Δημοσιεύτηκε στις 5 Ιανουαρίου, 2021

Πως λειτουργεί το ενσύρματο δίκτυο στο σπίτι (Οικιακή δικτύωση)

Οικιακή Δικτύωση - Πως Λειτουργεί Το Ενσύρματο Δίκτυο Στο Σπίτι

Ένα τοπικό δίκτυο LAN (Local Area Network) μπορεί να συνδέσει από δύο υπολογιστές στο ίδιο δωμάτιο μέχρι και δεκάδες χιλιάδες σε ένα βιομηχανικό συγκρότημα. Σε μεγάλης κλίμακας εφαρμογές, η δικτύωση υπολογιστών είναι ολόκληρη επιστήμη. Σε οικιακό επίπεδο, όμως, τα πράγματα είναι πολύ πιο απλά και κατανοητά.

Router

Η συσκευή που όλοι αποκαλούμε router, στην πραγματικότητα είναι ένας συνδυασμός από διαφορετικές συσκευές στο ίδιο κουτί, που αναλαμβάνουν ξεχωριστές αλλά συμπληρωματικές λειτουργίες. Σε μεγάλες επαγγελματικές εγκαταστάσεις θα συναντήσουμε ξεχωριστά τις συσκευές αυτές, συχνά μάλιστα σε μέγεθος ντουλάπας.
Όμως, στην οικιακή δικτύωση, το μικρό και ελαφρύ router που μας έδωσε τζάμπα ο ISP (Interner Service Provider - Πάροχος Internet, π.χ. Cosmote, Wind, Vodafone), όταν κάναμε τη σύνδεση, στην πραγματικότητα συνδυάζει ένα modem, ένα router, ένα switch, και ένα wireless access point στην ίδια συσκευή. Για συντομία, μπορούμε να το αποκαλούμε modem/router.

Modem

Είναι η συσκευή που μας συνδέει στο Internet. Την εποχή του dial-up, ήταν η μόνη συσκευή που χρησιμοποιούσαμε για να συνδεθούμε, και η σύνδεση ήταν αναλογική, με τον χαρακτηριστικό ήχο που πια ακούμε μόνο στα fax.

Το modem που μας συνδέει σε ένα ευρυζωνικό δίκτυο (οπτική ίνα) λειτουργεί με παρόμοια λογική, απλά σε 100% ψηφιακό επίπεδο. Τα αυτόνομα modem ήταν σχετικά δημοφιλή τα πρώτα χρόνια που ήρθε το ADSL στην Ελλάδα. Χαρακτηριστικό τους ήταν πως είχαν μία μοναδική θύρα Ethernet για σύνδεση σε έναν και μοναδικό υπολογιστή. Πλέον, όμως, στο ενσύρματο δίκτυο στο σπίτι πολύ σπάνια θα βρούμε εγκατάσταση με ξεχωριστό modem.

Switch

Ο μεταγωγέας (Switch) είναι ένας σταθμός διανομής δικτύου, ο οποίος διευθύνει την κυκλοφορία μεταξύ όλων των συνδεδεμένων συσκευών του δικτύου. Με άλλα λόγια, είναι η συσκευή που συνδέει μεταξύ τους τις διαφορετικές συσκευές, για να δημιουργηθεί ένα τοπικό δίκτυο. Μέσω του switch, ένας υπολογιστής μπορεί να "δει" μία άλλη συσκευή στο δίκτυο, και να ανταλλάξουν αρχεία ή άλλα δεδομένα μεταξύ τους. Τα περισσότερα σύγχρονα modem/router ενσωματώνουν ένα switch τεσσάρων θέσεων.
Όσο πιο μεγάλο είναι το τοπικό δίκτυο μέσω router που θέλουμε να φτιάξουμε, τόσο μεγαλύτερο είναι το switch που χρειάζεται, καθώς θέλουμε μία θύρα ανά υπολογιστή που συνδέεται με καλώδιο.Όσο πιο μεγάλο είναι το τοπικό δίκτυο μέσω router που θέλουμε να φτιάξουμε, τόσο μεγαλύτερο είναι το switch που χρειάζεται, καθώς θέλουμε μία θύρα ανά υπολογιστή που συνδέεται με καλώδιο. Σε επαγγελματικές εγκαταστάσεις δεν είναι σπάνια μοντέλα των 50 θυρών. Για ακόμα πιο απαιτητικές εφαρμογές, υπάρχουν switches με modules. Για παράδειγμα, η σειρά Nexus της Cisco, που έχουν μέγεθος όσο ένα μικρό ψυγείο. Κάθε module μπορεί να περιλαμβάνει μέχρι 48 θύρες. Το κόστος για ένα module μόνο μπορεί να ξεπεράσει τις 30.000 ευρώ. Φυσικά, αυτές οι προδιαγραφές αφορούν για εξοπλισμό για επαγγελματικές εγκαταστάσεις, και όχι για να στήσουμε ένα απλό ενσύρματο δίκτυο στο σπίτι. Η μεγάλη αξία του switch είναι πως είτε έχουμε 2 υπολογιστές στο τοπικό δίκτυο, είτε έχουμε πάνω από 17.500, όπως στο μεγαλύτερο LAN Party στην ιστορία που μπήκε στο βιβλίο των ρεκόρ Γκίνες, η τεχνολογία πίσω από τα Switch φροντίζει ώστε τα κατάλληλα δεδομένα να καταλήξουν στον σωστό υπολογιστή.

ενσύρματο δίκτυο στο σπίτι & τοπικό δίκτυο μέσω router

οικιακή δικτύωση δίκτυο στο σπίτι lan 09

οικιακή δικτύωση δίκτυο στο σπίτι lan 10

Router

Το "router" τμήμα του modem/router έχει σαν ρόλο να συνδέσει δύο ξεχωριστά δίκτυα. Το Internet (που πρόκειται για ένα "Δίκτυο Ευρείας Περιοχής" - Wide Area Network - WAN) και το τοπικό δίκτυο (Local Area Network - LAN).
Με απλά λόγια, είναι η συσκευή που επιτρέπει στο modem και το switch να συνεννοηθούν και να ανταλλάξουν δεδομένα μεταξύ τους.
Έτσι, παρόλο που υπάρχει μόνο ένα modem στο οικιακό δίκτυο Ethernet, χάρη στο router, όλοι οι υπολογιστές που είναι συνδεδεμένοι στο switch έχουν πρόσβαση στο Internet.
Εκτός όμως από τη σύνδεση των δύο δικτύων, το router αναλαμβάνει και επιπλέον ρόλους.

DHCP / NAT

Ο δεύτερος σημαντικός ρόλος του router είναι πως διαχειρίζεται όλες τις διευθύνσεις IP στο τοπικό δίκτυο.

O DHCP Server (Dynamic Host Configuration Protocol) αναλαμβάνει να αποδώσει αυτόματα μία μοναδική διεύθυνση IP σε κάθε συσκευή στο τοπικό δίκτυο, είτε πρόκειται για υπολογιστή είτε για smartphone / tablet / δικτυακό εκτυπωτή / Smart TV.
Χωρίς τον DHCP, θα έπρεπε να ρυθμίζουμε χειροκίνητα τη διεύθυνση IP σε κάθε συσκευή που θέλαμε να συνδέσουμε στο τοπικό δίκτυο. Και να φροντίζαμε μόνοι μας δύο συσκευές να μην είχαν την ίδια στιγμή την ίδια IP.

Το NAT (Network Address Translator) είναι η λειτουργία του router που κατευθύνει την πληροφορία από το Internet στην κατάλληλη συσκευή του τοπικού δικτύου, μέσω του Switch.
Στην ουσία, μέσω του NAT αντικαθίστανται οι εσωτερικές διευθύνσεις δικτύου. Έτσι, είναι σχεδόν αδύνατη η σύνδεση εξωτερικών χρηστών. Κανείς δεν μπορεί δεν βλέπει τις εσωτερικές διευθύνσεις δικτύου, παρά μόνο εάν τις ρυθμίσουμε έτσι οικειοθελώς.
Αν δεν υπήρχε το NAT, θα υπήρχε πρόβλημα με την πρόσβαση των συσκευών του τοπικού δικτύου στο Internet.

Θεωρητικά, μπορεί να θέλαμε να μπούμε σε μία σελίδα από το κινητό μας, και η σελίδα αυτή να άνοιγε στον υπολογιστή μας, ή να πήγαιναν τα μισά δεδομένα στη μία συσκευή και τα μισά στην άλλη.

ενσύρματο δίκτυο στο σπίτι & τοπικό δίκτυο μέσω router 6λ

οικιακό δίκτυο ethernet 1α

Firewall

Δεν διαθέτουν όλα τα router της αγοράς τείχος προστασίας (firewall). Ειδικά αυτά που έρχονται δωρεάν με τη σύνδεση. Όμως αν το router το διαθέτει, αυξάνει την ασφάλεια του τοπικού μας δικτύου από εξωτερικές επιθέσεις.
Στις περισσότερες περιπτώσεις το firewall αυτό είναι αρκετά βασικό. Για παράδειγμα, δεν μπορεί δηλαδή να μπλοκάρει ένα συγκεκριμένο πρόγραμμα του υπολογιστή από το να έχει πρόσβαση στο Internet.
Όμως, θα μπλοκάρει αποτελεσματικά εξωτερικά δεδομένα που δεν τα έχει ζητήσει κάποια εφαρμογή στον υπολογιστή μας.
Σε συνδυασμό με το NAT, το οποίο κρύβει από το Internet τις εσωτερικές IP στο τοπικό δίκτυο, είναι υπεραρκετή προστασία από εξωτερικές επιθέσεις. Φυσικά, εφόσον αναφερόμαστε σε ένα ενσύρματο δίκτυο στο σπίτι και γενικά στην οικιακή δικτύωση.

Wireless Access Point (AP)

Κάποτε, αν είχαμε ένα modem/router χωρίς τη δυνατότητα ασύρματου, έπρεπε να συνδέσουμε σε αυτό ένα wireless access point για να έχουμε τη λειτουργικότητα του WiFi.
Σήμερα, που η συντριπτική πλειοψηφία των modem/router στην αγορά διαθέτει WiFi, τα wireless access points χρησιμοποιούνται κυρίως σε λειτουργία bridge / repeater / range extender για να επεκτείνουν την εμβέλεια του ασύρματου δικτύου μας.

Οι ταχύτητες στο τοπικό δίκτυο μέσω router

To switch και το wireless access point είναι οι συσκευές που καθορίζουν τη μέγιστη ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων στο ενσύρματο δίκτυο Ethernet και το ασύρματο WiFi αντίστοιχα.
Η ταχύτητα στο τοπικό δίκτυο επηρεάζει αποκλειστικά το πόσο γρήγορα θα μεταφέρονται τα δεδομένα (πχ αρχεία μεγάλου μεγέθους ή streaming video) ανάμεσα σε δύο συσκευές στο ίδιο δίκτυο.
Επίσης, υπενθυμίζουμε τη διαφορά Megabit (Mbit) και MegaByte (MB). Καθώς 1 Byte αποτελείται από 8 bit, 8Mbit ισοδυναμούν με 1MB.

Οι ταχύτητες στο ενσύρματο δίκτυο στο σπίτι

Οι ενσύρματες συνδέσεις δικτύου ακολουθούν το πρωτόκολλο Ethernet (IEEE 802.3).
Το πρωτόκολλο αυτό έκανε την εμφάνισή του το 1980, με τη μορφή 10BASE-T, που είχε ταχύτητα 10Mbps.Fast Ethernet
Το 1995 κυκλοφόρησαν οι πρώτες συσκευές με το πρωτόκολλο Fast Ethernet 100BASE-TX με ταχύτητα 125Mbps.Gigabit Ethernet
Τo 1998 η ταχύτητα του Ethernet δεκαπλασιάστηκε, με το 1000BASE-T Gigabit Ethernet, ταχύτητας 1000Mbit (ή 1Gbit).
To ένα Gigabit είναι και το ανώτερο όριο στην οικιακή δικτύωση αυτή τη στιγμή. Για επαγγελματικές εγκαταστάσεις, το πρωτόκολλο Ethernet φτάνει μέχρι τα 10 Gigabit (10GBASE-T).
Θεωρητικά, το Fast Ethernet μπορεί να μεταφέρει 100/8=12,5MB ανά δευτερόλεπτο, και το Gigabit 125MB.
Σε γενικές γραμμές, το Gigabit Ethernet δημιουργεί νέες δυνατότητες στον χώρο των τοπικών δικτύων, και βελτιώνει κατά πολύ το ενσύρματο δίκτυο στο σπίτι με τις τεράστιες ταχύτητες που μπορεί να προσφέρει.
Όλοι οι κατασκευαστές δικτυακού εξοπλισμού διαθέτουν μεγάλη γκάμα από gigabit switches, και σε πολύ ανταγωνιστικότερες τιμές από άλλες τεχνολογίες με μικρότερο προσφερόμενο εύρος ζώνης.
Οι νεότερες εκδόσεις των Gigabit Ethernet δικτύων μεταφέρουν τα δεδομένα σε 40 και 100 gigabits ανά δευτερόλεπτο. Είναι γνωστές ως δίκτυα των 40GB και των 100GB Ethernet, ενώ υπό ανάπτυξη βρίσκονται τα δίκτυα των 400GB.
Πέρα από τις βασικές εκδόσεις του IEEE 802.3, υπάρχει και η έκδοση της οπτικής ίνας ως φυσικό μέσο μετάδοσης, γνωστή και ως Fiber Ethernet (10Base-F).
Το 10Base-F φυσικά δεν αφορά το ενσύρματο δίκτυο στο σπίτι. Εκτός του αυξημένου κόστους, πρόκειται για πρότυπο που δημιουργήθηκε για τη διασύνδεση σημείων που απέχουν αρκετά μεταξύ τους (μέχρι 2 χιλιόμετρα), και όταν υπάρχει αυξημένος ηλεκτρομαγνητικός θόρυβος (π.χ. βιομηχανίες).

ενσύρματο δίκτυο στο σπίτι & τοπικό δίκτυο μέσω router 7μ

Οι ταχύτητες στο WiFi
Οι ταχύτητες στο Ethernet είναι αρκετά απλές, καθώς κάθε επόμενο πρωτόκολλο έχει πρακτικά δεκαπλάσια ταχύτητα.
Στο WiFi όμως και το τοπικό δίκτυο μέσω router, τα πράγματα είναι αρκετά πιο μπερδεμένα, καθώς η ταχύτητα της σύνδεσης επηρεάζεται από διάφορους εξωτερικούς παράγοντες.

Τύποι καλωδίων Ethernet

Σε κανέναν δεν αρέσει να τρέχουν καλώδια σε όλο του το σπίτι, και αυτός είναι ένας από τους λόγους που το WiFi είναι τόσο δημοφιλές. Όσα Gbps όμως και αν φτάσει το WiFi, το παλιό, καλό καλώδιο Ethernet θα είναι πάντα ο πιο αξιόπιστος τρόπος για να έχουμε ένα σταθερό τοπικό δίκτυο μέσω router. Το πρωτόκολλο Ethernet χρησιμοποιεί τα ίδια βύσματα και την ίδια μέθοδο σύνδεσης από το 10BASE-T μέχρι και 10GBASE-T των 10 Gigabit. Πρακτικά, κάθε καλώδιο Ethernet διαθέτει στις άκρες του βύσματα RJ-45, τα οποία έχουν διπλάσιο μέγεθος από τα RJ-11 του τηλεφώνου και περιλαμβάνει στο εσωτερικό του 8 καλώδια, τα οποία είναι χωρισμένα ανά δύο σε συνεστραμμένα ζεύγη. Όμως, δεν είναι όλα τα καλώδια Ethernet ισότιμα. Διαθέτουν διαφορές που είναι σημαντικές, αναλόγως της ταχύτητας που θέλουμε να έχει το τοπικό μας δίκτυο.
*CAT-5* Το καλώδιο κατηγορίας 5 (Category 5, CAT-5) είναι κατάλληλο για μεταφορά δεδομένων με ταχύτητα μέχρι 100Mbps. Κάποια καλώδια CAT-5 μπορούν να υποστηρίξουν και ταχύτητες 1Gbps (1000Mbps). Ωστόσο, σχεδόν πάντα εμφανίζουν προβλήματα στις ταχύτητες που είναι υψηλότερες των 100Mbps, ειδικά όταν αναφερόμαστε σε μεγάλο όγκο μεταφοράς δεδομένων. Τα περισσότερα καλώδια CAT-5 δεν διαθέτουν εσωτερική θωράκιση. Στηρίζονται στην εσωτερική συστροφή των καλωδίων για την αποφυγή παρεμβολών. Αυτό το χαρακτηριστικό υποδεικνύουν τα αρχικά UTP (Unshielded Twisted Pair).
CAT-5e Το CAT-5e (enhanced) έχει αντικαταστήσει πλέον ολοκληρωτικά το CAT-5. Τα περισσότερα router τη αγοράς πλέον διαθέτουν στη συσκευασία ένα ή περισσότερα καλώδια CAT-5e. Η βασική διαφορά τους είναι πως οι προδιαγραφές του CAT-5e είναι πιο αυστηρές, προκειμένου να μπορεί να ανταπεξέλθει αξιόπιστα σε ταχύτητες της τάξης του 1Gbps.
CAT-6 και CAT-6a Το καλώδιο κατηγορίας 6 είναι ειδικά κατασκευασμένο για το Gigabit Ethernet. Οι προδιαγραφές του είναι ακόμα αυστηρότερες, για απρόσκοπτη μεταφορά δεδομένων στο επίπεδο του 1 Gigabit, ή ακόμη και των 10 Gigabit. Επίσης, θα βρούμε πολύ πιο συχνά καλώδια CAT-6 με θωράκιση από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, τύπου S-FTP (Screened shielded Twisted Pair. Το F προέρχεται από το αλουμινόχαρτο - foil - που χρησιμοποιείται για τη θωράκιση). Όμως, το μέγιστο μήκος καλωδίου στο απλό καλώδιο CAT-6 είναι μικρότερο για δίκτυα 10 Gigabit από ό,τι για 1 Gigabit. Κατά συνέπεια, δημιουργήθηκε το βελτιωμένο Standard CAT-6a (augmented), με προδιαγραφές που μπορούν να καλύψουν τα 10Gigabit σε μεγαλύτερο μήκος καλωδίων.
Μέγιστο μήκος καλωδίου Ethernet Για την πιο απλή κατηγορία καλωδίου Ethernet, CAT-5 UTP, το μέγιστο θεωρητικό μήκος που υποστηρίζει το καλώδιο χωρίς να χρειάζεται ενίσχυση του σήματος είναι τα 100 μέτρα. Αυτό όμως δεν σημαίνει πως μπορούμε να τραβήξουμε ένα καλώδιο από το router μας σε έναν υπολογιστή τρεις πολυκατοικίες πιο πέρα.
Η σύνδεση από την πλευρά των συσκευών Όσο γρήγορο και αν είναι το Ethernet ή το WiFi στο modem/router μας, χρειαζόμαστε και τις αντίστοιχες προδιαγραφές στην κάρτα δικτύου της συσκευής που πρόκειται να συνδεθεί στο τοπικό δίκτυο για να εκμεταλλευτούμε την ταχύτητα. Με άλλα λόγια, αν η ενσωματωμένη κάρτα δικτύου στη μητρική του desktop ή του laptop υπολογιστή είναι Fast Ethernet, ακόμα και σε 10 Gigabit δίκτυο να τη συνδέαμε με καλώδιο CAT-6a, πάλι στα 100Mbps θα λειτουργούσε.