Πρόλογος Εισαγωγή... 27

Transcript

1

2

3 Περιεχόμενα Πρόλογος Εισαγωγή Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή και γενική επισκόπηση Τα κίνητρα για διαδικτύωση Το Internet TCP/IP Οι υπηρεσίες του Internet Ιστορία και σκοπός του Internet Το Συμβούλιο Αρχιτεκτονικής Internet Η αναδιοργάνωση του IAB Η Κοινωνία του Internet Αιτήσεις για Σχόλια για το Internet Πρωτόκολλα Internet και προτυποποίηση Μελλοντική Ανάπτυξη και Τεχνολογία Οργάνωση του βιβλίου Περίληψη Κεφάλαιο 2 Επισκόπηση των τεχνολογιών δικτύου Εισαγωγή Δύο προσεγγίσεις στο θέμα της επικοινωνίας δικτύων Τοπικά δίκτυα και δίκτυα ευρείας περιοχής Η τεχνολογία Ethernet Διασύνδεση κατανεμημένων δεδομένων με οπτικές ίνες (FDDI) Κατάσταση Ασύγχρονης Μετάδοσης (Asynchronous Transfer Mode) Τεχνολογίες WAN: ARPANET Δικτύωση του Εθνικού Επιστημονικού Ιδρύματος των ΗΠΑ (NSFNET) ANSNET Ένα δίκτυο σπονδυλικής στήλης πολύ υψηλής ταχύτητας Άλλες τεχνολογίες στις οποίες έχει χρησιμοποιηθεί το TCP/IP Περίληψη και συμπέρασμα Κεφάλαιο 3 Η έννοια και το αρχιτεκτονικό μοντέλο της διαδικτύωσης Εισαγωγή Διασύνδεση σε επίπεδο εφαρμογών Διασύνδεση σε επίπεδο δικτύων Ιδιότητες του Internet Η αρχιτεκτονική του Internet

4 8 Περιεχόμενα 3.6 Διασύνδεση μέσω δρομολογητών IP Η άποψη του χρήστη Όλα τα δίκτυα είναι ίσης αξίας Τα αναπάντητα ερωτήματα Περίληψη Κεφάλαιο 4 Ταξικές δικτυακές διευθύνσεις Εισαγωγή Καθολικά αναγνωριστικά Το αρχικό ταξικό μοντέλο διευθυνσιοδότησης Οι διευθύνσεις προσδιορίζουν συνδέσεις δικτύων Δικτυακές διευθύνσεις και διευθύνσεις κατευθυνόμενης εκπομπής Περιορισμένη εκπομπή Η ερμηνεία του μηδέν έτσι ώστε να σημαίνει "Αυτός" Επεκτάσεις υποδικτύου και υπερδικτύου Διευθύνσεις IP πολυδιανομής Αδυναμίες στη διευθυνσιοδότηση του Internet Δεκαδική σημειογραφία με τελείες Διεύθυνση ανατροφοδότησης Συνοπτική παρουσίαση ειδικών συμβάσεων που αφορούν τις διευθύνσεις Αρχή διευθυνσιοδότησης Internet Δεσμευμένα προθέματα διευθύνσεων Παράδειγμα Διάταξη των byte ενός δικτύου Περίληψη Κεφάλαιο 5 Αντιστοίχιση διευθύνσεων Internet σε φυσικές διευθύνσεις (ARP) Εισαγωγή Το πρόβλημα της ανάλυσης διευθύνσεων Δύο τύποι φυσικών διευθύνσεων Ανάλυση μέσω άμεσης αντιστοίχισης Ανάλυση μέσω δυναμικής δέσμευσης Η κρυφή μνήμη ανάλυσης διευθύνσεων Χρόνος αναμονής κρυφής μνήμης ARP Βελτιώσεις του ARP Η σχέση του ARP με άλλα πρωτόκολλα Υλοποίηση του ARP Ενθυλάκωση και προσδιορισμός στο ARP Η μορφή του πρωτοκόλλου ARP Περίληψη

5 Περιεχόμενα 9 Κεφάλαιο 6 Καθορισμός διεύθυνσης διαδικτύου κατά την εκκίνηση (RARP) Εισαγωγή Αντίστροφο πρωτόκολλο ανάλυσης διευθύνσεων (Reverse Address Resolution Protocol, RARP) Χρονισμός συναλλαγών RARP Πρωτεύοντες και εφεδρικοί διακομιστές RARP Περίληψη Κεφάλαιο 7 Πρωτόκολλο Internet: Ασυνδεσμική παράδοση πακέτων Εισαγωγή Εικονικό δίκτυο Αρχιτεκτονική και φιλοσοφία του Internet Η οργάνωση των θεμελιωδών υπηρεσιών Ασυνδεσμικό σύστημα παράδοσης Ο σκοπός του Πρωτοκόλλου Internet Tο αυτοδύναμο πακέτο Internet Επιλογές των πακέτων Internet Περίληψη Κεφάλαιο 8 Πρωτόκολλο Internet:δρομολόγηση αυτοδύναμων πακέτων IP Εισαγωγή Δρομολόγηση σε διαδίκτυο Άμεση και έμμεση παράδοση δεδομένων Δρομολόγηση IP με βάση πίνακα δρομολόγησης Δρομολόγηση επόμενου άλματος Προεπιλεγμένα δρομολόγια Δρομολόγια σε υπολογιστές Ο αλγόριθμος δρομολόγησης του IP Δρομολόγηση με διευθύνσεις IP Διαχείριση εισερχόμενων πακέτων Εγκατάσταση πινάκων δρομολόγησης Περίληψη Κεφάλαιο 9 Πρωτόκολλο Internet:Μηνύματα σφάλματος και ελέγχου (ICMP) Εισαγωγή Το Πρωτόκολλο Μηνυμάτων Ελέγχου Internet Αναφορά σφάλματος και διόρθωση σφάλματος Παράδοση μηνυμάτων ICMP Μορφή μηνυμάτων ICMP Έλεγχος προσπελασιμότητας και κατάστασης προορισμού (Ping)

6 10 Περιεχόμενα 9.7 Μορφή μηνυμάτων αίτησης αντήχησης και απάντησης αντήχησης Αναφορές μη προσπελάσιμων προορισμών Συμφόρηση και έλεγχος ροής πακέτων Μορφή του μηνύματος καταστολής προέλευσης Αιτήσεις δρομολογητών για αλλαγή δρομολογίων Εντοπισμός κυκλικών ή υπερβολικά μεγάλων δρομολογίων Αναφορά άλλων προβλημάτων Συγχρονισμός ρολογιού και εκτίμηση χρόνου μετάβασης Μηνύματα αίτησης και απάντησης πληροφοριών Απόκτηση μάσκας υποδικτύου Ανακάλυψη δρομολογητή Παράκληση δρομολογητή Περίληψη Κεφάλαιο 10 Επεκτάσεις αταξικών διευθύνσεων και διευθύνσεων υποδικτύων (CIDR) Εισαγωγή Επισκόπηση σχετικών στοιχείων Ελαχιστοποίηση των αριθμών δικτύων Διαφανείς δρομολογητές ARP μεσολάβησης Διευθυνσιοδότηση υποδικτύων Ευελιξία στην εκχώρηση διευθύνσεων υποδικτύων Υποδίκτυα μεταβλητού μήκους Υλοποίηση υποδικτύων με μάσκες Αναπαράσταση μάσκας υποδικτύου Δρομολόγηση σε υποδίκτυα Ο αλγόριθμος δρομολόγησης υποδικτύων Ένας ενοποιημένος αλγόριθμος δρομολόγησης Συντήρηση των μασκών υποδικτύου Εκπομπή σε υποδίκτυα Ανώνυμα δίκτυα από Σημείο σε Σημείο Αταξική διευθυνσιοδότηση (υπερδικτύωση) Η επίπτωση της υπερδικτύωσης στη δρομολόγηση Μπλοκ διευθύνσεων και μάσκες CIDR Μπλοκ διευθύνσεων και γραφή CIDR Παράδειγμα αταξικής διευθυνσιοδότησης Δομές δεδομένων και αλγόριθμοι για αταξική αναζήτηση Δρομολόγηση μέγιστης ταύτισης και συνδυασμοί τύπων δρομολογίων Μπλοκ CIDR που είναι δεσμευμένα για ιδιωτικά δίκτυα Περίληψη Κεφάλαιο 11 Διαστρωμάτωση πρωτοκόλλων Εισαγωγή

7 Περιεχόμενα Η ανάγκη για πολλά πρωτόκολλα Τα επίπεδα του λογισμικού πρωτοκόλλων Λειτουργικότητα των επιπέδων Το πρωτόκολλο Χ.25 και η σχέση του με το μοντέλο ISO Διαφορές στη διαστρωμάτωση ISO και Internet Η αρχή της διαστρωμάτωσης πρωτοκόλλων Διαστρωμάτωση με δεδομένη την υποδομή των δικτύων Δύο σημαντικά όρια στο μοντέλο TCP/IP Το μειονέκτημα της διαστρωμάτωσης Η βασική αρχή της πολύπλεξης και της αποπολύπλεξης Περίληψη Κεφάλαιο 12 Το Πρωτόκολλο Αυτοδύναμων Πακέτων Χρήστη (UDP) Εισαγωγή Προσδιορισμός του τελικού προορισμού Πρωτόκολλο αυτοδύναμων πακέτων χρήστη (UDP) Μορφή των μηνυμάτων UDP Ψευδοκεφαλίδα UDP Ενθυλάκωση και διαστρωμάτωση του UDP Διαστρωμάτωση και υπολογισμός του αθροίσματος ελέγχου UDP Πολύπλεξη, αποπολύπλεξη, και θύρες UDP Δεσμευμένοι και διαθέσιμοι αριθμοί θυρών UDP Περίληψη Κεφάλαιο 13 Αξιόπιστη υπηρεσία μεταφοράς ρεύματος δεδομένων (TCP) Εισαγωγή Η ανάγκη για παράδοση ρεύματος δεδομένων Ιδιότητες της αξιόπιστης υπηρεσίας παράδοσης Παροχή αξιοπιστίας Η ιδέα πίσω από τη λειτουργία των συρόμενων παραθύρων Tο Πρωτόκολλο Ελέγχου Μετάδοσης Θύρες, συνδέσεις, και ακραία σημεία Οι λειτουργίες παθητικού και ενεργητικού ανοίγματος Τμήματα, ρεύματα, και αριθμοί ακολουθίας Μεταβλητό μέγεθος παραθύρου και έλεγχος ροής Μορφή τμήματος TCP Δεδομένα εκτός ζώνης Η επιλογή μέγιστου μεγέθους τμήματος Υπολογισμός του αθροίσματος ελέγχου TCP Επιβεβαιώσεις και αναμετάδοση Λήξη χρόνου αναμονής και αναμετάδοση Ακριβής μέτρηση δειγμάτων του χρόνου διαδρομής Ο αλγόριθμος του Karn και η οπισθοχώρηση χρονιστή

8 12 Περιεχόμενα Ανταπόκριση σε μεγάλες διαφοροποιήσεις καθυστερήσεων Αντίδραση σε περιπτώσεις συμφόρησης Συμφόρηση, απόρριψη ουράς, και TCP Τυχαία Πρώιμη Απόρριψη (RED) Εγκαθίδρυση μιας σύνδεσης TCP Αρχικοί αριθμοί ακολουθίας Τερματισμός μιας σύνδεσης TCP Καθαρισμός μιας σύνδεσης TCP Μηχανή κατάστασης TCP Εξαναγκασμός παράδοσης δεδομένων Δεσμευμένοι αριθμοί θυρών TCP Επιδόσεις του TCP Το σύνδρομο ανόητου παράθυρου και τα μικρά πακέτα Αποφυγή του συνδρόμου του ανόητου παραθύρου Περίληψη Κεφάλαιο 14 Δρομολόγηση: πυρήνες, ομότιμες μηχανές, και αλγόριθμοι Εισαγωγή Η προέλευση των πινάκων δρομολόγησης Δρομολόγηση με περιορισμένες πληροφορίες Η αρχική αρχιτεκτονική του Internet και οι πυρήνες Κεντρικοί δρομολογητές Από την αρχιτεκτονική πυρήνα στα ομότιμα δίκτυα σπονδυλικής στήλης Αυτόματη διάδοση δρομολογίων Δρομολόγηση διανύσματος-απόστασης (Bellman-Ford) Πρωτόκολλο από πύλη σε πύλη (GGP) Συντελεστές απόστασης Αξιοπιστία και πρωτόκολλα δρομολόγησης Δρομολόγηση με καταστάσεις συνδέσμων (SPF) Περίληψη Κεφάλαιο 15 Δρομολόγηση: Πρωτόκολλα εξωτερικής πυλης δικτύου και αυτόνομα συστήματα (BGP) Εισαγωγή Προσθήκη περιπλοκότητας στο αρχιτεκτονικό μοντέλο Καθορισμός ενός πρακτικού ορίου ως προς το μέγεθος της ομάδας Μια θεμελιώδης ιδέα: επιπλέον άλματα Κρυφά δίκτυα Η έννοια του αυτόνομου συστήματος

9 Περιεχόμενα Από τον πυρήνα στα ανεξάρτητα αυτόνομα συστήματα Ένα Πρωτόκολλο Εξωτερικής Πύλης Δικτύου Χαρακτηριστικά του BGP Λειτουργικότητα και τύποι μηνυμάτων του BGP Κεφαλίδα μηνύματος BGP Το μήνυμα OPEN του BGP Το μήνυμα UPDATE του BGP Συμπιεσμένα ζεύγη Μάσκας-Διεύθυνσης Ιδιότητες διαδρομών BGP Το μήνυμα KEEPALIVE του BGP Πληροφορίες από την πλευρά του παραλήπτη Ο βασικός περιορισμός των πρωτοκόλλων εξωτερικής πύλης δικτύου Το σύστημα διαιτητή δρομολόγησης Internet Το μήνυμα NOTIFICATION του BGP Αποκέντρωση της αρχιτεκτονικής του Internet Περίληψη Κεφάλαιο 16 Δρομολόγηση: σε ένα Αυτόνομο Σύστημα (RIP, OSPF, HELLO) Εισαγωγή Στατικά και δυναμικά εσωτερικά δρομολόγια Πρωτόκολλο Πληροφοριών Δρομολόγησης (RIP) Το πρωτόκολλο Hello Μέτρηση της καθυστέρησης και ταλάντωση Συνδυασμός των RIP, Hello, και BGP Δρομολόγηση μεταξύ αυτόνομων συστημάτων Gated: επικοινωνία μεταξύ αυτόνομων συστημάτων Το Ανοιχτό Πρωτόκολλο SPF (OSPF) Δρομολόγηση με τμηματικές πληροφορίες Περίληψη Κεφάλαιο 17 Πολυδιανομή Internet Εισαγωγή Εκπομπή μέσω υλικού Οι καταβολές της πολυδιανομής στο υλικό Πολυδιανομή Ethernet Πολυδιανομή ΙΡ Τα ιδεατά μέρη Διευθύνσεις πολυδιανομής ΙΡ Σημασιολογία διεύθυνσης πολυδιανομής Αντιστοίχιση πολυδιανομής ΙΡ σε πολυδιανομή Ethernet Υπολογιστές και παράδοση πολυδιανομής Εμβέλεια πολυδιανομής

10 14 Περιεχόμενα Επέκταση του λογισμικού των υπολογιστών υπηρεσίας για το χειρισμό πολυδιανομής Πρωτόκολλο Διαχείρισης Ομάδας Internet Υλοποίηση του IGMP Μεταβολή κατάστασης συμμετοχής σε ομάδα Μορφή μηνυμάτων IGMP Πληροφορίες προώθησης και δρομολόγησης πολυδιανομής Βασικά υποδείγματα δρομολόγησης πολυδιανομής Συνέπειες της μεθόδου ΤRPF Δένδρα πολυδιανομής Η ουσία της δρομολόγησης πολυδιανομής Πολυδιανομή Αντίστροφης Προώθησης Πρωτόκολλο Δρομολόγησης Πολυδιανομής με Διάνυσμα-Απόσταση Το πρόγραμμα Mrouted Εναλλακτικά πρωτόκολλα Δένδρα Βασισμένα σε Πυρήνα (CBT) Πολυδιανομή ανεξάρτητη από πρωτόκολλο (ΡΙΜ) Επεκτάσεις πολυδιανομής στο OSPF (MOSPF) Αξιόπιστη πολυδιανομή και αναρρόφηση ACK Περίληψη Κεφάλαιο 18 TCP/IP σε δίκτυα ΑΤΜ Εισαγωγή Υλικό τεχνολογίας ΑΤΜ Μεγάλα δίκτυα ΑΤΜ Η λογική άποψη ενός δικτύου ΑΤΜ Τα δύο υποδείγματα σύνδεσης ΑΤΜ Διαδρομές, κυκλώματα, και αναγνωριστικά Μεταφορά κελιών ΑΤΜ Επίπεδα προσαρμογής ΑΤΜ Επίπεδο Προσαρμογής ΑΤΜ Σύγκλιση, κατάτμηση, και επανασυναρμολόγηση στο AAL Ενθυλάκωση αυτοδύναμου πακέτου και μέγεθος MTU του ΙΡ Τύπος πακέτου και πολύπλεξη Αντιστοίχιση διεύθυνσης ΙΡ σε ένα δίκτυο ΑΤΜ Η έννοια του λογικού υποδικτύου ΙΡ Διαχείριση σύνδεσης Αντιστοίχιση διεύθυνσης μέσα σε ένα LIS Μορφή πακέτου ATMARP Χρήση πακέτων ATMARP για τον προσδιορισμό μιας διεύθυνσης

11 Περιεχόμενα Λήψη καταχωρίσεων από μια βάση δεδομένων διακομιστή Λήξη πληροφοριών ATMARP σε ένα διακομιστή Λήξη πληροφοριών ATMARP σε έναν υπολογιστή υπηρεσίας ή δρομολογητή Τεχνολογίες μεταγωγής ΙΡ Λειτουργία του μεταγωγέα Βελτιστοποιημένη προώθηση ΙΡ Ταξινόμηση, ροές, και μεταγωγή ανώτερου επιπέδου Εφαρμοσιμότητα της τεχνολογίας μεταγωγής Περίληψη Κεφάλαιο 19 Φορητό ΙΡ Εισαγωγή Μεταφερσιμότητα, δρομολόγηση, και διευθυνσιοδότηση Χαρακτηριστικά του φορητού ΙΡ Επισκόπηση της λειτουργίας του φορητού ΙΡ Λεπτομέρειες φορητής διευθυνσιοδότησης Ανακάλυψη ξένου πράκτορα Καταχώριση σε πράκτορα Μορφή μηνύματος καταχώρισης Επικοινωνία με ξένο πράκτορα Μετάδοση και λήψη αυτοδύναμων πακέτων Το πρόβλημα διπλής διάσχισης Επικοινωνία με υπολογιστές στο οικείο δίκτυο Περίληψη Κεφάλαιο 20 Διασύνδεση ιδιωτικού δικτύου (NAT, VPN) Εισαγωγή Ιδιωτικά και υβριδικά δίκτυα Το εικονικό ιδιωτικό δίκτυο (VPN) Διευθυνσιοδότηση και δρομολόγηση σε VPN Ένα VPN με ιδιωτικές διευθύνσεις Μετάφραση διεύθυνσης δικτύου (ΝΑΤ) Δημιουργία πίνακα μετάφρασης ΝΑΤ ΝΑΤ πολλών διευθύνσεων ΝΑΤ αντιστοιχισμένο σε θύρες Αλληλεπίδραση μεταξύ ΝΑΤ και ICMP Αλληλεπίδραση μεταξύ ΝΑΤ και εφαρμογών Η έννοια των περιοχών διευθύνσεων Slirp και masquerade Περίληψη

12 16 Περιεχόμενα Κεφάλαιο 21 Μοντέλο αλληλεπίδρασης πελάτη-διακομιστή Εισαγωγή Το μοντέλο πελάτη-διακομιστή Ένα απλό παράδειγμα: διακομιστής αντήχησης UDP Υπηρεσία ώρας και ημερομηνίας Η πολυπλοκότητα των διακομιστών Διακομιστής RARP Εναλλακτικές λύσεις ως προς το μοντέλο πελάτη-διακομιστή Περίληψη Κεφάλαιο 22 H διασύνδεση υποδοχών Εισαγωγή Το μοντέλο εισόδου/εξόδου του UNIX και η είσοδος/έξοδος δικτύου Προσθήκη εισόδου/εξόδου δικτύου στο UNIX Η αφαιρετική έννοια των υποδοχών Δημιουργία υποδοχής Κληρονομικότητα και τερματισμός υποδοχής Καθορισμός μιας τοπικής διεύθυνσης Σύνδεση υποδοχών σε διευθύνσεις προορισμού Αποστολή δεδομένων μέσω μιας υποδοχής Παραλαβή δεδομένων μέσω μιας υποδοχής Λήψη τοπικών και απομακρυσμένων διευθύνσεων υποδοχών Λήψη και ορισμός επιλογών για υποδοχές Καθορισμός μήκους ουράς για ένα διακομιστή Πώς ένας διακομιστής δέχεται συνδέσεις Διακομιστές που χειρίζονται πολλές υπηρεσίες Λήψη και καθορισμός ονομάτων υπολογιστών υπηρεσίας Λήψη και καθορισμός της εσωτερικής περιοχής για τον υπολογιστή υπηρεσίας Κλήσεις βιβλιοθήκης υποδοχών Ρουτίνες μετατροπής της σειράς των byte δικτύου Ρουτίνες χειρισμού διευθύνσεων ΙΡ Προσπέλαση του συστήματος ονομάτων περιοχών Λήψη πληροφοριών για υπολογιστές υπηρεσίας Λήψη πληροφοριών για δίκτυα Λήψη πληροφοριών για πρωτόκολλα Λήψη πληροφοριών για υπηρεσίες δικτύου Ένα παράδειγμα πελάτη Ένα παράδειγμα διακομιστή Περίληψη

13 Περιεχόμενα 17 Κεφάλαιο 23 Εκκίνηση και αυτόματη διευθέτηση (BOOTP, DHCP) Εισαγωγή Η ανάγκη για εναλλακτικό πρωτόκολλο ως προς το RARP Χρήση του ΙΡ για προσδιορισμό της διεύθυνσης ΙΡ Η πολιτική αναμετάδοσης του ΒΟΟΤΡ Η μορφή ενός μηνύματος ΒΟΟΤΡ Η διαδικασία εκκίνησης των δύο βημάτων Πεδίο ειδικά για κατασκευαστές Η ανάγκη για δυναμική διευθέτηση Δυναμική διευθέτηση υπολογιστών υπηρεσίας Δυναμική εκχώρηση διευθύνσεων ΙΡ Λήψη πολλών διευθύνσεων Καταστάσεις απόκτησης διευθύνσεων Πρώιμος τερματισμός της μίσθωσης Καταστάσεις ανανέωσης της μίσθωσης Μορφή μηνύματος DHCP Επιλογές και τύπος μηνύματος DHCP Υπερφόρτωση επιλογών DHCP και ονόματα περιοχών Σύνοψη Κεφάλαιο 24 Το Σύστημα Ονομάτων Περιοχών (DNS) Εισαγωγή Ονόματα για μηχανήματα Επίπεδος χώρος ονομάτων Ιεραρχικά ονόματα Ανάθεση εξουσίας για ονόματα Εξουσία υποσυνόλου Ονόματα περιοχών διαδικτύου Επίσημα και ανεπίσημα ονόματα περιοχών διαδικτύου Επώνυμα στοιχεία και σύνταξη των ονομάτων Αντιστοίχιση ονομάτων περιοχών σε διευθύνσεις Ανάλυση ονομάτων περιοχών Αποδοτική μετάφραση Χρήση κρυφής μνήμης: το κλειδί για την αποδοτικότητα Μορφή μηνυμάτων του διακομιστή περιοχής Συμπιεσμένη μορφή ονόματος Σύντμηση των ονομάτων περιοχών Αντίστροφες αντιστοιχίσεις Ερωτήματα δεικτών Τύποι αντικειμένων και περιεχόμενα εγγραφών πόρων Απόκτηση εξουσιοδότησης για μια υποπεριοχή Περίληψη

14 18 Περιεχόμενα Κεφάλαιο 25 Εφαρμογές: Τηλεσύνδεση (TELNET, Rlogin) Εισαγωγή Απομακρυσμένη αλληλεπιδραστική χρήση υπολογιστών Πρωτόκολλο TELNET Αντιμετώπιση της ετερογένειας Μεταβίβαση διαταγών που ελέγχουν την απομακρυσμένη πλευρά Εξαναγκασμός του διακομιστή για ανάγνωση μιας λειτουργίας ελέγχου Επιλογές του TELNET Διαπραγμάτευση επιλογών του TELNET Rlogin (BSD UNIX) Περίληψη Κεφάλαιο 26 Εφαρμογές: Μεταφορά και προσπέλαση αρχείων (FTP, TFTP, NFS) Εισαγωγή Μεταφορά και προσπέλαση αρχείων Άμεση κοινόχρηστη πρόσβαση Κοινοχρησία με μεταφορά αρχείων FTP: Το κύριο πρωτόκολλο μεταφοράς αρχείων TCP/IP Χαρακτηριστικά του FTP Μοντέλο διεργασιών του FTP Εκχώρηση αριθμού θύρας TCP Το FTP από την άποψη του χρήστη Ένα παράδειγμα περιόδου εργασίας ανώνυμου FTP ΤFTP NFS Υλοποίηση του NFS Κλήση απομακρυσμένων διαδικασιών (RPC) Περίληψη Κεφάλαιο 27 Εφαρμογές: Ηλεκτρονικό ταχυδρομείο (SMTP, POP, IMAP, MIME) Εισαγωγή Ηλεκτρονικό ταχυδρομείο Ονόματα και ψευδώνυμα γραμματοκιβωτίων Επέκταση ψευδώνυμων και προώθηση αλληλογραφίας Η σχέση διαδικτύωσης και ταχυδρομείου Πρότυπα του TCP/IP για την υπηρεσία ηλεκτρονικού ταχυδρομείου Διευθύνσεις ηλεκτρονικού ταχυδρομείου Διευθύνσεις ψευδοπεριοχών

15 Περιεχόμενα Απλό πρωτόκολλο μεταφοράς ταχυδρομείου (SMTP) Ανάκτηση αλληλογραφίας και πρωτόκολλα χειρισμού γραμματοκιβωτίων Η επέκταση ΜΙΜΕ για δεδομένα που δεν είναι ASCII Μηνύματα πολλών τμημάτων ΜΙΜΕ Περίληψη Κεφάλαιο 28 Εφαρμογές: Παγκόσμιος Ιστός (ΗΤΤΡ) Εισαγωγή Σπουδαιότητα του Ιστού Στοιχεία της αρχιτεκτονικής Ενιαίος εντοπιστής πόρων Ένα παράδειγμα εγγράφου Πρωτόκολλο μεταφοράς υπερ-κειμένου Αίτηση GET του HTTP Μηνύματα σφαλμάτων Επίμονες συνδέσεις και μήκη Μήκος δεδομένων και έξοδος προγράμματος Κωδικοποίηση μήκους και κεφαλίδες Διαπραγμάτευση Αιτήσεις υπό συνθήκη Υποστήριξη για διακομιστές μεσολάβησης Χρήση κρυφής μνήμης Περίληψη Κεφάλαιο 29 Εφαρμογές: Μεταφορά φωνής και βίντεο μέσω ΙΡ (RTP) Εισαγωγή Αποσπάσματα ήχου και πρότυπα κωδικοποίησης Μετάδοση και αναπαραγωγή ήχου και βίντεο Παραμόρφωση χρονισμού και καθυστέρηση αναπαραγωγής Πρωτόκολλο μεταφοράς σε πραγματικό χρόνο (RTP) Ρεύματα, μίξη, και πολυδιανομή Ενθυλάκωση RTP Πρωτόκολλο ελέγχου RTP (RTCP) Λειτουργία του RTCP Τηλεφωνία IP και εκπομπή σημάτων Δέσμευση πόρων και ποιότητα υπηρεσιών QoS, εκμετάλλευση, και χωρητικότητα RSVP COPS Περίληψη

16 20 Περιεχόμενα Κεφάλαιο 30 Εφαρμογές: Διαχείριση διαδικτύου (SNMP) Εισαγωγή Το επίπεδο των πρωτοκόλλων διαχείρισης Αρχιτεκτονικό μοντέλο Πλαίσιο εργασίας πρωτοκόλλων Παραδείγματα μεταβλητών MIB Η δομή των πληροφοριών διαχείρισης Τυπικοί ορισμοί με χρήση της ASN Δομή και αναπαράσταση ονομάτων αντικειμένων MIB Πρωτόκολλο διαχείρισης απλού δικτύου Μορφή μηνυμάτων SNMP Παράδειγμα κωδικοποιημένου μηνύματος SNMP Νέες δυνατότητες στο SNMPv Περίληψη Κεφάλαιο 31 Σύνοψη των εξαρτήσεων των πρωτοκόλλων Εισαγωγή Εξαρτήσεις πρωτοκόλλων Το μοντέλο της κλεψύδρας Πρόσβαση των προγραμμάτων εφαρμογών Περίληψη Κεφάλαιο 32 Ασφάλεια στο Internet και σχεδιασμός αντιπυρικής ζώνης (IPsec) Εισαγωγή Προστασία πόρων Πολιτική πληροφοριών Ασφάλεια Internet Ασφάλεια IP (IPsec) Κεφαλίδα πιστοποίησης ταυτότητας IPsec Συσχέτιση ασφαλείας Ενθυλακωμένο ωφέλιμο φορτίο ασφαλείας IPsec Πιστοποίηση ταυτότητας και ρευστά πεδία κεφαλίδας Διάνοιξη σήραγγας IPsec Απαιτούμενοι αλγόριθμοι ασφαλείας Ασφαλείς υποδοχές Αντιπυρικές ζώνες και πρόσβαση στο διαδίκτυο Πολλαπλές συνδέσεις και αδύναμοι κρίκοι Υλοποίηση αντιπυρικής ζώνης Φίλτρα σε επίπεδο πακέτων

17 Περιεχόμενα Προδιαγραφές ασφαλείας και φίλτρου πακέτων Οι συνέπειες της περιορισμένης πρόσβασης για τους πελάτες Πρόσβαση με μεσολάβηση μέσα σε αντιπυρική ζώνη Οι λεπτομέρειες της αρχιτεκτονικής μιας αντιπυρικής ζώνης Δίκτυο στελέχους Μια εναλλακτική υλοποίηση αντιπυρικής ζώνης Παρακολούθηση και καταγραφή Περίληψη Κεφάλαιο 33 Το μέλλον του TCP/IP (IPv6) Εισαγωγή Γιατί να αλλάξει; Νέες πολιτικές Κίνητρα για την αλλαγή του IPv Η πορεία προς τη νέα έκδοση του ΙΡ Το όνομα του επόμενου ΙΡ Λειτουργίες του IPv Γενική μορφή αυτοδύναμου πακέτου IPv Μορφή κεφαλίδας βάσης IPv Κεφαλίδες επέκτασης IPv Ανάλυση αυτοδύναμου πακέτου IPv Κατάτμηση και επανασυναρμολόγηση στο IPv Οι συνέπειες της κατάτμησης απ' άκρου εις άκρο Δρομολόγηση προέλευσης IPv Επιλογές IPv Μέγεθος χώρου διευθύνσεων IPv Δεκαεξαδική γραφή του IPv6 με άνω και κάτω τελεία Τρεις βασικοί τύποι διευθύνσεων IPv Η δυικότητα της εκπομπής και της πολυδιανομής Η επιλογή των μηχανικών και η προσομοιωμένη εκπομπή Προτεινόμενη εκχώρηση χώρου διευθύνσεων IPv Ενσωματωμένες διευθύνσεις IPv4 και μετάβαση Απροσδιόριστες διευθύνσεις και διευθύνσεις ανατροφοδότησης Ιεραρχία διευθύνσεων αποκλειστικής διανομής Δομή συναθροίσιμης καθολικής διεύθυνσης αποκλειστικής διανομής Αναγνωριστικά διασυνδέσεων Πρόσθετη ιεραρχία Τοπικές διευθύνσεις Αυτόματη διευθέτηση και επαναρίθμηση Περίληψη

18 22 Περιεχόμενα Παράρτημα 1 Οδηγός για τα RFC Παράρτημα 2 Γλωσσάρι όρων και συντομογραφιών διαδικτύωσης Βιβλιογραφία Ευρετήριο

19 8 Πρωτόκολλο Internet: δρομολόγηση αυτοδύναμων πακέτων IP 8.1 Εισαγωγή Όπως είδαμε, όλες οι υπηρεσίες διαδικτύων χρησιμοποιούν ένα ασυνδεσμικό σύστημα παράδοσης πακέτων, και η βασική μονάδα μεταφοράς δεδομένων σε ένα διαδίκτυο TCP/IP είναι το αυτοδύναμο πακέτο (datagram) IP. Στο κεφάλαιο αυτό θα συνεχίσουμε την αναφορά μας στην ασυνδεσμική υπηρεσία, περιγράφοντας τον τρόπο με τον οποίο οι δρομολογητές προωθούν τα αυτοδύναμα πακέτα IP και τα παραδίδουν στον τελικό τους προορισμό. Θεωρούμε ότι η μορφή πακέτου που περιγράψαμε στο Κεφάλαιο 7 διαθέτει τα στατικά χαρακτηριστικά του Πρωτοκόλλου Internet. Η περιγραφή της δρομολόγησης που περιλαμβάνεται στο κεφάλαιο αυτό αναφέρεται στα λειτουργικά χαρακτηριστικά. Στο επόμενο κεφάλαιο ολοκληρώνεται η βασική παρουσίαση του IP μέσα από την περιγραφή της αντιμετώπισης σφαλμάτων. Το Κεφάλαιο 10 περιγράφει τις απαραίτητες επεκτάσεις για αταξική διευθυνσιοδότηση υποδικτύων, ενώ σε επόμενα κεφάλαια θα εξετάσουμε πώς κάποια άλλα πρωτόκολλα χρησιμοποιούν το IP για να παρέχουν υψηλότερου επιπέδου υπηρεσίες. 8.2 Δρομολόγηση σε διαδίκτυο Σε ένα σύστημα μεταγωγής πακέτων, ο όρος δρομολόγηση (routing) αναφέρεται στη διαδικασία επιλογής μιας διαδρομής μέσω της οποίας θα γίνει η αποστολή των πακέτων, και ο όρος δρομολογητής (router) αναφέρεται στον υπολογιστή που κάνει αυτή την επιλογή. Για παράδειγμα, μέσα σε ένα δίκτυο ευρείας περιοχής με πολλές φυσικές συνδέσεις μεταξύ των διακοπτών των πακέτων, το ίδιο το δίκτυο είναι υπεύθυνο για τη δρομολόγηση των πακέτων που μπαίνουν και βγαίνουν από αυτό. Μια τέτοια εσωτερική δρομολόγηση είναι πλήρως 167

20 168 Πρωτόκολλο Internet: δρομολόγηση αυτοδύναμων πακέτων IP Κεφάλαιο 8 αυτοδύναμη μέσα στο δίκτυο ευρείας περιοχής. Οι εξωτερικές μηχανές δεν μπορούν να συμμετάσχουν στις αποφάσεις. το δίκτυο θεωρείται μια οντότητα που μεταφέρει πακέτα. Μην ξεχνάτε ότι σκοπός του IP είναι να παρέχει ένα εικονικό δίκτυο το οποίο να περικλείει πολλά φυσικά δίκτυα και να προσφέρει μια ασυνδεσμική υπηρεσία παράδοσης αυτοδύναμων πακέτων. Άρα, θα ασχοληθούμε κυρίως με την προώθηση IP (forwarding IP), μια διαδικασία που ονομάζεται και δρομολόγηση διαδικτύων (internet routing) ή δρομολόγηση IP (IP routing). Οι πληροφορίες που χρησιμοποιούνται για τη λήψη αποφάσεων δρομολόγησης είναι γνωστές ως πληροφορίες δρομολόγησης IP. Όπως συμβαίνει και με τη δρομολόγηση στα πλαίσια ενός φυσικού δικτύου, έτσι και η δρομολόγηση IP επιλέγει μια διαδρομή την οποία θα ακολουθήσει ένα αυτοδύναμο πακέτο. Σε αντίθεση, όμως, με ό,τι συμβαίνει στη δρομολόγηση σε ένα δίκτυο, εδώ ο αλγόριθμος δρομολόγησης IP πρέπει να επιλέξει τον τρόπο με τον οποίο θα στείλει το πακέτο μέσω πολλών φυσικών δικτύων. Η δρομολόγηση σε ένα διαδίκτυο είναι δύσκολη υπόθεση, ειδικά μεταξύ υπολογιστών που έχουν πολλές συνδέσεις φυσικών δικτύων. Στην ιδεατή περίπτωση το λογισμικό δρομολόγησης, πριν επιλέξει τη βέλτιστη διαδρομή, εξετάζει το φορτίο του δικτύου, το μήκος του αυτοδύναμου πακέτου, ή το είδος της υπηρεσίας που προσδιορίζεται στην κεφαλίδα του πακέτου. Ωστόσο, τα περισσότερα λογισμικά δρομολόγησης διαδικτύων δεν είναι τόσο περίπλοκα, και επιλέγουν διαδρομές σύμφωνα με προκαθορισμένα κριτήρια. Για να κατανοήσουμε πλήρως τη διαδικασία δρομολόγησης IP, πρέπει πρώτα να ξαναθυμηθούμε την αρχιτεκτονική ενός διαδικτύου TCP/IP. Καταρχήν, ένα διαδίκτυο αποτελείται από πολλά φυσικά δίκτυα που συνδέονται μεταξύ τους με υπολογιστές, τους ονομαζόμενους δρομολογητές. Κάθε δρομολογητής συνδέεται με δύο ή τρία δίκτυα. Αντίθετα, ένας υπολογιστής συνήθως συνδέεται με ένα φυσικό δίκτυο. Ξέρουμε όμως ότι μπορούμε να έχουμε και πολυδικτυωμένους υπολογιστές, που είναι συνδεδεμένοι με πολλά δίκτυα. Και οι υπολογιστές και οι δρομολογητές συμμετέχουν στη διαδικασία δρομολόγησης ενός αυτοδύναμου πακέτου IP προς τον προορισμό του. Όταν ένα πρόγραμμα εφαρμογής σε έναν υπολογιστή προσπαθεί να επικοινωνήσει, τα πρωτόκολλα TCP/IP τελικά δημιουργούν ένα ή περισσότερα αυτοδύναμα πακέτα IP. Ο υπολογιστής πρέπει να πάρει μια αρχική απόφαση δρομολόγησης αμέσως μόλις επιλέξει τον προορισμό των πακέτων. Όπως φαίνεται και στην Εικόνα 8.1, οι υπολογιστές πρέπει να πάρουν αποφάσεις δρομολόγησης ακόμα και όταν διαθέτουν μόνο μια σύνδεση δικτύου. Το βασικό έργο των δρομολογητών είναι να λαμβάνουν αποφάσεις δρομολόγησης. Τι συμβαίνει, όμως, με τους πολυδικτυωμένους υπολογιστές; Οποιοσδήποτε υπολογιστής που έχει συνδέσεις με πολλά δίκτυα μπορεί να αναλάβει το ρόλο δρομολογητή, και όπως θα δούμε στη συνέχεια οι πολυδικτυωμένοι υπολογιστές που εκτελούν το TCP/IP διαθέτουν όλο το απαραίτητο λογισμικό για δρομολόγηση. Επιπλέον, οι τοποθεσίες που δεν έχουν τη δυνατότητα ξεχωριστών δρομολογητών χρησιμοποιούν μηχανές χρονομερισμού γενικής χρήσης σε ρόλο και υπολογιστών υπηρεσίας και δρομολογητών. Ωστόσο, τα πρότυπα TCP/IP προβλέπουν σαφή διάκριση ανάμεσα στις λειτουργίες ενός υπολογιστή υπηρεσίας και ενός δρομολογητή, και συχνά παρατηρούνται λειτουργικές ανωμαλίες στις τοποθεσίες που προσπαθούν να συνδυάσουν σε μία μόνο μηχανή τις λειτουργίες και των δύο. Προς το παρόν θα κάνουμε μια Στο Κεφάλαιο 18 περιγράφεται ένα σχετικό θέμα, η μεταγωγή επιπέδου 3 ή μεταγωγή IP (IP switching).

21 Ενότητα 8.3 Άμεση και έμμεση παράδοση δεδομένων 169 διάκριση ανάμεσα στους υπολογιστές υπηρεσίας (hosts) και τους δρομολογητές (routers), θεωρώντας δεδομένο ότι οι υπολογιστές δεν αναλαμβάνουν να μεταφέρουν πακέτα από το ένα δίκτυο στο άλλο. Εικόνα 8.1 Παράδειγμα ενός μονοδικτυωμένου υπολογιστή υπηρεσίας ο οποίος πρέπει να δρομολογήσει πακέτα. Ο υπολογιστής πρέπει να επιλέξει σε ποιον από τους δύο δρομολογητές, τον R 1 ή τον R 2, θα στείλει το αυτοδύναμο πακέτο, καθώς ο κάθε δρομολογητής παρέχει την καλύτερη διαδρομή για συγκεκριμένους προορισμούς. 8.3 Άμεση και έμμεση παράδοση δεδομένων Σε γενικές γραμμές, μπορούμε να χωρίσουμε τη δρομολόγηση σε δύο μορφές: την ά- μεση παράδοση (direct delivery) και την έμμεση παράδοση (indirect delivery) δεδομένων. Η άμεση παράδοση, δηλαδή η απευθείας μετάδοση ενός αυτοδύναμου πακέτου από μια μηχανή σε μια άλλη μέσω ενός φυσικού δικτύου, αποτελεί τη βάση για την επικοινωνία διαδικτύων. Δυο μηχανές μπορούν να επιτελέσουν άμεση παράδοση μόνο αν είναι και οι δύο άμεσα συνδεδεμένες στο ίδιο φυσικό σύστημα μετάδοσης (π.χ. σε ένα δίκτυο Ethernet). Έμμεση παράδοση πραγματοποιείται όταν η μηχανή προορισμού δε βρίσκεται σε άμεση σύνδεση μέσω δικτύου με τη μηχανή προέλευσης, γεγονός που αναγκάζει τον αποστολέα να μεταβιβάσει το μήνυμα σε κάποιο δρομολογητή Παράδοση πακέτων μέσω ενός δικτύου Ξέρουμε ότι μια μηχανή που είναι συνδεδεμένη σε ένα συγκεκριμένο φυσικό δίκτυο μπορεί να στείλει ένα φυσικό πλαίσιο απευθείας σε μια άλλη μηχανή του ίδιου δικτύου. Για να μεταφέρει ένα αυτοδύναμο πακέτο IP, ο αποστολέας το ενθυλακώνει σε ένα φυσικό πλαίσιο, αντιστοιχίζει τη διεύθυνση IP σε μια φυσική διεύθυνση, και χρησιμοποιεί το υλικό δικτύου για να το παραδώσει. Στο Κεφάλαιο 5 είδαμε δύο πιθανούς μηχανισμούς για ανάλυση διευθύνσεων, ένας από τους οποίους χρησιμοποιούσε το πρωτόκολλο ARP για δυναμική αντιστοίχιση διευθύνσεων σε δίκτυα τύπου Ethernet. Στο Κεφάλαιο 7 αναφερθήκαμε στη διαδικασία ενθυλάκωσης αυτοδύναμων πακέτων. Άρα, έχουμε αναλύσει όλους τους επιμέρους παράγοντες που είναι απαραίτητοι για την κατανόηση της διαδικασίας άμεσης παράδοσης. Συνοψίζοντας:

22 170 Πρωτόκολλο Internet: δρομολόγηση αυτοδύναμων πακέτων IP Κεφάλαιο 8 Η μετάδοση ενός αυτοδύναμου πακέτου IP από μία μηχανή σε μια άλλη μέσω ε- νός μόνο φυσικού δικτύου δεν πραγματοποιείται μέσω δρομολογητών. Ο αποστολέας ενθυλακώνει το πακέτο μέσα σε ένα φυσικό πλαίσιο, αντιστοιχίζει τη διεύθυνση προορισμού σε μια φυσική διεύθυνση υλικού, και στέλνει το τελικό πλαίσιο κατευθείαν στον προορισμό. Πώς ξέρει ο αποστολέας ότι η μηχανή προορισμού συνδέεται με τη μηχανή προέλευσης μέσω ενός μόνο δικτύου; Ο έλεγχος είναι άμεσος. Γνωρίζουμε ότι οι διευθύνσεις IP αποτελούνται από ένα πρόθεμα που αναφέρεται στο δίκτυο και ένα επίθεμα που αναφέρεται στον υπολογιστή. Για να διαπιστώσει ο αποστολέας αν ο προορισμός βρίσκεται σε δίκτυο άμεσα συνδεδεμένο με το δικό του, "αποσπά" το τμήμα δικτύου από τη διεύθυνση προορισμού IP και το συγκρίνει με το τμήμα δικτύου της δικής του διεύθυνσης (ή των διευθύνσεων) IP. Σε περίπτωση που οι δυο διευθύνσεις ταυτίζονται, το πακέτο μπορεί να σταλεί άμεσα. Εδώ βλέπουμε ένα από τα πλεονεκτήματα του μοντέλου διευθύνσεων του Internet, δηλαδή ότι: Ο έλεγχος για το αν υπάρχει άμεση πρόσβαση σε μια μηχανή είναι πολύ εύκολος, αφού οι διευθύνσεις διαδικτύου όλων των μηχανών που περιλαμβάνονται σε ένα δίκτυο έχουν το ίδιο πρόθεμα δικτύου και η εξαγωγή αυτού του προθέματος απαιτεί λίγες μόνο εντολές μηχανής. Από την άποψη του διαδικτύου, είναι πολύ πιο εύκολο να αντιμετωπίσουμε τη διαδικασία της άμεσης παράδοσης ως το τελικό στάδιο οποιασδήποτε μετάδοσης πακέτου, ακόμα κι αν το πακέτο αυτό διασχίζει πολλά δίκτυα και δρομολογητές. Ο τελευταίος δρομολογητής που βρίσκεται στη διαδρομή μεταξύ προέλευσης και προορισμού συνδέεται με το ίδιο το φυσικό δίκτυο του προορισμού. Άρα, ο τελικός δρομολογητής θα παραδώσει το πακέτο ακολουθώντας τη διαδικασία της άμεσης παράδοσης. Μπορούμε να θεωρήσουμε την άμεση παράδοση μεταξύ προέλευσης και προορισμού ως μια ειδική περίπτωση δρομολόγησης στη διαδρομή που ακολουθεί το πακέτο κατά την άμεση παράδοση δεν παρεμβάλλονται δρομολογητές Έμμεση παράδοση Η έμμεση παράδοση είναι πολύ πιο δύσκολη από την άμεση, επειδή ο αποστολέας πρέπει να καθορίσει ένα δρομολογητή στον οποίο μπορεί να σταλεί το πακέτο. Στη συνέχεια ο δρομολογητής πρέπει να προωθήσει το πακέτο στο δίκτυο προορισμού του. Για να κατανοήσουμε πώς λειτουργεί η έμμεση δρομολόγηση, ας φανταστούμε ένα μεγάλο διαδίκτυο με πολλά δίκτυα που συνδέονται μεταξύ τους μέσω δρομολογητών στα άκρα όμως του διαδικτύου υπάρχουν μόνο δύο υπολογιστές. Κατά την αποστολή ενός μηνύματος, ο ένας υπολογιστής ενθυλακώνει το πακέτο και το στέλνει στον κοντινότερο δρομολογητή. Ξέρουμε ότι ο υπολογιστής μπορεί να επικοινωνήσει με κάποιο δρομολογητή επειδή όλα τα φυσικά δίκτυα συνδέονται μεταξύ τους, επομένως σε κάθε δίκτυο θα πρέπει να είναι συνδεδεμένος ένας δρομολογητής. Έτσι, ο υπολογιστής που στέλνει το μήνυμα μπορεί να επικοινωνήσει με κάποιο δρομολογητή μέσω ενός φυσικού δικτύου. Μόλις το πλαίσιο φτάσει στο δρομολογητή, το λογισμικό εξάγει το ενθυλακωμένο αυτοδύναμο πακέτο και το λογισμι-

23 Ενότητα 8.4 Δρομολόγηση IP με βάση πίνακα δρομολόγησης 171 κό IP επιλέγει τον επόμενο δρομολογητή στη διαδρομή προς τον προορισμό. Το πακέτο τοποθετείται και πάλι εντός ενός πλαισίου και στέλνεται μέσω του επόμενου φυσικού δικτύου στο δεύτερο δρομολογητή, και η διαδικασία συνεχίζεται ώσπου να παραδοθεί στον προορισμό του. Όσα αναφέρθηκαν παραπάνω μπορούν να συνοψιστούν στο εξής: Οι δρομολογητές σε ένα διαδίκτυο TCP/IP σχηματίζουν μια αλληλένδετη και αλληλοσυνεργαζόμενη δομή. Τα αυτοδύναμα πακέτα μεταφέρονται από τον ένα δρομολογητή στον άλλον ώσπου να φτάσουν στον τελευταίο, ο οποίος θα τα παραδώσει άμεσα στον προορισμό τους. Πώς ένας δρομολογητής ξέρει πού πρέπει να στείλει κάθε πακέτο; Πώς ο υπολογιστής ξέρει ποιο δρομολογητή πρέπει να χρησιμοποιήσει για κάποιο συγκεκριμένο προορισμό; Τα δύο αυτά ερωτήματα συνδέονται μεταξύ τους, καθώς και τα δύο έχουν σχέση με τη διαδικασία της δρομολόγησης IP. Θα τα απαντήσουμε σε δύο στάδια, ξεκινώντας στο κεφάλαιο αυτό με την ανάλυση του βασικού αλγορίθμου δρομολόγησης που λειτουργεί με βάση τους πίνακες δρομολόγησης, και αφήνοντας για επόμενα κεφάλαια το ζήτημα του πώς οι δρομολογητές μαθαίνουν καινούρια δρομολόγια. 8.4 Δρομολόγηση IP με βάση πίνακα δρομολόγησης Ο συνηθισμένος αλγόριθμος δρομολόγησης IP χρησιμοποιεί σε κάθε μηχανή έναν πίνακα δρομολόγησης Internet (Internet routing table) μερικές φορές αναφέρεται και ως πίνακας δρομολόγησης IP (IP routing table) ο οποίος αποθηκεύει πληροφορίες σχετικά με πιθανούς προορισμούς και τρόπους πρόσβασης σε αυτούς. Και οι υπολογιστές και οι δρομολογητές δρομολογούν πακέτα, γι αυτό και οι δύο διαθέτουν πίνακες δρομολόγησης IP. Κάθε φορά που το λογισμικό δρομολόγησης IP ενός υπολογιστή ή ενός δρομολογητή θέλει να μεταδώσει ένα πακέτο, συμβουλεύεται τον πίνακα δρομολόγησης προκειμένου να αποφασίσει πού θα στείλει το πακέτο αυτό. Τι είδους πληροφορίες αποθηκεύονται στους πίνακες δρομολόγησης; Θα ήταν αδύνατον να ενημερώνονται τακτικά οι πίνακες δρομολόγησης αν κάθε ένας από αυτούς περιελάμβανε πληροφορίες σχετικά με κάθε πιθανή διεύθυνση προορισμού. Επιπλέον, λόγω του πλήθους των προορισμών, οι μηχανές δε θα είχαν αρκετό χώρο για να αποθηκεύσουν όλες τις πληροφορίες. Από θεωρητική άποψη, θα ήταν επιθυμητό να υλοποιείται η αρχή της απόκρυψης πληροφοριών, και να δίνουμε τη δυνατότητα στις μηχανές να παίρνουν αποφάσεις δρομολόγησης έχοντας στη διάθεσή τους τις ελάχιστες δυνατές πληροφορίες. Για παράδειγμα, θα θέλαμε να απομονώνουμε τις πληροφορίες σχετικά με συγκεκριμένους υπολογιστές ώστε να είναι ορατές μόνο στο τοπικό περιβάλλον όπου βρίσκονται, και να κάνουμε τις κατάλληλες διευθετήσεις ώστε οι απομακρυσμένες μηχανές να δρομολογούν σε αυτούς τα πακέτα τους χωρίς να γνωρίζουν τέτοιου είδους λεπτομέρειες. Ευτυχώς, το μοντέλο διευθύνσεων IP βοηθά στην επίτευξη αυτού του στόχου. Μην ξεχνάτε ότι οι διευθύνσεις IP έχουν προσδιοριστεί κατά τέτοιον τρόπο ώστε όλες οι μηχανές που είναι συνδεδεμένες με κάποιο συγκεκριμένο φυσικό δίκτυο να έχουν κοινό πρόθεμα (το τμήμα δικτύου της διεύθυνσης). Είδαμε ότι το γεγονός

24 172 Πρωτόκολλο Internet: δρομολόγηση αυτοδύναμων πακέτων IP Κεφάλαιο 8 αυτό καθιστά αποτελεσματικό τον έλεγχο ως προς τη δυνατότητα άμεσης παράδοσης. Εκτός αυτού, οι πίνακες δρομολόγησης δε χρειάζεται να περιλαμβάνουν ολόκληρες τις διευθύνσεις IP, αλλά μόνο τα προθέματα δικτύου. 8.5 Δρομολόγηση επόμενου άλματος Η χρήση μόνο του τμήματος δικτύου μιας διεύθυνσης προορισμού, αντί για την πλήρη διεύθυνση υπολογιστή, καθιστά αποτελεσματική τη δρομολόγηση και περιορίζει το μέγεθος των πινάκων δρομολόγησης. Το πιο σημαντικό, όμως, είναι ότι βοηθά την απόκρυψη των πληροφοριών, περιορίζοντας τις λεπτομέρειες που αφορούν συγκεκριμένους υπολογιστές μόνο στο περιβάλλον στο οποίο αυτοί λειτουργούν. Τυπικά, ο πίνακας δρομολόγησης περιλαμβάνει ζεύγη (N, R) όπου N είναι η διεύθυνση IP του δικτύου προορισμού, και R είναι η διεύθυνση IP του αμέσως "επόμενου" δρομολογητή στη διαδρομή προς το δίκτυο N. Ο δρομολογητής R ονομάζεται επόμενο άλμα (next hop), και η ιδέα της χρησιμοποίησης πίνακα δρομολόγησης όπου θα αποθηκεύεται το επόμενο άλμα για κάθε προορισμό ονομάζεται δρομολόγηση επόμενου άλματος (next-hop routing). Άρα, ο πίνακας δρομολόγησης σε ένα δρομολογητή R καθορίζει μόνο ένα βήμα στη διαδρομή μεταξύ του R και του δικτύου προορισμού ο δρομολογητής δε γνωρίζει ολόκληρη τη διαδρομή προς κάποιον προορισμό. Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ότι κάθε καταχώριση σε έναν πίνακα δρομολόγησης συνδέεται με κάποιο δρομολογητή, η προσπέλαση του οποίου γίνεται μέσω ενός συγκεκριμένου δικτύου. Με άλλα λόγια, όλοι οι δρομολογητές που είναι καταχωρισμένοι στον πίνακα δρομολόγησης της μηχανής M πρέπει να βρίσκονται σε δίκτυα με τα οποία η Μ συνδέεται άμεσα. Όταν ένα πακέτο είναι έτοιμο να φύγει από τη μηχανή M, το λογισμικό IP ε- ντοπίζει τη διεύθυνση προορισμού IP και εξάγει το τμήμα δικτύου. Στη συνέχεια η M το χρησιμοποιεί για να πάρει μια απόφαση δρομολόγησης, επιλέγοντας ένα δρομολογητή για τον οποίο να υπάρχει άμεση πρόσβαση. Στην πράξη, εφαρμόζουμε επίσης την αρχή της απόκρυψης πληροφοριών και στους υπολογιστές υπηρεσίας. Επιμένουμε ότι, αν και οι υπολογιστές διαθέτουν πίνακες δρομολόγησης IP, πρέπει να διατηρούν ελάχιστες πληροφορίες στους πίνακές τους. Το ζητούμενο είναι να εξαναγκάσουμε του υπολογιστές να βασίζονται κυρίως στους δρομολογητές για τη διαδικασία της δρομολόγησης. Στην Εικόνα 8.2 βλέπετε ένα συγκεκριμένο παράδειγμα που επεξηγεί τη λειτουργία των πινάκων δρομολόγησης. Το διαδίκτυο της εικόνας αυτής αποτελείται από τέσσερα δίκτυα, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους μέσω τριών δρομολογητών. Ο πίνακας δρομολόγησης περιέχει τις διαδρομές που χρησιμοποιεί ο δρομολογητής R. Αφού ο R συνδέεται άμεσα με τα δίκτυα και , μπορεί να χρησιμοποιεί άμεση παράδοση για να στείλει μήνυμα σε ένα υπολογιστή που βρίσκεται σε κάποιο από τα δύο αυτά δίκτυα (χρησιμοποιώντας ενδεχομένως το πρωτόκολλο ARP για να βρει τις φυσικές διευθύνσεις). Ας πάρουμε για παράδειγμα ένα πακέτο που προορίζεται για ένα υπολογιστή στο δίκτυο Ο R το δρομολογεί στη διεύθυνση του δρομολογητή S. Στη συνέχεια ο S θα παραδώσει το πακέτο άμεσα. Ο R έχει πρόσβαση στη διεύθυνση επειδή και ο R και ο S συνδέονται άμεσα με το δίκτυο

25 Ενότητα 8.5 Δρομολόγηση επόμενου άλματος 173 Εικόνα 8.2 (α) Παράδειγμα διαδικτύου με 4 δίκτυα και 3 δρομολογητές, και (β) ο πίνακας δρομολόγησης στον R. Όπως δείχνει η Εικόνα 8.2, το μέγεθος του πίνακα δρομολόγησης εξαρτάται από το πλήθος των δικτύων που περιλαμβάνονται στο διαδίκτυο, και αυξάνεται μόνο όταν προστίθενται καινούρια δίκτυα. Ωστόσο, το μέγεθος και τα περιεχόμενα του πίνακα είναι ανεξάρτητα από τον αριθμό των υπολογιστών που είναι συνδεδεμένοι με τα δίκτυα. Μπορούμε να συνοψίσουμε την αρχή αυτή ως εξής: Για να αποκρύψει πληροφορίες, να περιορίσει το μέγεθος των πινάκων δρομολόγησης, και να καταστήσει αποτελεσματική τη διαδικασία λήψης αποφάσεων δρομολόγησης, το λογισμικό δρομολόγησης IP διατηρεί μόνο πληροφορίες που αφορούν διευθύνσεις δικτύων προορισμών, και όχι διευθύνσεις συγκεκριμένων υπολογιστών. Η επιλογή διαδρομών που βασίζεται μόνο στη διεύθυνση (ID) του δικτύου προορισμού έχει πολλές επιπτώσεις. Καταρχήν, στις περισσότερες υλοποιήσεις, κάτι τέτοιο σημαίνει ότι όλη η κυκλοφορία που προορίζεται για ένα συγκεκριμένο δίκτυο θα ακολουθεί την ίδια διαδρομή. Ως εκ τούτου, ακόμα και όταν υπάρχουν εναλλακτικές διαδρομές, μπορεί να μη χρησιμοποιούνται ταυτόχρονα. Επιπλέον, όλα τα είδη κυκλοφορίας ακολουθούν την ίδια διαδρομή, χωρίς να λαμβάνεται υπόψιν η καθυστέρηση ή η διεκπεραιωτική ικανότητα των φυσικών δικτύων. Δεύτερον, μόνο ο τελικός δρομολογητής μπορεί να καταλάβει αν ο υπολογιστής υπάρχει και λειτουργεί, αφού μόνο αυτός έχει τη δυνατότητα να επικοινωνήσει μαζί του. Άρα, πρέπει να βρούμε έναν τρόπο ώστε ο δρομολογητής να μπορεί να αναφέρει στην αρχική

26 174 Πρωτόκολλο Internet: δρομολόγηση αυτοδύναμων πακέτων IP Κεφάλαιο 8 προέλευση τυχόν προβλήματα παράδοσης. Τρίτον, κάθε δρομολογητής προωθεί την κυκλοφορία ανεξάρτητα από τους υπόλοιπους, γι αυτό τα πακέτα που μεταφέρονται από τον υπολογιστή A στον υπολογιστή B μπορεί να ακολουθήσουν εντελώς διαφορετική διαδρομή από εκείνη που θα ακολουθήσουν τα πακέτα που μεταφέρονται από τον B πίσω στον A. Για να γίνει δυνατή η αμφίδρομη επικοινωνία, πρέπει πρώτα να εξασφαλίσουμε συνεργασία μεταξύ των δρομολογητών. 8.6 Προεπιλεγμένα δρομολόγια Μια άλλη τεχνική που χρησιμοποιείται για την απόκρυψη πληροφοριών και τον περιορισμό του μεγέθους των πινάκων δρομολόγησης είναι η διατήρηση διαφόρων καταχωρίσεων σε μια προεπιλεγμένη θέση. Σκοπός είναι το λογισμικό δρομολόγησης IP να αναζητά πρώτα στον πίνακα το δίκτυο προορισμού. Αν δεν υπάρχει καταχωρισμένη καμία διαδρομή, τότε το πακέτο στέλνεται σε έναν προεπιλεγμένο δρομολογητή (default router). Η προεπιλεγμένη δρομολόγηση είναι ιδιαίτερα χρήσιμη στην περίπτωση τοποθεσιών που έχουν λίγες τοπικές διευθύνσεις και μία μόνο σύνδεση με το υπόλοιπο διαδίκτυο. Για παράδειγμα, οι προεπιλεγμένες δρομολογήσεις λειτουργούν καλά σε υπολογιστές που είναι συνδεδεμένοι με ένα φυσικό δίκτυο και επικοινωνούν με το υπόλοιπο διαδίκτυο μόνο μέσω ενός δρομολογητή. Η απόφαση δρομολόγησης αποτελείται από δύο ελέγχους: έναν για το τοπικό δίκτυο και μια προεπιλογή που απευθύνεται στο μοναδικό δρομολογητή. Η δρομολόγηση είναι εύκολη ακόμα και στην περίπτωση που η τοποθεσία περιέχει λίγα τοπικά δίκτυα, επειδή θα προϋποθέτει λίγους μόνο ελέγχους για τα τοπικά δίκτυα συν μια προεπιλογή για όλους τους άλλους προορισμούς. 8.7 Δρομολόγια σε υπολογιστές Αν και η διαδικασία δρομολόγησης βασίζεται σε δίκτυα και όχι σε μεμονωμένους υ- πολογιστές, τα περισσότερα προγράμματα λογισμικού IP δίνουν τη δυνατότητα καθορισμού δρομολογίων ανά υπολογιστή, ως ειδική περίπτωση. Η ύπαρξη δρομολογίων ανά υπολογιστή δίνει στον τοπικό διαχειριστή δικτύου μεγαλύτερο έλεγχο ως προς τη χρήση των δικτύων, επιτρέπει τη διεξαγωγή ελέγχων, και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο της πρόσβασης για λόγους ασφαλείας. Κατά την αποσφαλμάτωση των συνδέσεων δικτύων ή των πινάκων δρομολόγησης, η δυνατότητα καθορισμού ενός συγκεκριμένου δρομολογίου σε μια συγκεκριμένη μηχανή αποδεικνύεται πολύ χρήσιμη.

27 Ενότητα 8.8 Ο αλγόριθμος δρομολόγησης του IP Ο αλγόριθμος δρομολόγησης του IP Λαμβάνοντας υπόψιν όλα όσα έχουμε πει, ο αλγόριθμος IP που χρησιμοποιείται για την προώθηση αυτοδύναμων πακέτων παίρνει την εξής μορφή : Αλγόριθμος: ΔρομολόγησηΠακέτου (Πακέτο, ΠίνακαςΔρομολόγησης) Πάρε τη διεύθυνση IP προορισμού, D, από το πακέτο και υπολόγισε το πρόθεμα δικτύου, Ν αν το N ταιριάζει με κάποια διεύθυνση άμεσα συνδεδεμένου δικτύου, παράδωσε το πακέτο με προορισμό D μέσω του δικτύου αυτού (Αυτό σημαίνει ανάλυση του D σε φυσική διεύθυνση, ενθυλάκωση του πακέτου, και αποστολή του πλαισίου.) αλλιώς αν ο πίνακας περιλαμβάνει δρομολόγιο υπολογιστή για το D στείλε το πακέτο στο επόμενο άλμα που ορίζεται στον πίνακα αλλιώς αν ο πίνακας περιλαμβάνει δρομολόγιο για το δίκτυο Ν, στείλε το πακέτο στο επόμενο άλμα που ορίζεται στον πίνακα αλλιώς αν ο πίνακας περιλαμβάνει προεπιλεγμένο δρομολόγιο, στείλε το πακέτο στον προεπιλεγμένο δρομολογητή που ορίζεται στον πίνακα διαφορετικά δήλωσε σφάλμα δρομολόγησης Εικόνα 8.3 Ο αλγόριθμος που χρησιμοποιεί το IP για την προώθηση πακέτων. Στην περίπτωση συγκεκριμένου πακέτου και πίνακα δρομολόγησης, ο αλγόριθμος αυτός επιλέγει το επόμενο άλμα στο οποίο πρέπει να σταλεί το πακέτο. Όλα τα δρομολόγια πρέπει να ορίζουν ένα επόμενο άλμα που να βρίσκεται σε άμεσα συνδεδεμένο δίκτυο. 8.9 Δρομολόγηση με διευθύνσεις IP. Είναι σημαντικό να κατανοήσετε ότι, εκτός από τη μείωση του πεδίου ΧΡΟΝΟΣ ΖΩ- ΗΣ και τον επανυπολογισμό του αθροίσματος ελέγχου, η δρομολόγηση IP δεν επιφέρει καμία άλλη αλλαγή στο αρχικό πακέτο. Συγκεκριμένα, οι διευθύνσεις προέλευσης και προορισμού του πακέτου παραμένουν ίδιες προσδιορίζουν πάντα τη διεύθυνση IP της αρχικής προέλευσης και τη διεύθυνση του τελικού προορισμού. Κατά την εκτέλεση του αλγορίθμου δρομολόγησης, το IP επιλέγει μια καινούρια διεύθυνση IP, εκείνη της μηχανής στην οποία πρέπει Στο Κεφάλαιο 10 παρουσιάζεται ένας ελαφρώς τροποποιημένος αλγόριθμος που χρησιμοποιείται σε αταξικές διευθύνσεις IP. Μοναδική εξαίρεση αποτελεί η περίπτωση που το πακέτο περιέχει επιλογή δρομολογίου προέλευσης.

28