Δίκτυα ΙΙ Κεφάλαιο 7
Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζεται ο τρόπος επικοινωνίας σε ένα δίκτυο υπολογιστών. Το κεφάλαιο εστιάζεται στο Επίπεδο Δικτύου του OSI (το οποίο είδατε στο μάθημα της Β Τάξης). Οι βασικές αρχές επικοινωνίας εξηγούνται με τη βοήθεια του πρωτοκόλλου TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol, Πρωτόκολλο Ελέγχου Μετάδοσης και Διαδικτύου) και με την εφαρμογή του στο Παγκόσμιο Διαδίκτυο (Internet).
Επίπεδο Δικτύου Το επίπεδο δικτύου ασχολείται με: τη μεταφορά των πακέτων από την αφετηρία στον προορισμό τους και καθορίζει τη διαδρομή που θα ακολουθήσουν τα πακέτα.
Επίπεδο Δικτύου Στα δίκτυα ευρείας περιοχής που εξετάζουμε, τα πακέτα για να φτάσουν στον προορισμό τους χρειάζεται να περάσουν από ένα αριθμό ενδιάμεσων κόμβων. Οι κόμβοι αυτοί συμμετέχουν στη διαδικασία παράδοσης.
Επίπεδο Δικτύου Το επίπεδο δικτύου είναι το χαμηλότερο από τα επίπεδα του OSI που ασχολείται με την επικοινωνία από άκρο σε άκρο. Το επίπεδο δικτύου παρέχει μια νοητή γραμμή επικοινωνίας μεταξύ δύο υπολογιστών ενός δικτύου. Το επίπεδο δικτύου δεν χρησιμοποιείται μόνο στους κόμβους πηγής και προορισμού αλλά και σε όλους τους ενδιάμεσους κόμβους που συμμετέχουν στην επικοινωνία.
Επίπεδο Δικτύου Για να μπορέσει να παραδοθεί ένα πακέτο θα πρέπει να συνεργαστούν μεταξύ τους όλα τα επίπεδα δικτύου των ενδιάμεσων και των αρχικών κόμβων (πηγής και προορισμού). Οι ενδιάμεσοι κόμβοι θα πρέπει να διαθέτουν και να μπορούν να χρησιμοποιήσουν όλα τα κατώτερα επίπεδα του OSI, τουλάχιστον μέχρι το επίπεδο δικτύου (Δηλ. το φυσικό, το σύνδεσης δεδομένων και το δικτύου). Το σύνολο των ενδιάμεσων κόμβων που εξασφαλίζει την επικοινωνία μεταξύ των τελικών υπολογιστών ονομάζεται επικοινωνιακό υποδίκτυο.
Γενική εικόνα δικτύου υπολογιστών Σκοπός του υποδικτύου αυτού είναι η μεταφορά των πακέτων από την πηγή στον προορισμό.
Έτσι γίνεται λογικός διαχωρισμός μεταξύ των θεμάτων επικοινωνίας (που αναλαμβάνει το επικοινωνιακό υποδίκτυο) και των θεμάτων των εφαρμογών (που είναι αρμοδιότητα των τελικών υπολογιστών και των οποίων ο χειρισμός γίνεται συνήθως σε ανώτερα επίπεδα του OSI).
Επίπεδο Δικτύου Το επίπεδο δικτύου σε κάθε κόμβο αποφασίζει για τη διαδρομή που θα ακολουθήσει κάθε πακέτο μέχρι να φτάσει στον επόμενο κόμβο. Η διαδρομή αυτή βασίζεται στα στοιχεία που έχει ο κάθε κόμβος στη διάθεση του για την τοπολογία του δικτύου καθώς και για την κατάσταση των γραμμών επικοινωνίας. Πρέπει κάθε φορά να επιλέγεται η καλύτερη δυνατή διαδρομή
Πρέπει κάθε φορά να επιλέγεται η καλύτερη δυνατή διαδρομή Καλύτερη μπορεί να είναι η συντομότερη (αυτή που περνάει από τον μικρότερο δυνατό αριθμό ενδιάμεσων κόμβων) ή αυτή που τη δεδομένη στιγμή χρησιμοποιεί τους κόμβους που έχουν τη μικρότερη κίνηση (εξασφαλίζοντας έτσι ότι η κατανομή του φορτίου στο δίκτυο είναι ομοιόμορφη, και δεν υπάρχουν υπερφορτωμένες και άδειες γραμμές).
Το επίπεδο δικτύου προσφέρει δύο κατηγορίες υπηρεσιών στο ανώτερο επίπεδο (Μεταφοράς) Υπηρεσίες χωρίς σύνδεση Υπηρεσίες προσανατολισμένες σε σύνδεση
Εσωτερική οργάνωση ενός επικοινωνιακού υποδικτύου Ανεξάρτητα από τον τύπο υπηρεσιών που υποστηρίζει το επίπεδο δικτύου, το επικοινωνιακό υποδίκτυο μπορεί να ακολουθεί είτε τη φιλοσοφία των νοητών κυκλωμάτων (VC virtual circuits) είτε των αυτοδύναμων πακέτων (datagrams). Τόσο στην περίπτωση που ένα δίκτυο χρησιμοποιεί αυτοδύναμα πακέτα, όσο και στη περίπτωση που χρησιμοποιεί νοητά κυκλώματα, μπορούμε να έχουμε υπηρεσίες με σύνδεση και υπηρεσίες χωρίς σύνδεση.
Νοητά κυκλώματα Χρησιμοποιούνται κυρίως για υπηρεσίες με σύνδεση. Οι αποφάσεις για τη διαδρομή των πακέτων μέσα από το επικοινωνιακό δίκτυο παίρνονται από την αρχή, και πριν ξεκινήσει η κανονική μετάδοση των δεδομένων. Όλα τα πακέτα που ανήκουν στην ίδια επικοινωνία θα ακολουθήσουν την ίδια διαδρομή. Υπάρχει ένα συγκεκριμένο μονοπάτι που έχει δημιουργηθεί από τη συμφωνία των κόμβων μεταξύ τους.
Νοητά κυκλώματα Για μια συγκεκριμένη σύνδεση κάθε κόμβος που μετέχει θα πρέπει να μπορεί να αναγνωρίσει ότι το εισερχόμενο πακέτο ανήκει σε αυτήν και να θυμάται σε ποιο επόμενο κόμβο πρέπει να το στείλει. Κάθε κόμβος του επικοινωνιακού υποδικτύου διαθέτει ένα πίνακα με μια καταχώριση για κάθε νοητό κύκλωμα στο οποίο μετέχει. Ενας κόμβος μπορεί κάθε φορά να μετέχει σε ένα αριθμό από νοητά κυκλώματα και πρέπει να αναγνωρίζει ποιο πακέτο ανήκει σε ποιο κύκλωμα.
Νοητά κυκλώματα Τα στοιχεία που περιλαμβάνει μια τέτοια καταχώριση είναι: Αριθμός εισερχόμενου νοητού κυκλώματος Γραμμή εισόδου Αριθμός εξερχόμενου νοητού κυκλώματος Γραμμή εξόδου
Νοητά κυκλώματα Οταν γίνεται εγκατάσταση μιας σύνδεσης δικτύου, αυτή παίρνει ένα μοναδικό αναγνωριστικό αριθμό, τον αριθμός νοητού κυκλώματος. Ο αριθμός αυτός παράγεται από τον κόμβο που ξεκινάει την αποστολή και δεν μπορεί να είναι ίδιος με κανένα άλλο αριθμό νοητού κυκλώματος που χρησιμοποιείται τη δεδομένη στιγμή από τον ίδιο κόμβο για κάποια άλλη σύνδεση. Ο αναγνωριστικός αριθμός γίνεται γνωστός και αποθηκεύεται στους πίνακες κατάστασης όλων των ενδιάμεσων κόμβων που μετέχουν στη συγκεκριμένη επικοινωνία.
Νοητά κυκλώματα Μπορεί σε κάποιο ενδιάμεσο κόμβο ο αριθμός αυτός να χρησιμοποιείται ήδη από μια άλλη σύνδεση και να μην είναι ελεύθερος. Οι κόμβοι αυτοί μπορούν να τροποποιούν τον αριθμό νοητού κυκλώματος των εισερχόμενων πακέτων και αποθηκεύουν την πληροφορία αυτή (ποιος αριθμός έχει τροποποιηθεί και με ποιο τρόπο) στον πίνακα κατάστασης τους.
Νοητά κυκλώματα Στο σχήμα φαίνεται μια τέτοια περίπτωση: Τα πακέτα από τον κόμβο Α με αναγνωριστικό αριθμό νοητού κυκλώματος 3, μεταδίδονται στο Β με αναγνωριστικό αριθμό 2, καθώς το 3 χρησιμοποιείται ήδη για την επικοινωνία D και V.
Αυτοδύναμα πακέτα Δεν επιλέγεται διαδρομή που πρέπει να ακολουθήσουν όλα τα πακέτα μιας επικοινωνίας, ακόμα και αν χρησιμοποιούμε υπηρεσίες με σύνδεση. Κάθε πακέτο μπορεί να ακολουθήσει διαφορετική διαδρομή για να φτάσει στον προορισμό του. Οι πίνακες των κόμβων περιέχουν στοιχεία που προσδιορίζουν σε ποιο κόμβο πρέπει να σταλεί κάθε εισερχόμενο πακέτο ώστε να φτάσει στον προορισμό του.
Ερωτήσεις του σχολικού βιβλίου σελ. 290 1. Για να διεκπεραιωθεί η μεταφορά των πακέτων από την πηγή στο προορισμό μεταξύ των κόμβων του επικοινωνιακού υποδικτύου απαιτείται η συνεργασία οντοτήτων επιπέδου: α. Συνόδου β. Μεταφοράς γ. Δικτύου δ. Διασύνδεσης δεδομένων ε. Φυσικού Επιπέδου
Ερωτήσεις του σχολικού βιβλίου σελ. 290 2. Αντιστοιχήστε τα παρακάτω: Νοητά κυκλώματα Τα πακέτα ακολουθούν τον ίδιο δρόμο Αυτοδύναμα πακέτα Κάθε πακέτο ακολουθεί την δική του διαδρομή
Ερωτήσεις Θεωρίας 1. Με τι ασχολείται το επίπεδο δικτύου; Το επίπεδο δικτύου ασχολείται με τη μεταφορά των πακέτων και καθορίζει τη διαδρομή που αυτά θα ακολουθήσουν. 2. Ποιο είναι το χαμηλότερο επίπεδο της αρχιτεκτονικής OSI το οποίο ασχολείται με την από άκρου σε άκρο επικοινωνία; Το χαμηλότερο επίπεδο της αρχιτεκτονικής OSI το οποίο ασχολείται με την από άκρου σε άκρο επικοινωνία είναι το επίπεδο δικτύου. Μπορούμε δηλαδή να θεωρήσουμε ότι παρέχει μια νοητή γραμμή επικοινωνίας μεταξύ δύο υπολογιστών οι οποίοι συνδέονται μεταξύ τους μέσω ενός δικτύου.
Ερωτήσεις Θεωρίας 3. Τι ονομάζεται επικοινωνιακό υποδίκτυο; Επικοινωνιακό υποδίκτυο ονομάζεται το σύνολο των όλων των ενδιάμεσων κόμβων οι οποίοι εξασφαλίζουν την επικοινωνία μεταξύ δύο υπολογιστών. Το έργο του επικοινωνιακού υποδικτύου είναι η μεταφορά όλων των πακέτων από την πηγή στον προορισμό τους. 4. Σε κάθε κόμβο, ποιο επίπεδο αποφασίζει για τη διαδρομή που θα ακολουθήσει ένα πακέτο για να φθάσει στον επόμενο κόμβο; Σε ποιους παράγοντες βασίζεται η απόφαση; Το επίπεδο δικτύου κάθε κόμβου είναι εκείνο που αποφασίζει για τη διαδρομή, που θα ακολουθήσει ένα πακέτο μέχρι να φτάσει στο επόμενο κόμβο. Η απόφαση αυτή βασίζεται στα στοιχεία, που διαθέτει ο κόμβος για την τοπολογία του δικτύου και την κατάσταση των γραμμών του. Το επιδιωκόμενο είναι να επιλέγεται κάθε φορά η καλύτερη διαδρομή.
Ερωτήσεις Θεωρίας 5. Πότε μια διαδρομή πακέτων από κόμβο σε κόμβο μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι η καλύτερη; Μια διαδρομή μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι η καλύτερη είτε αν είναι η συντομότερη είτε αν εξασφαλίζει ομοιόμορφη φόρτιση των γραμμών του επικοινωνιακού υποδικτύου. (Δεν πρέπει να παρατηρείται το φαινόμενο άλλες γραμμές του επικοινωνιακού υποδικτύου να είναι υπερφορτωμένες και άλλες άδειες). 6. Σε πόσα είδη κατατάσσονται οι υπηρεσίες που προσφέρει το επίπεδο δικτύου στο επίπεδο μεταφοράς; Οι υπηρεσίες που προσφέρει το επίπεδο δικτύου στο επίπεδο μεταφοράς κατατάσσονται σε δύο κατηγορίες: α) σε υπηρεσίες χωρίς σύνδεση β) σε υπηρεσίες προσανατολισμένες σε σύνδεση.
Ερωτήσεις Θεωρίας 7. Ποιες φιλοσοφίες μπορεί να ακολουθεί η εσωτερική οργάνωση ενός επικοινωνιακού υποδικτύου; Η εσωτερική οργάνωση ενός επικοινωνιακού υποδικτύου μπορεί να ακολουθεί είτε τη φιλοσοφία των νοητών κυκλωμάτων (VC virtual circuits) ενώ η δεύτερη είναι των αυτοδύναμων πακέτων (datagrams).
Ερωτήσεις Θεωρίας 8. Τι είναι τα νοητά κυκλώματα (VCs), πού χρησιμοποιούνται και πώς λειτουργούν; (σελ. 222) Τα νοητά κυκλώματα είναι μέθοδος δρομολόγησης κατά την οποία όλα τα πακέτα πηγαίνουν από την ίδια διαδρομή. Χρησιμοποιείται κυρίως σε υπηρεσίες με σύνδεση (υπηρεσία με σύνδεση = όλα τα πακέτα φτάνουν με τη σειρά που στάλθηκαν). Λειτουργούν ως εξής: πριν την μετάδοση των πακέτων αποφασίζεται ποια διαδρομή θα ακολουθήσουν και μετά ξεκινάει η μετάδοση, οπότε όλα τα πακέτα ακολουθούν την ίδια διαδρομή.
Ερωτήσεις Θεωρίας 9. Με ποιο τρόπο γίνεται η δρομολόγηση των πακέτων στα νοητά κυκλώματα (VCs); Τι δεδομένα χρειάζεται κάθε κόμβος για τη δρομολόγηση σε γειτονικούς κόμβους και πού αποθηκεύει τα δεδομένα αυτά; (σελ. 222-223) Η δρομολόγηση γίνεται με τη βοήθεια πίνακα δρομολόγησης που βρίσκεται σε κάθε κόμβο του δικτύου (αποθηκευμένος στη μνήμη του κόμβου). Ο πίνακας περιέχει 4 στοιχεία: γραμμή εισόδου, αριθμός εισερχόμενου νοητού κυκλώματος, αριθμός εξόδου και αριθμός εξερχόμενου νοητού κυκλώματος. Πριν αρχίσει η μετάδοση των πακέτων ανατίθεται από τον αποστολέα ένας αναγνωριστικός αριθμός στη σύνδεση (αριθμός νοητού κυκλώματος) τον οποίο φέρουν όλα τα πακέτα. Κάθε κόμβος συμβουλεύεται αυτόν τον πίνακα που έχει και με βάση τον αριθμό νοητού κυκλώματος του κάθε πακέτου το προωθεί στον επόμενο κόμβο.
Ερωτήσεις Θεωρίας 10. Ποια είναι τα στοιχεία που περιλαμβάνει ο πίνακας ενός κόμβου στην περίπτωση μιας σύνδεσης με τη μέθοδο των νοητών κυκλωμάτων; Τα στοιχεία που περιλαμβάνει ο πίνακας ενός κόμβου σε μια σύνδεση με τη μέθοδο των νοητών κυκλωμάτων είναι: Αριθμός εισερχόμενου νοητού κυκλώματος. Γραμμή εισόδου. Αριθμός εξερχόμενου νοητού κυκλώματος. Γραμμή εξόδου. 11. Τι είναι ο αριθμός νοητού κυκλώματος. Ο αριθμός νοητού κυκλώματος είναι ένας αναγνωριστικός αριθμός ο οποίος ανατίθεται σε μια σύνδεση κατά την εγκατάστασή της.
Ερωτήσεις Θεωρίας 12. Ο αριθμός νοητού κυκλώματος εισόδου σε έναν κόμβο είναι απαραίτητα ο ίδιος με τον αριθμό νοητού κυκλώματος εξόδου για το ίδιο πακέτο; Όχι, ο αριθμός νοητού κυκλώματος εξόδου μπορεί να τροποποιηθεί, εφόσον ο αριθμός έχει δοθεί προηγουμένως σε νοητό κύκλωμα εξόδου διαφορετικού πακέτου. (Δείτε πίνακα Σχ. 7-3 σελ. 223). 13. Είναι σωστό ή λάθος ότι οι αριθμοί νοητών κυκλωμάτων τόσο των εισερχόμενων πακέτων όσο και των εξερχόμενων πρέπει απαραίτητα να είναι διαφορετικοί; Είναι Λ. (Δείτε και σχ. 7-3). Οι αριθμοί εισερχόμενων νοητών κυκλωμάτων μπορεί να είναι ίδιοι π.χ. στον κόμβο Ζ η μπλε και η κόκκινη γραμμή σύνδεσης έχουν αριθμό VC και οι δύο το 3 ενώ στην έξοδο οι αριθμοί VC είναι και όλοι διαφορετικοί.
Ερωτήσεις Θεωρίας 14. Περιγράψτε την οργάνωση ενός επικοινωνιακού υποδικτύου με τη φιλοσοφία των αυτοδύναμων πακέτων (datagram). Στο υποδίκτυο, όπου χρησιμοποιείται η φιλοσοφία των αυτοδύναμων πακέτων, δεν επιλέγεται η διαδρομή την οποία πρέπει να ακολουθήσουν όλα τα πακέτα προκειμένου να φθάσουν στον προορισμό τους αλλά κάθε πακέτο ακολουθεί τη δική του διαδρομή. Αυτό συμβαίνει ακόμα και στην περίπτωση που έχουμε υπηρεσίες με σύνδεση. Στην περίπτωση αυτή οι κόμβοι διατηρούν πίνακες, που προσδιορίζουν σε ποια γραμμή(κόμβο) πρέπει να σταλεί ένα πακέτο για κάθε πιθανό προορισμό.
Ερωτήσεις Θεωρίας 15. Ποιες οι ομοιότητες και οι διαφορές μεταξύ των επικοινωνιακών υποδικτύων νοητών κυκλωμάτων (VCs) και των υποδικτύων αυτοδύναμων πακέτων (datagrams) ; (σελ. 223-224) Ομοιότητες: 1. χρησιμοποιούνται και τα δυο σαν μέθοδοι δρομολόγησης με πακέτα. 2. κάθε κόμβος διατηρεί ένα πίνακα δρομολόγησης για να προωθήσει κάθε πακέτο στον επόμενο κόμβο. 3.προσφέρουν και τα δυο τόσο υπηρεσίες με σύνδεση όσο και χωρίς σύνδεση.
Διαφορές: VCs Επιλέγεται από πριν η διαδρομή και όλα τα πακέτα ακολουθούν αυτή την ίδια διαδρομή Πίνακας δρομολόγησης με Αριθμό Νοητού Κυκλώματος (VC) για κάθε σύνδεση Συνήθως τα πακέτα φτάνουν στη σωστή σειρά Ο κόμβος δεν παίρνει περίπλοκες αποφάσεις δρομολόγησης Μετάδοση χωρίς καθυστερήσεις Αρχική καθυστέρηση πριν τη μετάδοση μέχρι να εγκατασταθεί το νοητό κύκλωμα Όχι εύκολη αναδρομολόγηση Datagrams Δεν επιλέγεται από πριν κάποια διαδρομή και κάθε πακέτο ακολουθεί ανεξάρτητη διαδρομή Πίνακας δρομολόγησης χωρίς VCs.. Τα πακέτα φτάνουν πιθανός εκτός σειράς Ο κόμβος κάθε φορά επιλέγει την καλύτερη διαδρομή Καθυστερήσεις στη μετάδοση Χωρίς αρχική καθυστέρηση Εύκολη αναδρομολόγηση από εναλλακτικές διαδρομές
Ερωτήσεις Θεωρίας 16. Να δημιουργήσετε τον πίνακα νοητών κυκλωμάτων του κόμβου Ζ αν το νοητό κύκλωμα που έρχεται από τον κόμβο Α έχει τιμή 4, το νοητό κύκλωμα που έρχεται από τον κόμβο D έχει τιμή 5 το νοητό κύκλωμα που έρχεται από τον κόμβο C έχει τιμή 5
Ερωτήσεις Θεωρίας Ποιος από τους παρακάτω συνδυασμός δεν μπορεί να υπάρξει: α. νοητά κυκλώματα με υπηρεσίες με σύνδεση β. αυτοδύναμα πακέτα με υπηρεσίες με σύνδεση γ. νοητά κυκλώματα με υπηρεσίες χωρίς σύνδεση δ. νοητά κυκλώματα με αυτοδύναμα πακέτα Ποια από τις παρακάτω διαδρομές για τη δρομολόγηση των πακέτων δεν θεωρείται ποτέ η καλύτερη λύση για έναν κόμβο: α. η συντομότερη β. αυτή που εξασφαλίζει ομοιόμορφη φόρτιση γ. αυτή που περιλαμβάνει τους πιο υπερφορτωμένους κόμβους Ποιο από τα παρακάτω δεν αποτελεί στοιχείο που αποθηκεύεται στον πίνακα νοητών κυκλωμάτων ενός κόμβου: α. ο αριθμός εισερχόμενου νοητού κυκλώματος β. ο αριθμός εξερχόμενου νοητού κυκλώματος γ. η γραμμή εισόδου δ. ο πιο κοντινός γειτονικός κόμβος
Ερωτήσεις Θεωρίας Τι κοινό έχουν τα αυτοδύναμα πακέτα με τα νοητά κυκλώματα: α. είναι και τα δύο τρόποι οργάνωσης του επικοινωνιακού υποδικτύου στο επίπεδο δικτύου β. αποφασίζεται από πριν η διαδρομή που θα ακολουθήσουν τα πακέτα γ. τα πακέτα ακολουθούν πάντα την ίδια διαδρομή σε μία σύνδεση Σε ποιο επίπεδο προσφέρει υπηρεσίες το επίπεδο δικτύου: α. σε κανένα β. στο επίπεδο μεταφοράς γ. στο επίπεδο εφαρμογής δ. στο επίπεδο σύνδεσης δεδομένων Σε ποιο επίπεδο προσφέρει υπηρεσίες το επίπεδο δικτύου: α. σε κανένα β. στο επίπεδο μεταφοράς γ. στο επίπεδο εφαρμογής δ. στο επίπεδο σύνδεσης δεδομένων