Δίκτυα. ΜΥΥ-106 Εισαγωγή στους Η/Υ και στην Πληροφορική

Transcript

1 Δίκτυα ΜΥΥ-106 Εισαγωγή στους Η/Υ και στην Πληροφορική

2 Εισαγωγή Η επικοινωνία, ως ανταλλαγή πληροφοριών, υπήρξε ένας από τους θεμέλιους λίθους της ανάπτυξης του ανθρώπινου πολιτισμού Η μετάδοση πληροφορίας είναι ένα από τα θέματα που εξετάζει η Πληροφορική Παλιότερα υπήρχε ένας κεντρικός υπολογιστής και οι χρήστες έφερναν τα δεδομένα τους για επεξεργασία οι υπολογιστές ήταν μεγάλοι σε μέγεθος και ακριβοί Τώρα οι υπολογιστές είναι εγκατεστημένοι κοντά στους χρήστες και συνδέονται μεταξύ τους με ένα δίκτυο 2

3 Δίκτυα ΗΥ, κατανεμημένα συστήματα Στο μοντέλο του υπολογιστή που είδαμε στο 1 ο μάθημα, το δίκτυο είναι ένα περιφερειακό εισόδου-εξόδου Οι υπολογιστές του δικτύου είναι αυτόνομοι με το δικό τους, ανεξάρτητο, λειτουργικό σύστημα Αντίθετα ένα κατανεμημένο σύστημα κρύβει από τους χρήστες του το γεγονός ότι υπάρχουν πολλοί υπολογιστές Το λειτουργικό σύστημα αναλαμβάνει την επικοινωνία κρυφά από το χρήστη 3

4 Πλεονεκτήματα Εκμετάλλευση κοινόχρηστων πόρων του συστήματος: σημαντική μείωση του κόστους με την χρήση κοινού λογισμικού και υλικού Επικοινωνία συνδεδεμένων χρηστών ανταλλαγή μηνυμάτων, αρχείων,... Κεντρική διαχείριση πολλών υπολογιστών εγκατάσταση/συντήρηση εφαρμογών, αντίγραφα ασφάλειας,.. Δυνατότητα χρήσης πολλών υπολογιστών ταυτόχρονα (παράλληλη εκτέλεση προγραμμάτων) 4

5 Πλεονεκτήματα (Διαδικτύου) Εναλλακτικό μέσο επικοινωνίας ανθρώπων αντί ταχυδρομείου, τηλεφώνου, κτλ. Εναλλακτικό μέσο (μαζικής) μετάδοσης πληροφορίας, ψυχαγωγίας αντί τηλεόρασης, ραδιοφώνου,... Εναλλακτικό μέσο για αγορές προϊόντων, υπηρεσιών,... 5

6 Μοντέλο πελάτη-εξυπηρετητή Τα περισσότερα δικτυακά προγράμματα δημιουργούνται σύμφωνα με το μοντέλο πελάτη-εξυπηρετητή. Το δικτυακό πρόγραμμα αποτελείται από ξεχωριστές ενότητες που εκτελούνται σε διαφορετικούς υπολογιστές του δικτύου και επικοινωνούν μεταξύ τους. Ο πελάτης (client), ζητάει από τον εξυπηρετητή (server), την βοήθεια του προκειμένου να τον υποστηρίξει στην εκτέλεση μιας συγκεκριμένης εργασίας. Ο εξυπηρετητής ενεργοποιείται, ικανοποιεί το αίτημα του πελάτη και πιθανόν του προωθεί και τα ανάλογα στοιχεία. Η ενότητα πελάτης ενδεχομένως να λειτουργεί ως εξυπηρετητής για κάποια άλλη ενότητα. 6

7 Υπηρεσία Παγκόσμιου Ιστού Βασίζεται στο μοντέλο πελάτη-εξυπηρετητή Ο πελάτης είναι ο φυλλομετρητής (browser) που τρέχει στον υπολογιστή του χρήστη Ο εξυπηρετητής (web server) είναι ένα πρόγραμμα που τρέχει στον υπολογιστή του οποίου η διεύθυνση δίνεται από το χρήστη (π.χ. Οι σελίδες που μεταφέρονται στον πελάτη από τον εξυπηρετητή είναι γραμμένες σε υπερκείμενο (hypertext) γλώσσα HTML Το σύνολο των ιστοσελίδων αποτελούν το δικτυακό τόπο (site). 7

8 Υπερκείμενο Για την περιγραφή μιας σελίδας χρησιμοποιούμε μια ειδική γλώσσα, την Hyper Text Markup Language (HTML) Η γλώσσα αυτή μας επιτρέπει να διαμορφώσουμε ένα κείμενο το οποίο θα παρέχει συνδέσμους (links) με άλλα έγγραφα και διάφορα αρχεία Εκτός από μορφοποιημένο κείμενο μπορεί να περιέχει εικόνες, ήχους, βίντεο Επίσης μπορεί να περιέχει μικρά προγράμματα Javascript, Flash, 8

9 Ηλεκτρονικό ταχυδρομείο Αποτελεί μια από τις δημοφιλέστερες υπηρεσίες του διαδικτύου Οι χρήστες μπορούν να ανταλλάσουν μεταξύ τους ηλεκτρονικά μηνύματα και κάθε λογής πληροφορίες σε συνημένα αρχεία (attachment) Η ηλεκτρονική διεύθυνση έχει τη μορφή: Απαιτείται λογαριασμός σε ένα υπολογιστικό σύστημα Τα μηνύματα αποθηκεύονται σε ένα ειδικό εξυπηρετητή (mail server) Η προσπέλαση γίνεται με ένα πρόγραμμα (mail user agent) ή με το φυλλομετρητή (webmail) 9

10 Δικτυακό σύστημα αρχείων Σε ένα τοπικό δίκτυο ένας υπολογιστής μπορεί να έχει πρόσβαση σε αρχεία που βρίσκονται σε έναν άλλο υπολογιστή με τρόπο που φαίνεται σαν να βρίσκονται στον ίδιο υπολογιστή Πρακτικά αυτό σημαίνει ότι ένας χρήστης βλέπει πάντα τα αρχεία του σε όποιον υπολογιστή και να βρίσκεται δεν χρειάζεται να τα μεταφέρει στον τοπικό σκληρό δίσκο Τα τελευταία χρόνια κάτι παρόμοιο συμβαίνει και σε παγκόσμια κλίμακα αποθήκευση νέφους (cloud storage) 10

11 Επικοινωνία δεδομένων Κωδικοποιητής θόρυβος εξασθένιση Αποκωδικοποιητής μέσο μετάδοσης Μέσο μετάδοσης: καλώδιο, οπτική ίνα, αέρας,... Θόρυβος αλλοιώνει το σήμα Το σήμα εξασθενεί με την απόσταση Κωδικοποίηση «μεταφράζει» το μήνυμα για μετάδοση 11

12 Τρόποι μετάδοσης Παράλληλη μετάδοση πολλά bits μεταδίδονται ταυτόχρονα μόνο για μικρές αποστάσεις ή αργή μετάδοση χρειάζεται συγχρονισμός των παράλληλων γραμμών Σειριακή μετάδοση ένα bit μεταδίδεται κάθε φορά 12

13 Συνδέσεις Ο αποστολέας, σε κάθε στιγμή, μπορεί να είναι μόνο ένας όταν «μιλούν» πολλοί τα μηνύματα δεν βγάζουν νόημα Η σύνδεση όμως μπορεί να επιτρέπει πολλούς προορισμούς Διασημειακή (point-to-point) ένας προορισμός Το σήμα μπορεί να το λάβει μόνο ένας π.χ. σύνδεση υπολογιστή με πάροχο υπηρεσιών διαδικτύου (ISP) Πολυσημειακή (multi-point) πολλοί προορισμοί π.χ. ασύρματο δίκτυο WiFi το μήνυμα μπορεί βέβαια να έχει έναν μόνο παραλήπτη 13

14 Κατεύθυνση μετάδοσης Μονόδρομη κατεύθυνση (simplex): Τα δεδομένα μεταφέρονται προς μια κατεύθυνση μόνο Π.χ τηλεόραση, ραδιόφωνο. Εναλλασσόμενη κατεύθυνση (half-duplex) : Μια συσκευή μπορεί είτε να στέλνει είτε να λαμβάνει δεδομένα, όχι όμως την ίδια χρονική στιγμή Π.χ walkie-talkie Αμφίδρομη κατεύθυνση (full-duplex): Μια συσκευή μπορεί να στέλνει ή να λαμβάνει δεδομένα συγχρόνως Π.χ τηλεφωνική συσκευή. 14

15 Κανάλια επικοινωνίας Η σύνδεση των υπολογιστών γίνεται μέσω καναλιών επικοινωνίας (channel) το φυσικό μέσο με το οποίο μεταδίδονται τα δεδομένα μεταξύ των συσκευών Ενσύρματες συνδέσεις - Το κανάλι μετάδοσης είναι ένα καλώδιο Συνεστραμένα ζεύγη καλωδίων (Twister Pair) Ομοαξονικά καλώδια (coaxial cable) Οπτικές Ίνες (Optical Fiber) Ασύρματες συνδέσεις - Η μετάδοση των σημάτων γίνεται με ηλεκτρομαγνητικά κύματα 15

16 Εύρος ζώνης (bandwidth) Ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων, ρύθμος bit (bit rate) εκφράζεται σε bit ανά δευτερόλεπτο (bps) Το κανάλι έχει μια μέγιστη χωρητικότητα (capacity) μετάδοσης Η χωρητικότητα καθορίζεται από το εύρος ζώνης του καναλιού (bandwidth) και το πόσο δυνατό είναι το σήμα σε σχέση με το θόρυβο Το κανάλι μεταδίδει κάποιες συχνότητες καλά και άλλες τις παραμορφώνει εύρος ζώνης: η διαφορά ανάμεσα στη μέγιστη και την ελάχιστη συχνότητα που μεταδίδονται χωρίς παραμόρφωση 16

17 Τρόποι μετάδοσης Αναλογική μετάδοση Τα δεδομένα μεταδίδονται ως μια συνεχής κυματοσειρά Η σημαντικότερη παράμετρος ενός αναλογικού σήματος είναι η συχνότητα του που μετράται σε κύκλους ανά δευτερόλεπτο ή Hz. Με αναλογικά σήματα πραγματοποιείται η μετάδοση (παραδοσιακών) ραδιοφωνικών και τηλεοπτικών σημάτων Ψηφιακή μετάδοση Αποτελεί την φυσική αναλογία των δεδομένων που βρίσκονται σε δυαδική μορφή. Τα ψηφιακά σήματα χαρακτηρίζονται από μια διακριτή μεταβολή μιας παραμέτρου τους στη μονάδα του χρόνου. Η κυριότερη παράμετρος του ψηφιακού σήματος είναι ο αριθμός των διαφορετικών διακριτών τιμών που μπορεί να πάρει το σήμα στη μονάδα του χρόνου 17

18 Διαμόρφωση σήματος Ένα κανάλι μπορεί να μεταφέρει ένα συγκεκριμένο εύρος συχνοτήτων, γύρω από κάποια κεντρική συχνότητα Διαμόρφωση ονομάζεται η διαδικασία μεταβολής ενός περιοδικού σήματος, συνήθως υψίσυχνου, με στόχο την κωδικοποίηση σε αυτό ενός σήματος χαμηλής συχνότητας το οποίο μεταφέρει κωδικοποιημένη πληροφορία Η συσκευή λέγεται (απο)διαμορφωτής (de-modulator) Όταν μία συσκευή χρησιμοποιείται και για τα δύο ονομάζεται modem 18

19 Ψηφιακά σήματα & bits Με τη διαμόρφωση το ψηφιακό σήμα συνθέτεται από ένα «αλφάβητο» συμβόλων Τα bits του μηνύματος κωδικοποιούνται στο ψηφιακό σήμα άλλοτε πολλά bits σε ένα σύμβολο άλλοτε ένα bit σε πολλά σύμβολα ανάλογα με τη διαμόρφωση, θόρυβο, ζητούμενη αξιοπιστία μετάδοσης Ο ρυθμός μετάδοσης των συμβόλων λέγεται ρυθμός σηματοδοσίας (signaling rate) και μετριέται σε baud Ο ρυθμός αυτός δεν είναι πάντα ίσος με το ρυθμό bit 19

20 Ταχύτητα μετάδοσης Ρυθμός μετάδοσης (throughput) Ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων Μετριέται σε bits ανα δευτερόλεπτο (bits per second, bps) Αυξάνεται γρήγορα με τη τεχνολογική πρόοδο Καθυστέρηση διάδοσης (latency) Ο χρόνος που χρειάζεται ένα σήμα για να περάσει από τη μια άκρη ενός καναλιού στην άλλη Μειώνεται αργά με τη τεχνολογική πρόοδο 20

21 Πολύπλεξη (multiplexing) Μια γραμμή σύνδεσης κοστίζει αρκετά συχνά η τοποθέτηση (π.χ. σκάψιμο δρόμων) κοστίζει περισσότερο από τα υλικά Αντί για χωριστές συνδέσεις, μεριζόμενες συνδέσεις Πολύπλεξη (multiplexing) συνδιασμός πολλών καναλιών επικοινωνίας σε ένα φυσικό μέσο καλύτερη εκμετάλευση του μέσου Είδη πολύπλεξης διαίρεσης χρόνου (time division) διαίρεσης συχνότητας (frequency division) 21

22 Είδη πολύπλεξης 22