ΗΜΥ 007 – Τεχνολογία Πληροφορίας Διάλεξη 16 ΗΜΥ 007 – Τεχνολογία Πληροφορίας Διάλεξη 16 Δίκτυα Ηλεκτρονικών Υπολογιστών TΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ

Περίληψη Τοπικά δίκτυα Το Ethernet Μέσο μετάδοσης Πρωτόκολλο

Υλικό Αναφοράς Cyganski, D., Orr, A. O., and Vaz, R. F., Information Technology Inside and Outside, Prentice Hall, 2001 Κεφ. 19, σελίδες 258-266 How Ethernet Works http://computer.howstuffworks.com/ethernet.htm

Βασική λειτουργία δικτύου Επιτρέπει την επικοινωνία μεταξύ δύο ή περισσότερων τερματικών (endpoints) Η λειτουργία του δικτύου εξαρτάται από το είδος της πληροφορίας που επικοινωνεί αν η επικοινωνία πρέπει να είναι αμφίδρομη ή όχι αν η επικοινωνία πρέπει να είναι σε πραγματικό χρόνο πόσους χρήστες θα πρέπει να εξυπηρετεί το δίκτυο ταυτόχρονα αν οι χρήστες πρέπει να «ζευγαρώνονται» αν οι συνδέσεις θα είναι μόνιμες ή προσωρινές από την τυπική διάρκεια μια σύνδεσης

Δύο Τύποι Δικτύων Δίκτυα μεταγωγής κυκλώματος Δίκτυα μεταγωγής πακέτων Προσφέρει αφιερωμένη γραμμή / διαδρομή (path) μεταξύ των χρηστών για την διάρκεια της κλήσης Χρησιμοποιείται στα τηλεφωνικά δίκτυα Είναι σαν να χρησιμοποιείς ένα «ιδιωτικό δρόμο» Δίκτυα μεταγωγής πακέτων κάθε μήνυμα χωρίζετε σε μικρά πακέτα τα πακέτα μεταφέρονται ανεξάρτητα ακολουθώντας ακαθόριστες διαδρομές μέσω διαθέσιμων κόμβων του δικτύου Διαφορετικά πακέτα μπορούν να πάρουν διαφορετικές διαδρομές και χρόνο το μήνυμα συναρμολογείτε στον προορισμό του Είναι σαν να χρησιμοποιείς μία «κοινή λεωφόρο» Δίκτυο μεταγωγής κυκλώματος Δίκτυο μεταγωγής πακέτων

Δίκτυο ηλεκτρονικών υπολογιστών (Computer Network) Ένα σύνολο ανεξάρτητων διασυνδεδεμένων ηλεκτρονικών υπολογιστών και άλλων ηλεκτρονικών συσκευών (εκτυπωτές, plotters, modems, κ.λ.π.) που είναι ικανές να ανταλλάζουν πληροφορίες.

Κατηγορίες δικτύων Σύμφωνα με την γεωγραφική κατανομή: Τοπικό δίκτυο (Local Area Network – LAN) Μητροπολιτικό δίκτυο (Metropolitan Area Network – MAN) Δίκτυο ευρείας περιοχής (Wide Area Network – WAN)

Τοπικό Δίκτυο (LAN) Ένα μικρό δίκτυο, το οποίο συνενώνει ηλεκτρονικούς υπολογιστές που βρίσκονται σε κοντινή απόσταση. Συνήθως στο ίδιο γραφείο, στο ίδιο κτίριο ή σε κοντινά κτίρια.

Μητροπολιτικό δίκτυο (MAN) Ένα δίκτυο στο οποίο είναι διασυνδεδεμένος εξοπλισμός που κατανέμεται σε μια πόλη.

Δίκτυο ευρείας περιοχής (WAN) Είναι δίκτυο το οποίο συνενώνει ηλεκτρονικούς υπολογιστές που βρίσκονται σε μεγάλη απόσταση. Συνήθως είναι συνένωση τοπικών δικτύων που βρίσκονται σε διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές.

Τοπολογία αστέρα Οι υπολογιστές συνδέονται με ένα μεγάλο κεντρικό υπολογιστή αυξημένης ισχύος. ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ: είναι γρήγορο δίκτυο εάν ένας υπολογιστής παρουσιάσει πρόβλημα σύνδεσης, δεν επηρεάζει το δίκτυο και εντοπίζεται εύκολα ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ: εάν ο κεντρικός υπολογιστής χαλάσει δεν λειτουργεί κανένας υπολογιστής

Τοπολογία αρτηρία Οι υπολογιστές (σταθμοί) συνδέονται σε σειρά πάνω σε ένα κεντρικό καλώδιο το οποίο είναι και το μοναδικό μέσο μετάδοσης. Κάθε σταθμός έχει μια μοναδική ταυτότητα (διεύθυνση). ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ: εύκολος και φθηνός τρόπος σύνδεσης ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ: είναι σχετικά αργό εάν το καλώδιο χαλάσει σε ένα σημείο το δίκτυο δεν λειτουργεί σωστά

Τοπολογία δακτυλίου Η τοπολογία δακτυλίου είναι μια σύνδεση από σημείο σε σημείο η οποία δημιουργεί ένα κλειστό κύκλωμα. Η ροή της πληροφορίας είναι πάντα προς μια κατεύθυνση ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ: αν το μήνυμα χαθεί ποτέ δεν επιστρέφει στον αρχικό κόμβο άρα ποτέ ο κόμβος δεν θα μπορούσε να προχωρήσει στην επανεκπομπή του. όχι αξιόπιστο, αφού η κατάρρευση ενός σταθμού μπορεί να παραλύσει το δίκτυο

Άλλες τοπολογίες Υπάρχουν κι’ άλλες σύνθετες τοπολογίες π.χ. τοπολογία δέντρου, διασταυρωμένων δακτυλίων, πλήρης διασύνδεσης, ακανόνιστης, κ.α.

Δίκτυο Ethernet Ένα από τα πρώτα τοπικά δίκτυα LAN Ραγδαία εξάπλωση Με μεγάλη επιτυχία - τώρα χρησιμοποιείται και σε δίκτυα MAN Το πρώτο πειραματικό Εthernet λειτούργησε το 1973 (δημιουργήθηκε από τον Bob Metcalfe της Xerox PARC) Το όνομα του προέρχεται από τον όρο 'Ether‘ – αιθέρας η ουσία που αρχικά θεωρείτο ως το υλικό που γέμιζε το διάστημα μέσω του οποίου πίστευαν ότι μεταδιδόταν η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία Ραγδαία εξάπλωση Τυποποιήθηκε (1979-1983) και έγινε γνωστό ως πρότυπο ΙΕΕΕ 802.3 Πολλές αλλαγές από τότε. Άρχισε σαν Shared Ethernet και τώρα είναι Switched Ethernet το Εthernet είχε δεκαπλασιάσει τις πωλήσεις του, από 1 εκατομμύριο κομμάτια το 1988, σε 10 εκατομμύρια το 1992 Έφερε το τέλος στο δίκτυο token ring (της IBM) που ήταν εναλλακτική τεχνολογία μέχρι τότε Γρήγορη μετάδοση πληροφορίας Από 10 Mbps – 1 Gbps και πρόσφατα 10 Gbps (με οπτικές ίνες) Εύκολη καλωδιακή ένωση Επιτρέπει διαφόρων ειδών συσκευές να επικοινωνούν χωρίς να δημιουργεί νοητά κυκλώματα

Βασικά στοιχεία Ethernet για καλώδια συνεστραμένων ζευγών Μέσο μετάδοσης Αρχικά ομοαξονικά καλώδια, τώρα καλώδια συνεστραμένων ζευγών ή οπτικές ίνες Ethernet segment – τμήμα του Ethernet που μοιράζατε από Η/Υ hub χρησιμοποιείται για την σύνδεση τριών ή περισσότερων Η/Υ node – κόμβος: συσκευή που ενώνεται σε ένα τμήμα Bridge – γέφυρα που ενώνει 2 ή περισσότερα τμήματα (segments) Frame ή packet – πλαίσιο ή πακέτο. Οι κόμβοι επικοινωνούν με αυτά τα πακέτα. ομοαξονικό καλώδιο

Πακέτο του Ethernet Το Ethernet data packet ή datagram έχει διάφορα μέρη: Η προεισαγωγή (preamble) είναι για συγχρονισμό και καθορίζει το πρωτόκολλο Η διεύθυνση του παραλήπτη (destination address) είναι μοναδική και καθορίζει τον παραλήπτη οπουδήποτε στον κόσμο Η διεύθυνση του αποστολέα (source address) είναι μοναδική και καθορίζει τον αποστολέα Ο τύπος δεδομένων (type field) καθορίζει πώς να ερμηνευτούν τα δεδομένα Τα δεδομένα (data): π.χ. μέρος ψηφιακής εικόνας, μέρος ενός μηνύματος email Ο αριθμός ελέγχου (frame check sequence) υπολογίζεται από όλα τα ψηφία που ακολουθούν το preamble και αν είναι ίδιος με αυτόν που περιέχει το πακέτο τότε όλα τα ψηφία είναι σωστά

Διευθύνσεις Η/Υ στο Ethernet Οι διευθύνσεις του Ethernet λέγονται Organizationally Unique Identifiers (OUI) και καθορίζονται από το ΙΕΕΕ (Institute of Electrical and Electronics Engineers ) Κάθε OUI είναι μοναδική και βρίσκεται γραμμένη πάνω στην κάρτα διασύνδεσης (network interface card - NIC) του Ethernet Υπάρχουν 248 = 3 x 1014 πιθανές διευθύνσεις και παίζουν σημαντικό ρόλο στην μετάδοση των πακέτων OUI (Hex): 02608C8BDCA7 (12 δεκαεξαδικούς αριθμούς)

Διευθύνσεις Η/Υ στο Ethernet Ethernet Address Resolution Protocol (ARP) Πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται από κάθε Η/Υ για να μάθει την Ethernet διεύθυνση που αντιστοιχεί με την διεύθυνση στο διαδίκτυο με την οποία θέλει να επικοινωνήσει Κάθε Η/Υ στο Ethernet έχει λίστα με τα IP addresses των υπόλοιπων Η/Υ και τις αντίστοιχες διευθύνσεις του Ethernet Αυτή η αντιστοιχία γίνεται με το ARP

Μετάδοση Πακέτων στο Shared Ethernet Όλοι οι Η/Υ είναι ενωμένοι πάνω σε ένα καλώδιο Κάθε Η/Υ που θέλει να επικοινωνήσει ένα μήνυμα μεταδίδει ένα πακέτο datagram αλλάζοντας την ηλεκτρική τάση του καλωδίου Όλοι οι Η/Υ πάνω στο καλώδιο αντιλαμβάνονται την αλλαγή στην τάση με αποτέλεσμα η κάρτα Ethernet πάνω σε κάθε Η/Υ να εξετάσει την διεύθυνση του πακέτου. Η κάρτα που αναγνωρίζει την διεύθυνση της επιτρέπει την είσοδο του πακέτου στον Η/Υ ενώ οι άλλες αγνοούν το πακέτο Υπάρχουν και ειδικές διευθύνσεις που δηλώνουν ότι το πακέτο είναι για όλους τους Η/Υ του δικτύου Επειδή όλοι οι Η/Υ μοιράζονται το ίδιο καλώδιο, όσο πιο πολλοί είναι οι Η/Υ τόσο πιο αργή είναι η μετάδοση πακέτων στο δίκτυο => τα δίκτυα LANs έχουν μικρό μέγεθος (δηλ. μικρό αριθμό Η/Υ)

Πρωτόκολλο Μετάδοσης Carrier-sense multiple access with collision detection – CSMA/CD ελέγχει και διευθύνει με κανόνες και περιορισμούς την μετάδοση των πακέτων στο Ethernet Πολλαπλή πρόσβαση (Multiple access) Όταν ένας Η/Υ μεταδίδει όλοι οι άλλοι ακούνε Ανίχνευση μετάδοσης / μεταφοράς (Carrier sense) Πριν να μεταδώσει κάτι ένας Η/Υ «ακούει» αν υπάρχει άλλη μετάδοση πάνω στο καλώδιο και περιμένει να τελειώσει για να «πάρει τον λόγο» Ανίχνευση σύγκρουσης (Collision detection) Σύγκρουση στο Ethernet προκαλείται όταν δύο Η/Υ μεταδίδουν την ίδια ακριβώς στιγμή Η σύγκρουση γίνεται αντιληπτή όταν ο Η/Υ ακούσει το μήνυμα του παραμορφωμένο

Πρωτόκολλο Μετάδοσης CSMA/CD Όλοι οι Η/Υ ενωμένοι στο ίδιο Ethernet περιμένουν μέχρι να «ακούσουν» ότι το καλώδιο δεν χρησιμοποιείται για να αρχίσουν την μετάδοση τους Αν κάποιος Η/Υ αντιληφθεί ότι έγινε σύγκρουση τότε το ανακοινώνει σε όλους τους Η/Υ Αυτό λέγεται “jamming” Αν κάποιος Η/Υ που μεταδίδει «ακούσει» σύγκρουση ή ανακοίνωση “jamming” τότε σταματά την μετάδοση Κάθε Η/Υ που διάκοψε την μετάδοση λόγω σύγκρουσης περιμένει ένα τυχαίο χρονικό διάστημα μέχρι να ξαναρχίσει την μετάδοση – έτσι δίνεται σειρά σε όλους τους Η/Υ Το πρωτόκολλο είναι εύρωστο

Γέφυρα Ethernet Ενώνει 2 ή περισσότερα τμήματα (segments) Λαμβάνει και αναμεταδίδει μηνύματα μόνο στο τμήμα που χρειάζεται Μειώνει την συμφόρηση στο δίκτυο Το Α μπορεί να επικοινωνεί με το Β, ταυτόχρονα όταν το C επικοινωνεί με το D. Talk about routers and logical segmentation of networks.

Switched Ethernet Η χρήση του Ethernet switch άλλαξε το δίκτυο από shared medium σε switched Κάθε κόμβος είναι ενωμένος απευθείας με το switch και όχι με ένα κοινό καλώδιο Το switch λειτουργεί όπως η γέφυρα αλλά είναι ενωμένο με πιθανόν εκατοντάδες τμήματα (segments) και μέσα σε κάθε τμήμα υπάρχει μόνο ένας κόμβος Βλέπει τις διευθύνσεις στα πακέτα και τα στέλλει στον σωστό παραλήπτη Αυτό επιτρέπει πολλές ταυτόχρονες επικοινωνίες χωρίς συγκρούσεις

Στην συνέχεια… Το Διαδίκτυο