Λύσεις — Ενότητα 4 · Τοπικά Δίκτυα — Τοπολογίες ΚΑΙ Πρότυπα (σελ. 128) – ΥΛΙΚΟ ΚΑΙ ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

Λύσεις — Ενότητα 4 · Τοπικά Δίκτυα — Τοπολογίες ΚΑΙ Πρότυπα (σελ. 128)

Ενδεικτικές απαντήσεις στις Ερωτήσεις-Δραστηριότητες (τοπολογίες bus/ring/star, χρήσεις LAN, πρότυπα IEEE 802.3/802.11, ασύρματα δίκτυα, Client/Server και Peer-to-Peer). Η Ερ.5 είναι εργαστηριακή δραστηριότητα.

Ερ.1 — Βασικές τοπολογίες

Ερώτηση: Αναφέρατε τις βασικές τοπολογίες των τοπικών δικτύων.

Απάντηση:

• Στα ενσύρματα τοπικά δίκτυα οι (φυσικές) τοπολογίες είναι: διαύλου ή αρτηρίας (bus), όπου όλοι οι υπολογιστές συνδέονται σε ένα κοινό καλώδιο· δακτυλίου (ring), ένας κλειστός βρόχος κόμβων με συνδέσεις σημείου προς σημείο· αστέρα (star), όπου όλοι οι κόμβοι συνδέονται σε μια κεντρική συσκευή (switch, hub ή υπολογιστή)· δένδρου (tree), συνδυασμός διαύλου και αστέρα με κεντρικό κόμβο-ρίζα· πλέγματος (mesh), όπου κάθε κόμβος συνδέεται με κάθε άλλο.
• Στα ασύρματα τοπικά δίκτυα υπάρχουν δύο τρόποι σύνδεσης: η αυτοοργανωμένη ή κατ' απαίτηση (ad hoc) και η σύνδεση υποδομής (infrastructure), από τις οποίες προκύπτουν τοπολογίες αστέρα ή πλέγματος.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Διαύλου (bus), δακτυλίου (ring), αστέρα (star), δένδρου (tree) και πλέγματος (mesh)· στα ασύρματα δίκτυα σύνδεση ad hoc ή υποδομής.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: οι τοπολογίες ενσύρματων τοπικών δικτύων του βιβλίου (τουλάχιστον διαύλου, δακτυλίου, αστέρα).

Ερ.2 — Χρήσεις τοπικών δικτύων

Ερώτηση: Περιγράψτε παραδείγματα από την καθημερινή σας ζωή για 3 από τις σημαντικότερες χρήσεις των τοπικών δικτύων.

Απάντηση:

• Οι σημαντικότερες χρήσεις κατά το βιβλίο είναι: διαμοιρασμός υλικού, λογισμικού και πληροφοριών, παροχή υπηρεσιών διαδικτύου, δημιουργία ομάδων χρηστών και επέκταση της βάσης των σταθμών εργασίας. Παραδείγματα:
• Διαμοιρασμός υλικού: στο σχολικό εργαστήριο ή σε ένα γραφείο όλοι οι υπολογιστές τυπώνουν σε έναν κοινό εκτυπωτή.
• Διαμοιρασμός πληροφοριών: σε ένα κατάστημα ή μια τράπεζα η βάση δεδομένων των πελατών βρίσκεται σε έναν εξυπηρετητή και όλοι οι εξουσιοδοτημένοι υπάλληλοι έχουν πρόσβαση μέσω του δικτύου.
• Παροχή υπηρεσιών διαδικτύου: στο σπίτι όλες οι συσκευές χρησιμοποιούν το τοπικό δίκτυο για ηλεκτρονικό ταχυδρομείο και πλοήγηση στο Διαδίκτυο.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Π.χ. κοινός εκτυπωτής στο εργαστήριο (διαμοιρασμός υλικού), κοινή βάση δεδομένων σε εξυπηρετητή (διαμοιρασμός πληροφοριών), πρόσβαση όλων των συσκευών του σπιτιού στο Διαδίκτυο (υπηρεσίες διαδικτύου).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: τρία διαφορετικά παραδείγματα που αντιστοιχούν σε χρήσεις του βιβλίου.

Ερ.3 — Ρόλος κεντρικής μονάδας σε αστέρα

Ερώτηση: Ποιος μπορεί να είναι ο ρόλος της κεντρικής μονάδας εξυπηρέτησης σε τοπολογία αστέρα.

Απάντηση:

• Στην τοπολογία αστέρα η κεντρική συσκευή μπορεί να είναι μεταγωγέας (switch), διανομέας (hub) ή ακόμα και κάποιος υπολογιστής. Αποτελεί τον κεντρικό κόμβο, με τον οποίο είναι συνδεδεμένοι όλοι οι άλλοι κόμβοι, και λειτουργεί ως αναμεταδότης των μηνυμάτων.
• Επειδή κάθε σταθμός έχει δικό του καλώδιο, πρόβλημα σε ένα καλώδιο επηρεάζει μόνο εκείνον τον σταθμό· αντίθετα, βλάβη του κεντρικού κόμβου σταματά όλο το δίκτυο.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Είναι ο κεντρικός κόμβος (switch, hub ή υπολογιστής) στον οποίο συνδέονται όλοι οι σταθμοί και λειτουργεί ως αναμεταδότης των μηνυμάτων· αν πάθει βλάβη, σταματά όλο το δίκτυο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: ρόλος αναμεταδότη και κεντρικού κόμβου και αναφορά στις συνέπειες βλάβης του.

Ερ.4 — Τοπολογία/καλωδίωση σχολικού εργαστηρίου

Ερώτηση: Αναγνωρίστε την τοπολογία και το είδος της καλωδίωσης που χρησιμοποιεί το σχολικό σας εργαστήριο.

Απάντηση:

• Στα σύγχρονα δίκτυα Ethernet η φυσική τοπολογία είναι αστέρας: κάθε υπολογιστής συνδέεται με ανεξάρτητο καλώδιο σε μια κεντρική συσκευή (switch ή hub).
• Η καλωδίωση είναι συνήθως χάλκινο καλώδιο συνεστραμμένων ζευγών UTP (κατηγορίας 5, 5e ή 6) με βύσματα RJ45, που καταλήγει σε πρίζες δικτύου· μπορεί να υπάρχει και ασύρματο σημείο πρόσβασης.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Συνήθως τοπολογία αστέρα με κεντρικό switch και καλωδίωση UTP κατηγορίας 5e ή 6 με βύσματα RJ45.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Η απάντηση επιβεβαιώνεται με παρατήρηση του εργαστηρίου· κριτήριο η σωστή αναγνώριση της τοπολογίας και του τύπου καλωδίου.

Ερ.6 — Πρότυπα IEEE 802.3 και κωδικοποίηση ονομασίας

Ερώτηση: Αναφέρατε μερικά από τα βασικά πρότυπα του ΙΕΕΕ 802.3, καθώς και τα κύρια χαρακτηριστικά αυτών και εξηγείστε την κωδικοποίηση που χρησιμοποιείται.

Απάντηση:

• Ethernet (10 Mbps): τα 10Base2 και 10Base5 με ομοαξονικό καλώδιο (μέγιστο μήκος 200 και 500 m αντίστοιχα), το 10BASE-T με καλώδιο συνεστραμμένων ζευγών (έως 100 m) και το 10BASE-F(L) με οπτικές ίνες.
• Fast Ethernet (100 Mbps): επικράτησε το 100BASE-TX με καλώδιο συνεστραμμένων ζευγών κατηγορίας 5 και άνω, μέγιστο μήκος 100 m (απαραίτητα μόνο 2 ζεύγη)· το 100BASE-FX χρησιμοποιεί οπτικές ίνες. Υποστηρίζεται αυτόματη ανίχνευση ταχύτητας (auto-negotiation).
• Gigabit Ethernet (1 Gbps): επικράτησε το 1000BASE-T με καλώδιο κατηγορίας 5 και άνω, με χρήση και των τεσσάρων ζευγών· με οπτικές ίνες το 1000BASE-FX.
• 10 Gigabit Ethernet (10 Gbps): για πλήρως αμφίδρομες συνδέσεις σημείου προς σημείο μεταξύ μεταγωγέων, κυρίως με οπτικές ίνες.
• Το πρότυπο 802.3 χρησιμοποιεί τη μέθοδο πρόσβασης CSMA/CD.
• Κωδικοποίηση ονομασίας: κάθε όνομα είναι της μορφής ταχύτητα – ζώνη – μέσο μετάδοσης ή απόσταση. Π.χ. το 10Base-T σημαίνει Ethernet 10 Mbps, μετάδοση βασικής ζώνης (Base) και μέσο μετάδοσης καλώδιο συνεστραμμένων ζευγών (T).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Π.χ. 10BASE-T (10 Mbps, συνεστραμμένα ζεύγη, 100 m), 100BASE-TX (100 Mbps, κατηγορία 5, 100 m), 1000BASE-T (1 Gbps, τέσσερα ζεύγη), 10 Gigabit Ethernet (κυρίως οπτικές ίνες), με μέθοδο CSMA/CD. Η ονομασία κωδικοποιείται ως ταχύτητα – ζώνη – μέσο ή απόσταση (10Base-T: 10 Mbps, βασική ζώνη, συνεστραμμένα ζεύγη).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: τουλάχιστον δύο πρότυπα με ταχύτητα και μέσο μετάδοσης και εξήγηση της κωδικοποίησης «ταχύτητα – ζώνη – μέσο». Η «κωδικοποίηση» εδώ αφορά την ονομασία των προτύπων.

Ερ.7 — Στοιχεία ασύρματων δικτύων

Ερώτηση: Περιγράψτε 3 από τα βασικά στοιχεία των ασύρματων δικτύων. Σχεδιάστε ένα διάγραμμα πως είναι το ασύρματο δίκτυο αν διαθέτετε στο σπίτι σας.

Απάντηση:

• Ασύρματο Σημείο Πρόσβασης (Access Point – A.P.): λειτουργεί ως κεντρικός πομπός και δέκτης των σημάτων του ασύρματου δικτύου· συνδέει τους ασύρματους σταθμούς μεταξύ τους και με το ενσύρματο δίκτυο, σαν γέφυρα.
• Ασύρματοι Σταθμοί (Stations): οι συσκευές των χρηστών (επιτραπέζιοι ή φορητοί υπολογιστές, ταμπλέτες, έξυπνα κινητά τηλέφωνα).
• Προσαρμογείς (Interfaces): οι κάρτες δικτύου που συνδέουν τον ασύρματο σταθμό με το AP· αντί για υποδοχή καλωδίου έχουν κεραία.
• Άλλα βασικά στοιχεία: κόμβοι διανομής, κόμβοι κορμού, ασύρματο μέσο μετάδοσης (ραδιοκύματα, υπέρυθρες, laser), γέφυρες και κεραίες.
• Διάγραμμα οικιακού δικτύου: στο κέντρο ο δρομολογητής με ενσωματωμένο access point, συνδεδεμένος με τη γραμμή του παρόχου· γύρω του, με ασύρματες συνδέσεις, ο φορητός υπολογιστής, τα κινητά τηλέφωνα και η ταμπλέτα (σύνδεση υποδομής, τοπολογία αστέρα).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Π.χ. ασύρματο σημείο πρόσβασης, ασύρματοι σταθμοί και προσαρμογείς (κάρτες δικτύου με κεραία). Στο σπίτι: ένας δρομολογητής με AP στο κέντρο και οι ασύρματες συσκευές γύρω του (αστέρας).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: τρία στοιχεία από τη λίστα του βιβλίου με περιγραφή και διάγραμμα με το access point στο κέντρο.

Ερ.8 — Ρόλος εξυπηρετητή (βηματικά)

Ερώτηση: Περιγράψτε βηματικά ποιος είναι ο ρόλος του εξυπηρετητή σε ένα δίκτυο εξυπηρετητή / πελάτη.

Απάντηση:

• Η επικοινωνία ξεκινά πάντα από την πλευρά του πελάτη. Τα βήματα είναι:
• 1. Ο χρήστης στέλνει ένα αίτημα, μέσω του πελάτη, στον εξυπηρετητή.
• 2. Ο εξυπηρετητής «ακούει» το αίτημα του πελάτη (περιμένει παθητικά να φτάσουν τα αιτήματα).
• 3. Μόλις λάβει το αίτημα, ελέγχει αν ο χρήστης έχει δικαίωμα πρόσβασης· αν δεν έχει, απορρίπτει το αίτημα και στέλνει μήνυμα στον πελάτη.
• 4. Ο εξυπηρετητής επεξεργάζεται το αίτημα.
• 5. Ο εξυπηρετητής επιστρέφει τα αποτελέσματα στον πελάτη.
• 6. Ο πελάτης δέχεται τα αποτελέσματα και τα παρουσιάζει στον χρήστη.
• Στα τέσσερα από τα έξι βήματα (2 έως 5) τον σημαντικότερο ρόλο έχει ο εξυπηρετητής, γι' αυτό θεωρείται η «καρδιά» της εφαρμογής client-server· έχει υποχρέωση να απαντά ακόμα και όταν πολλοί πελάτες κάνουν ταυτόχρονα αιτήματα.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο εξυπηρετητής ακούει το αίτημα του πελάτη, ελέγχει το δικαίωμα πρόσβασης, επεξεργάζεται το αίτημα και επιστρέφει τα αποτελέσματα στον πελάτη (βήματα 2 έως 5 από τα 6).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: σωστή σειρά των βημάτων, με τον έλεγχο δικαιώματος πρόσβασης πριν από την επεξεργασία.

Ερ.9 — Ομότιμα δίκτυα και δίκτυα με εξυπηρετητή

Ερώτηση: Αναφέρατε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των ομότιμων δικτύων έναντι των δικτύων με εξυπηρετητή. Που πιστεύετε ότι χρησιμοποιείται ο κάθε τύπος οργάνωσης δικτύων;

Απάντηση:

• Πλεονεκτήματα ομότιμων δικτύων (P2P): ανοχή σφαλμάτων και διαρκής διαθεσιμότητα (δεν υπάρχει ένα σημείο παροχής υπηρεσιών, η βλάβη ή αποσύνδεση ενός υπολογιστή δεν επηρεάζει το σύστημα, δεν υπάρχει συμφόρηση και είναι ανθεκτικά σε επιθέσεις DoS)· οικονομία και επεκτασιμότητα (απλά υπολογιστικά συστήματα, κάθε νέος συμμετέχων αυξάνει την ισχύ του δικτύου)· ανωνυμία και ανθεκτικότητα των χρηστών.
• Μειονεκτήματα P2P: χαμηλό επίπεδο ασφάλειας (δεν υπάρχει μηχανισμός ταυτοποίησης των χρηστών, η πρόσβαση στα δεδομένα δεν είναι αξιόπιστη)· το σύστημα υπάρχει μόνο όσο οι χρήστες το χρησιμοποιούν.
• Αντίστοιχα, η αρχιτεκτονική πελάτη/εξυπηρετητή προσφέρει ευκολία στη διαχείριση του περιεχομένου, αυξημένη απόδοση, ασφάλεια και διαλειτουργικότητα, αλλά έχει υψηλό κόστος και ένα σημείο σφάλματος.
• Χρήση: τα ομότιμα δίκτυα χρησιμοποιούνται κυρίως για διαμοιρασμό αρχείων μεταξύ χρηστών (π.χ. στο Διαδίκτυο) και σε μικρά δίκτυα· τα δίκτυα με εξυπηρετητή σε επιχειρήσεις και οργανισμούς που χρειάζονται κεντρική διαχείριση, ασφάλεια δεδομένων και αντίγραφα ασφαλείας (π.χ. τράπεζες, σχολικά δίκτυα).

Σύνοψη: (ενδεικτική) P2P: ανοχή σφαλμάτων, οικονομία, επεκτασιμότητα, ανωνυμία· αλλά χαμηλή ασφάλεια και εξάρτηση από τους χρήστες. Τα P2P χρησιμοποιούνται για διαμοιρασμό αρχείων και σε μικρά δίκτυα, ενώ τα δίκτυα με εξυπηρετητή σε οργανισμούς με ανάγκη κεντρικής διαχείρισης και ασφάλειας.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα από το βιβλίο και εύλογη αντιστοίχιση χρήσης· το τελευταίο ερώτημα ζητά την άποψη του μαθητή.