Περιεχόµενα. 1 Εισαγωγή 23. Πρόλογος 19

Transcript

1 Περιεχόµενα Πρόλογος 19 1 Εισαγωγή ΧΡΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΙΚΤΥΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Επιχειρηµατικές εφαρµογές Οικιακές εφαρµογές Μετακινούµενοι χρήστες Κοινωνικά ζητήµατα ΥΛΙΚΟ ΙΚΤΥΩΝ Τοπικά δίκτυα Μητροπολιτικά δίκτυα ίκτυα ευρείας περιοχής Ασύρµατα δίκτυα Οικιακά δίκτυα ιαδίκτυα ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ ΙΚΤΥΩΝ Ιεραρχίες πρωτοκόλλων Ζητήµατα σχεδίασης των επιπέδων 57

2 8 Περιεχόµενα Συνδεσµοστρεφείς και ασυνδεσµικές υπηρεσίες Θεµελιώδεις λειτουργίες υπηρεσιών Η σχέση των υπηρεσιών µε τα πρωτόκολλα ΜΟΝΤΕΛΑ ΑΝΑΦΟΡΑΣ Το µοντέλο αναφοράς OSI Το µοντέλο αναφοράς TCP/IP Σύγκριση των µοντέλων αναφοράς OSI και TCP/IP Κριτική του µοντέλου και των πρωτοκόλλων OSI Κριτική του µοντέλου αναφοράς TCP/IP ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑΤΑ ΙΚΤΥΩΝ Το Internet Συνδεσµοστρεφή δίκτυα: X.25, Frame Relay, και ATM Ethernet Ασύρµατα LAN: ΤΥΠΟΠΟΙΗΣΗ ΙΚΤΥΩΝ Ποιος είναι ποιος στον κόσµο των τηλεπικοινωνιών Ποιος είναι ποιος στον κόσµο των διεθνών προτύπων Ποιος είναι ποιος στον κόσµο των προτύπων του Internet ΜΕΤΡΙΚΕΣ ΜΟΝΑ ΕΣ ΙΑΡΘΡΩΣΗ ΤΟΥ ΥΠΟΛΟΙΠΟΥ ΒΙΒΛΙΟΥ ΣΥΝΟΨΗ Το φυσικό επίπεδο Η ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΒΑΣΗ ΤΗΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ Ε ΟΜΕΝΩΝ Ανάλυση Φουριέ Σήµατα που περιορίζονται από το εύρος ζώνης Ο µέγιστος ρυθµός µεταφοράς δεδοµένων ενός καναλιού ΚΑΤΕΥΘΥΝΟΜΕΝΑ ΜΕΣΑ ΜΕΤΑ ΟΣΗΣ Μαγνητικά µέσα Σύστροφο ζεύγος Οµοαξονικό καλώδιο Οπτικές ίνες 126

3 Περιεχόµενα ΑΣΥΡΜΑΤΗ ΜΕΤΑ ΟΣΗ Το ηλεκτροµαγνητικό φάσµα Μετάδοση µε ραδιοκύµατα Μετάδοση µε µικροκύµατα Υπέρυθρα και χιλιοστοµετρικά κύµατα Μετάδοση µε οπτικά κύµατα ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΟΙ ΟΡΥΦΟΡΟΙ Γεωστατικοί δορυφόροι ορυφόροι µέσης γήινης τροχιάς ορυφόροι χαµηλής γήινης τροχιάς ορυφόροι εναντίον οπτικών ινών ΗΜΟΣΙΟ ΙΚΤΥΟ ΜΕΤΑΓΩΓΗΣ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑΣ οµή του τηλεφωνικού συστήµατος Η πολιτική της τηλεφωνίας Ο τοπικός βρόχος: µόντεµ, ADSL και ασύρµατες επικοινωνίες Ζεύξεις και πολύπλεξη Μεταγωγή ΣΥΣΤΗΜΑ ΚΙΝΗΤΗΣ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑΣ Κινητή τηλεφωνία πρώτης γενιάς: αναλογική φωνή Κινητή τηλεφωνία δεύτερης γενιάς: ψηφιακή φωνή Κινητή τηλεφωνία τρίτης γενιάς: ψηφιακή φωνή και δεδοµένα ΚΑΛΩ ΙΑΚΗ ΤΗΛΕΟΡΑΣΗ Τηλεόραση κοινοτικής κεραίας Internet µέσω καλωδιακής Κατανοµή του φάσµατος Καλωδιακά µόντεµ ADSL εναντίον καλωδιακής ΣΥΝΟΨΗ Το επίπεδο συνδέσµου µετάδοσης δεδοµένων ΖΗΤΗΜΑΤΑ ΣΧΕ ΙΑΣΗΣ ΤΟΥ ΕΠΙΠΕ ΟΥ ΣΥΝ ΕΣΜΟΥ ΜΕΤΑ ΟΣΗΣ Ε ΟΜΕΝΩΝ Παρεχόµενες υπηρεσίες προς το επίπεδο δικτύου 227

4 10 Περιεχόµενα Πλαισίωση Έλεγχος σφαλµάτων Έλεγχος ροής ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΚΑΙ ΙΟΡΘΩΣΗ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ Κωδικοί διόρθωσης σφαλµάτων Κωδικοί ανίχνευσης σφαλµάτων ΒΑΣΙΚΑ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΣΥΝ ΕΣΜΟΥ ΜΕΤΑ ΟΣΗΣ Ε ΟΜΕΝΩΝ Ένα µονόδροµο πρωτόκολλο χωρίς περιορισµούς Ένα µονόδροµο πρωτόκολλο παύσης και αναµονής Ένα µονόδροµο πρωτόκολλο για θορυβώδη κανάλια ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΚΥΛΙΟΜΕΝΟΥ ΠΑΡΑΘΥΡΟΥ Ένα πρωτόκολλο κυλιόµενου παραθύρου του ενός bit Ένα πρωτόκολλο µε οπισθοχώρηση κατά N Ένα πρωτόκολλο µε επιλεκτική επανάληψη ΕΠΑΛΗΘΕΥΣΗ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΩΝ Μοντέλα µηχανών πεπερασµένης κατάστασης Μοντέλα δικτύων Petri ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑΤΑ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΩΝ ΣΥΝ ΕΣΜΟΥ ΜΕΤΑ ΟΣΗΣ Ε ΟΜΕΝΩΝ HDLC Έλεγχος συνδέσµου µετάδοσης δεδοµένων υψηλού επιπέδου Το επίπεδο συνδέσµου µετάδοσης δεδοµένων στο Internet ΣΥΝΟΨΗ Το υποεπίπεδο ελέγχου προσπέλασης µέσων ΤΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΤΗΣ ΚΑΤΑΝΟΜΗΣ ΤΟΥ ΚΑΝΑΛΙΟΥ Στατική εκχώρηση καναλιού σε LAN και MAN υναµική εκχώρηση καναλιού σε LAN και MAN ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ ALOHA Πρωτόκολλα πολλαπλής πρόσβασης µε ανίχνευση φέροντος σήµατος 306

5 Περιεχόµενα Πρωτόκολλα χωρίς συγκρούσεις Πρωτόκολλα περιορισµένου ανταγωνισµού Πρωτόκολλα πολλαπλής πρόσβασης µε διαίρεση µήκους κύµατος Πρωτόκολλα ασύρµατων LAN ETHERNET Καλωδίωση Ethernet Κωδικοποίηση Μάντσεστερ Το πρωτόκολλο υποεπιπέδου MAC του Ethernet Ο αλγόριθµος δυαδικής εκθετικής οπισθοχώρησης Απόδοση του Ethernet Ethernet µεταγωγής Γρήγορο Ethernet Gigabit Ethernet IEEE 802.2: Έλεγχος λογικού συνδέσµου Ανασκόπηση του Ethernet ΑΣΥΡΜΑΤΑ LAN Η στοίβα πρωτοκόλλων του Το φυσικό επίπεδο του Το πρωτόκολλο υποεπιπέδου MAC του οµή πλαισίων του Υπηρεσίες ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΑ ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΙΚΤΥΑ Σύγκριση του µε το Η στοίβα πρωτοκόλλων του Το φυσικό επίπεδο του Το πρωτόκολλο υποεπιπέδου MAC του Η δοµή πλαισίων του BLUETOOTH Αρχιτεκτονική του Bluetooth Εφαρµογές του Bluetooth Η στοίβα πρωτοκόλλων του Bluetooth Το επίπεδο ραδιοκυµάτων του Bluetooth Το επίπεδο βασικής ζώνης του Bluetooth Το επίπεδο L2CAP του Bluetooth Η δοµή πλαισίων του Bluetooth 373

6 12 Περιεχόµενα 4.7 ΜΕΤΑΓΩΓΗ ΕΠΙΠΕ ΟΥ ΣΥΝ ΕΣΜΟΥ ΜΕΤΑ ΟΣΗΣ Ε ΟΜΕΝΩΝ Γέφυρες από το 802.x στο 802.y Τοπική διαδικτύωση Γέφυρες δένδρου-σκελετού Αποµακρυσµένες γέφυρες Επαναλήπτες, οµφαλοί, γέφυρες, µεταγωγείς, δροµολογητές, και πύλες Εικονικά LAN ΣΥΝΟΨΗ Το επίπεδο δικτύου ΖΗΤΗΜΑΤΑ ΣΧΕ ΙΑΣΗΣ ΤΟΥ ΕΠΙΠΕ ΟΥ ΙΚΤΥΟΥ Μεταγωγή πακέτων µε αποθήκευση και προώθηση Παρεχόµενες υπηρεσίες προς το επίπεδο µεταφοράς Υλοποίηση της ασυνδεσµικής υπηρεσίας Υλοποίηση της συνδεσµοστρεφούς υπηρεσίας Σύγκριση υποδικτύων εικονικών κυκλωµάτων και αυτοδύναµων πακέτων ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ ΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗΣ Η αρχή της βέλτιστης κατάστασης ροµολόγηση συντοµότερης διαδροµής ροµολόγηση µε πληµµύρα ροµολόγηση µε διανύσµατα απόστασης ροµολόγηση µε κατάσταση συνδέσµων Ιεραρχική δροµολόγηση ροµολόγηση µε εκποµπή ροµολόγηση πολυδιανοµής ροµολόγηση για κινητούς υπολογιστές υπηρεσίας ροµολόγηση σε δίκτυα ειδικού σκοπού Αναζήτηση κόµβων σε οµότιµα δίκτυα ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΜΦΟΡΗΣΗΣ Γενικές αρχές του ελέγχου συµφόρησης Πολιτικές πρόληψης της συµφόρησης Έλεγχος συµφόρησης σε υποδίκτυα εικονικών κυκλωµάτων Έλεγχος συµφόρησης σε υποδίκτυα αυτοδύναµων πακέτων 457

7 Περιεχόµενα Αποβολή φορτίου Έλεγχος παραµόρφωσης χρονισµού ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ Απαιτήσεις Τεχνικές επίτευξης καλής ποιότητας υπηρεσιών Ολοκληρωµένες υπηρεσίες ιαφοροποιηµένες υπηρεσίες Μεταγωγή ετικετών και MPLS ΙΑ ΙΚΤΥΩΣΗ Πώς διαφέρουν τα δίκτυα Πώς µπορούν να συνδεθούν τα δίκτυα Συνενωµένα εικονικά κυκλώµατα Ασυνδεσµική διαδικτύωση ιοχέτευση σε σήραγγα ροµολόγηση στα διαδίκτυα Κατακερµατισµός ΤΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΙΚΤΥΟΥ ΣΤΟ INTERNET Το πρωτόκολλο IP ιευθύνσεις IP Πρωτόκολλα ελέγχου του Internet OSPF Το εσωτερικό πρωτόκολλο δροµολόγησης πύλης δικτύου BGP Το εξωτερικό πρωτόκολλο δροµολόγησης πύλης δικτύου Πολυδιανοµή στο Internet Φορητό IP IPv ΣΥΝΟΨΗ Το επίπεδο µεταφοράς Η ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ Παρεχόµενες υπηρεσίες προς τα υψηλότερα επίπεδα Θεµελιώδεις λειτουργίες υπηρεσίας µεταφοράς Υποδοχές Berkeley 565

8 14 Περιεχόµενα Ένα παράδειγµα προγραµµατισµού υποδοχών: ένας διακοµιστής αρχείων του Internet ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΩΝ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ιευθυνσιοδότηση Εγκαθίδρυση συνδέσεων Αποδέσµευση συνδέσεων Έλεγχος ροής και προσωρινή αποθήκευση Πολύπλεξη Ανάκαµψη από κατάρρευση ΈΝΑ ΑΠΛΟ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ Οι θεµελιώδεις λειτουργίες υπηρεσίας του παραδείγµατος Η οντότητα µεταφοράς του παραδείγµατος Το παράδειγµα ως µηχανή πεπερασµένης κατάστασης ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΤΟΥ INTERNET: UDP Εισαγωγή στο UDP Κλήση αποµακρυσµένων διαδικασιών Το πρωτόκολλο µεταφοράς δεδοµένων πραγµατικού χρόνου ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΤΟΥ INTERNET: TCP Εισαγωγή στο TCP Το µοντέλο υπηρεσίας του TCP Το πρωτόκολλο TCP Η κεφαλίδα τµήµατος του TCP Εγκαθίδρυση συνδέσεων στο TCP Αποδέσµευση συνδέσεων στο TCP Μοντελοποίηση διαχείρισης συνδέσεων του TCP Πολιτική µετάδοσης στο TCP Έλεγχος συµφόρησης στο TCP ιαχείριση χρονοµέτρων στο TCP Ασύρµατο TCP και UDP TCP συναλλαγών ΖΗΤΗΜΑΤΑ ΑΠΟ ΟΣΗΣ Προβλήµατα απόδοσης σε δίκτυα υπολογιστών Μέτρηση της απόδοσης του δικτύου 646

9 Περιεχόµενα Σχεδίαση συστήµατος για καλύτερη απόδοση Γρήγορη επεξεργασία των TPDU Πρωτόκολλα για δίκτυα gigabit ΣΥΝΟΨΗ Το επίπεδο εφαρµογών DNS ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΟΝΟΜΑΤΩΝ ΠΕΡΙΟΧΩΝ Ο χώρος ονοµάτων του DNS Εγγραφές πόρων ιακοµιστές ονοµάτων ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟ ΤΑΧΥ ΡΟΜΕΙΟ Αρχιτεκτονική και υπηρεσίες Ο πράκτορας χρήστη Μορφές µηνυµάτων Μεταφορά µηνυµάτων Τελική παράδοση Ο ΠΑΓΚΟΣΜΙΟΣ ΙΣΤΟΣ Επισκόπηση αρχιτεκτονικής Στατικά έγγραφα Ιστού υναµικά έγγραφα Ιστού HTTP Το πρωτόκολλο µεταφοράς υπερ-κειµένου Βελτιώσεις απόδοσης Ο ασύρµατος Ιστός ΠΟΛΥΜΕΣΑ Εισαγωγή στον ψηφιακό ήχο Συµπίεση ήχου Συνεχής ροή ήχου Ραδιόφωνο µέσω Internet Φωνή µέσω IP Εισαγωγή στο βίντεο Συµπίεση βίντεο Βίντεο κατόπιν αιτήσεως Το MBONE Το δίκτυο σπονδυλικής στήλης πολυδιανοµής ΣΥΝΟΨΗ 819

10 16 Περιεχόµενα 8 Ασφάλεια δικτύων ΚΡΥΠΤΟΓΡΑΦΙΑ Εισαγωγή στην κρυπτογραφία Κρυπτογραφίες αντικατάστασης Κρυπτογραφίες µετάθεσης Πινακίδες µίας χρήσης ύο θεµελιώδεις κρυπτογραφικές αρχές ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ ΣΥΜΜΕΤΡΙΚΟΥ ΚΛΕΙ ΙΟΥ DES Το πρότυπο κρυπτογράφησης δεδοµένων AES Το προηγµένο πρότυπο κρυπτογράφησης Καταστάσεις λειτουργίας κρυπτογραφίας Άλλες κρυπτογραφίες Κρυπτανάλυση ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ ΗΜΟΣΙΟΥ ΚΛΕΙ ΙΟΥ RSA Άλλοι αλγόριθµου δηµόσιου κλειδιού ΨΗΦΙΑΚΕΣ ΥΠΟΓΡΑΦΕΣ Υπογραφές συµµετρικού κλειδιού Υπογραφές δηµόσιου κλειδιού Συνόψεις µηνυµάτων Η επίθεση των γενεθλίων ΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΗΜΟΣΙΩΝ ΚΛΕΙ ΙΩΝ Πιστοποιητικά X Υποδοµές δηµόσιων κλειδιών ΑΣΦΑΛΕΙΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ IPsec Αντιπυρικές ζώνες Εικονικά ιδιωτικά δίκτυα Ασύρµατη ασφάλεια 893

11 Περιεχόµενα ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΑΥΤΟΤΗΤΑΣ Πιστοποίηση ταυτότητας βασισµένη σε κοινόχρηστο µυστικό κλειδί Εγκαθίδρυση ενός κοινόχρηστου κλειδιού: η ανταλλαγή κλειδιού Diffie-Hellman Πιστοποίηση ταυτότητας µε χρήση ενός κέντρου διανοµής κλειδιών Πιστοποίηση ταυτότητας µε χρήση του Kerberos Πιστοποίηση ταυτότητας µε χρήση κρυπτογραφίας δηµόσιου κλειδιού ΑΣΦΑΛΕΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΥ ΤΑΧΥ ΡΟΜΕΙΟΥ PGP Αρκετά καλή προστασία απορρήτου PEM Ταχυδροµείο ενισχυµένης προστασίας απορρήτου S/MIME ΑΣΦΑΛΕΙΑ ΣΤΟΝ ΙΣΤΟ Απειλές Ασφαλής ονοµασία SSL Ασφαλές επίπεδο υποδοχών Ασφάλεια κινητού κώδικα ΚΟΙΝΩΝΙΚΑ ΖΗΤΗΜΑΤΑ Προστασία απορρήτου Ελευθερία του λόγου Πνευµατικά δικαιώµατα ΣΥΝΟΨΗ Προτεινόµενα αναγνώσµατα και βιβλιογραφία ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΜΕΛΕΤΗ Εισαγωγή και γενικά έργα Το φυσικό επίπεδο Το επίπεδο συνδέσµου µετάδοσης δεδοµένων Το υποεπίπεδο ελέγχου προσπέλασης µέσων Το επίπεδο δικτύου 961

12 18 Περιεχόµενα Το επίπεδο µεταφοράς Το επίπεδο εφαρµογών Ασφάλεια δικτύων ΑΛΦΑΒΗΤΙΚΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 968 Ευρετήριο 991

13 5 Το επίπεδο δικτύου Το επίπεδο δικτύου ασχολείται µε τη µεταφορά πακέτων από την προέλευσή τους µέχρι τον προορισµό τους. Για να φτάσουν τα πακέτα στον προορισµό τους, µπορεί να χρειαστεί να κάνουν πολλά άλµατα (hops) µέσω ενδιάµεσων δροµολογητών που υπάρχουν στη διαδροµή. Η λειτουργία αυτή είναι σαφώς διαφορετική από εκείνη του επιπέδου συνδέσµου µετάδοσης δεδοµένων, το οποίο έχει τον πιο ταπεινό στόχο να µετακινεί απλώς πλαίσια από το ένα άκρο του σύρµατος στο άλλο. Έτσι, το επίπεδο δικτύου είναι το κατώτερο επίπεδο που ασχολείται µε τη µετάδοση απ' άκρου εις άκρο (end-to-end). Για να πετύχει τους στόχους του, το επίπεδο δικτύου πρέπει να γνωρίζει την τοπολογία του υποδικτύου επικοινωνίας (δηλαδή, του συνόλου όλων των δροµολογητών) και να επιλέγει κατάλληλες διαδροµές µέσα από αυτό. Θα πρέπει επίσης να προσέχει όταν επιλέγει δρο- µολόγια, έτσι ώστε να αποφεύγει την υπερφόρτωση κάποιων γραµµών επικοινωνίας και δρο- µολογητών ενώ άλλοι παραµένουν αδρανείς. Τέλος, όταν η προέλευση και ο προορισµός βρίσκονται σε διαφορετικά δίκτυα, παρουσιάζονται πρόσθετα προβλήµατα. Είναι θέµα του επιπέδου δικτύου να ασχοληθεί µε όλα αυτά τα προβλήµατα. Στο κεφάλαιο αυτό θα µελετήσουµε και θα παρουσιάσουµε όλα τα ζητήµατα αυτά, χρησιµοποιώντας πρωταρχικά το Internet και το πρωτόκολλο επιπέδου δικτύου του, το IP, αν και θα ασχοληθούµε και µε τα ασύρ- µατα δίκτυα. 5.1 Ζητήµατα σχεδίασης του επιπέδου δικτύου Στις ακόλουθες ενότητες θα κάνουµε µια εισαγωγική παρουσίαση µερικών από τα ζητή- µατα µε τα οποία ασχολούνται οι σχεδιαστές του επιπέδου δικτύου. Τα ζητήµατα αυτά περι-

14 404 Το επίπεδο δικτύου ΚΕΦ. 5 λαµβάνουν την υπηρεσία που παρέχεται στο επίπεδο µεταφοράς και την εσωτερική σχεδίαση του υποδικτύου Μεταγωγή πακέτων µε αποθήκευση και προώθηση Πριν αρχίσουµε να εξηγούµε τις λεπτοµέρειες του επιπέδου δικτύου, αξίζει µάλλον να περιγράψουµε ξανά το περιβάλλον µέσα στο οποίο λειτουργούν τα πρωτόκολλα επιπέδου δικτύου. Το περιβάλλον αυτό φαίνεται στην Εικόνα 5-1. Τα κύρια συστατικά του συστήµατος είναι ο εξοπλισµός του φορέα (δροµολογητές συνδεδεµένοι µέσω γραµµών µετάδοσης), ο οποίος φαίνεται µέσα στο σκιασµένο οβάλ, και ο εξοπλισµός των πελατών, ο οποίος φαίνεται έξω από το οβάλ. Ο υπολογιστής υπηρεσίας H1 είναι άµεσα συνδεδεµένος σε έναν από τους δροµολογητές του φορέα, τον A, µέσω µιας µισθωµένης γραµµής. Αντίθετα, ο H2 βρίσκεται σε ένα LAN µε ένα δροµολογητή, τον F, ο οποίος είναι ιδιοκτησία του πελάτη και υπό τον έλεγχό του. Ο δροµολογητής αυτός διαθέτει επίσης µια µισθωµένη γραµµή µέχρι τον εξοπλισµό του φορέα. Έχουµε δείξει τον F σαν να βρίσκεται έξω από το οβάλ επειδή δεν ανήκει στο φορέα όµως, από πλευράς κατασκευής, λογισµικού, και πρωτοκόλλων δεν διαφέρει µάλλον από τους δροµολογητές του φορέα. Το κατά πόσον ανήκει στο υποδίκτυο είναι συζητήσιµο, αλλά για τις ανάγκες του κεφαλαίου αυτού θα θεωρούνται µέρος του υποδικτύου και οι δροµολογητές που υπάρχουν στις εγκαταστάσεις των πελατών, επειδή εκτελούν τους ί- διους αλγόριθµους όπως και οι δροµολογητές του φορέα (και το βασικό µας ενδιαφέρον εδώ είναι οι αλγόριθµοι). Εικόνα 5-1. Το περιβάλλον των πρωτοκόλλων επιπέδου δικτύου. Ο εξοπλισµός αυτός χρησιµοποιείται ως εξής. Ο υπολογιστής υπηρεσίας που έχει ένα πακέτο για αποστολή το µεταδίδει στον κοντινότερο δροµολογητή, είτε απευθείας στο δικό του LAN είτε µέσω µιας γραµµής από σηµείο σε σηµείο µε το φορέα. Το πακέτο αποθηκεύεται εκεί µέχρι να φτάσει πλήρως, έτσι ώστε να µπορεί να επαληθευθεί το άθροισµα ελέγχου. Στη συνέχεια προωθείται στον επόµενο δροµολογητή κατά µήκος της διαδροµής, µέχρι να φτάσει στον υπολογιστή υπηρεσίας προορισµού όπου και παραδίδεται. Ο µηχανισµός αυτός είναι η µεταγωγή πακέτων µε αποθήκευση και προώθηση (store-and-forward), όπως έχουµε δει σε προηγούµενα κεφάλαια.

15 ΕΝ. 5.1 Ζητήµατα σχεδίασης του επιπέδου δικτύου Παρεχόµενες υπηρεσίες προς το επίπεδο µεταφοράς Το επίπεδο δικτύου παρέχει υπηρεσίες στο επίπεδο µεταφοράς, στο σηµείο διασύνδεσης επιπέδου δικτύου και επιπέδου µεταφοράς. Ένα σηµαντικό ερώτηµα αφορά το είδος υπηρεσιών που παρέχονται από το επίπεδο δικτύου στο επίπεδο µεταφοράς. Οι υπηρεσίες του επιπέδου δικτύου έχουν σχεδιαστεί µε τους ακόλουθους στόχους κατά νου: 1. Οι υπηρεσίες πρέπει να είναι ανεξάρτητες από την τεχνολογία του δροµολογητή. 2. Το επίπεδο µεταφοράς δεν πρέπει να γνωρίζει το πλήθος, τον τύπο, και την τοπολογία των υπαρχόντων δροµολογητών. 3. Οι διευθύνσεις δικτύου που διατίθενται στο επίπεδο µεταφοράς πρέπει να χρησιµοποιούν ένα οµοιόµορφο σχέδιο αριθµοδότησης, ακόµα και ανάµεσα σε διαφορετικά LAN και WAN. Με δεδοµένους αυτούς τους στόχους, οι σχεδιαστές του επιπέδου δικτύου έχουν µεγάλη ελευθερία στη συγγραφή των λεπτοµερών προδιαγραφών για τις υπηρεσίες που θα προσφέρονται στο επίπεδο µεταφοράς. Η ελευθερία αυτή συχνά εκφυλίζεται σε µια άγρια µάχη ανά- µεσα σε δύο εµπόλεµες παρατάξεις. Η συζήτηση επικεντρώνεται στο κατά πόσον το επίπεδο δικτύου θα πρέπει να παρέχει συνδεσµοστρεφή ή ασυνδεσµική υπηρεσία. Το ένα στρατόπεδο (που εκπροσωπείται από την κοινότητα του Internet) ισχυρίζεται ότι η δουλειά των δροµολογητών είναι να µεταφέρουν πακέτα και τίποτα άλλο. Κατά τη γνώµη τους (η οποία βασίζεται σε 30 χρόνια πραγµατικής πείρας µε ένα πραγµατικό δίκτυο υπολογιστών σε λειτουργία), το υποδίκτυο είναι εγγενώς αναξιόπιστο, ανεξάρτητα από τον τρόπο σχεδίασής του. Κατά συνέπεια, οι υπολογιστές υπηρεσίας θα πρέπει να αποδεχτούν το γεγονός ότι το δίκτυο είναι αναξιόπιστο και να υλοποιήσουν οι ίδιοι έλεγχο σφαλµάτων (δηλαδή, ανίχνευση και διόρθωση σφαλµάτων) και έλεγχο ροής. Η άποψη αυτή οδηγεί αβίαστα στο συµπέρασµα ότι η υπηρεσία του δικτύου πρέπει να είναι ασυνδεσµική, µε τις θεµελιώδεις λειτουργίες ΑΠΟΣΤΟΛΗ ΠΑΚΕΤΟΥ και ΛΗΨΗ ΠΑ- ΚΕΤΟΥ και λίγα ακόµα πράγµατα. Πιο συγκεκριµένα, δεν θα πρέπει να υλοποιούνται µηχανισµοί διάταξης των πακέτων µε τη σωστή σειρά και ελέγχου ροής, αφού οι υπολογιστές υ- πηρεσίας θα τους υλοποιήσουν σε κάθε περίπτωση, και συνήθως δεν υπάρχει µεγάλο κέρδος από τη διπλή υλοποίησή τους. Επιπλέον, κάθε πακέτο θα πρέπει να περιέχει την πλήρη διεύθυνση του προορισµού, αφού κάθε πακέτο που αποστέλλεται µεταφέρεται ανεξάρτητα από τους προκατόχους του, εάν υπάρχουν. Το άλλο στρατόπεδο (που εκπροσωπείται από τις τηλεφωνικές εταιρείες) ισχυρίζεται ότι το υποδίκτυο θα πρέπει να παρέχει µια αξιόπιστη, συνδεσµοστρεφή υπηρεσία. Υποστηρίζουν ότι 100 χρόνια επιτυχηµένης πείρας µε το παγκόσµιο τηλεφωνικό σύστηµα είναι ένας άριστος οδηγός. Κατά την άποψη αυτή ο κυρίαρχος παράγοντας είναι η ποιότητα υπηρεσιών, και χωρίς συνδέσεις στο υποδίκτυο είναι πολύ δύσκολο να επιτευχθεί η ποιότητα υπηρεσιών, ειδικά για δεδοµένα πραγµατικού χρόνου όπως η φωνή και το βίντεο. Τα καλύτερα παραδείγµατα για τα δύο αυτά στρατόπεδα είναι το Internet και τα δίκτυα ΑΤΜ. To Internet προσφέρει ασυνδεσµική υπηρεσία σε επίπεδο δικτύου. Τα δίκτυα ATM προσφέρουν συνδεσµοστρεφή υπηρεσία σε επίπεδο δικτύου. Πρέπει όµως να σηµειωθεί ότι, όσο οι εγγυήσεις ποιότητας υπηρεσιών γίνονται όλο και πιο σηµαντικές, το Internet εξελίσσεται. Πιο συγκεκριµένα, αρχίζει να αποκτά ιδιότητες που κανονικά έχουν σχέση µε τη συνδε-

16 406 Το επίπεδο δικτύου ΚΕΦ. 5 σµοστρεφή υπηρεσία, όπως θα δούµε αργότερα. Στην πραγµατικότητα κάναµε ήδη µία νύξη σχετικά µε την εξέλιξη αυτή, κατά τη µελέτη των VLAN στο Κεφάλαιο Υλοποίηση της ασυνδεσµικής υπηρεσίας Έχοντας δει τις δύο κατηγορίες υπηρεσιών που µπορεί να προσφέρει το επίπεδο δικτύου στους χρήστες του, οπότε είναι ώρα να δούµε πώς λειτουργεί εσωτερικά το επίπεδο αυτό. Ανάλογα µε τον τύπο της προσφερόµενης υπηρεσίας, είναι δυνατές δύο διαφορετικές οργανώσεις. Αν προσφέρεται ασυνδεσµική υπηρεσία, τα πακέτα εισάγονται µεµονωµένα στο υποδίκτυο και δροµολογούνται ανεξάρτητα το ένα από το άλλο. εν χρειάζεται κάποια εκ των προτέρων συνεννόηση. Στο περιβάλλον αυτό τα πακέτα ονοµάζονται συχνά αυτοδύναµα πακέτα (datagrams) σε αναλογία µε τα τηλεγραφήµατα, τα οποία ονοµάζονται telegrams στα Αγγλικά και το υποδίκτυο ονοµάζεται υποδίκτυο αυτοδύναµων πακέτων (datagram subnet). Όταν χρησιµοποιείται η συνδεσµοστρεφής υπηρεσία, πριν σταλούν οποιαδήποτε πακέτα δεδοµένων θα πρέπει να εγκαθιδρυθεί µια διαδροµή από το δροµολογητή προέλευσης µέχρι το δροµολογητή προορισµού. Αυτή η σύνδεση ονοµάζεται εικονικό κύκλωµα ή VC (virtual circuit), σε αναλογία µε τα φυσικά κυκλώµατα που εγκαθιδρύονται στο τηλεφωνικό σύστηµα, και το υποδίκτυο ονοµάζεται υποδίκτυο εικονικών κυκλωµάτων (virtual-circuit subnet). Στην ενότητα αυτή θα εξετάσουµε τα υποδίκτυα αυτοδύναµων πακέτων, ενώ στην επόµενη θα εξετάσουµε τα υποδίκτυα εικονικών κυκλωµάτων. Ας δούµε τώρα πώς λειτουργεί ένα υποδίκτυο αυτοδύναµων πακέτων. Υποθέστε ότι η διεργασία P1 στην Εικόνα 5-2 έχει ένα µεγάλο µήνυµα για την P2. Η διεργασία παραδίδει το µήνυµα στο επίπεδο µεταφοράς µε οδηγίες να παραδοθεί στη διεργασία P2 στον υπολογιστή υπηρεσίας H2. Ο κώδικας του επιπέδου µεταφοράς εκτελείται στον H1, συνήθως µέσα στο λειτουργικό σύστηµα. Ο κώδικας αυτός προσθέτει µια κεφαλίδα µεταφοράς στην αρχή του µηνύµατος και παραδίδει το αποτέλεσµα στο επίπεδο δικτύου, που πιθανότατα είναι απλώς άλλη µια διεργασία µέσα στο λειτουργικό σύστηµα Ας υποθέσουµε ότι το µήνυµα είναι τέσσερις φορές µεγαλύτερο από το µέγιστο µέγεθος των πακέτων, έτσι το επίπεδο δικτύου θα πρέπει να το διασπάσει σε τέσσερα πακέτα, 1, 2, 3, και 4, και να στείλει µε τη σειρά το καθένα από αυτά στο δροµολογητή A χρησιµοποιώντας κάποιο πρωτόκολλο από σηµείο σε σηµείο, για παράδειγµα το PPP. Στο σηµείο αυτό αναλαµβάνει ο φορέας. Κάθε δροµολογητής έχει έναν εσωτερικό πίνακα ο οποίος δείχνει πού πρέπει να στέλνονται τα πακέτα για κάθε πιθανό προορισµό. Κάθε καταχώριση του πίνακα είναι ένα ζεύγος το οποίο αποτελείται από τον προορισµό και την εξερχόµενη γραµµή που πρέπει να χρησιµοποιείται για τον προορισµό αυτόν. Μπορούν να χρησιµοποιούνται µόνο άµεσα συνδεδεµένες γραµµές. Για παράδειγµα, στην Εικόνα 5-2 ο A έχει µόνο δύο εξερχόµενες γραµµές προς τους B και C άρα κάθε εισερχόµενο πακέτο πρέπει να σταλεί σε έναν από αυτούς τους δροµολογητές, ακόµα και αν ο τελικός του προορισµός είναι κάποιος άλλος δροµολογητής. Ο αρχικός πίνακας δροµολόγησης του A δίνεται στην εικόνα κάτω από την ετικέτα "αρχικά".

17 ΕΝ. 5.1 Ζητήµατα σχεδίασης του επιπέδου δικτύου 407 Εικόνα 5-2. ροµολόγηση σε ένα δίκτυο αυτοδύναµων πακέτων. Καθώς έφταναν στον A, τα πακέτα 1, 2, και 3 αποθηκεύτηκαν για λίγο (έτσι ώστε να επαληθευθούν τα αθροίσµατα ελέγχου τους). Στη συνέχεια το καθένα προωθήθηκε στον C σύµφωνα µε τον πίνακα του A. Το πακέτο 1 προωθήθηκε στη συνέχεια στον E και µετά στον F. Όταν έφτασε στον F, ενθυλακώθηκε σε ένα πλαίσιο επιπέδου συνδέσµου µετάδοσης δεδοµένων και στάλθηκε στον H2 µέσω του LAN. Τα πακέτα 2 και 3 ακολούθησαν το ίδιο δροµολόγιο. Στο πακέτο 4, όµως, συνέβη κάτι διαφορετικό. Όταν έφτασε στον A στάλθηκε στο δροµολογητή B, παρά το ότι και αυτό προορίζεται για τον F. Για κάποιο λόγο ο A αποφάσισε να στείλει το πακέτο 4 µέσω ενός διαφορετικού δροµολογίου, σε σχέση µε τα τρία πρώτα πακέτα. Ίσως να έµαθε ότι υπάρχει κυκλοφοριακή συµφόρηση κάπου στη διαδροµή ACE και να ενηµέρωσε τον πίνακα δροµολόγησής του, όπως φαίνεται κάτω από την ετικέτα "αργότερα". Ο αλγόριθµος που διαχειρίζεται τους πίνακες και λαµβάνει τις αποφάσεις δροµολόγησης ο- νοµάζεται αλγόριθµος δροµολόγησης (routing algorithm). Οι αλγόριθµοι δροµολόγησης είναι ένα από τα κύρια θέµατα που θα µελετήσουµε σε αυτό το κεφάλαιο Υλοποίηση της συνδεσµοστρεφούς υπηρεσίας Για τη συνδεσµοστρεφή υπηρεσία χρειαζόµαστε ένα υποδίκτυο εικονικών κυκλωµάτων. Ας δούµε πώς δουλεύει αυτό. Η ιδέα πίσω από τα εικονικά κυκλώµατα είναι να µη χρειάζεται να επιλέγουµε ένα νέο δροµολόγιο για κάθε πακέτο που στέλνεται, όπως στην Εικόνα 5-2. Αντίθετα, όταν εγκαθιδρύεται µια σύνδεση, στα πλαίσια της εγκαθίδρυσης της σύνδεσης επι-

18 408 Το επίπεδο δικτύου ΚΕΦ. 5 λέγεται ένα δροµολόγιο από τη µηχανή προέλευσης έως τη µηχανή προορισµού, το οποίο αποθηκεύεται σε πίνακες στους δροµολογητές. Το δροµολόγιο αυτό χρησιµοποιείται για όλη την κίνηση που ρέει µέσω της σύνδεσης, µε τον ίδιο ακριβώς τρόπο που λειτουργεί και το τηλεφωνικό σύστηµα. Όταν απελευθερώνεται η σύνδεση, τερµατίζεται και το εικονικό κύκλωµα. Στη συνδεσµοστρεφή υπηρεσία, κάθε πακέτο περιέχει ένα αναγνωριστικό που δείχνει σε ποιο εικονικό κύκλωµα ανήκει. Για παράδειγµα, ας εξετάσουµε την κατάσταση της Εικόνας 5-3. Στην εικόνα αυτή, ο υ- πολογιστής υπηρεσίας H1 έχει εγκαθιδρύσει τη σύνδεση 1 µε τον υπολογιστή υπηρεσίας H2. Η σύνδεση αυτή αποµνηµονεύεται ως πρώτη καταχώριση σε καθέναν από τους πίνακες δρο- µολόγησης. Η πρώτη γραµµή του πίνακα του A λέει ότι, αν φτάσει από τον H1 ένα πακέτο το οποίο περιέχει το αναγνωριστικό σύνδεσης 1, θα πρέπει να σταλεί στο δροµολογητή C και να λάβει το αναγνωριστικό σύνδεσης 1. Παρόµοια, η πρώτη καταχώριση στον C δροµολογεί το πακέτο προς τον E, πάλι µε το αναγνωριστικό σύνδεσης 1. Ας δούµε τώρα τι συµβαίνει αν και ο H3 θέλει να εγκαθιδρύσει µια σύνδεση µε τον H2. Επιλέγει το αναγνωριστικό σύνδεσης 1 (αφού ξεκινά τη σύνδεση ο ίδιος και αυτή είναι η µόνη του σύνδεση) και λέει στο υποδίκτυο να εγκαθιδρύσει ένα εικονικό κύκλωµα. Αυτό έχει αποτέλεσµα την προσθήκη µιας δεύτερης γραµµής στους πίνακες. Παρατηρήστε ότι εδώ υ- πάρχει µια διένεξη, επειδή αν και ο A µπορεί εύκολα να ξεχωρίζει τα πακέτα της σύνδεσης 1 από τον H1 από τα πακέτα της σύνδεσης 1 από τον H3, ο C δεν µπορεί να κάνει κάτι τέτοιο. Για το λόγο αυτόν, ο A εκχωρεί ένα διαφορετικό αναγνωριστικό σύνδεσης για την εξερχόµενη κίνηση της δεύτερης σύνδεσης. Ο λόγος για τον οποίο οι δροµολογητές πρέπει να έχουν την ικανότητα να αντικαθιστούν τα αναγνωριστικά σύνδεσης στα εξερχόµενα πακέτα είναι ακριβώς η αποφυγή τέτοιων διενέξεων. Σε µερικές περιπτώσεις, αυτό ονοµάζεται µεταγωγή ετικετών (label switching). Εικόνα 5-3. ροµολόγηση σε ένα υποδίκτυο εικονικών κυκλωµάτων.

19 ΕΝ. 5.1 Ζητήµατα σχεδίασης του επιπέδου δικτύου Σύγκριση υποδικτύων εικονικών κυκλωµάτων και αυτοδύναµων πακέτων Τόσο τα εικονικά κυκλώµατα όσο και τα αυτοδύναµα πακέτα έχουν τους υποστηρικτές και τους κατηγόρους τους. Θα προσπαθήσουµε εδώ να συνοψίσουµε τα επιχειρήµατα και των δύο πλευρών. Τα βασικά ζητήµατα παρατίθενται στην Εικόνα 5-4, αν και όσοι είναι πνεύµατα αντιλογίας θα µπορούσαν µάλλον να βρουν από ένα αντιπαράδειγµα για όλα όσα αναφέρονται στην εικόνα. Μέσα στο υποδίκτυο, υπάρχουν πολλοί συµβιβασµοί ανάµεσα στα εικονικά κυκλώµατα και τα αυτοδύναµα πακέτα. Ένας συµβιβασµός είναι αυτός που γίνεται ανάµεσα στη χωρητικότητα µνήµης στο δροµολογητή και το εύρος ζώνης. Τα εικονικά κυκλώµατα επιτρέπουν στα πακέτα να περιέχουν αριθµούς κυκλωµάτων, αντί για πλήρεις διευθύνσεις προορισµού. Αν τα πακέτα τείνουν να είναι αρκετά µικρά, µια πλήρης διεύθυνση προορισµού ανά πακέτο µπορεί να αντιπροσωπεύει σηµαντική επιβάρυνση, και κατά συνέπεια σπατάλη εύρους ζώνης. Το κόστος της χρήσης εικονικών κυκλωµάτων µέσα στο δίκτυο είναι ο χώρος για τους πίνακες στους δροµολογητές. Ανάλογα µε το κόστος των κυκλωµάτων επικοινωνίας σε σχέση µε το κόστος µνήµης των δροµολογητών, µπορεί να είναι οικονοµικότερη η µία ή η άλλη επιλογή. Ένας άλλος συµβιβασµός είναι ανάµεσα στο χρόνο εγκαθίδρυσης και το χρόνο ανάλυσης των διευθύνσεων. Η χρήση εικονικών κυκλωµάτων απαιτεί µια φάση εγκαθίδρυσης, η οποία διαρκεί για κάποιο χρόνο και καταναλώνει πόρους. Παρόλα αυτά, η απόφαση για το τι πρέπει να γίνει µε ένα πακέτο δεδοµένων σε ένα υποδίκτυο εικονικών κυκλωµάτων είναι εύκολη υπόθεση: ο δροµολογητής χρησιµοποιεί απλώς τον αριθµό του κυκλώµατος ως δείκτη σε έ- ναν πίνακα για να βρει πού θα πάει το πακέτο. Σε ένα υποδίκτυο αυτοδύναµων πακέτων, χρειάζεται µια πιο περίπλοκη διαδικασία αναζήτησης προκειµένου να εντοπιστεί η καταχώριση που αντιστοιχεί στον προορισµό. Ένα άλλο ζήτηµα είναι το µέγεθος των πινάκων που πρέπει να αποθηκεύονται στη µνήµη των δροµολογητών. Το υποδίκτυο αυτοδύναµων πακέτων χρειάζεται µία καταχώριση για κάθε πιθανό προορισµό, ενώ το υποδίκτυο εικονικών κυκλωµάτων χρειάζεται απλώς µία καταχώριση για κάθε εικονικό κύκλωµα. Ωστόσο, το πλεονέκτηµα αυτό είναι κάπως απατηλό, επειδή θα πρέπει να δροµολογηθούν και τα πακέτα εγκαθίδρυσης των συνδέσεων και αυτά χρησιµοποιούν µόνο διευθύνσεις προορισµού, ακριβώς όπως τα αυτοδύναµα πακέτα. Τα εικονικά κυκλώµατα έχουν κάποια πλεονεκτήµατα στην εγγύηση ποιότητας υπηρεσιών και στην αποφυγή συµφόρησης στο υποδίκτυο, επειδή οι πόροι (για παράδειγµα, οι περιοχές προσωρινής αποθήκευσης, το εύρος ζώνης, και οι κύκλοι του επεξεργαστή) µπορούν να δεσµευθούν προκαταβολικά, κατά την εγκαθίδρυση της σύνδεσης. Όταν αρχίσουν να φτάνουν τα πακέτα, θα υπάρχει το απαιτούµενο εύρος ζώνης και η απαραίτητη χωρητικότητα δροµολογητών. Σε ένα υποδίκτυο αυτοδύναµων πακέτων, η αποφυγή της συµφόρησης είναι πιο δύσκολη υπόθεση.

20 410 Το επίπεδο δικτύου ΚΕΦ. 5 Ζήτηµα Εγκαθίδρυση σύνδεσης ιευθυνσιοδότηση Πληροφορίες κατάστασης ροµολόγηση Επιπτώσεις κατάρρευσης δροµολογητών Ποιότητα υπηρεσιών Έλεγχος συµφόρησης Υποδίκτυο αυτοδύναµων πακέτων εν χρειάζεται Κάθε πακέτο περιέχει την πλήρη διεύθυνση προέλευσης και προορισµού Οι δροµολογητές δεν διατηρούν πληροφορίες κατάστασης για τις συνδέσεις Κάθε πακέτο δροµολογείται ανεξάρτητα Καµία, εκτός από τα πακέτα που χάνονται κατά την κατάρρευση ύσκολη ύσκολος Υποδίκτυο εικονικών κυκλωµάτων Απαραίτητη Κάθε πακέτο περιέχει ένα µικρό αριθµό εικονικού κυκλώµατος Κάθε εικονικό κύκλωµα απαιτεί χώρο στους πίνακες δροµολόγησης ανά σύνδεση Το δροµολόγιο επιλέγεται όταν εγκαθιδρύεται το κύκλωµα, και όλα τα πακέτα το ακολουθούν Όλα τα κυκλώµατα τα οποία περνούσαν από το δροµολογητή που κατέρρευσε τερµατίζονται Εύκολη, εφόσον µπορούν να εκχωρηθούν προκαταβολικά επαρκείς πόροι για κάθε εικονικό κύκλωµα Εύκολος, εφόσον µπορούν να εκχωρηθούν προκαταβολικά επαρκείς πόροι για κάθε εικονικό κύκλωµα Εικόνα 5-4. Σύγκριση υποδικτύων αυτοδύναµων πακέτων και εικονικών κυκλωµάτων. Για συστήµατα επεξεργασίας συναλλαγών (όπως καταστήµατα που τηλεφωνούν για έ- γκριση αγορών µε πιστωτικές κάρτες), η επιβάρυνση που απαιτείται για την εγκαθίδρυση και τον τερµατισµό ενός εικονικού κυκλώµατος µπορεί εύκολα να είναι µεγαλύτερη από τη χρήση του κυκλώµατος. Αν η πλειοψηφία της κίνησης αναµένεται να είναι τέτοιου είδους, η χρήση εικονικών κυκλωµάτων µέσα στο υποδίκτυο δεν έχει και πολύ νόηµα. Από την άλλη πλευρά, τα µόνιµα εικονικά κυκλώµατα, που εγκαθιδρύονται µε το χέρι και διαρκούν µήνες ή χρόνια µπορεί να φανούν χρήσιµα σε αυτή την περίπτωση. Τα εικονικά κυκλώµατα έχουν επίσης ένα πρόβληµα "ευπάθειας". Αν κάποιος δροµολογητής καταρρεύσει και χάσει τη µνήµη του, ακόµα και αν επανέλθει ένα δευτερόλεπτο αργότερα, όλα τα εικονικά κυκλώµατα που περνούσαν από αυτόν θα πρέπει να ακυρωθούν. Αντίθετα, αν καταρρεύσει ένας δροµολογητής αυτοδύναµων πακέτων, θα υποφέρουν µόνο οι χρήστες των οποίων τα πακέτα βρίσκονταν εκείνη τη στιγµή σε ουρές του δροµολογητή, και ίσως ούτε καν όλοι αυτοί, ανάλογα µε το αν τα πακέτα έχουν ήδη επιβεβαιωθεί ή όχι. Η απώλεια µιας γραµµής επικοινωνίας είναι µοιραία για τα εικονικά κυκλώµατα που τη χρησιµοποιούν, ενώ µπορεί να διορθωθεί εύκολα όταν χρησιµοποιούνται αυτοδύναµα πακέτα. Τα αυτοδύναµα πακέτα επιτρέπουν επίσης στους δροµολογητές να εξισορροπούν την κίνηση µέσω του υποδικτύου, αφού τα δροµολόγια µπορούν να αλλάζουν στη µέση µιας µεγάλης ακολουθίας µεταδόσεων πακέτων.

21 ΕΝ. 5.2 Αλγόριθµοι δροµολόγησης Αλγόριθµοι δροµολόγησης Η κύρια λειτουργία του επιπέδου δικτύου είναι η δροµολόγηση πακέτων από τη µηχανή προέλευσης στη µηχανή προορισµού. Στα περισσότερα υποδίκτυα, τα πακέτα πρέπει να κάνουν περισσότερα από ένα άλµατα (hops) για να ολοκληρώσουν το ταξίδι τους. Η µόνη αξιοσηµείωτη εξαίρεση είναι τα δίκτυα εκποµπής. ακόµη και εκεί, όµως, η δροµολόγηση παραµένει σηµαντική όταν η προέλευση και ο προορισµός δεν βρίσκονται στο ίδιο δίκτυο. Οι αλγόριθµοι επιλογής των δροµολογίων και οι δοµές δεδοµένων που χρησιµοποιούν είναι ένας ση- µαντικός τοµέας στη σχεδίαση του επιπέδου δικτύου. Ο αλγόριθµος δροµολόγησης (routing algorithm) είναι το τµήµα του λογισµικού του επιπέδου δικτύου που είναι αρµόδιο να αποφασίσει σε ποια γραµµή εξόδου θα µεταδοθεί ένα εισερχόµενο πακέτο. Αν το υποδίκτυο χρησιµοποιεί στο εσωτερικό του αυτοδύναµα πακέτα, η απόφαση αυτή θα πρέπει να λαµβάνεται εκ νέου για κάθε πακέτο καθώς αυτό φτάνει, αφού το καλύτερο δροµολόγιο µπορεί να έχει αλλάξει από την προηγούµενη φορά. Αν το υποδίκτυο χρησιµοποιεί στο εσωτερικό του εικονικά κυκλώµατα, οι αποφάσεις δροµολόγησης λαµβάνονται µόνο όταν εγκαθιδρύεται ένα νέο εικονικό κύκλωµα. Στη συνέχεια τα πακέτα δεδοµένων ακολουθούν απλώς το ήδη καθορισµένο δροµολόγιο. Η τελευταία περίπτωση µερικές φορές ονοµάζεται δροµολόγηση συνδιάλεξης (session routing), επειδή το δροµολόγιο παραµένει σε ισχύ για µια πλήρη συνδιάλεξη χρήστη (για παράδειγµα, µια περίοδο εργασίας σύνδεσης µε τερµατικό ή µια µεταφορά αρχείου). Μερικές φορές είναι χρήσιµο να γίνεται η διάκριση ανάµεσα στη δροµολόγηση, η οποία είναι η λήψη της απόφασης σχετικά µε τα δροµολόγια που θα χρησιµοποιούνται, και της προώθησης, η οποία είναι η ενέργεια που εκτελείται όταν φτάνει ένα πακέτο. Μπορεί να θεωρήσει κανείς ότι ο δροµολογητής έχει εσωτερικά δύο διεργασίες. Η µία από αυτές αντιµετωπίζει το κάθε πακέτο καθώς φτάνει, αναζητώντας στους πίνακες δροµολόγησης την εξερχόµενη γραµµή που θα χρησιµοποιήσει για το πακέτο. Η διαδικασία αυτή είναι η προώθηση (forwarding). Η άλλη διεργασία είναι υπεύθυνη για τη συµπλήρωση και την ενηµέρωση των πινάκων δροµολόγησης. Εδώ µπαίνει στο παιχνίδι ο αλγόριθµος δροµολόγησης. Ανεξάρτητα από το αν τα δροµολόγια επιλέγονται ανεξάρτητα για κάθε πακέτο ή καθορίζονται µόνο όταν εγκαθιδρύονται νέες συνδέσεις, σε κάθε αλγόριθµο δροµολόγησης είναι επιθυµητές µερικές ιδιότητες: ορθότητα, απλότητα, ανθεκτικότητα, σταθερότητα, δικαιοσύνη, και βέλτιστη απόδοση. Η ορθότητα και η απλότητα δεν χρειάζονται σχόλια, η ανάγκη για ανθεκτικότητα όµως µπορεί αρχικά να µην είναι τόσο προφανής. Αφού ένα µεγάλο δίκτυο αρχίσει να λειτουργεί, αναµένεται ότι θα λειτουργεί διαρκώς για χρόνια χωρίς αστοχίες ολόκληρου του συστήµατος. Κατά την περίοδο αυτή θα παρουσιαστούν αστοχίες όλων των ειδών στο υλικό και το λογισµικό. Οι υπολογιστές υπηρεσίας, οι δροµολογητές, και οι γραµµές θα αποτυγχάνουν ξανά και ξανά, και η τοπολογία θα αλλάξει πολλές φορές. Ο αλγόριθµος δρο- µολόγησης θα πρέπει να είναι σε θέση να αντιµετωπίσει τις αλλαγές στην τοπολογία και την κίνηση, χωρίς να απαιτεί τον τερµατισµό όλων των εργασιών σε όλους τους υπολογιστές υ- πηρεσίας και την επανεκκίνηση του δικτύου κάθε φορά που καταρρέει κάποιος δροµολογητής. Η σταθερότητα είναι άλλος ένας σηµαντικός στόχος του αλγόριθµου δροµολόγησης. Υ- πάρχουν αλγόριθµοι δροµολόγησης οι οποίοι δεν συγκλίνουν ποτέ σε µια κατάσταση ισορροπίας, ανεξάρτητα από το χρόνο που λειτουργούν. Ένας σταθερός αλγόριθµος φτάνει σε µια κατάσταση ισορροπίας και παραµένει εκεί. Η δικαιοσύνη και η βέλτιστη απόδοση µπορεί να

22 412 Το επίπεδο δικτύου ΚΕΦ. 5 ακούγονται προφανείς σίγουρα κανένα λογικό άτοµο δεν θα διαφωνούσε µε αυτές αλλά, όπως αποδεικνύεται, συχνά είναι αντικρουόµενοι στόχοι. Ως απλό παράδειγµα αυτής της σύγκρουσης, δείτε την Εικόνα 5-5. Υποθέστε ότι υπάρχει αρκετή κίνηση ανάµεσα στον A και τον Α, ανάµεσα στον B και τον B, και ανάµεσα στον C και τον C, έτσι ώστε οι οριζόντιες συνδέσεις να είναι κορεσµένες. Για να µεγιστοποιηθεί η συνολική ροή, η κίνηση από τον X στον X θα πρέπει να διακοπεί εντελώς. υστυχώς, ο X και ο X µπορεί να µην έχουν την ίδια άποψη. Προφανώς, χρειάζεται κάποιος συµβιβασµός ανάµεσα στη συνολική απόδοση και τη δίκαιη µεταχείριση των µεµονωµένων συνδέσεων. Εικόνα 5-5. Σύγκρουση ανάµεσα στη δικαιοσύνη και τη βέλτιστη απόδοση. Πριν προσπαθήσουµε να βρούµε κάποιους συµβιβασµούς ανάµεσα στη δικαιοσύνη και τη βέλτιστη απόδοση, θα πρέπει πρώτα να αποφασίσουµε τι είναι αυτό που προσπαθούµε να βελτιστοποιήσουµε. Ένας προφανής υποψήφιος είναι η ελαχιστοποίηση της µέσης καθυστέρησης ανά πακέτο, το ίδιο ισχύει όµως και για τη µεγιστοποίηση της συνολικής διεπεραιωτικής ικανότητας (throughput) του δικτύου. Επιπλέον, οι δύο αυτοί στόχοι είναι εξίσου αντικρουόµενοι, αφού η λειτουργία ενός συστήµατος ουρών στο όριο κοντά στη χωρητικότητά του υπονοεί την ύπαρξη µεγάλου χρόνου καθυστέρησης στην ουρά. Συµβιβαστικά, πολλά δίκτυα προσπαθούν να ελαχιστοποιήσουν το πλήθος των αλµάτων που θα πρέπει να κάνει ένα πακέτο, επειδή η µείωση του πλήθους των αλµάτων τείνει να βελτιώσει την καθυστέρηση αλλά και να µειώσει την ποσότητα εύρους ζώνης που καταναλώνεται, άρα τείνει να βελτιώσει και τη διεπεραιωτική ικανότητα. Οι αλγόριθµοι δροµολόγησης µπορούν να οµαδοποιηθούν σε δύο µεγάλες κατηγορίες: τους µη προσαρµοστικούς και τους προσαρµοστικούς. Οι µη προσαρµοστικοί αλγόριθµοι (nonadaptive algorithms) δεν βασίζουν τις αποφάσεις δροµολόγησης σε µετρήσεις ή εκτιµήσεις της τρέχουσας κίνησης και τοπολογίας. Αντιθέτως, η επιλογή του δροµολογίου που θα χρησιµοποιηθεί για να φτάσουµε από τον I στον J (για κάθε I και J) υπολογίζεται προκαταβολικά, όχι δυναµικά, και µεταφέρεται στους δροµολογητές κατά την εκκίνηση του δικτύου. Η διαδικασία αυτή µερικές φορές ονοµάζεται στατική δροµολόγηση (static routing). Αντίθετα, οι προσαρµοστικοί αλγόριθµοι (adaptive algorithms) µεταβάλλουν τις αποφάσεις δροµολόγησης έτσι ώστε να αντανακλούν τις αλλαγές στην τοπολογία, και συνήθως και στην κίνηση. Οι προσαρµοστικοί αλγόριθµοι διαφέρουν ως προς το από πού λαµβάνουν τις πληροφορίες τους (για παράδειγµα, τοπικά, από γειτονικούς δροµολογητές, ή από όλους τους δροµολογητές), ως προς το πότε αλλάζουν τα δροµολόγια (για παράδειγµα, κάθε T δευτε-

23 ΕΝ. 5.2 Αλγόριθµοι δροµολόγησης 413 ρόλεπτα, όποτε αλλάζει το φορτίο, ή όποτε αλλάζει η τοπολογία), και ως προς το µέτρο σύγκρισης (metric) που χρησιµοποιείται για τη βελτιστοποίηση (για παράδειγµα, απόσταση, πλήθος αλµάτων, ή εκτιµώµενος χρόνος διέλευσης). Στις ακόλουθες ενότητες θα παρουσιάσουµε πολλούς αλγόριθµους δροµολόγησης, τόσο στατικούς όσο και δυναµικούς Η αρχή της βέλτιστης κατάστασης Πριν εξετάσουµε τους συγκεκριµένους αλγόριθµους, είναι ίσως χρήσιµο να σηµειώσουµε ότι µπορεί να γίνει µια γενική δήλωση σε σχέση µε τα βέλτιστα δροµολόγια, ανεξάρτητα από την τοπολογία του δικτύου ή την κίνηση. Η δήλωση αυτή είναι γνωστή ως αρχή της βέλτιστης κατάστασης (optimality principle). Ορίζει ότι, αν ο δροµολογητής J βρίσκεται στη βέλτιστη διαδροµή από το δροµολογητή I προς το δροµολογητή K, τότε η βέλτιστη διαδροµή από τον J στον K βρίσκεται επίσης πάνω στο ίδιο δροµολόγιο. Για να το δούµε αυτό, ας ονοµάσουµε r 1 το τµήµα του δροµολογίου από τον I στον J και r 2 το υπόλοιπο δροµολόγιο. Αν υ- πήρχε ένα δροµολόγιο από τον J στον K που είναι καλύτερο από το r 2, θα µπορούσε να προστεθεί στο r 1 για να βελτιώσει το δροµολόγιο από τον I στον K, αντικρούοντας τη δήλωσή µας ότι το r 1 r 2 είναι βέλτιστο. Ως άµεση συνέπεια της αρχής της βέλτιστης κατάστασης, βλέπουµε ότι το σύνολο των βέλτιστων δροµολογίων από όλες τις προελεύσεις προς ένα συγκεκριµένο προορισµό σχηµατίζει ένα δένδρο µε ρίζα τον προορισµό. Ένα τέτοιο δένδρο ονοµάζεται δένδρο απαγωγής (sink tree) και απεικονίζεται στην Εικόνα 5-6, όπου το µέτρο σύγκρισης είναι το πλήθος των αλµάτων. Σηµειώνεται ότι το δένδρο απαγωγής δεν είναι απαραιτήτως µοναδικό. Μπορεί να υπάρχουν και άλλα δένδρα µε τα ίδια µήκη διαδροµών. Ο στόχος όλων των αλγορίθµων δρο- µολόγησης είναι να ανακαλύψουν και να χρησιµοποιήσουν τα δένδρα απαγωγής για όλους τους δροµολογητές. Εικόνα 5-6. (α) Ένα υποδίκτυο. (β) Ένα δένδρο απαγωγής για το δροµολογητή B. Αφού ακριβώς το δένδρο απαγωγής είναι ένα δένδρο, δεν περιέχει βρόχους, έτσι κάθε πακέτο θα παραδίδεται µε ένα πεπερασµένο και περιορισµένο πλήθος αλµάτων. Στην πράξη, η ζωή δεν είναι και τόσο εύκολη. Οι γραµµές και οι δροµολογητές µπορούν να καταρρεύσουν

24 414 Το επίπεδο δικτύου ΚΕΦ. 5 και να επανέλθουν κατά τη λειτουργία του δικτύου, έτσι οι διάφοροι δροµολογητές µπορεί να έχουν διαφορετικές ιδέες σχετικά µε την τρέχουσα τοπολογία. Επιπλέον, έχουµε σιωπηλά παραβλέψει το αν κάθε δροµολογητής θα πρέπει να αποκτήσει ξεχωριστά τις πληροφορίες πάνω στις οποίες θα βασίζεται ο υπολογισµός του δένδρου απαγωγής, ή αν αυτή η πληροφορία θα συλλέγεται µε κάποια άλλα µέσα. Θα επανέλθουµε σε λίγο στα ζητήµατα αυτά. Ωστόσο, η αρχή της βέλτιστης κατάστασης και το δένδρο απαγωγής παρέχουν µια δοκιµή απόδοσης (benchmark) µε βάση την οποία µπορούν να ελεγχθούν οι αλγόριθµοι δροµολόγησης ροµολόγηση συντοµότερης διαδροµής Θα ξεκινήσουµε τη µελέτη των ρεαλιστικών αλγορίθµων δροµολόγησης µε µια τεχνική που χρησιµοποιείται ευρέως και µε πολλές µορφές, επειδή είναι απλή και εύκολα κατανοητή. Η ιδέα είναι να κατασκευάσουµε ένα γράφηµα του υποδικτύου, µε κάθε κόµβο του γραφήµατος να παριστάνει ένα δροµολογητή και κάθε τόξο του γραφήµατος να παριστάνει µια γραµ- µή επικοινωνίας (η οποία συχνά ονοµάζεται σύνδεσµος). Για να διαλέξει ένα δροµολόγιο ανάµεσα σε ένα συγκεκριµένο ζεύγος δροµολογητών, ο αλγόριθµος βρίσκει απλώς τη συντο- µότερη διαδροµή ανάµεσά τους στο γράφηµα. Η έννοια της συντοµότερης διαδροµής (shortest path) αξίζει κάποια επεξήγηση. Ένας τρόπος µέτρησης του µήκους µιας διαδροµής είναι το πλήθος των αλµάτων από κόµβο σε κόµβο. Χρησιµοποιώντας αυτό το µέτρο σύγκρισης, οι διαδροµές ABC και ABE στην Εικόνα 5-7 έχουν το ίδιο µήκος. Ένα άλλο µέτρο σύγκρισης είναι η γεωγραφική απόσταση σε χιλιό- µετρα, µε βάση το οποίο η ABC είναι σαφώς µεγαλύτερη από την ABE (υποθέτοντας ότι η εικόνα είναι σχεδιασµένη υπό κλίµακα). Υπάρχουν, όµως, πολλά ακόµα µέτρα σύγκρισης, εκτός από τα άλµατα και τη φυσική α- πόσταση. Για παράδειγµα, θα µπορούσαµε να προσθέσουµε σε κάθε τόξο µια ετικέτα µε τη µέση καθυστέρηση αναµονής και µετάδοσης κάποιου τυπικού δοκιµαστικού πακέτου µε βάση ωριαίες δοκιµαστικές µετρήσεις. Αν χρησιµοποιήσουµε αυτές τις ετικέτες του γραφήµατος, η συντοµότερη διαδροµή θα είναι η ταχύτερη διαδροµή, και όχι η διαδροµή µε τα λιγότερα τόξα ή χιλιόµετρα. Στη γενική περίπτωση, οι ετικέτες των τόξων µπορεί να υπολογίζονται ως συνάρτηση της απόστασης, του εύρους ζώνης, της µέσης κίνησης, του κόστους επικοινωνίας, του µέσου µήκους της ουράς αναµονής, της µετρούµενης καθυστέρησης, και άλλων παραγόντων. Αν αλλάξουµε τους συντελεστές στάθµισης της συνάρτησης, ο αλγόριθµος θα υπολογίζει τη "συντοµότερη" διαδροµή σύµφωνα µε οποιοδήποτε µεµονωµένο κριτήριο, ή σύµφωνα µε ένα συνδυασµό κριτηρίων. Υπάρχουν πολλοί αλγόριθµοι για τον υπολογισµό της συντοµότερης διαδροµής ανάµεσα σε δύο κόµβους ενός γραφήµατος. Αυτός που θα δούµε εδώ οφείλεται στον Dijkstra (1959). Κάθε κόµβος έχει ως ετικέτα (σε παρενθέσεις) την απόστασή του από τον κόµβο προέλευσης µαζί µε την καλύτερη γνωστή διαδροµή. Αρχικά δεν είναι γνωστή καµία διαδροµή, έτσι όλοι οι κόµβοι έχουν ως ετικέτα το άπειρο. Καθώς προχωρά ο αλγόριθµος και εντοπίζονται διαδροµές, οι ετικέτες µπορεί να αλλάξουν, αντικατοπτρίζοντας τις καλύτερες διαδροµές. Μια ετικέτα µπορεί να είναι είτε δοκιµαστική είτε µόνιµη. Αρχικά όλες οι ετικέτες είναι δοκιµαστικές. Όταν ανακαλυφθεί ότι µια ετικέτα αντιπροσωπεύει τη συντοµότερη δυνατή διαδροµή

25 ΕΝ. 5.2 Αλγόριθµοι δροµολόγησης 415 από την προέλευση µέχρι τον τρέχοντα κόµβο, η ετικέτα γίνεται µόνιµη και δεν αλλάζει ποτέ ξανά. Για να δούµε πώς δουλεύει ο αλγόριθµος αυτός, θα θεωρήσουµε το µη προσανατολισµένο γράφηµα µε επιβαρύνσεις της Εικόνας 5-7(α), όπου οι επιβαρύνσεις αντιπροσωπεύουν, για παράδειγµα, την απόσταση. Θέλουµε να βρούµε τη συντοµότερη διαδροµή από τον A στον D. Αρχίζουµε σηµειώνοντας τον κόµβο A ως µόνιµο, γεγονός που υποδηλώνεται µε ένα µαύρο κύκλο. Στη συνέχεια εξετάζουµε, µε τη σειρά, όλους τους κόµβους που γειτονεύουν µε τον A (τον τρέχοντα κόµβο), σηµειώνοντας εκ νέου τον καθένα µε την απόσταση από τον A. Όποτε αλλάζει η ετικέτα ενός κόµβου, σηµειώνουµε στην ετικέτα του και τον κόµβο από τον οποίο έγινε η δοκιµή που οδήγησε στην αλλαγή αυτή, έτσι ώστε να µπορούµε αργότερα να ανακατασκευάσουµε την τελική διαδροµή. Έχοντας εξετάσει όλους τους κόµβους που γειτονεύουν µε τον A, εξετάζουµε όλους τους κόµβους µε δοκιµαστικές ετικέτες σε όλο το γράφηµα και κάνουµε µόνιµο τον κόµβο µε τη µικρότερη ετικέτα, όπως φαίνεται στην Εικόνα 5-7(β). Ο κόµβος αυτός γίνεται ο νέος τρέχων κόµβος. Εικόνα 5-7. Τα πέντε πρώτα βήµατα για τον υπολογισµό της συντοµότερης διαδροµής από τον A στον D. Τα βέλη δείχνουν τον τρέχοντα κόµβο.

26 416 Το επίπεδο δικτύου ΚΕΦ. 5 Αρχίζουµε τώρα από τον B και εξετάζουµε όλους τους κόµβους µε τους οποίους γειτονεύει. Αν το άθροισµα της ετικέτας στον B και της απόστασης από τον B µέχρι τον κόµβο που εξετάζουµε είναι µικρότερη από την ετικέτα του κόµβου, έχουµε βρει µια συντοµότερη διαδροµή, έτσι ο κόµβος αλλάζει ετικέτα. Αφού εξεταστούν όλοι οι κόµβοι που γειτονεύουν µε τον τρέχοντα κόµβο και αλλάξουν αν είναι δυνατόν οι δοκιµαστικές ετικέτες, ερευνάται όλο το γράφηµα για τον κόµβο που έχει τη δοκιµαστική ετικέτα µε τη χαµηλότερη τιµή. Αυτός ο κόµβος γίνεται µόνιµος και παίρνει τη θέση του τρέχοντα κόµβου στον επόµενο γύρο. Η Εικόνα 5-7 δείχνει τα πέντε πρώτα βή- µατα του αλγόριθµου. Για να καταλάβουµε γιατί δουλεύει αυτός ο αλγόριθµος, ας θεωρήσουµε την Εικόνα 5-7(γ). Στο σηµείο αυτό µόλις έχουµε κάνει τον E µόνιµο. Ας υποθέσουµε ότι υπήρχε µια συντοµότερη διαδροµή από την ABE, έστω η AXYZE. Υπάρχουν δύο πιθανότητες: είτε ο κόµβος Z έχει ήδη γίνει µόνιµος, είτε δεν έχει γίνει. Αν έχει γίνει, τότε το E έχει ήδη εξεταστεί (στο γύρο που ακολούθησε αυτόν στον οποίο ο Z έγινε µόνιµος), άρα η διαδροµή AXYZE δεν µας έχει διαφύγει και κατά συνέπεια δεν µπορεί να είναι η συντοµότερη διαδροµή. Ας εξετάσουµε τώρα την περίπτωση που ο Z έχει ακόµη προσωρινή ετικέτα. Είτε η ετικέτα του Z είναι µεγαλύτερη ή ίση από αυτή του E, οπότε η AXYZE δεν µπορεί να είναι συντο- µότερη διαδροµή από την ABE, είτε είναι µικρότερη από αυτή του E, οπότε ο Z και όχι ο E θα είχε γίνει πρώτα µόνιµος, επιτρέποντας στον E να εξεταστεί από τον Z. Ο αλγόριθµος αυτός δίνεται στην Εικόνα 5-8. Οι καθολικές µεταβλητές n και dist περιγράφουν το γράφηµα και παίρνουν αρχικές τιµές πριν κληθεί η συνάρτηση shortest_path. Η µόνη διαφορά ανάµεσα στο πρόγραµµα και τον αλγόριθµο που περιγράψαµε παραπάνω είναι ότι στην Εικόνα 5-8 υπολογίζουµε τη συντοµότερη διαδροµή ξεκινώντας από τον κόµβο προορισµού t, αντί από τον κόµβο προέλευσης s. Αφού η συντοµότερη διαδροµή από τον t στον s σε ένα µη προσανατολισµένο γράφηµα είναι η ίδια µε τη συντοµότερη διαδροµή από τον s στον t, δεν έχει σηµασία το άκρο από το οποίο ξεκινάµε (εκτός κι αν υπάρχουν πολλές συντοµότερες διαδροµές, οπότε η αναστροφή της αναζήτησης µπορεί να ανακαλύψει µια διαφορετική διαδροµή). Ο λόγος για τον οποίο ψάχνουµε προς τα πίσω είναι ότι κάθε κόµβος σηµειώνεται µε τον προκάτοχό του, αντί µε το διάδοχό του. Όταν η τελική διαδροµή αντιγράφεται στη µεταβλητή εξόδου, την path, η διαδροµή αναστρέφεται. Αναστρέφοντας την αναζήτηση, οι δύο αναστροφές ακυρώνουν η µία την άλλη και η απάντηση παράγεται µε τη σωστή σειρά ροµολόγηση µε πληµµύρα Ένας άλλος στατικός αλγόριθµος είναι η πληµµύρα (flooding), στον οποίο κάθε εισερχό- µενο πακέτο στέλνεται σε κάθε εξερχόµενη γραµµή µε εξαίρεση αυτή από την οποία έφτασε. Η πληµµύρα προφανώς παράγει ένα τεράστιο πλήθος αντιγράφων των πακέτων στην πραγµατικότητα ένα άπειρο πλήθος, εκτός κι αν ληφθούν κάποια µέτρα για να ανακοπεί η διαδικασία. Ένα τέτοιο µέτρο είναι να περιέχεται ένας µετρητής αλµάτων στην κεφαλίδα κάθε πακέτου ο οποίος θα µειώνεται σε κάθε άλµα, µε το πακέτο να απορρίπτεται όταν ο µετρητής φτάσει στο µηδέν. Ιδανικά, ο µετρητής αλµάτων θα έχει ως αρχική τιµή το µήκος της διαδροµής από την προέλευση µέχρι τον προορισµό. Αν ο αποστολέας δεν γνωρίζει πόσο µεγά-