ΤΕΙ ΙΟΝΙΩΝ ΝΗΣΩΝ ΣΧΟΛΗ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΚΑΙ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣΤΜΗΜΑ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ - ΕΙΣ. ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ

ΤΟΥΡΙΣΤΙΚΩΝ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ ΦΙΛΟΞΕΝΙΑΣ

Εισαγωγή στην Πληροφορική

"Δίκτυα υπολογιστών"

B. Φερεντίνος

ver. 231114

Δίκτυα

● Το σύστημα που δημιουργείται όταν συνδέονται μεμονωμένα πράγματα

● Παραδείγματα δικτύων:● Πόλεις, με δρόμους και αυτοκινητόδρομους● Σταθμοί του μετρό, με σιδηροδρομικές γραμμές● Υπολογιστές, με καλώδια ή ασύρματα● Κινητά τηλέφωνα, ασύρματα● Άνθρωποι, μέσω γνωριμιών

Δίκτυα Η/Υ – Computer networks

● Μια ομάδα από δύο (τρία;) ή περισσότερα υπολογιστικά συστήματα που συνδέονται μεταξύ τους και μπορούν

● να επικοινωνούν● να ανταλλάσσουν δεδομένα / πληροφορίες● να μοιράζονται κοινές περιφερειακές συσκευές

● Σήμερα: εκατομμύρια υπολογιστές συνδεδεμένοι μέσω δικτύων – ανταλλαγή τεράστιου όγκου δεδομένων σε μεγάλη ποικιλία τύπων πληροφορίας (π.χ. βίντεο, μουσική, φωτογραφία, κείμενο)

Παράγοντες διάκρισης δικτύων

● Γεωγραφική κατανομή / κλίμακα● Τοπικό, ευρείας περιοχής κτλ.

● Φυσική τοπολογία● Αστέρα, δακτυλίου, αρτηρίας κτλ.

● Δικτυακό πρωτόκολλο● TCP/IP, FTP, POP κτλ.

● Τρόπος σύνδεσης● Σημείου προς σημείο, ανοικτής ακρόασης

● Τύπος εκμετάλλευσης● Ανοικτό (δημόσιας εκμετάλλευσης), κλειστό

(αποκλειστικής εκμετάλλευσης)

Δομικά στοιχεία δικτύου

● Κόμβοι επικοινωνίας● Φυσικό μέσο μεταφοράς ή σύνδεσμος● Διατάξεις / συσκευές διασύνδεσης● Λογισμικό δικτύου● Λογισμικό εφαρμογών δικτύου

Είδη δικτύων – Κλίμακα

● Wide Area Networks – WAN (Ευρείας περιοχής)

– Καλύπτουν μεγάλη περιοχή,π.χ. χώρα ή ήπειρο

● Metropolitan Area Networks – MAN (Μητροπολιτικά)

– Καλύπτουν μια πόλη

● Local Area Networks – LAN (Τοπικά)– Καλύπτουν μικρή περιοχή, π.χ. ένα κτίριο

Χαρακτηριστικά κάλυψης● Αριθμός χρηστών δικτύου

● Ρυθμός μετάδοσης δεδομένων

● Περιθώριο λάθους μετάδοσης

● Τρόπος δρομολόγησης πακέτων από κόμβο σε κόμβο

● Καθυστέρηση μετάδοσης δεδομένων

● Μέγεθος συντελεστή σύζευξης (coupling coefficient)

α = τ / Τ

τ: η καθυστέρηση διάδοσης του σήματος από

το ένα άκρο του δικτύου στο άλλοΤ: ο μέσος χρόνος μετάδοσης του

πακέτου

Χαρακτηριστικά τοπικών δικτύων

● Κάλυψη: 0 – 100 km

● Αριθμός σταθμών: περίπου 1000

● Ρυθμός μετάδοσης: 1 Mbps – 1 Gbps

● Ρυθμός λαθών: 1 bit στα 10 9 bits

● Καθυστέρηση: 1 – 100 ms

● Συντελεστής σύζευξης: 0 < α << 1

Χαρ/κά μητροπολιτικών δικτύων

● Κάλυψη: 100 – 200 km

● Αριθμός σταθμών: 5000 - 10000

● Ρυθμός μετάδοσης: 100 Mbps

● Ρυθμός λαθών: 1 bit στα 10 9 bits

● Καθυστέρηση: 1 – 100 ms

● Συντελεστής σύζευξης: περίπου 1 (0.1 < α << 10)

Χαρ/κά δικτύων ευρείας περιοχής

● Κάλυψη: > 200 km

● Αριθμός σταθμών: > 10000

● Ρυθμός μετάδοσης: > 1 Mbps

● Ρυθμός λαθών: 1 bit στα 10 6 bits

● Καθυστέρηση: 100 – 1000 ms

● Συντελεστής σύζευξης: α >> 1

Είδη δικτύων – Τοπολογία

● Ring (Δακτυλίου)

● Star (Αστέρα)

● Mesh (Πλέγματος)

● Bus (Αρτηρία)

● Tree (Δενδρική)

Τοπολογία Δακτυλίου (Ring)

● Κυκλική σύνδεση υπολογιστών

● Μεταφορά δεδομένων προς μία κατεύθυνση

● Τα δεδομένα περνάνε από όλους τους υπολογιστές

● Ο κάθε υπολογιστής εξετάζει τα δεδομένα για να λαμβάνει αυτά που προορίζονται για αυτόν

(+) - Δεν απαιτείται η ύπαρξη εξυπηρετητή (server)

(–) - Πρόβλημα σε κάποιον κόμβο προκαλεί ολική διακοπή του δικτύου

- Αλλαγές σε κάποιον κόμβο προκαλούν αλλαγές στην απόδοση όλου του δικτύου

Τοπολογία Αστέρα (Star)

● Σύνδεση υπολογιστών σε έναν κεντρικό (συνήθως πιο ισχυρό) υπολογιστή (εξυπηρετητή – server)

● Ο server ρυθμίζει την επικοινωνία των υπολογιστών μεταξύ τους

● Ο υπολογιστής που θέλει να επικοινωνήσει με κάποιον άλλο, πρέπει να στείλει “αίτηση” στον server

(+) - υψηλή ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων - ευκολία λειτουργίας - σχετική απομόνωση του κάθε υπολογιστή

(–) - ανάγκη ύπαρξης εξυπηρετητή, άρα πιθανό πρόβλημα σε αυτόν προκαλεί τη διακοπή λειτουργίας όλου του δικτύου

Τοπολογία Πλέγματος (Mesh)

● Συνδυασμός τοπολογιών αστέρα και δακτυλίου, χωρίς την ανάγκη ύπαρξης εξυπηρετητή

(+) - αποκοπή ενός τμήματος του μέσου διασύνδεσης δεν συνεπάγεται ολική διακοπή του δικτύου

- δυνατότητα ταυτόχρονης μετάδοσης δεδομένων από έναν υπολογιστή σε πολλούς

(–) - πολλοί σύνδεσμοι δεν χρησιμοποιούνται κατά τη μεγαλύτερη διάρκεια λειτουργίας του δικτύου

Τοπολογία Αρτηρίας (Bus)

● Σύνδεση υπολογιστών σε ένακεντρικό καλώδιο (ethernet)

● Κατάλληλη τοπολογία για μικρά δίκτυα

(+) - εύκολη εγκατάσταση και λειτουργία - πιθανή βλάβη ενός υπολογιστή δεν επηρεάζει τη

λειτουργία του δικτύου

(–) - περιορισμός στο μήκος της αρτηρίας (κεντρικού καλωδίου) → όριο στο πλήθος των κόμβων

- καλή απόδοση δικτύου μόνο με μικρό πλήθος κόμβων

- πιθανή βλάβη του καλωδίου προκαλεί κατάρρευση του δικτύου

Δενδρική τοπολογία (Tree)

● Βελτίωση της τοπολογίας αστέρα (star)

● Στην ουσία: πολλές διασυνδεδεμένες τοπολογίες αστέρα

● Ο κεντρικός κόμβος (Central hub) ελέγχει όλη την κίνηση του δικτύου

● Οι περισσότεροι υπολογιστές συνδέονται σε δευτερεύοντες κόμβους (hubs)

(+) - ο κεντρικός κόμβος αυξάνει το μέγιστο μήκος που μπορεί να έχει το δίκτυο

(–) - απαιτείται μεγαλύτερη καλωδίωση από τις άλλες τοπολογίες (εκτός από την τοπολογία πλέγματος)

- πιθανή βλάβη του central hub προκαλεί κατάρρευση του δικτύου

Συσκευές διασύνδεσης● Repeater (επαναλήπτης)

● Για επέκταση του διαύλου συνδέσεων ethernet

● Hub● Επιτρέπει τη σύνδεση πολλών Η/Υ σε έναν δίαυλο

● Bridge (γέφυρα)● Διαιρεί το δίκτυο σε τμήματα που λειτουργούν σαν

ξεχωριστοί δίαυλοι (αποφυγή συγκρούσεων → αύξηση ταχύτητας)

● Switch● Συνδυασμός hub και bridge – δυνατότητα σύνδεσης πολλών

Η/Υ με μεγάλες ταχύτητες σε δίκτυα αρτηρίας

● Router (δρομολογητής) (στο επόμενο slide)

● Gateway (πύλη) (στο επόμενο slide)

Συσκευές διασύνδεσης (συν.)● Router (δρομολογητής)

● Για σύνδεση δικτύων – Κατευθύνουν την κίνηση μεταξύ δικτύων

● Επικοινωνούν μεταξύ τους με συγκεκριμένα πρωτόκολλα● Συνήθως χρησιμοποιούνται σε WAN και σχετικά μεγάλα LAN

– NAT (Network Address Translation) routers● Στέλνουν πακέτα δεδομένων στο Internet εκ μέρους άλλων Η/Υ● Χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση πολλών Η/Υ στο Internet

μέσω μίας κοινής σύνδεσης● π.χ.: ADSL routers, proxy servers

● Gateway (πύλη)● Μεταφράζει τα διαφορετικά πρωτόκολλα επικοινωνίας ώστε να

μπορούν να συνδέονται μεταξύ τους δίκτυα διαφορετικού τύπου

(τα πρωτόκολλα είναι κανόνες επικοινωνίας – διαφορετικού τύπου δίκτυα χρησιμοποιούν διαφορετικά πρωτόκολλα επικοινωνίας)

Σχεδιασμός δικτύου

● Οριζόντια καλωδίωση

switch ή hub

Σχεδιασμός δικτύου

● Κάθετη καλωδίωση

Gigabit switch

Τεχνολογίες μεταγωγής δεδομένων

● Δίκτυα μεταγωγής κυκλώματος (circuit switching)

● Δίκτυα μεταγωγής μηνύματος (message switching)

● Δίκτυα μεταγωγής πακέτων (packet switching)

Δίκτυο άμεσης διασύνδεσης Δίκτυο μεταγωγής με έμμεση διασύνδεση

Μεταγωγή κυκλώματος*

● Ταυτόχρονη εξασφάλιση όλων των φυσικών κυκλωμάτων που απαιτούνται για την επικοινωνία δύο συστημάτων με ενδιάμεσους κόμβους

● Εξασφάλιση σταθερού ρυθμού μετάδοσης

● Μειονεκτεί στην πλήρη εκμετάλλευση των φυσικών κυκλωμάτων

● Παραδείγματα:● PSTN● ISDN● HSCSD (κινητά τηλ.)

* Κύκλωμα: η φυσική σύνδεση μεταξύ δύο κόμβων του δικτύου

Μεταγωγή μηνύματος

● Εξασφάλιση ενός μόνο φυσικού κυκλώματος που απαιτείται για τη μετάδοση ολόκληρου του μηνύματος από κόμβο σε κόμβο

● Μη εξασφάλιση σταθερού ρυθμού μετάδοσης

● Μειονεκτεί στην πλήρη εκμετάλλευση των φυσικών κυκλωμάτων

● Παραδείγματα:● Telex● UUCP

Μεταγωγή πακέτων

● Μετάδοση της πληροφορίας σε πακέτα σταθερού μήκους

● Δρομολόγηση πακέτων διαφορετικών πηγών

● Αποτελεσματική πολυπλεξία (multiplexing)

● Δεν εξασφαλίζει σταθερό ρυθμό μετάδοσης

● Παραδείγματα:● Internet● LANs● GPRS (κινητά τηλ.)

Πακέτα (Packages)

● Κατακερματισμός μεταδιδόμενων δεδομένων σε μικρά πακέτα

● Το κάθε πακέτο αποτελείται από:

● Επικεφαλίδα (header)● Δεδομένα (payload)● Επίλογο (trailer)

● Το header και το trailer περιέχουν πληροφορίες για τη σωστή μετάδοση του κάθε πακέτου

Πρωτόκολλα επικοινωνίας (protocols)

● Η περιγραφή της μορφής ψηφιακών μηνυμάτων και οι κανόνες ανταλλαγής τους μεταξύ των μελών ενός δικτύου

● Περιγράφουν τη σύνταξη, τη σημασιολογία (semantics) και το συγχρονισμό της επικοινωνίας

● Εφαρμόζονται σε hardware, σε software ή και στα δύο

● Συχνά πρωτόκολλα επικοινωνίας:● TCP (Transmission Control Protocol)● HTTP (Hypertext Transfer Protocol)● FTP (File Transfer Protocol)● POP3 (Post Office Protocol)● IMAP (Internet Message Access Protocol)

Σύνδεση δικτύων LAN ίδιου πρωτοκόλλου

Σύνδεση δικτύων LAN διαφορετικού πρωτοκόλλου

Δίκτυα Client-Server

Ο χρήστης του Η/Υ στέλνειαίτημα στον server σχετικά με την πληροφορία που θέλει

Ειδικό λογισμικό στον Η/Υ του χρήστη(client) μεταφέρει το αίτημα (request) στον server

Ο server επεξεργάζεται το αίτημακαι επιστρέφει στο χρήστη την πληροφορία που του ζητήθηκε

Δίκτυα Client-Server: + / –● Πλεονεκτήματα:

● Ευκολία διαχείρισης και συντήρησης του δικτύου● Μεγάλη ασφάλεια (τα δεδομένα βρίσκονται στον server)● Ευκολία στην ενημέρωση λογισμικού (updates)● Ποικιλία προηγμένου, ασφαλούς λογισμικού για τέτοιου

τύπου δίκτυα● Λειτουργία με διαφορετικούς τύπους clients,

διαφορετικών δυνατοτήτων

● Μειονεκτήματα:● Ο χρόνος απόκρισης του server μπορεί να αυξηθεί

σημαντικά στην περίπτωση πολλαπλών ταυτόχρονων αιτημάτων από πολλούς clients

● Συγκεντρωτική αρχιτεκτονική → ευάλωτη σε προβλήματα που μπορεί να παρουσιαστούν στον server

Δίκτυα Peer-to-Peer (P2P)

● Ο κάθε υπολογιστής (κόμβος – peer) μοιράζεται τους πόρους του δικτύου ισοδύναμα (ισότιμοι κόμβοι)

– Πόροι του δικτύου:● Επεξεργαστική ισχύς● Αποθηκευτικός χώρος● Εύρος ζώνης (bandwidth)

Δίκτυα P2P

● Βασική διαφορά από τα δίκτυα Client-Server:

Στα P2P: οι κόμβοι (peers) είναι τόσο δέκτες όσο και παροχείς πόρων

Στα client-server: οι κόμβοι είναι δέκτες πόρων και οι server παροχέας πόρων

● Βασικές αρχιτεκτονικές:● Δομημένα P2P (structured): οι κόμβοι είναι οργανωμένοι

με βάση συγκεκριμένους αλγόριθμους και κριτήρια● Μη-δομημένα P2P (unstructured): δεν υπάρχει αλγόριθμος

ή βελτιστοποίηση των δικτυακών συνδέσεων

● Σημαντικό στοιχείο: τμηματική μεταφορά δεδομένων (πακέτων) από/προς διάφορους κόμβους ταυτόχρονα

Τύποι μη-δομημένων P2P δικτύων

● Συγκεντρωτικά P2P δίκτυα (centralized) – 1ης γενιάς– Υπάρχει κεντρικός server για indexing

– Ο server ψάχνει τη ζητούμενη από το peer πληροφορία και όταν τη βρει, συνδέει άμεσα τους δύο peers για να γίνει η μεταφορά

– Παραδείγματα: Napster, WinMX

● Αποκεντρωτικά P2P δίκτυα (decentralized) – 2ης γενιάς– Κάθε peer λειτουργεί ταυτόχρονα και σαν client και σαν server

– Ο κάθε peer κάνει γνωστή την παρουσία του σε ένα μικρό δίκτυο, το οποίο συνδέεται σε ένα μεγαλύτερο δίκτυο, κ.ο.κ.

– Παραδείγματα: Kazaa, Gnutella

● P2P δίκτυα τρίτης γενιάς– Εξέλιξη των αποκεντρωτικών δικτύων

– Νέα χαρακτηριστικά: ανωνυμία, συνεχής διαμερισμός και κωδικο-ποίηση αρχείων (αδύνατος ο έλεγχός τους από μεμονωμένο χρήστη)

Βασικές εφαρμογές δικτύων P2P● Παροχή δεδομένων (π.χ. αρχείων μουσικής, video κτλ)

● File-sharing (Gnutella, bittorents)● Παροχή λογισμικού (Linux, παιχνίδια)● Streaming media (P2PTV)

● Δικτυακές εφαρμογές● DNS (Domain Name System)● Cloud computing

● Επιστημονικές εφαρμογές● BOINC (Berkeley Open Infrastructure for Network Computing)● Προγράμματα βιοπληροφορικής

● Τηλεπικοινωνίες● VoIP● Skype● Instant messaging / online chat

Δίκτυα P2P: + / –

Πλεονεκτήματα:● Με την αύξηση των κόμβων αυξάνεται και η συνολική “χωρητικότητα”

(capacity) του δικτύου (π.χ., ισχύς, αποθηκευτικός χώρος, ταχύτητα) [σε αντίθεση με τα δίκτυα client-server]

● Κατανεμημένη (distributed) φύση → αυξημένη ευρωστία (robustness)

● Δεν έχουν “συγκεκριμένο σημείο αστοχίας” (single point of failure)

● Πλέον παρέχουν αυξημένη ασφάλεια (π.χ. chunk verification)

Μειονεκτήματα:● Μπορεί να καταναλώνουν πολλούς πόρους ενός δικτύου (π.χ. κατά το file-

sharing – πρόβλημα κυρίως για τους ISPs)

Φυσικά μέσα μετάδοσης

● Ενσύρματα μέσα (καλωδιακά)– Ομοαξωνικά

– Συνεστραμμένων ζευγών (TP)● Θωρακισμένα (STP)● Αθωράκιστα (UTP)

– Οπτική ίνα

● Ασύρματα μέσα– Κατευθυντική κεραία (directional)

– Πολυκατευθυντική κεραία (omni-directional)

Ομοαξωνικό καλώδιο

● Τύποι: Βασικής ζώνης (5mm – 50 Ohm)

Ευρείας ζώνης (10mm – 75 Ohm)

Συνεστραμμένα ζεύγη

● Τύποι: Αθωράκιστα (UTP), Θωρακισμένα (STP)

Οπτικές ίνες

● Τύποι: πολύτροπες (α), (β) – μονότροπες (γ)

Ενσύρματα μέσα μετάδοσης

Ομοαξονικό Συνεστραμμένα ζεύγη

Οπτικές ίνες

Ρυθμός μετάδοσης

10 Mbps1-2 Gbps με διαμόρφωση

Cat 1: φωνήCat 2-5: 100 MbpsCat 6-7: 1 Gbps

100 Mbps – δεκάδες Gbps(συνήθως 10-40 Gbps)

Απόσταση 100-δες μέτρα 10-δες μέτρα χιλιόμετρα

Αναμεταδότες 3 – 4 km 3 – 4 km 40 – 60 km

Ευκολία εγκατάστασης

Μέτρια Εύκολη Δύσκολη

Ασύρματα δίκτυα (wireless networks)

● Ραδιοκύματα (3 KHz – 300 GHz)

● Ραδιοκύματα ευρείας εκπομπής (30 MHz – 1 GHz)

● Μικροκύματα (2 GHz – 40 GHz)

Τύποι ασύρματων δικτύων:

– Ασύρματα δίκτυα ευρείας περιοχής (WWAN)

– Ασύρματα μητροπολιτικά δίκτυα (WMAN)

– Ασύρματα τοπικά δίκτυα (WLAN)

– Ασύρματα προσωπικά δίκτυα (WPAN)

– Δίκτυα κινητής τηλεφωνίας

– Δορυφορικές επικοινωνίες

– Ασύρματα δίκτυα αισθητήρων (WSNs)

Ασύρματα τοπικά δίκτυα (WLAN)

● ALOHAnet (Univ. of Hawaii) – 1971: το πρώτο ασύρματο δίκτυο υπολογιστών

● Τύποι ασύρματων δικτύων:● Peer-to-peer: ad-hoc (αδόμητο) δίκτυο για άμεση

επικοινωνία μεταξύ κόμβων, χωρίς κεντρικό server● Bridge: σύνδεση ενσύρματων δικτύων Ethernet μέσω

ασύρματου δικτύου● Δίκτυο ασύρματης διανομής: είτε για ασύρματη

σύνδεση μεμονωμένων κόμβων με ένα ενσύρματο δίκτυο (ή και με το Internet), είτε για σύνδεση (και άρα επέκταση) πολλών ασύρματων δικτύων

WiFi: Βασική χρήση των WLAN

● Πολλοί Η/Υ (ή άλλες συσκευές) συνδέονται ασύρματα σε ένα router που παρέχει σύνδεση στο Internet

● Ο συγκεκριμένος router: WiFi hotspot

● Επικοινωνία συνήθως στη συχνότητα 2.4 GHz

● Χρήση του πρωτοκόλλου IEEE 802.11:

Standard Δημιουργία Συχνότητα Ταχύτητα Εσ. εμβέλεια Εξ. εμβέλεια

802.11 Ιούνιος 1997 2.4 GHz 2 Mbps 20 m 100 m

802.11a Σεπτ. 1999 5 GHz 54 Mbps 35 m 120 m

802.11b Σεπτ. 1999 2.4 GHz 11 Mbps 38 m 140 m

802.11g Ιούνιος 2003 2.4 GHz 54 Mbps 38 m 140 m

802.11n Οκτ. 2009 2.4 / 5 GHz 150 Mbps 70 m 250 m