Επικοινωνίες Δεδομένων και Δίκτυα Υπολογιστών

Περιεχόμενα Ορισμός Δικτύου Η/Υ Από τι απαρτίζεται ένα δίκτυο Η/Υ Κατηγορίες κόμβων Παραδείγματα Εξυπηρετητών Σχηματισμοί Δικτύων Τοπικά Δίκτυα Δίκτυα Ευρείας Ζώνης Μητροπολιτικά Δίκτυα Πλεονεκτήματα και Μειονεκτήματα Τοπολογίες

Ορισμός Δικτύου Υπολογιστών Δίκτυο Η/Υ είναι ένα σύνολο από ανεξάρτητους και αυτόνομους υπολογιστές οι οποίοι είναι διασυνδεδεμένοι και μπορούν να επικοινωνούν μεταξύ τους. Η επικοινωνία αφορά την ανταλλαγή δεδομένων (προγράμματα και αρχεία) αλλά και την κατανομή του υπολογιστικού έργου. Τα δίκτυα μπορούν να αποτελούνται από οτιδήποτε, από τηλέφωνο μέχρι Η/Υ, τα οποία συνδέονται με την βοήθεια απλών καλωδίων, οπτικών ινών ή ασύρματων ζεύξεων. Τα δίκτυα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ποικίλους σκοπούς: Συνεργασία στον ερευνητικό τομέα (π.χ. σύνδεση ερευνητικών μονάδων από διάφορα πανεπιστήμια) αλλά και διασκέδαση (π.χ. δικτυακά παιχνίδια)

Συστατικά στοιχεία Δικτύου Η/Υ Συστατικά στοιχεία Δικτύου Η/Υ Ένα δίκτυο Η/Υ αποτελείται από: Κόμβους (Nodes): Κόμβος είναι οτιδήποτε είναι συνδεδεμένο στο δίκτυο (υπολογιστές, εκτυπωτές, fax, μεταγωγείς) 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.

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.

Παραδείγματα Εξυπηρετητών Εξυπηρετητές Αρχείων (File Servers). Χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση αρχείων έτσι ώστε: Να δίνεται δυνατότητα πρόσβασης σε αυτά από όλους τους υπολογιστές του δικτύου Να βρίσκονται 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. Δυνατότητα ανάνηψης από σφάλματα (fault tolerance) Συσκευές για τήρηση αντιγράφων ασφαλείας (backup)

Παραδείγματα Εξυπηρετητών Εξυπηρετητές Βάσεων Δεδομένων (Database Servers). Τυπικά είναι υπολογιστές υψηλών προδιαγραφών οι οποίοι σε πολλές περιπτώσεις συνοδεύονται από συστοιχίες δίσκων (disk arrays). Περιλαμβάνουν 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.

Παραδείγματα Εξυπηρετητών 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 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.

Σχηματισμοί Δικτύων Ανάλογα με την γεωγραφική έκταση στην οποία ευρίσκονται οι κόμβοι τους τα δίκτυα διακρίνονται σε: Δίκτυα Τοπικής Ζώνης (Local Area Networks –LAN). Είναι περισσότερο γνωστά ως τοπικά δίκτυα. Οι κόμβοι βρίσκονται σε μια μικρή (0-2km) γεωγραφική έκταση (π.χ. σε ένα κτίριο). Είναι η πιο διαδεδομένη μορφή δικτύων. Δίκτυα Μητροπολιτικής Ζώνης (Metropolitan Area Networks –MAN). Είναι περισσότερο γνωστά ως μητροπολιτικά δίκτυα . Οι κόμβοι βρίσκονται διεσπαρμένοι στα όρια μιας πόλης (2-50 km) και συνδέονται με ιδιωτικές τηλεπικοινωνιακές συνδέσεις υψηλών ταχυτήτων (π.χ. οπτικές ίνες, ασύρματες ζεύξεις)

Σχηματισμοί Δικτύων Δίκτυα Ευρείας Ζώνης (Wide Area Networks –WAN). Αποτελούνται από πολλά τοπικά δίκτυα και μεμονωμένους υπολογιστές οι οποίοι συνδέονται μεταξύ τους με την βοήθεια της υποδομής τηλεπικοινωνιακών φορέων (π.χ. CYTA). Μπορούν να εκτείνονται σε μια πόλη, χώρα ή και ήπειρο. Για την διασύνδεση των υπολογιστών απαιτούνται συσκευές μεταγωγής (δρομολογητές, μεταγωγείς).

Τοπικά Δίκτυα 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) Βασικά χαρακτηριστικά: Μικρή απόσταση μεταξύ υπολογιστών (0-2km) πράγμα που επιτρέπει μετάδοση δεδομένων σε υψηλές ταχύτητες (10 Μbps-100 Mbps). Δεν είναι απαραίτητη η χρήση μεταγωγέων (switches) ή δρομολογητών (routers) Οι υπολογιστές συνδέονται με απλά μέσα μετάδοσης (UTP, ομοαξονικό καλώδιο, ασύρματες ζεύξεις).

Τοπικά Δίκτυα Πλεονεκτήματα χρήσης τοπικών δικτύων: Βελτίωση επικοινωνίας μεταξύ των χρηστών και της παραγωγικότητας τους Κοινή χρήση υπολογιστικών πόρων και μείωση λειτουργικών εξόδων (κοινή χρήση εκτυπωτών, fax κ.λ.π) Μείωση κόστους επέκτασης του συστήματος Μείωση προβλημάτων που προκαλεί η αστοχία λογισμικού Βελτίωση της αξιοπιστίας του υπολογιστικού συστήματος Μειονεκτήματα χρήσης τοπικών δικτύων: Μεγάλο κόστος εγκατάστασης. Αυξημένο κόστος εκπαίδευσης προσωπικού Ανάγκη ύπαρξης προσωπικού υποστήριξης

Τοπολογίες τοπικών δικτύων Τοπολογία: Με τον όρο τοπολογία αναφερόμαστε στον τρόπο με τον οποίο διασυνδέονται μεταξύ τους οι κόμβοι (τερματικοί σταθμοί) σε ένα δίκτυο. Υπάρχουν τρεις βασικές τοπολογίες τοπικών δικτύων: Αρτηρίας (Bus) Δακτυλίου (Ring) Αστέρα (Star)

Τοπικά Δίκτυα Αρτηρίας Στην τoπoλoγία αρτηρίας (bus) oι κόμβoί τoυ δικτύoυ συνδέoνται πάνω σε ένα κoινό καλώδιo υψηλής ταχύτητας το οποίο τερματίζεται στα άκρα του με αντιστάσεις ώστε να αποφεύγεται ανάκλαση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων μέσω των οποίων μεταδίδονται τα δεδομένα. 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 (διεύθυνση).

Τοπικά Δίκτυα Δακτυλίου Στην τoπoλoγία δακτυλίoυ όλoι oι κόμβοι συνδέoνται σε ένα κλειστό καλωδιακό δρόμo (looρ) όπoυ τα data ταξιδεύoυν σειριακά σε όλo τo δακτύλιo από τoν ένα σταθμό στoν άλλo. Κάθε σταθμός τoυ δικτύoυ λειτoυργεί ως επαναλήπτης (repeater), επανεκπέμπoντας τα δεδoμένα πρoς τoν επόμενo. Τα data διατρέχoυν τoν δακτύλιo σε πακέτα, στo κάθε ένα από τα oπoία περιέχεται η διεύθυνση τoυ απoστoλέα και τoυ παραλήπτη. Διερχόμενo 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.

Τοπικά Δίκτυα Δακτυλίου (συν.) 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. Δύo 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.

Τοπικά Δίκτυα Αστέρα Στην τoπoλoγία αστέρα κάθε κομβος συνδέεται point to point με ένα κεντρικό κόμβο, 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. Ανάλογα με το τι είναι ο κεντρικός κόμβος διακρίνουμε τρεις περιπτώσεις στα δίκτυα αστέρα: Υλοποίηση με χρήση Hub Υλοποίηση με χρήση Switch (μεταγωγέα) Υλοποίηση με χρήση κεντρικού υπολογιστή

Τοπικά Δίκτυα Αστέρα Υλοποίηση με Hub: Το Hub αναμεταδίδει τα δεδομένα που δέχεται σε μια θύρα του στις υπόλοιπες Υλοποίηση με Switch: Το Switch διαβάζει από τα πακέτα τα οποία παραλαμβάνει την διεύθυνση του παραλήπτη και τα μεταδίδει στην αντίστοιχη θύρα Υλοποίηση με κεντρικό υπολογιστή: Η λειτουργία είναι όμοια με την περίπτωση του Switch. Η υλοποίηση αυτή απαντάται σε περιπτώσεις που ζητάμε την κατασκευή ιεραρχικών δικτύων στα οποία οι υψηλότερα ιστάμενοι στην ιεραρχία κόμβοι διαθέτουν πόρους στους χαμηλότερα ιστάμενους. Σπάνια χρησιμοποιείται στην πράξη λόγω κόστους

Τοπολογίες: Περίληψη

Τοπολογίες: Συγκεκριμένοι τύποι δικτύων

Ερωτήσεις ?