Περιεχόμενα Πρόλογος...27 ΜΕΡΟΣ Ι: Χρήση και κατασκευή εφαρμογών Internet Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή 41 1.1 Ανάπτυξη της δικτύωσης των υπολογιστών...41 1.2 Πολυπλοκότητα των δικτυακών συστημάτων...42 1.3 Αντιμετώπιση της πολυπλοκότητας...43 1.4 Έννοιες και ορολογία...43 1.5 Η αξία της πρακτικής εμπειρίας...43 1.6 Διάρθρωση του βιβλίου...44 1.7 Περίληψη...44 Κεφάλαιο 2: Κίνητρα και εργαλεία 47 2.1 Εισαγωγή...47 2.2 Μερισμός πόρων...47 2.3 Ρυθμός ανάπτυξης του Internet...49 2.4 Βολιδοσκόπηση του Internet...49 2.5 Ερμηνεία απόκρισης του ping...53 2.6 Παρακολούθηση δρομολογίου...55 2.7 Περίληψη...56 Κεφάλαιο 3: Δικτυακός προγραμματισμός και εφαρμογές 59 3.1 Εισαγωγή...59 3.2 Δικτυακή επικοινωνία...60 3.3 Το υπόδειγμα πελάτη-διακομιστή...60 3.4 Το υπόδειγμα επικοινωνίας...61 3.5 Παράδειγμα διασύνδεσης προγραμματισμού εφαρμογών (API)...61 3.6 Μια διαισθητική ματιά στη διασύνδεση προγραμματισμού εφαρμογών...62
8 Περιεχόμενα 3.7 Ορισμός της διασύνδεσης προγραμματισμού εφαρμογών...63 3.8 Κώδικας για μια εφαρμογή αντήχησης (echo)...67 3.9 Κώδικας για μια εφαρμογή συνομιλίας (chat)...72 3.10 Κώδικας για μια εφαρμογή για τον Ιστό...76 3.11 Διαχείριση πολλών συνδέσεων με χρήση της συνάρτησης select...83 3.12 Περίληψη...84 ΜΕΡΟΣ ΙΙ: Μετάδοση δεδομένων Κεφάλαιο 4: Μέσα μετάδοσης 89 4.1 Εισαγωγή...89 4.2 Σύρματα χαλκού...89 4.3 Οπτικές ίνες...91 4.4 Ραδιοκύματα...92 4.5 Δορυφόροι...93 4.6 Γεωσύγχρονοι δορυφόροι...94 4.7 Δορυφόροι χαμηλής τροχιάς...94 4.8 Συστοιχίες δορυφόρων χαμηλής τροχιάς...95 4.9 Μικροκύματα...95 4.10 Υπέρυθρες ακτίνες...96 4.11 Φως από λέιζερ...96 4.12 Περίληψη...97 Κεφάλαιο 5: Τοπική ασύγχρονη επικοινωνία (RS-232) 99 5.1 Εισαγωγή...99 5.2 Γιατί χρειάζεται η ασύγχρονη επικοινωνία...100 5.3 Χρήση ηλεκτρικού ρεύματος για την αποστολή bit...100 5.4 Πρότυπα επικοινωνίας...101 5.5 Ταχύτητα baud, πλαισίωση, και σφάλματα...103 5.6 Ημιαμφίδρομη και πλήρως αμφίδρομη ασύγχρονη επικοινωνία...104 5.7 Περιορισμοί του πραγματικού υλικού...106 5.8 Εύρος ζώνης του υλικού και μετάδοση των bit...107 5.9 Επίδραση του θορύβου στην επικοινωνία...108 5.10 Συνέπειες για τη δικτύωση δεδομένων...108 5.11 Περίληψη...109
Περιεχόμενα 9 Κεφάλαιο 6: Επικοινωνία μεγάλων αποστάσεων (φέροντα κύματα, διαμόρφωση, και μόντεμ) 113 6.1 Εισαγωγή...113 6.2 Αποστολή σημάτων σε μεγάλες αποστάσεις...113 6.3 Υλικό μόντεμ για διαμόρφωση και αποδιαμόρφωση...117 6.4 Μισθωμένα αναλογικά κυκλώματα δεδομένων...118 6.5 Οπτικά, ραδιοκυματικά, και τηλεφωνικά μόντεμ...118 6.6 Συχνότητες φερόντων κυμάτων και πολύπλεξη...121 6.7 Τεχνολογίες βασικής ζώνης και ευρείας ζώνης...122 6.8 Πολύπλεξη με διαίρεση μήκους κύματος...123 6.9 Διευρυμένο φάσμα...123 6.10 Πολύπλεξη χρονικής διαίρεσης...124 6.11 Περίληψη...125 ΜΕΡΟΣ ΙΙΙ: Μετάδοση πακέτων Κεφάλαιο 7: Πακέτα, πλαίσια, και ανίχνευση σφαλμάτων 129 7.1 Εισαγωγή...129 7.2 Η έννοια των πακέτων...130 7.3 Πακέτα και πολύπλεξη χρονικής διαίρεσης...132 7.4 Πακέτα και πλαίσια υλικού...132 7.5 Συμπλήρωση με byte...134 7.6 Σφάλματα μετάδοσης...136 7.7 Bit ισοτιμίας και έλεγχος ισοτιμίας...137 7.8 Πιθανότητες, μαθηματικά, και ανίχνευση σφαλμάτων...138 7.9 Ανίχνευση σφαλμάτων με αθροίσματα ελέγχου...139 7.10 Ανίχνευση σφαλμάτων με ελέγχους κυκλικού πλεονασμού...140 7.11 Συνδυασμός δομικών μονάδων...142 7.12 Σφάλματα ριπής...143 7.13 Μορφή πλαισίων και μηχανισμοί ανίχνευσης σφαλμάτων...144 7.14 Περίληψη...145 Κεφάλαιο 8: Τεχνολογίες και τοπολογία τοπικών δικτύων (LAN) 149 8.1 Εισαγωγή...149 8.2 Άμεση επικοινωνία σημείου προς σημείο...150 8.3 Μεριζόμενα κανάλια επικοινωνίας...152 8.4 Σπουδαιότητα των τοπικών δικτύων και τοπικότητα των αναφορών...152
10 Περιεχόμενα 8.5 Τοπολογίες τοπικών δικτύων...153 8.6 Παράδειγμα δικτύου διαύλου: Ethernet...156 8.7 Ανίχνευση φέροντος σήματος σε δίκτυα πολλαπλής πρόσβασης (CSMA)...159 8.8 Εντοπισμός συγκρούσεων και υποχώρηση με CSMA/CD...159 8.9 Ασύρματα LAN 802.11b και CSMA/CA...161 8.10 Δεύτερο παράδειγμα δικτύου διαύλου: LocalTalk...163 8.11 Τοπολογία δακτυλίου και μεταβίβαση σκυτάλης...163 8.12 Αυτοθεραπευόμενα δίκτυα μεταβίβασης σκυτάλης...165 8.13 Παράδειγμα δικτύου αστέρα: ATM...167 8.14 Περίληψη...168 Κεφάλαιο 9: Διευθυνσιοδότηση υλικού και αναγνώριση τύπου πλαισίων 173 9.1 Εισαγωγή...173 9.2 Καθορισμός παραλήπτη...174 9.3 Πώς το υλικό των LAN χρησιμοποιεί τις διευθύνσεις για τη διαλογή των πακέτων...175 9.4 Μορφή της φυσικής διεύθυνσης...177 9.5 Εκπομπή...178 9.6 Πολυεκπομπή...180 9.7 Διευθυνσιοδότηση πολυεκπομπής...180 9.8 Αναγνώριση περιεχομένων πακέτου...181 9.9 Κεφαλίδες και μορφή πλαισίων...182 9.10 Παράδειγμα μορφής πλαισίου...183 9.11 Χρήση δικτύων που δεν έχουν αυτοπροσδιοριζόμενα πλαίσια...185 9.12 Αναλυτές δικτύων, φυσικές διευθύνσεις, τύποι πλαισίων...187 9.13 Περίληψη...189 Κεφάλαιο 10: Καλωδίωση, φυσική τοπολογία, και υλικό διασύνδεσης των LAN 193 10.1 Εισαγωγή...193 10.2 Ταχύτητες των LAN και των υπολογιστών...193 10.3 Υλικό διασύνδεσης δικτύου...194 10.4 Η σύνδεση μεταξύ μιας κάρτας διασύνδεσης δικτύου και ενός δικτύου...197 10.5 Καλωδίωση στο αρχικό παχύ Ethernet...197 10.6 Πολύπλεξη συνδέσεων...199 10.7 Καλωδίωση στο λεπτό Ethernet...200 10.8 Ethernet συστρόφου ζεύγους...202 10.9 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των τρόπων καλωδίωσης...203
Περιεχόμενα 11 10.10 Το παράδοξο της τοπολογίας...204 10.11 Κάρτες διασύνδεσης δικτύου και τρόποι καλωδίωσης...206 10.12 Κάρτες διασύνδεσης δικτύου 10/100 και αυτοδιαπραγμάτευση...207 10.13 Κατηγορίες καλωδίων...208 10.14 Τρόποι καλωδίωσης και άλλες τεχνολογίες δικτύων...209 10.15 Περίληψη...210 Κεφάλαιο 11: Επέκταση των LAN: Μόντεμ οπτικών ινών, επαναλήπτες, γέφυρες, και μεταγωγείς 213 11.1 Εισαγωγή...213 11.2 Περιορισμός απόστασης και σχεδίαση των LAN...213 11.3 Επεκτάσεις με οπτικές ίνες...214 11.4 Επαναλήπτες...216 11.5 Γέφυρες...218 11.6 Διαλογή πλαισίων...219 11.7 Συμπεριφορά εκκίνησης και σταθεροποιημένης κατάστασης σε γεφυρωμένα δίκτυα...221 11.8 Σχεδιασμός γεφυρωμένου δικτύου...221 11.9 Γεφύρωση μεταξύ κτηρίων...222 11.10 Γεφύρωση σε μεγαλύτερες αποστάσεις...224 11.11 Κύκλος γεφυρών...225 11.12 Κατανεμημένο δένδρο επικάλυψης...227 11.13 Μεταγωγή...227 11.14 Συνδυασμός μεταγωγέων και ομφαλών...229 11.15 Γεφύρωση και μεταγωγή στις άλλες τεχνολογίες...229 11.16 Περίληψη...230 Κεφάλαιο 12: Ψηφιακές τεχνολογίες τοπικού βρόχου και μεγάλων αποστάσεων 233 12.1 Εισαγωγή...233 12.2 Ψηφιακή τηλεφωνία...234 12.3 Σύγχρονη επικοινωνία...235 12.4 Ψηφιακά κυκλώματα, NIU και DSU/CSU...236 12.5 Τηλεφωνικά πρότυπα...238 12.6 Ορολογία και ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων των προτύπων DS...239 12.7 Κυκλώματα μικρότερης χωρητικότητας...240
12 Περιεχόμενα 12.8 Ψηφιακά κυκλώματα ενδιάμεσης χωρητικότητας...241 12.9 Κυκλώματα ανώτατης χωρητικότητας...242 12.10 Πρότυπα οπτικού φορέα...242 12.11 Η κατάληξη C...243 12.12 Σύγχρονο οπτικό δίκτυο (SONET)...243 12.13 Ο τοπικός συνδρομητικός βρόχος...245 12.14 ISDN...245 12.15 Τεχνολογία ασύμμετρου DSL...246 12.16 Άλλες τεχνολογίες DSL...249 12.17 Τεχνολογία καλωδιακών μόντεμ...251 12.18 Ανοδική επικοινωνία...253 12.19 Υβριδική τεχνολογία ίνας και ομοαξονικού καλωδίου...254 12.20 Ίνα μέχρι το πεζοδρόμιο...255 12.21 Μόντεμ αρχικού και τελικού άκρου...255 12.22 Ασύρματες εναλλακτικές λύσεις για ειδικές περιπτώσεις...256 12.23 Δορυφορικά συστήματα εκπομπής...257 12.24 Περίληψη...258 Κεφάλαιο 13: Τεχνολογίες WAN και δρομολόγηση 263 13.1 Εισαγωγή...263 13.2 Μεγάλα δίκτυα και ευρείες περιοχές...263 13.3 Μεταγωγείς πακέτων...264 13.4 Πώς δημιουργείται ένα δίκτυο ευρείας περιοχής...265 13.5 Αποθήκευση και προώθηση...266 13.6 Φυσική διευθυνσιοδότηση σε δίκτυο WAN...267 13.7 Προώθηση στο επόμενο άλμα...268 13.8 Ανεξαρτησία από την αφετηρία...269 13.9 Σχέση ιεραρχικών διευθύνσεων και δρομολόγησης...270 13.10 Δρομολόγηση σε δίκτυο WAN...271 13.11 Χρήση προεπιλεγμένων δρομολογίων...273 13.12 Υπολογισμός πίνακα δρομολόγησης...274 13.13 Υπολογισμός της συντομότερης διαδρομής σε ένα γράφο...275 13.14 Κατανεμημένος υπολογισμός δρομολογίων...277 13.15 Δρομολόγηση με διανύσματα απόστασης...278 13.16 Δρομολόγηση με κατάσταση συνδέσμων (SPF)...278 13.17 Παραδείγματα τεχνολογιών WAN...281 13.18 Περίληψη...283
Περιεχόμενα 13 Κεφάλαιο 14: Συνδεσμική δικτύωση και ATM 287 14.1 Εισαγωγή...287 14.2 Ένα μοναδικό παγκόσμιο δίκτυο...287 14.3 ISDN και ATM...288 14.4 Σχεδίαση του ATM και κελιά...288 14.5 Συνδεσμική υπηρεσία...291 14.6 VPI/VCI...291 14.7 Ετικέτες και μεταγωγή ετικετών...292 14.8 Παράδειγμα διαδρομής μέσω ενός δικτύου ATM...293 14.9 Μόνιμα εικονικά κυκλώματα...294 14.10 Εικονικά κυκλώματα μεταγωγής...295 14.11 Ποιότητα υπηρεσιών...296 14.12 Γιατί χρησιμοποιούνται κελιά και μεταγωγή ετικετών...297 14.13 Μετάδοση δεδομένων στο ATM και το AAL5...298 14.14 Κριτική του ATM...299 14.15 Μεταγωγή ετικετών πολυπρωτοκόλλου (MPLS)...301 14.16 Περίληψη...301 Κεφάλαιο 15: Χαρακτηριστικά δικτύου: Ιδιοκτησία, υπόδειγμα υπηρεσίας, και απόδοση 305 15.1 Εισαγωγή...305 15.2 Ιδιοκτησία δικτύου...306 15.3 Ιδιωτικότητα και δημόσια δίκτυα...307 15.4 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα...307 15.5 Εικονικά ιδιωτικά δίκτυα...308 15.6 Εξασφάλιση απόλυτης ιδιωτικότητας...309 15.7 Το υπόδειγμα υπηρεσίας...310 15.8 Συνδεσμικό υπόδειγμα υπηρεσίας...310 15.9 Ασυνδεσμικό υπόδειγμα υπηρεσίας...312 15.10 Εσωτερικό και εξωτερικό υπόδειγμα υπηρεσίας...312 15.11 Σύγκριση υποδειγμάτων υπηρεσιών...313 15.12 Παραδείγματα υποδειγμάτων υπηρεσιών...313 15.13 Διευθύνσεις και αναγνωριστικά συνδέσεων...314 15.14 Χαρακτηριστικά απόδοσης δικτύου...315 15.15 Παραμόρφωση χρονισμού...319 15.16 Περίληψη...320
14 Περιεχόμενα Κεφάλαιο 16: Πρωτόκολλα και διαστρωμάτωση 325 16.1 Εισαγωγή...325 16.2 Γιατί χρειάζονται τα πρωτόκολλα...325 16.3 Οικογένειες πρωτοκόλλων...326 16.4 Σχέδιο για τη δημιουργία πρωτοκόλλων...327 16.5 Τα επτά επίπεδα...328 16.6 Στοίβες: Πολυεπίπεδο λογισμικό...329 16.7 Πώς λειτουργεί το πολυεπίπεδο λογισμικό...331 16.8 Πολλαπλές ένθετες κεφαλίδες...331 16.9 Η επιστημονική βάση της διαστρωμάτωσης...332 16.10 Τεχνικές που χρησιμοποιούν τα πρωτόκολλα...333 16.11 Η τέχνη της σχεδίασης πρωτοκόλλων...341 16.12 Περίληψη...342 ΜΕΡΟΣ ΙV: Διαδικτύωση Κεφάλαιο 17: Διαδικτύωση: Έννοιες, αρχιτεκτονική, και πρωτόκολλα 347 17.1 Εισαγωγή...347 17.2 Τα κίνητρα της διαδικτύωσης...347 17.3 Η έννοια της οικουμενικής εξυπηρέτησης...348 17.4 Οικουμενική εξυπηρέτηση σε έναν ετερογενή κόσμο...349 17.5 Διαδικτύωση...349 17.6 Φυσική σύνδεση δικτύων με δρομολογητές...350 17.7 Αρχιτεκτονική διαδικτύου...350 17.8 Επίτευξη της οικουμενικής εξυπηρέτησης...351 17.9 Ένα εικονικό δίκτυο...352 17.10 Πρωτόκολλα διαδικτύωσης...352 17.11 Σπουδαιότητα της διαδικτύωσης και του TCP/IP...354 17.12 Διαστρωμάτωση και πρωτόκολλα TCP/IP...354 17.13 Υπολογιστές υπηρεσίας, δρομολογητές, και επίπεδα πρωτοκόλλων...356 17.14 Περίληψη...356 Κεφάλαιο 18: IP: Διευθύνσεις του πρωτοκόλλου διαδικτύου 359 18.1 Εισαγωγή...359 18.2 Διευθύνσεις στο εικονικό διαδίκτυο...359 18.3 Η μέθοδος διευθυνσιοδότησης του IP...361
Περιεχόμενα 15 18.4 Η ιεραρχία των διευθύνσεων IP...361 18.5 Οι αρχικές κλάσεις διευθύνσεων IP...362 18.6 Υπολογισμός της κλάσης μιας διεύθυνσης...364 18.7 Συμβολισμός δεκαδικών με τελείες...365 18.8 Κλάσεις και συμβολισμός δεκαδικών με τελείες...366 18.9 Διαίρεση του χώρου διευθύνσεων...366 18.10 Αρμόδια αρχή για τις διευθύνσεις...367 18.11 Παράδειγμα διευθυνσιοδότησης με κλάσεις...367 18.12 Διευθυνσιοδότηση υποδικτύου και διευθυνσιοδότηση χωρίς κλάσεις...368 18.13 Μάσκες διευθύνσεων...369 18.14 Συμβολισμός CIDR...371 18.15 Παράδειγμα ενότητας διευθύνσεων CIDR...371 18.16 Διευθύνσεις υπολογιστών υπηρεσίας CIDR...372 18.17 Ειδικές διευθύνσεις IP...373 18.18 Σύνοψη των ειδικών διευθύνσεων IP...375 18.19 Μορφή διευθύνσεων εκπομπής του Berkeley...376 18.20 Δρομολογητές και η αρχή της διευθυνσιοδότησης του IP...376 18.21 Πολυεστιακοί υπολογιστές υπηρεσίας...377 18.22 Περίληψη...378 Κεφάλαιο 19: Αντιστοίχιση διευθύνσεων πρωτοκόλλου (ARP) 381 19.1 Εισαγωγή...381 19.2 Διευθύνσεις πρωτοκόλλου και επίδοση πακέτων...382 19.3 Αναγωγή διευθύνσεων...382 19.4 Τεχνικές αναγωγής διευθύνσεων...384 19.5 Αναγωγή διευθύνσεων με αναζήτηση σε πίνακα...384 19.6 Αναγωγή διευθύνσεων με υπολογισμό κλειστής μορφής...386 19.7 Αναγωγή διευθύνσεων με ανταλλαγή μηνυμάτων...387 19.8 Πρωτόκολλο αναγωγής διευθύνσεων...388 19.9 Επίδοση μηνυμάτων ARP...389 19.10 Μορφή μηνυμάτων ARP...390 19.11 Αποστολή μηνύματος ARP...392 19.12 Αναγνώριση πλαισίων ARP...392 19.13 Αποθήκευση αποκρίσεων ARP σε κρυφή μνήμη...393 19.14 Επεξεργασία εισερχόμενου μηνύματος ARP...394 19.15 Διαστρωμάτωση, αναγωγή διευθύνσεων, διευθύνσεις πρωτοκόλλου...395 19.16 Περίληψη...396
16 Περιεχόμενα Κεφάλαιο 20: Αυτοδύναμα πακέτα IP και η προώθησή τους 399 20.1 Εισαγωγή...399 20.2 Ασυνδεσμική υπηρεσία...399 20.3 Εικονικά πακέτα...400 20.4 Αυτοδύναμο πακέτο IP...401 20.5 Προώθηση αυτοδύναμου πακέτου IP...402 20.6 Διευθύνσεις IP και καταχωρίσεις πίνακα δρομολόγησης...403 20.7 Πεδίο μάσκας και προώθηση αυτοδύναμου πακέτου...405 20.8 Διευθύνσεις προορισμού και επόμενου άλματος...405 20.9 Επίδοση με τη βέλτιστη προσπάθεια...406 20.10 Μορφή κεφαλίδας αυτοδύναμου πακέτου IP...407 20.11 Περίληψη...408 Κεφάλαιο 21: Ενθυλάκωση, κατάτμηση, και ανασυναρμολόγηση στο IP 411 21.1 Εισαγωγή...411 21.2 Μετάδοση αυτοδύναμου πακέτου και πλαίσια...411 21.3 Ενθυλάκωση...412 21.4 Μετάδοση μέσω διαδικτύου...413 21.5 MTU, μέγεθος αυτοδύναμου πακέτου, και ενθυλάκωση...414 21.6 Ανασυναρμολόγηση...416 21.7 Αναγνώριση αυτοδύναμου πακέτου...417 21.8 Απώλεια τμημάτων...418 21.9 Κατάτμηση τμήματος...418 21.10 Περίληψη...419 Κεφάλαιο 22: Το μελλοντικό πρωτόκολλο διαδικτύου (IPv6) 423 22.1 Εισαγωγή...423 22.2 Η επιτυχία του IP...423 22.3 Τα κίνητρα της αλλαγής...424 22.4 Το όνομα και ο αριθμός έκδοσης...425 22.5 Χαρακτηριστικά του IPv6...425 22.6 Μορφή αυτοδύναμου πακέτου του IPv6...427 22.7 Μορφή βασικής κεφαλίδας του IPv6...427 22.8 Πώς χειρίζεται το IPv6 τις πολλές κεφαλίδες...429
Περιεχόμενα 17 22.9 Κατάτμηση, ανασυναρμολόγηση, και MTU διαδρομής...430 22.10 Σκοπός των πολλών κεφαλίδων...431 22.11 Διευθυνσιοδότηση στο IPv6...432 22.12 Συμβολισμός δεκαεξαδικών με άνω-κάτω τελείες στο IPv6...434 22.13 Περίληψη...434 Κεφάλαιο 23: Μηχανισμός αναφοράς σφαλμάτων (ICMP) 437 23.1 Εισαγωγή...437 23.2 Η έννοια της βέλτιστης προσπάθειας και ανίχνευση σφαλμάτων...438 23.3 Πρωτόκολλο μηνυμάτων ελέγχου διαδικτύου...438 23.4 Μεταφορά μηνυμάτων του ICMP...441 23.5 Χρήση μηνυμάτων του ICMP για δοκιμή της προσπελασιμότητας...443 23.6 Χρήση του ICMP για παρακολούθηση δρομολογίου...443 23.7 Η τελευταία διεύθυνση που εμφανίζει το traceroute...444 23.8 Χρήση του ICMP για ανεύρεση MTU διαδρομής...445 23.9 Περίληψη...446 Κεφάλαιο 24: UDP: Υπηρεσία μεταφοράς αυτοδύναμων πακέτων 449 24.1 Εισαγωγή...449 24.2 Γιατί χρειάζονται τα πρωτόκολλα μεταφοράς από άκρο σε άκρο...450 24.3 Πρωτόκολλο αυτοδύναμων πακέτων χρήστη (UDP)...450 24.4 Το ασυνδεσμικό πρότυπο επικοινωνίας...451 24.5 Μηνυματοστρεφής διασύνδεση...452 24.6 Σημασιολογία της επικοινωνίας UDP...452 24.7 Πολυεπίπεδη αλληλεπίδραση...453 24.8 Υποστήριξη για μονοεκπομπή, πολυεκπομπή, και εκπομπή...454 24.9 Προσδιορισμός ακραίων σημείων με χρήση αριθμών θυρών πρωτοκόλλου...454 24.10 Μορφή αυτοδύναμου πακέτου UDP...455 24.11 Το άθροισμα ελέγχου του UDP και η ψευδοκεφαλίδα...455 24.12 Ενθυλάκωση του UDP...456 24.13 Περίληψη...457 Κεφάλαιο 25: TCP: Υπηρεσία αξιόπιστης μεταφοράς 459 25.1 Εισαγωγή...459 25.2 Γιατί χρειάζεται η αξιόπιστη μεταφορά...459 25.3 Πρωτόκολλο ελέγχου μετάδοσης (TCP)...460
18 Περιεχόμενα 25.4 Η υπηρεσία που παρέχει το TCP στις εφαρμογές...460 25.5 Υπηρεσία από άκρο σε άκρο και αυτοδύναμα πακέτα...461 25.6 Επίτευξη της αξιοπιστίας...462 25.7 Απώλεια πακέτων και επαναμετάδοση...463 25.8 Προσαρμόσιμη επαναμετάδοση...465 25.9 Σύγκριση χρόνων επαναμετάδοσης...465 25.10 Χώροι προσωρινής αποθήκευσης, έλεγχος ροής, και παράθυρα...466 25.11 Τριπλή χειραψία...468 25.12 Έλεγχος συμφόρησης...469 25.13 Μορφή τμήματος του TCP...470 25.14 Περίληψη...471 Κεφάλαιο 26: Μετάφραση διευθύνσεων δικτύου 475 26.1 Εισαγωγή...475 26.2 Η απαίτηση για μοναδικές διευθύνσεις...475 26.3 Η τεχνολογία της μετάφρασης διευθύνσεων δικτύου (ΝΑΤ)...476 26.4 Τοπολογία ΝΑΤ...476 26.5 Πιθανές υλοποιήσεις της ΝΑΤ...477 26.6 Βασική μετατροπή διευθύνσεων...478 26.7 Πίνακας μετάφρασης...479 26.8 ΝΑΡΤ και συνένωση TCP...479 26.9 Άλλες παραλλαγές: H διπλή ΝΑΤ και η CAT...481 26.10 Λογισμικό και συστήματα ΝΑΤ για οικιακή χρήση...481 26.11 Περίληψη...482 Κεφάλαιο 27: Δρομολόγηση στο Internet 485 27.1 Εισαγωγή...485 27.2 Στατική και δυναμική δρομολόγηση...485 27.3 Στατική δρομολόγηση σε υπολογιστές υπηρεσίας και προεπιλεγμένο δρομολόγιο...486 27.4 Δυναμική δρομολόγηση και δρομολογητές...487 27.5 Δρομολόγηση στο παγκόσμιο Διαδίκτυο...489 27.6 Η έννοια του αυτόνομου συστήματος...490 27.7 Οι δύο τύποι πρωτοκόλλων δρομολόγησης του Internet...491 27.8 Δρομολόγια και κυκλοφορία δεδομένων...493 27.9 Πρωτόκολλο συνοριακών πυλών (BGP)...494 27.10 Πρωτόκολλο πληροφοριών δρομολόγησης (RIP)...495 27.11 Μορφή πακέτου του RIP...497
Περιεχόμενα 19 27.12 Πρωτόκολλο προτεραιότητας ανοίγματος της συντομότερης διαδρομής (OSPF)...498 27.13 Παράδειγμα γράφου OSPF...500 27.14 Περιφέρειες του OSPF...501 27.15 Δρομολόγηση πολυεκπομπής...501 27.16 Περίληψη...506 ΜΕΡΟΣ V: Δικτυακές εφαρμογές Κεφάλαιο 28: Αλληλεπίδραση πελάτη-διακομιστή 511 28.1 Εισαγωγή...511 28.2 Λειτουργικές δυνατότητες που παρέχει το λογισμικό εφαρμογών...512 28.3 Λειτουργικές δυνατότητες που παρέχει ένα διαδίκτυο...513 28.4 Πραγματοποίηση επαφής...513 28.5 Το υπόδειγμα πελάτη-διακομιστή...514 28.6 Χαρακτηριστικά πελατών και διακομιστών...514 28.7 Προγράμματα-διακομιστές και υπολογιστές κατηγορίας διακομιστή...515 28.8 Αιτήσεις, αποκρίσεις, και κατεύθυνση ροής δεδομένων...515 28.9 Πρωτόκολλα μεταφοράς και αλληλεπίδραση πελάτη-διακομιστή...516 28.10 Πολλές υπηρεσίες σε έναν υπολογιστή...517 28.11 Αναγνώριση μιας συγκεκριμένης υπηρεσίας...518 28.12 Πολλά αντίγραφα διακομιστή για την ίδια υπηρεσία...519 28.13 Δυναμική δημιουργία διακομιστών...519 28.14 Πρωτόκολλα μεταφοράς και μονοσήμαντη επικοινωνία...520 28.15 Συνδεσμική και ασυνδεσμική μεταφορά...521 28.16 Μια υπηρεσία προσπελάσιμη μέσω πολλών πρωτοκόλλων...522 28.17 Σύνθετες αλληλεπιδράσεις πελατών-διακομιστών...522 28.18 Αλληλεπιδράσεις και κυκλικές εξαρτήσεις...523 28.19 Περίληψη...523 Κεφάλαιο 29: Η διασύνδεση υποδοχών 527 29.1 Εισαγωγή...527 29.2 Διασύνδεση προγραμματισμού εφαρμογών (API)...527 29.3 Η API υποδοχών...528 29.4 Υποδοχές και βιβλιοθήκες υποδοχών...529 29.5 Επικοινωνία με υποδοχές και είσοδος/έξοδος στο UNIX...530 29.6 Υποδοχές, περιγραφείς, και είσοδος/έξοδος δικτύου...530 29.7 Παράμετροι και η API υποδοχών...531
20 Περιεχόμενα 29.8 Διαδικασίες που υλοποιούν την API υποδοχών...532 29.9 Ανάγνωση και εγγραφή με υποδοχές...539 29.10 Άλλες διαδικασίες υποδοχών...539 29.11 Υποδοχές, νήματα, και κληρονομικότητα...540 29.12 Περίληψη...541 Κεφάλαιο 30: Παράδειγμα πελάτη και διακομιστή 545 30.1 Εισαγωγή...545 30.2 Συνδεσμική επικοινωνία...545 30.3 Ένα παράδειγμα υπηρεσίας...546 30.4 Ορίσματα γραμμής διαταγών στα προγράμματα του παραδείγματος...546 30.5 Ακολουθία κλήσεων διαδικασιών υποδοχών...547 30.6 Κώδικας του παραδείγματος πελάτη...548 30.7 Κώδικας του παραδείγματος διακομιστή...551 30.8 Υπηρεσία ρεύματος και πολλαπλές κλήσεις της recv...553 30.9 Διαδικασίες υποδοχών και εμπλοκή...554 30.10 Μέγεθος του κώδικα και αναφορά σφαλμάτων...555 30.11 Χρήση του πελάτη του παραδείγματος με άλλη υπηρεσία...555 30.12 Χρήση άλλου πελάτη για δοκιμή του διακομιστή...556 30.13 Περίληψη...556 Κεφάλαιο 31: Ονοματοδοσία με το σύστημα ονομάτων περιοχών (DNS) 559 31.1 Εισαγωγή...559 31.2 Δομή των ονομάτων υπολογιστών...560 31.3 Γεωγραφική δομή...562 31.4 Ονόματα περιοχών μέσα σε έναν οργανισμό...563 31.5 Ονόματα περιοχών που αρχίζουν με www...565 31.6 Το μοντέλο πελάτη-διακομιστή DNS...565 31.7 Η ιεραρχία διακομιστών DNS...566 31.8 Αρχιτεκτονικές διακομιστών...568 31.9 Τοπικότητα αναφορών και χρήση πολλών διακομιστών...568 31.10 Σύνδεσμοι μεταξύ διακομιστών...569 31.11 Αναγωγή ονόματος...569 31.12 Βελτιστοποίηση της απόδοσης του DNS...571 31.13 Τύποι καταχωρίσεων του DNS...572
Περιεχόμενα 21 31.14 Ψευδώνυμα με χρήση του τύπου CNAME...573 31.15 Μια σημαντική συνέπεια των πολλών τύπων...573 31.16 Συντμήσεις και το DNS...574 31.17 Περίληψη...575 Κεφάλαιο 32: Ηλεκτρονικό ταχυδρομείο: Αναπαράσταση και μεταφορά 579 32.1 Εισαγωγή...579 32.2 Υπόδειγμα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου...579 32.3 Ηλεκτρονικά γραμματοκιβώτια και διευθύνσεις...580 32.4 Μορφή μηνυμάτων ηλεκτρονικού ταχυδρομείου...581 32.5 Κοινοποιήσεις...583 32.6 MIME...584 32.7 E-mail και προγράμματα-εφαρμογές...586 32.8 Μεταφορά μηνυμάτων ταχυδρομείου...586 32.9 SMTP...587 32.10 Βελτιστοποίηση για πολλούς αποδέκτες σε έναν υπολογιστή...589 32.11 Αναδιανεμητές, λίστες, και προωθητές μηνυμάτων ταχυδρομείου...589 32.12 Πύλες ταχυδρομείου...590 32.13 Αυτοματοποιημένες ταχυδρομικές λίστες...592 32.14 Αναμεταδότες μηνυμάτων ταχυδρομείου και διευθύνσεις e-mail...592 32.15 Πρόσβαση σε γραμματοκιβώτια...593 32.16 Τηλεφωνικές συνδέσεις και POP...595 32.17 Περίληψη...596 Κεφάλαιο 33: Τηλεφωνία ΙΡ (VoIP) 599 33.1 Εισαγωγή...599 33.2 Το κίνητρο και η πρόκληση της τηλεφωνίας IP...599 33.3 Κωδικοποίηση, μετάδοση, και αναπαραγωγή...600 33.4 Συστήματα σηματοδοσίας και πρωτόκολλα...601 33.5 Ένα απλό σύστημα τηλεφωνίας IP...602 33.6 Διαλειτουργικότητα με άλλα τηλεφωνικά συστήματα...603 33.7 Εναλλακτική ορολογία και έννοιες...603 33.8 Προτεινόμενα πρωτόκολλα και διαστρωμάτωση...606 33.9 Χαρακτηριστικά του Η.323...606 33.10 Διαστρωμάτωση στο Η.323...607 33.11 Χαρακτηριστικά του SIP και αναγνώριση χρήστη...608 33.12 Μέθοδοι του SIP...608
22 Περιεχόμενα 33.13 Ένα παράδειγμα συνόδου SIP...609 33.14 Αντιστοίχιση τηλεφωνικών αριθμών και δρομολόγηση...610 33.15 Τηλέφωνα IP και ηλεκτρικό ρεύμα...611 33.16 Περίληψη...611 Κεφάλαιο 34: Μεταφορά και απομακρυσμένη πρόσβαση αρχείων 615 34.1 Εισαγωγή...615 34.2 Γενικευμένη μεταφορά αρχείων...615 34.3 Το πρωτόκολλο μεταφοράς αρχείων (FTP)...616 34.4 Γενικό μοντέλο και διασύνδεση χρήστη του FTP...617 34.5 Διαταγές του FTP...617 34.6 Συνδέσεις, εξουσιοδότηση, και άδειες αρχείων...619 34.7 Ανώνυμη πρόσβαση σε αρχεία...619 34.8 Μεταφορά αρχείων και προς τις δύο κατευθύνσεις...620 34.9 Ανάπτυξη χαρακτήρων μπαλαντέρ σε ονόματα αρχείων...621 34.10 Μετάφραση ονομάτων αρχείων...621 34.11 Αλλαγή καταλόγου και εμφάνιση λίστας περιεχομένων...622 34.12 Τύποι αρχείων και τρόποι μεταφοράς...622 34.13 Παράδειγμα συνόδου του FTP...623 34.14 Περιφραστική έξοδος...625 34.15 Αλληλεπίδραση πελάτη-διακομιστή στο FTP...626 34.16 Συνδέσεις ελέγχου και δεδομένων...626 34.17 Συνδέσεις δεδομένων και τέλος αρχείου...627 34.18 Το πρωτόκολλο TFTP...628 34.19 Δικτυακό σύστημα αρχείων (NFS)...629 34.20 Περίληψη...630 Κεφάλαιο 35: Σελίδες του Παγκόσμιου Ιστού και περιήγηση 635 35.1 Εισαγωγή...635 35.2 Διασύνδεση φυλλομετρητή...635 35.3 Υπερκείμενο και υπερμέσα...636 35.4 Αναπαράσταση εγγράφων...636 35.5 Μορφή και αναπαράσταση εγγράφων HTML...637 35.6 Παράδειγμα ετικετών μορφοποίησης HTML...638 35.7 Επικεφαλίδες...639 35.8 Λίστες...639 35.9 Ενσωμάτωση εικόνων σε μια ιστοσελίδα...640 35.10 Προσδιορισμός σελίδας...641
Περιεχόμενα 23 35.11 Σύνδεσμοι υπερκειμένου από ένα έγγραφο σε ένα άλλο...642 35.12 Αλληλεπίδραση πελάτη-διακομιστή...643 35.13 Μεταφορά εγγράφων του Ιστού και HTTP...644 35.14 Αρχιτεκτονική φυλλομετρητή...645 35.15 Προαιρετικοί πελάτες...646 35.16 Χρήση κρυφής μνήμης στους φυλλομετρητές του Ιστού...648 35.17 Υποστήριξη του HTTP για τη χρήση κρυφής μνήμης...649 35.18 Εναλλακτικά πρωτόκολλα μεταφοράς...650 35.19 Άλλες γλώσσες σήμανσης...650 35.20 Περίληψη...651 Κεφάλαιο 36: Τεχνολογίες δυναμικών εγγράφων του Ιστού (CGl, ASP, JSP, PHP, ColdFusion) 655 36.1 Εισαγωγή...655 36.2 Τρεις βασικοί τύποι εγγράφων του Ιστού...655 36.3 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του κάθε τύπου εγγράφων...656 36.4 Υλοποίηση δυναμικών εγγράφων...658 36.5 Το πρότυπο CGI...658 36.6 Έξοδος προγράμματος CGI...659 36.7 Παράδειγμα προγράμματος CGI...660 36.8 Παράμετροι και μεταβλητές περιβάλλοντος...661 36.9 Πληροφορίες κατάστασης και μπισκότα...663 36.10 Σενάριο CGI με μακροπρόθεσμες πληροφορίες κατάστασης...664 36.11 Σενάριο CGI με βραχυπρόθεσμες πληροφορίες κατάστασης...665 36.12 Φόρμες και αλληλεπίδραση...668 36.13 Τεχνολογίες σεναρίων διακομιστή...669 36.14 Περίληψη...670 Κεφάλαιο 37: Τεχνολογία ενεργών εγγράφων του Ιστού (Java, JavaScript) 673 37.1 Εισαγωγή...673 37.2 Συνεχής ενημέρωση με ώθηση διακομιστή και έλξη πελάτη...673 37.3 Ενεργά έγγραφα και επιβάρυνση διακομιστή...674 37.4 Αναπαράσταση και μετάφραση ενεργών εγγράφων...674 37.5 Τεχνολογία Java...676 37.6 Η γλώσσα προγραμματισμού Java...676
24 Περιεχόμενα 37.7 Το περιβάλλον χρόνου εκτέλεσης της Java...678 37.8 Η βιβλιοθήκη της Java...680 37.9 Μια εργαλειοθήκη γραφικών...681 37.10 Χρήση γραφικών Java σε ένα συγκεκριμένο υπολογιστή...682 37.11 Διερμηνευτές Java και φυλλομετρητές...683 37.12 Μεταγλώττιση ενός προγράμματος Java...684 37.13 Παράδειγμα μικροεφαρμογής...684 37.14 Κλήση μικροεφαρμογής...687 37.15 Παράδειγμα αλληλεπίδρασης με φυλλομετρητή...687 37.16 Σφάλματα και χειρισμός εξαιρέσεων...689 37.17 Τεχνολογία JavaScript...690 37.18 Εναλλακτικές λύσεις...692 37.19 Περίληψη...692 Κεφάλαιο 38: Κλήση απομακρυσμένων διαδικασιών (RPC) και ενδιάμεσο λογισμικό 697 38.1 Εισαγωγή...697 38.2 Προγραμματισμός πελατών και διακομιστών...697 38.3 Υπόδειγμα κλήσης απομακρυσμένων διαδικασιών...698 38.4 Υπόδειγμα RPC...700 38.5 Στελέχη επικοινωνίας...701 38.6 Εξωτερική αναπαράσταση δεδομένων...703 38.7 Ενδιάμεσο λογισμικό και αντικειμενοστρεφές ενδιάμεσο λογισμικό...704 38.8 Περίληψη...708 Κεφάλαιο 39: Διαχείριση δικτύου (SNMP) 711 39.1 Εισαγωγή...711 39.2 Διαχείριση διαδικτύου...711 39.3 Ο κίνδυνος των κρυφών αστοχιών...712 39.4 Λογισμικό διαχείρισης δικτύου...712 39.5 Πελάτες, διακομιστές, διαχειριστές, και πράκτορες...712 39.6 Πρωτόκολλο διαχείρισης δικτύου SNMP...713 39.7 Υπόδειγμα προσκόμισης-αποθήκευσης...714 39.8 Βάση πληροφοριών διαχείρισης και ονόματα αντικειμένων...715 39.9 Ποικιλία των μεταβλητών MIB...716 39.10 Μεταβλητές MIB που αντιστοιχούν σε πίνακες τιμών...716 39.11 Περίληψη...717
Περιεχόμενα 25 Κεφάλαιο 40: Ασφάλεια δικτύου 721 40.1 Εισαγωγή...721 40.2 Ασφαλή δίκτυα και πολιτικές...721 40.3 Απόψεις της ασφάλειας...722 40.4 Ευθύνη και έλεγχος...723 40.5 Μηχανισμοί ακεραιότητας...723 40.6 Έλεγχος πρόσβασης και κωδικοί πρόσβασης...724 40.7 Κρυπτογράφηση και εμπιστευτικότητα...725 40.8 Κρυπτογράφηση δημόσιου κλειδιού...725 40.9 Πιστοποίηση ταυτότητας με ψηφιακές υπογραφές...726 40.10 Η έννοια του τείχους προστασίας του Internet...727 40.11 Διαλογή πακέτων...729 40.12 Χρήση φίλτρων πακέτων για τη δημιουργία τείχους προστασίας...730 40.13 Εικονικά ιδιωτικά δίκτυα...731 40.14 Χρήση σήραγγας...733 40.15 Τεχνολογίες ασφάλειας...735 40.16 Περίληψη...736 Κεφάλαιο 41: Αρχικές ρυθμίσεις (διευθέτηση) 739 41.1 Εισαγωγή...739 41.2 Λογισμικό πρωτοκόλλων διαδικασίας εκκίνησης...740 41.3 Παράμετροι πρωτοκόλλων...740 41.4 Διευθέτηση πρωτοκόλλων...740 41.5 Παραδείγματα στοιχείων που χρειάζονται διευθέτηση...741 41.6 Διευθέτηση από σταθερή αποθήκευση...742 41.7 Γιατί χρειάζεται αυτοματοποίηση της διευθέτησης των πρωτοκόλλων...742 41.8 Μέθοδοι αυτόματης διευθέτησης πρωτοκόλλων...743 41.9 Η διεύθυνση που χρησιμοποιείται για την εύρεση μιας διεύθυνσης...744 41.10 Ακολουθία πρωτοκόλλων που χρησιμοποιούνται κατά την εκκίνηση...745 41.11 Πρωτόκολλο διαδικασίας εκκίνησης (BOOTP)...745 41.12 Πρωτόκολλο δυναμικής διευθέτησης υπολογιστών υπηρεσίας (DHCP)...748 41.13 Βελτιστοποιήσεις στο DHCP...749 41.14 Έμμεση πρόσβαση σε διακομιστή μέσω αναμεταδότη...750 41.15 Μορφή μηνυμάτων του DHCP...750 41.16 DHCP και ονόματα περιοχών...751 41.17 Περίληψη...752
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
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. 13.2 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.
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. 13.3 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).
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. 13.4 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.
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. 13.5 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
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 13.2. 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. 13.6 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.
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. 13.7 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.
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. 13.8 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.
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. 13.9 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 13.4. 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.
Ενότητα 13.10 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. 13.10 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).
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 13.6. 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).