Δίκτυο υπολογιστών

Μοντέλα δικτύου

Η τεχνολογία δικτυακής επικοινωνίας ως ένα μεγάλο μοντέλο θα ήταν δύσκολο να εφαρμοστεί. Ως αποτέλεσμα, χωρίζουμε τα διάφορα στοιχεία του δικτύου σε μικρότερες ενότητες ή επίπεδα. Το τυποποιημένο μοντέλο ενός δικτύου είναι το μοντέλο Open Systems Interconnection (OSI) που έχει οριστεί από τον Διεθνή Οργανισμό Προτύπων (ISO). Υπάρχουν και άλλα μοντέλα δικτύων, αν και όλα χωρίζονται σε παρόμοια επίπεδα. Κάθε στρώμα χρησιμοποιεί τις υπηρεσίες που παρέχει το στρώμα που βρίσκεται από κάτω, ενώ παράλληλα παρέχει υπηρεσίες για το στρώμα που βρίσκεται από πάνω του. Κάθε στρώμα μπορεί να επικοινωνεί μόνο με το ίδιο στρώμα στη συσκευή προορισμού.

Παράδειγμα επικοινωνίας στο μοντέλο δικτύου

Μοντέλο OSI

Το OSI (Open Systems Interconnection) είναι ένα μοντέλο δικτύου 7 επιπέδων που έχει καθοριστεί από το πρότυπο ISO (Διεθνής Οργανισμός Τυποποίησης) και χρησιμοποιείται ευρέως σε όλο τον κόσμο. Η έννοια του μοντέλου επτά επιπέδων δόθηκε από το έργο του Charles Bachman, Honeywell information Services. Διάφορες πτυχές του σχεδιασμού του OSI εξελίχθηκαν από τις εμπειρίες με τα δίκτυα ARPANET, NPLNET, EIN και CYCLADES και τις εργασίες της IFIP WG6.1.

Μονάδα δεδομένων	Στρώμα	Λειτουργία
Δεδομένα	Εφαρμογή	Διαδικασία δικτύου σε εφαρμογή
	Παρουσίαση	Κρυπτογράφηση, αποκρυπτογράφηση και μετατροπή δεδομένων
	Σύνοδος	Διαχείριση συνεδριών μεταξύ εφαρμογών
Τμήματα	Μεταφορά	Σύνδεση και αξιοπιστία από άκρο σε άκρο
Πακέτα (datagrams)	Δίκτυο	Προσδιορισμός διαδρομής και λογική διευθυνσιοδότηση
Πλαίσιο	Σύνδεση δεδομένων	Φυσική διευθυνσιοδότηση
Bit	Φυσική	Μετάδοση σήματος και δυαδικών δεδομένων

Στρώμα 1

Το φυσικό επίπεδο ορίζει τις ηλεκτρικές και φυσικές προδιαγραφές για τις συσκευές. Καθορίζει επίσης τη διαμορφωμένη και βασική ζώνη μετάδοσης.

Βασική ζώνη

Η βασική ζώνη είναι ψηφιακά δεδομένα στην ακατέργαστη μορφή τους (1001 1101 1010 0011). Αυτό επιτρέπει πολύ γρήγορη και αξιόπιστη μετάδοση σε μικρές αποστάσεις- ωστόσο, τα μέσα τείνουν να κάνουν τα bits να παρεμβάλλονται μεταξύ τους, η εμβέλεια της μετάδοσης βασικής ζώνης είναι πολύ περιορισμένη. Αυτό χειροτερεύει με την αύξηση της ταχύτητας. Η τεχνολογία βασικής ζώνης χρησιμοποιείται συχνά στα τοπικά δίκτυα.

• Καλώδιο UTP - μέγιστο 100 m σε ταχύτητα 100 Mbit/s χωρίς επαναλήπτη
• Οπτική ίνα - μέγιστο 1 km σε ταχύτητα 100 Mbit/s χωρίς επαναλήπτη

Τυπική τεχνολογία: Ethernet

Διαμορφωμένη μετάδοση

Στις τηλεπικοινωνίες, η διαμόρφωση είναι η διαδικασία μεταφοράς ενός σήματος μηνύματος, για παράδειγμα μιας ψηφιακής ροής bit ή ενός αναλογικού ηχητικού σήματος, μέσα σε ένα άλλο σήμα που μπορεί να μεταδοθεί με φυσικό τρόπο. Η συσκευή που παρέχει διαμόρφωση του σήματος βασικής ζώνης ονομάζεται διαμορφωτής και η συσκευή που παρέχει αποδιαμόρφωση του διαμορφωμένου σήματος πίσω στη βασική ζώνη ονομάζεται αποδιαμορφωτής. Σήμερα, ο διαμορφωτής και ο αποδιαμορφωτής ενσωματώνονται σε μία συσκευή που ονομάζεται Modem (διαμορφωτής-διαμορφωτής). Χρησιμοποιείται συχνά σε WAN, WLAN, WWAN.
Τυπική τεχνολογία: Wi-Fi, ADSL, σύνδεση καλωδιακής τηλεόρασης (CATV).

Στρώμα 2

Το επίπεδο ζεύξης δεδομένων παρέχει τα λειτουργικά και διαδικαστικά μέσα για τη μεταφορά δεδομένων μεταξύ οντοτήτων του δικτύου και για την ανίχνευση και πιθανή διόρθωση σφαλμάτων που ενδέχεται να εμφανιστούν στο φυσικό επίπεδο.

Στρώμα 3

Το επίπεδο δικτύου παρέχει τα λειτουργικά και διαδικαστικά μέσα για τη μεταφορά ακολουθιών δεδομένων μεταβλητού μήκους από έναν κεντρικό υπολογιστή προέλευσης σε ένα δίκτυο σε έναν κεντρικό υπολογιστή προορισμού σε ένα διαφορετικό δίκτυο, χρησιμοποιώντας τη διεύθυνση IP.

Διεύθυνση IP

Η διεύθυνση πρωτοκόλλου Διαδικτύου (διεύθυνση IP) είναι μια αριθμητική ετικέτα που αποδίδεται σε κάθε συσκευή (π.χ. υπολογιστή, εκτυπωτή) που συμμετέχει σε ένα δίκτυο υπολογιστών που χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο Διαδικτύου για επικοινωνία. Επί του παρόντος υπάρχουν δύο εκδόσεις του πρωτοκόλλου σε χρήση - IPv4 και IPv6.

• Το IPv4 χρησιμοποιεί διευθύνσεις 32-bit που περιορίζουν το χώρο διευθύνσεων σε 4294967296 (²³²) πιθανές μοναδικές διευθύνσεις.

Παράδειγμα: 255.255.255.255.0 σημαίνει ότι η διεύθυνση δικτύου είναι 192.168.0.0 και η διεύθυνση της συσκευής είναι 192.168.0.1.

• Το IPv6 χρησιμοποιεί διευθύνσεις 128-bit, οι οποίες περιορίζουν το χώρο διευθύνσεων σε ²¹²⁸ πιθανές διευθύνσεις. Θεωρείται επαρκής για το προβλέψιμο μέλλον. Η πλήρης υποστήριξη του IPv6 βρίσκεται ακόμη σε φάση υλοποίησης.

Στρώμα 4

Το επίπεδο μεταφοράς παρέχει διαφανή μεταφορά δεδομένων μεταξύ τελικών χρηστών, παρέχοντας αξιόπιστες υπηρεσίες μεταφοράς δεδομένων στα ανώτερα επίπεδα. Το Πρωτόκολλο Ελέγχου Μεταφοράς (TCP) και το Πρωτόκολλο Δεδομένων Χρήστη (UDP) της σουίτας πρωτοκόλλων του Διαδικτύου κατατάσσονται συνήθως στα πρωτόκολλα επιπέδου 4 στο πλαίσιο του OSI.

• Το TCP (πρωτόκολλο ελέγχου μετάδοσης) παρέχει αξιόπιστη, διατεταγμένη παράδοση μιας ροής bytes από ένα πρόγραμμα σε έναν υπολογιστή σε ένα άλλο πρόγραμμα σε έναν άλλο υπολογιστή. Το TCP χρησιμοποιείται για εφαρμογές που απαιτούν αυστηρά αξιόπιστη μεταφορά (ηλεκτρονικό ταχυδρομείο, WWW, μεταφορά αρχείων (FTP), ...)
• Το UDP (user datagram protocol) χρησιμοποιεί ένα απλό μοντέλο μετάδοσης χωρίς έμμεσους διαλόγους χειραψίας για την παροχή αξιοπιστίας, διάταξης ή ακεραιότητας δεδομένων. Το UDP χρησιμοποιείται σε εφαρμογές όπου απαιτείται μειωμένη καθυστέρηση έναντι της αξιοπιστίας (ροή βίντεο, VOIP, διαδικτυακά παιχνίδια,...).

Στρώματα 5-7

Συνήθως ενοποιείται σε ένα στρώμα σε απλοποιημένα μοντέλα δικτύων, και ο κύριος σκοπός του είναι να αλληλεπιδρά με τις εφαρμογές, κρυπτογραφώντας και δημιουργώντας αποκλειστικές συνδέσεις, εάν είναι απαραίτητο.

Ψηφιακή διαμόρφωση: 16-QAM με παραδείγματα σημείων αστερισμού.


Αναλογική διαμόρφωση: AM - πλάτοςFM - συχνότητα

Όροι δικτύωσης

Καθυστέρηση

Η καθυστέρηση, που λανθασμένα ονομάζεται ping, είναι μια τιμή που μετράει πόσο χρόνο χρειάζονται τα πακέτα για να φτάσουν στον προορισμό τους. Μετριέται σε χιλιοστά του δευτερολέπτου (ms). Το εργαλείο που μετρά την καθυστέρηση ονομάζεται ping, συνήθως χρησιμοποιώντας ειδικά πακέτα ICMP τα οποία είναι μικρότερα από τα τυπικά πακέτα δεδομένων, ώστε να μην επιβαρύνουν το δίκτυο με την παρουσία τους.

• Η άμεση καθυστέρηση μετράται κάθε Χ δευτερόλεπτα και εμφανίζεται αμέσως. Η τιμή της μεταβάλλεται συνεχώς λόγω των φυσικών ιδιοτήτων της τεχνολογίας δικτύου μεταγωγής πακέτων. Οι υψηλές αιχμές καθυστέρησης έχουν αρνητικές επιπτώσεις στις περισσότερες δικτυακές εφαρμογές, οι οποίες μπορούν να προσαρμοστούν στη μέση καθυστέρηση διαθέτοντας αντίστοιχο μέγεθος μνήμης ως απομονωτή. Οι υψηλές αιχμές καθυστέρησης οδηγούν στο άδειασμα αυτού του απομονωτή και στο προσωρινό πάγωμα των εφαρμογών. Αυτό το πάγωμα ονομάζεται συνήθως καθυστέρηση.
• Η μέση καθυστέρηση είναι το άθροισμα της άμεσης καθυστέρησης που μετράται Y φορές κάθε X δευτερόλεπτα διαιρούμενο με το Y. Η μέση καθυστέρηση χρησιμοποιείται για την εκτίμηση του μεγέθους του buffer, κυρίως επειδή δεν αλλάζει τόσο συχνά. Ο απομονωτής επιτρέπει σε ορισμένες εφαρμογές, όπως η ροή βίντεο, να εκτελούνται ομαλά ακόμη και με υψηλή μέση καθυστέρηση, αλλά δεν μπορεί να μας προστατεύσει από υψηλές αιχμές καθυστέρησης.

Χωρητικότητα (εύρος ζώνης)

Η χωρητικότητα είναι ένα μέτρο της ικανότητας μεταφοράς ενός δικτύου και μετράται σε bits ανά δευτερόλεπτο (bps ή b/s), σήμερα συνήθως Mbps ή Mb/s. Μας δείχνει πόσες μονάδες δεδομένων μεταφέρονται κάθε δευτερόλεπτο. Επί του παρόντος, το μέσο εύρος ζώνης είναι πολύ υψηλότερο από το αναγκαίο και δεν αποτελεί περιοριστικό παράγοντα στις περισσότερες περιπτώσεις.

• Το Uplink είναι το εύρος ζώνης που χρησιμοποιείται για τη μεταφορά δεδομένων από τον χρήστη στον διακομιστή (συνήθως χαμηλότερο για τους τελικούς χρήστες).
• Η κάτω ζεύξη είναι το εύρος ζώνης που χρησιμοποιείται για τη μεταφορά δεδομένων από τον διακομιστή στον χρήστη (συνήθως υψηλότερο για τους τελικούς χρήστες).

Εκπομπή

Η εκπομπή είναι μια ειδική μετάδοση που δεν προορίζεται για μια μόνο συσκευή, αλλά απευθύνεται σε όλες τις συσκευές σε συγκεκριμένο δίκτυο. Χρησιμοποιείται κυρίως για την αυτόματη χορήγηση διευθύνσεων IP σε συσκευές από έναν διακομιστή DHCP και για τη δημιουργία ενός πίνακα ARP που χαρτογραφεί το δίκτυο και επιταχύνει την κυκλοφορία.

Σχέδιο συχνότητας ADSL. Upstream + downstream = εύρος ζώνης δικτύου