ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ. Σχολή Θετικών Επιστηµών και Τεχνολογίας. Πρόγραµµα Σπουδών ΠΛHPOΦOPIKH. Θεµατική Ενότητα ΣYΓXPONA IKTYA KAI YΠHPEΣIEΣ

Transcript

1

2 ίκτυα Υπολογιστών ΙΙ Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την ανάπτυξη των κειµένων σύµφωνα µε τη Μεθοδολογία της εξ Αποστάσεως Εκπαίδευσης. Για την επιστηµονική αρτιότητα και πληρότητα των συγγραµ- µάτων την αποκλειστική ευθύνη φέρουν οι συγγραφείς, κριτικοί αναγνώστες και ακαδηµαϊκοί υπεύθυνοι που ανέλαβαν το έργο αυτό.

3

4 ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σχολή Θετικών Επιστηµών και Τεχνολογίας Πρόγραµµα Σπουδών ΠΛHPOΦOPIKH Θεµατική Ενότητα ΣYΓXPONA IKTYA KAI YΠHPEΣIEΣ Τόµος A' ίκτυα Υπολογιστών ΙΙ ΓΙΩΡΓΟΣ ΦΟΥΣΚΑΣ Ειδικός Λειτουργικός Επιστήµονας ΙΤΕ ΕΙΧΗΜΥΘ ΠATPA 2005

5 ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σχολή Θετικών Επιστηµών και Τεχνολογίας Πρόγραµµα Σπουδών ΠΛHPOΦOPIKH Θεµατική Ενότητα ΣYΓXPONA IKTYA KAI YΠHPEΣIEΣ Τόµος A' IKTYA YΠOΛOΓIΣTΩN II Συγγραφή ΓΙΩΡΓΟΣ ΦΟΥΣΚΑΣ Ειδικός Λειτουργικός Επιστήµονας ΙΤΕ ΕΙΧΗΜΥΘ Kριτική Aνάγνωση ΚΩΝ/ΝΟΣ ΠΑΠΑΝ ΡΕΟΥ (ΚΕΦ. 1, 2, 3) ρ. Tηλεπληροφορικής Πανεπιστηµίου Mονάχου ΜΙΧΑΛΗΣ ΠΑΡΑΣΚΕΥΑΣ (ΚΕΦ. 4, 5) ρ. Ηλεκτρολόγος Μηχανικός και Τεχνολογίας Υπολογιστών ΦΩΤΗΣ ΛΙΟΤΟΠΟΥΛΟΣ (ΚΕΦ. 4, 5) Μέλος ΣΕΠ του ΕΑΠ Ακαδηµαϊκός Υπεύθυνος για την επιστηµονική επιµέλεια του τόµου ΑΘΑΝΑΣΙΟΣ ΣΚΟ ΡΑΣ Kαθηγητής Πληροφορικής EAΠ Επιµέλεια στη µέθοδο της εκπαίδευσης από απόσταση ΙΩΑΝΝΗΣ ΚΟΥΤΣΟΝΙΚΟΣ Γλωσσική Επιµέλεια ΡΩΞΑΝΗ ΚΑΤΣΗ Τεχνική Επιµέλεια ΓIANNHΣ ΠIKPAMENOΣ Καλλιτεχνική Επιµέλεια Σελιδοποίηση ΓIANNHΣ ΠIKPAMENOΣ Συντονισµός ανάπτυξης εκπαιδευτικού υλικού και γενική επιµέλεια των εκδόσεων ΟΜΑ Α ΕΚΤΕΛΕΣΗΣ ΕΡΓΟΥ ΕΑΠ / ISBN: Kωδικός Έκδοσης: ΠΛH 36/1 Copyright 2005 για την Ελλάδα και όλο τον κόσµο ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Οδός Σαχτούρη 16 & Aγίου Aνδρέου, Πάτρα Τηλ.: (2610) , , Φαξ: (2610) Σύµφωνα µε το Ν. 2121/1993, απαγορεύεται η συνολική ή αποσπασµατική αναδηµοσίευση του βιβλίου αυτού ή η αναπαραγωγή του µε οποιοδήποτε µέσο χωρίς την άδεια του εκδότη.

6 ÂÚÈÂ fiìâó Πρόλογος K º π 1 µ ÛÈÎ Ú ÏÂÈÙÔ ÚÁ ÙˆÓ È ÈÎÙ ˆÓ Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά, Eισαγωγικές παρατηρήσεις Το Ethernet Προσδοκώµενα αποτελέσµατα Μορφές υλοποίησης ενός δικτύου Ethernet Η µέθοδος προσπέλασης του µέσου Πώς λειτουργεί ένα δίκτυο τύπου Ethernet ιασύνδεση δικτύων µε µεταγωγείς Προσδοκώµενα αποτελέσµατα ιασύνδεση τµηµάτων Ethernet µε µεταγωγείς Πώς µεταβιβάζεται η πληροφορία Πώς ενηµερώνεται ο πίνακας ανεύρεσης ιασύνδεση δικτύων µε δροµολογητές Προσδοκώµενα αποτελέσµατα Η προκαθορισµένη πύλη ενός δικτύου Πώς µεταβιβάζεται η πληροφορία ιασυνδέοντας αποµακρυσµένα δίκτυα µε δροµολογητές Σύνοψη Bιβλιογραφία... 34

7 6 IKTYA Y O O I TøN II K º π 2 appleúˆùfiîôïï ÙÔ È ÈÎÙ Ô Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά, Eισαγωγικές παρατηρήσεις Το πρωτόκολλο IP Προσδοκώµενα αποτελέσµατα Παράδοση αυτοδύναµων πακέτων Η µορφή του πακέτου IP Κατάτµηση και συναρµολόγηση πακέτων IΡ Η διευθυνσιοδότηση στα δίκτυα IP Προσδοκώµενα αποτελέσµατα Η µορφή της διεύθυνσης IP Οι κατηγορίες των διευθύνσεων IP Υποδίκτυα IP Άλλα πρωτόκολλα του ιαδικτύου Προσδοκώµενα αποτελέσµατα Το πρωτόκολλο ARP Τα πρωτόκολλα RARP, BOOTP και DHCP Το πρωτόκολλο ICMP ιάφορα πρωτόκολλα επιπέδου εφαρµογής Το πρωτόκολλο IP επόµενης γενιάς (IPv6) Προσδοκώµενα αποτελέσµατα Οι βελτιώσεις του IPv Η µορφή του πακέτου IPv Ασφάλεια στο Πρωτόκολλο ιαδικτύου (IPsec) Προσδοκώµενα αποτελέσµατα Σύνοψη Bιβλιογραφία... 83

8 EPEXOMENA 7 K º π 3 ÂÊ ÚˆÛË Î È ÚÔÌÔÏfiÁËÛË Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά, Eισαγωγικές παρατηρήσεις Γεφύρωση Προσδοκώµενα αποτελέσµατα Το πρόβληµα εµφάνισης βρόχων στη διασύνδεση δικτύων Ο αλγόριθµος του δένδρου επικάλυψης Οι γενικές αρχές της δροµολόγησης Προσδοκώµενα αποτελέσµατα Το µοντέλο θεώρησης ενός δικτύου Οι βασικοί σχεδιαστικοί στόχοι Οι τύποι των αλγόριθµων δροµολόγησης ύο αλγόριθµοι δροµολόγησης Προσδοκώµενα αποτελέσµατα Ο αλγόριθµος των Bellman Ford Ο αλγόριθµος του Dijkstra Σύνοψη Bιβλιογραφία K º π 4 appleúˆùfiîôïï ÚÔÌÔÏfiÁËÛË ÙÔ È ÈÎÙ Ô Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά, Eισαγωγικές παρατηρήσεις Το πρωτόκολλο RIP Προσδοκώµενα αποτελέσµατα Τα βασικά χαρακτηριστικά του πρωτοκόλλου Η µορφή των πακέτων RIP Το πρωτόκολλο OSPF

9 8 IKTYA Y O O I TøN II Προσδοκώµενα αποτελέσµατα Τα βασικά χαρακτηριστικά του πρωτοκόλλου Η µορφή των πακέτων OSPF ιατοµεακή δροµολόγηση χωρίς την κατηγοριοποίηση των διευθύνσεων IP Προσδοκώµενα αποτελέσµατα Αναφορά δικτύων χωρίς την κατηγοριοποίηση διευθύνσεων IP (CIDR) Συσσωµάτωση δικτύων Το πρωτόκολλο BGP Προσδοκώµενα αποτελέσµατα ιευθυνσιοδότηση των αυτόνοµων συστηµάτων Τα βασικά χαρακτηριστικά του πρωτοκόλλου Οι ιδιότητες των διαδροµών BGP Η επιλογή διαδροµής στο BGP Σύνοψη Bιβλιογραφία K º π 5 appleúˆùfiîôïï ÌÂÙ ÊÔÚ ÙÔ È ÈÎÙ Ô Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά, Eισαγωγικές παρατηρήσεις Το πρωτόκολλο UDP Προσδοκώµενα αποτελέσµατα Οι θύρες πρωτοκόλλου µεταφοράς Η µορφή των µηνυµάτων UDP Το πρωτόκολλο TCP Προσδοκώµενα αποτελέσµατα Τα βασικά χαρακτηριστικά του TCP

10 EPEXOMENA Η µορφή των µηνυµάτων TCP Η εγκαθίδρυση και ο τερµατισµός µίας σύνδεσης TCP Ο µηχανισµός ολισθαίνοντος παραθύρου στο TCP Ο έλεγχος συµφόρησης δικτύου στο TCP Σύνοψη Bιβλιογραφία Aπαντήσεις Aσκήσεων Aυτοαξιολόγησης Eνδεικτικές Aπαντήσεις ραστηριοτήτων

11

12 Στον Κωνσταντούλα ÚfiÏÔÁÔ Το βιβλίο αυτό αποτελεί µέρος του εκπαιδευτικού υλικού (1ος Τόµος) της Θεµατικής Ενότητας «Σύγχρονα ίκτυα και Υπηρεσίες» του Προγράµµατος Σπουδών «Πληροφορική» του ΕΑΠ και αποτελεί τη συνέχεια του τόµου «ίκτυα Υπολογιστών Ι» της Θ.Ε. «Βασικά ζητήµατα δικτύων Η/Υ». Έχει γραφτεί µε τρόπο κατάλληλο για εξ αποστάσεως εκπαίδευση, ορίζοντας µε σαφήνεια τους στόχους και τα προσδοκώµενα αποτελέσµατα των Κεφαλαίων και των επιµέρους Ενοτήτων και εµπλουτίζοντας το κείµενο µε Παραδείγµατα, Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης και ραστηριότητες. ÚÁ ÓˆÛË ÙÔ µè Ï Ô Στο 1ο Κεφάλαιο περιγράφουµε συνοπτικά, και χωρίς να επιβαρύνουµε το κείµενο µε τεχνικές και σχεδιαστικές λεπτοµέρειες, τον τρόπο λειτουργίας και τις τεχνικές διασύνδεσης των δικτύων τεχνολογίας Ethernet. Σκοπός µας είναι η εισαγωγική γνωριµία του αναγνώστη µε τις λειτουργικές αρχές των διαδικτύων, η οποία θα τον βοηθήσει να κατανοήσει µε µεγαλύτερη ευκολία τις τεχνικές λεπτοµέρειες που παρουσιάζουµε στα επόµενα κεφάλαια του βιβλίου. Στο 2ο Κεφάλαιο ασχολούµαστε µε την οµάδα πρωτοκόλλων που χρησιµοποιείται για την επικοινωνία κόµβων στο ιαδίκτυο, επικεντρώνοντας την προσοχή µας στο Πρωτόκολλο ιαδικτύωσης (Internet Protocol IP) και στη διευθυνσιοδότηση. Συγκεκριµένα, περιγράφουµε κυρίως τα πρωτόκολλα IP, ARP, RARP/BOOTP/DHCP και ICMP, δίνοντας ταυτόχρονα και µία συνοπτική αναφορά στα υπόλοιπα πρωτόκολλα. Με τους κανόνες και τη λειτουργία της διευθυνσιοδότησης στα δίκτυα IP ασχολού- µαστε ευρέως στην Ενότητα 2.2, ενώ στη συνέχεια δίνουµε µία σύντοµη αλλά περιεκτική παρουσίαση της έκδοσης 6 του πρωτοκόλλου IP (IPv6), η οποία αποτελεί την πολλά υποσχόµενη εξέλιξη της τρέχουσας έκδοσης (IPv4). Στο τέλος του Κεφαλαίου περιγράφουµε συνοπτικά την οικογένεια πρωτοκόλλων, που είναι ευρέως γνωστή ως IPsec, µέσω της οποίας επιτυγχάνουµε ασφαλή διακίνηση δεδοµένων στα δίκτυα IP. Στο 3ο Κεφάλαιο παρουσιάζουµε τις λειτουργίες γεφύρωσης και δροµολόγησης, οι οποίες χρησιµοποιούνται για τη διασύνδεση δικτύων, επικεντρώνοντας την προσοχή µας σε ορισµένους αντιπροσωπευτικούς αλγόριθµους αυτών των λειτουργιών. Σχετικά µε τη γεφύρωση, επικεντρωνόµαστε στον αλγόριθµο ανάπτυξης του δένδρου επικάλυψης, ο οποίος αποτελεί τη λύση στο πρόβληµα εµφάνισης βρόχων κατά τη διασύνδεση ενός µεγάλου πλήθους τοπικών δικτύων. Σχετικά µε τη δροµολόγηση, εξηγούµε αρχικά τις γενικές αρχές της δροµολόγησης και στη συνέχεια περιγράφουµε αναλυτικά δύο βασικούς αλγόριθµους δροµολόγησης: του Dijkstra και των Bellman-Ford.

13 12 IKTYA Y O O I TøN II Στο 4ο Κεφάλαιο ασχολούµαστε µε τα πρωτόκολλα δροµολόγησης που χρησιµοποιούνται ευρέως στο ιαδίκτυο. Αρχικά περιγράφουµε δύο πρωτόκολλα ενδοτοµεακής δροµολόγησης (τα RIP και OSPF) και στη συνέχεια επεξηγούµε µια τεχνική αναφοράς δικτύων, γνωστή ως CIDR, η οποία διαθέτει την ιδιότητα συσσωµάτωσης δύο ή περισσοτέρων δικτύων σε ένα µεγαλύτερο υπερδίκτυο. Στο τέλος του Κεφαλαίου καταλήγουµε µε το δηµοφιλέστερο πρωτόκολλο διατοµεακής δροµολόγησης, που είναι το Πρωτόκολλο Συνοριακής Πύλης (Border Gateway Protocol BGP). Στο 5ο Κεφάλαιο περιγράφουµε τα δύο πρωτόκολλα µεταφοράς του ιαδικτύου (τα UDP και TCP), µε τα οποία επιτυγχάνεται η επικοινωνία µεταξύ των εφαρµογών υπολογιστών στο ιαδίκτυο, δίδοντας έµφαση στις βασικές λειτουργίες τους. Το TCP είναι το δηµοφιλέστερο πρωτόκολλο Επιπέδου Μεταφοράς στις µέρες µας και παρέχει µία αξιόπιστη υπηρεσία µεταφοράς δεδοµένων προς τις εφαρµογές, απαλλάσσοντας αυτές από το φόρτο χειρισµού της αναξιόπιστης επικοινωνίας που προσφέρει το πρωτόκολλο δικτύου IP. Λόγω της σπουδαιότητάς του, ασχολούµαστε διεξοδικά µ αυτό το πρωτόκολλο και καταλήγουµε µε την αναλυτική περιγραφή της λειτουργίας ελέγχου συµφόρησης δικτύου, όπως αυτή υλοποιείται στα δίκτυα TCP. ÚÈÛÙ Â Από τη θέση αυτή θα ήθελα να ευχαριστήσω όλους όσους συνέβαλαν, ο καθένας µε το δικό του τρόπο, στην παραγωγή και στην ολοκλήρωση αυτού του βιβλίου. Ειδικότερα, θα ήθελα να ευχαριστήσω τους κ. Στάθη Χατζηευθυµιάδη, Φώτη Λιοτόπουλο, Μιχάλη Παρασκευά, Κων/νο Παπανδρέου και Ιωάννη Κουτσονίκο για την εξαντλητική κριτική ανάγνωση του κειµένου, τα εύστοχα σχόλια και τις χρήσιµες υποδείξεις που ανέπτυξαν, τον κ. Θανάση Χατζηλάκο, Αναπληρωτή Καθηγητή Πληροφορικής του ΕΑΠ για τη θεµατική καθοδήγησή του και τον Ακαδηµαϊκό Υπεύθυνο της Θ.Ε Παύλο Σπυράκη. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω τις κ. Έστερ Μπαγουλή και Ευαγγελία Αντωνάκη για τη φιλική τους στάση, την υποµονή τους και τη βοήθεια που απλόχερα µου προσέφεραν σε όλα τα στάδια συγγραφής αυτού του κειµένου. Γιώργος Κ. Φούσκας