Έννοιες ιαδικτύωσης (Internetworking Concepts) Η επικοινωνία εφαρµογών που τρέχουν σε ετερογενή συστήµατα τα οποία συνδέονται σε δίκτυα διαφορετικών τεχνολογιών Χρήστος Ηλιούδης, Πέτρος Λάµψας & Σπύρος Λάλης, 2003
Στόχοι της Ενότητας Περιγραφή του τρόπου µε τον οποίο «ολοκληρώνονται» οι διαφορετικές δικτυακές τεχνολογίες σε ένα συνεργαζόµενο «όλον» Παρουσίαση του τρόπου απόκρυψης των λεπτοµερειών της υφιστάµενης δικτυακής υποδοµής για την παροχή οικουµενικών υπηρεσιών επικοινωνίας Παρουσίαση του τρόπου µε τον οποίο χρησιµοποιείται η αφαίρεση αυτή για την υλοποίηση των απαραίτητων επιπέδων λογισµικού διαδικτύωσης που κρύβουν τους υφιστάµενους µηχανισµούς µεταφοράς της πληροφορίας 2
Συστήµατα Επικοινωνίας (Communication Systems) Είναι δύο βασικά τύπων: αυτά που λειτουργούν υλοποιώντας σύνδεση ή κύκλωµα (connection-oriented ή αλλιώς και circuit-switched δίκτυα) και, αυτά που λειτουργούν χωρίς να δηµιουργούν σύνδεση (connectionless ή αλλιώς και packet-switched δίκτυα) Τα συστήµατα και των δύο τύπων αποτελούνται από τηλεπικοινωνιακά κυκλώµατα και ειδικό υπολογιστικό εξοπλισµό «τερµατισµού» των κυκλωµάτων Το κάθε σύστηµα επικοινωνιών προορίζεται στο να µεταφέρει δεδοµένα διαφορετικών τύπων ανάλογα µε το είδος και τις «απαιτήσεις» µετάδοσής τους 3
ιασύνδεση σε Επίπεδο ικτύου Υπήρξε διασύνδεση σε επίπεδο εφαρµογών (application gateways, π.χ. µετατροπή από SMTP σε X.400 mail) Σε επίπεδο δικτύου, είναι η µεταφορά µικρών πακέτων δεδοµένων από την αρχική πηγή στον τελικό προορισµό Αποτελεσµατικό διότι παρόµοιες τεχνικές χρησιµοποιεί το υλικό επικοινωνίας, διαχωρίζεται η επικοινωνία από τις εφαρµογές, χειρισµός της πληροφορίας από τους ενδιάµεσους κόµβους χωρίς να χρειάζεται να γνωρίζουν το είδος της εφαρµογής που ανταλλάσσει δεδοµένα 4
ιαδικτύωση (Internetworking) Ένα τέτοιο σύστηµα παρέχει ευκολίες επικοινωνίας γενικού σκοπού προς τις εφαρµογές (ευελιξία) Τροποποιήσεις σε λογισµικό και τεχνολογίες επιπέδου δικτύου δεν επηρεάζουν τις εφαρµογές ιαδικτύωση (Internetworking): ηµιουργία ενός «δικτύου» το οποίο θα αποτελεί µια ενοποιηµένη, συνεργατική διασύνδεση διαφορετικών δικτύων, που παρέχουν µια οικουµενική υπηρεσία επικοινωνίας 5
ιαδικτύωση (συνέχεια) Η έννοια της διαδικτύωσης είναι γοητευτικά απλή και συνάµα υπερβολικά ισχυρή, ενώ προσφέρει µεγάλες δυνατότητες κλιµάκωσης Σύµφωνα µε αυτή, οι χρήστες ενός τοπικού δικτύου θα χρησιµοποιούν τις υπηρεσίες του, όµως νέο λογισµικό, που θα λειτουργεί «µεταξύ» των συγκεκριµένων υπηρεσιών που παρέχει ένα τοπικό δίκτυο και των προγραµµάτων εφαρµογών, θα κρύψει τις λεπτοµέρειες χαµηλού επιπέδου και θα κάνει τη συλλογή των δικτύων να δείχνει ως ένα ενιαίο µεγάλο δίκτυο 6
Επιθυµητές ιδιότητες του ιαδικτύου Η µη επιβολή της γνώσης της τοπολογίας των δικτυακών διασυνδέσεων εκ µέρους του χρήστη του Internet εν θα πρέπει να επιβάλλεται µια συγκεκριµένη τοπολογία στην υφιστάµενη δικτυακή υποδοµή Η προσθήκη ενός νέου δικτύου στο ιαδίκτυο δεν θα πρέπει να σηµαίνει τη σύνδεσή του σε ένα «κεντρικό» σηµείο του ιαδικτύου, ούτε τη σύνδεσή του µε όλα τα υπάρχοντα δίκτυα 7
Επιθυµητές ιδιότητες του ιαδικτύου (συνέχεια) Επιθυµούµε να στέλνουµε δεδοµένα διαµέσου ενδιάµεσων δικτύων ακόµα και αν αυτά δεν συνδέονται άµεσα µε τους υπολογιστές πηγής και προορισµού Οι εφαρµογές θα πρέπει να µην απασχολούνται µε (και να µην επηρεάζονται από) την τοπολογία διασύνδεσης του δικτύου και τον υπολογιστή πηγής και προορισµού Αυτό επιτυγχάνεται µε το να υπάρχει ένα σύνολο από οικουµενικούς προσδιοριστές των µηχανών (ονόµατα ή ισοδύναµα διευθύνσεις) 8
Αρχιτεκτονική του ιαδικτύου Ένα εντυπωσιακό στοιχείο του Internet είναι ότι βασίστηκε από την αρχή σε αρχιτεκτονικές πελάτη/ εξυπηρετητή Λόγω του ότι το Internet εστίασε στη διασύνδεση υπολογιστικών συστηµάτων διαφορετικών τύπων, καθένα µε διαφορετικό ΛΣ, χτίστηκε χρησιµοποιώντας τυποποιήσεις ανοικτών συστηµάτων Πως, όµως, συνδέονται δίκτυα µεταξύ τους για να δηµιουργήσουν ένα διαδίκτυο; 9
Αρχιτεκτονική του ιαδικτύου (συνέχεια) Χρειαζόµαστε υπολογιστές ειδικού σκοπού, οι οποίοι συνδέονται, µέσω τηλεπικοινωνιακών κυκλωµάτων, µε κάποια δίκτυα Οι συσκευές αυτές µεταφέρουν πακέτα από ένα δίκτυο σε κάποιο άλλο και ονοµάζονται internet gateways ή internet routers ή απλά routers (δροµολογητές) Ο δροµολογητής πρέπει να «γνωρίζει» την τοπολογία του δικτύου προκειµένου να µπορεί να παίρνει αποφάσεις για τη διαδροµή που θα επιλέξει για κάθε πακέτο δεδοµένων 10
Αρχιτεκτονική του ιαδικτύου (συνέχεια) Οι routers συνδέουν ολόκληρα δίκτυα (τοπικά ή δίκτυα ευρείας περιοχής) και όχι µεµονωµένους υπολογιστές Οι δροµολογητές γνωρίζουν την τοπολογία του ιαδικτύου, κρατώντας πληροφορίες µόνο για δίκτυα στο Internet (τα οποία µε τη σειρά τους κρατάνε πληροφορίες για όλους τους κόµβους που περιέχουν) Οι δροµολογητές «µαθαίνουν» µέσω ειδικών αλγορίθµων δροµολόγησης (routing algorithms) για τις διαδροµές που πρέπει να ακολουθήσουν τα δεδοµένα ανάλογα µε τον προορισµό τους αλλά και για τα πιθανά προβλήµατα που υπάρχουν σε ορισµένα µονοπάτια 11
Η άποψη του χρήστη Είναι πολύ σηµαντικό αυτό που έχει επιτευχθεί: να µπορεί ένας χρήστης να θεωρεί κάποιο διαδίκτυο, ως ένα µοναδικό, ενιαίο, εικονικό δίκτυο, στο οποίο όλα τα υπολογιστικά συστήµατα επικοινωνούν, ανεξάρτητα από το υπολογιστικό σύστηµα του χρήστη, το δίκτυο και τον τρόπο µε τον οποίο γίνεται η φυσική τους σύνδεση Οι χρήστες και οι εφαρµογές δεν είναι υποχρεωµένοι να θυµούνται ή να καταλαβαίνουν τον τρόπο µε τον οποίο διασυνδέονται τα δίκτυα. Οι σχετικές πληροφορίες κρύβονται στο λογισµικό διαδικτύωσης 12
Αναπάντητα(;) ερωτήµατα Η απάντησή τους (εφόσον δεν έχει δοθεί ήδη) δεν αποτελεί αντικείµενο αυτού του µαθήµατος : Τι είδους διευθύνσεις είναι αυτές που δίδονται στους υπολογιστές του ιαδικτύου προκειµένου να υπάρχει οικουµενικός προσδιορισµός και πως αυτές αντιστοιχίζονται στις φυσικές διευθύνσεις των τοπικών δικτύων που συνδέονται πραγµατικά τα υπολογιστικά συστήµατα; Πως «δείχνει» ένα πακέτο το οποίο ταξιδεύει στο ιαδίκτυο; Πως γίνονται ταυτόχρονα πολλές λήψεις και µεταδόσεις µεταξύ εφαρµογών σε ένα υπολογιστικό σύστηµα και µια σύνδεση δικτύου; Πως µαθαίνουν οι δροµολογητές για τις διαδροµές στο ιαδίκτυο; 13
Ζητήµατα Επικοινωνιών εδοµένων Η λογική της δηµιουργίας και µεταγωγής πακέτων σε ένα δίκτυο δεδοµένων εισάγει ορισµένα ζητήµατα: η τµηµατοποίηση στην πηγή και η επανασυγκόληση στον προορισµό των δεδοµένων (fragmentation and reassembly), η εύρεση της «βέλτιστης» διαδροµής των δεδοµένων (routing), η τοποθέτηση των δεδοµένων στη σωστή σειρά στον παραλήπτη, η εξασφάλιση της ακεραιότητας και ορθότητας των δεδοµένων (διόρθωση λαθών ή/και απωλειών πακέτων error control) o έλεγχος του ρυθµού µετάδοσης των δεδοµένων (flow control) ο µηχανισµός προσδιορισµού παραληπτών στα επίπεδα 14
Ζητήµατα Επικοινωνιών εδοµένων (συνέχεια) Η υλοποίηση όλων των παραπάνω λειτουργιών από το λογισµικό και υλικό της επικοινωνίας είναι απαραίτητη για την επιτυχή (χωρίς σφάλµατα) επικοινωνία διεργασιών! Οι επικοινωνίες δεδοµένων δεν είναι συνεχείς όσον αφορά τη ροή των δεδοµένων, ούτε ιδιαίτερα απαιτητικές όσον αφορά ρυθµούς παράδοσης (εκτός των εφαρµογών πραγµατικού χρόνου) Αυτό µπορεί να οδηγήσει σε διαµοιρασµό υποδοµών µείωση της απόδοσης λόγω απωλειών ή απροσδιόριστων καθυστερήσεων 15
Η οικογένεια πρωτοκόλλων TCP/IP 16
Η οικογένεια πρωτοκόλλων TCP/IP (συνέχεια) 17
Οι λειτουργίες των επιπέδων στην οικογένεια πρωτοκόλλων TCP/IP Η οικογένεια πρωτοκόλλων TCP/IP (TCP/IP protocol suite) επιλύει τα προβλήµατα της επικοινωνίας, καθένα σε κάποιο διαφορετικό επίπεδο, δηµιουργώντας ένα οικουµενικό ιαδίκτυο µε υπηρεσίες που προσφέρονται σε όλη την έκτασή του, παρέχοντας στις εφαρµογές των χρηστών υπηρεσίες αξιόπιστης µεταφοράς ροής δεδοµένων 18
ιαστρωµάτωση (Layering) Ο χωρισµός των διαδικασιών και των λειτουργιών που πρέπει να λάβουν χώρα σε µια επικοινωνία σε επίπεδα και η ανάθεση σε κάθε επίπεδο ενός διακριτού ρόλου για χειρισµό όλων των περιπτώσεων επικοινωνίας ονοµάζεται διαστρωµάτωση (layering) Αλλαγή σε ένα επίπεδο δεν επηρεάζει το γειτονικό του Επιτρέπει την αντικατάσταση των περιεχοµένων ενός επιπέδου µε κάποιο άλλο που παρέχει την ίδια λειτουργικότητα και σέβεται τις διασυνδέσεις του πρωτοκόλλου που αντικαθιστά µε τα γειτονικά επίπεδα 19
Εφαρµογές: FTP, TELNET, SMTP, VoIP, POP3, IMAP, MIME, HTTP Πρόκειται για τις υπηρεσίες υψηλού επιπέδου που παρέχονται στο ιαδίκτυο και τα πρωτόκολλα που τις υποστηρίζουν Ουσιαστικά διαµορφώνουν την άποψη ενός χρήστη για το ιαδίκτυο Επιτρέπουν την επικοινωνία χρηστών-εφαρµογών Πρόκειται για προγράµµατα εφαρµογών τα οποία υλοποιούν τα πρωτόκολλα υψηλού επιπέδου και βασίζονται πάνω σε υπηρεσίες επιπέδου δικτύου 20
Τυπικό σενάριο χρήσης του HTTP Ας δούµε περιληπτικά τι συµβαίνει όταν κάποιος χρήστης ζητήσει µέσω του browser που διαθέτει να µεταφερθεί σε αυτόν κάποια σελίδα (π.χ. www.w3c.org) 21
Βήµα 1 για τη µεταφορά της σελίδας Θα πρέπει να εντοπιστεί ο δικτυακός τόπος στον οποίο φιλοξενείται η σελίδα Η πληροφορία αυτή βρίσκεται (µεταξύ άλλων) στο URL Οι υπολογιστές δεν αντιλαµβάνονται µνηµονικά ονόµατα, αλλά 0100110000111101 Θα πρέπει να µετατραπεί το όνοµα του site (= όνοµα κάποιου server) σε µορφή αντιληπτή από τον υπολογιστή Το ΗΤΤΡ δεν ασχολείται µε τη δηµιουργία σύνδεσης και την ορθή µεταφορά των πακέτων δεδοµένων 22
Βήµα 1: Χρήση του Domain Name System (DNS) Στο Internet, ένα όνοµα περιοχής αποτελείται από µια ή περισσότερες, διατεταγµένες, επιγραφές κειµένου Εννοιολογικά, ο χώρος των ονοµάτων περιοχής είναι ένα δένδρο Λόγω του ότι τα ονόµατα περιοχής είναι ανεξάρτητα από τοπολογία, είναι, εξ ορισµού, ανεξάρτητα από αλλαγές στην τοπολογία Εκχώρηση εξουσιών (delegation of authority) 23
Domain Name System (συνέχεια) Το Σύστηµα Ονοµάτων Περιοχής του Internet, είναι η υπηρεσία εκείνη η οποία αντιστοιχίζει το όνοµα µιας περιοχής στα συσχετισµένα µε αυτό χαρακτηριστικά και αντίστροφα (όπως το ποιος είναι αρµόδιος να απαντάει ερωτήσεις για την περιοχή, ποιος ο mail server, ποια η διεύθυνση ΙΡ κάποιου κόµβου, κ.λπ.) Πρόκειται για κατανεµηµένη υπηρεσία που χρησιµοποιεί το µοντέλο πελάτη-εξυπηρετητή Για κάθε περιοχή υπάρχουν συγκεκριµένοι αυθεντικοί εξυπηρετητές (authoritative name servers) 24
Domain Name System (συνέχεια) Ο πελάτης αποθηκεύει τοπικά πληροφορία για µελλοντική χρήση (caching) Στο παράδειγµά µας, για το ερώτηµα αντιστοίχισης του ονόµατος www.w3c.org σε διεύθυνση ΙΡ, υπάρχει ένας εξυπηρετητής ονοµάτων για την περιοχή.org, ο οποίος γνωρίζει και κατευθύνει το resolver στον εξυπηρετητή που είναι υπεύθυνος για την περιοχή w3c.org. Στη συνέχεια αυτός µε τη σειρά του απαντάει µε τη διεύθυνση ΙΡ του www.w3c.org 25
Βήµα 2: Λειτουργίες ιαδικτύωσης Η γνώση της διεύθυνσης ΙΡ του παραλήπτη δίνει τη δυνατότητα να ξεκινήσει η µεταφορά των δεδοµένων Η οικογένεια πρωτοκόλλων TCP/IP προσφέρει δύο τρόπους για µεταφορά δεδοµένων (επίπεδο µεταφοράς): υπηρεσία αξιόπιστης µεταφοράς ροής δεδοµένων (reliable stream transport service) και, υπηρεσία µεταφοράς µηνυµάτων (datagram transport service) Επίσης προσφέρει υπηρεσία µοναδικού προσδιορισµού υπολογιστικών συστηµάτων στο ιαδίκτυο (διευθύνσεις ΙΡ) και υπηρεσία δροµολόγησης (επίπεδο δικτύου) 26
Αξιόπιστη µεταφορά ροής δεδοµένων µε σύνδεση -TCP Το TCP προσφέρει µεταφορά δεδοµένων µε σύνδεση (connection-oriented). Αυτό σηµαίνει ότι για την επικοινωνία γίνονται τρία βήµατα: εγκατάσταση της σύνδεσης (connection establishment), µεταφορά δεδοµένων και τερµατισµός της σύνδεσης (connection termination) Πρόκειται για ένα εικονικό κύκλωµα (virtual circuit) που υλοποιείται πάνω από ένα δίκτυο µεταγωγής πακέτων Το TCP εξασφαλίζει την ορθή και ακέραια λήψη πληροφορίας (reliable service) 27
TCP RFC 793 Υλοποιεί µηχανισµούς ανίχνευσης λαθών και ανάνηψης από λάθη (error detection & recovery mechanisms) Αυτό γίνεται µε υπολογισµό checksum και θετική αναγνώριση µε επαναµετάδοση (PAR) Παρέχει υπηρεσίες ελέγχου ροής (flow control), ενώ µεταφέρει δεδοµένα σε πλήρως διπλή κατεύθυνση Παρέχει µηχανισµούς ελέγχου συµφόρησης και αναγνώρισης διεργασιών σε ένα υπολογιστικό σύστηµα µε χρήση των αριθµών θυρών (port numbers), που στην πραγµατικότητα είναι µικροί ακέραιοι 28
Μη αξιόπιστη µεταφορά UDP (RFC 768) ροµολογεί αυτοδύναµα τµήµατα δεδοµένων (datagrams) µε τη βοήθεια του ΙΡ εν εγκαθιστά «συνδέσεις» και µονοπάτια επικοινωνίας πριν τη µετάδοση και για το λόγο αυτό χαρακτηρίζεται ως µη-αξιόπιστο (unreliable) Παρέχει µηχανισµούς αναγνώρισης διεργασιών µε αριθµό θύρας (όπως ακριβώς και το TCP) Έχει µικρή επικεφαλίδα (8 bytes) που συνεπάγεται µικρότερο φόρτο επεξεργασίας στις ενδιάµεσες συσκευές 29
Το πακέτο UDP Θύρα Πηγής (Source Port) Μήκος Μηνύµατος UDP Θύρα Προορισµού (Destination Port) UDP Checksum εδοµένα που έχουν ληφθεί για µεταφορά από διεργασία χρήστη 30
Συµπερασµατικά Το TCP είναι το πρωτόκολλο που επιλέγει κανείς για µεταφορά δεδοµένων όπου απαιτείται ακρίβεια, έλεγχος και αξιοπιστία (για παράδειγµα HTTP (Web), e-mail (SMTP) και µεταφορά αρχείων (FTP)) Το UDP είναι η βέλτιστη επιλογή όταν τα ζητήµατα απόδοσης έχουν µεγαλύτερη σηµασία από την ακρίβεια δεδοµένων. Κλασικό παράδειγµα χρήσης του UDP είναι οι υπηρεσίες πραγµατικού χρόνου (real-time services) όπου απαιτείται µετάδοση πολυµέσων και φωνής 31
Πρωτόκολλο ιαδικτύου ΙΡv4 (RFC 791) Το ΙΡ λειτουργεί µεταφέροντας τµήµατα δεδοµένων (datagrams) χωρίς σύνδεση (connectionless) Ορίζει τη βασική µονάδα µεταφοράς δεδοµένων που χρησιµοποιείται σε ένα διαδίκτυο TCP/IP (datagram) Το λογισµικό του πρωτοκόλλου ΙΡ εκτελεί τις λειτουργίες δροµολόγησης, διαλέγοντας ένα µονοπάτι πάνω από το οποίο θα αποσταλούν τα δεδοµένα Η επικεφαλίδα του επιπέδου ΙΡ είναι 20 bytes 32
Οικουµενική υπηρεσία και διευθύνσεις IP (IP addressing) Το ΙΡ «δίνει οδηγίες» στους κόµβους και τους δροµολογητές για την επεξεργασία των πακέτων, πως και πότε θα δηµιουργούνται µηνύµατα λάθους, και τις συνθήκες κάτω από τις οποίες απορρίπτονται πακέτα από τους κόµβους ή τους δροµολογητές Προκειµένου να υλοποιηθεί η οικουµενική υπηρεσία επικοινωνίας, πρέπει ένας κόµβος να είναι σε θέση να επικοινωνήσει µε έναν οποιοδήποτε άλλο κόµβο στο ιαδίκτυο 33
ιευθύνσεις ΙΡ Οι σχεδιαστές του Internet επέλεξαν τη χρήση ενός ακεραίου αριθµού 32 bit, ο οποίος καλείται διεύθυνση ΙΡ Οι αριθµοί έχουν επιλεγεί έτσι ώστε να κάνουν αποτελεσµατική τη δροµολόγηση της πληροφορίας µέσα στο ιαδίκτυο Εννοιολογικά η διεύθυνση ΙΡ είναι ένα ζεύγος (netid, hostid) όπου το netid προσδιορίζει ένα δίκτυο µέσα στο ιαδίκτυο και το hostid κάποιο κόµβο σε αυτό το δίκτυο 34
ιευθύνσεις ΙΡ (συνέχεια) Ο διαχωρισµός σε πρόθεµα και επίθεµα δεν είναι ενιαίος στο ιαδίκτυο Κάθε διεύθυνση είναι αυτο-προσδιοριζόµενη (selfidentifying) λόγω του ότι το όριο µεταξύ προθέµατος και επιθέµατος µπορεί να υπολογιστεί από την ίδια τη διεύθυνση Είναι σηµαντικό να είναι εύκολο να εξαχθεί το τµήµα που προσδιορίζει το δίκτυο (netid) εύκολα διότι αυτό είναι που χρησιµοποιείται στους υπολογισµούς που εκτελούν οι δροµολογητές 35
Χωρισµός σε πρόθεµα και επίθεµα της διεύθυνσης ΙΡ 36
ιευθύνσεις ΙΡ (συνέχεια) Ο δεκαδικός συµβολισµός µε τελείες είναι µορφή γραφής κατανοητή από τους ανθρώπους (π.χ. 150.140.7.30) Οι διάφορες τοποθεσίες (sites) του διαδικτύου έχουν τη δυνατότητα να τροποποιούν διαδροµές και διευθύνσεις στο εσωτερικό τους, όσο οι τροποποιήσεις αυτές παραµένουν αθέατες σε άλλες τοποθεσίες Υπάρχει έτοιµη νέα έκδοση του πρωτοκόλλου ΙΡ (IPv6), η οποία ξεπερνάει κάποιους από τους περιορισµούς της τρέχουσας έκδοσης (χώρου διευθύνσεων και στέγασης νέων εφαρµογών στο Internet) 37
Η διαστρωµάτωση στην οικογένεια πρωτοκόλλων TCP/IP Εφαρµογές Χρήστη (Processes) Εφαρµογές Χρήστη (Processes) Αξιόπιστη Ροή εδοµένων (TCP) Μεταφορά Μηνυµάτων (UDP) ιαδίκτυωση (ΙΡ) ιασύνδεση µε το ίκτυο(τοπικό ίκτυο (π.χ. Ethernet), Dial-up, τηλεπικοινωνιακό κύκλωµα ευρείας περιοχής) 38
ροµολόγηση της πληροφορίας στο ιαδίκτυο Περιλαµβάνει τη διάδοση των πληροφοριών δροµολόγησης οι οποίες απαιτούνται για τη δηµιουργία και ενηµέρωση των πινάκων δροµολόγησης Χωρίζεται σε δύο ευρείες κατηγορίες: τη στατική και τη δυναµική δροµολόγηση (static and dynamic routing) Η στατική δροµολόγηση είναι απλή στον ορισµό και τη «ελαφριά» στη λειτουργία, είναι όµως άκαµπτη και δεν προσαρµόζεται σε αλλαγές στην τοπολογία του δικτύου (χρησιµοποιείται σε περιπτώσεις υπολογιστών και δικτύων µε µια σύνδεση στο ιαδίκτυο) 39
ροµολόγηση της πληροφορίας στο ιαδίκτυο (συνέχεια) Στη δυναµική δροµολόγηση χρησιµοποιείται λογισµικό διάδοσης δροµολογίων, ώστε οι δροµολογητές να τηρούν πίνακα µε πληροφορίες για το πώς µπορούν να φτάσουν (τα πακέτα που βρίσκονται σε αυτούς) σε έναν προορισµό Ο δροµολογητής πληροφορεί τους άλλους δροµολογητές για τα δίκτυα που µπορεί να «φτάσει» και δέχεται πληροφορίες για τα δίκτυα που «φτάνουν» οι άλλοι Οι δροµολογητές του ιαδικτύου διαιρούνται σε οµάδες (αυτόνοµα συστήµατα) στα πλαίσια των οποίων ανταλλάσσουν πληροφορίες δροµολόγησης, οι οποίες συνοψίζονται πριν µεταβιβαστούν σε άλλη οµάδα 40
Πρωτόκολλο µηνυµάτων ελέγχου του ιαδικτύου (ICMP RFC 792) Πρόκειται για πρωτόκολλο αναφοράς σφαλµάτων (π.χ. µη προσπελασιµότητα προορισµού) και πληροφοριών Το ICMP ενθυλακώνει τα µηνύµατά του στο ΙΡ για να µεταδοθούν και το ΙΡ χρησιµοποιεί το ICMP για αναφορά προβληµάτων Τα µηνύµατά του χρησιµοποιούνται για τη δοκιµή ενός διαδικτύου µε σκοπό την απόκτηση πληροφοριών (ping, traceroute, µέγιστη µονάδα µεταφοράς MTU της διαδροµής) 41
Βήµα 3: Η πραγµατική µετάδοση δεδοµένων Το τρίτο βήµα, είναι η πραγµατική µετάδοση των δεδοµένων της σελίδας από την πηγή στον προορισµό µέσα από τα διασυνδεδεµένα (ετερογενή) δίκτυα Ένα αυτοδύναµο πακέτο ΙΡ ενθυλακώνεται (encapsulate) σε ένα πλαίσιο (frame) για να µεταδοθεί µέσω ενός φυσικού δικτύου Μεγάλο πλεονέκτηµα της ενθυλάκωσης είναι ότι το ιαδίκτυο δεν περιορίζεται σε ένα συγκεκριµένο τύπο φυσικού δικτύου (=πρωτόκολλα πρόσβασης στο φυσικό µέσο + τηλεπικοινωνιακά κυκλώµατα ή τοπικό δίκτυο) 42
Η µετάδοση δεδοµένων από τον κόµβο στο δίκτυο Η διέλευση πακέτων δεδοµένων από δύο διαφορετικά δίκτυα συνεπάγεται την ενθυλάκωσή τους σε διαφορετικά πλαίσια Οι ενδιάµεσοι δροµολογητές, αφαιρούν την πληροφορία φυσικού δικτύου, ελέγχουν την πληροφορία επιπέδου δικτύου, επιλέγουν διαδροµή και τοποθετούν το πακέτο σε κατάλληλο πλαίσιο και το στέλνουν στο επόµενο βήµα Κάθε τεχνολογία δικτύου ορίζει µια µορφή πλαισίων και µια µέθοδο φυσικής διευθυνσιοδότησης 43
Πακέτα και πλαίσια στο ιαδίκτυο 44
Αντιστοίχιση Λογικών σε Φυσικές ιευθύνσεις Όταν έρθει η ώρα να παραδοθεί ένα πακέτο στο σταθµό προορισµού (ή στο επόµενο βήµα) ο δροµολογητής χρησιµοποιεί πίνακες αντιστοίχισης της συγκεκριµένης διεύθυνσης ΙΡ µε την ισοδύναµη φυσική διεύθυνση του κόµβου στο δίκτυο που πραγµατικά συνδέεται Κάθε τεχνολογία δικτύου ορίζει τη µέγιστη ποσότητα δεδοµένων που µπορεί να µεταδίδεται (Maximum Transmission Unit MTU) Αυτό σηµαίνει ότι κάθε πλαίσιο που µεταδίδεται πρέπει να είναι µικρότερο από την MTU του δικτύου 45
Κατάτµηση και Ανασυναρµολόγηση στο ΙΡ Ο δροµολογητής χωρίζει ένα πακέτο που είναι µεγαλύτερο από το MTU του δικτύου που πρέπει να µεταδοθεί σε µικρότερα πακέτα/τµήµατα (fragmentation) H ανασυναρµολόγηση των τµηµάτων γίνεται µόνο στον παραλήπτη (αν χαθεί ένα τµήµατα απορρίπτονται όλα τα τµήµατα που έχουν έρθει σωστά) Ο µηχανισµός αυτός είναι υλοποιηµένος έτσι ώστε να επιτρέπεται περαιτέρω κατάτµηση τµηµάτων 46
Η «µεταφορά» των δεδοµένων της σελίδας Στο παράδειγµά µας λοιπόν, το HTTP θα ζητήσει αρχικά τις υπηρεσίες του TCP για τη δηµιουργία της σύνδεσης µε τον υπολογιστή ο οποίος διαθέτει τη σελίδα Το TCP θα χρησιµοποιήσει το ΙΡ για τη δηµιουργία των πακέτων, τη δροµολόγηση, την κατάτµησή και ανασυναρµολόγησή τους, το οποίο µε τη σειρά του θα χρησιµοποιήσει τις υπηρεσίες των υφιστάµενων δικτύων για την πραγµατική µεταφορά των δεδοµένων Ο εξυπηρετητής θα αντιγράψει τα περιεχόµενα της σελίδας στη σύνδεση που έχει δηµιουργηθεί, ενώ το TCP θα εξασφαλίσει την ορθή µεταφορά των δεδοµένων 47
48
Αυτόµατη ανάθεση διευθύνσεων ΙΡ DHCP (RFC 2131, 3396) Το DHCP υλοποιεί αυτόµατη ανάθεση και χρονική «µίσθωση» διευθύνσεων ΙΡ από υπολογιστικά συστήµατα Ιδανικό για περιπτώσεις όπου απαιτείται συχνή µετακίνηση υπολογιστών ενώ διατίθενται λιγότερες διευθύνσεις από τους υπολογιστές Υποστηρίζει ανάθεση στατικών διευθύνσεων ΙΡ όπου απαιτείται (web, DNS, mail servers) Μεταφέρει και άλλες πληροφορίες όπως gateway, DNS server και domain name Κεντρική διαχείριση, αποφυγή λαθών, ασφάλεια 49
Έγκυρες και µη διευθύνσεις δικτύου Η ανάγκη χρήσης διεύθυνσης ΙΡ σε κάθε επικοινωνία και η έλλειψη έγκυρων διευθύνσεων ΙΡ, οδήγησε στη χρήση µη έγκυρων διευθύνσεων IP στο εσωτερικό ενός δικτύου Χώρος ιδιωτικών διευθύνσεων: 10.0.0.0 έως 10.255.255.255, 172.16.0.0 έως 172.31.255.255 και 192.168.0.0 έως 192.168.255.255 (RFC 1597) Σήµερα πολλά δίκτυα έχουν διευθύνσεις στους υπολογιστές τους αυτού του τύπου. Τι γίνεται όµως όταν απαιτηθεί πρόσβαση στο διαδίκτυο; 50
«Μετάφραση» διευθύνσεων ΙΡ - NAT (RFC 3022) Απαιτείται «µετάφραση» της εσωτερικής σε έγκυρη διεύθυνση ΙΡ όταν χρειάζεται κάποιος σταθµός πρόσβαση στο ιαδίκτυο Σύµφωνα µε το ΝΑΤ (Network Address Translator) τηρείται µια δεξαµενή έγκυρων διευθύνσεων στις οποίες αντιστοιχείται κάθε φορά όποια από τις εσωτερικές θέλει να αποκτήσει πρόσβαση στο ιαδίκτυο Οικονοµία διευθύνσεων (οι ΙΡv4 διευθύνσεις θα είχαν ήδη εξαντληθεί αλλιώς, ασφάλεια), εύκολη διαχείριση 51
«Μετάφραση» διευθύνσεων ΙΡ - NAT (συνέχεια) Υπάρχει δυνατότητα µετάφρασης σε επίπεδο θύρας (άρα µια έγκυρη διεύθυνση ΙΡ αρκεί για ένα τοπικό δίκτυο!) Μπορεί να υλοποιηθεί είτε σε δροµολογητή ή σε λογισµικό (π.χ. Masquerade στο linux) 52