Δίκτυα υπολογιστών

Τι είναι ένα δίκτυο

Όταν στέλνεις ένα μήνυμα, όταν ο υπολογιστής του εργαστηρίου τυπώνει στον εκτυπωτή του διπλανού γραφείου, όταν βλέπεις ένα βίντεο, δεν δουλεύει μία συσκευή μόνη της. Δουλεύει ένα δίκτυο υπολογιστών: δύο ή περισσότερες συσκευές συνδεδεμένες μεταξύ τους, ώστε να ανταλλάσσουν δεδομένα και να μοιράζονται πόρους, όπως έναν εκτυπωτή, αρχεία ή μια σύνδεση στο διαδίκτυο.

«Συσκευή» εδώ σημαίνει οτιδήποτε έχει δυνατότητα δικτύωσης: υπολογιστής, κινητό, τηλεόραση, κονσόλα, ακόμη και ένας έξυπνος θερμοστάτης.

Δίκτυα ανάλογα με την έκταση

Το διαδίκτυο (internet) είναι το μεγαλύτερο WAN απ' όλα. Για την ακρίβεια, είναι ένα δίκτυο δικτύων: εκατομμύρια τοπικά δίκτυα, σπιτιών, σχολείων, εταιρειών, πανεπιστημίων, ενωμένα μεταξύ τους.

Με καλώδιο ή χωρίς

Οι συσκευές συνδέονται με δύο τρόπους:

• Ενσύρματα. Με καλώδιο Ethernet, αυτό με το φαρδύ βύσμα που μπαίνει στον υπολογιστή, ή με οπτική ίνα, που μεταφέρει τα δεδομένα ως παλμούς φωτός σε πολύ μεγάλες αποστάσεις. Η ενσύρματη σύνδεση είναι συνήθως πιο σταθερή και πιο γρήγορη.
• Ασύρματα. Με Wi-Fi μέσα στο σπίτι ή στο σχολείο, με Bluetooth για μικρές αποστάσεις, και με το δίκτυο κινητής τηλεφωνίας (4G, 5G) έξω. Η ασύρματη είναι πιο βολική, αλλά επηρεάζεται από τοίχους, απόσταση και από το πόσες συσκευές μοιράζονται το ίδιο κανάλι.

Οι συσκευές που κρατούν ένα δίκτυο όρθιο

• Κάρτα δικτύου. Κάθε συσκευή έχει μία, ενσύρματη ή ασύρματη. Έχει μια μοναδική, «εργοστασιακή» διεύθυνση υλικού, τη διεύθυνση MAC.
• Μεταγωγέας (switch). Ενώνει πολλές συσκευές με καλώδιο μέσα στο ίδιο τοπικό δίκτυο και στέλνει κάθε μήνυμα μόνο στη συσκευή για την οποία προορίζεται. Στο σχολικό εργαστήριο, όλα τα καλώδια καταλήγουν συνήθως σε έναν.
• Σημείο ασύρματης πρόσβασης (access point). Κάνει το ίδιο για τις ασύρματες συσκευές: είναι αυτό που «εκπέμπει» το Wi-Fi.
• Δρομολογητής (router). Συνδέει διαφορετικά δίκτυα μεταξύ τους, για παράδειγμα το δίκτυο του σπιτιού με το δίκτυο του παρόχου, και αποφασίζει από ποιο δρόμο θα φύγει κάθε κομμάτι δεδομένων. Το διαδίκτυο είναι γεμάτο δρομολογητές που προωθούν δεδομένα ο ένας στον άλλον.

Το κουτί με τα λαμπάκια που έχεις στο σπίτι και το λέμε όλοι «ρούτερ» είναι συνήθως όλα μαζί σε μία συσκευή: modem για τη γραμμή του παρόχου, δρομολογητής, μικρός μεταγωγέας με τρεις-τέσσερις θύρες, και σημείο πρόσβασης Wi-Fi.

Πελάτες και διακομιστές

Σε πολλά δίκτυα οι συσκευές έχουν διαφορετικούς ρόλους. Ο διακομιστής (server) είναι ένας υπολογιστής που προσφέρει μια υπηρεσία: αποθηκεύει ιστοσελίδες, μηνύματα, βίντεο. Ο πελάτης (client) ζητά την υπηρεσία: ο φυλλομετρητής σου ζητά μια σελίδα, ο διακομιστής τη στέλνει. Αυτό λέγεται μοντέλο πελάτη-διακομιστή.

Υπάρχουν και δίκτυα ομότιμων (peer-to-peer), όπου κάθε συσκευή είναι ταυτόχρονα και πελάτης και διακομιστής, όπως όταν δύο κινητά ανταλλάσσουν ένα αρχείο απευθείας.

Διευθύνσεις IP

Για να φτάσει ένα γράμμα, χρειάζεται διεύθυνση. Για να φτάσουν δεδομένα σε μια συσκευή, χρειάζεται διεύθυνση IP (Internet Protocol). Η πιο διαδεδομένη μορφή, η IPv4, είναι τέσσερις αριθμοί χωρισμένοι με τελείες:

192.168.1.23

Κάθε αριθμός κρατιέται σε 8 bit, οπότε παίρνει τιμές από $0$ ως $255$ (το $255$ στο δυαδικό είναι 11111111). Συνολικά μια διεύθυνση IPv4 έχει $4 \cdot 8 = 32$ bit, και οι δυνατές διευθύνσεις είναι $2^{32} = 4\,294\,967\,296$, λίγο πάνω από τέσσερα δισεκατομμύρια.

Αυτό ακούγεται πολύ, αλλά σήμερα οι συνδεδεμένες συσκευές στον κόσμο είναι περισσότερες. Οι ελεύθερες διευθύνσεις IPv4 εξαντλήθηκαν στη δεκαετία του 2010. Η απάντηση είναι το IPv6, με διευθύνσεις των 128 bit, γραμμένες σε δεκαεξαδικό σύστημα με άνω-κάτω τελείες:

2001:db8::1

Οι διευθύνσεις IPv6 είναι $2^{128}$, ένας αριθμός με $39$ ψηφία: αρκετές για να πάρει διεύθυνση κάθε συσκευή που μπορούμε να φανταστούμε. Σήμερα τα δύο συστήματα λειτουργούν παράλληλα, και η μετάβαση στο IPv6 προχωρά σιγά σιγά.

Ιδιωτικές και δημόσιες διευθύνσεις

Ορισμένες περιοχές διευθύνσεων IPv4 έχουν κρατηθεί για χρήση μόνο μέσα σε τοπικά δίκτυα. Λέγονται ιδιωτικές:

Όλες οι υπόλοιπες έγκυρες διευθύνσεις είναι δημόσιες: μοναδικές σε όλο το διαδίκτυο.

Μέσα στο σπίτι, τις ιδιωτικές διευθύνσεις δεν τις ρυθμίζει κανείς με το χέρι. Ο δρομολογητής τις μοιράζει αυτόματα σε κάθε συσκευή που συνδέεται, με ένα πρωτόκολλο που λέγεται DHCP. Γι' αυτό η διεύθυνση του κινητού σου μπορεί να αλλάξει από μέρα σε μέρα.

Για να δεις τη διεύθυνση του υπολογιστή σου: στα Windows γράφεις ipconfig στη γραμμή εντολών, σε Linux ip addr. Στο κινητό, βρίσκεται στις ρυθμίσεις του Wi-Fi.

Ιδιωτική, δημόσια ή άκυρη;

Διάλεξε μια διεύθυνση και μετά την κατηγορία της.

Διάλεξε διεύθυνση

192.168.1.2310.4.0.7192.168.1.300172.40.5.48.8.8.810.0.0

Διάλεξε κατηγορία

ΙδιωτικήΔημόσιαΆκυρη

ΣωστάΑνήκει στην περιοχή 192.168.x.x, την πιο συνηθισμένη για οικιακά δίκτυα.

Λυμένα παραδείγματα

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση