτων με διαφορετική σειρά από αυτήν που έχουν εκπεμφθεί επειδή για παράδειγμα τα πακέτα μπορεί να ακολουθούν διαφορετική διαδρομή μέσα στο δίκτυο. Κάθε πακέτο του IP δρομολογείται ξεχωριστά από τα άλλα.

24 Αξιοπιστία του πρωτοκόλλου IP (2/2) Τo IP το μόνο που κάνει είναι να φροντίζει οι κεφαλίδες των πακέτων που περιέχουν τις πληροφορίες που χρειάζεται για να κάνει την δρομολόγηση να είναι σωστές. Σε αντίθετη περίπτωση το πακέτο αυτομάτως αποσύρεται από το δίκτυο στον κόμβο που διαπιστώθηκε η εσφαλμένη κεφαλίδα. Ακόμα και σε αυτή την περίπτωση το IP δεν είναι αναγκασμένο να δώσει καμία αναφορά στον κόμβο εκπομπής (αν και μπορεί να το κάνει μέσω του Internet Control Message Protocol (ICMP) ). Στις καινούργιες εκδόσεις του IP (ΙPv6) το IP δεν κάνει ούτε αυτό τον έλεγχο με σκοπό την γρήγορη δρομολόγηση των πακέτων του στους ενδιάμεσους κόμβους. Η διόρθωση των σφαλμάτων αυτών θεωρείται πως είναι ευθύνη των ανώτερων επιπέδων του δικτύου (π.χ. του TCP). Ωστόσο αν το IP αποφασίσει πως σε μία ζεύξη πρέπει να μεταδίδονται πακέτα μικρότερα από αυτά που του στέλνει το ανώτερο στρώμα, τότε θα πρέπει να εγγυηθεί πως η σειρά των υπό-πακέτων είναι σωστή.

25 Διευθυνσιοδότηση στο IP (ΙP addressing) Η διεύθυνση του IP είναι ένας αριθμός που ανατίθεται στις συσκευές που συμμετέχουν σε ένα δίκτυο που χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο IP. Στην τρέχουσα έκδοση του IP (ΙPv4) οι αριθμοί αυτοί είναι της μορφής ΧΧΧ.ΥΥΥ.ΖΖΖ.ΩΩΩ (π.χ. 208.77.188.166) κάθε αριθμός μπορεί να είναι από 0 μέχρι 255. Με τον τρόπο αυτό έχουμε 4.294.967.296 πιθανές διευθύνσεις (μείον μερικές που χρησιμοποιούνται για ειδικούς σκοπούς) για όλους τους υπολογιστές του κόσμου! Δυστυχώς δεν είναι αρκετοί! Ευτυχώς υπάρχουν λύσεις. Η διαδικασία Network address translation (ΝΑΤ) είναι μία τέτοια διαδικασία αλλά περισσότερα για αυτά τα θέματα τα επόμενα χρόνια της φοιτητικής σας ζωής! Επίσης το θέμα είναι πως θα γνωρίζουμε ποια διεύθυνση αντιστοιχεί στον κόμβο που θέλουμε. Για παράδειγμα ποιο είναι η IP διεύθυνση του www.hua.gr ? Ευτυχώς υπάρχει μία υπηρεσία η οποία ονομάζεται DNS (Domain Name System) η οποία μεταφράζει την www.hua.gr σε διεύθυνση IP και δεν χρειάζεται να θυμάστε απέξω 4 νούμερα! www.hua.gr Προσοχή όμως… το DNS δεν είναι κομμάτι του IP! To IP δεν ενδιαφέρεται για το αν εσείς δεν μπορείτε να θυμάστε τα νούμερα απέξω και κατά την προσφιλή του τακτική υποστηρίζει «ας το φροντίσει κάποιος άλλος»

26 Δρομολογητές (Routers) Όπως στο επίπεδο ζεύξης είχαμε τους μεταγωγείς (switches) στο IP επίπεδο έχουμε τους δρομολογητές (routers) Πρόκειται για στοιχεία του δικτύου (μπορεί να είναι συνδυασμός από software και hardware) που αναλαμβάνει την δρομολόγηση των πακέτων του IP μέσα στο δίκτυο. Τα πακέτα IP που στέλνουμε γνωρίζουν μόνο την διεύθυνση του αποστολέα και του παραλήπτη. Η λειτουργία του router είναι να καθορίζει τον επόμενο κόμβο που πρέπει να σταλεί το πακέτο βάση της διεύθυνσης του παραλήπτη. Ενδεχομένως το πακέτο να περάσει από πολλούς δρομολογητές πριν φτάσει στον τελικό προορισμό. Οι δρομολογητές διατηρούν πίνακες που τους επιτρέπουν να δρομολογήσουνε σωστά τα πακέτα στο επόμενο κόμβο.

27 Διευθυνσιοδότηση στο IP: Υποδίκτυα Το IP δεν δρομολογεί πακέτα μόνο μεταξύ κόμβων αλλά και μεταξύ δικτύων από κόμβους. Οι διευθύνσεις IP μπορούν να προδιαγράφουν τις τοποθεσίες των κόμβων μέσα στα δίκτυα αυτά που ονομάζονται υποδίκτυα (sub networks). Έτσι οι διευθύνσεις του IP μπορεί να καθορίζουν το υποδίκτυο και για το σκοπό αυτό πρέπει να καθορίζουμε πιο κομμάτι της διεύθυνσης αφορά το υποδίκτυο. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούμε το subnet mask που είναι ένας αριθμός ο οποίος καθορίζει πιο μέρος της διεύθυνσης αφορά το υποδίκτυο. Όλοι οι κόμβοι σε ένα υποδίκτυο θα πρέπει να είναι προσβάσιμοι απευθείας, δηλαδή όλοι οι κόμβοι είναι συνδεδεμένοι στο ίδιο switch ή καλώδιο.

28 Η στοίβα του Internet Protocol (IP): Επίπεδο Ελέγχου Μεταφοράς (TCP) Ενώ τα χαμηλότερα στρώματα αναλαμβάνουν την μετάδοση και δρομολόγηση των μηνυμάτων μεταξύ των διαφόρων υπολογιστών του δικτύου, το TCP ασχολείται μονάχα με την από άκρο σε άκρο επικοινωνία (για παράδειγμα την επικοινωνία μεταξύ ενός web server και ενός web client). Το TCP διασφαλίζει την σωστή και με σειρά μετάδοση πληροφοριών μεταξύ δύο διεργασιών (προγραμμάτων) που εκτελούνται σε δύο υπολογιστές του δικτύου.

29 Λειτουργίες του TCP Το TCP είναι ο ενδιάμεσος κρίκος μεταξύ μιας εφαρμογής και του επιπέδου IP που θα δούμε στη συνέχεια. To ΙP ανταλλάσει πληροφορία σε μορφή πακέτων (δηλαδή ομάδων από bits). Έτσι όταν μια εφαρμογή θέλει να μεταδώσει μεγάλη ποσότητα δεδομένων, δεν απευθύνεται στο IP αλλά στο TCP το οποίο αναλαμβάνει τον τεμαχισμό της πληροφορίας σε πακέτα. Επίσης το TCP είναι υπεύθυνο για την σωστή μετάδοση των πακέτων τα οποία μπορεί να χαθούν ή να μην μεταδοθούν σωστά από την αφετηρία στο προορισμό τους. Στην περίπτωση αυτή το TCP μπορεί να ανιχνεύσει τα σφάλματα και να ζητήσει επαναμετάδοση των πακέτων αυτών και να τα τοποθετήσει στην σωστή τους σειρά. Με τον τρόπο αυτό η εφαρμογή (πρόγραμμα) δεν χρειάζεται να ασχολείται με τις λεπτομέρειες του επιπέδου IP. Σε εφαρμογές πραγματικού χρόνου (streaming video, voice over IP, κτλ) χρησιμοποιείται εναλλακτικά το UDP.

30 Η στοίβα του Internet Protocol (IP): Επίπεδο Εφαρμογής Επίπεδο Εφαρμογής (Application): Το επίπεδο αυτό περιέχει όλα τα πρωτόκολλα που διέπουν την επικοινωνία μεταξύ διάφορων διεργασιών (processes δηλαδή προγραμμάτων που τρέχουν στους διάφορους υπολογιστές του δικτύου). Παραδείγματα: BitTorrent(!), eDonkey(!), File Transfer Protocol (FTP), Domain Name System (Service) Protocol (DNS), Remote Desktop Protocol (RDP), Post Office Protocol (POP – για λήψη e-mails), Hypertext Transfer Protocol (ΗΤΤP).

31 Τοπικά Δίκτυα Ένα τοπικό δίκτυο είναι ένα δίκτυο υπολογιστών που συνδέει υπολογιστές οι οποίοι βρίσκονται κατανεμημένοι σε μία μικρή γεωγραφικά περιοχή (π.χ. μία οικία, ένα κτίριο γραφείων, κτλ). Συνήθως τα τοπικά δίκτυα χαρακτηρίζονται από υψηλούς ρυθμούς μεταφοράς δεδομένων μεταξύ των υπολογιστών. Το Ethernet πάνω από καλώδια UTP (unshielded twister pair) είναι μία τεχνολογία που χρησιμοποιείται ευρέως στα τοπικά δίκτυα (π.χ. στο Χαροκόπειο). Τα περισσότερα δίκτυα βασίζονται στο switched Ethernet ενώ στα παραπάνω επίπεδα χρησιμοποιείται το TCP/IP.

32 Ασύρματα Τοπικά Δίκτυα: WiFi To Wi-Fi είναι ένα σήμα κατατεθέν για προϊόντα που έχουνε πιστοποιηθεί σύμφωνα με το πρότυπο IEEE 802.11. Συνήθως χρησιμοποιείται σαν συνώνυμο των ασύρματων προϊόντων που βασίζονται στο IEEE 802.11… ωστόσο η πιστοποίηση κοστίζει και κάθε προιόν IEEE 802.11 μπορεί να μην είναι πιστοποιημένο με το Wi-Fi. Προκύπτει από τις αγγλικές λέξεις Wireless Fidelity (Ασύρματη Αξιοπιστία)… περίπου όπως και το Hi-Fi (High Fidelity) για τα συστήματα ήχου. Το μεγάλο πλεονέκτημα των Wi-Fi δικτύων (και εν γένει των ασύρματων τοπικών δικτύων) είναι η έλλειψη καλωδίων. Τα μοντέρνα laptop έχουνε Wi-Fi κάρτες ενσωματωμένες στο εσωτερικό τους. Υπολογίζεται πως περίπου πάνω από 10.000.000 σπίτια και επιχειρήσεις ανά τον κόσμο χρησιμοποιούν τεχνολογία Wi-Fi. Πολλοί πάροχοι DSL προσφέρουν ένα ασύρματο router που είναι παράλληλα και DSL modem και προσφέρει ασύρματη σύνδεση στο σπίτι.

33 Ασύρματα Τοπικά Δίκτυα: 802.11 Η οικογένεια 802.11 προτύπων είναι ένα σύνολο προδιαγραφών για την ασύρματη πρόσβαση. Πιο συχνά χρησιμοποιούνται το 802.11b και το 802.11g που αποτελούν προσθήκες στο αρχικό πρότυπο. Τα 802.11b και 802.11g χρησιμοποιούν την μπάντα 2.4 GHz και επομένως πρέπει να αντιμετωπίσουνε παρεμβολές από διάφορες συσκευές όπως ο φούρνος μικροκυμάτων και οι συσκευές Bluetooth. To 802.11 διαιρεί το φάσμα που του διατίθεται σε κανάλια. Για παράδειγμα το φάσμα στα 2.4GHz (2.4000–2.4835 GHz) χωρίζεται σε 13 κανάλια με εύρος 22ΜΗz τα οποία απέχουν μόνο 5MHz (πρόκειται δηλαδή για κανάλια που δεν είναι ξεχωριστά το ένα από το άλλο!). Καθορίζεται επίσης και μία επιτρεπόμενη εξάρτηση της ισχύος εκπομπής με την συχνότητα του κάθε καναλιού που επιβάλλει την εξασθένηση κατά 30dB (103) ±11ΜΗz μακριά από την κεντρική συχνότητα) Το 802.11 ορίζει τα δικά του πλαίσια για την μεταφορά των δεδομένων όπως και το Ethernet. Φυσικά έχει και το δικό του MAC (παραλλαγή του CSMA)

34 Σύγκριση των διαφόρων ασύρματων τεχνολογιών για LAN

35 Μητροπολιτικά Δίκτυα Τα μητροπολιτικά δίκτυα (Metropolitan Area Network – MAN) είναι μεγάλα δίκτυα τα οποία διασυνδέουν τοπικά δίκτυα. Συνήθως έχουν τη γεωγραφική έκταση μίας πόλης. Μπορούν να χρησιμοποιούν είτε ασύρματες τεχνολογίες διασύνδεσης είτε οπτικές ίνες για την σύνδεση των κόμβων τους.

36 Τηλεπικοινωνιακά Δίκτυα και Αποστάσεις Με τον όρο Wide Area Network (WAN) εννοούμε ένα δίκτυο που καλύπτει μεγάλες αποστάσεις (μπορεί να εκτείνεται και εκτός μίας χώρας!) Συνδέει τα τοπικά και τα μητροπολιτικά δίκτυα. Το μεγαλύτερο και ίσως το πιο γνωστό δίκτυο WAN είναι το internet Συνήθως τα WAN φτιάχνονται με μισθωμένες γραμμές (leased lines). Στα άκρα των γραμμών αυτών υπάρχουν δρομολογητές οι οποίοι συνδέουν ένα τοπικό δίκτυο με έναν κόμβο του δικτύου WAN. Πολλοί πάροχοι τηλεπικοινωνιών έχουν το δικό τους WAN.

37 Παράδειγμα: ΕΔΕΤ2 “αποτελεί οπτικό δίκτυο νέας γενιάς τεχνολογίας WDM υψηλών ταχυτήτων (1-2,5 Gbps). Όλοι οι κόμβοι βασίζονται σε δρομολογητές ταχυτήτων Gigabit και διασυνδέονται μεταξύ τους με ένα δίκτυο ταχυτήτων 2.5 Gbps πάνω από τεχνολογία DWDM με μισθωμένα μήκη κύματος ( λάμδα) από τον ΟΤΕ. Στη περιοχή της Κρήτης, οι δύο επιπλέον κόμβοι βασίζονται σε τεχνολογίες μεταγωγής (switching), ορίζοντας με αυτόν τον τρόπο το δίκτυο ευρείας περιοχής (ΜΑΝ) της Κρήτης παρέχει υπηρεσίες εθνικής και διεθνούς διασύνδεσης υψηλής ποιότητας και χωρητικότητας στην Ελληνική ερευνητική, ακαδημαϊκή και εκπαιδευτική κοινότητα ”

38 Δίκτυα GSM To GSM (Global System for Mobile communication) είναι το πιο διαδεδομένο πρότυπο για το δίκτυο κινητών τηλεφώνων. Εκτιμάται πως περίπου το 80% των κινητών συσκευών παγκοσμίως χρησιμοποιεί το πρότυπο αυτό και πως υπάρχουν πάνω από 3.000.000.000 χρήστες. Επειδή το GSM υποστηρίζεται σε πολλές χώρες, είναι δυνατή η περιαγωγή: Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το κινητό σας στην Ελλάδα, στην Αγγλία και σε πολλές άλλες χώρες. Στο GSM η εικόνα μεταδίδεται ψηφιακά και για τον λόγο αυτό θεωρείται δίκτυο κινητής τηλεφωνίας δεύτερης γενιάς. Εξαιτίας της ψηφιακής φύσης του δικτύου η μεταφορά δεδομένων είναι εύκολο να υποστηριχθεί από το σύστημα Χρησιμοποιούνται συχνότητες γύρω από τα 850ΜΗz (GSM-850), 900MHz (GSM-900), 1800ΜΗz (GSM-1800) και 1900MHz (GSM-1900 κυρίως στις ΗΠΑ και Καναδά).

39 Δίκτυα GSM ανά τον κόσμο

40 Τα διάφορα G 1G δίκτυα: Στα δίκτυα αυτά η μετάδοση της πληροφορίας (π.χ. φωνή) γινότανε αναλογικά. 2G δίκτυα: Οι συνομιλίες λαμβάνουνε χώρα μέσω ψηφιακής τεχνολογίας. Οδήγησαν σε πιο αποτελεσματική χρήση του φάσματος και επέγραψαν επιπλέον υπηρεσίες (π.χ. το πασίγνωστο SMS!). 2.5G δίκτυα: Υποστηρίζεται η μετάδοση πακέτων (π.χ. General Packet Radio Service – GPRS). 3G δίκτυα: Συμπεριλαμβάνει τηλεφωνία, video κλήσεις και μετάδοση δεδομένων ενώ παράλληλα υποστηρίζει υψηλότερους ρυθμούς πρόσβασης της τάξης των μερικών Mb/s. 4G δίκτυα: Ακόμα καλύτερη πρόσβαση βάση του IP και άλλα πολλά!

41 Κυψελωτά Δίκτυα Ένα δικτυωτό δίκτυο είναι ένα ασύρματο δίκτυο το οποίο απαρτίζεται από έναν αριθμό κυψελών. Ως κυψέλη εννοούμε μία περιοχή στην οποία όλα τα τερματικά (δηλαδή τα κινητά στην περίπτωση του GSM) εξυπηρετούνται από μία κεραία (σταθμός βάσης). Συνδυάζοντας τις διαφορετικές κυψέλες, επιτυγχάνουμε μεγαλύτερη κάλυψη σε μία ευρύτερη γεωγραφική περιοχή. Ωστόσο πρέπει να εξασφαλίζουμε πως όταν το τερματικό μετακινείται από κυψέλη σε κυψέλη, δεν συμβαίνει διακοπή της σύνδεσης. Με τον τρόπο αυτό τα τερματικά και οι σταθμοί βάσης δεν χρειάζονται να έχουνε υψηλή ισχύ εκπομπής και παράλληλα μπορούμε να επιτύχουμε καλύτερους ρυθμούς πρόσβασης. Στα κυψελωτά συστήματα μπορούμε να έχουμε επαναχρησιμοποίηση συχνοτήτων σε μη γειτονικές κεραίες. Με τον τρόπο αυτό αυξάνεται ο συνολικός ρυθμός μετάδοσης αφού τερματικά σε διαφορετικές κυψέλες μπορούν να μεταδίδουν και να λαμβάνουν σήματα στην ίδια συχνότητα Ίδιες Συχνότητες!

42 Δομή ενός δικτύου GSM BTS = Base Transceiver Station BSC = Base Station Controller MSC = Mobile Switching Center VLR= Visitor Location Register HLR = Home Location Register AUC=Authentication Center EIR = Equipment Identity Register

43 Τηλεπικοινωνιακές Υπηρεσίες Τα τελευταία χρόνια έχουμε γίνει μάρτυρες της ραγδαίας διείσδυσης των τηλεπικοινωνιών στην καθημερινή μας ζωή. Το internet μεγαλώνει με ραγδαίους ρυθμούς και ήδη ο αριθμός των χρηστών έχει ξεπεράσει τους 1,500,000,000 (!) Όσο οι υποδομές βελτιώνονται, νέες υπηρεσίες θα εμφανίζονται οι οποίες θα προσελκύουν ολοένα και περισσότερους χρήστες.

44 WWW O παγκόσμιος ιστός (world wide web – WWW) είναι ένα σύστημα από κείμενα hypertext τα οποία είναι προσβάσιμα μέσω του internet και διασυνδέονται μεταξύ τους με δεσμούς (links). Μία σελίδα του www μπορεί να περιέχει και πολυμεσικό υλικό: video, εικόνα, ήχο. To WWW εφευρέθηκε από του Tim Berners-Lee και Robert Cailliau ενώ εργαζόντουσαν στο ινστιτούτο CERN το 1990. Για να δείτε τις σελίδες του web χρειάζεστε έναν πλοηγό (browser), π.χ. Internet Explorer, Mozilla, κτλ. Το υλικό των σελίδων μπορεί να είναι στατικό ή δυναμικό (δηλαδή να ανταποκρίνεται στις ερωτήσεις του χρήστη).

45 Τηλεόραση από το Internet Η τηλεόραση από το internet (γνωστή και ως IP-TV) είναι μία υπηρεσία παροχής ψηφιακής τηλεόρασης μέσω των υποδομών του internet. Στην ουσία, χρησιμοποιείται το IP πρωτόκολλο για να διαμοιραστεί το τηλεοπτικό σήμα στους χρήστες σε αντίθεση με τις παλιότερες μεθόδους που βασιζόντουσαν στην ασύρματη μετάδοση ή σε ενσύρματη μετάδοση μέσω αποκλειστικού δικτύου (cable television, ειδικά στην Αμερική). Τα πλεονεκτήματα μίας IPTV πλατφόρμας είναι πως μπορεί να συνδυάζει και άλλες υπηρεσίες όπως γρήγορο web-browsing. Παράλληλα έχει την δυνατότητα να προσφέρει πολύ πιο εξελιγμένο περιεχόμενο αλλά και λειτουργικότητες. Στο παραδοσιακό τηλεοπτικό δίκτυο, όλο το περιεχόμενο μεταδιδόταν προς τον χρήστη ο οποίος επέλεγε το κανάλι που θα ήθελε να δει κάθε χρονική στιγμή. Γιατί όμως να μεταδίδουμε κανάλια που αυτός δεν βλέπει; Η υπηρεσία IP μεταδίδει μόνο το κανάλι που θέλει να δει ο χρήστης και επομένως γλιτώνουμε εύρος ζώνης… (τουλάχιστον θεωρητικά!) Επίσης υποστηρίζεται και το video-on-demand όπου ο χρήστης έχει πρόσβαση όχι απλά σε κανάλια συνεχούς ροής αλλά σε έναν κατάλογο από προγράμματα και φιλμ τα οποία είναι προσβάσιμα όταν αυτός το θελήσει.

46 Τηλεόραση από το Internet… και στην Ελλάδα!

47 Φωνή πάνω από τo IP Αφού το IP μπορεί να μεταφέρει οτιδήποτε, γιατί να μην μεταφέρει φωνή; Το Voice-over-IP (VoIP-φωνή πάνω από το IP) είναι τεχνικές μετάδοσης της φωνής πάνω από δίκτυα που χρησιμοποιούν το πρωτόκολλο IP. Αναφέρεται επίσης και ως IP telephony, Internet telephony, voice over broadband (VoBB), broadband telephony. Γιατί πλέον να πληρώνουμε υπεραστικά; Συνδεθείτε με το skype και μιλήστε με το φίλο σας στην Αμερική δωρεάν! Αρκεί μία σύνδεση internet και ένα PC!

48 Ηλεκτρονικό Εμπόριο (e-commerce) To ηλεκτρονικό εμπόριο (γνωστό και ως e-commerce) συνίσταται στην αγορά και πώληση προϊόντων ή υπηρεσιών πάνω χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικά συστήματα. Συνήθως χρησιμοποιείται το WWW αλλά μπορεί να συμπεριλαμβάνει και άλλα είδη υπηρεσιών όπως το e-mail. Στις μέρες μας, ο αριθμός των προϊόντων που αλλάζουν χέρια μέσω διαδικτύου είναι τεράστιος. Συνήθως είναι πιο φθηνό να αγοράσετε κάτι ηλεκτρονικά, παρά να πάτε σε ένα μαγαζί (πιστέψτε με ισχύει!) Θα αγοράζατε ένα άρωμα μέσω internet? Λογικά όχι γιατί θα θέλατε πρώτα να το μυρίσετε κάτι που δεν μπορεί να γίνει διαδικτυακά. Ή μήπως μπορεί? Επίσης πόσο ασφαλής αισθάνεστε όταν στέλνεται πληροφορίες στο internet σχετικά με την πιστωτική σας κάρτα?

49 Ηλεκτρονικό επιχειρείν Το ηλεκτρονικό επιχειρείν συνίσταται στη χρήση τεχνολογιών της πληροφορικής και των τηλεπικοινωνιών στην διαχείριση και την υποστήριξη των δραστηριοτήτων μίας επιχείρησης. Το ηλεκτρονικό επιχειρείν μπορεί να περιλαμβάνει: Επικοινωνία των διαφόρων κλάδων μίας επιχείρησης που βρίσκονται σε διαφορετικές πόλεις με τεχνολογίες video conferencing και VoIP. Ανταλλαγή e-mail και voice e-mail Διαχείριση εγγράφων μέσω κεντρικών συστημάτων. Ηλεκτρονικές αγορές.

50 Ηλεκτρονική Διακυβέρνηση (e-Government) Το δίκτυο «ΣΥΖΕΥΞΙΣ» είναι ένα δίκτυο WAN το οποίο έχει ως στόχο να διασυνδέσει έναν μεγάλο αριθμό από φορείς της δημόσιας διοίκησης (3000 φορείς) προσφέροντας διάφορες τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες (VoIP, τηλεσυνδιάσκεψη, κτλ). Στις 5/3/2008, Έλληνες μάρτυρες εξετάστηκαν μέσω τηλεσυνδιάσκεψης από ένα δικαστήριο της Φιλανδίας χωρίς να χρειαστεί να μεταβούν εκεί!

51 Web 2.0 To web 2.0 αναφέρεται στην δεύτερη γενιά σχεδιασμού των διαδικτυακών τόπων που υποστηρίζει τον διαμοιρασμό πληροφορίας και της συνεργασίας μέσω του WWW. Για παράδειγμα αναφέρουμε τα κοινωνικά sites (facebook.com, κτλ), τα blogs, τα wikis και τα site διαμοιρασμού video (youtube.com)

52 Και βέβαια… online gaming!

53 Επικοινωνίες δεν χρειάζεστε μόνο εσείς αλλά και ο υπολογιστής σας! Στην αρχιτεκτονική των υπολογιστών χρησιμοποιούμε τις αρτηρίες (buses) για την επικοινωνία των διαφόρων τμημάτων του υπολογιστή (π.χ. μνήμη, CPU, περιφερειακές συσκευές).

54 Παράλληλοι Υπολογιστές Οι παράλληλοι υπολογιστές αποτελούνται από πολλές CPU οι οποίες όμως πρέπει να είναι διασυνδεδεμένες. Ο IBM roadrunner χρησιμοποιεί το φοβερό και τρομερό Voltaire InfiniBand Grid Director το οποίο μπορεί να διασυνδέει 288 πόρτες με 20Gb/s και συνολική ταχύτητα επεξεργασίας τα 11Tb/s!!! ΙΒΜ Roadrunner… ο πιο γρήγορος υπολογιστής στον κόσμο!

55 Συστάδες - Clusters Οι συστάδες (clusters) είναι συστήματα τα οποία διασυνδέονται με γρήγορα τοπικά δίκτυα (π.χ. Ethernet). Μπορούν να προσφέρουν υψηλή υπολογιστική ισχύ με σχετικά μικρό κόστος Τα Beowulf cluster φτιάχνονται από υπολογιστές… σαν τους δικούς σας!