Λύσεις — Ενότητα 3 · Βασικές Έννοιες Δικτύων ΚΑΙ Μοντέλο OSI (σελ. 97) – ΥΛΙΚΟ ΚΑΙ ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

Λύσεις — Ενότητα 3 · Βασικές Έννοιες Δικτύων ΚΑΙ Μοντέλο OSI (σελ. 97)

Ενδεικτικές απαντήσεις στις Ερωτήσεις-Δραστηριότητες (ορισμός/δομικά στοιχεία/πλεονεκτήματα δικτύου, πρωτόκολλα, στρωματοποιημένη αρχιτεκτονική, έλεγχος λαθών/ροής, 7 επίπεδα OSI, κατηγορίες δικτύων). Μετά την Ερ.9 το βιβλίο ξεκινά νέα αρίθμηση από το 1 (2η ομάδα)· οι Ερ.5-6 της 2ης ομάδας είναι δραστηριότητες.

Ερ.1 — Ορισμός δικτύου

Ερώτηση: Να δώσετε τον ορισμό του δικτύου υπολογιστών.

Απάντηση:

• Ένα δίκτυο υπολογιστών (computer network) ή απλά δίκτυο (network) αποτελείται από δύο ή περισσότερες υπολογιστικές συσκευές που συνδέονται μεταξύ τους προκειμένου να μπορούν να ανταλλάσσουν πληροφορίες.
• Σε αντίθεση με τα άλλα δίκτυα επικοινωνιών, δεν μεταδίδει ένα μόνο είδος δεδομένων, αλλά οτιδήποτε μπορεί να κωδικοποιηθεί σε ψηφιακή μορφή (φωνή, εικόνα, video, προγράμματα, αρχεία).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Δύο ή περισσότερες υπολογιστικές συσκευές που συνδέονται μεταξύ τους ώστε να ανταλλάσσουν πληροφορίες.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: «δύο ή περισσότερες υπολογιστικές συσκευές», «σύνδεση μεταξύ τους», «ανταλλαγή πληροφοριών».

Ερ.2 — Δομικά στοιχεία υλικού

Ερώτηση: Αναφέρετε τα βασικά δομικά στοιχεία ενός δικτύου ηλεκτρονικών υπολογιστών, όσον αφορά το υλικό (hardware). Εντοπίστε τουλάχιστον 4 από αυτά τα δομικά στοιχεία στο Σχολικό Εργαστήριο Η/Υ.

Απάντηση:

• Κόμβοι (nodes): οι συσκευές που συνδέονται στο δίκτυο. Οι τερματικοί κόμβοι (hosts) παράγουν και δέχονται τις πληροφορίες, π.χ. υπολογιστές, έξυπνα τηλέφωνα, tablets, εκτυπωτές, σαρωτές, κάμερες. Οι επικοινωνιακοί κόμβοι φροντίζουν για τη σωστή μετάδοση των πληροφοριών στον προορισμό τους, π.χ. διαμορφωτές (modem), διανομείς (hubs), γέφυρες (bridges), δρομολογητές (routers), πολυπλέκτες.
• Μέσα μετάδοσης: ενσύρματη σύνδεση (χάλκινα καλώδια συνεστραμμένων ζευγών, ομοαξονικό καλώδιο, οπτικές ίνες) ή ασύρματη σύνδεση (ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, επίγειες ή δορυφορικές συνδέσεις).
• Στο σχολικό εργαστήριο εντοπίζονται συνήθως: οι υπολογιστές των μαθητών και του καθηγητή, ο εκτυπωτής δικτύου, ο διανομέας ή μεταγωγέας (hub/switch), ο δρομολογητής (router) για τη σύνδεση στο Διαδίκτυο και τα καλώδια συνεστραμμένων ζευγών.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τερματικοί κόμβοι (υπολογιστές, εκτυπωτές), επικοινωνιακοί κόμβοι (modem, hub, bridge, router) και μέσα μετάδοσης (καλώδια ή ασύρματη σύνδεση). Στο εργαστήριο: υπολογιστές, εκτυπωτής, hub/switch, router, καλώδια.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: διάκριση τερματικών και επικοινωνιακών κόμβων, αναφορά στα μέσα μετάδοσης και εντοπισμός τουλάχιστον τεσσάρων στοιχείων στο εργαστήριο.

Ερ.3 — Δύο σημαντικότερα πλεονεκτήματα

Ερώτηση: Αναφέρετε τα δύο σημαντικότερα πλεονεκτήματα της χρήσης των δικτύων. Δικαιολογήστε την απάντησή σας.

Απάντηση:

• Το βιβλίο αναφέρει ως πλεονεκτήματα τον διαμοιρασμό των ψηφιακών πόρων, την κοινή χρήση περιφερειακών συσκευών, τον διαμοιρασμό μιας σύνδεσης Internet και την εξοικονόμηση χρημάτων. Δύο σημαντικά είναι:
• Διαμοιρασμός των ψηφιακών πόρων: δίνεται πρόσβαση σε φακέλους, αρχεία και προγράμματα ενός κόμβου χωρίς να χρειάζεται μεταφορά ή εγκατάστασή τους σε άλλους κόμβους· έτσι εξοικονομείται χρόνος και δεν υπάρχουν διαφορετικές «εκδόσεις» των ίδιων δεδομένων σε διαφορετικούς κόμβους.
• Κοινή χρήση περιφερειακών συσκευών: μια συσκευή (π.χ. κοινόχρηστος εκτυπωτής, δικτυακό αποθηκευτικό μέσο) χρησιμοποιείται από όλους τους χρήστες· αξιοποιείται καλύτερα, αυξάνεται η διαθεσιμότητά της και εξοικονομούνται χρήματα από την αγορά παρόμοιων συσκευών για κάθε υπολογιστή.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Διαμοιρασμός των ψηφιακών πόρων (εξοικονόμηση χρόνου, μία «έκδοση» των δεδομένων) και κοινή χρήση περιφερειακών συσκευών (καλύτερη αξιοποίηση, εξοικονόμηση χρημάτων).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: δύο πλεονεκτήματα από το βιβλίο με αιτιολόγηση· γίνονται δεκτά και ο διαμοιρασμός σύνδεσης Internet ή η εξοικονόμηση χρημάτων.

Ερ.4 — Ορισμός πρωτοκόλλου και παράδειγμα

Ερώτηση: Δώστε έναν ορισμό για τα πρωτόκολλα επικοινωνίας και αναφέρετε ένα παράδειγμα πρωτοκόλλου σε χώρους έξω από τα δίκτυα υπολογιστών.

Απάντηση:

• Πρωτόκολλο επικοινωνίας είναι ένα σύνολο συμβάσεων – κανόνων, συμφωνημένων και από τα δύο επικοινωνούντα μέρη, που εξυπηρετούν τη μεταξύ τους ανταλλαγή πληροφοριών. Στα δίκτυα, πρωτόκολλο δικτύου είναι το σύνολο των κανόνων που πρέπει να ακολουθήσουν δύο οντότητες (π.χ. συσκευές ή εφαρμογές) για να επικοινωνήσουν.
• Παράδειγμα έξω από τα δίκτυα: όταν θέλουμε να ρωτήσουμε κάποιον τι ώρα είναι, πρώτα τον χαιρετάμε («Καλημέρα σας») και, αν απαντήσει ανάλογα, κάνουμε την ερώτηση· αν δεν απαντήσει ή απαντήσει σε άλλη γλώσσα, η επικοινωνία δεν γίνεται. Άλλο παράδειγμα είναι το πρωτόκολλο σε μια σύνοδο αρχηγών κρατών (ποιος κάθεται πού, σειρά ομιλητών).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Σύνολο κανόνων συμφωνημένων και από τα δύο επικοινωνούντα μέρη για την ανταλλαγή πληροφοριών. Παράδειγμα: ο χαιρετισμός πριν ρωτήσουμε κάποιον την ώρα ή η σειρά των ομιλητών σε σύνοδο αρχηγών κρατών.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: «σύνολο κανόνων συμφωνημένων από τα δύο μέρη» και ένα εύλογο παράδειγμα εκτός δικτύων υπολογιστών.

Ερ.5 — Ορισμός αρχιτεκτονικής δικτύου

Ερώτηση: Να δώσετε τον ορισμό της αρχιτεκτονικής δικτύου.

Απάντηση:

• Η αρχιτεκτονική του δικτύου καθορίζει τα φυσικά συστατικά, τη λειτουργική οργάνωση, τις αρχές λειτουργίας και τη μορφή των δεδομένων που μεταφέρονται μεταξύ των συσκευών, ώστε οι υπολογιστές και οι λοιπές συσκευές να συνδέονται και να σχηματίζουν ένα σύστημα επικοινωνίας, στο οποίο οι χρήστες διαμοιράζονται πληροφορίες και συσκευές.
• Η αρχιτεκτονική ενός δικτύου είναι ένα σύνολο από επίπεδα (στρώματα) και πρωτόκολλα· για την επικοινωνία μεταξύ των επιπέδων υπάρχει μια διεπαφή (interface).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο τρόπος με τον οποίο συνδέονται οι υπολογιστές και οι λοιπές συσκευές για να σχηματίσουν σύστημα επικοινωνίας· είναι ένα σύνολο από επίπεδα (στρώματα) και πρωτόκολλα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: αναφορά στα επίπεδα και στα πρωτόκολλα.

Ερ.6 — Πλεονεκτήματα στρωματοποίησης

Ερώτηση: Ποια τα πλεονεκτήματα της στρωματοποιημένης αρχιτεκτονικής δικτύου;

Απάντηση:

• Το βιβλίο αναφέρει δύο σημαντικότερα πλεονεκτήματα:
• Απλοποιεί τη σχεδίαση και την υλοποίηση ενός δικτύου, χωρίζοντας μια σύνθετη εργασία σε μικρότερα και απλούστερα κομμάτια («Διαίρει και Βασίλευε»).
• Διευκολύνει τη διόρθωση λαθών και την ενσωμάτωση νέων τεχνολογιών, γιατί οι αλλαγές περιορίζονται συνήθως σε ένα μόνο επίπεδο: η υλοποίηση ενός επιπέδου μπορεί να αλλάξει χωρίς να επηρεαστούν τα υπόλοιπα, αρκεί να προσφέρει τις ίδιες υπηρεσίες και να μην αλλάξει η διεπαφή του.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Απλοποιεί τη σχεδίαση και την υλοποίηση (διαίρεση σε απλούστερα κομμάτια) και διευκολύνει τη διόρθωση λαθών και την ενσωμάτωση νέων τεχνολογιών (οι αλλαγές περιορίζονται σε ένα επίπεδο).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: τα δύο πλεονεκτήματα του βιβλίου.

Ερ.7 — Έλεγχος λαθών και έλεγχος ροής

Ερώτηση: Ποια η διαφορά μεταξύ του ελέγχου λαθών και ελέγχου ροής κατά την διάρκεια σχεδίασης της αρχιτεκτονικής ενός δικτύου υπολογιστών;

Απάντηση:

• Ανίχνευση και διόρθωση λαθών: τα δεδομένα μπορεί να αλλοιωθούν στο μέσο μετάδοσης (π.χ. ένα bit από 1 να γίνει 0). Κάθε άκρο πρέπει να εντοπίζει τα λάθη και τα δύο άκρα συμφωνούν στην τεχνική διόρθωσης: ο παραλήπτης είτε διορθώνει μόνος του τα λάθη είτε ζητά ξανά τα δεδομένα από τον αποστολέα (η συνηθέστερη μέθοδος).
• Έλεγχος ροής: η διαδικασία κατά την οποία τα επίπεδα περιορίζουν ή σταματούν τη ροή δεδομένων προς το δίκτυο, όταν το αντίστοιχο επίπεδο στη συσκευή προορισμού δεν μπορεί να δεχθεί περισσότερα δεδομένα ή όταν στο δίκτυο υπάρχει συμφόρηση· έτσι ένας γρήγορος αποστολέας δεν κατακλύζει έναν αργό παραλήπτη.
• Διαφορά: ο έλεγχος λαθών αφορά την ορθότητα των δεδομένων που παραλαμβάνονται, ενώ ο έλεγχος ροής τον ρυθμό με τον οποίο στέλνονται.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο έλεγχος λαθών εντοπίζει και διορθώνει αλλοιωμένα δεδομένα (συνήθως με επαναποστολή)· ο έλεγχος ροής περιορίζει ή σταματά τη ροή όταν ο παραλήπτης δεν μπορεί να δεχθεί άλλα δεδομένα ή υπάρχει συμφόρηση.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: ορθότητα των δεδομένων (λάθη) έναντι ρυθμού αποστολής (ροή).

Ερ.8 — OSI: πλήθος επιπέδων

Ερώτηση: Συμπληρώστε το κενό: Το μοντέλο αναφοράς O.S.I. είναι μια αρχιτεκτονική δικτύου …….. επιπέδων.

Απάντηση:

• Το μοντέλο O.S.I. χωρίζει τις λειτουργίες της επικοινωνίας σε επτά ιεραρχικά επίπεδα: Φυσικό, Σύνδεσης Δεδομένων, Δικτύου, Μεταφοράς, Συνόδου, Παρουσίασης και Εφαρμογής.

Σύνοψη: επτά (7) επιπέδων.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κλειστή απάντηση: επτά επίπεδα.

Ερ.9 — OSI: πώς γίνεται η επικοινωνία

Ερώτηση: Επιλέξτε την σωστή απάντηση. Στο μοντέλο αναφοράς O.S.I. η επικοινωνία γίνεται: I. Μεταξύ δυο οποιωνδήποτε επιπέδων II. Κατακόρυφα μεταξύ γειτονικών επιπέδων III. Οριζόντια μεταξύ των ομότιμων επιπέδων των σταθμών που επικοινωνούν

Απάντηση:

• Σε μια αρχιτεκτονική ν επιπέδων, το επίπεδο ν ενός κόμβου συνομιλεί με το επίπεδο ν του κόμβου με τον οποίο επικοινωνεί (ομότιμο επίπεδο), με βάση τα πρωτόκολλα επιπέδου ν· άρα η επικοινωνία γίνεται οριζόντια μεταξύ των ομότιμων επιπέδων (III).
• Στην πραγματικότητα τα δεδομένα δεν μεταδίδονται απευθείας ανάμεσα στα ομότιμα επίπεδα: κάθε επίπεδο τα μεταβιβάζει στο αμέσως κατώτερο μέχρι το μέσο μετάδοσης και στον προορισμό ανεβαίνουν τη στοίβα. Η επιλογή (I) είναι λανθασμένη, γιατί ένα επίπεδο επικοινωνεί μόνο με τα γειτονικά του μέσω της διεπαφής.

Σύνοψη: Σωστή απάντηση: III (οριζόντια μεταξύ των ομότιμων επιπέδων των σταθμών που επικοινωνούν).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κλειστή απάντηση: III. Η κατακόρυφη μεταβίβαση (II) περιγράφει τη διαδρομή των δεδομένων μέσα στον ίδιο σταθμό και όχι την επικοινωνία μεταξύ των σταθμών.

Ερ.1 (2η ομάδα) — Λειτουργίες επιπέδου δικτύου

Ερώτηση: Ποιες οι βασικές λειτουργίες του επιπέδου δικτύου στο μοντέλο αναφοράς O.S.I.;

Απάντηση:

• Το επίπεδο δικτύου δέχεται δεδομένα από το επίπεδο μεταφοράς, τα χωρίζει σε πακέτα και τα προωθεί στο επίπεδο σύνδεσης δεδομένων. Οι βασικές του λειτουργίες είναι:
• Διευθυνσιοδότηση: η αντιστοίχιση μιας μοναδικής διεύθυνσης σε κάθε κόμβο του δικτύου.
• Δρομολόγηση: η εύρεση της διαδρομής που θα ακολουθήσουν τα πακέτα από τον αποστολέα στον παραλήπτη.
• Αποφυγή κυκλοφοριακής συμφόρησης (congestion) σε κάποιο τμήμα του δικτύου, που προκαλείται όταν υπερβολικά πολλά πακέτα προσπαθούν να περάσουν από την ίδια διαδρομή.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Διευθυνσιοδότηση, δρομολόγηση και αποφυγή κυκλοφοριακής συμφόρησης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: και οι τρεις λειτουργίες του βιβλίου.

Ερ.2 (2η ομάδα) — Χαμηλότερο επίπεδο από άκρο σε άκρο

Ερώτηση: Ποιο είναι το χαμηλότερο επίπεδο της αρχιτεκτονικής O.S.I. το οποίο ασχολείται με την από άκρου σε άκρο επικοινωνία;

Απάντηση:

• Το Επίπεδο Μεταφοράς (Transport Layer). Είναι το τελευταίο επίπεδο (ξεκινώντας από την κορυφή της ιεραρχίας) που υποστηρίζει την από άκρο σε άκρο συνομιλία με το αντίστοιχο επίπεδο του παραλήπτη· όλα τα κατώτερα επίπεδα επικοινωνούν και με τους ενδιάμεσους κόμβους.
• Γι' αυτό το Επίπεδο Μεταφοράς (και τα ανώτερα) υλοποιείται μόνο στους τερματικούς και όχι στους ενδιάμεσους κόμβους.

Σύνοψη: Το Επίπεδο Μεταφοράς (Transport Layer).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κλειστή απάντηση: Επίπεδο Μεταφοράς. Τα επίπεδα Φυσικό, Σύνδεσης Δεδομένων και Δικτύου επικοινωνούν και με τους ενδιάμεσους κόμβους.

Ερ.3 (2η ομάδα) — Τοπικά δίκτυα και δίκτυα ευρείας περιοχής

Ερώτηση: Αναφέρετε τα βασικά χαρακτηριστικά που διαφοροποιούν τα τοπικά δίκτυα από τα δίκτυα ευρείας περιοχής.

Απάντηση:

• Έκταση: τα τοπικά δίκτυα (LAN) καλύπτουν από μερικές δεκάδες μέτρα έως περίπου 100 km (ένα ή περισσότερα γειτονικά κτίρια)· τα δίκτυα ευρείας περιοχής (WAN) ξεκινούν από τα 200 km και μπορούν να καλύψουν ολόκληρο τον κόσμο (π.χ. Διαδίκτυο).
• Ιδιοκτησία: τα LAN στη συντριπτική τους πλειοψηφία είναι ιδιόκτητα (ο οργανισμός κατέχει και το υλικό τους).
• Ταχύτητα και σφάλματα: τα LAN επιτυγχάνουν τις μεγαλύτερες ταχύτητες (τάξης Gbps) και εμφανίζουν τον μικρότερο αριθμό σφαλμάτων μετάδοσης.
• Τρόπος μετάδοσης: στα LAN οι κόμβοι συνδέονται συνήθως στο ίδιο κοινό μέσο (Πολλαπλή Πρόσβαση στο Μέσο)· τα WAN χρησιμοποιούν συνήθως συνδέσεις σημείου-προς-σημείο με την τεχνική της Αποθήκευσης και Προώθησης (Store and Forward) και υποστηρίζουν πολλά εκατομμύρια χρήστες.

Σύνοψη: (ενδεικτική) LAN: μικρή έκταση (έως περίπου 100 km), ιδιόκτητα, μεγάλες ταχύτητες (Gbps), λίγα σφάλματα, κοινό μέσο. WAN: από 200 km έως όλο τον κόσμο, συνδέσεις σημείου-προς-σημείο, Store and Forward, εκατομμύρια χρήστες.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: τουλάχιστον τρία χαρακτηριστικά (έκταση, ιδιοκτησία, ταχύτητα και σφάλματα, τρόπος μετάδοσης).

Ερ.4 (2η ομάδα) — Κατηγορίες με βάση τις τεχνικές πρόσβασης

Ερώτηση: Σε τι κατηγορίες διακρίνονται τα δίκτυα υπολογιστών με βάση τις τεχνικές πρόσβασης;

Απάντηση:

• Δίκτυα μεταγωγής κυκλώματος: η μετάδοση γίνεται μόνο μετά την εγκατάσταση μιας φυσικής σύνδεσης κυκλώματος μεταξύ δύο κόμβων, που διατηρείται όσο διαρκεί η μεταφορά (π.χ. τηλεφωνικό δίκτυο, επικοινωνία δύο υπολογιστών μέσω modem).
• Δίκτυα μεταγωγής μηνύματος: τα δεδομένα στέλνονται ως ένα μήνυμα, χωρίς να χωρίζονται, και μεταφέρονται από κόμβο σε κόμβο μέχρι τον προορισμό· δεν χρειάζεται εγκατάσταση σύνδεσης, αλλά σε λάθος ξαναστέλνονται όλα τα δεδομένα, γι' αυτό εξυπηρετούν καλύτερα μικρά μηνύματα.
• Δίκτυα μεταγωγής πακέτου: τα δεδομένα χωρίζονται σε πακέτα που προωθούνται από τους επικοινωνιακούς κόμβους· αν κάθε πακέτο μπορεί να ακολουθήσει διαφορετική διαδρομή μιλάμε για μεταγωγή αυτοδύναμου πακέτου, αν όλα ακολουθούν την ίδια διαδρομή για μεταγωγή νοητού κυκλώματος.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Δίκτυα μεταγωγής κυκλώματος, μεταγωγής μηνύματος και μεταγωγής πακέτου (αυτοδύναμου πακέτου ή νοητού κυκλώματος).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: οι τρεις κατηγορίες μεταγωγής με σύντομη περιγραφή.