Περιεχόμενα. ΜΕΡΟΣ Ι: Χρήση και κατασκευή εφαρμογών Internet. Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή 41. Κεφάλαιο 2: Κίνητρα και εργαλεία 47

Transcript

1

2

3 Περιεχόμενα Πρόλογος...27 ΜΕΡΟΣ Ι: Χρήση και κατασκευή εφαρμογών Internet Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή Ανάπτυξη της δικτύωσης των υπολογιστών Πολυπλοκότητα των δικτυακών συστημάτων Αντιμετώπιση της πολυπλοκότητας Έννοιες και ορολογία Η αξία της πρακτικής εμπειρίας Διάρθρωση του βιβλίου Περίληψη...44 Κεφάλαιο 2: Κίνητρα και εργαλεία Εισαγωγή Μερισμός πόρων Ρυθμός ανάπτυξης του Internet Βολιδοσκόπηση του Internet Ερμηνεία απόκρισης του ping Παρακολούθηση δρομολογίου Περίληψη...56 Κεφάλαιο 3: Δικτυακός προγραμματισμός και εφαρμογές Εισαγωγή Δικτυακή επικοινωνία Το υπόδειγμα πελάτη-διακομιστή Το υπόδειγμα επικοινωνίας Παράδειγμα διασύνδεσης προγραμματισμού εφαρμογών (API) Μια διαισθητική ματιά στη διασύνδεση προγραμματισμού εφαρμογών...62

4 8 Περιεχόμενα 3.7 Ορισμός της διασύνδεσης προγραμματισμού εφαρμογών Κώδικας για μια εφαρμογή αντήχησης (echo) Κώδικας για μια εφαρμογή συνομιλίας (chat) Κώδικας για μια εφαρμογή για τον Ιστό Διαχείριση πολλών συνδέσεων με χρήση της συνάρτησης select Περίληψη...84 ΜΕΡΟΣ ΙΙ: Μετάδοση δεδομένων Κεφάλαιο 4: Μέσα μετάδοσης Εισαγωγή Σύρματα χαλκού Οπτικές ίνες Ραδιοκύματα Δορυφόροι Γεωσύγχρονοι δορυφόροι Δορυφόροι χαμηλής τροχιάς Συστοιχίες δορυφόρων χαμηλής τροχιάς Μικροκύματα Υπέρυθρες ακτίνες Φως από λέιζερ Περίληψη...97 Κεφάλαιο 5: Τοπική ασύγχρονη επικοινωνία (RS-232) Εισαγωγή Γιατί χρειάζεται η ασύγχρονη επικοινωνία Χρήση ηλεκτρικού ρεύματος για την αποστολή bit Πρότυπα επικοινωνίας Ταχύτητα baud, πλαισίωση, και σφάλματα Ημιαμφίδρομη και πλήρως αμφίδρομη ασύγχρονη επικοινωνία Περιορισμοί του πραγματικού υλικού Εύρος ζώνης του υλικού και μετάδοση των bit Επίδραση του θορύβου στην επικοινωνία Συνέπειες για τη δικτύωση δεδομένων Περίληψη...109

5 Περιεχόμενα 9 Κεφάλαιο 6: Επικοινωνία μεγάλων αποστάσεων (φέροντα κύματα, διαμόρφωση, και μόντεμ) Εισαγωγή Αποστολή σημάτων σε μεγάλες αποστάσεις Υλικό μόντεμ για διαμόρφωση και αποδιαμόρφωση Μισθωμένα αναλογικά κυκλώματα δεδομένων Οπτικά, ραδιοκυματικά, και τηλεφωνικά μόντεμ Συχνότητες φερόντων κυμάτων και πολύπλεξη Τεχνολογίες βασικής ζώνης και ευρείας ζώνης Πολύπλεξη με διαίρεση μήκους κύματος Διευρυμένο φάσμα Πολύπλεξη χρονικής διαίρεσης Περίληψη ΜΕΡΟΣ ΙΙΙ: Μετάδοση πακέτων Κεφάλαιο 7: Πακέτα, πλαίσια, και ανίχνευση σφαλμάτων Εισαγωγή Η έννοια των πακέτων Πακέτα και πολύπλεξη χρονικής διαίρεσης Πακέτα και πλαίσια υλικού Συμπλήρωση με byte Σφάλματα μετάδοσης Bit ισοτιμίας και έλεγχος ισοτιμίας Πιθανότητες, μαθηματικά, και ανίχνευση σφαλμάτων Ανίχνευση σφαλμάτων με αθροίσματα ελέγχου Ανίχνευση σφαλμάτων με ελέγχους κυκλικού πλεονασμού Συνδυασμός δομικών μονάδων Σφάλματα ριπής Μορφή πλαισίων και μηχανισμοί ανίχνευσης σφαλμάτων Περίληψη Κεφάλαιο 8: Τεχνολογίες και τοπολογία τοπικών δικτύων (LAN) Εισαγωγή Άμεση επικοινωνία σημείου προς σημείο Μεριζόμενα κανάλια επικοινωνίας Σπουδαιότητα των τοπικών δικτύων και τοπικότητα των αναφορών...152

6 10 Περιεχόμενα 8.5 Τοπολογίες τοπικών δικτύων Παράδειγμα δικτύου διαύλου: Ethernet Ανίχνευση φέροντος σήματος σε δίκτυα πολλαπλής πρόσβασης (CSMA) Εντοπισμός συγκρούσεων και υποχώρηση με CSMA/CD Ασύρματα LAN b και CSMA/CA Δεύτερο παράδειγμα δικτύου διαύλου: LocalTalk Τοπολογία δακτυλίου και μεταβίβαση σκυτάλης Αυτοθεραπευόμενα δίκτυα μεταβίβασης σκυτάλης Παράδειγμα δικτύου αστέρα: ATM Περίληψη Κεφάλαιο 9: Διευθυνσιοδότηση υλικού και αναγνώριση τύπου πλαισίων Εισαγωγή Καθορισμός παραλήπτη Πώς το υλικό των LAN χρησιμοποιεί τις διευθύνσεις για τη διαλογή των πακέτων Μορφή της φυσικής διεύθυνσης Εκπομπή Πολυεκπομπή Διευθυνσιοδότηση πολυεκπομπής Αναγνώριση περιεχομένων πακέτου Κεφαλίδες και μορφή πλαισίων Παράδειγμα μορφής πλαισίου Χρήση δικτύων που δεν έχουν αυτοπροσδιοριζόμενα πλαίσια Αναλυτές δικτύων, φυσικές διευθύνσεις, τύποι πλαισίων Περίληψη Κεφάλαιο 10: Καλωδίωση, φυσική τοπολογία, και υλικό διασύνδεσης των LAN Εισαγωγή Ταχύτητες των LAN και των υπολογιστών Υλικό διασύνδεσης δικτύου Η σύνδεση μεταξύ μιας κάρτας διασύνδεσης δικτύου και ενός δικτύου Καλωδίωση στο αρχικό παχύ Ethernet Πολύπλεξη συνδέσεων Καλωδίωση στο λεπτό Ethernet Ethernet συστρόφου ζεύγους Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των τρόπων καλωδίωσης...203

7 Περιεχόμενα Το παράδοξο της τοπολογίας Κάρτες διασύνδεσης δικτύου και τρόποι καλωδίωσης Κάρτες διασύνδεσης δικτύου 10/100 και αυτοδιαπραγμάτευση Κατηγορίες καλωδίων Τρόποι καλωδίωσης και άλλες τεχνολογίες δικτύων Περίληψη Κεφάλαιο 11: Επέκταση των LAN: Μόντεμ οπτικών ινών, επαναλήπτες, γέφυρες, και μεταγωγείς Εισαγωγή Περιορισμός απόστασης και σχεδίαση των LAN Επεκτάσεις με οπτικές ίνες Επαναλήπτες Γέφυρες Διαλογή πλαισίων Συμπεριφορά εκκίνησης και σταθεροποιημένης κατάστασης σε γεφυρωμένα δίκτυα Σχεδιασμός γεφυρωμένου δικτύου Γεφύρωση μεταξύ κτηρίων Γεφύρωση σε μεγαλύτερες αποστάσεις Κύκλος γεφυρών Κατανεμημένο δένδρο επικάλυψης Μεταγωγή Συνδυασμός μεταγωγέων και ομφαλών Γεφύρωση και μεταγωγή στις άλλες τεχνολογίες Περίληψη Κεφάλαιο 12: Ψηφιακές τεχνολογίες τοπικού βρόχου και μεγάλων αποστάσεων Εισαγωγή Ψηφιακή τηλεφωνία Σύγχρονη επικοινωνία Ψηφιακά κυκλώματα, NIU και DSU/CSU Τηλεφωνικά πρότυπα Ορολογία και ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων των προτύπων DS Κυκλώματα μικρότερης χωρητικότητας...240

8 12 Περιεχόμενα 12.8 Ψηφιακά κυκλώματα ενδιάμεσης χωρητικότητας Κυκλώματα ανώτατης χωρητικότητας Πρότυπα οπτικού φορέα Η κατάληξη C Σύγχρονο οπτικό δίκτυο (SONET) Ο τοπικός συνδρομητικός βρόχος ISDN Τεχνολογία ασύμμετρου DSL Άλλες τεχνολογίες DSL Τεχνολογία καλωδιακών μόντεμ Ανοδική επικοινωνία Υβριδική τεχνολογία ίνας και ομοαξονικού καλωδίου Ίνα μέχρι το πεζοδρόμιο Μόντεμ αρχικού και τελικού άκρου Ασύρματες εναλλακτικές λύσεις για ειδικές περιπτώσεις Δορυφορικά συστήματα εκπομπής Περίληψη Κεφάλαιο 13: Τεχνολογίες WAN και δρομολόγηση Εισαγωγή Μεγάλα δίκτυα και ευρείες περιοχές Μεταγωγείς πακέτων Πώς δημιουργείται ένα δίκτυο ευρείας περιοχής Αποθήκευση και προώθηση Φυσική διευθυνσιοδότηση σε δίκτυο WAN Προώθηση στο επόμενο άλμα Ανεξαρτησία από την αφετηρία Σχέση ιεραρχικών διευθύνσεων και δρομολόγησης Δρομολόγηση σε δίκτυο WAN Χρήση προεπιλεγμένων δρομολογίων Υπολογισμός πίνακα δρομολόγησης Υπολογισμός της συντομότερης διαδρομής σε ένα γράφο Κατανεμημένος υπολογισμός δρομολογίων Δρομολόγηση με διανύσματα απόστασης Δρομολόγηση με κατάσταση συνδέσμων (SPF) Παραδείγματα τεχνολογιών WAN Περίληψη...283

9 Περιεχόμενα 13 Κεφάλαιο 14: Συνδεσμική δικτύωση και ATM Εισαγωγή Ένα μοναδικό παγκόσμιο δίκτυο ISDN και ATM Σχεδίαση του ATM και κελιά Συνδεσμική υπηρεσία VPI/VCI Ετικέτες και μεταγωγή ετικετών Παράδειγμα διαδρομής μέσω ενός δικτύου ATM Μόνιμα εικονικά κυκλώματα Εικονικά κυκλώματα μεταγωγής Ποιότητα υπηρεσιών Γιατί χρησιμοποιούνται κελιά και μεταγωγή ετικετών Μετάδοση δεδομένων στο ATM και το AAL Κριτική του ATM Μεταγωγή ετικετών πολυπρωτοκόλλου (MPLS) Περίληψη Κεφάλαιο 15: Χαρακτηριστικά δικτύου: Ιδιοκτησία, υπόδειγμα υπηρεσίας, και απόδοση Εισαγωγή Ιδιοκτησία δικτύου Ιδιωτικότητα και δημόσια δίκτυα Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα Εικονικά ιδιωτικά δίκτυα Εξασφάλιση απόλυτης ιδιωτικότητας Το υπόδειγμα υπηρεσίας Συνδεσμικό υπόδειγμα υπηρεσίας Ασυνδεσμικό υπόδειγμα υπηρεσίας Εσωτερικό και εξωτερικό υπόδειγμα υπηρεσίας Σύγκριση υποδειγμάτων υπηρεσιών Παραδείγματα υποδειγμάτων υπηρεσιών Διευθύνσεις και αναγνωριστικά συνδέσεων Χαρακτηριστικά απόδοσης δικτύου Παραμόρφωση χρονισμού Περίληψη...320

10 14 Περιεχόμενα Κεφάλαιο 16: Πρωτόκολλα και διαστρωμάτωση Εισαγωγή Γιατί χρειάζονται τα πρωτόκολλα Οικογένειες πρωτοκόλλων Σχέδιο για τη δημιουργία πρωτοκόλλων Τα επτά επίπεδα Στοίβες: Πολυεπίπεδο λογισμικό Πώς λειτουργεί το πολυεπίπεδο λογισμικό Πολλαπλές ένθετες κεφαλίδες Η επιστημονική βάση της διαστρωμάτωσης Τεχνικές που χρησιμοποιούν τα πρωτόκολλα Η τέχνη της σχεδίασης πρωτοκόλλων Περίληψη ΜΕΡΟΣ ΙV: Διαδικτύωση Κεφάλαιο 17: Διαδικτύωση: Έννοιες, αρχιτεκτονική, και πρωτόκολλα Εισαγωγή Τα κίνητρα της διαδικτύωσης Η έννοια της οικουμενικής εξυπηρέτησης Οικουμενική εξυπηρέτηση σε έναν ετερογενή κόσμο Διαδικτύωση Φυσική σύνδεση δικτύων με δρομολογητές Αρχιτεκτονική διαδικτύου Επίτευξη της οικουμενικής εξυπηρέτησης Ένα εικονικό δίκτυο Πρωτόκολλα διαδικτύωσης Σπουδαιότητα της διαδικτύωσης και του TCP/IP Διαστρωμάτωση και πρωτόκολλα TCP/IP Υπολογιστές υπηρεσίας, δρομολογητές, και επίπεδα πρωτοκόλλων Περίληψη Κεφάλαιο 18: IP: Διευθύνσεις του πρωτοκόλλου διαδικτύου Εισαγωγή Διευθύνσεις στο εικονικό διαδίκτυο Η μέθοδος διευθυνσιοδότησης του IP...361

11 Περιεχόμενα Η ιεραρχία των διευθύνσεων IP Οι αρχικές κλάσεις διευθύνσεων IP Υπολογισμός της κλάσης μιας διεύθυνσης Συμβολισμός δεκαδικών με τελείες Κλάσεις και συμβολισμός δεκαδικών με τελείες Διαίρεση του χώρου διευθύνσεων Αρμόδια αρχή για τις διευθύνσεις Παράδειγμα διευθυνσιοδότησης με κλάσεις Διευθυνσιοδότηση υποδικτύου και διευθυνσιοδότηση χωρίς κλάσεις Μάσκες διευθύνσεων Συμβολισμός CIDR Παράδειγμα ενότητας διευθύνσεων CIDR Διευθύνσεις υπολογιστών υπηρεσίας CIDR Ειδικές διευθύνσεις IP Σύνοψη των ειδικών διευθύνσεων IP Μορφή διευθύνσεων εκπομπής του Berkeley Δρομολογητές και η αρχή της διευθυνσιοδότησης του IP Πολυεστιακοί υπολογιστές υπηρεσίας Περίληψη Κεφάλαιο 19: Αντιστοίχιση διευθύνσεων πρωτοκόλλου (ARP) Εισαγωγή Διευθύνσεις πρωτοκόλλου και επίδοση πακέτων Αναγωγή διευθύνσεων Τεχνικές αναγωγής διευθύνσεων Αναγωγή διευθύνσεων με αναζήτηση σε πίνακα Αναγωγή διευθύνσεων με υπολογισμό κλειστής μορφής Αναγωγή διευθύνσεων με ανταλλαγή μηνυμάτων Πρωτόκολλο αναγωγής διευθύνσεων Επίδοση μηνυμάτων ARP Μορφή μηνυμάτων ARP Αποστολή μηνύματος ARP Αναγνώριση πλαισίων ARP Αποθήκευση αποκρίσεων ARP σε κρυφή μνήμη Επεξεργασία εισερχόμενου μηνύματος ARP Διαστρωμάτωση, αναγωγή διευθύνσεων, διευθύνσεις πρωτοκόλλου Περίληψη...396

12 16 Περιεχόμενα Κεφάλαιο 20: Αυτοδύναμα πακέτα IP και η προώθησή τους Εισαγωγή Ασυνδεσμική υπηρεσία Εικονικά πακέτα Αυτοδύναμο πακέτο IP Προώθηση αυτοδύναμου πακέτου IP Διευθύνσεις IP και καταχωρίσεις πίνακα δρομολόγησης Πεδίο μάσκας και προώθηση αυτοδύναμου πακέτου Διευθύνσεις προορισμού και επόμενου άλματος Επίδοση με τη βέλτιστη προσπάθεια Μορφή κεφαλίδας αυτοδύναμου πακέτου IP Περίληψη Κεφάλαιο 21: Ενθυλάκωση, κατάτμηση, και ανασυναρμολόγηση στο IP Εισαγωγή Μετάδοση αυτοδύναμου πακέτου και πλαίσια Ενθυλάκωση Μετάδοση μέσω διαδικτύου MTU, μέγεθος αυτοδύναμου πακέτου, και ενθυλάκωση Ανασυναρμολόγηση Αναγνώριση αυτοδύναμου πακέτου Απώλεια τμημάτων Κατάτμηση τμήματος Περίληψη Κεφάλαιο 22: Το μελλοντικό πρωτόκολλο διαδικτύου (IPv6) Εισαγωγή Η επιτυχία του IP Τα κίνητρα της αλλαγής Το όνομα και ο αριθμός έκδοσης Χαρακτηριστικά του IPv Μορφή αυτοδύναμου πακέτου του IPv Μορφή βασικής κεφαλίδας του IPv Πώς χειρίζεται το IPv6 τις πολλές κεφαλίδες...429

13 Περιεχόμενα Κατάτμηση, ανασυναρμολόγηση, και MTU διαδρομής Σκοπός των πολλών κεφαλίδων Διευθυνσιοδότηση στο IPv Συμβολισμός δεκαεξαδικών με άνω-κάτω τελείες στο IPv Περίληψη Κεφάλαιο 23: Μηχανισμός αναφοράς σφαλμάτων (ICMP) Εισαγωγή Η έννοια της βέλτιστης προσπάθειας και ανίχνευση σφαλμάτων Πρωτόκολλο μηνυμάτων ελέγχου διαδικτύου Μεταφορά μηνυμάτων του ICMP Χρήση μηνυμάτων του ICMP για δοκιμή της προσπελασιμότητας Χρήση του ICMP για παρακολούθηση δρομολογίου Η τελευταία διεύθυνση που εμφανίζει το traceroute Χρήση του ICMP για ανεύρεση MTU διαδρομής Περίληψη Κεφάλαιο 24: UDP: Υπηρεσία μεταφοράς αυτοδύναμων πακέτων Εισαγωγή Γιατί χρειάζονται τα πρωτόκολλα μεταφοράς από άκρο σε άκρο Πρωτόκολλο αυτοδύναμων πακέτων χρήστη (UDP) Το ασυνδεσμικό πρότυπο επικοινωνίας Μηνυματοστρεφής διασύνδεση Σημασιολογία της επικοινωνίας UDP Πολυεπίπεδη αλληλεπίδραση Υποστήριξη για μονοεκπομπή, πολυεκπομπή, και εκπομπή Προσδιορισμός ακραίων σημείων με χρήση αριθμών θυρών πρωτοκόλλου Μορφή αυτοδύναμου πακέτου UDP Το άθροισμα ελέγχου του UDP και η ψευδοκεφαλίδα Ενθυλάκωση του UDP Περίληψη Κεφάλαιο 25: TCP: Υπηρεσία αξιόπιστης μεταφοράς Εισαγωγή Γιατί χρειάζεται η αξιόπιστη μεταφορά Πρωτόκολλο ελέγχου μετάδοσης (TCP)...460

14 18 Περιεχόμενα 25.4 Η υπηρεσία που παρέχει το TCP στις εφαρμογές Υπηρεσία από άκρο σε άκρο και αυτοδύναμα πακέτα Επίτευξη της αξιοπιστίας Απώλεια πακέτων και επαναμετάδοση Προσαρμόσιμη επαναμετάδοση Σύγκριση χρόνων επαναμετάδοσης Χώροι προσωρινής αποθήκευσης, έλεγχος ροής, και παράθυρα Τριπλή χειραψία Έλεγχος συμφόρησης Μορφή τμήματος του TCP Περίληψη Κεφάλαιο 26: Μετάφραση διευθύνσεων δικτύου Εισαγωγή Η απαίτηση για μοναδικές διευθύνσεις Η τεχνολογία της μετάφρασης διευθύνσεων δικτύου (ΝΑΤ) Τοπολογία ΝΑΤ Πιθανές υλοποιήσεις της ΝΑΤ Βασική μετατροπή διευθύνσεων Πίνακας μετάφρασης ΝΑΡΤ και συνένωση TCP Άλλες παραλλαγές: H διπλή ΝΑΤ και η CAT Λογισμικό και συστήματα ΝΑΤ για οικιακή χρήση Περίληψη Κεφάλαιο 27: Δρομολόγηση στο Internet Εισαγωγή Στατική και δυναμική δρομολόγηση Στατική δρομολόγηση σε υπολογιστές υπηρεσίας και προεπιλεγμένο δρομολόγιο Δυναμική δρομολόγηση και δρομολογητές Δρομολόγηση στο παγκόσμιο Διαδίκτυο Η έννοια του αυτόνομου συστήματος Οι δύο τύποι πρωτοκόλλων δρομολόγησης του Internet Δρομολόγια και κυκλοφορία δεδομένων Πρωτόκολλο συνοριακών πυλών (BGP) Πρωτόκολλο πληροφοριών δρομολόγησης (RIP) Μορφή πακέτου του RIP...497

15 Περιεχόμενα Πρωτόκολλο προτεραιότητας ανοίγματος της συντομότερης διαδρομής (OSPF) Παράδειγμα γράφου OSPF Περιφέρειες του OSPF Δρομολόγηση πολυεκπομπής Περίληψη ΜΕΡΟΣ V: Δικτυακές εφαρμογές Κεφάλαιο 28: Αλληλεπίδραση πελάτη-διακομιστή Εισαγωγή Λειτουργικές δυνατότητες που παρέχει το λογισμικό εφαρμογών Λειτουργικές δυνατότητες που παρέχει ένα διαδίκτυο Πραγματοποίηση επαφής Το υπόδειγμα πελάτη-διακομιστή Χαρακτηριστικά πελατών και διακομιστών Προγράμματα-διακομιστές και υπολογιστές κατηγορίας διακομιστή Αιτήσεις, αποκρίσεις, και κατεύθυνση ροής δεδομένων Πρωτόκολλα μεταφοράς και αλληλεπίδραση πελάτη-διακομιστή Πολλές υπηρεσίες σε έναν υπολογιστή Αναγνώριση μιας συγκεκριμένης υπηρεσίας Πολλά αντίγραφα διακομιστή για την ίδια υπηρεσία Δυναμική δημιουργία διακομιστών Πρωτόκολλα μεταφοράς και μονοσήμαντη επικοινωνία Συνδεσμική και ασυνδεσμική μεταφορά Μια υπηρεσία προσπελάσιμη μέσω πολλών πρωτοκόλλων Σύνθετες αλληλεπιδράσεις πελατών-διακομιστών Αλληλεπιδράσεις και κυκλικές εξαρτήσεις Περίληψη Κεφάλαιο 29: Η διασύνδεση υποδοχών Εισαγωγή Διασύνδεση προγραμματισμού εφαρμογών (API) Η API υποδοχών Υποδοχές και βιβλιοθήκες υποδοχών Επικοινωνία με υποδοχές και είσοδος/έξοδος στο UNIX Υποδοχές, περιγραφείς, και είσοδος/έξοδος δικτύου Παράμετροι και η API υποδοχών...531

16 20 Περιεχόμενα 29.8 Διαδικασίες που υλοποιούν την API υποδοχών Ανάγνωση και εγγραφή με υποδοχές Άλλες διαδικασίες υποδοχών Υποδοχές, νήματα, και κληρονομικότητα Περίληψη Κεφάλαιο 30: Παράδειγμα πελάτη και διακομιστή Εισαγωγή Συνδεσμική επικοινωνία Ένα παράδειγμα υπηρεσίας Ορίσματα γραμμής διαταγών στα προγράμματα του παραδείγματος Ακολουθία κλήσεων διαδικασιών υποδοχών Κώδικας του παραδείγματος πελάτη Κώδικας του παραδείγματος διακομιστή Υπηρεσία ρεύματος και πολλαπλές κλήσεις της recv Διαδικασίες υποδοχών και εμπλοκή Μέγεθος του κώδικα και αναφορά σφαλμάτων Χρήση του πελάτη του παραδείγματος με άλλη υπηρεσία Χρήση άλλου πελάτη για δοκιμή του διακομιστή Περίληψη Κεφάλαιο 31: Ονοματοδοσία με το σύστημα ονομάτων περιοχών (DNS) Εισαγωγή Δομή των ονομάτων υπολογιστών Γεωγραφική δομή Ονόματα περιοχών μέσα σε έναν οργανισμό Ονόματα περιοχών που αρχίζουν με Το μοντέλο πελάτη-διακομιστή DNS Η ιεραρχία διακομιστών DNS Αρχιτεκτονικές διακομιστών Τοπικότητα αναφορών και χρήση πολλών διακομιστών Σύνδεσμοι μεταξύ διακομιστών Αναγωγή ονόματος Βελτιστοποίηση της απόδοσης του DNS Τύποι καταχωρίσεων του DNS...572

17 Περιεχόμενα Ψευδώνυμα με χρήση του τύπου CNAME Μια σημαντική συνέπεια των πολλών τύπων Συντμήσεις και το DNS Περίληψη Κεφάλαιο 32: Ηλεκτρονικό ταχυδρομείο: Αναπαράσταση και μεταφορά Εισαγωγή Υπόδειγμα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου Ηλεκτρονικά γραμματοκιβώτια και διευθύνσεις Μορφή μηνυμάτων ηλεκτρονικού ταχυδρομείου Κοινοποιήσεις MIME και προγράμματα-εφαρμογές Μεταφορά μηνυμάτων ταχυδρομείου SMTP Βελτιστοποίηση για πολλούς αποδέκτες σε έναν υπολογιστή Αναδιανεμητές, λίστες, και προωθητές μηνυμάτων ταχυδρομείου Πύλες ταχυδρομείου Αυτοματοποιημένες ταχυδρομικές λίστες Αναμεταδότες μηνυμάτων ταχυδρομείου και διευθύνσεις Πρόσβαση σε γραμματοκιβώτια Τηλεφωνικές συνδέσεις και POP Περίληψη Κεφάλαιο 33: Τηλεφωνία ΙΡ (VoIP) Εισαγωγή Το κίνητρο και η πρόκληση της τηλεφωνίας IP Κωδικοποίηση, μετάδοση, και αναπαραγωγή Συστήματα σηματοδοσίας και πρωτόκολλα Ένα απλό σύστημα τηλεφωνίας IP Διαλειτουργικότητα με άλλα τηλεφωνικά συστήματα Εναλλακτική ορολογία και έννοιες Προτεινόμενα πρωτόκολλα και διαστρωμάτωση Χαρακτηριστικά του Η Διαστρωμάτωση στο Η Χαρακτηριστικά του SIP και αναγνώριση χρήστη Μέθοδοι του SIP...608

18 22 Περιεχόμενα Ένα παράδειγμα συνόδου SIP Αντιστοίχιση τηλεφωνικών αριθμών και δρομολόγηση Τηλέφωνα IP και ηλεκτρικό ρεύμα Περίληψη Κεφάλαιο 34: Μεταφορά και απομακρυσμένη πρόσβαση αρχείων Εισαγωγή Γενικευμένη μεταφορά αρχείων Το πρωτόκολλο μεταφοράς αρχείων (FTP) Γενικό μοντέλο και διασύνδεση χρήστη του FTP Διαταγές του FTP Συνδέσεις, εξουσιοδότηση, και άδειες αρχείων Ανώνυμη πρόσβαση σε αρχεία Μεταφορά αρχείων και προς τις δύο κατευθύνσεις Ανάπτυξη χαρακτήρων μπαλαντέρ σε ονόματα αρχείων Μετάφραση ονομάτων αρχείων Αλλαγή καταλόγου και εμφάνιση λίστας περιεχομένων Τύποι αρχείων και τρόποι μεταφοράς Παράδειγμα συνόδου του FTP Περιφραστική έξοδος Αλληλεπίδραση πελάτη-διακομιστή στο FTP Συνδέσεις ελέγχου και δεδομένων Συνδέσεις δεδομένων και τέλος αρχείου Το πρωτόκολλο TFTP Δικτυακό σύστημα αρχείων (NFS) Περίληψη Κεφάλαιο 35: Σελίδες του Παγκόσμιου Ιστού και περιήγηση Εισαγωγή Διασύνδεση φυλλομετρητή Υπερκείμενο και υπερμέσα Αναπαράσταση εγγράφων Μορφή και αναπαράσταση εγγράφων HTML Παράδειγμα ετικετών μορφοποίησης HTML Επικεφαλίδες Λίστες Ενσωμάτωση εικόνων σε μια ιστοσελίδα Προσδιορισμός σελίδας...641

19 Περιεχόμενα Σύνδεσμοι υπερκειμένου από ένα έγγραφο σε ένα άλλο Αλληλεπίδραση πελάτη-διακομιστή Μεταφορά εγγράφων του Ιστού και HTTP Αρχιτεκτονική φυλλομετρητή Προαιρετικοί πελάτες Χρήση κρυφής μνήμης στους φυλλομετρητές του Ιστού Υποστήριξη του HTTP για τη χρήση κρυφής μνήμης Εναλλακτικά πρωτόκολλα μεταφοράς Άλλες γλώσσες σήμανσης Περίληψη Κεφάλαιο 36: Τεχνολογίες δυναμικών εγγράφων του Ιστού (CGl, ASP, JSP, PHP, ColdFusion) Εισαγωγή Τρεις βασικοί τύποι εγγράφων του Ιστού Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του κάθε τύπου εγγράφων Υλοποίηση δυναμικών εγγράφων Το πρότυπο CGI Έξοδος προγράμματος CGI Παράδειγμα προγράμματος CGI Παράμετροι και μεταβλητές περιβάλλοντος Πληροφορίες κατάστασης και μπισκότα Σενάριο CGI με μακροπρόθεσμες πληροφορίες κατάστασης Σενάριο CGI με βραχυπρόθεσμες πληροφορίες κατάστασης Φόρμες και αλληλεπίδραση Τεχνολογίες σεναρίων διακομιστή Περίληψη Κεφάλαιο 37: Τεχνολογία ενεργών εγγράφων του Ιστού (Java, JavaScript) Εισαγωγή Συνεχής ενημέρωση με ώθηση διακομιστή και έλξη πελάτη Ενεργά έγγραφα και επιβάρυνση διακομιστή Αναπαράσταση και μετάφραση ενεργών εγγράφων Τεχνολογία Java Η γλώσσα προγραμματισμού Java...676

20 24 Περιεχόμενα 37.7 Το περιβάλλον χρόνου εκτέλεσης της Java Η βιβλιοθήκη της Java Μια εργαλειοθήκη γραφικών Χρήση γραφικών Java σε ένα συγκεκριμένο υπολογιστή Διερμηνευτές Java και φυλλομετρητές Μεταγλώττιση ενός προγράμματος Java Παράδειγμα μικροεφαρμογής Κλήση μικροεφαρμογής Παράδειγμα αλληλεπίδρασης με φυλλομετρητή Σφάλματα και χειρισμός εξαιρέσεων Τεχνολογία JavaScript Εναλλακτικές λύσεις Περίληψη Κεφάλαιο 38: Κλήση απομακρυσμένων διαδικασιών (RPC) και ενδιάμεσο λογισμικό Εισαγωγή Προγραμματισμός πελατών και διακομιστών Υπόδειγμα κλήσης απομακρυσμένων διαδικασιών Υπόδειγμα RPC Στελέχη επικοινωνίας Εξωτερική αναπαράσταση δεδομένων Ενδιάμεσο λογισμικό και αντικειμενοστρεφές ενδιάμεσο λογισμικό Περίληψη Κεφάλαιο 39: Διαχείριση δικτύου (SNMP) Εισαγωγή Διαχείριση διαδικτύου Ο κίνδυνος των κρυφών αστοχιών Λογισμικό διαχείρισης δικτύου Πελάτες, διακομιστές, διαχειριστές, και πράκτορες Πρωτόκολλο διαχείρισης δικτύου SNMP Υπόδειγμα προσκόμισης-αποθήκευσης Βάση πληροφοριών διαχείρισης και ονόματα αντικειμένων Ποικιλία των μεταβλητών MIB Μεταβλητές MIB που αντιστοιχούν σε πίνακες τιμών Περίληψη...717

21 Περιεχόμενα 25 Κεφάλαιο 40: Ασφάλεια δικτύου Εισαγωγή Ασφαλή δίκτυα και πολιτικές Απόψεις της ασφάλειας Ευθύνη και έλεγχος Μηχανισμοί ακεραιότητας Έλεγχος πρόσβασης και κωδικοί πρόσβασης Κρυπτογράφηση και εμπιστευτικότητα Κρυπτογράφηση δημόσιου κλειδιού Πιστοποίηση ταυτότητας με ψηφιακές υπογραφές Η έννοια του τείχους προστασίας του Internet Διαλογή πακέτων Χρήση φίλτρων πακέτων για τη δημιουργία τείχους προστασίας Εικονικά ιδιωτικά δίκτυα Χρήση σήραγγας Τεχνολογίες ασφάλειας Περίληψη Κεφάλαιο 41: Αρχικές ρυθμίσεις (διευθέτηση) Εισαγωγή Λογισμικό πρωτοκόλλων διαδικασίας εκκίνησης Παράμετροι πρωτοκόλλων Διευθέτηση πρωτοκόλλων Παραδείγματα στοιχείων που χρειάζονται διευθέτηση Διευθέτηση από σταθερή αποθήκευση Γιατί χρειάζεται αυτοματοποίηση της διευθέτησης των πρωτοκόλλων Μέθοδοι αυτόματης διευθέτησης πρωτοκόλλων Η διεύθυνση που χρησιμοποιείται για την εύρεση μιας διεύθυνσης Ακολουθία πρωτοκόλλων που χρησιμοποιούνται κατά την εκκίνηση Πρωτόκολλο διαδικασίας εκκίνησης (BOOTP) Πρωτόκολλο δυναμικής διευθέτησης υπολογιστών υπηρεσίας (DHCP) Βελτιστοποιήσεις στο DHCP Έμμεση πρόσβαση σε διακομιστή μέσω αναμεταδότη Μορφή μηνυμάτων του DHCP DHCP και ονόματα περιοχών Περίληψη...752

22 26 Περιεχόμενα Παράρτημα 1: Γλωσσάρι όρων και συντμήσεων της δικτύωσης 755 Παράρτημα 2: Το σύνολο χαρακτήρων ASCII 815 Παράρτημα 3: Μάσκες διευθύνσεων σε συμβολισμό δεκαδικών με τελείες 817 Παράρτημα 4: Πώς να χρησιμοποιήσετε το CD-ROM που συνοδεύει το βιβλίο 819 Βιβλιογραφία 825 Ευρετήριο 833

23 13 Τεχνολογίες WAN και δρομολόγηση 13.1 Εισαγωγή Στα προηγούμενα κεφάλαια περιγράψαμε τις τεχνολογίες που παρέχουν ψηφιακή επικοινωνία σε μεγάλες αποστάσεις και τις τεχνολογίες που παρέχουν ψηφιακή επικοινωνία μέσω τοπικού βρόχου σε συνδρομητές. Σε αυτό το κεφάλαιο θα δούμε πώς μπορούν να χρησιμοποιηθούν αυτές οι βασικές τεχνολογίες για την κατασκευή ενός δικτύου που εκτείνεται σε μια μεγάλη περιοχή. Περιγράφονται τα βασικά συστατικά μέρη που χρησιμοποιούνται για να δημιουργηθεί ένα σύστημα μεταγωγής πακέτων το οποίο καλύπτει μια μεγάλη περιοχή. Στα πλαίσια αυτού του θέματος, το κεφάλαιο αυτό εξηγεί τη θεμελιώδη έννοια της δρομολόγησης (routing), και δείχνει πώς χρησιμοποιείται η δρομολόγηση σε τέτοια δίκτυα. Σε ένα επόμενο κεφάλαιο, το θέμα της δρομολόγησης επεκτείνεται και στο Internet Μεγάλα δίκτυα και ευρείες περιοχές Γενικά, οι τεχνολογίες δικτύων κατατάσσονται σε τρεις ευρείες κατηγορίες, με βάση το μέγεθος των δικτύων που μπορούν να δημιουργηθούν με αυτές: Ένα τοπικό δίκτυο (Local Area Network, LAN) εκτείνεται σε ένα μόνο κτήριο ή σε μια ομάδα κτηρίων. Ένα μητροπολιτικό δίκτυο (Metropolitan Area Network, MAN) εκτείνεται σε μια πόλη. Ελάχιστες τεχνολογίες ανήκουν σε αυτή την κατηγορία.

24 264 Τεχνολογίες WAN και δρομολόγηση Κεφάλαιο 13 Ένα δίκτυο ευρείας περιοχής (Wide Area Network, WAN) μπορεί να εκτείνεται σε τοποθεσίες που βρίσκονται σε πολλές πόλεις, χώρες, ή ηπείρους. Για να αντιληφθείτε τη διάκριση αυτή, είναι σημαντικό να καταλάβετε πώς μετριέται το μεγέθους ενός δικτύου. Είδαμε ότι, αν και οι τεχνολογίες LAN είναι σχεδιασμένες για να χρησιμοποιούνται σε μία μόνο τοποθεσία, υπάρχουν τεχνικές οι οποίες μπορούν να επεκτείνουν την απόσταση που μπορεί να καλύπτεται. Συγκεκριμένα, μια δορυφορική γέφυρα μπορεί να συνδέει δύο τμήματα δικτύου LAN σε απεριόριστη απόσταση. Ωστόσο, ένα γεφυρωμένο LAN δε θεωρείται τεχνολογία ευρείας περιοχής, επειδή οι περιορισμοί του εύρους ζώνης δεν του επιτρέπουν να εξυπηρετεί απεριόριστο αριθμό υπολογιστών σε απεριόριστο α- ριθμό τοποθεσιών. Το βασικό σημείο που διαχωρίζει τις τεχνολογίες ευρείας περιοχής (WAN) από τις τεχνολογίες LAN είναι η επεκτασιμότητα (scalability) ένα δίκτυο WAN πρέπει να έχει τη δυνατότητα να μεγαλώνει όσο χρειάζεται για να συνδέει πολλές τοποθεσίες που βρίσκονται σε μεγάλες γεωγραφικές αποστάσεις, με κάθε τοποθεσία να έχει πολλούς υπολογιστές. Για παράδειγμα, ένα WAN θα πρέπει να έχει τη δυνατότητα να συνδέει όλους τους υπολογιστές μιας μεγάλης εταιρείας με γραφεία ή εργοστάσια σε δεκάδες τόπους, οι οποίοι είναι διάσπαρτοι σε χιλιάδες τετραγωνικά χιλιόμετρα. Επίσης, μια τεχνολογία δεν κατατάσσεται στις τεχνολογίες WAN παρά μόνο αν μπορεί να παρέχει επαρκή απόδοση για μεγάλα δίκτυα. Δηλαδή, ένα δίκτυο WAN δεν αρκεί να συνδέει απλώς πολλούς υπολογιστές σε πολλές τοποθεσίες πρέπει να παρέχει αρκετά μεγάλη χωρητικότητα για να μπορούν οι υπολογιστές να επικοινωνούν ταυτόχρονα Μεταγωγείς πακέτων Πώς μπορεί ένα δίκτυο ευρείας περιοχής να έχει την επεκτασιμότητα που χρειάζεται ώστε να εξυπηρετεί πολλούς υπολογιστές; Το ίδιο το δίκτυο πρέπει να έχει τη δυνατότητα να μεγαλώνει. Αντί να χρησιμοποιείται ένα μισθωμένο κύκλωμα δεδομένων σημείου προς σημείο το οποίο συνδέει απευθείας τον ένα υπολογιστή με τον άλλο, ένα WAN αποτελείται από πολλούς μεταγωγείς (switches) στους οποίους συνδέονται οι μεμονωμένοι υπολογιστές. Το αρχικό μέγεθος ενός WAN καθορίζεται από τον αριθμό των τοποθεσιών και από τον αριθμό των υπολογιστών που συνδέονται. Αν χρειαστεί, μπορούν να προστεθούν και άλλοι μεταγωγείς, για να συνδέσουν και άλλες τοποθεσίες ή και άλλους υπολογιστές. Ο βασικός ηλεκτρονικός μεταγωγέας που χρησιμοποιείται σε ένα WAN λέγεται μεταγωγέας πακέτων (packet switch), επειδή μετακινεί ολόκληρα πακέτα από τη μία σύνδεση στην άλλη. Εννοιολογικά, κάθε μεταγωγέας πακέτων είναι ένας μικρός υπολογιστής ο οποίος έχει επεξεργαστή και μνήμη, καθώς και συσκευές εισόδου/εξόδου που χρησιμοποιούνται για την αποστολή και τη λήψη πακέτων. Οι μεταγωγείς πακέτων που χρησιμοποιούνται στα σημερινά δίκτυα WAN υψηλής ταχύτητας αποτελούνται από ειδικό υλικό γι' αυτόν το σκοπό. οι μεταγωγείς πακέτων των παλαιότερων WAN αποτελούνταν από συμβατικούς υπολογιστές mini αφιερωμένους αποκλειστικά στη μεταγωγή πακέτων. Τα δίκτυα ευρείας περιοχής ονομάζονταν κάποτε δίκτυα μακράς έλξης (long-haul networks).

25 Ενότητα 13.4 Πώς δημιουργείται ένα δίκτυο ευρείας περιοχής 265 Η Εικόνα 13.1 δείχνει ότι ένας μεταγωγέας πακέτων περιέχει δύο τύπους συζευκτήρων εισόδου/εξόδου. Εικόνα 13.1 Μεταγωγέας πακέτων (packet switch) με δύο τύπους συζευκτήρων εισόδου/εξόδου: ο ένας τύπος χρησιμοποιείται για σύνδεση με άλλους μεταγωγείς πακέτων, και ο άλλος για σύνδεση με υπολογιστές. Ο πρώτος τύπος συσκευής εισόδου/εξόδου, που λειτουργεί σε υψηλή ταχύτητα, χρησιμοποιείται για να συνδέει το μεταγωγέα με ένα ψηφιακό κύκλωμα το οποίο οδηγεί σε έναν άλλο μεταγωγέα πακέτων. Ο δεύτερος τύπος συσκευής εισόδου/εξόδου, η οποία λειτουργεί σε χαμηλότερη ταχύτητα, χρησιμοποιείται για να συνδέει το μεταγωγέα με ένα μεμονωμένο υπολογιστή. Οι λεπτομέρειες του υλικού εξαρτώνται από την τεχνολογία WAN που χρησιμοποιείται και από την επιθυμητή ταχύτητα. Για τη δημιουργία ενός WAN έχει χρησιμοποιηθεί σχεδόν κάθε μορφή επικοινωνίας σημείου προς σημείο, όπως μισθωμένα κυκλώματα δεδομένων, οπτικές ίνες, μικροκύματα, και δορυφορικά κανάλια. Πολλές σχεδιάσεις δικτύων WAN επιτρέπουν στον αγοραστή να επιλέξει τη μέθοδο αλληλοσύνδεσης Πώς δημιουργείται ένα δίκτυο ευρείας περιοχής Ένα σύνολο μεταγωγέων πακέτων συνδέονται μεταξύ τους και δημιουργούν ένα δίκτυο ευρείας περιοχής (WAN). Ένας μεταγωγέας έχει συνήθως πολλούς συζευκτήρες εισόδου/εξόδου, ώστε να μπορούν να διαμορφώνονται πολλές διαφορετικές τοπολογίες και να συνδέονται πολλοί υπολογιστές. Για παράδειγμα, η Εικόνα 13.2 δείχνει έναν πιθανό τρόπο για να δημιουργηθεί ένα WAN με την αλληλοσύνδεση τεσσάρων μεταγωγέων πακέτων και οκτώ υπολογιστών. Όπως φαίνεται στην εικόνα, ένα WAN δεν είναι απαραίτητο να είναι συμμετρικό οι συνδέσεις μεταξύ των μεταγωγέων και η χωρητικότητα της κάθε σύνδεσης επιλέγονται έτσι ώστε να ανταποκρίνονται στην αναμενόμενη κυκλοφορία δεδομένων και να παρέχουν υπερεπάρκεια σε περίπτωση βλάβης. Στο παραπάνω παράδειγμα, ο μεταγωγέας στην τοποθεσία 1 συνδέει δύο υπολογιστές και έχει μία εξωτερική σύνδεση (π.χ. μια γραμμή T1) με έναν άλλο μεταγωγέα. Από την άλλη πλευρά, ο μεταγωγέας στην τοποθεσία 2 συνδέεται με ένα μόνο υπολογιστή, και έχει δύο εξωτερικές συνδέσεις με μεταγωγείς σε άλλες τοποθεσίες.

26 266 Τεχνολογίες WAN και δρομολόγηση Κεφάλαιο 13 Εικόνα 13.2 Ένα μικρό δίκτυο ευρείας περιοχής (WAN) που δημιουργείται με την αλληλοσύνδεση μεταγωγέων πακέτων. Οι συνδέσεις μεταξύ των μεταγωγέων πακέτων συνήθως λειτουργούν σε υψηλότερη ταχύτητα από τις συνδέσεις με μεμονωμένους υπολογιστές. Ας συνοψίσουμε: Ένας μεταγωγέας πακέτων (packet switch) είναι η βασική δομική μονάδα των δικτύων ευρείας περιοχής (Wide Area Networks, WAN). Ένα WAN δημιουργείται με την αλληλοσύνδεση ενός συνόλου μεταγωγέων πακέτων, και έπειτα με τη σύνδεση υπολογιστών. Μπορούν να προστίθενται και άλλοι μεταγωγείς ή αλληλοσυνδέσεις όταν χρειάζεται, ώστε να αυξάνεται η χωρητικότητα του WAN Αποθήκευση και προώθηση Αντίθετα από ένα μεριζόμενο τοπικό δίκτυο (LAN), το οποίο επιτρέπει μόνο σε ένα ζεύγος υπολογιστών να ανταλλάσσουν ένα πλαίσιο σε μια δεδομένη στιγμή, ένα δίκτυο ευρείας περιοχής (WAN) επιτρέπει να στέλνουν πακέτα πολλοί υπολογιστές ταυτόχρονα. Το θεμελιώδες μοντέλο που χρησιμοποιείται στα συστήματα μεταγωγής πακέτων ευρείας περιοχής είναι η μεταγωγή με αποθήκευση και προώθηση (store and forward). Για να κάνει μεταγωγή με αποθήκευση και προώθηση, ένας μεταγωγέας πακέτων πρέπει να αποθηκεύει προσωρινά τα πακέτα στη μνήμη. Η λειτουργία της αποθήκευσης (store) πραγματοποιείται όταν φτάνει ένα πακέτο: το υλικό εισόδου/εξόδου που περιέχεται στο μεταγωγέα πακέτων τοποθετεί ένα αντίγραφο του πακέτου στη μνήμη του μεταγωγέα και πληροφορεί τον επεξεργαστή ότι έφτασε ένα πακέτο (π.χ. χρησιμοποιώντας το μηχανισμό των διακοπών interrupts). Έπειτα πραγματοποιείται η λειτουργία της προώθησης (forward). Ο επεξεργαστής εξετάζει το

27 Ενότητα 13.6 Φυσική διευθυνσιοδότηση σε δίκτυο WAN 267 πακέτο, προσδιορίζει τη διασύνδεση μέσω της οποίας θα πρέπει αυτό να σταλεί, και ξεκινάει τη συσκευή υλικού εξόδου για να στείλει το πακέτο. Ένα σύστημα που χρησιμοποιεί το μοντέλο της αποθήκευσης και προώθησης μπορεί να μετακινεί πακέτα μέσω του δικτύου όσο γρήγορα επιτρέπει η χωρητικότητα του υλικού. Το σημαντικότερο είναι ότι, αν πρέπει να σταλούν πολλά πακέτα στην ίδια συσκευή εξόδου, ο μεταγωγέας πακέτων μπορεί να τα αποθηκεύει στη μνήμη μέχρι η συσκευή εξόδου να είναι έτοιμη. Για παράδειγμα, ας εξετάσουμε τη μετάδοση πακέτων στο δίκτυο της Εικόνας Ας υποθέσουμε ότι ο κάθε ένας από τους δύο υπολογιστές στην τοποθεσία 1 παράγει ένα πακέτο που προορίζεται για έναν υπολογιστή στην τοποθεσία 3 σχεδόν την ίδια στιγμή. Και οι δύο υπολογιστές στέλνουν το πακέτο τους στο μεταγωγέα πακέτων. Καθώς κάθε πακέτο φτάνει, το υλικό εισόδου/εξόδου του μεταγωγέα το τοποθετεί στη μνήμη και πληροφορεί τον επεξεργαστή του μεταγωγέα. Ο μεταγωγέας εξετάζει τον προορισμό του κάθε πακέτου και διαπιστώνει ότι τα πακέτα θα πρέπει να σταλούν στην τοποθεσία 3. Αν η έξοδος που οδηγεί στην τοποθεσία 3 είναι αδρανής όταν έρχεται το πακέτο, ο επεξεργαστής μπορεί να αρχίσει τη μετάδοση αμέσως. Αν η συσκευή εξόδου είναι απασχολημένη, ο επεξεργαστής τοποθετεί το εξερχόμενο πακέτο σε μια ουρά που αντιστοιχεί στη συσκευή. Μόλις η συσκευή τελειώσει την αποστολή ενός πακέτου, εξάγει και αρχίζει να στέλνει το επόμενο πακέτο της ουράς. Ας συνοψίσουμε αυτή την ιδέα: Τα συστήματα μεταγωγής πακέτων ευρείας περιοχής χρησιμοποιούν την τεχνική της αποθήκευσης και προώθησης, με την οποία, τα πακέτα που φτάνουν σε ένα μεταγωγέα τοποθετούνται σε μια ουρά μέχρι ο μεταγωγέας να μπορεί να τα προωθήσει προς τον προορισμό τους. Η τεχνική αυτή επιτρέπει σε ένα μεταγωγέα πακέτων να αποθηκεύει προσωρινά μια μικρή ποσότητα πακέτων τα οποία έρχονται ταυτόχρονα Φυσική διευθυνσιοδότηση σε δίκτυο WAN Από την άποψη ενός συνδεδεμένου υπολογιστή, ένα δίκτυο ευρείας περιοχής (WAN) λειτουργεί με παρόμοιο τρόπο με ένα τοπικό δίκτυο (LAN). Κάθε τεχνολογία WAN ορίζει την ακριβή μορφή των πλαισίων την οποία χρησιμοποιεί ένας υπολογιστής όταν στέλνει ή δέχεται δεδομένα. Ακόμα, σε κάθε υπολογιστή που είναι συνδεδεμένος σε ένα WAN αποδίδεται μια φυσική διεύθυνση. Όταν στέλνει ένα πλαίσιο σε έναν άλλο υπολογιστή, ο αποστολέας πρέπει να παρέχει τη διεύθυνση του προορισμού. Πολλά WAN χρησιμοποιούν μια μέθοδο ιεραρχικής διευθυνσιοδότησης η οποία κάνει την προώθηση πιο αποδοτική. Η ιεραρχική διευθυνσιοδότηση υποδιαιρεί τη διεύθυνση σε πολλά τμήματα. Η απλούστερη ιεραρχική μέθοδος είναι να διαιρείται η διεύθυνση σε δύο μέρη: το πρώτο μέρος προσδιορίζει ένα μεταγωγέα πακέτων, και το δεύτερο προσδιορίζει έναν υπολογιστή που είναι συνδεδεμένος σε αυτόν το μεταγωγέα. Για παράδειγμα, η Εικόνα 13.3 δείχνει ιεραρχικές διευθύνσεις με δύο μέρη οι οποίες έχουν αποδοθεί σε υπολογιστές συνδεδεμένους σε ένα ζεύγος μεταγωγέων πακέτων.

28 268 Τεχνολογίες WAN και δρομολόγηση Κεφάλαιο 13 Εικόνα 13.3 Παράδειγμα ιεραρχικών διευθύνσεων σε ένα WAN. Κάθε διεύθυνση αποτελείται από δύο μέρη: Το πρώτο προσδιορίζει ένα μεταγωγέα πακέτων, και το δεύτερο μέρος προσδιορίζει έναν υπολογιστή συνδεδεμένο στο μεταγωγέα. Στην εικόνα, η κάθε διεύθυνση εμφανίζεται ως ζεύγος δεκαδικών ακεραίων. Ένας υ- πολογιστής συνδεδεμένος στη θύρα 6 του μεταγωγέα πακέτων 2 έχει τη διεύθυνση [2,6]. Στην πράξη, μια διεύθυνση αναπαρίσταται με μία μόνο δυαδική τιμή, μερικά bit της οποίας αντιπροσωπεύουν το πρώτο μέρος της διεύθυνσης και τα άλλα bit αντιπροσωπεύουν το δεύτερο μέρος. Επειδή κάθε διεύθυνση αναπαρίσταται με μια απλή δυαδική τιμή, οι χρήστες και τα προγράμματα-εφαρμογές μπορούν να μεταχειρίζονται τη διεύθυνση ως απλό ακέραιο α- ριθμό δε χρειάζεται να γνωρίζουν ότι οι διευθύνσεις αποδίδονται ιεραρχικά Προώθηση στο επόμενο άλμα Ένας μεταγωγέας πακέτων πρέπει να επιλέξει μια εξερχόμενη διαδρομή μέσω της ο- ποίας θα προωθήσει το κάθε πακέτο. Αν το πακέτο προορίζεται για έναν από τους υπολογιστές που είναι συνδεδεμένοι απευθείας με αυτόν, ο μεταγωγέας προωθεί το πακέτο στον υπολογιστή. Αν το πακέτο προορίζεται για έναν υπολογιστή συνδεδεμένο με άλλο μεταγωγέα πακέτων, το πακέτο πρέπει να προωθηθεί μέσω μίας από τις συνδέσεις υψηλής ταχύτητας που οδηγεί σε εκείνο το μεταγωγέα. Για να κάνει την επιλογή αυτή, ένας μεταγωγέας πακέτων χρησιμοποιεί τη διεύθυνση προορισμού που είναι αποθηκευμένη μέσα στο πακέτο. Ένας μεταγωγέας πακέτων δεν τηρεί όλες τις πληροφορίες για το πώς μπορεί να φτάσει σε όλους τους πιθανούς προορισμούς. Αντίθετα, ένας δεδομένος μεταγωγέας έχει πληροφορίες για την επόμενη θέση (το επόμενο άλμα) στην οποία μπορεί να στείλει ένα πακέτο, ώστε αυτό να φτάσει τελικά στον προορισμό του. Η ιδέα αυτή, που ονομάζεται προώθηση στο επόμενο άλμα (next-hop forwarding), είναι ανάλογη με τον τρόπο με τον οποίο ανακοινώνουν τις πτήσεις οι αεροπορικές εταιρείες. Ας υποθέσουμε ότι ένας επιβάτης που ταξιδεύει από το Σαν Φρανσίσκο για το Μαϊάμι βρίσκει ότι η μόνη διαθέσιμη διαδρομή περιλαμβάνει τρεις πτήσεις: η πρώτη πηγαίνει από το Σαν Φρανσίσκο στο Ντάλας, η δεύτερη από το Ντάλας στην Ατλάντα, και η τρίτη από την Ατλάντα στο Μαϊάμι. Ο τελικός προορισμός παραμένει ο ίδιος σε όλο το ταξίδι: το Μαϊάμι. Το επόμενο άλμα, ωστόσο, αλλάζει σε κάθε αεροδρόμιο. Όταν ο επιβάτης είναι στο Σαν Φρανσίσκο, το επόμενο άλμα είναι το Ντάλας. όταν ο επιβάτης είναι στο Ντάλας, το επόμενο άλμα είναι η Ατλάντα. όταν ο επιβάτης είναι στην Ατλάντα, το επόμενο άλμα είναι το Μαϊάμι. Η Εικόνα 13.4 δίνει ένα παράδειγμα προώθησης στο επόμενο άλμα σε ένα δίκτυο μεταγωγής πακέτων.

29 Ενότητα 13.8 Ανεξαρτησία από την αφετηρία 269 Εικόνα 13.4 (α) Δίκτυο που αποτελείται από τρεις μεταγωγείς πακέτων, και (β) οι πληροφορίες της προώθησης στο επόμενο άλμα που βρίσκονται στο μεταγωγέα 2. Ο κάθε μεταγωγέας έχει διαφορετικές πληροφορίες για το επόμενο άλμα. Όπως φαίνεται στην εικόνα, οι πληροφορίες για το επόμενο άλμα μπορούν να οργανωθούν σε έναν πίνακα. Κάθε καταχώριση του πίνακα περιέχει έναν προορισμό, καθώς και το επόμενο άλμα για να φτάσει ένα πακέτο σε αυτόν τον προορισμό. Όταν ο μεταγωγέας προωθεί ένα πακέτο, εξάγει τον προορισμό του πακέτου, αναζητά στον πίνακα μια καταχώριση που να συμφωνεί με αυτόν τον προορισμό, και μετά στέλνει το πακέτο στο επόμενο άλμα που καθορίζεται στην καταχώριση. Ο πίνακας του παραδείγματός μας δείχνει πώς προωθεί τα πακέτα ο μεταγωγέας πακέτων 2. Όταν ο μεταγωγέας βρει ένα πακέτο με προορισμό τη διεύθυνση [3,5], το προωθεί στη διασύνδεση 4, η οποία οδηγεί στο μεταγωγέα 3. Όταν ο μεταγωγέας βρει ένα πακέτο με προορισμό τη διεύθυνση [2,1], το προωθεί απευθείας στον υπολογιστή E Ανεξαρτησία από την αφετηρία Σημειώστε ότι η προώθηση στο επόμενο άλμα δεν εξαρτάται από την αρχική αφετηρία του πακέτου, ούτε από τη διαδρομή που έχει ακολουθήσει το πακέτο πριν φτάσει σε ένα συγκεκριμένο μεταγωγέα. Το επόμενο άλμα ενός πακέτου εξαρτάται μόνο από τον προορισμό του. Η ιδέα αυτή, η οποία ονομάζεται ανεξαρτησία από την αφετηρία (source independence), είναι μια θεμελιώδης ιδέα στη δικτύωση, και υπονοείται στα περισσότερα από τα θέματα που θα εξετάσουμε σχετικά με την προώθηση πακέτων. Το λογισμικό που περιέχεται σε ένα μεταγωγέα πακέτων συνήθως αποδίδει σε κάθε διασύνδεση ένα μικρό ακέραιο αριθμό. Η τιμή αυτή δεν έχει νόημα έξω από το μεταγωγέα, και δεν εμφανίζεται στα πακέτα. Στην εικόνα, οι διασυνδέσεις του μεταγωγέα 2 είναι αριθμημένες από τα αριστερά προς τα δεξιά.

30 270 Τεχνολογίες WAN και δρομολόγηση Κεφάλαιο 13 Η ανεξαρτησία από την αφετηρία παρουσιάζεται σε πολλές περιπτώσεις προώθησης στο επόμενο άλμα που συναντά κανείς στην καθημερινή ζωή. Γενικά, η προώθηση που συναντάμε σε ένα αεροδρόμιο είναι ανεξάρτητη από την αφετηρία, επειδή το σύνολο των εξερχόμενων πτήσεων δεν εξαρτάται από την πόλη από την οποία ήρθε κάποιος επιβάτης στο αεροδρόμιο. Δηλαδή, αν δύο επιβάτες που ταξιδεύουν για το Μαϊάμι φτάσουν στην Ατλάντα, ο ένας από το Σαν Φρανσίσκο και ο άλλος από τη Βοστόνη, και οι δύο θα πάνε στην ίδια εξερχόμενη πτήση. Ακόμα σημαντικότερο, ένας κάτοικος της Ατλάντα που ήρθε στο αεροδρόμιο με αυτοκίνητο θα δει την ίδια λίστα εξερχόμενων πτήσεων με τους επιβάτες που ήρθαν αεροπορικά. Η ανεξαρτησία από την αφετηρία επιτρέπει στο μηχανισμό προώθησης ενός δικτύου υπολογιστών να είναι συμπαγής και αποδοτικός. Επειδή όλα τα πακέτα ακολουθούν την ίδια διαδρομή, χρειάζεται μόνο ένας πίνακας. Επειδή η προώθηση δε χρησιμοποιεί πληροφορίες για την αφετηρία, μόνο η διεύθυνση προορισμού χρειάζεται να εξαχθεί από ένα πακέτο. Α- κόμα, ένας ενιαίος μηχανισμός χειρίζεται την προώθηση με ομοιομορφία τα πακέτα που προέρχονται από απευθείας συνδεδεμένους υπολογιστές και τα πακέτα που έρχονται από άλλους μεταγωγείς πακέτων χρησιμοποιούν τον ίδιο μηχανισμό Σχέση ιεραρχικών διευθύνσεων και δρομολόγησης Ο πίνακας που χρησιμοποιείται για την αποθήκευση των πληροφοριών του επόμενου άλματος λέγεται συνήθως πίνακας δρομολόγησης (routing table), και η διαδικασία της προώθησης ενός πακέτου στο επόμενο άλμα του λέγεται δρομολόγηση (routing). Το πλεονέκτημα της ιεραρχικής διευθυνσιοδότησης με δύο μέρη είναι μάλλον προφανές από τον πίνακα δρομολόγησης της Εικόνας Παρατηρήστε ότι περισσότερες από μία καταχωρίσεις περιέχουν την ίδια τιμή επόμενου άλματος. Πιο προσεκτική εξέταση αποκαλύπτει ένα μοτίβο: όλες οι διευθύνσεις προορισμού που έχουν το ίδιο πρώτο μέρος προωθούνται στον ίδιο μεταγωγέα πακέτων. Έτσι, όταν ένας μεταγωγέας προωθεί ένα πακέτο, χρειάζεται να εξετάζει μόνο το πρώτο μέρος μιας ιεραρχικής διεύθυνσης. Η χρήση μόνο του ενός από τα δύο μέρη μιας ιεραρχικής διεύθυνσης για την προώθηση ενός πακέτου έχει δύο πρακτικές συνέπειες. Πρώτον, ο υπολογιστικός χρόνος που χρειάζεται για να προωθηθεί ένα πακέτο μπορεί να μειωθεί, επειδή ο πίνακας δρομολόγησης είναι δυνατό να είναι ευρετηριασμένος και να μη χρησιμοποιεί απλή αναζήτηση. Δεύτερον, ολόκληρος ο πίνακας δρομολόγησης μπορεί να συντομευτεί ώστε να περιέχει μία καταχώριση ανά μεταγωγέα πακέτων προορισμού, και όχι μία καταχώριση ανά υπολογιστή προορισμού. Η μείωση του μεγέθους του πίνακα μπορεί να είναι σημαντική για ένα μεγάλο δίκτυο WAN όπου συνδέονται πολλοί υπολογιστές σε ένα δεδομένο μεταγωγέα πακέτων. Για την ακρίβεια, αν σε κάθε μεταγωγέα πακέτων είναι συνδεδεμένοι K υπολογιστές, ένας συντομευμένος πίνακας δρομολόγησης θα είναι K φορές μικρότερος από έναν πλήρη πίνακα. Η Εικόνα 13.5 παρουσιάζει ένα συντομευμένο πίνακα για το δίκτυο του παραδείγματός μας.

31 Ενότητα Δρομολόγηση σε δίκτυο WAN 271 Προορισμός Επόμενο άλμα (1, οτιδήποτε) διασύνδεση 1 (3, οτιδήποτε) διασύνδεση 4 (2, οτιδήποτε) τοπικός υπολογιστής Εικόνα 13.5 Συντομευμένη εκδοχή του πίνακα δρομολόγησης της Εικόνας 13.4β, η οποία γίνεται εφικτή με την ιεραρχική διευθυνσιοδότηση. Όταν ο μεταγωγέας προωθεί ένα πακέτο σε έναν τοπικό υπολογιστή, χρησιμοποιεί το δεύτερο μέρος της διεύθυνσης για να επιλέξει ένα συγκεκριμένο υπολογιστή. Ουσιαστικά, η μέθοδος ιεραρχικής διευθυνσιοδότησης με δύο μέρη επιτρέπει σε όλους τους μεταγωγείς πακέτων εκτός από τον τελευταίο να χρησιμοποιούν μόνο το πρώτο μέρος της διεύθυνσης προορισμού όταν προωθούν ένα πακέτο. Όταν το πακέτο φτάσει στο μεταγωγέα στον οποίο είναι συνδεδεμένος ο υπολογιστής προορισμού, ο μεταγωγέας εξετάζει το δεύτερο μέρος της διεύθυνσης και επιλέγει τον κατάλληλο υπολογιστή. Ο αλγόριθμος αυτός μπορεί να συνοψιστεί ως εξής: Για να προωθηθεί ένα πακέτο όταν χρησιμοποιούνται ιεραρχικές διευθύνσεις με δύο μέρη, πρώτα εξάγεται το μέρος της διεύθυνσης προορισμού του πακέτου που αντιστοιχεί σε ένα μεταγωγέα πακέτων, το p. Αν ο αριθμός p ταυτίζεται με τον αριθμό που έχει αποδοθεί στον τοπικό μεταγωγέα πακέτων, χρησιμοποιείται το δεύτερο μέρος της διεύθυνσης για να εντοπιστεί ένας συνδεδεμένος υπολογιστής. Αλλιώς, το p χρησιμοποιείται για να επιλεχθεί ένα επόμενο άλμα για το πακέτο από τον πίνακα δρομολόγησης Δρομολόγηση σε δίκτυο WAN Η χωρητικότητα ενός δικτύου ευρείας περιοχής (WAN) πρέπει να αυξάνεται καθώς συνδέονται πρόσθετοι υπολογιστές σε αυτό. Για να αντιμετωπιστεί η προσθήκη λίγων υπολογιστών, η χωρητικότητα ενός μεμονωμένου μεταγωγέα μπορεί να αυξηθεί με την προσθήκη υλικού διασύνδεσης εισόδου/εξόδου ή μιας γρηγορότερης κεντρικής μονάδας επεξεργασίας (CPU). Με τέτοιες αλλαγές μπορούν να αντιμετωπίζονται μικρές αυξήσεις στο μέγεθος του δικτύου. οι μεγάλες αυξήσεις απαιτούν νέους μεταγωγείς πακέτων. Η θεμελιώδης ιδέα που κάνει εφικτή την οικοδόμηση ενός WAN μεγάλης χωρητικότητας είναι το ότι η χωρητικότητα μεταγωγής μπορεί να αυξηθεί χωρίς να προστεθούν υπολογιστές. Συγκεκριμένα, μπορούν να προστεθούν μεταγωγείς πακέτων στο εσωτερικό ενός δικτύου για να αντιμετωπιστεί ο φόρτος. οι μεταγωγείς αυτοί δε χρειάζεται να έχουν συνδεδεμένους υπολογιστές. Θα ονομάσουμε αυτούς τους μεταγωγείς πακέτων εσωτερικούς μεταγωγείς (interior switches), ενώ τους μεταγωγείς πακέτων στους οποίους συνδέονται άμεσα οι υπολογιστές θα τους ονομάσουμε εξωτερικούς μεταγωγείς (exterior switches).

32 272 Τεχνολογίες WAN και δρομολόγηση Κεφάλαιο 13 Για να λειτουργεί σωστά ένα WAN, τόσο οι εσωτερικοί όσο και οι εξωτερικοί μεταγωγείς πακέτων πρέπει να έχουν πίνακα δρομολόγησης, και οι δύο τύποι μεταγωγέων πρέπει να προωθούν πακέτα. Ακόμα, οι τιμές στον πίνακα δρομολόγησης πρέπει να εξασφαλίζουν τα παρακάτω: Γενική δρομολόγηση. Ο πίνακας δρομολόγησης ενός μεταγωγέα πρέπει να περιέχει δρομολόγια επόμενου άλματος για κάθε πιθανό προορισμό. Βέλτιστα δρομολόγια. Σε ένα μεταγωγέα, η τιμή του επόμενου άλματος που υ- πάρχει στον πίνακα δρομολόγησης για ένα δεδομένο προορισμό πρέπει να δείχνει τη συντομότερη διαδρομή προς τον προορισμό. Ο ευκολότερος τρόπος να αντιληφθείτε τη δρομολόγηση σε ένα δίκτυο WAN είναι να φανταστείτε ένα γράφο που αντιπροσωπεύει το δίκτυο. Κάθε κόμβος του γράφου αντιστοιχεί σε ένα μεταγωγέα πακέτων του δικτύου. Για κάθε άμεση σύνδεση στο δίκτυο μεταξύ δύο μεταγωγέων πακέτων, ο γράφος χρησιμοποιεί μια ακμή ή σύνδεσμο μεταξύ των αντίστοιχων κόμβων. Για παράδειγμα, η Εικόνα 13.6 παρουσιάζει ένα παράδειγμα WAN και τον αντίστοιχο γράφο. Εικόνα 13.6 Το δίκτυο της Εικόνας 13.2 και ο αντίστοιχος γράφος. Κάθε κόμβος του γράφου αντιστοιχεί σε ένα μεταγωγέα πακέτων, και κάθε ακμή μεταξύ δύο κόμβων αντιπροσωπεύει μια σύνδεση μεταξύ των αντίστοιχων μεταγωγέων. Η αναπαράσταση ενός δικτύου μέσω γράφου είναι χρήσιμη. Επειδή ένας γράφος αναπαριστά τους μεταγωγείς πακέτων χωρίς τους συνδεδεμένους υπολογιστές, απεικονίζει την ουσία του δικτύου. Επίσης, ένας γράφος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό και την κατανόηση των δρομολογίων επόμενου άλματος. Η Εικόνα 13.7 παρουσιάζει τους πίνακες δρομολόγησης που αντιστοιχούν στο γράφο της Εικόνας Επειδή η σχέση μεταξύ της θεωρίας των γράφων και της δικτύωσης των υπολογιστών είναι ισχυρή, μια μηχανή συνδεδεμένη σε δίκτυο λέγεται συχνά κόμβος δικτύου (network node), και ένα σειριακό κύκλωμα δεδομένων που συνδέει δύο μηχανές λέγεται συχνά σύνδεσμος (link).