Δίκτυα Υπολογιστών ΕΠΑΛ
Ενότητα 1.2.2Το μοντέλο δικτύωσης TCP/IP
1.2.2 Το μοντέλο δικτύωσης TCP/IP
Από πού προήλθε
Το δίκτυο ARPANET ήταν ένα δίκτυο μεταγωγής πακέτων που χρηματοδοτήθηκε από το υπουργείο άμυνας των Η.Π.Α. στα τέλη της δεκαετίας του '60. Από την αρχή κύριος στόχος του ήταν η δυνατότητα να συνδέονται μαζί πολλαπλά διαφορετικά συστήματα και δίκτυα με διαφανή τρόπο. Έμφαση δόθηκε επίσης στη δυνατότητα του δικτύου να παραμένει λειτουργικό ακόμη κι αν μεγάλα τμήματά του έβγαιναν εκτός λειτουργίας. Το 1983 χρησιμοποίησε τα πρωτόκολλα TCP/IP ως βασικά και σταδιακά εξελίχθηκε στο γνωστό μας Internet.
Επειδή τα σημαντικότερα πρωτόκολλα είναι το TCP στο επίπεδο Μεταφοράς και το IP στο επίπεδο Διαδικτύου, το μοντέλο ονομάστηκε TCP/IP και περιγράφεται στα έγγραφα RFC1122 και RFC1123. Μερικές φορές αναφέρεται και ως μοντέλο DoD (Department of Defence).
Τα τέσσερα επίπεδα και η αντιστοιχία με το OSI
Το TCP/IP χρησιμοποίησε διαστρωματωμένη αρχιτεκτονική καθορίζοντας μόνο τέσσερα (4) επίπεδα-στρώματα, περιγράφοντας με λεπτομέρεια και αναπτύσσοντας πρωτόκολλα για τα τρία ανώτερα:
- Εφαρμογής — αντιστοιχεί στα Εφαρμογής, Παρουσίασης και Συνόδου του OSI
- Μεταφοράς — αντιστοιχεί στο Μεταφοράς του OSI
- Διαδικτύου — αντιστοιχεί στο Δικτύου του OSI
- Ζεύξης ή πρόσβασης δικτύου ή διεπαφή δικτύου
Προσοχή στη διατύπωση: «Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η προαναφερθείσα αντιστοίχιση των επίπεδων του TCP/IP με αυτά του μοντέλου OSI ισχύει σε γενικές γραμμές και όχι απολύτως.» Είναι σημείο που ζητείται συχνά ως σχόλιο.
| Μοντέλο OSI (7 επίπεδα) | Μοντέλο TCP/IP (4 επίπεδα) |
|---|---|
| 7. Εφαρμογής 6. Παρουσίασης 5. Συνόδου | Εφαρμογής |
| 4. Μεταφοράς | Μεταφοράς |
| 3. Δικτύου | Διαδικτύου |
| 2. Ζεύξης Δεδομένων 1. Φυσικό | Πρόσβασης (Διεπαφής) Δικτύου |
Παρότι το RFC1122 προδιαγράφει τέσσερα (4) επίπεδα, στη βιβλιογραφία χρησιμοποιούνται από τους περισσότερους ειδικούς πέντε (4+1) στρώματα: στη θέση του στρώματος Διεπαφής Δικτύου του TCP/IP χρησιμοποιούνται τα δύο πρώτα στρώματα του OSI, το επίπεδο Ζεύξης Δεδομένων και το Φυσικό.
Τι κάνει το καθένα
Το μοντέλο TCP/IP δεν αναφέρει πολλά για το τι συμβαίνει εδώ, εκτός από το ότι ο υπολογιστής (host) πρέπει να συνδεθεί με το δίκτυο χρησιμοποιώντας κάποιο πρωτόκολλο ώστε να μπορεί να στέλνει πακέτα IP σε αυτό. Έτσι συνηθίζεται στη θέση του να χρησιμοποιούνται τα δυο κατώτερα επίπεδα του μοντέλου OSI, το a) Φυσικό και το b) Ζεύξης Δεδομένων.
Ισχύει ό,τι και στο 3ο επίπεδο του OSI (Δικτύου) με τη διαφορά ότι το επίπεδο Διαδικτύου του TCP/IP παρέχει μόνο υπηρεσία χωρίς σύνδεση. Έτσι δρομολογεί ανεξάρτητα πακέτα στον προορισμό τους και η παράδοση των πακέτων στο επίπεδο Διαδικτύου δεν είναι εγγυημένα αξιόπιστη. Μπορεί να φτάσουν στον προορισμό με διαφορετική σειρά, με λάθη, ή το ίδιο πακέτο περισσότερες φορές. Είναι δουλειά των ανώτερων επιπέδων να μεριμνήσουν για αυτά τα ζητήματα. Το βασικό πρωτόκολλο αυτού του επιπέδου είναι το πρωτόκολλο Διαδικτύου (Internet Protocol) IP.
Ισχύει γενικά ό,τι και στο 4ο επίπεδο του OSI (Μεταφοράς). Το επίπεδο μεταφοράς του TCP/IP μπορεί να παρέχει, μέσω διαφορετικών πρωτοκόλλων, υπηρεσίες προσανατολισμένες σε σύνδεση (connection oriented) ή χωρίς σύνδεση (connectionless). Οι υπηρεσίες με σύνδεση βασίζονται σε λογικές συνδέσεις οι οποίες αποκαθίστανται, διατηρούνται μεταφέροντας δεδομένα και τερματίζονται. Σε αυτές τις συνδέσεις παρέχεται αξιοπιστία στην επικοινωνία με τον έλεγχο ροής, τον τεμαχισμό, αρίθμηση και την επανασύνθεση των μηνυμάτων με τη σωστή σειρά και τον έλεγχο/διόρθωση των σφαλμάτων. Υπηρεσίες με σύνδεση παρέχει το πρωτόκολλο ελέγχου μετάδοσης (Transmission Control Protocol) TCP. Στις υπηρεσίες χωρίς σύνδεση ή ασυνδεσμικές, δεν υπάρχει η έννοια της λογικής σύνδεσης ούτε παρέχεται αξιοπιστία. Είναι όμως απλούστερες και χωρίς πολλές καθυστερήσεις. Τέτοιες υπηρεσίες παρέχει το πρωτόκολλο αυτοδύναμων πακέτων χρήστη (User Datagram Protocol) UDP.
Περιλαμβάνει όλα τα πρωτόκολλα των γνωστών υπηρεσιών του Διαδικτύου όπως απομακρυσμένη σύνδεση τερματικού (TELNET), μεταφορά αρχείων (FTP), ηλεκτρονικό ταχυδρομείο (SMTP/POP3/IMAP), τα νεώτερα DNS για την αντιστοίχηση ονομάτων υπολογιστών με τις διευθύνσεις τους στο δίκτυο, HTTP, το πρωτόκολλο μεταφοράς ιστοσελίδων του World Wide Web και πολλά άλλα.
Πού «κάθεται» το υλικό και πού το λογισμικό
Σε ένα τοπικό δίκτυο τεχνολογίας Ethernet – TCP/IP:
Φυσικό επίπεδο
Ό,τι έχει να κάνει με σήματα, καλώδια, συνδετήρες (connectors) ανήκει σαφώς στο φυσικό επίπεδο.
Κάρτα δικτύου
Επειδή είναι σύνθετο υλικό και ενσωματώνει κυκλώματα με «στοιχειώδη εξυπνάδα», μπορεί να δημιουργεί και να αντιλαμβάνεται πλαίσια. Μαζί με τον οδηγό της καλύπτει το φυσικό και το επίπεδο ζεύξης δεδομένων του OSI.
Λειτουργικό σύστημα
Τα επίπεδα Διαδικτύου και Μεταφοράς αποτελούν μέρος του λειτουργικού συστήματος, κυρίως του πυρήνα.
Εφαρμογές
Όλες οι δικτυακές εφαρμογές (ηλεκτρονικό ταχυδρομείο, πλοήγηση ιστοτόπων, μεταφορά αρχείων κ.λπ.) ανήκουν στο επίπεδο εφαρμογής.
Το επίπεδο πρόσβασης δικτύου περιλαμβάνει: τα καλώδια διασύνδεσης, τους συνδετήρες (connectors), υποδοχές (πρίζες δικτύου), κάρτες δικτύου, παθητικό δικτυακό εξοπλισμό όπως υλικό διαχείρισης και συγκέντρωσης καλωδίων, επαναλήπτες (repeater hubs), μεταγωγείς (switching hubs) κτλ, όχι όμως δρομολογητές (routers). Επιπλέον, και οι οδηγοί (drivers) των καρτών/ελεγκτών δικτύου εντάσσονται στο ίδιο επίπεδο, το 2ο του OSI.
Κλασική ερώτηση εξετάσεων: «Σε ποιο επίπεδο λειτουργεί η κάρτα δικτύου;» → Φυσικό και ζεύξης δεδομένων (μαζί με τον οδηγό της). «Οι πρίζες δικτύου;» → Φυσικό επίπεδο. «Ο δρομολογητής;» → Επίπεδο Δικτύου/Διαδικτύου, δεν ανήκει στο επίπεδο πρόσβασης δικτύου.
Το TCP/IP έχει 4 επίπεδα: Πρόσβασης Δικτύου, Διαδικτύου, Μεταφοράς, Εφαρμογής.
Το επίπεδο Διαδικτύου παρέχει μόνο υπηρεσία χωρίς σύνδεση — βασικό πρωτόκολλο το IP.
Το επίπεδο Μεταφοράς παρέχει και τα δύο: με σύνδεση (TCP) και χωρίς σύνδεση (UDP).
Η αντιστοίχιση με το OSI ισχύει σε γενικές γραμμές και όχι απολύτως.
1.3 Ενθυλάκωση
Γιατί χρειάζεται
Στη διαστρωματωμένη αρχιτεκτονική ενός δικτύου, κάθε επίπεδο επικοινωνεί με το αντίστοιχο ομότιμό του, χρησιμοποιώντας ένα πρωτόκολλο του ίδιου επιπέδου. Η λειτουργία αυτή όμως εκτελείται έμμεσα, καθώς κάθε επίπεδο έχει δυνατότητα άμεσης επικοινωνίας μόνο με τα γειτονικά του, μέσω της διεπαφής τους.
Ο μηχανισμός επικοινωνίας μεταξύ γειτονικών επιπέδων χαρακτηρίζεται ως διεπαφή (interface). Κάθε επίπεδο παρέχει υπηρεσία στο ανώτερό του.
Η διαδικασία της ενθυλάκωσης
Κατά την αποστολή δεδομένων από τη μια εφαρμογή στην απομακρυσμένη, τα δεδομένα προωθούνται από το κάθε επίπεδο προς τα κάτω, στο αμέσως κατώτερο. Κάθε επίπεδο προσθέτει στα δεδομένα πληροφορίες ελέγχου για το αντίστοιχο, απέναντι, επίπεδο ώστε να εξασφαλίσει την επιτυχή παράδοσή τους.
Οι πληροφορίες ελέγχου προστίθενται μπροστά από τα δεδομένα που πρόκειται να αποσταλούν και ονομάζονται επικεφαλίδα.
Ορισμένα επίπεδα προσθέτουν πληροφορίες και στο τέλος των δεδομένων (όπως το 2ο επίπεδο του OSI) με σκοπό να εξασφαλιστεί η αναγνώριση σφαλμάτων κατά τη μετάδοση στο φυσικό μέσο. Κάθε επίπεδο χειρίζεται την πληροφορία που λαμβάνει από το ανώτερό του ως δεδομένα και προσθέτει μπροστά τους τη δική του επικεφαλίδα.
Η προσθήκη σαν περίβλημα των πληροφοριών ελέγχου στα δεδομένα ονομάζεται ενθυλάκωση (encapsulation).
Τι συμβαίνει σε κάθε επίπεδο
Παρατηρώντας τη διαδικασία στη διεπαφή του επιπέδου διαδικτύου με το ζεύξης δεδομένων: ένα αυτοδύναμο πακέτο του επιπέδου διαδικτύου τοποθετείται μέσα, δηλαδή ενθυλακώνεται, σε ένα πλαίσιο του επιπέδου ζεύξης δεδομένων, καθώς περικλείεται ανάμεσα στην επικεφαλίδα και στην ακολουθία ελέγχου του πλαισίου (Frame Check Sequence).
Με απλά λόγια: ένα «πακέτο» ανωτέρου επιπέδου τοποθετείται, ως δεδομένα, μέσα σε ένα «πακέτο» του αμέσως κατωτέρου επιπέδου.
Οι πληροφορίες ελέγχου που προστίθενται είναι κυρίως διευθύνσεις, χαρακτήρες ελέγχου σφαλμάτων ή άλλοι χαρακτήρες ελέγχου και συγχρονισμού. Στο φυσικό επίπεδο, οι άσοι και τα μηδενικά που απαρτίζουν το πλαίσιο μετατρέπονται σε σήματα κατάλληλα για το φυσικό μέσο.
Κατά τη λήψη των δεδομένων συμβαίνει η αντίστροφη διαδικασία (αποθυλάκωση): κάθε επίπεδο αφαιρεί τις πληροφορίες ελέγχου που αφορούν το ίδιο και προωθεί τα δεδομένα στο ανώτερό του.
Η μονάδα πληροφορίας κάθε επιπέδου (PDU)
Η βασική μονάδα πληροφορίας του πρωτοκόλλου κάθε επιπέδου ονομάζεται PDU (Protocol Data Unit):
| Επίπεδο TCP/IP | Όνομα PDU | Τι προσθέτει |
|---|---|---|
| Εφαρμογής | Δεδομένα / Μήνυμα | Δεδομένα της εφαρμογής |
| Μεταφοράς | Τμήμα (Segment) στο TCP · Αυτοδύναμο πακέτο (Datagram) στο UDP | Επικεφαλίδα TCP/UDP (θύρες κ.λπ.) |
| Διαδικτύου | Αυτοδύναμο πακέτο (Datagram / Packet) | Επικεφαλίδα IP (διευθύνσεις IP) |
| Πρόσβασης Δικτύου | Πλαίσιο (Frame) | Επικεφαλίδα (διευθύνσεις MAC) και ουρά FCS |
| Φυσικό | Bits | Σήματα κατάλληλα για το φυσικό μέσο |
Το παράδειγμα του ταχυδρομείου
Για να γίνει κατανοητή η διαδικασία της ενθυλάκωσης μπορούμε να δούμε το ανάλογο της αλληλογραφίας μέσω ταχυδρομείου:
Με βάση το παράδειγμα της αλληλογραφίας: (α) Εάν ο χρήστης που έγραψε τα στοιχεία στο φάκελο και τον έκλεισε είναι ένα επίπεδο (Ν), ποιο είναι το αμέσως κατώτερο επίπεδο (Ν-1); (β) Το ταχυδρομικό γραμματοκιβώτιο σε ποιο στοιχείο ενός διαστρωματωμένου μοντέλου αντιστοιχεί; (γ) Τι προσφέρει ο ταχυδρομικός διανομέας στον παραλήπτη;
Το αμέσως κατώτερο επίπεδο (Ν-1) είναι το ταχυδρομικό γραφείο που παραλαμβάνει τον φάκελο προς αποστολή. Ο χρήστης (επίπεδο Ν) δεν παραδίδει τον φάκελο απευθείας στον παραλήπτη· τον παραδίδει στο αμέσως κατώτερο επίπεδο, ακριβώς όπως κάθε επίπεδο προωθεί το PDU του προς τα κάτω.
β)Το γραμματοκιβώτιο είναι η διεπαφή (interface) μεταξύ δύο επιπέδων: είναι το μοναδικό σημείο επαφής μέσω του οποίου το επίπεδο Ν παραδίδει δεδομένα στο επίπεδο Ν-1.
γ)Ο διανομέας προσφέρει στον παραλήπτη υπηρεσία — και μάλιστα την υπηρεσία που κάθε επίπεδο παρέχει στο ανώτερό του.
(i) Σε ποιο επίπεδο, κατά τη διαδικασία της ενθυλάκωσης, προστίθεται πληροφορία στο τέλος του πακέτου εκτός από την επικεφαλίδα στην αρχή; (ii) Η επικεφαλίδα του πακέτου του επιπέδου δικτύου συμπεριλαμβάνεται στην επικεφαλίδα ή στα δεδομένα-φορτίο του πλαισίου;
Στο 2ο επίπεδο του OSI (ζεύξης δεδομένων). Προσθέτει ουρά (trailer) — την ακολουθία ελέγχου πλαισίου FCS — ώστε να εξασφαλιστεί η αναγνώριση σφαλμάτων κατά τη μετάδοση στο φυσικό μέσο.
ii)Στα δεδομένα-φορτίο του πλαισίου. Το επίπεδο ζεύξης χειρίζεται ολόκληρο το πακέτο IP (επικεφαλίδα IP + δεδομένα του) ως δεδομένα και βάζει μπροστά τη δική του, ξεχωριστή επικεφαλίδα.
Ενθυλάκωση = η προσθήκη σαν περίβλημα των πληροφοριών ελέγχου στα δεδομένα.
Οι πληροφορίες ελέγχου μπροστά από τα δεδομένα λέγονται επικεφαλίδα· μόνο το 2ο επίπεδο προσθέτει και ουρά (FCS).
Στη λήψη γίνεται η αντίστροφη διαδικασία: κάθε επίπεδο αφαιρεί ό,τι το αφορά και προωθεί προς τα πάνω.
PDU ανά επίπεδο: Τμήμα → Αυτοδύναμο πακέτο → Πλαίσιο → bits.
Quiz - Αξιολόγηση Κεφαλαίου 1
Οι προτάσεις Σωστού/Λάθους του Θέματος Α1 από τα πανελλαδικά θέματα 2017-2026 που ανήκουν σε αυτό το κεφάλαιο.
Κουίζ Ολοκληρώθηκε!
Βαθμολογία: 0/5
2.1 Φυσικό επίπεδο - Επίπεδο Σύνδεσης (ζεύξης) Δεδομένων (μοντέλο OSI)
Το φυσικό επίπεδο
Το χαμηλότερο επίπεδο του μοντέλου OSI είναι το φυσικό επίπεδο. Αυτό το επίπεδο είναι υπεύθυνο για τη μετάδοση bits μέσα από το τηλεπικοινωνιακό κανάλι, το οποίο μπορεί να είναι ένα ενσύρματο μέσο ή και μία ασύρματη ζεύξη. Έτσι, το φυσικό επίπεδο καθορίζει τα ηλεκτρικά και μηχανικά χαρακτηριστικά της σύνδεσης του σταθμού με το μέσο μετάδοσης.
Αν, για παράδειγμα, χρησιμοποιείται καλώδιο ως μέσο μετάδοσης, οι προδιαγραφές του φυσικού επιπέδου καθορίζουν:
- πόσους ακροδέκτες έχει ο συνδετήρας, τον ρόλο του κάθε ακροδέκτη, τις διαστάσεις του, τις ανοχές κάθε διάστασης κ.ά.
- τον τρόπο αναπαράστασης των bits, 0 και 1, και τη διάρκεια κάθε bit
- την αρχή και το τέλος της μετάδοσης
- το αν η μετάδοση μπορεί να γίνεται προς τη μία κατεύθυνση ή και τις δύο ταυτόχρονα
Σημείο-παγίδα: «Το φυσικό επίπεδο δεν το απασχολεί καθόλου αν μεταφέρει bytes των 8 bits ή χαρακτήρες ASCII των 7 bits.» Το φυσικό επίπεδο βλέπει μόνο bits, όχι νόημα.
Το επίπεδο σύνδεσης (ζεύξης) δεδομένων
Το επίπεδο αυτό έχει σκοπό να κάνει αξιόπιστη τη φυσική γραμμή σύνδεσης μεταξύ δύο σταθμών. Από τα πακέτα του παραπάνω επιπέδου (επιπέδου δικτύου του μοντέλου OSI) φτιάχνει πλαίσια δεδομένων (data frames). Ορίζει που αρχίζει και που τελειώνει κάθε πλαίσιο, προσθέτοντας την κατάλληλη επικεφαλίδα (header) και ουρά (trailer), ανιχνεύει τα σφάλματα μετάδοσης, επιδιορθώνει τα αλλοιωμένα δεδομένα ή ζητά την επανεκπομπή τους. Ακόμα, ελέγχει το πότε μπορεί να δεσμεύσει το φυσικό μέσο για την αποστολή των πλαισίων, ώστε να μη γίνει ταυτόχρονη εκπομπή με άλλο σταθμό και τέλος, μεταβάλλει κατά περίπτωση τη ροή των πλαισίων ανάλογα με τους ρυθμούς που μπορεί να δεχτεί ο σταθμός παραλήπτης.
Πλαισίωση
Φτιάχνει πλαίσια από τα πακέτα του επιπέδου δικτύου και ορίζει πού αρχίζουν και πού τελειώνουν.
Έλεγχος σφαλμάτων
Ανιχνεύει σφάλματα μετάδοσης, επιδιορθώνει τα αλλοιωμένα δεδομένα ή ζητά επανεκπομπή.
Πρόσβαση στο μέσο
Ελέγχει πότε μπορεί να δεσμεύσει το φυσικό μέσο ώστε να μη γίνει ταυτόχρονη εκπομπή με άλλο σταθμό.
Έλεγχος ροής
Μεταβάλλει τη ροή των πλαισίων ανάλογα με τους ρυθμούς που μπορεί να δεχτεί ο παραλήπτης.
Η αντιστοιχία με το TCP/IP
Τα δύο χαμηλότερα επίπεδα στο μοντέλο OSI, δηλαδή το φυσικό επίπεδο και το επίπεδο σύνδεσης (ζεύξης) δεδομένων, αντιστοιχούν στο 1ο επίπεδο του προτύπου TCP/IP, δηλαδή στο επίπεδο πρόσβασης δικτύου.
Το επίπεδο πρόσβασης δικτύου του προτύπου TCP/IP, παρέχει την πρόσβαση στο φυσικό μέσο, στο οποίο μεταδίδεται η πληροφορία με τη μορφή πακέτων και αντιπροσωπεύει το χαμηλότερο λογικό επίπεδο λειτουργικότητας, που απαιτείται από ένα δίκτυο. Το επίπεδο αυτό περιλαμβάνει τα στοιχεία των φυσικών συνδέσεων, όπως: καλώδια, αναμεταδότες, κάρτες δικτύου, πρωτόκολλα πρόσβασης τοπικών δικτύων και προσφέρει τις υπηρεσίες του στο ανώτερο επίπεδο, το επίπεδο δικτύου.
Στην τεχνολογία TCP/IP, τα χαμηλότερα επίπεδα του επιπέδου δικτύου δεν προδιαγράφονται και έτσι αυτά μπορούν να ακολουθούν τελείως διαφορετικές τεχνολογίες.
Φυσικό: μετάδοση bits, ηλεκτρικά και μηχανικά χαρακτηριστικά της σύνδεσης.
Ζεύξης δεδομένων: κάνει αξιόπιστη τη φυσική γραμμή — πλαίσια, σφάλματα, πρόσβαση στο μέσο, έλεγχος ροής.
Φυσικό + Ζεύξης (OSI) = Επίπεδο πρόσβασης δικτύου (TCP/IP).
2.2 Η πρόσβαση στο μέσο
Το πρόβλημα
Σε όλα τα δίκτυα υπάρχουν περισσότεροι από έναν υπολογιστές, οι οποίοι αναγκάζονται να μοιράζονται το ίδιο μέσο μεταφοράς δεδομένων (π.χ. καλώδιο). Αν δυο υπολογιστές προσπαθούσαν ταυτόχρονα να εισάγουν δεδομένα στο καλώδιο, τα πακέτα του ενός θα συγκρούονταν με τα πακέτα του άλλου, με αποτέλεσμα την καταστροφή του συνόλου των πακέτων και από τους δυο.
Συμπερασματικά, αν πρόκειται να γίνει αποστολή δεδομένων μέσω του δικτύου, πρέπει να βρεθεί ένας τρόπος ώστε να πληρούνται οι παρακάτω προϋποθέσεις:
- Εισαγωγή των δεδομένων στο καλώδιο χωρίς να γίνει σύγκρουση με άλλα δεδομένα.
- Να λάβει τα δεδομένα ο αποδέκτης με σχετική εγγύηση ότι αυτά δεν έχουν καταστραφεί σε σύγκρουση δεδομένων (data collision) κατά τη μετάδοση.
Το σύνολο των κανόνων που καθορίζουν τον τρόπο με τον οποίο τα δεδομένα εισάγονται στο καλώδιο, ονομάζεται μέθοδος προσπέλασης (access method).
Οι μέθοδοι προσπέλασης πρέπει να είναι σύμφωνες ως προς τον τρόπο με τον οποίο χειρίζονται τα δεδομένα. Αν διαφορετικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν διαφορετικές μεθόδους προσπέλασης, τότε το δίκτυο θα αποτύχει, γιατί κάποιες μέθοδοι θα κυριαρχήσουν στο καλώδιο. Γενικά, οι μέθοδοι προσπέλασης εμποδίζουν την ταυτόχρονη εισαγωγή δεδομένων στο μέσο μεταφοράς, εξασφαλίζοντας ότι μόνο ένας υπολογιστής τη φορά θα μπορεί να στείλει δεδομένα.
Οι τρεις τρόποι αποφυγής ταυτόχρονης χρήσης
- Μέθοδοι Carrier-sense multiple access (ακρόαση φέροντος πολλαπλής πρόσβασης)
- Με ανίχνευση σύγκρουσης (collision detection)
- Με αποφυγή σύγκρουσης (collision avoidance)
- Μέθοδος token passing (πέρασμα κουπονιού) που δίνει δυνατότητα για μεμονωμένη αποστολή δεδομένων
- Μέθοδος απαίτησης προτεραιότητας
Πρότυπα Τοπικών Δικτύων
Ήταν εμφανής η έλλειψη τυποποίησης, ώστε να μπορούν να επικοινωνήσουν σταθμοί εργασίας από διαφορετικούς κατασκευαστές. Η τυποποίηση των τοπικών δικτύων άρχισε με τη συνδρομή τόσο του Ινστιτούτου Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών (IEEE) όσο και της Ευρωπαϊκής Ένωσης Κατασκευαστών Υπολογιστών (ECMA), οι οποίοι συμφώνησαν να ακολουθήσουν το μοντέλο OSI.
Ο οργανισμός IEEE δημιούργησε επιτροπή, γνωστή ως επιτροπή 802, με έργο τον καθορισμό προτύπων για τα τοπικά (LAN) και μητροπολιτικά (MAN) δίκτυα υπολογιστών. Τα αποτελέσματα της κάθε υποεπιτροπής είναι γνωστά ως IEEE 802.χ, όπου χ ο αριθμός της υποεπιτροπής.
Τα μητροπολιτικά δίκτυα (MAN) έχουν χαρακτηριστικά που βρίσκονται μεταξύ των χαρακτηριστικών των τοπικών και των ευρέων δικτύων — παραδείγματα MAN είναι δίκτυα που καλύπτουν μια πόλη.
Ο χωρισμός του 2ου επιπέδου σε δύο υποεπίπεδα
Με βάση το έργο της επιτροπής 802, το δεύτερο επίπεδο του μοντέλου OSI χωρίσθηκε σε δύο υποεπίπεδα: στο υποεπίπεδο Ελέγχου Λογικής Σύνδεσης της γραμμής (Logical Link Control, LLC) και στο υποεπίπεδο Ελέγχου Πρόσβασης στο Μέσο (Medium Access Control, MAC).
| Επίπεδο OSI | Υποεπίπεδο | Πρότυπο IEEE |
|---|---|---|
| 2. Ζεύξης Δεδομένων | LLC — Έλεγχος Λογικής Σύνδεσης | IEEE 802.2 |
| MAC — Έλεγχος Πρόσβασης στο Μέσο | IEEE 802.3, 802.4, 802.5 | |
| 1. Φυσικό | — | IEEE 802.3, 802.4, 802.5 |
Το υποεπίπεδο Ελέγχου Λογικής Σύνδεσης περιγράφεται από το πρότυπο IEEE 802.2. Τα πρότυπα IEEE 802.3, 4 και 5 περιγράφουν τους διαφορετικούς τρόπους πρόσβασης στο μέσο.
Μέθοδος προσπέλασης = το σύνολο των κανόνων για το πώς μπαίνουν τα δεδομένα στο καλώδιο.
Τρεις τρόποι: CSMA (με ανίχνευση ή με αποφυγή σύγκρουσης), token passing, απαίτηση προτεραιότητας.
Το 2ο επίπεδο OSI χωρίζεται σε LLC (802.2) και MAC (802.3/4/5).
2.2.1 Έλεγχος Λογικής Σύνδεσης (LLC - IEEE 802.2)
Τι είναι και πού βρίσκεται
Το πρότυπο IEEE 802.2 περιγράφει τις λειτουργίες του υποεπιπέδου LLC. Το LLC είναι το ανώτερο υποεπίπεδο του επιπέδου σύνδεσης δεδομένων και είναι κοινό για τις διάφορες μεθόδους πρόσβασης στο μέσο, όπως αυτές ορίζονται από τα πρότυπα IEEE 802.3, 4 και 5. Ο κύριος σκοπός του LLC είναι η παροχή υπηρεσιών στο επίπεδο δικτύου.
Το επίπεδο δικτύου υποστηρίζεται από τα Σημεία Πρόσβασης για Εξυπηρέτηση (SAPs – Service Access Points), που παρέχει το υποεπίπεδο LLC. Το υποεπίπεδο LLC με τη σειρά του δέχεται υπηρεσίες από το κατώτερό του υποεπίπεδο ελέγχου πρόσβασης στο μέσο (MAC).
Οι τρεις υπηρεσίες του LLC
Στην περίπτωση αυτή ένας σταθμός εργασίας στέλνει πλαίσια στο σταθμό εργασίας του προορισμού χωρίς να περιμένει επιβεβαίωση λήψης. Επίσης δεν εγκαθίσταται προκαταβολικά σύνδεση μεταξύ των δύο σταθμών και ούτε, φυσικά, τερματίζεται η σύνδεση στο τέλος της επικοινωνίας. Εάν για διάφορους λόγους, όπως εξαιτίας θορύβου στο κανάλι επικοινωνίας, χαθεί κάποιο πλαίσιο, δεν γίνεται προσπάθεια επανάκτησής του.
Η υπηρεσία αυτή προσφέρει τη μικρότερη καθυστέρηση στην επικοινωνία των σταθμών εργασίας και είναι κατάλληλη για επικοινωνία σε μέσα, που παρουσιάζουν χαμηλό ποσοστό λαθών και η επανάκτηση λανθασμένων δεδομένων γίνεται από υψηλότερα επίπεδα.
Σε αυτή την υπηρεσία, όπως και προηγουμένως, δεν εγκαθίσταται σύνδεση μεταξύ των σταθμών εργασίας πριν την έναρξη ανταλλαγής δεδομένων, αλλά για κάθε πλαίσιο που στέλνεται επιβεβαιώνεται η λήψη του από το σταθμό εργασίας του προορισμού. Η υπηρεσία αυτού του είδους κυρίως εφαρμόζεται σε συνδέσεις τύπου σημείο προς σημείο (point to point).
Είναι η πιο περίπλοκη υπηρεσία που μπορεί να παρέχει το υποεπίπεδο LLC. Ένας σταθμός εργασίας πριν αρχίσει την επικοινωνία με τον σταθμό εργασίας του προορισμού, πρέπει πρώτα να εγκαταστήσει με αυτόν ένα νοητό κύκλωμα. Επίσης γίνεται και επιβεβαίωση λήψης του κάθε πλαισίου που μεταδόθηκε. Στην υπηρεσία αυτή γίνεται επίσης και έλεγχος ροής των δεδομένων.
Τα τρία στάδια του νοητού κυκλώματος
Η διαδικασία εγκατάστασης ενός νοητού κυκλώματος περιλαμβάνει τρία στάδια:
| Υπηρεσία LLC | Σύνδεση | Επιβεβαίωση | Έλεγχος ροής | Πότε τη διαλέγουμε |
|---|---|---|---|---|
| Χωρίς επιβεβαίωση & χωρίς σύνδεση | Όχι | Όχι | Όχι | Κανάλι με χαμηλό ποσοστό λαθών — μικρότερη καθυστέρηση |
| Με επιβεβαίωση χωρίς σύνδεση | Όχι | Ναι | Όχι | Συνδέσεις σημείο προς σημείο (point to point) |
| Με σύνδεση | Ναι (νοητό κύκλωμα) | Ναι | Ναι | Όταν απαιτείται η μεγαλύτερη αξιοπιστία |
Στην περίπτωση που γνωρίζατε ότι το κανάλι επικοινωνίας που είχατε στη διάθεσή σας εξασφαλίζει πολύ μικρό ποσοστό λαθών, ποιου είδους υπηρεσία για τον Έλεγχο Λογικής Σύνδεσης θα προτιμούσατε και γιατί; (α) Χωρίς επιβεβαίωση και χωρίς σύνδεση, (β) Με επιβεβαίωση λήψης χωρίς σύνδεση, (γ) Με σύνδεση.
Θα προτιμούσαμε την υπηρεσία χωρίς επιβεβαίωση και χωρίς σύνδεση.
Αιτιολόγηση (με τα λόγια του βιβλίου)Η υπηρεσία αυτή προσφέρει τη μικρότερη καθυστέρηση στην επικοινωνία των σταθμών εργασίας και είναι κατάλληλη για επικοινωνία σε μέσα που παρουσιάζουν χαμηλό ποσοστό λαθών, όπου η επανάκτηση λανθασμένων δεδομένων γίνεται από υψηλότερα επίπεδα.
Οι άλλες δύο υπηρεσίες θα πρόσθεταν περιττό φόρτο: οι επιβεβαιώσεις λήψης (β) και επιπλέον η εγκατάσταση/τερματισμός νοητού κυκλώματος με έλεγχο ροής (γ) κοστίζουν σε χρόνο και σε δικτυακή κίνηση, χωρίς ουσιαστικό όφελος σε ένα κανάλι που ούτως ή άλλως σφάλλει σπάνια.
Το LLC (IEEE 802.2) είναι το ανώτερο υποεπίπεδο του επιπέδου ζεύξης και είναι κοινό για όλες τις μεθόδους πρόσβασης.
Κύριος σκοπός του: η παροχή υπηρεσιών στο επίπεδο δικτύου, μέσω των SAPs.
Τρεις υπηρεσίες: χωρίς επιβεβαίωση & χωρίς σύνδεση · με επιβεβαίωση χωρίς σύνδεση · με σύνδεση.
2.4 Δίκτυα ETHERNET (10/100/1000Mbps)
Η κωδικοποίηση των προτύπων
Προκειμένου να καλυφθούν οι διάφοροι συνδυασμοί φυσικών μέσων μεταφοράς και ρυθμοί δεδομένων, το πρότυπο IEEE 802.3 έχει προβεί στην έκδοση κάποιων παραλλαγών. Η κωδικοποίηση των βασικών προτύπων γίνεται ως εξής:
όπου:
- Χ η ταχύτητα μετάδοσης των δεδομένων σε Mbps
- Base/Broadband ο τύπος σηματοδοσίας που χρησιμοποιείται
- Υ αντιστοιχεί στο μέγιστο μήκος του τμήματος (segment)
Τα βασικά πρότυπα του IEEE 802.3
| Τύπος Δικτύου | Μέσο Μετάδοσης | Μέθοδος Σηματοδοσίας | Ρυθμός Δεδομένων | Μέγιστο μήκος τμήματος | Τοπολογία |
|---|---|---|---|---|---|
| 10Base5 | Ομοαξονικό 50 Ohm thick | Βασικής ζώνης | 10 Mbps | 500 m | Αρτηρίας |
| 10Base2 | Ομοαξονικό 50 Ohm thin (RG-58) | Βασικής ζώνης | 10 Mbps | 185 m | Αρτηρίας |
| 1Base5 | Αθωράκιστο συνεστραμμένο (UTP) | Βασικής ζώνης | 1 Mbps | 250 m | Αστέρα |
| 10BaseT | Αθωράκιστο συνεστραμμένο (UTP) | Βασικής ζώνης | 10 Mbps | 100 m | Αστέρα |
| 10Broad36 | Ομοαξονικό 75 Ohm | Ευρυζωνική | 10 Mbps | 3600 m | Αρτηρίας |
Το Ethernet II είναι παρόμοιο με το 10Base5.
Ethernet σε οπτική ίνα
Η κωδικοποίηση που χρησιμοποιείται είναι 10Base-F. Βασίζεται στην προδιαγραφή FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link), που δημιουργήθηκε για τη διασύνδεση επαναληπτών με οπτικές ίνες. Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη οπτική ίνα είναι η διπλή πολύτροπη 62.5/125 μm. Η πιο γνωστή έκδοση είναι η 10Base-FL και χρησιμοποιείται στη διασύνδεση κυρίως επαναληπτών σε απόσταση μέχρι και 2 km.
Πλεονεκτήματα οπτικής ίνας
Σύνδεση σημείων που απέχουν αρκετά μεταξύ τους (μέχρι 2 km) και λειτουργία σε περιβάλλον με αυξημένο ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο (π.χ. βιομηχανίες).
Μειονεκτήματα
Το αυξημένο κόστος και η δυσκολία στην εγκατάσταση και τον χειρισμό της (π.χ. δεν μπορούμε να την τσακίσουμε για το σχηματισμό γωνίας).
Ethernet υψηλών ταχυτήτων
Fast Ethernet — IEEE 802.3u
Παρέχει εύρος ζώνης 100 Mbps. Εκτός από τον δεκαπλασιασμό της ταχύτητας, δόθηκε ιδιαίτερη προσοχή στο να μην διαταραχθεί κατά το δυνατόν η υπάρχουσα καλωδιακή υποδομή.
| Πρότυπο | Φυσικό μέσο | Μέγιστο μήκος τμήματος | Χαρακτηριστικά |
|---|---|---|---|
| 100Base-TX | UTP κατηγορίας 5 ή STP | 100 m | Χρησιμοποιεί 2 από τα 4 ζεύγη, ένα ζεύγος για κάθε κατεύθυνση. Για λόγους χρονισμού κυκλοφορούν πάντα σύμβολα και στα δύο ζεύγη. |
| 100Base-T4 | UTP κατηγορίας 3 και πάνω | 100 m | Χρήση και των 4 ζευγών (3 για δεδομένα, 1 για αναγνώριση συγκρούσεων). Δεν χρησιμοποιεί ξεχωριστά κανάλια εκπομπής/λήψης, γι' αυτό δεν είναι δυνατή η αμφίδρομη μετάδοση. |
| 100Base-FX | Διπλή πολύτροπη (62.5/125 μm) ή μονότροπη οπτική ίνα | 412 m (half-duplex) / 2 km (full-duplex) πολύτροπη · 25 km μονότροπη | Για μεγάλες αποστάσεις |
Gigabit Ethernet — IEEE 802.3z
Προσφέρει επικοινωνία με εύρος ζώνης 1000 Mbps. Υπάρχει συμβατότητα στην καλωδίωση και κυρίως για χρήση καλωδίων βελτιωμένων κατηγορίας 5 (cat 5 enhanced). Το 1000BaseT είναι πρότυπο για καλώδια τύπου cat 5e.
| Πρότυπο | Οπτική ίνα | Μέγιστο μήκος |
|---|---|---|
| 1000BaseSX | Πολύτροπη 62.5 μm | 275 m |
| Πολύτροπη 50 μm | 550 m | |
| 1000BaseLX | Πολύτροπη 62.5 ή 50 μm | 550 m |
| Μονότροπη 9 μm | 5 km |
Ειδικά με την τυποποίηση του 1000BaseT το Gigabit Ethernet γίνεται πολύ ελκυστικό, γιατί μπορεί να εκμεταλλευθεί την υπάρχουσα καλωδιακή υποδομή που στην πλειοψηφία της είναι τύπου cat 5. Οι νεότερες εκδόσεις μεταφέρουν δεδομένα σε 10, 40 και 100 Gigabits ανά δευτερόλεπτο (δίκτυα 10Gb, 40Gb, 100Gb Ethernet), ενώ υπό ανάπτυξη βρίσκονται τα δίκτυα των 400Gb.
Κωδικοποίηση: XBase/BroadbandY — ταχύτητα, τύπος σηματοδοσίας, μέγιστο μήκος τμήματος.
10BaseT: UTP, 10 Mbps, 100 m, τοπολογία αστέρα. 10Base5: ομοαξονικό thick, 500 m, αρτηρία.
802.3u = Fast Ethernet (100 Mbps) · 802.3z = Gigabit Ethernet (1000 Mbps).
2.4.2 Διευθύνσεις Ελέγχου πρόσβασης στο Μέσο (MAC) - Δομή πλαισίου Ethernet
Όρια της ύλης: η ενότητα εξετάζεται μέχρι την αρχή της παραγράφου «Νοητά τοπικά Δίκτυα (Virtual LAN - VLAN)» (σελίδες 47-48). Τα VLAN και τα Jumbo frames δεν ανήκουν στην εξεταστέα ύλη, παρότι αναφέρονται στον τίτλο της ενότητας.
Η διεύθυνση MAC
Κάθε κόμβος σε ένα δίκτυο Ethernet έχει μια φυσική διεύθυνση ή διεύθυνση υλικού (Hardware Address), ώστε να αναγνωρίζεται μοναδικά σε όλο το δίκτυο. Αναφέρεται και ως διεύθυνση ελέγχου προσπέλασης στο μέσο (MAC Address, Media Access Control). Είναι ένας δυαδικός αριθμός των 48 bit (MAC-48, EUI-48) ή έξι οκτάδων και γράφεται στο δεκαεξαδικό αριθμητικό σύστημα ως έξι διψήφιοι δεκαεξαδικοί αριθμοί χωρισμένοι με παύλες (στα windows) ή με άνω-κάτω τελείες (στο unix/linux).
Μια τέτοια διεύθυνση είναι η 74:ea:3a:cd:06:40. Σε υπολογιστή εξοπλισμένο με προσαρμογέα/κάρτα δικτύου, η διεύθυνση MAC είναι χαρακτηριστικό της κάρτας δικτύου και πολλές φορές αναγράφεται πάνω σε αυτήν από τον κατασκευαστή της. Μπορεί να αναγνωσθεί ηλεκτρονικά με την κατάλληλη εντολή του λειτουργικού συστήματος (ipconfig /all, ifconfig κ.λπ.).
Η δομή της διεύθυνσης MAC
Οι διευθύνσεις MAC απαρτίζονται από δυο μέρη των 24ων δυαδικών ψηφίων. Το πρώτο μέρος, το οποίο ονομάζεται (μοναδική) Ταυτότητα του Οργανισμού (OUI - Organizational Unique Identifier), χορηγείται από το Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών και διατίθεται αποκλειστικά στον κατασκευαστή υλικού. Το δεύτερο μέρος το προσδιορίζει ο κατασκευαστής υλικού με δική του ευθύνη.
Τα δύο ειδικά bit: M-bit (I/G) και X-bit (U/L)
Στο Ethernet αποστέλλεται το πιο σημαντικό byte (MSB) πρώτα, αλλά για κάθε byte πρώτα το λιγότερο σημαντικό bit (LSB). Ο τρόπος αυτός χαρακτηρίζεται Little Endian σε επίπεδο bit. Έτσι κατά την εκπομπή, για το παράδειγμά μας το 74 (0111 0100) θα σταλεί με την αντίστροφη σειρά (0010 1110): πρώτα το b0, μετά το b1 κ.ο.κ. Τα δύο πρώτα bit που αποστέλλονται είναι το b0 και το b1 του MSB της διεύθυνσης και έχουν ειδική σημασία.
Το πρώτο (b0) είναι το M bit ή I/G (Individual/Group). Όταν είναι 1 σημαίνει ότι η διεύθυνση αφορά πολλούς αποδέκτες, είναι πολυδιανομής (Multicast), αλλιώς αφορά συγκεκριμένο αποδέκτη.
Το δεύτερο (b1) είναι το X bit ή U/L (Universal/Local). Όταν είναι 1 σημαίνει ότι η διεύθυνση είναι τοπικά διαχειριζόμενη, αλλιώς είναι καθολικά μοναδική.
Ειδική περίπτωση είναι η διεύθυνση με όλα τα ψηφία 1, η ff-ff-ff-ff-ff-ff, η οποία είναι διεύθυνση εκπομπής. Πλαίσιο με διεύθυνση προορισμού την ff-ff-ff-ff-ff-ff αφορά όλους τους κόμβους και παραλαμβάνεται από όλους όσους μοιράζονται το κοινά διαμοιραζόμενο μέσο, ανήκουν δηλαδή στο ίδιο τοπικό δίκτυο. Στην περίπτωση μεταγωγέα με συνδέσεις σημείο προς σημείο, αυτός προωθεί το πλαίσιο σε όλες τις θύρες του.
Για τη διεύθυνση MAC 88-c9-d0-12-34-56 βρείτε τις τιμές των M-bit (I/G) και X-bit (U/L).
Η πρώτη οκτάδα είναι το 88 στο δεκαεξαδικό.
Βήμα 2 — Μετατροπή σε δυαδικό8 = 1000 και 8 = 1000, άρα (88)16 = 1000 1000.
b0 = 0 → M-bit (I/G) = 0. b1 = 0 → X-bit (U/L) = 0.
Βήμα 4 — ΕρμηνείαM-bit = 0 σημαίνει ότι η διεύθυνση αφορά συγκεκριμένο αποδέκτη (δεν είναι πολυδιανομής). X-bit = 0 σημαίνει ότι η διεύθυνση είναι καθολικά μοναδική (δεν είναι τοπικά διαχειριζόμενη).
Μεταγράψτε τη διεύθυνση 00-d0-63-56-78-90 έτσι ώστε να είναι ενεργοποιημένο (1) το M-bit (I/G).
(00)16 = 0000 0000. Το M-bit είναι το b0, δηλαδή το λιγότερο σημαντικό ψηφίο της πρώτης οκτάδας, και τώρα είναι 0.
Βήμα 2 — Θέτουμε b0 = 10000 0000 → 0000 0001
Βήμα 3 — Επιστροφή στο δεκαεξαδικό0000 = 0 και 0001 = 1, άρα η νέα πρώτη οκτάδα είναι το 01. Οι υπόλοιπες πέντε οκτάδες μένουν αμετάβλητες.
Η δομή του πλαισίου Ethernet
Οι κόμβοι ενός δικτύου Ethernet ανταλλάσσουν δεδομένα-πληροφορίες τις οποίες ενθυλακώνουν σε πακέτα τα οποία ονομάζονται πλαίσια. Στην επικεφαλίδα του πλαισίου τοποθετούνται διαχειριστικές πληροφορίες από τις οποίες οι σημαντικότερες είναι οι διευθύνσεις αποστολέα (προέλευσης) και παραλήπτη (προορισμού).
0x55
0xD5
MAC
MAC
CRC-32
| Πεδίο | Μήκος | Ρόλος |
|---|---|---|
| Προοίμιο (Preamble) | 7 οκτάδες | Εναλλασσόμενοι άσοι και μηδενικά (0x55), για να διευκολυνθεί ο δέκτης ώστε να συγχρονιστεί με τον πομπό. |
| SFD (Start Frame Delimiter) | 1 οκτάδα | Η οκτάδα 0xD5 που σηματοδοτεί την έναρξη του πλαισίου. |
| Διεύθυνση προορισμού | 6 οκτάδες | Μπαίνει πρώτη ώστε να ενεργοποιηθεί έγκαιρα ο παραλήπτης. |
| Διεύθυνση προέλευσης | 6 οκτάδες | Η MAC του αποστολέα. |
| Τύπος / Μήκος δεδομένων | 2 οκτάδες | Προσδιορίζει το είδος των δεδομένων ή ποιο πρωτόκολλο ανωτέρου επιπέδου αφορούν. Αν έχει τιμή μικρότερη ή ίση του 1500 (0x5DC), τότε δηλώνει το μήκος των δεδομένων. |
| Δεδομένα (ωφέλιμο φορτίο) | 46 - 1500 οκτάδες | Το μεταφερόμενο πακέτο ανωτέρου επιπέδου. |
| FCS (Frame Check Sequence) | 4 οκτάδες | Σύμφωνα με τον αλγόριθμο CRC-32, ώστε να είναι εφικτό να αναγνωριστεί από τον παραλήπτη οποιοδήποτε σφάλμα συμβεί κατά τη μετάδοση. |
Μετά το τέλος του πλαισίου ακολουθεί μια παύση διάρκειας 96 bit ώστε να επιτραπεί στα κυκλώματα του δέκτη να επεξεργαστούν το ληφθέν πλαίσιο και να είναι αυτός έτοιμος για τη λήψη επόμενου πλαισίου. Αυτό λέγεται InterPacketGap (IPG).
Το μήκος των δεδομένων του ωφέλιμου φορτίου του πλαισίου μπορεί να φτάσει από 46 μέχρι 1500 οκτάδες και ονομάζεται Μέγιστη μονάδα εκπομπής MTU (Maximum Transmission Unit).
Είναι απαίτηση του προτύπου το συνολικό μέγεθος του πλαισίου να μην είναι μικρότερο των 64 οκτάδων (18 επικεφαλίδα και 46 φορτίο). Αν συμβαίνει να είναι μικρότερο τότε συμπληρώνεται συνήθως με μηδενικά (padding) για να φτάσει στο ελάχιστο μήκος.
Ποιο είναι το ελάχιστο και ποιο το μέγιστο μέγεθος ενός πλαισίου Ethernet (χωρίς προοίμιο και SFD) και πώς προκύπτουν;
Διεύθυνση προορισμού 6 + διεύθυνση προέλευσης 6 + Τύπος/Μήκος 2 = 14 byte. Μαζί με το FCS των 4 byte, η «διαχειριστική» επιβάρυνση είναι 14 + 4 = 18 byte.
Βήμα 2 — Ελάχιστο μέγεθοςΕλάχιστο φορτίο 46 byte: 18 + 46 = 64 byte. Είναι η απαίτηση του προτύπου· αν το φορτίο είναι μικρότερο, συμπληρώνεται με μηδενικά (padding).
Βήμα 3 — Μέγιστο μέγεθοςΜέγιστο φορτίο (MTU) 1500 byte: 18 + 1500 = 1518 byte.
MAC = 48 bit = 6 οκτάδες, σε δεκαεξαδικό· 24 bit OUI (από το IEEE) + 24 bit του κατασκευαστή.
M-bit (I/G): 1 = πολυδιανομής. X-bit (U/L): 1 = τοπικά διαχειριζόμενη.
ff-ff-ff-ff-ff-ff = διεύθυνση εκπομπής.
Πλαίσιο: Preamble 7 · SFD 1 · Προορισμού 6 · Προέλευσης 6 · Τύπος/Μήκος 2 · Δεδομένα 46-1500 · FCS 4 (CRC-32).
MTU = 1500, ελάχιστο πλαίσιο 64 byte, IPG = 96 bit.
2.5 Ασύρματα Δίκτυα
Ένα ασύρματο δίκτυο είναι ένα δίκτυο το οποίο δεν χρησιμοποιεί καλώδια για τις συνδέσεις των διαφόρων συσκευών που δικτυώνονται σε αυτό. Αντί του καλωδίου χρησιμοποιείται η μετάδοση ειδικά διαμορφωμένων οπτικών, υπέρυθρων ή ακόμα και ραδιοκυματικών σημάτων μέσω του αέρα.
Κυψελοειδή δίκτυα
Σήμερα τα ασύρματα δίκτυα με τη μεγαλύτερη εξάπλωση και εφαρμογή είναι τα κυψελοειδή, καθώς πολλά από τα ασύρματα συστήματα μπορούν να καταταχθούν ως ιδιαίτερες εφαρμογές ή απλές γενικεύσεις των κυψελοειδών δικτύων.
Κάθε δίκτυο καλύπτει μια περιοχή που ονομάζεται κυψέλη (cell) χρησιμοποιώντας ένα σταθμό βάσης (Base Station) και πολλούς ασύρματους χρήστες-δέκτες. Αντίστοιχα, κάθε κυψέλη καλύπτει με ασύρματο σήμα μια περίπου εξαγωνική ή κυκλική περιοχή και πολλές κυψέλες μαζί καλύπτουν μεγάλες εκτάσεις με ασύρματο σήμα.
Προϋπόθεση για τη σύνδεση των μεταξύ τους συσκευών είναι να έχουν εξοπλιστεί με το κατάλληλο υλικό διεπαφής που επιτρέπει τη σύνδεσή τους μέσω ασύρματης τεχνολογίας.
Ασύρματο τοπικό δίκτυο (WLAN)
Τα ασύρματα τοπικά δίκτυα (WLAN, Wireless Local Area Network) είναι τα δίκτυα που επιτρέπουν σε ένα χρήστη κινητής συσκευής, όπως είναι ένας φορητός υπολογιστής, ένα έξυπνο τηλέφωνο ή ένα tablet, να συνδέονται σε ένα τοπικό δίκτυο (LAN) μέσω μιας ασύρματης σύνδεσης που χρησιμοποιεί υψηλής συχνότητας ραδιοκύματα.
Τα σημεία πρόσβασης συνδέονται ενσύρματα με έναν μεταγωγέα (switch) και στη συνέχεια με το ενσύρματο τοπικό δίκτυο (LAN). Με αυτόν τον τρόπο δίνεται η δυνατότητα επέκτασης του τοπικού δικτύου και παροχής δικτυακών υπηρεσιών σε μεγαλύτερο αριθμό συσκευών.
Πρωτόκολλο IEEE 802.11
Το πρωτόκολλο που υλοποιεί τα ασύρματα τοπικά δίκτυα είναι το IEEE 802.11. Το πρωτόκολλο IEEE 802.11 διαιρείται σε μια ομάδα προτύπων ασύρματης δικτύωσης (εκδόσεις «a» έως «n»), τα οποία αποτελούν τα επικρατέστερα πρότυπα αυτής παγκοσμίως.
Στο πρωτόκολλο αυτό περιγράφονται τα δύο κατώτερα επίπεδα του OSI, δηλαδή το φυσικό επίπεδο και το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων, επιτρέποντας τη συνεργασία των συσκευών και εφαρμογών που ακολουθούν το πρότυπο αυτό.
Χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο Ethernet και το CSMA/CA (carrier sense multiple access with collision avoidance) για διαμοιρασμό του καναλιού, και για κρυπτογράφηση τους αλγορίθμους WEP, WPA και WPA2.
Κλασική παγίδα: στα ενσύρματα Ethernet (802.3) η μέθοδος είναι CSMA/CD — με ανίχνευση σύγκρουσης. Στα ασύρματα (802.11) είναι CSMA/CA — με αποφυγή σύγκρουσης.
| Πρότυπο IEEE | Μέγιστος ρυθμός μετάδοσης | Συχνότητες |
|---|---|---|
| 802.11 | 1 Mbps / 2 Mbps | 2.4 GHz |
| 802.11a | 11 Mbps | 5 GHz |
| 802.11b | 5.5 Mbps / 11 Mbps | 2.4 GHz |
| 802.11g | 54 Mbps | 2.4 GHz |
| 802.11n | 600 Mbps | 2.4 GHz & 5 GHz |
Ασύρματο Σημείο Πρόσβασης (Access Point)
Ένα Ασύρματο Σημείο Πρόσβασης (Access Point, AP) είναι μια συσκευή που αναλαμβάνει τη λειτουργία της ραδιοεπικοινωνίας με τους ασύρματους σταθμούς σε μια κυψέλη. Η συσκευή αυτή μπορεί να είναι εξωτερική συνδεόμενη ενσύρματα με ένα δρομολογητή, εσωτερική μονάδα σε ένα δρομολογητή ή υλοποιείται με χρήση λογισμικού και μιας κάρτας PCI σε ένα Η/Υ.
Το σημείο πρόσβασης λειτουργεί σαν σταθμός βάσης, συγκεντρώνοντας την κίνηση από τους ασύρματους σταθμούς και κατευθύνοντάς την προς το υπόλοιπο δίκτυο. Άλλες λειτουργίες που αναλαμβάνει είναι η αυθεντικοποίηση ενός καινούργιου σταθμού που ζητά πρόσβαση στο ασύρματο δίκτυο και η συσχέτιση μαζί του.
Οι τοπολογίες 2.5.1 και 2.5.2 — σύντομα
Η εξεταστέα ύλη αναφέρει «2.5 Ασύρματα Δίκτυα» χωρίς να απαριθμεί υποενότητες, ενώ αλλού (π.χ. στο 3.1) τις απαριθμεί μία προς μία. Επειδή η διατύπωση σηκώνει και τις δύο αναγνώσεις, να τι λέει το βιβλίο για τις δύο τοπολογίες, σε δυο γραμμές:
Ad-Hoc (2.5.1): «Ένα ασύρματο ad hoc δίκτυο (αυτοοργανωμένο ή κατ' απαίτηση) είναι ένας αποκεντρωμένος τύπος ασύρματου δικτύου και δεν βασίζεται σε κάποια προϋπάρχουσα υποδομή, όπως είναι η χρήση ασύρματων σημείων πρόσβασης (AP)». Κάθε κόμβος λαμβάνει μέρος στη δρομολόγηση προωθώντας τα δεδομένα προς τους άλλους κόμβους, δυναμικά.
Υποδομής / Infrastructure (2.5.2): οι ασύρματοι σταθμοί επικοινωνούν μέσω σημείου πρόσβασης (AP), το οποίο συνδέει το ασύρματο με το ενσύρματο τοπικό δίκτυο — η τοπολογία που περιγράφεται και στην παράγραφο για τα WLAN παραπάνω.
Ασύρματο δίκτυο: χωρίς καλώδια — οπτικά, υπέρυθρα ή ραδιοκυματικά σήματα μέσω του αέρα.
Κυψέλη: η περιοχή που καλύπτει ένας σταθμός βάσης.
802.11: περιγράφει τα δύο κατώτερα επίπεδα του OSI, χρησιμοποιεί CSMA/CA, κρυπτογράφηση WEP/WPA/WPA2.
Το AP κάνει ραδιοεπικοινωνία, αυθεντικοποίηση και συσχέτιση των σταθμών.
Quiz - Αξιολόγηση Κεφαλαίου 2
Οι προτάσεις Σωστού/Λάθους του Θέματος Α1 από τα πανελλαδικά θέματα 2017-2026 που ανήκουν σε αυτό το κεφάλαιο.
Κουίζ Ολοκληρώθηκε!
Βαθμολογία: 0/12
3.1 Διευθυνσιοδότηση Internet Protocol έκδοση 4 (IPv4)
Ο ρόλος του επιπέδου Δικτύου
Το επίπεδο Δικτύου (Network layer) στο μοντέλο OSI ή το αντίστοιχο Διαδικτύου του TCP/IP παρέχει τη λογική διευθυνσιοδότηση για όλα τα διασυνδεδεμένα μεταξύ τους δίκτυα. Φροντίζει για την εύρεση της κατάλληλης διαδρομής και παράδοση του πακέτου δεδομένων στον τελικό κόμβο, έργο το οποίο χαρακτηρίζεται ως δρομολόγηση (routing).
Στην προσπάθεια αυτή το πακέτο μπορεί να χρειαστεί να διασπαστεί σε διάφορα τμήματα τα οποία μπορεί να φτάσουν από άλλες διαδρομές και με διαφορετική σειρά· όμως το επίπεδο δικτύου θα τα επανασυνθέσει και θα αναφέρει οποιαδήποτε προβλήματα παράδοσης προκύψουν.
Το επίπεδο Διαδικτύου στο μοντέλο TCP/IP έχει ως βασικό πρωτόκολλο το πρωτόκολλο Διαδικτύου (Internet Protocol - IP) το οποίο παρέχει υπηρεσίες αποκλειστικά χωρίς σύνδεση. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιεί αυτοδύναμα πακέτα IP τα οποία ονομάζονται datagram (= data + telegram).
Τα άλλα πρωτόκολλα του επιπέδου
ICMP
Πρωτόκολλο μηνυμάτων ελέγχου Διαδικτύου (Internet Control Message Protocol). Χρησιμοποιείται κυρίως για την αναφορά σφαλμάτων, μετάδοση ερωτημάτων και αναμετάδοση (relaying) διαγνωστικών μηνυμάτων. Εξαίρεση αποτελούν οι εντολές ping και traceroute.
IGMP
Πρωτόκολλο διαχείρισης ομάδων Διαδικτύου (Internet Group Management Protocol).
Τα πρωτόκολλα ICMP και IGMP συνήθως δε χρησιμοποιούνται από τους χρήστες και τις εφαρμογές τους, αλλά από δικτυακές συσκευές και λογισμικό συστημάτων.
Δύο ή περισσότερα ανεξάρτητα δίκτυα διασυνδεδεμένα μεταξύ τους ώστε να λειτουργούν ως ένα μεγάλο δίκτυο συνθέτουν ένα Διαδίκτυο (internet - με το i μικρό/πεζό).
Σε ένα δίκτυο υπολογιστών, για να μπορέσει η πληροφορία να φτάσει στον υπολογιστή προορισμού με τη μορφή πακέτων δεδομένων, θα πρέπει οι υπολογιστές να προσδιορίζονται με μοναδικό τρόπο με κάποιο σχήμα διευθυνσιοδότησης — όπως οι κατοικίες σε μια πόλη εντοπίζονται από τον αριθμό, την οδό και τον ταχυδρομικό κώδικα.
Το επίπεδο Δικτύου παρέχει τη λογική διευθυνσιοδότηση και τη δρομολόγηση.
Το IP παρέχει υπηρεσίες αποκλειστικά χωρίς σύνδεση, με datagram.
Στο ίδιο επίπεδο λειτουργούν και τα ICMP και IGMP.
3.1.1 Διευθύνσεις IPv4
Το πρωτόκολλο IP ορίζει ότι οι υπολογιστές που συμμετέχουν σε ένα δίκτυο, χρησιμοποιώντας το συγκεκριμένο πρωτόκολλο (την έκδοση 4 - IPv4), αναγνωρίζονται με μοναδικό τρόπο από έναν 32μπιτο δυαδικό αριθμό, την διεύθυνση IP (IP Address).
Ένας τέτοιος αριθμός είναι π.χ. ο 11000000 10101000 00000001 00010010.
Στην πραγματικότητα ένας υπολογιστής μπορεί να έχει περισσότερες διευθύνσεις, μια διαφορετική για κάθε διαφορετικό δίκτυο στο οποίο είναι συνδεδεμένος — όπως μια γωνιακή οικία που έχει πρόσοψη σε δυο δρόμους. Διεύθυνση IP έχει κάθε δικτυακή διεπαφή (Network Interface) ενός υπολογιστή· έτσι ένας υπολογιστής με δυο κάρτες δικτύου μπορεί να έχει δυο διευθύνσεις.
Διεύθυνση που προσδιορίζει μια δικτυακή διασύνδεση (έναν υπολογιστή) χαρακτηρίζεται αποκλειστικής διανομής (unicast).
Τρόπος γραφής μιας διεύθυνσης IPv4
Επειδή ένας αριθμός σε δυαδική μορφή είναι δυσκολομνημόνευτος, έχει επικρατήσει να αναγράφεται ως εξής — τα ψηφία του:
- ομαδοποιούνται σε τέσσερα τμήματα του ενός byte και
- αναγράφονται τα αντίστοιχα δεκαδικά τους ισοδύναμα,
- διαχωριζόμενα από τα διπλανά τους με τελείες.
Σύμφωνα με αυτόν τον τρόπο γραφής μια διεύθυνση IP για να είναι σωστή θα πρέπει:
- να αποτελείται από τέσσερις δεκαδικούς αριθμούς διαχωρισμένους με τελείες
- κάθε αριθμός να είναι μεταξύ του μηδενός 0 και του 255 (αφού αυτές είναι οι τιμές που μπορεί να πάρει ένας οκταψήφιος δυαδικός αριθμός – byte, από 0 έως 28-1)
Από τις παρακάτω διευθύνσεις IP σημειώστε ποιες είναι σωστές και ποιες λάθος. Για τις λάθος, αιτιολογήστε γιατί: (α) 192.168.1.12 · (β) 10.0.0.12.3 · (γ) 172.16.257.3 · (δ) 10.146.0.1 · (ε) 194.219.227.3 · (στ) 127.270.0.1 · (ζ) 192.268.1.1 · (η) 192.168.12.7.1
Ελέγχουμε πάντα δύο πράγματα: (1) ακριβώς τέσσερα τμήματα χωρισμένα με τελείες, (2) κάθε τμήμα από 0 έως 255.
| Α/Α | Διεύθυνση | Σωστή / Λάθος | Γιατί; |
|---|---|---|---|
| α | 192.168.1.12 | ΣΩΣΤΗ | Τέσσερα τμήματα, όλα στο [0, 255] |
| β | 10.0.0.12.3 | ΛΑΘΟΣ | Έχει περισσότερα από τέσσερα τμήματα |
| γ | 172.16.257.3 | ΛΑΘΟΣ | Ένα τμήμα (257) είναι έξω από τα όρια 0 έως 255 |
| δ | 10.146.0.1 | ΣΩΣΤΗ | Τέσσερα τμήματα, όλα στο [0, 255] |
| ε | 194.219.227.3 | ΣΩΣΤΗ | Τέσσερα τμήματα, όλα στο [0, 255] |
| στ | 127.270.0.1 | ΛΑΘΟΣ | Το 270 είναι έξω από τα όρια 0 έως 255 |
| ζ | 192.268.1.1 | ΛΑΘΟΣ | Το 268 είναι έξω από τα όρια 0 έως 255 |
| η | 192.168.12.7.1 | ΛΑΘΟΣ | Έχει πέντε τμήματα αντί για τέσσερα |
Μετατροπή δυαδικού σε δεκαδικό (8 bit)
Η αξία του ψηφίου είναι ίση με τη βάση του συστήματος αρίθμησης (2 για το δυαδικό) υψωμένη σε δύναμη με εκθέτη τη θέση του ψηφίου (η αρίθμηση ξεκινά από τα δεξιά και την τιμή 0, προς τα αριστερά). Έτσι για το 5ο ψηφίο b5, η αξία είναι 25 = 32.
Αθροίζοντας τις αξίες των άσσων: 128 + 32 + 8 = 168. Δηλαδή (10101000)2 = (168)10.
Άλλα παραδείγματα: (1100 0000)2 = 128+64 = (192)10 · (1001 0010)2 = 128+16+2 = (146)10
Μετατροπή δεκαδικού σε δυαδικό (8 bit)
Να μετατραπεί ο δεκαδικός 205 σε δυαδικό των 8 bit, με τη μέθοδο των διαδοχικών αφαιρέσεων του βιβλίου.
Ξεκινάμε από τη μεγαλύτερη αξία ψηφίου (128) και προς τα δεξιά. Κάθε φορά ελέγχουμε αν αφαιρείται· αν ναι, γράφουμε 1 και κρατάμε το υπόλοιπο, αν όχι, γράφουμε 0.
| Βήμα | Αξία | Αφαιρείται; | Πράξη | Ψηφίο |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 128 (b7) | Ναι | 205 - 128 = 77 | 1 |
| 2 | 64 (b6) | Ναι | 77 - 64 = 13 | 1 |
| 3 | 32 (b5) | Όχι | — | 0 |
| 4 | 16 (b4) | Όχι | — | 0 |
| 5 | 8 (b3) | Ναι | 13 - 8 = 5 | 1 |
| 6 | 4 (b2) | Ναι | 5 - 4 = 1 | 1 |
| 7 | 2 (b1) | Όχι | — | 0 |
| 8 | 1 (b0) | Ναι | 1 - 1 = 0 | 1 |
1. Όταν έχουμε από δεξιά προς τα αριστερά συνεχόμενους άσους, ο αριθμός ισούται με την αξία του επόμενου προς τα αριστερά ψηφίου μείον ένα.
Π.χ. (00011111)2 = 32 - 1 = (31)10 — και επιβεβαιώνεται: 16+8+4+2+1 = 31.
2. Όταν έχουμε περισσότερους άσους από μηδενικά, συμφέρει να αθροίσουμε τις αξίες των θέσεων των μηδενικών και να την αφαιρέσουμε από το 255.
Π.χ. (11010111)2 = 255 - (32+8) = 255 - 40 = (215)10 — και επιβεβαιώνεται: 128+64+16+4+2+1 = 215.
Η IPv4 είναι 32μπιτος δυαδικός αριθμός, γραμμένος σε δεκαδική σημειογραφία με τελείες.
Έγκυρη = 4 τμήματα, κάθε ένα από 0 έως 255.
Διεύθυνση IP έχει κάθε δικτυακή διεπαφή, όχι κάθε υπολογιστής.
3.1.2 Κλάσεις (τάξεις) δικτύων - διευθύνσεων
Τα δύο τμήματα μιας διεύθυνσης
Κάθε διεύθυνση IP αποτελείται από δυο τμήματα. Το πρώτο τμήμα είναι αναγνωριστικό του δικτύου (Network ID) ή πρόθεμα (prefix) στο οποίο ανήκει ο υπολογιστής και το δεύτερο το αναγνωριστικό του υπολογιστή (Host ID) ή επίθεμα (suffix) μέσα στο συγκεκριμένο δίκτυο.
Το αναγνωριστικό του δικτύου είναι σαν την οδό στην οποία βρίσκεται μια οικία, ενώ το αναγνωριστικό του υπολογιστή σαν τον αριθμό επί της οδού που βρίσκεται η οικία.
Για παράδειγμα στη διεύθυνση 192.168.1.12, οι τρεις πρώτοι αριθμοί 192.168.1 προσδιορίζουν το δίκτυο 192.168.1.0 και ο τελευταίος (12) τον υπολογιστή Νο 12 του συγκεκριμένου δικτύου.
Τα δυο αυτά τμήματα διαφοροποιούνται ανάλογα με το μέγεθος του δικτύου. Αν το Host ID έχει εύρος 8 bit, το δίκτυο μπορεί να έχει μέχρι 28 = 256 διευθύνσεις, κι αν εξαιρέσουμε τις τιμές 0 και 255 (η 0 προσδιορίζει τη διεύθυνση του δικτύου και η 255 τη διεύθυνση εκπομπής), απομένουν οι τιμές 1 έως 254, δηλαδή 254 υπολογιστές. Με 16 bit για το Host ID έχουμε 216 = 65536 − 2 = 65534 υπολογιστές. Ανάλογα μειώνεται το μήκος του Net ID, ώστε συνολικά να είναι 32 bit.
Οι τάξεις (κλάσεις) των δικτύων
| Τάξη | 1η οκτάδα (δυαδικά) | Δεκαδικό εύρος 1ης οκτάδας | Net ID / Host ID | Πλήθος δικτύων | Υπολογιστές ανά δίκτυο |
|---|---|---|---|---|---|
| A | 0xxx xxxx | 1 – 127 | 8 bit / 24 bit | 126 (27−2) | 16.777.214 (224−2) |
| B | 10xx xxxx | 128 – 191 | 16 bit / 16 bit | 16.384 (214) | 65.534 (216−2) |
| C | 110x xxxx | 192 – 223 | 24 bit / 8 bit | 2.097.152 (221) | 254 (28−2) |
| D | 1110 xxxx | 224 – 239 | Πολυδιανομή (multicast) — ειδική χρήση | ||
| E | 1111 0xxx | 240 – 247 | Δεσμευμένη / πειραματική χρήση | ||
Προσοχή: «Από τις παραπάνω τάξεις, μόνο οι A, B και C χρησιμοποιούνται για την απόδοση διευθύνσεων σε υπολογιστές δικτύων για κανονική χρήση. Οι D και E έχουν ειδικές χρήσεις.»
Το κριτήριο για τον προσδιορισμό της τάξης δικτύου στην οποία ανήκει μια διεύθυνση IP είναι η μορφή της πρώτης οκτάδας της διεύθυνσης στο δυαδικό της ισοδύναμο. Για λόγους ευκολίας χρησιμοποιούμε το δεκαδικό ισοδύναμο: 1-127, 128-191, 192-223, 224-239, 240-247.
Να βρεθεί η τάξη των δικτύων στα οποία ανήκουν οι διευθύνσεις: 192.168.1.12 · 10.146.0.1 · 172.16.32.253 · 127.0.0.1 · 194.219.227.1 · 155.54.12.17 · 122.122.11.53 · 223.54.136.133
Κοιτάμε μόνο την πρώτη οκτάδα και βρίσκουμε σε ποιο διάστημα ανήκει.
| Διεύθυνση IP | Τάξη | Γιατί; | Προκαθορισμένη μάσκα |
|---|---|---|---|
| 192.168.1.12 | C | το 192 ανήκει στο διάστημα 192 .. 223 | 255.255.255.0 (/24) |
| 10.146.0.1 | A | το 10 ανήκει στο διάστημα 1 .. 127 | 255.0.0.0 (/8) |
| 172.16.32.253 | B | το 172 ανήκει στο διάστημα 128 .. 191 | 255.255.0.0 (/16) |
| 127.0.0.1 | A | το 127 ανήκει στο διάστημα 1 .. 127 | 255.0.0.0 (/8) |
| 194.219.227.1 | C | το 194 ανήκει στο διάστημα 192 .. 223 | 255.255.255.0 (/24) |
| 155.54.12.17 | B | το 155 ανήκει στο διάστημα 128 .. 191 | 255.255.0.0 (/16) |
| 122.122.11.53 | A | το 122 ανήκει στο διάστημα 1 .. 127 | 255.0.0.0 (/8) |
| 223.54.136.133 | C | το 223 ανήκει στο διάστημα 192 .. 223 | 255.255.255.0 (/24) |
Διαχείριση και απόδοση διευθύνσεων IP
Οι διευθύνσεις IP είναι μοναδικές στον κόσμο και διαχειρίζονται από κεντρικό φορέα διαχείρισης (IANA/ICANN) ο οποίος μεταβιβάζει αρμοδιότητες διαχείρισης σε περιφερειακούς καταχωρητές (RIR – Regional Internet Registry) και μέσω αυτών σε τοπικούς (LIR – Local Internet Registry) ή εθνικούς καταχωρητές (NIR – National Internet Registry).
Για την Ευρώπη, Μέση Ανατολή και Κεντρική Ασία περιφερειακός καταχωρητής Internet είναι το RIPE NCC.
Οι τελικοί απλοί ή και εταιρικοί χρήστες απευθύνονται στον πάροχο υπηρεσιών Διαδικτύου (ISP), ο οποίος τους παρέχει πρόσβαση στο Διαδίκτυο μαζί με τις απαιτούμενες διευθύνσεις IP — διαφορετικές κάθε φορά (δυναμικές) ή τις ίδιες πάντα (στατικές) — και κατά κανόνα είναι και τοπικός καταχωρητής.
Ιδιωτικές διευθύνσεις IP
Για την υλοποίηση ιδιωτικών δικτύων, οι υπολογιστές των οποίων δεν έχουν άμεση πρόσβαση στο Διαδίκτυο, δεν είναι ανάγκη ο διαχειριστής να ζητήσει επίσημες διευθύνσεις IP. Έχουν προβλεφθεί περιοχές διευθύνσεων και των τριών τάξεων, που περιγράφονται στο RFC1918:
| Τάξη | Από | Έως | Μορφή CIDR |
|---|---|---|---|
| A | 10.0.0.0 | 10.255.255.255 | 10.0.0.0/8 |
| B | 172.16.0.0 | 172.31.255.255 | 172.16.0.0/12 |
| C | 192.168.0.0 | 192.168.255.255 | 192.168.0.0/16 |
Να το θυμάσαι: «Οι διευθύνσεις αυτές ΔΕΝ δρομολογούνται από τους δρομολογητές στο Διαδίκτυο.» Για την υλοποίηση ενός ιδιωτικού δικτύου IP, επιλέγονται διευθύνσεις ΜΟΝΟΝ από τον παραπάνω πίνακα και ανάλογα με το μέγεθος του δικτύου.
Κάθε IP = Net ID (πρόθεμα) + Host ID (επίθεμα), συνολικά 32 bit.
A: 1-127 (/8) · B: 128-191 (/16) · C: 192-223 (/24) · D: 224-239 multicast · E: 240-247 δεσμευμένη.
Ιδιωτικές: 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16 — δεν δρομολογούνται στο Διαδίκτυο.
3.1.3 Σπατάλη διευθύνσεων IP
Το πρόβλημα με ένα παράδειγμα
Έστω ότι ένας οργανισμός έχει 55 υπολογιστές και θέλει να τους συνδέσει σε δίκτυο χρησιμοποιώντας το TCP/IP. Για τη διευθυνσιοδότησή τους, του παραχωρείται ένα δίκτυο τάξης C, π.χ. το 194.219.227.0.
Το δίκτυο τάξης C μπορεί να έχει μέχρι και 254 υπολογιστές. Χρησιμοποιώντας την περιοχή από 194.219.227.1 έως 194.219.227.55 για τους υπολογιστές του, οι υπόλοιπες διευθύνσεις παραμένουν δεσμευμένες και ανεκμετάλλευτες.
Έστω ότι ο ίδιος οργανισμός έχει 250 περίπου υπολογιστές και εκμεταλλεύεται όλο το εύρος των διευθύνσεων που του αποδίδεται. Λόγω διεύρυνσης των δραστηριοτήτων του, έχει ανάγκη επιπλέον υπολογιστών, π.χ. συνολικά 300.
Ένα δίκτυο τάξης C δεν φτάνει (μέγιστο 254). Θα πρέπει να του αποδοθεί διεύθυνση δικτύου τάξης B, που χωράει 65.534 υπολογιστές.
Το γεγονός αυτό οδηγεί γρήγορα στην εξάντληση των διαθέσιμων διευθύνσεων IP (ειδικά τάξης B).
Πέρα από τη σπατάλη και εξάντληση των διαθέσιμων διευθύνσεων, ο τρόπος αυτός εμφανίζει και δυσχέρειες στη δρομολόγηση των πακέτων δεδομένων και τη διαχείριση των πινάκων δρομολόγησης.
Για να ξεπεραστούν τέτοιου είδους προβλήματα, γίνεται συστηματική και εξειδικευμένη χρήση της μάσκας δικτύου. Κάθε διεύθυνση IP συνοδεύεται από την μάσκα δικτύου, καταργώντας τις τάξεις διευθύνσεων και καθιερώνοντας τον αταξικό τρόπο δρομολόγησης (CIDR).
Η απόδοση ολόκληρων δικτύων τάξης οδηγεί σε σπατάλη και σε εξάντληση των διευθύνσεων IP (ειδικά τάξης B).
Δεύτερο πρόβλημα: δυσχέρειες στη δρομολόγηση και στη διαχείριση των πινάκων δρομολόγησης.
Η λύση: μάσκα δικτύου σε κάθε διεύθυνση → κατάργηση των τάξεων → αταξική δρομολόγηση (CIDR).
3.1.4 Μάσκα δικτύου
Η μάσκα δικτύου είναι ένας δυαδικός αριθμός 32 ψηφίων, ο οποίος συνοδεύει μια διεύθυνση IP και διευκρινίζει ποια ψηφία της διεύθυνσης ανήκουν στο αναγνωριστικό του δικτύου (Net ID - prefix) και ποια στο αναγνωριστικό του υπολογιστή (Host ID - suffix) μέσα στο συγκεκριμένο δίκτυο.
Η μάσκα έχει άσους (1) στις θέσεις που τα αντίστοιχα ψηφία της διεύθυνσης ανήκουν στο αναγνωριστικό του δικτύου και μηδενικά (0) στις θέσεις που τα αντίστοιχα ψηφία της διεύθυνσης ανήκουν στο αναγνωριστικό του υπολογιστή.
- Οι άσοι (1) βρίσκονται στο αριστερό μέρος,
- τα μηδενικά (0) στο δεξιό και
- δεν μπορεί να μπλέκονται μεταξύ τους άσοι και μηδενικά. Δηλαδή δε μπορεί ένας άσος να έχει στα αριστερά του μηδενικό ούτε ένα μηδενικό στα δεξιά του έναν άσο.
Η βασική πράξη: λογικό AND
Η πράξη του Λογικού ΚΑΙ (AND), ψηφίο προς ψηφίο (bitwise), μεταξύ της διεύθυνσης IP και της μάσκας δικτύου δίνει τη διεύθυνση του δικτύου στο οποίο ανήκει ο υπολογιστής με τη συγκεκριμένη διεύθυνση IP.
Υπενθύμιση για το AND: 1 AND 1 = 1, ενώ σε κάθε άλλη περίπτωση το αποτέλεσμα είναι 0. Πρακτικά: όπου η μάσκα έχει 1, το ψηφίο της διεύθυνσης μένει ως έχει· όπου έχει 0, το ψηφίο μηδενίζεται.
Προκαθορισμένες μάσκες δικτύων τάξης A, B, C
| Τάξη | 1η οκτάδα (δυαδικά) | Από | Έως | Μάσκα (δεκαδική με τελείες) | Μορφή CIDR |
|---|---|---|---|---|---|
| A | 0xxx xxxx | 0 | 127 | 255.0.0.0 | /8 |
| B | 10xx xxxx | 128 | 191 | 255.255.0.0 | /16 |
| C | 110x xxxx | 192 | 223 | 255.255.255.0 | /24 |
Εναλλακτικός τρόπος γραφής μιας μάσκας είναι η μορφή CIDR. Μετά τη διεύθυνση IP ακολουθεί πλάγια κάθετος και ένας αριθμός ο οποίος δηλώνει τους άσους της μάσκας ή αλλιώς τα ψηφία της διεύθυνσης που προσδιορίζουν το αναγνωριστικό δικτύου (prefix), π.χ. 192.168.1.12 / 24.
Υπολογίστε πόσους υπολογιστές μπορεί να έχει το δίκτυο στο οποίο ανήκει ο υπολογιστής 192.168.64.0/16 (μάσκα δικτύου 255.255.0.0).
Η μάσκα /16 έχει 16 άσους, άρα το Net ID είναι 16 bit. Επειδή συνολικά η διεύθυνση είναι 32 bit, για το Host ID μένουν 32 − 16 = 16 bit.
Βήμα 2 — Πόσες διευθύνσεις απαριθμούν 16 bit216 = 65.536 διευθύνσεις.
Βήμα 3 — Αφαιρούμε τις δύο ειδικέςΗ πρώτη είναι η διεύθυνση δικτύου και η τελευταία η διεύθυνση εκπομπής· δεν δίνονται σε υπολογιστές.
65.536 − 2 = 65.534
Η μάσκα είναι 32 bit: άσοι στο Net ID, μηδενικά στο Host ID, χωρίς να μπλέκονται.
IP AND Μάσκα = Διεύθυνση Δικτύου.
Πλήθος υπολογιστών = 2(πλήθος bit του Host ID) − 2.
Η μορφή CIDR (/n) δηλώνει το πλήθος των άσων της μάσκας.
3.1.5 Ειδικές διευθύνσεις
Προσδιορίζει το δίκτυο στο οποίο ανήκει μια διεύθυνση. Για μια δεδομένη διεύθυνση IP, η διεύθυνση δικτύου είναι ο αριθμός ο οποίος είναι ίδιος με τη διεύθυνση στο τμήμα που αντιπροσωπεύει το αναγνωριστικό δικτύου, ενώ στο τμήμα που προσδιορίζει τον υπολογιστή έχει μηδενικά (στο δυαδικό του ισοδύναμο). Πρόκειται για το αποτέλεσμα του λογικού AND μεταξύ της διεύθυνσης IP και της μάσκας δικτύου.
Παράδειγμα: για την 192.168.1.18 με μάσκα 255.255.255.0 (ή 192.168.1.18/24), η διεύθυνση δικτύου είναι 192.168.1.0.
Αφορά σε όλους τους υπολογιστές που ανήκουν στο ίδιο δίκτυο. Πακέτο με διεύθυνση προορισμού τη διεύθυνση εκπομπής λαμβάνεται από όλους τους υπολογιστές που ανήκουν στο ίδιο δίκτυο ή υποδίκτυο, όπως αυτό προσδιορίζεται από την αντίστοιχη μάσκα. Για μια δεδομένη διεύθυνση IP, η διεύθυνση εκπομπής είναι ο αριθμός ο οποίος είναι ίδιος με τη διεύθυνση στο τμήμα που αντιπροσωπεύει το αναγνωριστικό δικτύου, ενώ στο τμήμα που προσδιορίζει τον υπολογιστή έχει άσους (στο δυαδικό του ισοδύναμο).
Παράδειγμα: για την 192.168.1.18 με μάσκα 255.255.255.0, η διεύθυνση εκπομπής είναι 192.168.1.255.
Διευθύνσεις κλάσης D οι οποίες προσδιορίζουν μια ομάδα υπολογιστών/κόμβων. Για παράδειγμα στη διεύθυνση 224.0.0.2 «ακούνε» όλοι οι δρομολογητές του υποδικτύου.
Αναφέρεται στον ίδιο τον τοπικό υπολογιστή. Ένας υπολογιστής, ακόμη κι αν δεν έχει καμιά δικτυακή διασύνδεση, στέλνοντας πακέτα με προορισμό (destination) τη διεύθυνση 127.0.0.1 (ή και οποιαδήποτε άλλη διεύθυνση του δικτύου 127.0.0.0/8) αυτά διεκπεραιώνονται πίσω (επανατροφοδοτούνται) στον ίδιο του τον εαυτό.
0.0.0.0/8 (Limited source)
Συναντάται μόνον ως διεύθυνση προέλευσης (source) και δηλώνει πακέτα από υπολογιστές του «ίδιου» του δικτύου στο οποίο ανήκει και ο συγκεκριμένος υπολογιστής, ενώ η 0.0.0.0/32 δηλώνει πακέτα του «ίδιου» του υπολογιστή.
169.254.0.0/16 (Link local)
Υπολογιστές ρυθμισμένοι να παίρνουν αυτόματες δικτυακές ρυθμίσεις από διακομιστή DHCP, όταν δεν λάβουν απόκριση — είτε επειδή δεν υπάρχει τέτοιος διακομιστής είτε επειδή υπάρχει κάποιο άλλο πρόβλημα — παίρνουν μια τυχαία διεύθυνση από αυτήν την περιοχή.
Τύποι διευθύνσεων IPv4
| Διεύθυνση IP υπολογιστή (Host) | Τι προσδιορίζει | Παράδειγμα |
|---|---|---|
| αποκλειστικής διανομής (unicast) | προσδιορίζει έναν (1) υπολογιστή - host (μια διασύνδεση) | 192.168.1.3 |
| πολυδιανομής (multicast) | προσδιορίζει ομάδα (group) υπολογιστών | 224.0.0.2 |
| εκπομπής ή ακρόασης (broadcast) | προσδιορίζει όλους τους υπολογιστές ενός δικτύου ή υποδικτύου | 192.168.1.255 |
Για τον υπολογιστή με διεύθυνση IP 192.168.1.18 να δώσετε: 1) την κλάση-τάξη δικτύου, 2) την προκαθορισμένη μάσκα δικτύου, 3) τη διεύθυνση δικτύου και τη διεύθυνση εκπομπής, 4) την περιοχή διευθύνσεων που ανήκουν στο ίδιο δίκτυο και τον συνολικό αριθμό υπολογιστών.
Η πρώτη οκτάδα είναι το 192, που ανήκει στο διάστημα 192 .. 223 → τάξη C.
2) Προκαθορισμένη μάσκαΓια τάξη C: 255.255.255.0 ή /24. Άρα Net ID = 24 bit, Host ID = 8 bit.
3) Διεύθυνση δικτύου και εκπομπήςΣτο Host ID βάζουμε μηδενικά για τη διεύθυνση δικτύου και άσους για τη διεύθυνση εκπομπής.
4) Περιοχή διευθύνσεων και πλήθος υπολογιστώνΟι διευθύνσεις υπολογιστών είναι όλες όσες μένουν ανάμεσα στις δύο ειδικές: από 192.168.1.1 έως 192.168.1.254.
Πλήθος = 28 − 2 = 256 − 2 = 254 υπολογιστές.
Τα ίδια ερωτήματα για τον υπολογιστή με διεύθυνση IP 172.16.1.18.
Η πρώτη οκτάδα είναι το 172, που ανήκει στο διάστημα 128 .. 191 → τάξη B.
2) Προκαθορισμένη μάσκαΓια τάξη B: 255.255.0.0 ή /16. Net ID = 16 bit (οι δύο πρώτες οκτάδες), Host ID = 16 bit (οι δύο τελευταίες).
3) Διεύθυνση δικτύου και εκπομπήςΜηδενίζουμε τις δύο τελευταίες οκτάδες για το δίκτυο και τις γεμίζουμε με άσους (255) για την εκπομπή:
Διεύθυνση δικτύου: 172.16.0.0 — Διεύθυνση εκπομπής: 172.16.255.255
4) Περιοχή διευθύνσεων και πλήθος υπολογιστώνΑπό 172.16.0.1 έως 172.16.255.254. Πλήθος = 216 − 2 = 65.536 − 2 = 65.534 υπολογιστές.
Διεύθυνση δικτύου: Host ID όλο μηδενικά (= IP AND μάσκα).
Διεύθυνση εκπομπής: Host ID όλο άσους.
127.0.0.1 = loopback · 224.x.x.x = multicast (κλάση D) · 169.254.0.0/16 = όταν αποτύχει το DHCP.
3.1.6 Υποδικτύωση
Γιατί χωρίζουμε ένα δίκτυο
- Οικονομία διευθύνσεων IP. Π.χ. ένα δίκτυο τάξης B το οποίο μπορεί να έχει 65534 υπολογιστές θα μπορούσε να χωριστεί σε 8 υποδίκτυα και να μοιραστεί σε ισάριθμες εταιρείες, εφόσον καμιά απ' αυτές δεν πρόκειται να χρειαστεί δίκτυο με παραπάνω από 8190 υπολογιστές.
- Διαχειριστικοί λόγοι. Ένα δίκτυο τάξης C, μιας εταιρείας, χωρίζεται σε υποδίκτυα με βάση την οργανωτική δομή της εταιρείας. Ένα υποδίκτυο για το Τμήμα Πωλήσεων, άλλο για το Λογιστήριο και το Τμήμα Προσωπικού και άλλο για το Τεχνικό Τμήμα.
Τα δύο βήματα της υποδικτύωσης
- Με βάση την απαίτηση για n υποδίκτυα ή m υπολογιστές ανά υποδίκτυο, υπολογίζεται η νέα μάσκα δικτύου δεσμεύοντας δυαδικά ψηφία από το αναγνωριστικό του υπολογιστή (Host ID) και παραχωρώντας τα στο αναγνωριστικό δικτύου (Net ID).
- Υπολογίζονται οι περιοχές διευθύνσεων καθώς και οι διευθύνσεις (υπο-)δικτύου και εκπομπής για κάθε υποδίκτυο, από τις οποίες διευθυνσιοδοτούνται οι υπολογιστές του κάθε υποδικτύου.
Ο πίνακας που χρειάζεσαι σε κάθε άσκηση
| Ψηφία (bit) | Δύναμη | Αριθμήσιμα αντικείμενα |
|---|---|---|
| 1 | 21 | 2 |
| 2 | 22 | 4 |
| 3 | 23 | 8 |
| 4 | 24 | 16 |
| 5 | 25 | 32 |
| 6 | 26 | 64 |
| 7 | 27 | 128 |
| 8 | 28 | 256 |
Δίνεται η διεύθυνση δικτύου 192.168.3.0/24, δηλαδή με μάσκα δικτύου 255.255.255.0. Να χωριστεί το δίκτυο σε έξι τουλάχιστον υποδίκτυα και να δοθούν οι περιοχές διευθύνσεων καθώς και οι διευθύνσεις υποδικτύου και εκπομπής για κάθε υποδίκτυο. Πόσους υπολογιστές μπορεί να έχει το κάθε υποδίκτυο;
Η διεύθυνση στο δίκτυο 192.168.3.0/24 είναι της μορφής <Net_ID>,<Host_ID> με μήκη σε δυαδικά ψηφία 24, 8. Μετά την υποδικτύωση θα είναι <Net_ID>,<Subnet_ID>,<Host_ID> με Net_ID: 24 bit και Subnet_ID + Host_ID: 8 bit.
Εφόσον το Subnet_ID πρέπει να μπορεί να απαριθμήσει 6 υποδίκτυα: με 2 bit απαριθμούμε 22 = 4 (δεν αρκούν), με 3 bit απαριθμούμε 23 = 8 (αρκούν). Άρα Subnet_ID = 3 bit.
Βήμα 2 — Η νέα μάσκαΤα τρία σημαντικότερα ψηφία του αρχικού Host_ID γίνονται άσοι στη μάσκα. Το Host_ID απομένει 8 − 3 = 5 bit.
Η νέα μάσκα είναι η 255.255.255.224 και το δεδομένο δίκτυο γράφεται ως 192.168.3.0/27 (24 + 3 = 27 άσοι).
Βήμα 3 — Οι περιοχές των υποδικτύωνΤο «βήμα» από υποδίκτυο σε υποδίκτυο είναι 25 = 32 διευθύνσεις. Η στήλη Α/Α ταυτίζεται με την τιμή των ψηφίων του Subnet_ID (αρίθμηση από το 0).
| Α/Α | 4η οκτάδα (δυαδικά) | Διεύθυνση υποδικτύου | Περιοχή υπολογιστών | Διεύθυνση εκπομπής |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 000 00000 – 000 11111 | 192.168.3.0 | 192.168.3.1 – 192.168.3.30 | 192.168.3.31 |
| 1 | 001 00000 – 001 11111 | 192.168.3.32 | 192.168.3.33 – 192.168.3.62 | 192.168.3.63 |
| 2 | 010 00000 – 010 11111 | 192.168.3.64 | 192.168.3.65 – 192.168.3.94 | 192.168.3.95 |
| 3 | 011 00000 – 011 11111 | 192.168.3.96 | 192.168.3.97 – 192.168.3.126 | 192.168.3.127 |
| 4 | 100 00000 – 100 11111 | 192.168.3.128 | 192.168.3.129 – 192.168.3.158 | 192.168.3.159 |
| 5 | 101 00000 – 101 11111 | 192.168.3.160 | 192.168.3.161 – 192.168.3.190 | 192.168.3.191 |
| 6 | 110 00000 – 110 11111 | 192.168.3.192 | 192.168.3.193 – 192.168.3.222 | 192.168.3.223 |
| 7 | 111 00000 – 111 11111 | 192.168.3.224 | 192.168.3.225 – 192.168.3.254 | 192.168.3.255 |
Το Host_ID είναι 5 bit → 25 − 2 = 32 − 2 = 30 υπολογιστές ανά υποδίκτυο.
Παρατήρηση του βιβλίου: ανεξάρτητα με τον ζητούμενο αριθμό, ο συνολικός αριθμός των υποδικτύων είναι πάντα δύναμη του δύο (2n).
Ένα δίκτυο τάξης C έχει 254 διαθέσιμες διευθύνσεις. Υποδικτυωμένο σε 8 υποδίκτυα, μπορεί να έχει μέχρι 8 × 30 = 240 υπολογιστές, μια απώλεια συνολικά 14. Συνεπώς η υποδικτύωση έχει ως επακόλουθο τη μείωση των διαθέσιμων συνολικά διευθύνσεων, υπέρ της διαχείρισης ή της αποφυγής απώλειας περισσότερων διευθύνσεων.
Δίνεται η διεύθυνση δικτύου 192.168.17.0/24, δηλαδή με μάσκα 255.255.255.0. Να χωριστεί το δίκτυο σε υποδίκτυα των 50 τουλάχιστον υπολογιστών και να δοθούν οι περιοχές διευθύνσεων καθώς και οι διευθύνσεις υποδικτύου και εκπομπής για κάθε υποδίκτυο. Πόσα υποδίκτυα μπορεί να έχει συνολικά;
Ανατρέχοντας στον πίνακα, για να απαριθμηθούν 50 υπολογιστές απαιτούνται έξι (6) bit (26 = 64· με 5 bit έχουμε μόνο 32, δεν αρκούν).
Συνεπώς για το Subnet_ID διατίθενται 8 − 6 = 2 bit.
Βήμα 2 — Η νέα μάσκαΗ νέα μάσκα είναι η 255.255.255.192 και το δίκτυο γράφεται ως 192.168.17.0/26.
Βήμα 3 — Οι περιοχές των υποδικτύωνΒήμα από υποδίκτυο σε υποδίκτυο: 26 = 64 διευθύνσεις.
| Α/Α | 4η οκτάδα (δυαδικά) | Διεύθυνση υποδικτύου | Περιοχή υπολογιστών | Διεύθυνση εκπομπής |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 00 000000 – 00 111111 | 192.168.17.0 | 192.168.17.1 – 192.168.17.62 | 192.168.17.63 |
| 1 | 01 000000 – 01 111111 | 192.168.17.64 | 192.168.17.65 – 192.168.17.126 | 192.168.17.127 |
| 2 | 10 000000 – 10 111111 | 192.168.17.128 | 192.168.17.129 – 192.168.17.190 | 192.168.17.191 |
| 3 | 11 000000 – 11 111111 | 192.168.17.192 | 192.168.17.193 – 192.168.17.254 | 192.168.17.255 |
Subnet_ID 2 bit → 22 = 4 υποδίκτυα. Host_ID 6 bit → 26 − 2 = 62 υπολογιστές ανά υποδίκτυο (ικανοποιεί την απαίτηση για 50).
Σύγκριση: εδώ 4 × 62 = 248 υπολογιστές, απώλεια μόνο 6 έναντι των 14 του προηγούμενου παραδείγματος. Διαπιστώνεται ότι κατά την υποδικτύωση, όσο μικρότερος είναι ο αριθμός των υποδικτύων τόσο μικρότερη είναι η απώλεια σε διαθέσιμες διευθύνσεις.
Δίνεται η διεύθυνση δικτύου 172.25.0.0/16, δηλαδή με μάσκα 255.255.0.0. Να χωριστεί σε 24 τουλάχιστον υποδίκτυα και να δοθούν οι περιοχές διευθύνσεων και οι διευθύνσεις υποδικτύου και εκπομπής για τα τέσσερα (4) πρώτα υποδίκτυα. Πόσα υποδίκτυα μπορεί να έχει συνολικά και πόσους υπολογιστές ανά υποδίκτυο;
Για 24 υποδίκτυα: με 4 bit έχουμε 24 = 16 (δεν αρκούν), με 5 bit έχουμε 25 = 32 (αρκούν). Άρα Subnet_ID = 5 bit.
Βήμα 2 — Η νέα μάσκαΗ κλάση B έχει Net_ID 16 bit και Host_ID 16 bit. Δανείζουμε 5 bit: Net_ID + Subnet_ID = 16 + 5 = 21, Host_ID = 16 − 5 = 11 bit.
(11111000)2 = 128+64+32+16+8 = 248. Νέα μάσκα: 255.255.248.0 → 172.25.0.0/21.
Βήμα 3 — Το βήμα των υποδικτύωνΤο Host_ID είναι 11 bit → 211 = 2048 διευθύνσεις ανά υποδίκτυο. Στην 3η οκτάδα το βήμα είναι 2048 / 256 = 8.
| Α/Α | Διεύθυνση υποδικτύου | Περιοχή υπολογιστών | Διεύθυνση εκπομπής |
|---|---|---|---|
| 0 | 172.25.0.0 | 172.25.0.1 – 172.25.7.254 | 172.25.7.255 |
| 1 | 172.25.8.0 | 172.25.8.1 – 172.25.15.254 | 172.25.15.255 |
| 2 | 172.25.16.0 | 172.25.16.1 – 172.25.23.254 | 172.25.23.255 |
| 3 | 172.25.24.0 | 172.25.24.1 – 172.25.31.254 | 172.25.31.255 |
Υποδίκτυα: 25 = 32. Υπολογιστές ανά υποδίκτυο: 211 − 2 = 2048 − 2 = 2046.
Υποδικτύωση = δανείζουμε bit από το Host_ID στο Net_ID (Subnet_ID).
Για n υποδίκτυα ψάχνουμε το μικρότερο x με 2x ≥ n · για m υπολογιστές το μικρότερο y με 2y − 2 ≥ m.
Πλήθος υποδικτύων = 2Subnet_ID · υπολογιστές ανά υποδίκτυο = 2Host_ID − 2.
Όσο λιγότερα τα υποδίκτυα, τόσο μικρότερη η απώλεια διευθύνσεων.
3.1.7 Αταξική δρομολόγηση (CIDR), υπερδικτύωση και μάσκες μεταβλητού μήκους
Το τέλος των κλάσεων
Εφόσον μια διεύθυνση IP συνοδεύεται από τη μάσκα της, παύει να ισχύει η τάξη/κλάση της διεύθυνσης, όπως αυτή ορίστηκε αρχικά, και το αναγνωριστικό του δικτύου είναι αυτό που ορίζει η συνοδός μάσκα. Έτσι διευκολύνεται η διαδικασία της δρομολόγησης και της διαχείρισης πινάκων δρομολόγησης από τους δρομολογητές IPv4.
Όλος ο χώρος των διευθύνσεων IPv4 αντιμετωπίζεται από τα πρωτόκολλα δρομολόγησης ως ενιαίος χώρος, χωρίς τάξεις/κλάσεις (Classless Inter Domain Routing - CIDR).
Υπερδικτύωση
Μια εταιρεία με αυξημένες ανάγκες δικτύωσης (~1000 υπολογιστές). Αντί να της δοθεί ένα δίκτυο κλάσης B, με σπατάλη ~64000 διευθύνσεων, δίνονται τέσσερα διαδοχικά δίκτυα κλάσης C. Πώς αντιμετωπίζονται ως ενιαίο δίκτυο;
Για να αντιμετωπίζονται ως ενιαίο δίκτυο, δυο ψηφία (22 = 4) από το αναγνωριστικό δικτύου (Net_ID) παραχωρούνται στο αναγνωριστικό υπολογιστή (Host_ID).
Βήμα 2 — Η νέα μάσκαΑπό /24 πάμε σε /22:
(11111100)2 = 255 − (2+1) = 252.
Βήμα 3 — Το ενιαίο δίκτυοΠ.χ. το δίκτυο 192.168.128.0/22 (μάσκα 255.255.252.0) περιλαμβάνει τις διευθύνσεις από 192.168.128.0 έως 192.168.131.255.
| 3η οκτάδα (δυαδικά) | 4η οκτάδα | Διεύθυνση | |
|---|---|---|---|
| Από | 10000000 | 00000000 | 192.168.128.0 |
| Έως | 10000011 | 11111111 | 192.168.131.255 |
Χωρητικότητα: Host_ID = 32 − 22 = 10 bit → 210 − 2 = 1022 υπολογιστές, αρκετοί για τους ~1000 της εταιρείας.
Στην υποδικτύωση, από το αναγνωριστικό του υπολογιστή (Host_ID) δόθηκαν ψηφία στο αναγνωριστικό του δικτύου (Net_ID) ως Subnet_ID. Αντιθέτως, δίνοντας ψηφία από το (Net_ID) στο αναγνωριστικό υπολογιστή (Host_ID), η ενέργεια αυτή χαρακτηρίζεται ως υπερδικτύωση (δημιουργούνται μεγαλύτερα δίκτυα).
| Υποδικτύωση | Υπερδικτύωση | |
|---|---|---|
| Ροή ψηφίων | Host_ID → Net_ID | Net_ID → Host_ID |
| Μάσκα | Μεγαλώνει (π.χ. /24 → /27) | Μικραίνει (π.χ. /24 → /22) |
| Αποτέλεσμα | Πολλά μικρότερα δίκτυα | Ένα μεγαλύτερο, ενιαίο δίκτυο |
| Σκοπός | Οικονομία διευθύνσεων, διαχειριστικοί λόγοι | Κάλυψη αναγκών χωρίς σπατάλη ολόκληρης κλάσης B |
Μάσκες μεταβλητού μήκους (VLSM)
Εδώ πρέπει να επισημανθεί ότι και στην περίπτωση της υποδικτύωσης μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μεταβλητού μήκους μάσκες υποδικτύωσης (Variable Length Subnet Masking - VLSM) για διαφορετικά υποδίκτυα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα διαφορετικού μεγέθους υποδίκτυα. Να εφαρμόσουμε δηλαδή υποδικτύωση σε υποδίκτυο.
Οι υπολογιστές με διευθύνσεις IP 192.168.31.12/22 και 192.168.47.13/22 (η μάσκα /22 είναι 255.255.252.0) ανήκουν στο ίδιο δίκτυο; Ποιοι υπολογιστές ανήκουν στο ίδιο δίκτυο με τον 192.168.31.12/22;
Ο μόνος τρόπος να απαντήσουμε είναι να βρούμε τη διεύθυνση δικτύου του καθενός με λογικό AND και να τις συγκρίνουμε.
Βήμα 1 — Η διεύθυνση δικτύου του 192.168.31.12/22Η μάσκα /22 αγγίζει την 3η οκτάδα: 255.255.252.0, δηλαδή 1111 1100 στην 3η οκτάδα.
Άρα διεύθυνση δικτύου: 192.168.28.0/22.
Βήμα 2 — Η διεύθυνση δικτύου του 192.168.47.13/22Άρα διεύθυνση δικτύου: 192.168.44.0/22.
Βήμα 3 — Σύγκριση192.168.28.0 ≠ 192.168.44.0 → οι δύο υπολογιστές ΔΕΝ ανήκουν στο ίδιο δίκτυο.
Βήμα 4 — Ποιοι ανήκουν στο ίδιο δίκτυο με τον 192.168.31.12/22Το δίκτυο 192.168.28.0/22 έχει Host_ID 10 bit → 210 = 1024 διευθύνσεις. Ξεκινά στην 192.168.28.0 και τελειώνει στην 192.168.31.255 (διεύθυνση εκπομπής).
Με τη μάσκα δίπλα στη διεύθυνση, η κλάση παύει να ισχύει — αυτό είναι το CIDR.
Υπερδικτύωση: ψηφία από το Net_ID προς το Host_ID → μεγαλύτερα δίκτυα.
VLSM: διαφορετικές μάσκες σε διαφορετικά υποδίκτυα → υποδίκτυα διαφορετικού μεγέθους.
Δύο διευθύνσεις είναι στο ίδιο δίκτυο μόνο αν το AND με τη μάσκα δίνει την ίδια διεύθυνση δικτύου.
3.2 Το αυτοδύναμο πακέτο IP (datagram) – Δομή πακέτου
Το πρωτόκολλο Διαδικτύου (Internet Protocol - IP) ενθυλακώνει τα πακέτα δεδομένων που του προωθούνται από το ανώτερο επίπεδο σε αυτοδύναμα πακέτα (datagrams). Στην επικεφαλίδα των πακέτων αυτών, σε αντίστοιχα πεδία, προσθέτει όλες τις απαραίτητες διαχειριστικές πληροφορίες ώστε να γίνει εφικτή η εύρεση του προορισμού και η επιτυχής δρομολόγηση από τα πρωτόκολλα δρομολόγησης.
Οι σημαντικότερες από αυτές είναι η διεύθυνση IP προέλευσης (source IP) και η διεύθυνση IP προορισμού (destination IP), μήκους 32 bit η καθεμιά.
Τα πεδία της επικεφαλίδας IPv4
| Πεδίο | Μήκος | Τι κάνει |
|---|---|---|
| Έκδοση (Version) | 4 bit | Δηλώνει την έκδοση του χρησιμοποιούμενου πρωτοκόλλου Διαδικτύου (4: IPv4, 6: IPv6). Στο IPv6 η επικεφαλίδα διαφοροποιείται και έχει ελάχιστο μήκος 40 bytes. |
| Μήκος επικεφαλίδας (IHL) | 4 bit | Εκφράζει το μήκος της επικεφαλίδας σε λέξεις των 32 bit (4άδες byte). Ελάχιστο: 5 λέξεις ή 20 byte. Μέγιστο: 15 λέξεις ή 60 byte (=15×4). |
| Τύπος Υπηρεσίας (Type of Service) | 8 bit | Περιγράφει πώς πρέπει να χειριστεί το πακέτο κάθε κόμβος δίνοντας προτεραιότητα στην ταχύτητα, στην αξιοπιστία ή στον ρυθμό διακίνησης (throughput). Σε νεότερη αναθεώρηση (RFC2474) γίνεται DSCP (6 bit) και ECN (2 bit), για υπηρεσίες όπως το VoIP. |
| Συνολικό μήκος (Total length) | 16 bit | Το συνολικό μήκος του πακέτου (επικεφαλίδα + δεδομένα) σε byte. Τιμές από 20 (ελάχιστη επικεφαλίδα χωρίς δεδομένα) μέχρι 65535 (=16 άσοι). |
| Αναγνώριση (Identification) | 16 bit | Η ταυτότητα του πακέτου. Διαφορετικό σε κάθε πακέτο, αλλά ίδιο σε όλα τα τμήματα του ίδιου αρχικού πακέτου. |
| Σημαία DF (Don't Fragment) | 1 bit | Όταν είναι 1, το πακέτο δεν επιτρέπεται να διασπαστεί. |
| Σημαία MF (More Fragments) | 1 bit | Όταν είναι 1 δηλώνει ότι ακολουθούν και άλλα τμήματα· όταν είναι 0 δηλώνει ότι είναι το τελευταίο τμήμα διασπασμένου πακέτου ή μεμονωμένο πακέτο. |
| Σχετική Θέση Τμήματος (Fragment Offset) | 13 bit | Δείχνει τη σχετική απόσταση του τμήματος από την αρχή του αρχικού πακέτου σε οκτάδες (8×) byte. Λέγεται και Δείκτης Εντοπισμού Τμήματος (ΔΕΤ). |
| Χρόνος Ζωής (TTL) | 8 bit | Ξεκινά από τον αποστολέα με αρχική τιμή, συνήθως 64, και κάθε δρομολογητής μειώνει την τιμή κατά ένα. Όταν μηδενιστεί, το πακέτο απορρίπτεται και επιστρέφεται διαγνωστικό μήνυμα υπέρβασης χρόνου (time exceeded). |
| Πρωτόκολλο (Protocol) | 8 bit | Αριθμητική τιμή που δηλώνει το πρωτόκολλο του επιπέδου μεταφοράς στο οποίο ανήκουν τα δεδομένα: TCP (6), UDP (17) ή αλλού. |
| Άθροισμα Ελέγχου Επικεφαλίδας (Header Checksum) | 16 bit | Διασφαλίζει την ακεραιότητα των τιμών των πεδίων της επικεφαλίδας. Εφαρμόζεται μόνο στην επικεφαλίδα, ενώ το ίδιο το πεδίο δεν συμμετέχει στον υπολογισμό (θεωρείται 0). |
| Διεύθυνση προέλευσης | 32 bit | Η IP του αποστολέα. |
| Διεύθυνση προορισμού | 32 bit | Η IP του παραλήπτη. |
| Επιλογές (Options) + Συμπλήρωμα (Padding) | μεταβλητό | Το πεδίο Επιλογές είναι προαιρετικό. Όταν υπάρχει, το Padding το συμπληρώνει με μηδενικά ώστε η επικεφαλίδα να είναι ακέραιος αριθμός λέξεων των 32 bit. |
Γιατί ελέγχεται η επικεφαλίδα και όχι τα δεδομένα; «Ο έλεγχος ακεραιότητας της επικεφαλίδας θεωρείται επιβεβλημένος καθώς κατά τη διέλευση του πακέτου από διάφορους δρομολογητές αυτοί τροποποιούν πεδία της επικεφαλίδας (π.χ. το TTL) με αυξημένη πιθανότητα να συμβούν σφάλματα.» Άρα ένα πακέτο δεν έχει το ίδιο άθροισμα ελέγχου όταν φεύγει από έναν δρομολογητή με αυτό που είχε όταν ήρθε.
Πώς δουλεύει το traceroute: στέλνει διαδοχικά πακέτα με TTL αρχικά 1 και στη συνέχεια το αυξάνει κατά ένα. Στο πρώτο πακέτο το TTL=1 μηδενίζεται στον πρώτο κόμβο, ο κόμβος το απορρίπτει, το αναφέρει και καταγράφεται ποιος είναι. Στο δεύτερο πακέτο το TTL=2 μηδενίζεται στον δεύτερο κόμβο κ.ο.κ., μέχρι να φτάσει στον προορισμό. Κάθε διέλευση από κόμβο χαρακτηρίζεται αναπήδηση (hop).
Κατάτμηση (fragmentation)
Όταν το πακέτο πρόκειται να διέλθει από δίκτυο το οποίο στο δεύτερο επίπεδο (ζεύξης δεδομένων) υποστηρίζει πλαίσια μικρότερου μεγέθους από το αυτοδύναμο πακέτο, τότε μοναδικός τρόπος για να εξυπηρετηθεί είναι να διασπαστεί σε μικρότερα τμήματα, να περάσουν από το δίκτυο και στον προορισμό να επανασυνδεθούν στο αρχικό πακέτο IP. Τα κομμάτια αυτά του αρχικού πακέτου, τα τμήματα, αποτελούν νέα αυτοδύναμα πακέτα.
Fragment_offset = n × INT((MTU − IHL×4) / 8)
όπου:
- INT(): η συνάρτηση που δίνει το ακέραιο μέρος
- MTU: Maximum Transmission Unit, δηλαδή το μέγιστο μήκος δεδομένων του πλαισίου στο δίκτυο 2ου επιπέδου
- IHL: Internet Header Length, το μήκος της επικεφαλίδας του πακέτου IP. Εκφράζεται σε λέξεις των 32 bit ή 4άδες byte· η τιμή που μας ενδιαφέρει είναι σε byte, γι' αυτό πολλαπλασιάζεται επί 4.
- n: 0 για το πρώτο τμήμα, 1 για το δεύτερο κ.ο.κ.
Για το πρώτο τμήμα η σχετική απόσταση τμήματος είναι πάντα μηδέν (0).
Ο κανόνας των 8: το μήκος των δεδομένων κάθε τμήματος (εκτός του τελευταίου) πρέπει να είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του 8, για να βγαίνει ακέραια η τιμή της σχετικής θέσης του τμήματος (Offset) — που μετριέται σε οκτάδες byte. Γι' αυτό ακριβώς υπάρχει το INT(...) στον τύπο.
Ένα αυτοδύναμο πακέτο IP προερχόμενο από ένα δίκτυο Token Ring (MTU = 4482 bytes) πρόκειται να προωθηθεί στον υπολογιστή προορισμού που βρίσκεται σε δίκτυο Ethernet (MTU = 1500 bytes). Τα δυο δίκτυα συνδέονται με έναν δρομολογητή IP. Το πακέτο έχει DF=0 και Αναγνώριση 0x2b41. Να περιγραφεί η διαδικασία κατάτμησης.
Το αρχικό πακέτο έχει συνολικό μήκος 4482 bytes: επικεφαλίδα 20 και δεδομένα 4462. Τα δεδομένα ενός πλαισίου Token Ring δεν «χωρούν» σε ένα πλαίσιο Ethernet (MTU 1500 < 4482). Συνεπώς το πακέτο IP πρέπει να διασπαστεί. Αυτό επιτρέπεται εφόσον DF = 0.
Βήμα 2 — Μήκος δεδομένων κάθε τμήματοςPayload_Length = INT((MTU − IHL×4) / 8) = INT((1500 − 20) / 8) = INT(1480/8) = 185 οκτάδες byte ή 185 × 8 = 1480 bytes.
Βήμα 3 — Πόσα τμήματαINT(4462 / 1480) + 1 = INT(3,01486) + 1 = 3 + 1 = 4 πακέτα: 3 πακέτα των 1480 και ένα με τα δεδομένα που περισσεύουν, δηλαδή 4462 − (3 × 1480) = 22 bytes.
Βήμα 4 — Οι σχετικές θέσειςFragment_offset = n × INT(1480/8) = n × 185 για n = 0, 1, 2, 3 → 0, 185, 370, 555. Το MF είναι 1 σε όλα εκτός από το τελευταίο, όπου είναι 0 γιατί δεν υπάρχει άλλο.
| Πεδίο | 1ο τμήμα | 2ο τμήμα | 3ο τμήμα | 4ο τμήμα |
|---|---|---|---|---|
| Μήκος επικεφαλίδας (λέξεις των 32 bit) | 5 | 5 | 5 | 5 |
| Συνολικό μήκος (bytes) | 1500 | 1500 | 1500 | 42 |
| Μήκος δεδομένων | 1480 | 1480 | 1480 | 22 |
| Αναγνώριση | 0x2b41 | 0x2b41 | 0x2b41 | 0x2b41 |
| DF (σημαία) | 0 | 0 | 0 | 0 |
| MF (σημαία) | 1 | 1 | 1 | 0 |
| Σχετ. θέση τμήματος (οκτάδες byte) | 0 | 185 | 370 | 555 |
Ένα αυτοδύναμο πακέτο IP (datagram) μεγέθους 2400 bytes με DF=0 και Αναγνώριση 0x4a28 πρόκειται να διέλθει από δίκτυο που υποστηρίζει μέγιστο μήκος δεδομένων πλαισίου (MTU) 1000 bytes. Το πακέτο θα κατατμηθεί; Σε περίπτωση κατάτμησης, υπολογίστε τον αριθμό των τμημάτων, το μήκος δεδομένων των τμημάτων και δώστε για κάθε τμήμα τα πεδία Μήκος επικεφαλίδας, Συνολικό μήκος, Αναγνώριση, DF, MF και Σχετ. θέση τμήματος.
Επειδή MTU1 = 2400 > MTU2 = 1000, το πακέτο θα κατατμηθεί (και επιτρέπεται, αφού DF=0).
Βήμα 2 — Μήκος δεδομένων τμημάτωνPayload_Length = INT((MTU − IHL×4) / 8) = INT((1000 − 20) / 8) = INT(980/8) = 122 οκτάδες ή 122 × 8 = 976 bytes. Μαζί με επικεφαλίδα 20 bytes, το συνολικό μήκος είναι 996 bytes.
Βήμα 3 — Αριθμός τμημάτωνΤα δεδομένα του αρχικού πακέτου είναι 2400 − 20 = 2380 bytes.
(2400 − 20) / 976 = 2380 / 976 = 2,439, δηλαδή τρία (3) τμήματα: δυο ολόκληρα των 976 bytes και ένα τρίτο με τα υπόλοιπα δεδομένα, 2380 − 2 × 976 = 428 bytes.
Βήμα 4 — Σχετικές θέσειςn × INT(980/8) = n × 122 για n = 0, 1, 2 → 0, 122, 244.
| Πεδίο | 1ο τμήμα | 2ο τμήμα | 3ο τμήμα |
|---|---|---|---|
| Μήκος επικεφαλίδας (λέξεις των 32 bit) | 5 | 5 | 5 |
| Συνολικό μήκος (bytes) | 996 | 996 | 448 |
| Μήκος δεδομένων | 976 | 976 | 428 |
| Αναγνώριση | 0x4a28 | 0x4a28 | 0x4a28 |
| DF (σημαία) | 0 | 0 | 0 |
| MF (σημαία) | 1 | 1 | 0 |
| Σχετ. θέση τμήματος (οκτάδες byte) | 0 | 122 | 244 |
Επικεφαλίδα IPv4: ελάχιστο 20 byte (5 λέξεις), μέγιστο 60 byte (15 λέξεις). Μέγιστο πακέτο 65535 byte.
Ίδιο Αναγνώριση σε όλα τα τμήματα · MF=0 μόνο στο τελευταίο · Offset σε οκτάδες byte.
Μήκος δεδομένων τμήματος = INT((MTU − IHL×4)/8) × 8.
Η επανασύνθεση γίνεται μόνο στον υπολογιστή προορισμού, όχι στους ενδιάμεσους δρομολογητές.
3.3 Πρωτόκολλα ανεύρεσης και απόδοσης διευθύνσεων — ARP
Το πρόβλημα που λύνει το ARP
Το επίπεδο διαδικτύου (3ο OSI) δημιουργεί ένα αυτοδύναμο πακέτο IP, τοποθετεί στα αντίστοιχα πεδία τις διευθύνσεις IP προέλευσης και προορισμού και το παραδίδει στο αμέσως κατώτερο επίπεδο.
Όμως, το επίπεδο πρόσβασης δικτύου (ζεύξης δεδομένων) δε γνωρίζει τίποτα από διευθύνσεις IP, παρά μόνο για διευθύνσεις υλικού ή φυσικές ή διευθύνσεις MAC. Για να παραδώσει το πακέτο στον παραλήπτη θα πρέπει να γνωρίζει σε ποια φυσική διεύθυνση βρίσκεται ο κόμβος με τη διεύθυνση IP που υπάρχει στο αντίστοιχο πεδίο.
Τον συνδετικό κρίκο ανάμεσα στα δυο επίπεδα, απαντώντας στο ερώτημα «ποια είναι η φυσική διεύθυνση (MAC) του κόμβου με τη συγκεκριμένη διεύθυνση IP;», αναλαμβάνει το πρωτόκολλο ανάλυσης διευθύνσεων ARP (Address Resolution Protocol).
Πώς δουλεύει
Ερώτηση-κλασικό: το ερώτημα ARP είναι εκπομπής (broadcast), ενώ η απάντηση ARP είναι αποκλειστικής διανομής (unicast).
Ο πίνακας ARP (arp cache)
Για να αποφευχθούν τα συχνά ερωτήματα προς το τοπικό δίκτυο με πλαίσια εκπομπής (αυξημένη δικτυακή κίνηση), οι σταθμοί διατηρούν προσωρινά τις απαντήσεις που έλαβαν σε έναν πίνακα αντιστοιχίας διευθύνσεων IP σε διευθύνσεις Ethernet στην τοπική μνήμη (arp cache). Έτσι πριν υποβάλουν νέο ερώτημα ελέγχουν τον προσωρινό πίνακα (cache) arp και υποβάλλουν ερώτημα μόνο όταν δεν υπάρχει κατάλληλη καταχώριση σε αυτόν.
Υπάρχει ένας πίνακας ARP για κάθε δικτυακή διασύνδεση (κάρτα δικτύου) ενός υπολογιστή.
| Διεύθυνση Internet | Φυσική διεύθυνση | Τύπος |
|---|---|---|
| 192.168.1.1 | 74-ea-3a-cd-06-40 | δυναμικό |
| 192.168.1.65 | 00-04-00-ed-f9-68 | δυναμικό |
| 192.168.1.110 | 00-19-d1-60-cb-f8 | δυναμικό |
| 192.168.1.255 | ff-ff-ff-ff-ff-ff | στατικό |
| 224.0.0.22 | 01-00-5e-00-00-16 | στατικό |
| 255.255.255.255 | ff-ff-ff-ff-ff-ff | στατικό |
Οι δυναμικές καταχωρήσεις προέρχονται από ερωτήματα arp, ενώ οι στατικές είναι προκαθορισμένα ρυθμισμένες. Πρόσεξε ότι η διεύθυνση IP εκπομπής αντιστοιχεί σε διεύθυνση Ethernet εκπομπής. Οι δυναμικές καταχωρίσεις, μετά την παρέλευση ορισμένου χρόνου χωρίς να χρησιμοποιηθούν, διαγράφονται (συνήθως 1-5 λεπτά· ρυθμίζεται από τον διαχειριστή).
Εάν δεν βρεθεί καταχώρηση στον πίνακα ARP και ούτε απαντηθεί το ερώτημα ARP (γιατί ίσως ο υπολογιστής με τη συγκεκριμένη IP να είναι κλειστός ή να μην υπάρχει), τότε επιστρέφεται στην εφαρμογή διαγνωστικό μήνυμα ότι ο υπολογιστής προορισμού δε μπορεί να προσεγγιστεί (Destination Host Unreachable).
Το ARP αντιστοιχίζει διεύθυνση IP → διεύθυνση MAC· είναι ο συνδετικός κρίκος 3ου και 2ου επιπέδου.
ARP request = broadcast (FF-FF-FF-FF-FF-FF) · ARP reply = unicast.
Η arp cache μειώνει τη δικτυακή κίνηση· ένας πίνακας ανά δικτυακή διασύνδεση.
3.3.2 Το πρωτόκολλο δυναμικής διευθέτησης υπολογιστή DHCP
Το πρωτόκολλο δυναμικής διευθέτησης (απόδοσης ρυθμίσεων) υπολογιστή DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) λειτουργεί όπως το BOOTP, το οποίο και επεκτείνει. Εξακολουθεί να λειτουργεί ως εφαρμογή πελάτη-εξυπηρετητή χρησιμοποιώντας πακέτα UDP με αριθμό θύρας προορισμού 67 για τον εξυπηρετητή και 68 για τον πελάτη.
Επιτρέπει σε έναν υπολογιστή να αποκτά τις ρυθμίσεις που χρειάζεται σε ένα μόνο μήνυμα και να λαμβάνει μια διεύθυνση γρήγορα και δυναμικά.
Οι τρεις τύποι εκχώρησης διευθύνσεων
- μη αυτόματη ρύθμιση (manual configuration), στην οποία ο διαχειριστής ορίζει συγκεκριμένες διευθύνσεις που θα πάρουν συγκεκριμένοι υπολογιστές.
- αυτόματη ρύθμιση (automatic configuration), κατά την οποία ο διακομιστής DHCP εκχωρεί μια μόνιμη διεύθυνση σε έναν υπολογιστή ο οποίος συνδέεται πρώτη φορά, και
- δυναμική ρύθμιση (dynamic configuration) κατά την οποία ο διακομιστής δανείζει ή μισθώνει μια διεύθυνση σε έναν υπολογιστή για περιορισμένο χρόνο.
Η δυναμική ρύθμιση είναι και η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη.
Τα πλεονεκτήματα του DHCP
Οι περισσότεροι χρήστες δεν αντιλαμβάνονται τις τεχνικές λεπτομέρειες της δικτύωσης και οι ρυθμίσεις του TCP/IP για να συνδεθούν σε δίκτυο τους φαίνονται πολύπλοκες. Το DHCP δίνει τη δυνατότητα σ' αυτούς τους χρήστες να συνδεθούν εύκολα στο δίκτυο και στο διαχειριστή το πλεονέκτημα της κεντρικής διαχείρισης των ρυθμίσεων και την ευκολία υποστήριξης των χρηστών και συντήρησης του δικτύου.
Το πρωτόκολλο DHCP επιτρέπει σε έναν υπολογιστή να πάρει επιπλέον ρυθμίσεις πέραν της διεύθυνσης IP, όπως μάσκα δικτύου, προεπιλεγμένη πύλη, διακομιστές DNS. Μπορεί να πάρει ρυθμίσεις για το επίπεδο διαδικτύου, για το επίπεδο ζεύξης δεδομένων, για το πρωτόκολλο TCP και για υπηρεσίες όπως διακομιστές χρόνου (NTP), διακομιστές αλληλογραφίας κ.λπ.
Τα τέσσερα μηνύματα της αρχικής διαδικασίας
- Δημιουργεί ένα πακέτο UDP DHCPDISCOVER στη θύρα προορισμού 67.
- Το ενθυλακώνει σε πακέτο IP με διεύθυνση προέλευσης 0.0.0.0 και διεύθυνση προορισμού τη διεύθυνση εκπομπής 255.255.255.255.
- Στη συνέχεια το ενθυλακώνει σε ένα πλαίσιο με διεύθυνση προέλευσης τη δική του φυσική διεύθυνση και διεύθυνση προορισμού τη διεύθυνση εκπομπής FF-FF-FF-FF-FF-FF και στέλνεται στο τοπικό δίκτυο.
- Εάν υπάρχουν εξυπηρετητές DHCP ανταποκρίνονται ο καθένας με ένα πακέτο DHCPOFFER στη θύρα 68, ενθυλακωμένο σε πακέτο IP εκπομπής και πλαίσιο εκπομπής.
- Ο πελάτης υπολογιστής επιλέγει τις ρυθμίσεις που προσφέρονται από έναν από τους εξυπηρετητές και το δηλώνει αποστέλλοντας ένα πακέτο εκπομπής DHCPREQUEST στο οποίο ζητά τις προσφερόμενες ρυθμίσεις.
- Ο εξυπηρετητής DHCP που προσέφερε τις ρυθμίσεις επιβεβαιώνει την προσφορά του με ένα πακέτο DHCPACK.
Μίσθωση (lease) και οι χρόνοι Τ1, Τ2
Από τη λήψη της επιβεβαίωσης DHCPACK και στη συνέχεια, ο υπολογιστής λειτουργεί με τις δικτυακές ρυθμίσεις που πήρε (κατάσταση Δεσμευμένος - BOUND). Η διεύθυνση IP παραχωρείται στον υπολογιστή για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα και χαρακτηρίζεται ως μίσθωση (lease).
Κρατά δύο χρόνους:
- τον Τ1, μετά την παρέλευση του οποίου προσπαθεί να ανανεώσει τη μίσθωση (DHCPREQUEST - unicast) από τον διακομιστή ο οποίος έδωσε αρχικά τη διεύθυνση, περνά δηλαδή σε κατάσταση RENEWING και
- τον Τ2, μετά την παρέλευση του οποίου αναζητά ανανέωση ή νέα διεύθυνση (DHCPREQUEST - broadcast) από οποιονδήποτε διακομιστή DHCP, περνά δηλαδή σε κατάσταση REBINDING.
Ο χρόνος Τ1 είναι περίπου (0,5 × χρόνος_μίσθωσης) και ο Τ2 περίπου (0,875 × χρόνος_μίσθωσης). Είναι δηλαδή Τ1 < Τ2.
Ένας υπολογιστής παίρνει από τον εξυπηρετητή DHCP διεύθυνση IP με χρόνο μίσθωσης 8 ωρών. Πότε θα προσπαθήσει να ανανεώσει τη μίσθωση και σε ποια κατάσταση θα βρεθεί κάθε φορά;
Τ1 ≈ 0,5 × χρόνος_μίσθωσης = 0,5 × 8 ώρες = 4 ώρες.
Βήμα 2 — Υπολογισμός του Τ2Τ2 ≈ 0,875 × χρόνος_μίσθωσης = 0,875 × 8 ώρες = 7 ώρες.
Βήμα 3 — Τι γίνεται σε κάθε χρόνοΣτις 4 ώρες στέλνει DHCPREQUEST unicast στον αρχικό διακομιστή και περνά σε κατάσταση RENEWING. Αν δεν πάρει απάντηση, στις 7 ώρες στέλνει DHCPREQUEST broadcast σε οποιονδήποτε διακομιστή DHCP και περνά σε κατάσταση REBINDING.
Τα υπόλοιπα μηνύματα
| Μήνυμα | Κατεύθυνση | Πότε στέλνεται |
|---|---|---|
| DHCPRELEASE | πελάτης → διακομιστής | Όταν ο υπολογιστής τερματίζει τη λειτουργία του ομαλά (shutdown) πριν λήξει η μίσθωση, απελευθερώνει τη διεύθυνσή του. |
| DHCPNAK | διακομιστής → πελάτης | Εάν μετά από ένα αίτημα DHCPREQUEST ο διακομιστής δεν επαληθεύσει ως σωστές τις ζητηθείσες ρυθμίσεις, απαντά αρνητικά. |
| DHCPDECLINE | πελάτης → διακομιστής | Εάν μετά από μια προσφορά DHCPOFFER ο πελάτης διαπιστώσει ότι οι ρυθμίσεις είναι σε σύγκρουση με αυτές άλλου υπολογιστή, τις απορρίπτει και ξεκινά τη διαδικασία από την αρχή με DHCPDISCOVER. |
| DHCPINFORM | πελάτης → διακομιστής | Από τη στιγμή που ο πελάτης έχει λάβει διεύθυνση IP και θέλει πρόσθετες πληροφορίες ρυθμίσεων, δε μπορεί να στείλει νέο DHCPREQUEST — τις ζητά με DHCPINFORM. |
Η λειτουργία του πρωτοκόλλου DHCP υποστηρίζεται και από πράκτορες αναμετάδοσης (DHCP Relay Agents) για την εξυπηρέτηση πελατών οι οποίοι δε βρίσκονται στο ίδιο φυσικό δίκτυο με τον διακομιστή. Ο πελάτης, εφόσον δεν έχει δικτυακές ρυθμίσεις σε επίπεδο IP, δεν μπορεί να επικοινωνήσει με υπολογιστές σε άλλα δίκτυα. Ένας υπολογιστής που βρίσκεται στο ίδιο φυσικό δίκτυο με τον πελάτη προωθεί το αίτημά του στο διακομιστή DHCP στο άλλο δίκτυο και του επιστρέφει την απάντηση.
Το DHCP είναι πελάτη-εξυπηρετητή πάνω από UDP: θύρα 67 εξυπηρετητής, 68 πελάτης.
Σειρά μηνυμάτων: DISCOVER → OFFER → REQUEST → ACK.
Τρεις τύποι εκχώρησης: μη αυτόματη, αυτόματη, δυναμική (η πιο συχνή).
Τ1 ≈ 0,5×lease (RENEWING, unicast) · Τ2 ≈ 0,875×lease (REBINDING, broadcast).
3.4 Διευθύνσεις IP και Ονοματολογία
Γιατί χρειαζόμαστε ονόματα
Η δεκαδική σημειογραφία με τελείες είναι ένας σχετικά εύκολος τρόπος γραφής διευθύνσεων IP. Το να θυμάται ένας χρήστης έναν αριθμό όπως ο 192.168.1.2 είναι σχετικά εύκολο· όμως το να θυμάται έναν τέτοιο αριθμό για κάθε υπολογιστή στον οποίο θέλει να συνδεθεί είναι δύσκολο.
Η αναλογία του βιβλίου: είναι σαν να προσπαθεί κάποιος να θυμάται τους αριθμούς τηλεφώνου όλων των φίλων του. Θυμάται τα ονόματά τους μα όχι τους αριθμούς. Όταν πρόκειται να τηλεφωνήσει, χρησιμοποιεί έναν τηλεφωνικό κατάλογο στον οποίο αναζητά το όνομα που γνωρίζει και χρησιμοποιεί τον αριθμό που αντιστοιχεί σε αυτό.
Η διαδικασία της ενθυλάκωσης απαιτεί αριθμητικές διευθύνσεις. Για τους ανθρώπους είναι πιο βολικά τα ονόματα.
Το αρχείο HOSTS.TXT
Από την αρχή του Διαδικτύου χρησιμοποιήθηκαν απλά μονολεκτικά ονόματα για τους διασυνδεδεμένους υπολογιστές. Έπρεπε όμως να υπάρχει μια λίστα αντιστοιχίας ή μετάφρασης ονομάτων σε διευθύνσεις IP. Τον ρόλο της λίστας αυτής ανέλαβε το αρχείο HOSTS.TXT, αντίγραφο του οποίου είχε στη διάθεσή του κάθε υπολογιστής του δικτύου. Το πρωτότυπο ενημερωνόταν κεντρικά από έναν διαχειριστικό κόμβο και διανέμονταν ένα αντίγραφό του σε όλους τους άλλους.
Το αρχείο αυτό υπάρχει και στους σημερινούς υπολογιστές, παρότι δεν ενημερώνεται και δεν χρησιμοποιείται συνήθως: σε windows είναι το %SystemRoot%\System32\drivers\etc\hosts, σε unix/linux το /etc/hosts.
Με τον καιρό και τη μεγάλη αύξηση του αριθμού των κόμβων του Διαδικτύου, τη δυναμική σύνδεση αλλά και αποσύνδεση των κόμβων, ο επίπεδος χώρος ονομάτων και το αρχείο HOSTS.TXT δεν επαρκούσαν για να δώσουν μια σαφή και προπάντων επικαιροποιημένη εικόνα των υπολογιστών του δικτύου.
Η λύση: DNS
Έτσι, νωρίς ακόμη (1983, RFC882, 883), προτάθηκε και υλοποιήθηκε η Υπηρεσία Ονομάτων Περιοχών (Domain Name System - DNS). Ένα σύστημα ονομάτων το οποίο δεν είναι επίπεδο αλλά ιεραρχικά δομημένο, οργανωμένο σε περιοχές και υποπεριοχές σε διάφορα επίπεδα. Στο κατώτερο επίπεδο, στο αριστερό μέρος, βρίσκεται το όνομα του υπολογιστή.
Η διαδικασία αντιστοίχισης-μετάφρασης ονομάτων σε διευθύνσεις IP ονομάζεται ανάλυση ονομάτων (name resolve) και το κομμάτι του λογισμικού που είναι επιφορτισμένο με αυτή, name resolver.
Η μορφή ενός ονόματος
υπολογιστής.υποπεριοχή_n. ... .υποπεριοχή1.περιοχή.περιoχή_TLD
(TLD = Top Level Domain - περιοχή ανώτατου επιπέδου)
Το πλήρες όνομα του διακομιστή του 2ου ΕΠΑ.Λ. Κατερίνης είναι 2epal-kater.pie.sch.gr. Να αναλυθεί.
Διαβάζουμε από δεξιά προς αριστερά, δηλαδή από το ανώτατο προς το κατώτερο επίπεδο:
| Τμήμα | Τι είναι |
|---|---|
| .gr | Όνομα περιοχής ανώτατου επιπέδου (TLD), Ελλάδα. |
| .sch.gr | Όνομα περιοχής, το σχολικό δίκτυο (.sch.) |
| .pie. | Όνομα υποπεριοχής, Πιερία |
| 2epal-kater. | Το όνομα ή ψευδώνυμο (alias) του υπολογιστή |
Η διαχείριση του συστήματος DNS είναι και αυτή ιεραρχική και κατανεμημένη σε διάφορους διακομιστές της υπηρεσίας για διαφορετικές περιοχές και υποπεριοχές.
Πρώτα υπήρχε το HOSTS.TXT — επίπεδος χώρος ονομάτων, κεντρικά ενημερωμένος.
Δεν επαρκούσε λόγω αύξησης των κόμβων και δυναμικών συνδέσεων → DNS (1983), ιεραρχικά δομημένο.
Ανάλυση ονομάτων = μετάφραση ονόματος σε διεύθυνση IP· το λογισμικό λέγεται name resolver.
3.6 Δρομολόγηση
Δρομολόγηση είναι το έργο της μετακίνησης (προώθησης, διεκπεραίωσης) της πληροφορίας από την αφετηρία μέσω ενός διαδικτύου και παράδοσης στον προορισμό της.
Το επίπεδο Διαδικτύου, εκτός από τη διευθυνσιοδότηση, είναι επιφορτισμένο και με τη δρομολόγηση των αυτοδύναμων πακέτων ώστε να εξασφαλίσει την επικοινωνία μεταξύ των δυο ακραίων υπολογιστών του δικτύου (host to host).
Σημαντική προϋπόθεση: «Η δρομολόγηση έχει έννοια όταν μεταξύ των ακραίων υπολογιστών μεσολαβεί τουλάχιστον ένας δρομολογητής. Σε αντίθετη περίπτωση είναι διαθέσιμες και άλλες τεχνικές (μεταγωγή - switching, γεφύρωση - bridging) οι οποίες μπορούν να υλοποιηθούν από το 2ο επίπεδο του OSI και αναφέρονται στο ίδιο φυσικό δίκτυο.»
Οι δύο δραστηριότητες της δρομολόγησης
- τον προσδιορισμό της καλύτερης διαδρομής από την αφετηρία έως τον προορισμό και
- την μεταφορά (προώθηση - IP forwarding) της ομαδοποιημένης, σε πακέτα, πληροφορίας στον προορισμό της, διαμέσου του Διαδικτύου.
Η δεύτερη δραστηριότητα, η προώθηση των πακέτων, δεν είναι ιδιαίτερα πολύπλοκη και η υλοποίησή της είναι σχετικά εύκολη. Η πρώτη όμως, ο προσδιορισμός της διαδρομής, μπορεί να καταλήξει σε ιδιαίτερα σύνθετο πρόβλημα, το οποίο καλούνται να αντιμετωπίσουν τα πρωτόκολλα δρομολόγησης.
Πώς επιλέγεται η «καλύτερη» διαδρομή
Τα πρωτόκολλα δρομολόγησης χρησιμοποιούν μετρήσιμα χαρακτηριστικά για να εκτιμήσουν ποια διαδρομή είναι καλύτερη για ένα πακέτο. Τέτοια είναι:
- το εύρος ζώνης (ταχύτητα) των γραμμών της διαδρομής
- η σχετική απόσταση (αριθμός των αλμάτων ή κόμβων) έως τον προορισμό κ.ά.
Η εκτίμηση της βέλτιστης διαδρομής γίνεται από τους αλγόριθμους που χρησιμοποιούνται από τα πρωτόκολλα δρομολόγησης. Με τη βοήθειά τους συντάσσουν τους πίνακες δρομολόγησης, οι οποίοι περιέχουν πληροφορίες δρομολογίων.
Οι βασικότερες πληροφορίες είναι οι αντιστοιχίσεις προορισμού και επόμενου άλματος (next hop), οι οποίες λένε στο δρομολογητή σε ποια δικτυακή διασύνδεση να προωθήσει ένα εισερχόμενο πακέτο. Όταν ένας δρομολογητής παραλαμβάνει ένα εισερχόμενο πακέτο, εξετάζει την διεύθυνση προορισμού και προσπαθεί να την ταιριάξει με μια εγγραφή επόμενου άλματος στον πίνακα δρομολόγησης. Στη συνέχεια προωθεί το πακέτο από την αντίστοιχη δικτυακή διασύνδεση.
Συνέπεια που ρωτιέται: «Η λήψη αποφάσεων για τη διαδρομή που θα ακολουθήσουν τα αυτοδύναμα πακέτα επαναλαμβάνεται για κάθε πακέτο χωριστά και υπάρχει το ενδεχόμενο πακέτα για τον ίδιο προορισμό να ακολουθήσουν σε διαφορετικές χρονικές στιγμές διαφορετικές διαδρομές.»
Τι δεν εγγυάται το IP
Το πρωτόκολλο IP χρησιμοποιεί αυτοδύναμα πακέτα και είναι σχεδιασμένο να λειτουργεί σε όλους τους τύπους υλικού δικτύου. Αν και κάνει τη βέλτιστη προσπάθεια (best effort) για να επιδώσει το κάθε αυτοδύναμο πακέτο, το υποκείμενο υλικό δικτύου μπορεί να λειτουργήσει λανθασμένα. Έτσι δεν εγγυάται ότι μπορεί να αντιμετωπίσει τα παρακάτω προβλήματα:
- Επανάληψη αυτοδύναμου πακέτου
- Επίδοση με καθυστέρηση ή εκτός σειράς
- Αλλοίωση δεδομένων
- Απώλεια αυτοδύναμου πακέτου
Για την αντιμετώπιση τέτοιων σφαλμάτων υπεύθυνα είναι τα ανώτερα στρώματα δικτύωσης.
Δρομολόγηση = μετακίνηση της πληροφορίας από την αφετηρία, μέσω διαδικτύου, στον προορισμό.
Δύο δραστηριότητες: προσδιορισμός βέλτιστης διαδρομής + προώθηση (IP forwarding).
Έχει νόημα μόνο όταν μεσολαβεί τουλάχιστον ένας δρομολογητής.
Το IP είναι best effort — τα ανώτερα επίπεδα αναλαμβάνουν την αξιοπιστία.
3.6.1 Άμεση / Έμμεση δρομολόγηση
Η βασική αρχή
Στη βασική της αρχή, η δρομολόγηση είναι πολύ απλή. Ο αρχικός υπολογιστής, ο αποστολέας, ο οποίος δημιουργεί τα αυτοδύναμα πακέτα, εξετάζει τη διεύθυνση IP προορισμού. Εάν δεν είναι τοπική, τότε ο αποστολέας αναζητά έναν δρομολογητή ο οποίος (ελπίζει να) βρίσκεται στη σωστή κατεύθυνση προς τον προορισμό και στέλνει τα πακέτα σε αυτόν. Κάθε δρομολογητής κατά μήκος της διαδρομής επαναλαμβάνει τη διαδικασία, μέχρι το πακέτο να φτάσει σε έναν δρομολογητή που βρίσκεται στο ίδιο φυσικό δίκτυο με τον υπολογιστή προορισμού. Εκεί παραδίδεται το πακέτο.
Τι κάνει «στην πραγματικότητα» ο αποστολέας
Αναφέρθηκε ότι ο αρχικός υπολογιστής, ο αποστολέας, εξετάζει τη διεύθυνση IP προορισμού. Αυτό που κάνει, στην πραγματικότητα, είναι λογικό ΚΑΙ (AND) της διεύθυνσης IP προορισμού με τη μάσκα δικτύου για να βρει τη διεύθυνση του δικτύου προορισμού. Στη συνέχεια τη συγκρίνει με τη δική του διεύθυνση δικτύου. Αν είναι ίδιες, τότε συμπεραίνει ότι ο υπολογιστής προορισμού βρίσκεται στο ίδιο δίκτυο.
Στη συνέχεια καλεί το πρωτόκολλο ARP για να μάθει τη φυσική διεύθυνση που αντιστοιχεί στη διεύθυνση IP προορισμού, ενθυλακώνει το πακέτο σε ένα πλαίσιο και το στέλνει στον προορισμό του. Στην περίπτωση αυτή οι υπολογιστές προέλευσης και προορισμού βρίσκονται στο ίδιο δίκτυο, δεν μεσολαβεί δρομολογητής και η διαδικασία χαρακτηρίζεται άμεση δρομολόγηση.
Εάν κατά την εξέταση της διεύθυνσης IP προορισμού διαπιστώσει ότι ο υπολογιστής προορισμού βρίσκεται σε διαφορετικό δίκτυο, τότε αναζητά στον πίνακα δρομολόγησης μια καταχώριση η οποία να αναφέρεται είτε στη διεύθυνση είτε στη διεύθυνση δικτύου προορισμού. Εκεί εντοπίζει τον αντίστοιχο δρομολογητή, καλεί το πρωτόκολλο ARP για να μάθει τη φυσική διεύθυνση που αντιστοιχεί στον δρομολογητή, ενθυλακώνει το πακέτο σε ένα πλαίσιο με προορισμό τη φυσική διεύθυνση του δρομολογητή και του το στέλνει για να συνεχίσει την προσπάθεια παράδοσης του πακέτου προς τον τελικό του προορισμό.
Όταν οι υπολογιστές προέλευσης και προορισμού δεν βρίσκονται στο ίδιο δίκτυο και μεσολαβούν ανάμεσά τους ένας ή περισσότεροι δρομολογητές, τότε η διαδικασία χαρακτηρίζεται έμμεση δρομολόγηση.
| Άμεση δρομολόγηση | Έμμεση δρομολόγηση | |
|---|---|---|
| Δίκτυο προέλευσης / προορισμού | Ίδιο | Διαφορετικό |
| Μεσολαβεί δρομολογητής; | Όχι | Ναι, ένας ή περισσότεροι |
| Για ποιον ρωτάει το ARP; | Για τον υπολογιστή προορισμού | Για τον δρομολογητή |
| MAC προορισμού στο πλαίσιο | Του υπολογιστή προορισμού | Του δρομολογητή |
| Χρειάζεται πίνακας δρομολόγησης; | Όχι | Ναι |
Πολύ σημαντικό: και στις δύο περιπτώσεις η διεύθυνση IP προορισμού μέσα στο πακέτο δεν αλλάζει ποτέ — είναι πάντα του τελικού παραλήπτη. Αυτό που αλλάζει είναι η διεύθυνση MAC προορισμού του πλαισίου: στην έμμεση δρομολόγηση είναι του επόμενου δρομολογητή, όχι του τελικού υπολογιστή.
Προεπιλεγμένος δρομολογητής (default gateway)
Συνήθως υπάρχει ένας προεπιλεγμένος δρομολογητής (default router, default gateway) ώστε, εάν δεν ταιριάζει κάποια από όλες τις άλλες καταχωρίσεις του πίνακα δρομολόγησης με το δίκτυο ή τη διεύθυνση IP προορισμού, να παραδίδεται το πακέτο για διεκπεραίωση σε αυτόν.
Εάν η διεύθυνση προορισμού δεν ανήκει στο ίδιο δίκτυο με τον αποστολέα, δεν υπάρχει καταχώριση γι' αυτήν και το δίκτυό της στον πίνακα δρομολόγησης και δεν έχει οριστεί προεπιλεγμένος δρομολογητής, τότε το δίκτυο αδυνατεί να προχωρήσει τη διαδικασία δρομολόγησης και πληροφορεί τον αποστολέα, κάνοντας χρήση του πρωτοκόλλου ICMP, ότι ο προορισμός δεν είναι προσβάσιμος.
Ο υπολογιστής Α με διεύθυνση 192.168.1.20/24 στέλνει πακέτα (α) στον υπολογιστή Β με διεύθυνση 192.168.1.200 και (β) στον υπολογιστή Γ με διεύθυνση 192.168.2.5. Σε ποια περίπτωση έχουμε άμεση και σε ποια έμμεση δρομολόγηση;
192.168.1.20 AND 255.255.255.0 = 192.168.1.0
Βήμα 2 — Περίπτωση (α): προορισμός 192.168.1.200192.168.1.200 AND 255.255.255.0 = 192.168.1.0
Οι δύο διευθύνσεις δικτύου είναι ίδιες → ο Β βρίσκεται στο ίδιο δίκτυο. Ο Α καλεί το ARP για να μάθει τη MAC του ίδιου του Β και του στέλνει απευθείας το πλαίσιο.
Βήμα 3 — Περίπτωση (β): προορισμός 192.168.2.5192.168.2.5 AND 255.255.255.0 = 192.168.2.0
192.168.1.0 ≠ 192.168.2.0 → ο Γ βρίσκεται σε διαφορετικό δίκτυο. Ο Α ψάχνει στον πίνακα δρομολόγησης, εντοπίζει τον δρομολογητή (ή τον προεπιλεγμένο), καλεί το ARP για τη MAC του δρομολογητή και του στέλνει το πλαίσιο.
Άμεση: ίδιο δίκτυο, δεν μεσολαβεί δρομολογητής, ARP για τον προορισμό.
Έμμεση: διαφορετικό δίκτυο, μεσολαβούν δρομολογητές, ARP για τον δρομολογητή.
Ο έλεγχος γίνεται πάντα με AND της IP προορισμού με τη μάσκα και σύγκριση με το δικό μας δίκτυο.
Χωρίς ταίριασμα και χωρίς default gateway → μήνυμα ICMP ότι ο προορισμός δεν είναι προσβάσιμος.
Λυμένες Ασκήσεις Κεφαλαίου 3
Οι ασκήσεις είναι από το «Ερωτήσεις - Ασκήσεις Κεφαλαίου» του βιβλίου και λύνονται με τη μέθοδο του βιβλίου, βήμα-βήμα.
Δίνεται η διεύθυνση δικτύου 192.168.5.0/24, δηλαδή με μάσκα δικτύου 255.255.255.0. 1) Να χωριστεί το δίκτυο σε τρία (3) τουλάχιστον υποδίκτυα, 2) να δοθούν οι περιοχές διευθύνσεων, 3) οι διευθύνσεις υποδικτύου και εκπομπής για τα δυο πρώτα υποδίκτυα, 4) πόσους υπολογιστές μπορεί να έχει το κάθε υποδίκτυο;
Ζητούνται 3 υποδίκτυα. Με 1 bit απαριθμούμε 2 (δεν αρκούν), με 2 bit απαριθμούμε 22 = 4 (αρκούν). Άρα Subnet_ID = 2 bit, Host_ID = 8 − 2 = 6 bit.
Βήμα 2 — Νέα μάσκαΝέα μάσκα: 255.255.255.192 → 192.168.5.0/26. Βήμα υποδικτύων: 26 = 64.
Βήμα 3 — Περιοχές διευθύνσεων| Α/Α | Διεύθυνση υποδικτύου | Περιοχή υπολογιστών | Διεύθυνση εκπομπής |
|---|---|---|---|
| 0 | 192.168.5.0 | 192.168.5.1 – 192.168.5.62 | 192.168.5.63 |
| 1 | 192.168.5.64 | 192.168.5.65 – 192.168.5.126 | 192.168.5.127 |
| 2 | 192.168.5.128 | 192.168.5.129 – 192.168.5.190 | 192.168.5.191 |
| 3 | 192.168.5.192 | 192.168.5.193 – 192.168.5.254 | 192.168.5.255 |
Host_ID 6 bit → 26 − 2 = 64 − 2 = 62 υπολογιστές.
Πόσα ψηφία (bit) πρέπει να δώσουμε στους άσους της μάσκας για να χωριστεί ένα δίκτυο οποιασδήποτε κλάσης (A, B, C) σε τουλάχιστον έξι (6) υποδίκτυα;
Ψάχνουμε το μικρότερο x για το οποίο 2x ≥ 6.
Βήμα 2 — Δοκιμή22 = 4 < 6 (δεν αρκούν) · 23 = 8 ≥ 6 (αρκούν).
Βήμα 3 — Γιατί ισχύει για κάθε κλάσηΤο πλήθος των υποδικτύων εξαρτάται μόνο από το πλήθος των bit του Subnet_ID, όχι από την κλάση. Η κλάση καθορίζει πόσα bit έχει το Host_ID, άρα πόσους υπολογιστές θα έχει το κάθε υποδίκτυο, όχι πόσα υποδίκτυα.
Ένα αυτοδύναμο πακέτο IP συνολικού μήκους 2600 bytes (μαζί με την επικεφαλίδα) και με τιμή στο πεδίο αναγνώρισης 0x12d8 πρόκειται να διέλθει από δίκτυο Ethernet με MTU = 1500 bytes. Το πακέτο IP έχει DF = 0. Να αιτιολογήσετε γιατί θα διασπαστεί το αρχικό πακέτο, να υπολογίσετε σε πόσα τμήματα θα χωριστεί και να συμπληρώσετε τον πίνακα.
Το πλαίσιο του Ethernet μπορεί να μεταφέρει το πολύ 1500 bytes δεδομένων. Το πακέτο IP είναι 2600 bytes > 1500, άρα δεν «χωράει» σε ένα πλαίσιο. Επειδή DF = 0, η διάσπαση επιτρέπεται.
Βήμα 2 — Δεδομένα του αρχικού πακέτουΗ επικεφαλίδα είναι 20 bytes (IHL = 5). Δεδομένα = 2600 − 20 = 2580 bytes.
Βήμα 3 — Μήκος δεδομένων κάθε τμήματοςPayload_Length = INT((MTU − IHL×4) / 8) = INT((1500 − 20) / 8) = INT(1480/8) = 185 οκτάδες → 185 × 8 = 1480 bytes.
Βήμα 4 — Πλήθος τμημάτωνINT(2580 / 1480) + 1 = INT(1,743) + 1 = 1 + 1 = 2 τμήματα: ένα των 1480 bytes και ένα με τα υπόλοιπα, 2580 − 1480 = 1100 bytes.
Βήμα 5 — Σχετικές θέσειςFragment_offset = n × 185 για n = 0, 1 → 0 και 185.
| Πεδίο | 1ο τμήμα | 2ο τμήμα |
|---|---|---|
| Μήκος επικεφαλίδας (λέξεις των 32 bit) | 5 | 5 |
| Συνολικό μήκος (bytes) | 1500 | 1120 |
| Μήκος δεδομένων | 1480 | 1100 |
| Αναγνώριση | 0x12d8 | 0x12d8 |
| DF (σημαία) | 0 | 0 |
| MF (σημαία) | 1 | 0 |
| Σχετ. θέση τμήματος (οκτάδες byte) | 0 | 185 |
Από τη διάσπαση ενός πακέτου IP προέκυψαν τρία τμήματα, όμως από τον πίνακα λείπουν μερικά στοιχεία. Δίνονται: Μήκος επικεφαλίδας 1ου τμήματος = 5 · Συνολικό μήκος 1ου τμήματος = 844 · Συνολικό μήκος 3ου τμήματος = 100 · Αναγνώριση = 0x34b6 · DF = 0 · Σχετ. θέση 3ου τμήματος = 206. Συμπληρώστε τα στοιχεία που λείπουν και απαντήστε: ποιο ήταν το συνολικό μήκος του αρχικού πακέτου;
Συνολικό μήκος = επικεφαλίδα + δεδομένα. Η επικεφαλίδα είναι IHL × 4 = 5 × 4 = 20 bytes.
Δεδομένα 1ου = 844 − 20 = 824 bytes. Έλεγχος: 824 / 8 = 103, ακέραιο πολλαπλάσιο του 8, όπως απαιτείται.
Βήμα 2 — Οι σχετικές θέσεις των τμημάτωνΤο 1ο τμήμα έχει πάντα offset 0. Το 2ο έχει offset = 824 / 8 = 103.
Επαλήθευση με το δοσμένο: το 3ο έχει offset 206 = 103 + 103, άρα και το 2ο τμήμα μεταφέρει 824 bytes δεδομένων → συνολικό μήκος 2ου = 20 + 824 = 844 bytes.
Βήμα 3 — Το 3ο τμήμαΔεδομένα 3ου = 100 − 20 = 80 bytes. Είναι το τελευταίο, άρα MF = 0· στα δύο πρώτα MF = 1.
Βήμα 4 — Το αρχικό πακέτοΔεδομένα αρχικού = 824 + 824 + 80 = 1728 bytes.
Συνολικό μήκος αρχικού = 20 (επικεφαλίδα) + 1728 = 1748 bytes.
| Πεδίο | 1ο τμήμα | 2ο τμήμα | 3ο τμήμα |
|---|---|---|---|
| Μήκος επικεφαλίδας (λέξεις των 32 bit) | 5 | 5 | 5 |
| Συνολικό μήκος (bytes) | 844 | 844 | 100 |
| Μήκος δεδομένων | 824 | 824 | 80 |
| Αναγνώριση | 0x34b6 | 0x34b6 | 0x34b6 |
| DF (σημαία) | 0 | 0 | 0 |
| MF (σημαία) | 1 | 1 | 0 |
| Σχετ. θέση τμήματος (οκτάδες byte) | 0 | 103 | 206 |
Από τη Σχετική Θέση Τμήματος (Offset). Σε μεμονωμένο πακέτο που δεν διασπάστηκε είναι MF = 0 και Offset = 0. Στο τελευταίο τμήμα διασπασμένου πακέτου είναι MF = 0 αλλά Offset > 0.
12) Ποιο είναι το μέγιστο μήκος του αυτοδύναμου πακέτου IPv4;Το πεδίο Συνολικό μήκος είναι 16 bit. Η μέγιστη τιμή που μπορεί να αναπαραστήσει είναι 216 − 1 = 65535 bytes. Άρα αυτό είναι και το μέγιστο μέγεθος αυτοδύναμου πακέτου IPv4.
13) Οι επικεφαλίδες δυο τμημάτων του ίδιου αρχικού τεμαχισμένου πακέτου IPv4 έχουν το ίδιο άθροισμα ελέγχου;Όχι. Το άθροισμα ελέγχου υπολογίζεται πάνω στα πεδία της επικεφαλίδας, και τα τμήματα διαφέρουν τουλάχιστον στο Συνολικό μήκος, στη Σχετική Θέση Τμήματος και στη σημαία MF. Άρα και το άθροισμα ελέγχου διαφέρει.
14) Ένα πακέτο IPv4 διέρχεται από έναν δρομολογητή. Έχει το ίδιο άθροισμα ελέγχου επικεφαλίδας όταν φεύγει με αυτό που είχε όταν ήρθε;Όχι. Ο δρομολογητής μειώνει το TTL κατά ένα, άρα αλλάζει ένα πεδίο της επικεφαλίδας και το άθροισμα ελέγχου πρέπει να υπολογιστεί εκ νέου.
15) Γιατί η σχετική θέση τμήματος (offset) μετριέται σε οκτάδες byte;Επειδή το πεδίο έχει μόνο 13 bit, ενώ το συνολικό μήκος του πακέτου φτάνει τα 65535 bytes και απαιτεί 16 bit. Με 13 bit μπορούμε να μετρήσουμε μέχρι 213 − 1 = 8191 μονάδες· μετρώντας σε οκτάδες (×8) καλύπτουμε 8191 × 8 = 65528 bytes, δηλαδή όλο το εύρος του πακέτου.
16) Ένα πακέτο IPv4 διέρχεται από έναν δρομολογητή. Τι συμβαίνει στο πεδίο TTL; Τι θα συμβεί αν το TTL έχει την τιμή 0;Κάθε δρομολογητής από τον οποίο διέρχεται το πακέτο μειώνει την τιμή του TTL κατά ένα. Όταν η τιμή μηδενιστεί, το πακέτο απορρίπτεται και επιστρέφεται στον αποστολέα διαγνωστικό μήνυμα σφάλματος υπέρβασης χρόνου (time exceeded). Έτσι το πακέτο δεν περιφέρεται άσκοπα στο δίκτυο.
Quiz - Αξιολόγηση Κεφαλαίου 3
Οι προτάσεις Σωστού/Λάθους του Θέματος Α1 από τα πανελλαδικά θέματα 2017-2026 που ανήκουν σε αυτό το κεφάλαιο.
Κουίζ Ολοκληρώθηκε!
Βαθμολογία: 0/13
4.1 Πρωτόκολλα προσανατολισμένα στη σύνδεση – χωρίς σύνδεση
Ο ρόλος του επιπέδου μεταφοράς
Το επίπεδο μεταφοράς είναι υπεύθυνο για την επικοινωνία των δεδομένων που λαμβάνονται από το επίπεδο εφαρμογής μεταξύ του υπολογιστή (κόμβου) αφετηρίας και του υπολογιστή (κόμβου) προορισμού ή αλλιώς επικοινωνία από-άκρο-σε-άκρο (end-to-end), με ή χωρίς εγκατάσταση σύνδεσης.
Στην πρώτη περίπτωση, αρχικά γίνεται εγκατάσταση σύνδεσης και ένα πρόγραμμα στον υπολογιστή αφετηρίας συνομιλεί με ένα παρόμοιο πρόγραμμα του υπολογιστή προορισμού· στη δεύτερη περίπτωση, χωρίς να εγκατασταθεί σύνδεση, το πρόγραμμα στην αφετηρία μεταδίδει άμεσα τα δεδομένα στο πρόγραμμα προορισμού.
Στα κατώτερα επίπεδα, τα πρωτόκολλα δημιουργούν συνδέσεις ανάμεσα σε κάθε υπολογιστή που συνδέεται με τους γειτονικούς του, και όχι μόνο ανάμεσα στους τερματικούς κόμβους (αφετηρίας και προορισμού).
Οι λειτουργίες που αναλαμβάνει το επίπεδο μεταφοράς είναι η εγκατάσταση και ο τερματισμός των συνδέσεων διαμέσου δικτύου, ο έλεγχος της ροής της πληροφορίας ώστε μια γρήγορη μηχανή να μην υπερφορτώνει μια αργή, καθώς και η επιβεβαίωση ότι η πληροφορία έφτασε στο προορισμό της.
Οι δύο κατηγορίες πρωτοκόλλων
Η οικογένεια πρωτοκόλλων TCP/IP διαθέτει στο επίπεδο μεταφοράς τα πρωτόκολλα TCP και UDP. Διαχωρίζονται σε: TCP που είναι πρωτόκολλο προσανατολισμένο σε σύνδεση (Connection oriented) και UDP που είναι πρωτόκολλο χωρίς σύνδεση (Connectionless).
Πρωτόκολλο προσανατολισμένο στη σύνδεση είναι αυτό που αρχικά, πριν ξεκινήσει η μετάδοση των δεδομένων, εγκαθιστά μια σύνδεση από άκρο σε άκρο για να εξασφαλιστεί μια διαδρομή (νοητή σύνδεση) για τη μετάδοση των πακέτων. Όλα τα πακέτα μεταδίδονται στην ίδια νοητή σύνδεση. Αφού ξεκινήσει η μετάδοση εξασφαλίζει ότι τα δεδομένα θα φτάσουν στον παραλήπτη χωρίς σφάλματα.
Πρωτόκολλο χωρίς σύνδεση είναι αυτό στο οποίο ξεκινά η μετάδοση των δεδομένων χωρίς να έχει προηγηθεί επικοινωνία με τον παραλήπτη. Τα δεδομένα μεταδίδονται σε αυτοδύναμα πακέτα (datagrams) χωρίς την εγκατάσταση σύνδεσης μέσω νοητών κυκλωμάτων. Τα πρωτόκολλα αυτά θεωρούνται αναξιόπιστα επειδή δεν εξασφαλίζουν ότι τα δεδομένα θα φτάσουν στο προορισμό τους.
Το byte πρωτοεμφανίστηκε στα μέσα της δεκαετίας του '50 από την ΙΒΜ με την έννοια της μικρότερης ομάδας χρησιμοποιούμενων δυαδικών ψηφίων που αντιστοιχεί σε διευθύνσεις μνήμης σε έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή και αρχικά δεν αντιστοιχούσε σε 8 ψηφία (bit). Για το λόγο αυτό στο TCP/IP χρησιμοποιείται ο όρος octet, που εξ ορισμού αντιστοιχεί σε μονάδα δεδομένων μήκους 8 bit.
Το επίπεδο μεταφοράς κάνει επικοινωνία από άκρο σε άκρο (end-to-end).
TCP = με σύνδεση (νοητή σύνδεση, χωρίς σφάλματα) · UDP = χωρίς σύνδεση (αναξιόπιστο).
Λειτουργίες: εγκατάσταση/τερματισμός σύνδεσης, έλεγχος ροής, επιβεβαίωση.
4.1.1 Πρωτόκολλο TCP - Δομή πακέτου
Το παράδειγμα του βιβλίου
Το TCP παραλαμβάνει από την εφαρμογή ηλεκτρονικού ταχυδρομείου δεδομένα μεγέθους 6000 octets. Ελέγχει το δίκτυο και διαπιστώνει ότι δεν μπορεί να διαχειριστεί datagram μεγαλύτερα από 600 octets. Τι κάνει;
Στην πραγματικότητα τα δύο άκρα δηλώνουν το μεγαλύτερο μέγεθος datagram που μπορούν να διαχειριστούν. Για να αντιμετωπιστεί η κατάσταση, το αρχικό datagram διασπάται σε 10 μικρότερα των 600 octets και αποστέλλονται ανεξάρτητα από το ένα άκρο στο άλλο.
Τα μικρότερα αυτά datagrams συμφωνημένου μεγέθους ονομάζονται Τμήματα (segments). Επομένως στο πρωτόκολλο TCP η μονάδα δεδομένων που διαχειρίζεται (PDU) αναφέρεται ως Τμήμα (Segment).
Βέβαια στο Τμήμα μεταξύ των δύο άκρων μπορεί να χωρά ολόκληρο το datagram, οπότε δεν θα χρειαστεί να διασπαστεί.
Τα ανεξάρτητα τμήματα είναι πολύ πιθανόν να φτάσουν με διαφορετική σειρά — για παράδειγμα το όγδοο τμήμα να φτάσει πριν το πρώτο. Επίσης, λόγω σφάλματος δικτύου, είναι πιθανό κάποιο τμήμα να καταστραφεί· στην περίπτωση αυτή πρέπει να σταλεί ξανά.
Πολυπλεξία (Multiplexing) είναι η δυνατότητα πολλές διεργασίες μέσα στον ίδιο τερματικό κόμβο (host) να χρησιμοποιούν τις υπηρεσίες επικοινωνίας του TCP ταυτόχρονα.
Πώς το TCP εξασφαλίζει την αξιοπιστία
- Την Εγκατάσταση Σύνδεσης από την προέλευση στον προορισμό.
- Τεμαχίζει τα δεδομένα αν επιβάλλεται από το δίκτυο.
- Επιβεβαιώνει την παραλαβή δεδομένων.
- Τοποθετεί στη σειρά τα τμήματα κατά την παραλαβή.
Η επικεφαλίδα (header) είναι ένα σύνολο από octets δεδομένων πριν από τα πραγματικά δεδομένα και προστίθεται στην αρχή του τμήματος.
Η επικεφαλίδα έχει ελάχιστο μήκος 20 octets και μέγιστο 60 octets μαζί με το προαιρετικό πεδίο options.
Η δομή της επικεφαλίδας TCP
| bit 0 – 15 | bit 16 – 31 | ||
|---|---|---|---|
| Αριθμός Θύρας Πηγής | Αριθμός Θύρας Προορισμού | ||
| Αριθμός Σειράς | |||
| Αριθμός Επιβεβαίωσης | |||
| Μέγεθος Επικεφαλίδας | Δεσμευμένο · Σημαίες Ελέγχου | Μέγεθος Παραθύρου | |
| TCP Άθροισμα Ελέγχου | Δείκτης Επείγοντος | ||
| Προαιρετικό (αν υπάρχει) | |||
| Δεδομένα ... | |||
Τα πεδία ένα-ένα
Οι αριθμοί θύρας χρησιμεύουν στην ταυτοποίηση των διαφορετικών συνομιλιών μεταξύ των δύο άκρων.
Έστω ότι δυο διαφορετικοί άνθρωποι στέλνουν από ένα μήνυμα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου προς ένα τρίτο. Το TCP αποδίδει διαφορετικές θύρες στις διεργασίες των εφαρμογών των αποστολέων (π.χ. 1024 και 2024) και τη θύρα 25 στην εφαρμογή που θα παραδοθεί το μήνυμα στον υπολογιστή του παραλήπτη. Αν από το άλλο άκρο πρέπει να σταλεί πίσω ένα τμήμα, τότε τα πεδία θύρα προέλευσης και προορισμού αντιστρέφονται στην επικεφαλίδα.
Ο αριθμός αυτός χρησιμεύει ώστε ο παραλήπτης στο άλλο άκρο να τοποθετεί τα τμήματα στη σωστή σειρά καθώς συνθέτει το αρχικό τμήμα, επειδή η σειρά που έχουν παραληφθεί μπορεί να είναι διαφορετική από τη σειρά που έχουν αποσταλεί. Το TCP αριθμεί τα τμήματα με βάση τα octets.
Κάθε τμήμα αποτελείται από 600 octets. Ποιοι θα είναι οι αριθμοί σειράς των πρώτων τεσσάρων τμημάτων; Τι σημαίνει επιβεβαίωση με αριθμό 1201;
Ο αριθμός σειράς κάθε τμήματος είναι η θέση του πρώτου octet του μέσα στη συνολική ροή δεδομένων.
| Τμήμα | Octets που μεταφέρει | Αριθμός Σειράς |
|---|---|---|
| 1ο | 0 – 599 | 0 |
| 2ο | 600 – 1199 | 600 |
| 3ο | 1200 – 1799 | 1200 |
| 4ο | 1800 – 2399 | 1800 |
Ο Αριθμός Επιβεβαίωσης δηλώνει το επόμενο octet που περιμένει ο παραλήπτης. Στέλνοντας επιβεβαίωση με τον αριθμό 1201, σημαίνει ότι έχουν φτάσει όλα τα δεδομένα μέχρι και το octet με αριθμό 1200.
Για λόγους επιτάχυνσης της επικοινωνίας το TCP δεν περιμένει την παραλαβή της επιβεβαίωσης για να στείλει το επόμενο τμήμα. Δεν γίνεται όμως να αποστέλλονται συνεχώς δεδομένα, διότι ένας γρήγορος αποστολέας θα μπορούσε να ξεπεράσει τις δυνατότητες απορρόφησης δεδομένων από έναν αργό παραλήπτη.
Έτσι με το πεδίο Window κάθε άκρο δηλώνει πόσα νέα δεδομένα μπορεί να απορροφήσει, τοποθετώντας σ' αυτό το πεδίο τον αριθμό από octets που διαθέτει ελεύθερα ο ενταμιευτής εισόδου (buffer). Αν ο χώρος γεμίσει, πρέπει ο αποστολέας να σταματήσει την αποστολή νέων δεδομένων. Όταν ο παραλήπτης απελευθερώσει χώρο, δηλώνει με το πεδίο Window ότι είναι έτοιμος να δεχτεί νέα δεδομένα.
Ο αριθμός στο πεδίο αυτό τοποθετείται από τον αποστολέα αφού υπολογίσει το άθροισμα απ' όλα τα octets σε ένα datagram. Το TCP στο άλλο άκρο υπολογίζει ξανά το άθροισμα και το συγκρίνει με αυτό που παρέλαβε. Αν τα δύο αποτελέσματα δεν είναι ίδια, τότε κάτι συνέβη κατά τη μεταφορά και το datagram απορρίπτεται.
Οι Σημαίες Ελέγχου (Flags)
Τα πεδία Σημαίες Ελέγχου χρησιμεύουν για τον χειρισμό των συνδέσεων και αντιστοιχούν σε 9 bit, όπου τα σημαντικότερα από αυτά είναι:
| Σημαία | Πλήρες όνομα | Τι κάνει |
|---|---|---|
| URG | Urgent Pointer | Επιτρέπει στο ένα άκρο να πληροφορήσει το άλλο για κάτι σημαντικό, όπως να προχωρήσει στην επεξεργασία ενός συγκεκριμένου octet, τη διακοπή της εξόδου με την πληκτρολόγηση κάποιου χαρακτήρα ελέγχου κ.ά. |
| ACK | Acknowledgment | Δηλώνει ότι ο κόμβος που στέλνει το bit με τιμή 1 (On) επιβεβαιώνει τη λήψη δεδομένων. |
| PSH | Push | Ενημερώνει τον παραλήπτη ότι πρέπει όσο το δυνατόν γρηγορότερα να προωθήσει τα δεδομένα στο επίπεδο εφαρμογής. |
| RST | Reset | Επισημαίνει επανεκκίνηση / καθαρισμό της σύνδεσης. |
| SYN | Synchronize | Χρησιμεύει για τον συγχρονισμό της εγκατάστασης μιας νέας σύνδεσης, χρησιμοποιώντας τα πεδία Αριθμός Σειράς ώστε να ξεκινήσει μία σύνδεση. |
| FIN | Finalize | Ενημερώνει ότι ο αποστολέας έχει τελειώσει τη μεταφορά δεδομένων. |
Τι εξασφαλίζει συνολικά η δομή του πακέτου TCP
- Την Εγκατάσταση σύνδεσης με συμφωνημένες προδιαγραφές επικοινωνίας μεταξύ των δυο άκρων.
- Την Αξιοπιστία στη μετάδοση των δεδομένων. Απώλεια δεδομένων μετά τον έλεγχο σφαλμάτων απαιτεί αναμετάδοση.
- Τον Έλεγχο ροής δεδομένων, δηλαδή τον έλεγχο ώστε να μην πλημμυρίσει ο παραλήπτης με δεδομένα από τον αποστολέα.
- Τον Έλεγχο Συμφόρησης δεδομένων, δηλαδή τον έλεγχο ώστε να μην πλημμυρίσει ένα αργό κανάλι επικοινωνίας με δεδομένα, με κίνδυνο κατάρρευσης.
Το PDU του TCP είναι το Τμήμα (Segment)· επικεφαλίδα 20 έως 60 octets.
Αριθμός Σειράς → σωστή σειρά · Αριθμός Επιβεβαίωσης → επιβεβαίωση λήψης · Window → έλεγχος ροής.
Σημαίες: URG, ACK, PSH, RST, SYN, FIN (σε σύνολο 9 bit).
Πολυπλεξία = πολλές διεργασίες του ίδιου host χρησιμοποιούν ταυτόχρονα το TCP.
4.1.2 Πρωτόκολλο UDP - Δομή πακέτου
Το πρωτόκολλο User Datagram Protocol είναι ένα σχετικά απλούστερο πρωτόκολλο σε σχέση με το TCP που χρησιμοποιείται στο επίπεδο μεταφοράς.
Για την μεταφορά των datagrams δεν γίνεται εγκατάσταση σύνδεσης μεταξύ των δύο άκρων και δεν διασπάται το μήνυμα σε μικρότερα τμήματα όταν δεν υποστηρίζεται το μέγεθος του datagram. Κάθε αυτοδύναμο πακέτο μεταφέρεται μέσω δικτύων από κόμβο σε κόμβο μέχρι να φτάσει στο προορισμό του, χωρίς να εγγυάται κανείς ότι δεν θα χαθεί ή θα καταστραφεί.
Από την άλλη πλευρά όμως αυτή η απλότητα της δομής του και η έλλειψη ελέγχων προσδίδει στο UDP το πλεονέκτημα της αύξησης στην ταχύτητα μετάδοσης των δεδομένων και την απώλεια σε overhead, δηλαδή της μείωσης χρησιμοποίησης των πόρων του δικτύου για μη ωφέλιμες εργασίες.
Η επικεφαλίδα UDP — μόνο 8 octets
| bit 0 – 15 | bit 16 – 31 | ||
|---|---|---|---|
| Αριθμός Θύρας Πηγής | Αριθμός Θύρας Προορισμού | ||
| Μήκος (Length) | UDP Άθροισμα Ελέγχου | ||
| Δεδομένα ... | |||
- Ο αριθμός Θύρας Προέλευσης και ο αριθμός Θύρας Προορισμού (Source Port & Destination Port)
- Το μήκος του datagram (Length). Το ελάχιστο μήκος είναι 8 octets, δηλαδή μόνο η επικεφαλίδα, και το μέγιστο μέγεθος φτάνει τα 64534 octets (64Kb) μαζί με την επικεφαλίδα.
- Το Άθροισμα Ελέγχου (Checksum). Είναι προαιρετικό πεδίο 16-bit το οποίο χρησιμοποιείται για επαλήθευση της ορθότητας του datagram κατά την παραλαβή του στην πλευρά του παραλήπτη. Υπολογίζει το άθροισμα της κεφαλίδας και των δεδομένων και η λειτουργία του είναι παρόμοια με του TCP.
TCP εναντίον UDP
| TCP | UDP | |
|---|---|---|
| Σύνδεση | Προσανατολισμένο σε σύνδεση | Χωρίς σύνδεση |
| PDU | Τμήμα (Segment) | Αυτοδύναμο πακέτο (Datagram) |
| Επικεφαλίδα | 20 – 60 octets | 8 octets |
| Αξιοπιστία | Ναι (επιβεβαιώσεις, αναμεταδόσεις) | Όχι |
| Σειρά τμημάτων | Τα τοποθετεί στη σωστή σειρά | Δεν εγγυάται σειρά |
| Έλεγχος ροής / συμφόρησης | Ναι | Όχι |
| Τεμαχισμός δεδομένων | Ναι, αν επιβάλλεται από το δίκτυο | Όχι |
| Ταχύτητα / overhead | Μικρότερη ταχύτητα, μεγαλύτερο overhead | Μεγαλύτερη ταχύτητα, μικρό overhead |
Πού χρησιμοποιείται το UDP
- αυτές οι οποίες μεταδίδουν σε πραγματικό χρόνο ροές video και ήχου (real-time audio/video), όπως IPTV, VoIP. Εδώ μας ενδιαφέρει τα δεδομένα να φτάνουν τη σωστή χρονική στιγμή. Οποιαδήποτε απώλειά τους μας επηρεάζει μόνο στην ποιότητα του αναπαραγόμενου σήματος.
- Servers, οι οποίοι απαντούν σε μικρά αιτήματα ενός τεράστιου αριθμού από πελάτες/clients, όπως στα δικτυακά online παιχνίδια. Οι Servers, χρησιμοποιώντας UDP, δεν απασχολούνται με το να ελέγχουν την κατάσταση της κάθε σύνδεσης και έτσι μπορούν να εξυπηρετήσουν πολύ μεγαλύτερο αριθμό χρηστών.
Το τίμημα: αν απαιτείται να λυθούν θέματα αξιοπιστίας, ελέγχου ροής, τεμαχισμού των πακέτων κ.λπ., τότε αναλαμβάνει το επίπεδο εφαρμογής να τα διαχειριστεί. Επίσης, το πρόβλημα της δικτυακής συμφόρησης πρέπει να αναλάβει το επίπεδο εφαρμογής στην περίπτωση που ένας αποστολέας UDP πλημμυρίσει το δίκτυο με πακέτα.
Το UDP είναι χωρίς σύνδεση, δεν τεμαχίζει, δεν επιβεβαιώνει, δεν εγγυάται τίποτα.
Επικεφαλίδα μόνο 8 octets: Θύρα Πηγής, Θύρα Προορισμού, Μήκος, Άθροισμα Ελέγχου (προαιρετικό).
Ελάχιστο μήκος 8 octets, μέγιστο 64534 octets.
Κατάλληλο για IPTV, VoIP, online παιχνίδια — όπου μετράει η ταχύτητα, όχι η πληρότητα.
Quiz - Αξιολόγηση Κεφαλαίου 4
Οι προτάσεις Σωστού/Λάθους του Θέματος Α1 από τα πανελλαδικά θέματα 2017-2026 που ανήκουν σε αυτό το κεφάλαιο.
Κουίζ Ολοκληρώθηκε!
Βαθμολογία: 0/6
5. Εισαγωγή στα Δίκτυα Ευρείας περιοχής
Τα τοπικά δίκτυα αποτελούν πολύ καλή λύση για επικοινωνία με περιορισμένη, όμως, απόσταση κάλυψης. Για να ικανοποιηθεί η διαρκώς αυξανόμενη ανάγκη για επικοινωνία σε ευρύτερες γεωγραφικές εκτάσεις, αναπτύσσονται τα δίκτυα ευρείας περιοχής (Wide Area Networks, WAN).
Η επέκταση των τοπικών δικτύων και ο σχηματισμός δικτύων WAN επιτυγχάνεται με τη χρήση κατάλληλων γραμμών σύνδεσης και στοιχείων, όπως modem, γέφυρες, δρομολογητές, κ.ά.
Για την ανάπτυξη γραμμών WAN μπορεί να χρησιμοποιούνται δίκτυα μεταγωγής (κυκλώματος, πακέτου), δορυφορικές συνδέσεις, μικροκυματικές συνδέσεις, οπτικές ίνες, ακόμα και συστήματα καλωδιακής τηλεόρασης.
Ως προς το χρήστη, το WAN εμφανίζεται να λειτουργεί κατά τον ίδιο ακριβώς τρόπο με το LAN. Πραγματικά, αν το WAN έχει υλοποιηθεί με τις κατάλληλες τεχνικές, δεν θα πρέπει να υπάρχει καμία διαφορά στη συμπεριφορά ως προς το LAN.
Επειδή είναι αρκετά δύσκολο π.χ. για μια εταιρεία να εγκαταστήσει και να διαχειριστεί από μόνη της τις γραμμές WAN, συνήθως τις νοικιάζει από τηλεπικοινωνιακό φορέα, ο οποίος μπορεί να έχει αναπτύξει την απαραίτητη σε εξοπλισμό αλλά και γεωγραφική εξάπλωση υποδομή.
Οι τεχνολογίες WAN
- Επιλεγόμενες τηλεφωνικές γραμμές
- Μόνιμες ή μισθωμένες γραμμές
- Χ.25
- Frame Relay
- ISDN
- ATM
- xDSL
- Τεχνολογίες FTTH και Metro Ethernet
- Ασύρματες και δορυφορικές ζεύξεις
Από τις παραπάνω, οι X.25 και Frame Relay έχουν ουσιαστικά καταργηθεί, ενώ η ATM έχει αναφερθεί στο κεφάλαιο 2.
WAN = δίκτυα για επικοινωνία σε ευρύτερες γεωγραφικές εκτάσεις.
Επεκτείνονται με modem, γέφυρες, δρομολογητές· οι γραμμές συνήθως νοικιάζονται από τηλεπικοινωνιακό φορέα.
Ως προς τον χρήστη, το WAN συμπεριφέρεται όπως ένα LAN.
5.1 Εγκατεστημένο Τηλεφωνικό Δίκτυο
Τι υπάρχει ήδη εγκατεστημένο
Μια κανονική τηλεφωνική εγκατάσταση αποτελείται από ένα ζευγάρι από χάλκινα καλώδια που εγκαθιστά στο σπίτι μας μια τηλεφωνική εταιρεία.
Τα χάλκινα καλώδια έχουν πολύ χώρο για να μπορούν να μεταφέρουν περισσότερα από τις τηλεφωνικές μας συνομιλίες, δηλαδή έχουν τη δυνατότητα να χειριστούν ένα πολύ μεγαλύτερο εύρος ζώνης (bandwidth) ή μια περιοχή συχνοτήτων, σε σχέση μ' αυτό που απαιτείται για τη μεταφορά της φωνής.
Μια DSL σύνδεση, π.χ., αξιοποιεί αυτήν την επιπλέον χωρητικότητα για να μπορέσει να μεταφέρει πληροφορίες μέσω του χάλκινου σύρματος χωρίς όμως να ενοχλεί τις επικοινωνίες που γίνονται μέσω της ίδιας γραμμής.
Οι συχνότητες
| Τι | Περιοχή συχνοτήτων |
|---|---|
| Ανθρώπινες φωνές στις κανονικές συνομιλίες | 0 έως 3.400 Hz |
| Περιοχή των περισσότερων στερεοφωνικών ηχείων | ~20 Hz έως 20.000 Hz |
| Δυνατότητα των ίδιων των συρμάτων | έως και αρκετά εκατομμύρια Hz |
Περιορίζοντας τις συχνότητες που μεταφέρονται μέσα από τα σύρματα, το τηλεφωνικό σύστημα μπορεί να πακετάρει πολλά καλώδια σ' έναν πολύ μικρό χώρο χωρίς να ανησυχεί για παρεμβολές (interference) ανάμεσα στις γραμμές. Τα σύγχρονα μηχανήματα, που στέλνουν ψηφιακά και όχι αναλογικά δεδομένα, μπορούν να χρησιμοποιήσουν με ασφάλεια πολύ περισσότερη από τη χωρητικότητα της τηλεφωνικής γραμμής.
Η τηλεφωνική εγκατάσταση = ένα ζευγάρι χάλκινα καλώδια.
Η φωνή χρειάζεται μόνο 0 – 3.400 Hz· ο χαλκός αντέχει εκατομμύρια Hz.
Το DSL αξιοποιεί αυτήν την επιπλέον χωρητικότητα, χωρίς να ενοχλεί τη φωνή.
5.1.4 Τεχνολογίες Ψηφιακής Συνδρομητικής Γραμμής (xDSL)
Το DSL προέρχεται από τα αρχικά των λέξεων Digital Subscriber Line (Ψηφιακή Συνδρομητική Γραμμή) και στην ουσία αποτελεί μια τεχνολογία που μετατρέπει το απλό τηλεφωνικό καλώδιο σε ένα δίαυλο ψηφιακής επικοινωνίας μεγάλου εύρους ζώνης με τη χρήση ειδικών modems, τα οποία τοποθετούνται στις δυο άκρες της γραμμής.
Ο δίαυλος αυτός μεταφέρει τόσο τις χαμηλές όσο και τις υψηλές συχνότητες ταυτόχρονα: τις χαμηλές για τη μεταφορά του σήματος της φωνής και τις υψηλές για τα δεδομένα.
Χρησιμοποιούνται διάφορες τεχνολογίες διαμόρφωσης, οι οποίες χωρίζουν το διαθέσιμο εύρος ζώνης της γραμμής σε τρία κανάλια: ένα για τη μετάδοση της φωνής, ένα για τη μετάδοση δεδομένων προς τα πάνω (upstream) κι ένα για τη μετάδοση των δεδομένων προς τα κάτω (downstream).
Με το DSL επιτυγχάνονται ταχύτητες μέχρι και 52,8 Mbps downstream (από το Διαδίκτυο προς τον χρήστη) και 2,3 Mbps upstream (από τον χρήστη προς το Διαδίκτυο), ενώ ταυτόχρονα μεταφέρονται και τα αναλογικά σήματα της φωνής.
Οι διάφορες παραλλαγές xDSL υποστηρίζουν συμμετρική ή ασύμμετρη μετάδοση δεδομένων. Αυτό σημαίνει ότι τα δεδομένα μπορεί να μεταδίδονται με την ίδια ή διαφορετική ταχύτητα προς τις δύο κατευθύνσεις (downstream και upstream).
Έτσι, κάθε παραλλαγή μπορεί να είναι κατάλληλη για χρήση σε εφαρμογές όπου απαιτείται υψηλότερη ταχύτητα στην κατεύθυνση προς τον χρήστη (π.χ. πρόσβαση σε ιστοσελίδες) ή ίδια ταχύτητα και προς τις δύο κατευθύνσεις (π.χ. υποκατάστατο για γραμμές Ε1, τηλεδιάσκεψη).
Οι τεχνολογίες xDSL
| Τεχνολογία | Σημασία | Αριθμός Ζευγών | Ταχύτητα | Μέγιστη Απόσταση |
|---|---|---|---|---|
| ADSL | Asymmetric DSL | 1 | 8 Mbps downstream 1,5 Mbps upstream | 3 km 6,6 – 7,5 km |
| ADSL Lite | — | 1 | 1 Mbps downstream 384 Kbps upstream | — |
| HDSL | High-bit-rate DSL | 2 ή 3 | 2 Mbps full duplex (E1) 1,5 Mbps full duplex (T1) | 3,5 – 4,5 km |
| SDSL | Single-line DSL | 1 | 2 Mbps full duplex (E1) 1,5 Mbps full duplex (T1) | 3 km |
| VDSL | Very-high-bit-rate DSL | 1 | 13 – 52 Mbps downstream 1,5 – 12 Mbps upstream | 0,3 – 1,4 km |
ADSL
Η τεχνολογία ADSL εξασφαλίζει πρόσβαση υψηλών ταχυτήτων στο Διαδίκτυο και σε άλλα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα, δίνοντας τη δυνατότητα για ταυτόχρονη μετάδοση φωνής και δεδομένων (δεδομένα, κινούμενη εικόνα, γραφικά) μέσω της απλής τηλεφωνικής γραμμής.
Κύριο χαρακτηριστικό της τεχνολογίας είναι ότι η μεταφορά δεδομένων γίνεται με ασύμμετρο τρόπο, δηλαδή προσφέρει διαφορετικό ρυθμό για τη λήψη (μέχρι 8 Mbps downstream) και διαφορετικό για την αποστολή δεδομένων (1 Mbps upstream).
Αποκλειστικό εύρος ζώνης
Το εύρος ζώνης δεν το μοιραζόμαστε, αλλά είναι εξ ολοκλήρου στη διάθεσή μας.
Μόνιμη σύνδεση (always-on)
Η σύνδεση ADSL είναι μόνιμη και διαθέσιμη ανά πάσα στιγμή — δεν απαιτείται σύνδεση και αποσύνδεση όπως στις τηλεφωνικές κλήσεις.
Εξάρτηση από την απόσταση
Η απόδοση εξαρτάται σημαντικά από την απόσταση του χρήστη από τον τηλεπικοινωνιακό πάροχο.
- 1,5 Mbps για απόσταση 5,5 km
- 2,0 Mbps για απόσταση 4,9 km
- 6,3 Mbps για απόσταση 3,6 km
- 8,4 Mbps για απόσταση 2,7 km
Εξελιγμένες εκδόσεις του ADSL είναι το ADSL2 και το ADSL2+, οι οποίες παρέχουν μεγαλύτερες ταχύτητες αξιοποιώντας διαφορετικά το εύρος ζώνης του καλωδίου. Η μέγιστη ταχύτητα του ADSL2+ είναι τα 24/1 Mbps (ή τα 24/3,5 Mbps με το πρότυπο ITU G.992.5 Annex M), αλλά στην πράξη πολύ λίγοι χρήστες συνδέονται σε αυτές τις ταχύτητες, λόγω της απόστασής τους από το τηλεφωνικό κέντρο.
Στις απλές τηλεφωνικές συνδέσεις με χάλκινο καλώδιο χρησιμοποιείται μόνο η περιοχή συχνοτήτων 0-4 kHz για τη μετάδοση της φωνής. Αυτό δίνει τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν οι μεγαλύτερες συχνότητες για τη μετάδοση άλλων δεδομένων. Επειδή το εύρος είναι περιορισμένο και οι συνηθισμένοι οικιακοί χρήστες έχουν μεγαλύτερο όγκο στο κατέβασμα παρά στο ανέβασμα, χρησιμοποιείται μεγαλύτερο εύρος συχνοτήτων για την αποστολή από τον πάροχο προς τον τελικό χρήστη.
Οι συχνότητες υποδιαιρούνται σε ακόμα μικρότερες περιοχές των 4.3125 kHz, που συχνά ονομάζονται bins. Συνήθως τα modems, κατά την έναρξη της επικοινωνίας, ελέγχουν ξεχωριστά κάθε τέτοια περιοχή για να καθορίσουν ποιες μπορούν να χρησιμοποιηθούν.
Για τη δημιουργία πολλαπλών καναλιών, τα ADSL modems χωρίζουν το διαθέσιμο εύρος ζώνης με έναν από τους δυο τρόπους: α) Πολυπλεξία με διαίρεση συχνότητας (Frequency Division Multiplexing) ή β) Καταστολή της ηχούς (Echo Cancellation).
HDSL, SDSL, VDSL
HDSL
High-bit-rate DSL. Σε αντίθεση με το ADSL είναι συμμετρικό και προσφέρει τον ίδιο ρυθμό (μέχρι 2 Mbps) τόσο για την αποστολή όσο και για τη λήψη. Η μέγιστη απόσταση δεν υπερβαίνει τα 3,5 km και απαιτείται η εγκατάσταση 2 τηλεφωνικών γραμμών (2 συνεστραμμένα καλώδια). Νεότερες εκδόσεις: HDSL2 (1 ζεύγος) και HDSL4 (2 ζεύγη).
SDSL
Single-line DSL. Παρόμοιο με το HDSL στον ρυθμό (μέχρι 2 Mbps), απαιτεί όμως μόνο ένα συνεστραμμένο ζεύγος χαλκού. Για τον λόγο αυτό η μέγιστη απόσταση δεν ξεπερνά τα 3 km.
VDSL
Very-high-data-rate DSL. Δίνει ταχύτητες μέχρι 52 Mbps λήψη και 12 Mbps αποστολή, με περιορισμό όμως τη μέγιστη απόσταση (δεν ξεπερνά το 1,5 km). Διάδοχος: το VDSL2, με πάνω από 200 Mbps σε πολύ μικρή απόσταση, 100 Mbps στα 500 μέτρα και 50 Mbps στο 1 χιλιόμετρο.
Συσκευές τερματισμού: DSL Modem και DSLAM
Το DSL χρησιμοποιεί δύο κομμάτια εξοπλισμού: ένα στην πλευρά του πελάτη και ένα στον πάροχο υπηρεσιών Διαδικτύου.
Στην πλευρά του πελάτη υπάρχει ένας πομποδέκτης (transceiver) DSL. Οι περισσότεροι οικιακοί πελάτες τον αποκαλούν «DSL modem»· οι τεχνικοί στην τηλεφωνική εταιρεία ή τον ISP τον αποκαλούν ATU-R. Είναι το σημείο όπου τα δεδομένα από τον υπολογιστή του χρήστη ή το δίκτυο συνδέονται με την DSL γραμμή.
Το Digital Subscriber Line Access Multiplexer (DSLAM) είναι ο πολυπλέκτης/αποπολυπλέκτης των ψηφιακών συνδρομητικών γραμμών DSL. Είναι μια συσκευή που τοποθετείται είτε στο Κέντρο Τηλεπικοινωνιακών Παρόχων, είτε σε καμπίνες στο δρόμο, είτε αντικαθιστά τους Κατανεμητές καλωδίων, είτε μέσα σε πολυκατοικίες.
Ένα DSLAM λαμβάνει συνδέσεις από πολλούς πελάτες και τις συνενώνει σε μία σύνδεση υψηλής χωρητικότητας προς το Διαδίκτυο. Επιπλέον, μπορεί να παρέχει λειτουργίες όπως δρομολόγηση (routing) ή εκχώρηση δυναμικών IP διευθύνσεων για τους πελάτες.
Το DSLAM περιέχει ένα μοναδικό modem (port) για κάθε συνδρομητή. Κάθε κάρτα στο DSLAM τυπικά έχει 24 ports. Όταν συνδέσουμε και ανάψουμε το modem/router μας, το πρώτο πράγμα που κάνει είναι να συνδεθεί με το port του DSLAM που μας αντιστοιχεί. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται «συγχρονισμός» και συνήθως έχει ειδικό λαμπάκι (ADSL, line ή sync). Η πραγματική ταχύτητα ADSL για τη σύνδεσή μας είναι η ταχύτητα που θα επιτευχθεί σε αυτόν τον συγχρονισμό.
Επειδή οι χρήστες των cable modems μοιράζονται συνήθως έναν βρόγχο δικτύου σε μια γειτονιά, η πρόσθεση χρηστών σημαίνει ελάττωση της απόδοσης.
Το ADSL παρέχει μια αφοσιωμένη (dedicated) σύνδεση από τον κάθε χρήστη έως το DSLAM, πράγμα που σημαίνει ότι οι χρήστες δεν θα διαπιστώσουν ελάττωση της απόδοσης με την προσθήκη νέων χρηστών, μέχρις ότου ο συνολικός αριθμός των χρηστών αρχίσει να παραγεμίζει (κορεσμός) τη σύνδεση υψηλής ταχύτητας προς το Διαδίκτυο.
Συνδεσμολογίες: splitterless και splitter-based
Ο τηλεπικοινωνιακός πάροχος τοποθετεί μία συσκευή στον πελάτη (Network Interface Device - NID), γνωστή και ως adsl modem/router, η οποία διαχωρίζει τις συχνότητες της φωνής (0 - 4 kHz) από τις υψηλότερες συχνότητες των DSL σημάτων (25 kHz - 1,1 MHz).
Ο διαχωριστής των σημάτων, ένα χαμηλοπερατό φίλτρο, είναι μια παθητική συσκευή — δηλαδή δεν χρειάζεται επιπλέον παροχή ρεύματος και μπορεί να συνεχίζει να λειτουργεί αν υπάρξει τοπική διακοπή ρεύματος.
| Splitterless (Universal DSL / G.Lite / DSL Lite) | Splitter-based | |
|---|---|---|
| Διαχωρισμός σημάτων | Δεν έχουμε διαχωρισμό των δύο σημάτων· το modem συνδέεται απευθείας στην τηλεφωνική γραμμή | Το σήμα DSL διαχωρίζεται από τη γραμμή του τηλεφώνου και με διαφορετικό καλώδιο οδεύει προς το modem |
| Εξοπλισμός | Ειδικά chips μέσα στο modem, που λειτουργούν σε χαμηλότερη ισχύ ώστε να μη δημιουργούν παρεμβολές στη φωνή· απαιτείται φίλτρο (filter) στις τηλεφωνικές συσκευές | Απαιτείται εγκατάσταση διαχωριστή (splitter) από την τηλεφωνική εταιρεία στο χώρο του συνδρομητή |
| Ταχύτητα | Μικρότερη μέγιστη ταχύτητα μεταφοράς | Μεγαλύτερη |
| Κόστος | Χαμηλότερο | Υψηλότερο (επιπλέον καλωδίωση + διαχωριστής) |
Το ντεσιμπέλ (dB), Εξασθένηση και SNR
- Είναι λογαριθμική (log) μονάδα. Καθαρός αριθμός.
- Βασική μονάδα είναι το Bel. Επειδή είναι πρακτικά μεγάλη, χρησιμοποιείται το deciBel (1 deciBel = 0,1 Bel).
- Εκφράζει πόσες φορές είναι ένα μέγεθος μεγαλύτερο (+) ή μικρότερο (−) από ένα άλλο.
- Μηδέν 0 dB σημαίνει ότι τα δυο συγκρινόμενα μεγέθη είναι ίσα (και ΟΧΙ μηδέν).
- Όταν το dB συνοδεύεται και από επιπλέον γράμμα(-τα), παύει να είναι καθαρός αριθμός και δείχνει πόσες φορές είναι μεγαλύτερο/μικρότερο από το μέγεθος αναφοράς.
- +3 dB σημαίνει διπλάσια ισχύ, −3 dB μισή ισχύ.
- +10 dB σημαίνει δεκαπλάσια ισχύ, −10 dB το ένα δέκατο της ισχύος.
Γιατί χρησιμοποιούμε το dB; Επειδή για διαδοχικές βαθμίδες ενισχυτών και εξασθενήσεων ο υπολογισμός του συνολικού κέρδους ανάγεται σε πρόσθεση και αφαίρεση των επιμέρους κερδών ή απωλειών σε dB, αντί για πολλαπλασιασμούς και διαιρέσεις.
Ένα καλώδιο UTP Cat 5e σε απόσταση 100 μέτρων παρουσιάζει εξασθένηση 21,0 dB στους 100 MHz. Αν το σήμα ξεκινά με ισχύ 4 mW ή 6 dBm, πόση είναι η ισχύς του σήματος που φτάνει στην άλλη άκρη;
Κάνοντας χρήση της σχέσης που ορίζει το dB για τιμές ισχύος, θέτουμε P1 = 4 mW:
dB = 10·log(P₂ / P₁) ⇒ −21 = 10·log(P₂ / P₁) ⇒ P₂ / P₁ = 10−21/10 ⇒ P₂ / 4 = 10−2,1 ⇒ P₂ = 4 · 0,007943 ⇒ P₂ = 0,03177 mW
β΄ τρόπος — με πίνακες αντιστοιχίας dB σε λόγους ισχύοςΤα 21 dB είναι 20 + 1 dB, δηλαδή συντελεστής 100 × 1,26 = 126. Επειδή είναι εξασθένηση, το πρόσημο είναι αρνητικό, οπότε ο συντελεστής είναι «διά».
Τελική ισχύς = 4 mW / 126 = 0,03175 mW — τιμή σχεδόν ίδια με αυτήν που υπολογίσαμε.
γ΄ τρόπος — δουλεύοντας απευθείας σε dBmΤο αρχικό σήμα είναι 6 dBm και μετά από εξασθένηση −21 dB φτάνει να είναι 6 − 21 = −15 dBm. Δεν χρειάζεται να εμπλακούμε καθόλου με πολύπλοκους υπολογισμούς.
Ως εξασθένηση ορίζεται ο λόγος της ισχύος του σήματος που φτάνει στην είσοδο του δέκτη λήψης προς την αρχική ισχύ στην έξοδο του πομπού. Η εξασθένηση μετράται σε decibel (dB) σε συγκεκριμένη συχνότητα, π.χ. 15 dB @1kHz.
Το χρήσιμο σήμα της πληροφορίας, παρότι ξεκινά από τον πομπό μόνο του, στη διαδρομή «εμπλουτίζεται» με διάφορα ανεπιθύμητα σήματα τα οποία το επηρεάζουν, το παραμορφώνουν και δυσχεραίνουν την ανάκτηση της πληροφορίας από τον δέκτη. Τα ανεπιθύμητα αυτά σήματα ονομάζονται θόρυβος.
Ο ηλεκτρομαγνητικός θόρυβος δεν επηρεάζει τα οπτικά σήματα και τις οπτικές ίνες. Στα μεταλλικά-χάλκινα καλώδια ένας παράγοντας που μπορεί να μειώσει τον θόρυβο είναι η θωράκισή τους και η γείωση της θωράκισης.
Αυτό που ενδιαφέρει περισσότερο είναι η σχετική στάθμη του σήματος πληροφορίας σε σχέση με τη στάθμη του θορύβου. Η παράμετρος αυτή ονομάζεται λόγος σήματος προς θόρυβο (Signal to Noise Ratio, S/N ή SNR) και εκφράζεται σε deciBel (dB).
Παράδειγμα: αν σε μια γραμμή η στάθμη του σήματος είναι χίλιες (1000) φορές μεγαλύτερη από τη στάθμη του θορύβου, τότε ο λόγος σήματος προς θόρυβο (S/N) είναι 30 dB.
Η μέτρηση του θορύβου γίνεται στην είσοδο του δέκτη, γιατί εκεί ενδιαφέρει η επίδρασή του στο σήμα πληροφορίας. Ο θόρυβος είναι σημαντικός παράγοντας ιδιαίτερα σε μεγάλου μήκους γραμμές, όπως οι τηλεφωνικές: το σήμα εκτίθεται για μεγάλες αποστάσεις σε εξωτερικούς θορύβους, ενώ παράλληλα υπόκειται σε μεγαλύτερη εξασθένηση — άρα χειρότερο λόγο S/N.
Χαρακτηρίζει το περιθώριο που υπάρχει για τη σχετικά σίγουρη παροχή μιας υπηρεσίας ή λειτουργία με συγκεκριμένο τρόπο. Για παράδειγμα, εάν σε μια ασύρματη σύνδεση, για την επίτευξη σύνδεσης σε συγκεκριμένη ταχύτητα χωρίς συχνές αποσυνδέσεις, απαιτείται στάθμη σήματος τουλάχιστον −77 dBm και η πραγματική στάθμη είναι −65 dBm, τότε λέμε ότι το περιθώριο είναι 12 dB.
xDSL: μετατρέπει το απλό τηλεφωνικό καλώδιο σε δίαυλο ψηφιακής επικοινωνίας — 3 κανάλια: φωνή, upstream, downstream.
ADSL ασύμμετρο (8/1 Mbps, 1 ζεύγος, always-on) · HDSL συμμετρικό (2 ζεύγη) · SDSL συμμετρικό (1 ζεύγος) · VDSL έως 52 Mbps σε μικρή απόσταση.
DSLAM στον πάροχο, DSL modem / ATU-R στον πελάτη· η ταχύτητα καθορίζεται στον συγχρονισμό.
Εξασθένηση = λόγος ισχύος στον δέκτη προς ισχύ στον πομπό · SNR = λόγος σήματος προς θόρυβο, και τα δύο σε dB.
Quiz - Αξιολόγηση Κεφαλαίου 5
Οι προτάσεις Σωστού/Λάθους του Θέματος Α1 από τα πανελλαδικά θέματα 2017-2026 που ανήκουν σε αυτό το κεφάλαιο.
Κουίζ Ολοκληρώθηκε!
Βαθμολογία: 0/6
6.1 Σύστημα Ονοματολογίας DNS
Το πρόβλημα
Κάθε υπολογιστής (host) που συμμετέχει σε ένα δίκτυο TCP/IP αποκτά μία και μοναδική διεύθυνση IP. Επειδή όμως οι χρήστες βρίσκουν αρκετά δύσκολο να θυμούνται διευθύνσεις αυτής της μορφής, χρησιμοποιούν συμβολικά ονόματα με τα οποία αναφέρονται στις συσκευές και στα δίκτυα.
| IP διεύθυνση | Όνομα υπολογιστή |
|---|---|
| 128.174.5.1 | atlas |
| 128.174.5.2 | kronos |
| 128.174.5.3 | aris |
Αυτή η προσέγγιση δουλεύει καλά σε μικρά δίκτυα με περιορισμένο αριθμό συσκευών. Όταν όμως έχουμε συναλλαγές με το Διαδίκτυο, είναι προφανές ότι είναι δύσκολο να απομνημονεύσουμε διευθύνσεις IP. Γι' αυτό αναπτύχθηκε ένα σύστημα ονοματοδοσίας και μια υπηρεσία καταλόγου για αναζήτηση των ονομάτων.
Το σύστημα Ονομασίας περιοχών (DNS) είναι μια κατανεμημένη βάση δεδομένων στο Διαδίκτυο που επιτρέπει τη μετάφραση ανάμεσα σε ονόματα και διευθύνσεις IP.
Θα μπορούσαμε να πούμε ότι το DNS είναι ο «τηλεφωνικός κατάλογος του Διαδικτύου». Είναι ο μηχανισμός του Διαδικτύου για την αναφορά μέσω ονομάτων σε ό,τι πόρους χρησιμοποιούμε σε αυτό και που μας επιτρέπει τη μετάφραση ονομάτων σε διευθύνσεις IP και το αντίστροφο.
- τον χώρο ονομάτων
- τους εξυπηρετητές μέσω των οποίων γίνεται διαθέσιμος ο χώρος ονομάτων
- τους αναλυτές (resolvers) που ερωτούν τους εξυπηρετητές περί του χώρου ονομάτων
Τα δεδομένα της βάσης DNS διατηρούνται τοπικά, αλλά είναι διαθέσιμα παγκόσμια. Δεν υπάρχει υπολογιστής με όλη τη βάση DNS.
Πολύ σημαντικό: το DNS είναι πρωτόκολλο επιπέδου εφαρμογής (Application Layer) που επιτρέπει σε υπολογιστές (hosts), δρομολογητές (routers) και εξυπηρετητές DNS (Name Servers) να επικοινωνούν για να αναλύσουν (resolve) ονόματα. Τα αποτελέσματα από μακρινούς εξυπηρετητές αποθηκεύονται προσωρινά σε τοπική μνήμη ώστε να βελτιωθεί η επίδοση.
Το DNS είναι κατανεμημένη βάση δεδομένων — ο «τηλεφωνικός κατάλογος του Διαδικτύου».
Περιλαμβάνει: χώρο ονομάτων, εξυπηρετητές, αναλυτές (resolvers).
Ανήκει στο επίπεδο εφαρμογής· κανένας υπολογιστής δεν έχει όλη τη βάση.
6.1.1 Χώρος ονομάτων του DNS
Το Διαδίκτυο είναι χωρισμένο νοητά σε εκατοντάδες διαφορετικές περιοχές (domains) υψηλού επιπέδου που αναλύονται σε υποπεριοχές (subdomains), κ.ο.κ., με πολλούς υπολογιστές (hosts) η καθεμία.
Οι περιοχές μπορεί να παρασταθούν με ένα δέντρο. Τα ονόματα των περιοχών απαρτίζουν μια ιεραρχία κατά τρόπο που τα ονόματα να είναι μοναδικά και να απομνημονεύονται εύκολα. Ένας οργανισμός είναι αρμόδιος για μέρος του χώρου ονομάτων και μπορεί να προσθέσει επιπλέον επίπεδα στην ιεραρχία.
Κάθε κόμβος στο δένδρο DNS αναπαριστά ένα όνομα DNS (DNS name). Κάθε κλαδί κάτω από ένα κόμβο είναι μια περιοχή DNS (DNS domain). Η περιοχή DNS μπορεί να περιέχει hosts ή άλλες περιοχές (subdomains).
Η ρίζα και τα επίπεδα
Η κορυφή του δένδρου είναι η ρίζα (root) και συμβολίζεται με μία τελεία «.». Η IANA (Internet Assigned Numbers Authority) είναι η επίσημη αρχή που διαχειρίζεται τη ρίζα του DNS.
| Επίπεδο | Τι είναι | Παραδείγματα |
|---|---|---|
| Ρίζα | Η κορυφή του δένδρου | . |
| 1ου επιπέδου (TLD) | Περιοχές ανωτάτου επιπέδου ή βασικές περιοχές | Αρχικά (1988): edu, gov, com, org, mil, net, int, arpa Αργότερα ανά χώρα (2 γράμματα): gr, nl, uk, us, jp, it, fr Στη συνέχεια: biz, info, post, tel |
| 2ου επιπέδου | Προσδιορίζει συνήθως τον οργανισμό ή την εταιρεία στην οποία ανήκει το δίκτυο· κάθε μία είναι μοναδική | ntua.gr, sch.gr |
| 3ου επιπέδου και κάτω | Υποπεριοχές (subdomains)· κάθε νέο subdomain αντιστοιχεί σε περιοχή ονομάτων του επόμενου επιπέδου | tc.ntua.gr, pie.sch.gr |
Η διαχείριση των TLD (εκτός των .int και .arpa) έχει εκχωρηθεί από την IANA σε άλλους υπεύθυνους οργανισμούς. Η διαχείριση του χώρου ονομάτων κάτω από τις περιοχές ανωτάτου επιπέδου έχει εκχωρηθεί σε οργανισμούς, που μπορούν να εκχωρήσουν περαιτέρω τη διαχείριση υποπεριοχών τους.
Να αναλυθεί το όνομα ektor.tc.ntua.gr.
Διαβάζουμε από δεξιά προς αριστερά, από το ανώτατο προς το κατώτερο επίπεδο:
| Τμήμα | Επίπεδο | Τι δηλώνει |
|---|---|---|
| .gr | 1ου (βασική περιοχή) | Αφορά την Ελλάδα |
| ntua | 2ου (domain) | Το Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο |
| tc | 3ου (subdomain) | Τα μηχανήματα του εργαστηρίου τηλεπικοινωνιών |
| ektor | κατώτερο | Το συμβολικό όνομα του ηλεκτρονικού υπολογιστή (host) |
Ο χώρος ονομάτων είναι δέντρο: ρίζα «.» → TLD → 2ου επιπέδου → υποπεριοχές → host.
Η IANA διαχειρίζεται τη ρίζα· η διαχείριση εκχωρείται ιεραρχικά προς τα κάτω.
Το όνομα διαβάζεται από δεξιά προς αριστερά.
6.1.2 Οργάνωση DNS
Το DNS είναι οργανωμένο ως μία κατανεμημένη βάση δεδομένων που χρησιμοποιεί το μοντέλο πελάτη – εξυπηρετητή. Για να λειτουργήσει, χρησιμοποιεί τους κόμβους της βάσης αυτής, που είναι οι εξυπηρετητές ονομάτων (Name Servers), οι οποίοι βρίσκονται σε διαφορετικά σημεία του Διαδικτύου, συνεργάζονται μεταξύ τους και μας πληροφορούν σχετικά με το ποιο όνομα αντιστοιχεί σε ποια IP διεύθυνση και αντίστροφα.
Ιεραρχία και ζώνες
Η ιεραρχία του χώρου ονομάτων ανταποκρίνεται σε μία αντίστοιχη ιεραρχία εξυπηρετητών ονομάτων.
Κάθε εξυπηρετητής είναι υπεύθυνος για ένα συμπαγές τμήμα του χώρου ονομάτων DNS που αποκαλείται ζώνη (zone). Ο εξυπηρετητής ονομάτων απαντά σε ερωτήσεις (queries) για τους υπολογιστές (hosts) της ζώνης του. Κάθε ζώνη είναι εμφωλευμένη σε ένα κόμβο του δένδρου.
Οι ζώνες δεν είναι περιοχές (domains). Η ζώνη είναι τμήμα του χώρου ονομάτων DNS που εν γένει αποθηκεύεται σε ένα αρχείο. Ο εξυπηρετητής ονομάτων μπορεί να χωρίσει μέρος της ζώνης του και να το εκχωρήσει σε άλλους εξυπηρετητές.
Σημείο-παγίδα: «Κανένας εξυπηρετητής DNS δεν έχει όλες τις αντιστοιχίες ονομάτων σε διευθύνσεις IP. Για να βρεθεί μία συγκεκριμένη αντιστοίχιση πιθανόν να πρέπει να γίνουν ερωτήσεις σε πολλούς εξυπηρετητές DNS.»
Κύριος και δευτερεύων εξυπηρετητής
Για κάθε ζώνη πρέπει να υπάρχει ένας κύριος εξυπηρετητής και ένας αριθμός από δευτερεύοντες εξυπηρετητές.
Ο κύριος εξυπηρετητής (primary server) διατηρεί ένα αρχείο ζώνης με την πρωτότυπη πληροφορία για τη ζώνη.
Ο δευτερεύων εξυπηρετητής (secondary server) διατηρεί αντίγραφα των δεδομένων που αποθηκεύονται στον κύριο εξυπηρετητή.
Η βάση μπορεί να ενημερωθεί δυναμικά με προσθήκη, διαγραφή, τροποποίηση οποιασδήποτε πληροφορίας. Όταν προστίθεται ένας host σε μια ζώνη, ο διαχειριστής προσθέτει την πληροφορία για τον host (διεύθυνση IP και όνομα) σε ένα αρχείο του κύριου εξυπηρετητή.
Ο τοπικός (default) εξυπηρετητής
Σχεδόν κάθε οργανισμός, εταιρεία, πανεπιστήμιο, πάροχος έχει έναν τοπικό εξυπηρετητή ονομάτων, που είναι γνωστός και ως ο επιλεγμένος (default) εξυπηρετητής. Όταν γίνει μια ερώτηση, αυτή αποστέλλεται στον τοπικό εξυπηρετητή, που λειτουργεί ως ενδιάμεσος και προωθεί την ερώτηση, εάν απαιτείται.
Αν ο τοπικός εξυπηρετητής ονομάτων δεν έχει καταλήξει στο πού θα βρει τη διεύθυνση που αντιστοιχεί στο όνομα κάποιου υπολογιστή, ρωτά τους εξυπηρετητές άλλων ζωνών, φτάνοντας μέχρι τους εξυπηρετητές ρίζας, αν χρειαστεί.
Ανάλυση ονομάτων (name resolution) είναι η διαδικασία με την οποία αναλυτές και εξυπηρετητές ονομάτων συνεργάζονται ώστε να βρουν δεδομένα εντός του χώρου ονομάτων.
Το πρωτόκολλο DNS είναι του τύπου πελάτη – εξυπηρετητή και ανήκει στο επίπεδο εφαρμογής του μοντέλου TCP/IP. Ο πελάτης DNS ονομάζεται αναλυτής (resolver). Το πρωτόκολλο DNS υποστηρίζει τη μετατροπή ονομάτων σε διευθύνσεις (ανάλυση, resolution), καθώς και την ενημέρωση των δεδομένων μεταξύ των εξυπηρετητών ονομάτων.
Για την ανεύρεση δεδομένων, ο εξυπηρετητής ονομάτων χρειάζεται μόνο το όνομα και τη διεύθυνση IP των εξυπηρετητών ονομάτων κορυφής (ρίζας). Οι εξυπηρετητές κορυφής γνωρίζουν όλες τις περιοχές ανωτάτου επιπέδου και μπορούν να υποδείξουν τους εξυπηρετητές με τους οποίους μπορεί να γίνει επαφή.
Ζώνη = συμπαγές τμήμα του χώρου ονομάτων για το οποίο ευθύνεται ένας εξυπηρετητής. Οι ζώνες δεν είναι domains.
Κάθε ζώνη έχει έναν κύριο (primary) και έναν αριθμό δευτερευόντων (secondary) εξυπηρετητών.
Ο πελάτης DNS λέγεται αναλυτής (resolver)· η διαδικασία λέγεται ανάλυση ονομάτων.
Αν ο τοπικός εξυπηρετητής δεν ξέρει, ρωτά προς τα πάνω, μέχρι τη ρίζα αν χρειαστεί.
6.2.1 Υπηρεσία ηλεκτρονικού ταχυδρομείου E-mail (POP3 - IMAP/SMTP)
Το μοντέλο Πελάτη – Εξυπηρετητή
Όλες οι υπηρεσίες στο Διαδίκτυο στηρίζονται στο μοντέλο Πελάτη – Εξυπηρετητή. Ο Εξυπηρετητής οργανώνει, διαχειρίζεται το αρχείο δεδομένων, δέχεται ερωτήματα και απαντά στο πρόγραμμα Πελάτης. Το πρόγραμμα Πελάτης θέτει ερωτήματα στον Εξυπηρετητή και μπορεί να αποκωδικοποιεί τις απαντήσεις του.
Υλοποιείται με δύο ανεξάρτητα κομμάτια λογισμικού: το πρόγραμμα του Εξυπηρετητή (Server) που εγκαθίσταται σε έναν (ή περισσότερους) υπολογιστή, και το πρόγραμμα του Πελάτη (Client) που εγκαθίσταται σε πολλούς υπολογιστές.
Το ηλεκτρονικό ταχυδρομείο είναι ένα σύστημα για τη μετάδοση μηνυμάτων μεταξύ υπολογιστών. Τα μηνύματα μπορούν να περιέχουν πληροφορίες σε διάφορες μορφές. Μια ηλεκτρονική επιστολή έχει τη δυνατότητα να περιλαμβάνει, εκτός από κείμενο, εικόνες, ήχους, κινούμενες εικόνες, video, μια εφαρμογή, μέσα στο μήνυμα ή ως επισυναπτόμενα αρχεία.
Η μορφή της διεύθυνσης
- xxxxx: συνήθως αποτελεί το όνομα ή κάποιο ψευδώνυμο του χρήστη
- yyyyy: το όνομα της περιοχής (domain name) κάποιας εταιρείας που παρέχει τις υπηρεσίες του ηλεκτρονικού ταχυδρομείου· μπορεί να είναι ενός ή πολλών επιπέδων χωρισμένα με τελείες
- zzz: αναφέρεται στο είδος της εταιρείας (π.χ. .org, .com, .edu) ή τη χώρα προέλευσης (π.χ. .gr, .de, .au)
Παραδείγματα: kostas@hotmail.com, g.papadopoulos@sch.gr, info@teiath.edu.gr
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
Πλεονεκτήματα
- Είναι πολύ γρήγορο.
- Ο χρήστης δεν χρειάζεται να παρακολουθεί τη μεταφορά του μηνύματος, όπως με την αποστολή fax.
- Είναι πιο οικονομικό από το συμβατικό ταχυδρομείο.
- Μπορεί να προσδιοριστεί μεγάλος αριθμός ταυτόχρονων αποδεκτών.
Μειονεκτήματα
Δεν υπάρχει απόλυτη εγγύηση ότι το μήνυμα έφτασε στον προορισμό του.
Η δομή ενός μηνύματος
- την Επικεφαλίδα (header), που είναι ένα σύνολο γραμμών όπου κάθε γραμμή αποτελείται από μια λέξη-κλειδί, άνω και κάτω τελεία, κενό, και μία τιμή.
- το σώμα του μηνύματος που περιέχει ASCII κείμενο. Ακολουθεί το αρχικό μέρος και διαχωρίζεται από αυτό με μια κενή γραμμή.
Τα τρία πρωτόκολλα
Τα SMTP, POP3 και IMAP είναι πρωτόκολλα TCP/IP που χρησιμοποιούνται για την παράδοση και παραλαβή της αλληλογραφίας.
SMTP σημαίνει Πρωτόκολλο μεταφοράς απλών μηνυμάτων. Το SMTP χρησιμοποιείται όταν ένα ηλεκτρονικό μήνυμα παραδίδεται από έναν πελάτη ηλεκτρονικού ταχυδρομείου, όπως το Outlook, σε ένα διακομιστή ηλεκτρονικού ταχυδρομείου ή όταν ένα ηλεκτρονικό μήνυμα παρέχεται από ένα e-mail server σε ένα άλλο.
Το SMTP χρησιμοποιεί τη TCP θύρα 25 ή τη θύρα 465 για κρυπτογραφημένη επικοινωνία (SSL) ή τη 587 (TLS).
POP3 σημαίνει πρωτόκολλο ταχυδρομικού γραφείου. Το POP3 επιτρέπει σε ένα e-mail client να «κατεβάσει» ένα ηλεκτρονικό μήνυμα από έναν εξυπηρετητή ηλεκτρονικού ταχυδρομείου στο σταθμό εργασίας του.
Το πρωτόκολλο POP3 είναι απλό και δεν προσφέρει πολλές δυνατότητες εκτός από τη λήψη. Ο σχεδιασμός του υποθέτει ότι ο πελάτης κατεβάζει όλα τα διαθέσιμα μηνύματα από το διακομιστή, τα διαγράφει από το διακομιστή και στη συνέχεια αποσυνδέεται — ενώ υπάρχει και η δυνατότητα διατήρησης αντιγράφου στον διακομιστή μέσω ρύθμισης.
Το POP3 κανονικά χρησιμοποιεί τη TCP θύρα 110 ή τη θύρα 995 για κρυπτογραφημένη επικοινωνία (SSL).
IMAP σημαίνει πρωτόκολλο πρόσβασης μηνυμάτων Διαδικτύου. Έχει πολλά παρόμοια χαρακτηριστικά με το POP3, ωστόσο περιλαμβάνει πολλές περισσότερες δυνατότητες.
Το IMAP έχει σχεδιαστεί για να επιτρέπει στους χρήστες να διατηρούν τα emails τους στο διακομιστή. Απαιτεί περισσότερο χώρο στο δίσκο στον κεντρικό υπολογιστή (Mail server) και περισσότερους πόρους CPU από το POP3, καθώς όλα τα μηνύματα αποθηκεύονται στο διακομιστή.
Το IMAP συνήθως χρησιμοποιεί τη TCP θύρα 143 ή τη θύρα 993 για κρυπτογραφημένη επικοινωνία (SSL).
| Πρωτόκολλο | Ρόλος | Θύρα TCP | Κρυπτογραφημένη |
|---|---|---|---|
| SMTP | Αποστολή: πελάτης → server και server → server | 25 | 465 (SSL) / 587 (TLS) |
| POP3 | Λήψη: κατεβάζει τα μηνύματα τοπικά και τα διαγράφει από τον server | 110 | 995 (SSL) |
| IMAP | Λήψη: τα μηνύματα παραμένουν στον server | 143 | 993 (SSL) |
Στέλνετε ένα μήνυμα στη διεύθυνση john@microsoft.com. Ποια πρωτόκολλα χρησιμοποιούνται σε κάθε βήμα;
Ένας διαφορετικός τύπος ηλεκτρονικού ταχυδρομείου είναι το Web mail, που χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο HTTP για να ολοκληρωθεί η επικοινωνία και διαβάζεται μέσα από φυλλομετρητές (Browsers). Όπως φαίνεται και από το όνομά του, αυτό το είδος ηλεκτρονικού ταχυδρομείου είναι μία υπηρεσία του Παγκόσμιου Ιστού (World Wide Web).
Για να μπορέσει ένας χρήστης να διαβάσει τα μηνύματά του, θα πρέπει να πιστοποιηθεί από τον εξυπηρετητή εισερχόμενης αλληλογραφίας. Η πιστοποίηση γίνεται με τον συνδυασμό «Όνομα Χρήστη» (User ID ή Login User) και «Κωδικός Πρόσβασης» (Password).
SMTP (25) = αποστολή · POP3 (110) = λήψη με διαγραφή από τον server · IMAP (143) = λήψη με διατήρηση στον server.
Μήνυμα = επικεφαλίδα (λέξη-κλειδί: τιμή) + κενή γραμμή + σώμα.
Το Web mail χρησιμοποιεί HTTP και είναι υπηρεσία του Παγκόσμιου Ιστού.
6.2.2 Υπηρεσία μεταφοράς αρχείων (FTP, TFTP)
Και τα δύο είναι πρωτόκολλα εφαρμογών που διατίθενται για τη μεταφορά αρχείων μεταξύ δύο συστημάτων που συνδέονται σε ένα τυπικό TCP/IP δίκτυο.
FTP σημαίνει πρωτόκολλο μεταφοράς αρχείων. Χρησιμοποιείται για την αποστολή/λήψη αρχείων από τον απομακρυσμένο υπολογιστή (εξυπηρετητή).
Το FTP δημιουργεί δύο συνδέσεις μεταξύ του συστήματος πελάτη και του server συστήματος: μία για πληροφορίες ελέγχου και η άλλη για τα δεδομένα που πρόκειται να μεταφερθούν. Η σύνδεση για πληροφορίες ελέγχου μεταφέρει εντολές και δέχεται απαντήσεις από το διακομιστή.
Όταν ένας πελάτης FTP ζητά να συνδεθεί με το διακομιστή FTP, μια σύνδεση TCP ιδρύεται στη θύρα 21 του διακομιστή FTP. Μετά τον έλεγχο ταυτότητας που γίνεται, μια άλλη σύνδεση TCP είναι υπό σύσταση για την πραγματική μεταβίβαση δεδομένων στη θύρα 20 του διακομιστή FTP.
Το FTP χειρίζεται τόσο τα δυαδικά όσο και τα αρχεία μορφής κειμένου. Η μεταφορά μπορεί να γίνει με εντολές: οι get (πάρε) και put (βάλε) είναι πολύ δημοφιλείς εντολές FTP για λήψη και αποστολή δεδομένων. Υπάρχουν και εφαρμογές FTP σε γραφικό περιβάλλον (GUI based), όπως τα FTP PRO και FileZilla.
TFTP σημαίνει απλό πρωτόκολλο μεταφοράς αρχείων. Είναι πιο απλό από το FTP· κάνει τη μεταφορά αρχείων μεταξύ του πελάτη και του διακομιστή, αλλά δεν παρέχει έλεγχο ταυτότητας χρήστη και άλλες χρήσιμες λειτουργίες που υποστηρίζονται από το FTP. Το TFTP χρησιμοποιεί πρωτόκολλο UDP, ενώ το FTP χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο TCP.
Διαφορές FTP και TFTP
| FTP (File Transfer Protocol) | TFTP (Trivial File Transfer Protocol) |
|---|---|
| Χρησιμοποιεί το TCP ως πρωτόκολλο επιπέδου μεταφοράς | Χρησιμοποιεί το UDP ως πρωτόκολλο επιπέδου μεταφοράς |
| Χρησιμοποιεί ισχυρές εντολές ελέγχου | Χρησιμοποιεί απλές εντολές ελέγχου |
| Στέλνει τα δεδομένα από μία ξεχωριστή σύνδεση TCP μέσω των εντολών ελέγχου | Δεν χρησιμοποιεί συνδέσεις, γιατί το UDP είναι πρωτόκολλο χωρίς σύνδεση |
| Απαιτεί περισσότερη μνήμη και προγραμματιστική ισχύ | Απαιτεί λιγότερη μνήμη και προγραμματιστική ισχύ |
| Απαιτεί έλεγχο ταυτότητας (username / password) | Δεν παρέχει έλεγχο ταυτότητας χρήστη |
Το FTP δημιουργεί δύο συνδέσεις TCP: θύρα 21 για έλεγχο, θύρα 20 για δεδομένα.
Το FTP απαιτεί ταυτοποίηση με username/password· το TFTP όχι.
FTP → TCP, TFTP → UDP.
6.2.3 Υπηρεσία παγκόσμιου ιστού WWW
Η βασική διάκριση: «Ο ΠΑΓΚΟΣΜΙΟΣ ΙΣΤΟΣ (World Wide Web) δεν είναι συνώνυμο με το Διαδίκτυο (Internet). Το Διαδίκτυο και ο Παγκόσμιος ιστός είναι δύο ξεχωριστά αλλά σχετιζόμενα πράγματα. Όταν λέμε Web, εννοούμε τον τρόπο που έχουμε πρόσβαση στην πληροφορία μέσω του Διαδικτύου. Είναι ένα μοντέλο διαμοιραζόμενης πληροφορίας που χτίζεται πάνω από το Διαδίκτυο.»
Μη γραμμική οργάνωση
Το χαρακτηριστικό γνώρισμα του Παγκόσμιου Ιστού είναι η μη γραμμική οργάνωση και αναζήτηση Πληροφοριών.
Παράδειγμα: όταν αναζητούμε μια λέξη σε ένα λεξικό, δεν ξεκινάμε από το Α για να φτάσουμε στη λέξη που θέλουμε, αλλά πάμε στο συγκεκριμένο γράμμα και ακολουθούμε τις λέξεις έως ότου φτάσουμε στο επιθυμητό αποτέλεσμα.
Υπερκείμενο (Hypertext) ονομάζουμε ένα κείμενο στο οποίο η πληροφορία είναι οργανωμένη με μη γραμμική μορφή, δηλαδή η αναζήτηση της πληροφορίας δε γίνεται με κάποια συγκεκριμένη σειρά, αλλά τυχαία με βάση τους συνδέσμους (links) που υπάρχουν στο σώμα του κειμένου.
Υπερμέσα (Hypermedia) είναι μια συλλογή πολυμεσικών πληροφοριών (κείμενο, εικόνα, ήχο, video, animation) η οποία είναι οργανωμένη με μη γραμμικό τρόπο.
Ο Ιστός χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο HTTP (HyperText Transfer Protocol – πρωτόκολλο μεταφοράς Υπερκειμένου) για να μεταφέρει δεδομένα.
Web Servers και ιστοσελίδες
Και ο Ιστός ακολουθεί το μοντέλο Πελάτη-Εξυπηρετητή. Τον ρόλο του Εξυπηρετητή αναλαμβάνουν προγράμματα γνωστά ως Web Servers (π.χ. Apache) που έχουν ως σκοπό την οργάνωση και διαχείριση των πληροφοριών μέσω Ιστοσελίδων (Web Pages). Οι ιστοσελίδες είναι μια εφαρμογή Υπερμέσου, δηλαδή μπορούν να περιέχουν κείμενο, εικόνες, video κ.λπ.
Ένα σύνολο πληροφοριών (π.χ. παρουσίαση μιας εταιρείας) οργανωμένο με ένα σύνολο ιστοσελίδων ονομάζεται τοποθεσία (site).
Η διεύθυνση μιας ιστοσελίδας (URL)
Να αναλυθούν τα τμήματα της διεύθυνσης (URL – Uniform Resource Locator) http://www.ntua.gr/info/studies.html.
| # | Τμήμα | Τι δηλώνει |
|---|---|---|
| 1 | http: | Αναφέρεται στο πρωτόκολλο της υπηρεσίας που ανήκει η ιστοσελίδα. |
| 2 | www | Δηλώνει ότι πρόκειται για σελίδα του Ιστού. Πολλές φορές μπορεί και να παραλείπεται. |
| 3 | ntua.gr | Είναι η διεύθυνση του Web Server. Ουσιαστικά αναφέρεται σε έναν DNS Server και το όνομα μεταφράζεται σε IP διεύθυνση. |
| 4 | /info/ | Αναφέρεται σε φάκελο (directory) του Web Server. |
| 5 | studies.html | Είναι η ιστοσελίδα που θέλουμε να προσπελάσουμε. |
Οι ιστοσελίδες έχουν σημεία σύνδεσης (hyperlinks) τα οποία μπορεί να είναι κείμενο, εικόνα κ.λπ. και μπορεί να παραπέμπουν σε άλλο σημείο της ίδιας ιστοσελίδας, σε άλλη ιστοσελίδα στον ίδιο Web Server ή ακόμα και σε ιστοσελίδες που βρίσκονται οπουδήποτε στο Διαδίκτυο.
Υπάρχει ρύθμιση στους Web Servers για την αρχική σελίδα (Home Page) που θα εμφανίζεται αυτόματα όταν κάποιος προσπελάζει τον συγκεκριμένο Server. Έτσι αρκεί να θυμόμαστε μόνο τη «διεύθυνση» του Web Server.
Οι Φυλλομετρητές (Browsers)
Οι Φυλλομετρητές (Browsers) είναι το πρόγραμμα Πελάτης που χρησιμοποιεί ο Ιστός για να απευθύνει «ερωτήματα» στον Εξυπηρετητή (Web Server). Υπάρχουν πολλά προγράμματα Φυλλομετρητών για το ίδιο ή διαφορετικά λειτουργικά συστήματα: Internet Explorer, Firefox, Chrome, Opera κ.λπ.
- αποστέλλει αιτήματα στους Εξυπηρετητές του Ιστού χρησιμοποιώντας το πρωτόκολλο HTTP
- σχεδιάζει την ιστοσελίδα σύμφωνα με τις πληροφορίες που του έστειλε ο Εξυπηρετητής
- τονίζει τα σημεία σύνδεσης, έτσι ώστε να είναι ευδιάκριτα και να είναι εύκολο να εντοπιστούν στην ιστοσελίδα
- δίνεται η δυνατότητα αποθήκευσης των διευθύνσεων των ιστοσελίδων σε καταλόγους
- κρατάει ιστορικό με τις διευθύνσεις των ιστοσελίδων που έχουμε επισκεφθεί
Οι Φυλλομετρητές σχεδιάζουν την Ιστοσελίδα σύμφωνα με τα στοιχεία που τους στέλνει ο Web Server. Τα στοιχεία αυτά είναι σελίδες κειμένου της Γλώσσας Σήμανσης Υπερκειμένου (Hypertext Markup Language, HTML) και σύμφωνα με τα στοιχεία αυτής της σελίδας ο Φυλλομετρητής σχεδιάζει αυτό που βλέπουμε στην οθόνη.
Ο WWW δεν είναι το Internet — είναι ο τρόπος πρόσβασης στην πληροφορία, χτισμένος πάνω από αυτό.
Υπερκείμενο = μη γραμμικό κείμενο με συνδέσμους · Υπερμέσα = μη γραμμική συλλογή πολυμεσικών πληροφοριών.
Πρωτόκολλο: HTTP · Γλώσσα σελίδων: HTML · Πελάτης: Φυλλομετρητής · Εξυπηρετητής: Web Server.
URL = πρωτόκολλο + διεύθυνση Web Server + φάκελος + όνομα σελίδας.
Quiz - Αξιολόγηση Κεφαλαίου 6
Οι προτάσεις Σωστού/Λάθους του Θέματος Α1 από τα πανελλαδικά θέματα 2017-2026 που ανήκουν σε αυτό το κεφάλαιο.
Κουίζ Ολοκληρώθηκε!
Βαθμολογία: 0/5
Οι ορισμοί της ύλης με μια ματιά
Γιατί αυτή η σελίδα: στα θεωρητικά ερωτήματα των Πανελλαδικών βαθμολογείται με άριστα η διατύπωση του σχολικού βιβλίου. Εδώ είναι συγκεντρωμένοι όλοι οι ορισμοί της εξεταστέας ύλης, αυτούσιοι, για τελική επανάληψη. Μάθε τους λέξη προς λέξη.
Κεφάλαιο 1 — Αρχιτεκτονική και Διασύνδεση
Ο μηχανισμός επικοινωνίας μεταξύ γειτονικών επιπέδων χαρακτηρίζεται ως διεπαφή (interface). Κάθε επίπεδο παρέχει υπηρεσία στο ανώτερό του.
Οι πληροφορίες ελέγχου προστίθενται μπροστά από τα δεδομένα που πρόκειται να αποσταλούν και ονομάζονται επικεφαλίδα.
Η προσθήκη σαν περίβλημα των πληροφοριών ελέγχου στα δεδομένα ονομάζεται ενθυλάκωση (encapsulation).
Κεφάλαιο 2 — Τοπικά Δίκτυα
Το χαμηλότερο επίπεδο του μοντέλου OSI είναι το φυσικό επίπεδο. Αυτό το επίπεδο είναι υπεύθυνο για τη μετάδοση bits μέσα από το τηλεπικοινωνιακό κανάλι, το οποίο μπορεί να είναι ένα ενσύρματο μέσο ή και μία ασύρματη ζεύξη. Έτσι, το φυσικό επίπεδο καθορίζει τα ηλεκτρικά και μηχανικά χαρακτηριστικά της σύνδεσης του σταθμού με το μέσο μετάδοσης.
Το επίπεδο αυτό έχει σκοπό να κάνει αξιόπιστη τη φυσική γραμμή σύνδεσης μεταξύ δύο σταθμών. Από τα πακέτα του παραπάνω επιπέδου φτιάχνει πλαίσια δεδομένων (data frames). Ορίζει που αρχίζει και που τελειώνει κάθε πλαίσιο, προσθέτοντας την κατάλληλη επικεφαλίδα (header) και ουρά (trailer), ανιχνεύει τα σφάλματα μετάδοσης, επιδιορθώνει τα αλλοιωμένα δεδομένα ή ζητά την επανεκπομπή τους. Ακόμα, ελέγχει το πότε μπορεί να δεσμεύσει το φυσικό μέσο για την αποστολή των πλαισίων, ώστε να μη γίνει ταυτόχρονη εκπομπή με άλλο σταθμό και τέλος, μεταβάλλει κατά περίπτωση τη ροή των πλαισίων ανάλογα με τους ρυθμούς που μπορεί να δεχτεί ο σταθμός παραλήπτης.
Το σύνολο των κανόνων που καθορίζουν τον τρόπο με τον οποίο τα δεδομένα εισάγονται στο καλώδιο, ονομάζεται μέθοδος προσπέλασης (access method).
Με βάση το έργο της επιτροπής 802, το δεύτερο επίπεδο του μοντέλου OSI χωρίσθηκε σε δύο υποεπίπεδα: στο υποεπίπεδο Ελέγχου Λογικής Σύνδεσης της γραμμής (Logical Link Control, LLC) και στο υποεπίπεδο Ελέγχου Πρόσβασης στο Μέσο (Medium Access Control, MAC).
Κάθε κόμβος σε ένα δίκτυο Ethernet έχει μια φυσική διεύθυνση ή διεύθυνση υλικού (Hardware Address), ώστε να αναγνωρίζεται μοναδικά σε όλο το δίκτυο. Αναφέρεται και ως διεύθυνση ελέγχου προσπέλασης στο μέσο (MAC Address, Media Access Control). Είναι ένας δυαδικός αριθμός των 48 bit (MAC-48, EUI-48) ή έξι οκτάδων και γράφεται στο δεκαεξαδικό αριθμητικό σύστημα ως έξι διψήφιοι δεκαεξαδικοί αριθμοί χωρισμένοι με παύλες (στα windows) ή με άνω-κάτω τελείες (στο unix/linux).
Το μήκος των δεδομένων του ωφέλιμου φορτίου του πλαισίου μπορεί να φτάσει από 46 μέχρι 1500 οκτάδες και ονομάζεται Μέγιστη μονάδα εκπομπής MTU (Maximum Transmission Unit).
Ένα ασύρματο δίκτυο είναι ένα δίκτυο το οποίο δεν χρησιμοποιεί καλώδια για τις συνδέσεις των διαφόρων συσκευών που δικτυώνονται σε αυτό. Αντί του καλωδίου χρησιμοποιείται η μετάδοση ειδικά διαμορφωμένων οπτικών, υπέρυθρων ή ακόμα και ραδιοκυματικών σημάτων μέσω του αέρα.
Τα ασύρματα τοπικά δίκτυα (WLAN, Wireless Local Area Network) είναι τα δίκτυα που επιτρέπουν σε ένα χρήστη κινητής συσκευής, όπως είναι ένας φορητός υπολογιστής, ένα έξυπνο τηλέφωνο ή ένα tablet, να συνδέονται σε ένα τοπικό δίκτυο (LAN) μέσω μιας ασύρματης σύνδεσης που χρησιμοποιεί υψηλής συχνότητας ραδιοκύματα.
Ένα Ασύρματο Σημείο Πρόσβασης (Access Point, AP) είναι μια συσκευή που αναλαμβάνει τη λειτουργία της ραδιοεπικοινωνίας με τους ασύρματους σταθμούς σε μια κυψέλη.
Κεφάλαιο 3 — Επίπεδο Δικτύου
Το πρωτόκολλο IP ορίζει ότι οι υπολογιστές που συμμετέχουν σε ένα δίκτυο, χρησιμοποιώντας το συγκεκριμένο πρωτόκολλο (την έκδοση 4 - IPv4), αναγνωρίζονται με μοναδικό τρόπο από έναν 32μπιτο δυαδικό αριθμό, την διεύθυνση IP (IP Address).
Κάθε διεύθυνση IP αποτελείται από δυο τμήματα. Το πρώτο τμήμα είναι αναγνωριστικό του δικτύου (Network ID) ή πρόθεμα (prefix) στο οποίο ανήκει ο υπολογιστής και το δεύτερο το αναγνωριστικό του υπολογιστή (Host ID) ή επίθεμα (suffix) μέσα στο συγκεκριμένο δίκτυο.
Η μάσκα δικτύου είναι ένας δυαδικός αριθμός 32 ψηφίων, ο οποίος συνοδεύει μια διεύθυνση IP και διευκρινίζει ποια ψηφία της διεύθυνσης ανήκουν στο αναγνωριστικό του δικτύου (Net ID - prefix) και ποια στο αναγνωριστικό του υπολογιστή (Host ID - suffix) μέσα στο συγκεκριμένο δίκτυο.
Προσδιορίζει το δίκτυο στο οποίο ανήκει μια διεύθυνση. Για μια δεδομένη διεύθυνση IP, η διεύθυνση δικτύου είναι ο αριθμός ο οποίος είναι ίδιος με τη διεύθυνση στο τμήμα που αντιπροσωπεύει το αναγνωριστικό δικτύου, ενώ στο τμήμα που προσδιορίζει τον υπολογιστή έχει μηδενικά. Πρόκειται για το αποτέλεσμα του λογικού AND μεταξύ της διεύθυνσης IP και της μάσκας δικτύου.
Αφορά σε όλους τους υπολογιστές που ανήκουν στο ίδιο δίκτυο. Πακέτο με διεύθυνση προορισμού τη διεύθυνση εκπομπής λαμβάνεται από όλους τους υπολογιστές που ανήκουν στο ίδιο δίκτυο ή υποδίκτυο, όπως αυτό προσδιορίζεται από την αντίστοιχη μάσκα. Για μια δεδομένη διεύθυνση IP, η διεύθυνση εκπομπής είναι ο αριθμός ο οποίος είναι ίδιος με τη διεύθυνση στο τμήμα που αντιπροσωπεύει το αναγνωριστικό δικτύου, ενώ στο τμήμα που προσδιορίζει τον υπολογιστή έχει άσους.
Στην υποδικτύωση, από το αναγνωριστικό του υπολογιστή (Host_ID) δόθηκαν ψηφία στο αναγνωριστικό του δικτύου (Net_ID) ως Subnet_ID. Αντιθέτως, δίνοντας ψηφία από το (Net_ID) στο αναγνωριστικό υπολογιστή (Host_ID), η ενέργεια αυτή χαρακτηρίζεται ως υπερδικτύωση.
Όλος ο χώρος των διευθύνσεων IPv4 αντιμετωπίζεται από τα πρωτόκολλα δρομολόγησης ως ενιαίος χώρος, χωρίς τάξεις/κλάσεις (Classless Inter Domain Routing - CIDR).
Τον συνδετικό κρίκο ανάμεσα στα δυο επίπεδα, απαντώντας στο ερώτημα «ποια είναι η φυσική διεύθυνση (MAC) του κόμβου με τη συγκεκριμένη διεύθυνση IP;», αναλαμβάνει το πρωτόκολλο ανάλυσης διευθύνσεων ARP (Address Resolution Protocol).
Το πρωτόκολλο δυναμικής διευθέτησης (απόδοσης ρυθμίσεων) υπολογιστή DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) λειτουργεί όπως το BOOTP το οποίο και επεκτείνει. Εξακολουθεί να λειτουργεί ως εφαρμογή πελάτη-εξυπηρετητή χρησιμοποιώντας πακέτα UDP με αριθμό θύρας προορισμού 67 για τον εξυπηρετητή και 68 για τον πελάτη.
Δρομολόγηση είναι το έργο της μετακίνησης (προώθησης, διεκπεραίωσης) της πληροφορίας από την αφετηρία μέσω ενός διαδικτύου και παράδοσης στον προορισμό της.
Οι υπολογιστές προέλευσης και προορισμού βρίσκονται στο ίδιο δίκτυο, δεν μεσολαβεί δρομολογητής και η διαδικασία χαρακτηρίζεται άμεση δρομολόγηση.
Όταν οι υπολογιστές προέλευσης και προορισμού δεν βρίσκονται στο ίδιο δίκτυο και μεσολαβούν ανάμεσά τους ένας ή περισσότεροι δρομολογητές, τότε η διαδικασία χαρακτηρίζεται έμμεση δρομολόγηση.
Κεφάλαιο 4 — Επίπεδο Μεταφοράς
Πρωτόκολλο προσανατολισμένο στη σύνδεση είναι αυτό που αρχικά, πριν ξεκινήσει η μετάδοση των δεδομένων, εγκαθιστά μια σύνδεση από άκρο σε άκρο για να εξασφαλιστεί μια διαδρομή (νοητή σύνδεση) για τη μετάδοση των πακέτων. Όλα τα πακέτα μεταδίδονται στην ίδια νοητή σύνδεση. Αφού ξεκινήσει η μετάδοση εξασφαλίζει ότι τα δεδομένα θα φτάσουν στον παραλήπτη χωρίς σφάλματα.
Πρωτόκολλο χωρίς σύνδεση είναι αυτό στο οποίο ξεκινά η μετάδοση των δεδομένων χωρίς να έχει προηγηθεί επικοινωνία με τον παραλήπτη. Τα δεδομένα μεταδίδονται σε αυτοδύναμα πακέτα (datagrams) χωρίς την εγκατάσταση σύνδεσης μέσω νοητών κυκλωμάτων. Τα πρωτόκολλα αυτά θεωρούνται αναξιόπιστα επειδή δεν εξασφαλίζουν ότι τα δεδομένα θα φτάσουν στο προορισμό τους.
Τα μικρότερα datagrams συμφωνημένου μεγέθους ονομάζονται Τμήματα (segments). Επομένως στο πρωτόκολλο TCP η μονάδα δεδομένων που διαχειρίζεται (PDU) αναφέρεται ως Τμήμα (Segment).
Πολυπλεξία (Multiplexing) είναι η δυνατότητα πολλές διεργασίες μέσα στον ίδιο τερματικό κόμβο (host) να χρησιμοποιούν τις υπηρεσίες επικοινωνίας του TCP ταυτόχρονα.
Η επικεφαλίδα (header) είναι ένα σύνολο από octets δεδομένων πριν από τα πραγματικά δεδομένα και προστίθεται στην αρχή του τμήματος.
Κεφάλαιο 5 — Δίκτυα Ευρείας Περιοχής
Τα τοπικά δίκτυα αποτελούν πολύ καλή λύση για επικοινωνία με περιορισμένη, όμως, απόσταση κάλυψης. Για να ικανοποιηθεί η διαρκώς αυξανόμενη ανάγκη για επικοινωνία σε ευρύτερες γεωγραφικές εκτάσεις, αναπτύσσονται τα δίκτυα ευρείας περιοχής (Wide Area Networks, WAN).
Το DSL προέρχεται από τα αρχικά των λέξεων Digital Subscriber Line (Ψηφιακή Συνδρομητική Γραμμή) και στην ουσία αποτελεί μια τεχνολογία που μετατρέπει το απλό τηλεφωνικό καλώδιο σε ένα δίαυλο ψηφιακής επικοινωνίας μεγάλου εύρους ζώνης με τη χρήση ειδικών modems, τα οποία τοποθετούνται στις δυο άκρες της γραμμής.
Το Digital Subscriber Line Access Multiplexer (DSLAM) είναι ο πολυπλέκτης/αποπολυπλέκτης των ψηφιακών συνδρομητικών γραμμών DSL. Ένα DSLAM λαμβάνει συνδέσεις από πολλούς πελάτες και τις συνενώνει σε μία σύνδεση υψηλής χωρητικότητας προς το Διαδίκτυο.
Ως εξασθένηση ορίζεται ο λόγος της ισχύος του σήματος που φτάνει στην είσοδο του δέκτη λήψης προς την αρχική ισχύ στην έξοδο του πομπού. Η εξασθένηση μετράται σε decibel (dB) σε συγκεκριμένη συχνότητα.
Τα ανεπιθύμητα σήματα που επηρεάζουν και παραμορφώνουν το χρήσιμο σήμα ονομάζονται θόρυβος. Η σχετική στάθμη του σήματος πληροφορίας σε σχέση με τη στάθμη του θορύβου ονομάζεται λόγος σήματος προς θόρυβο (Signal to Noise Ratio, S/N ή SNR) και εκφράζεται σε deciBel (dB).
Κεφάλαιο 6 — Επίπεδο Εφαρμογής
Το σύστημα Ονομασίας περιοχών (DNS) είναι μια κατανεμημένη βάση δεδομένων στο Διαδίκτυο που επιτρέπει τη μετάφραση ανάμεσα σε ονόματα και διευθύνσεις IP.
Κάθε κόμβος στο δένδρο DNS αναπαριστά ένα όνομα DNS (DNS name). Κάθε κλαδί κάτω από ένα κόμβο είναι μια περιοχή DNS (DNS domain). Η περιοχή DNS μπορεί να περιέχει hosts ή άλλες περιοχές (subdomains).
Κάθε εξυπηρετητής είναι υπεύθυνος για ένα συμπαγές τμήμα του χώρου ονομάτων DNS που αποκαλείται ζώνη (zone). Ο εξυπηρετητής ονομάτων απαντά σε ερωτήσεις (queries) για τους υπολογιστές (hosts) της ζώνης του. Οι ζώνες δεν είναι περιοχές (domains).
Ανάλυση ονομάτων (name resolution) είναι η διαδικασία με την οποία αναλυτές και εξυπηρετητές ονομάτων συνεργάζονται ώστε να βρουν δεδομένα εντός του χώρου ονομάτων.
Το ηλεκτρονικό ταχυδρομείο είναι ένα σύστημα για τη μετάδοση μηνυμάτων μεταξύ υπολογιστών.
FTP (File Transfer Protocol) σημαίνει πρωτόκολλο μεταφοράς αρχείων. Χρησιμοποιείται για την αποστολή/λήψη αρχείων από τον απομακρυσμένο υπολογιστή (εξυπηρετητή). Το FTP δημιουργεί δύο συνδέσεις μεταξύ του συστήματος πελάτη και του server συστήματος, μία για πληροφορίες ελέγχου και η άλλη για τα δεδομένα που πρόκειται να μεταφερθούν.
TFTP (Trivial File Transfer Protocol) σημαίνει απλό πρωτόκολλο μεταφοράς αρχείων. Είναι πιο απλό από το FTP, κάνει τη μεταφορά αρχείων μεταξύ του πελάτη και του διακομιστή, αλλά δεν παρέχει έλεγχο ταυτότητας χρήστη και άλλες χρήσιμες λειτουργίες που υποστηρίζονται από το FTP. Το TFTP χρησιμοποιεί πρωτόκολλο UDP, ενώ το FTP χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο TCP.
Υπερκείμενο (Hypertext) ονομάζουμε ένα κείμενο στο οποίο η πληροφορία είναι οργανωμένη με μη γραμμική μορφή, δηλαδή η αναζήτηση της πληροφορίας δε γίνεται με κάποια συγκεκριμένη σειρά, αλλά τυχαία με βάση τους συνδέσμους (links) που υπάρχουν στο σώμα του κειμένου.
Υπερμέσα (Hypermedia) είναι μια συλλογή πολυμεσικών πληροφοριών (κείμενο, εικόνα, ήχο, video, animation) η οποία είναι οργανωμένη με μη γραμμικό τρόπο.
Ένα σύνολο πληροφοριών οργανωμένο με ένα σύνολο ιστοσελίδων ονομάζεται τοποθεσία (site).
Οι Φυλλομετρητές (Browsers) είναι το πρόγραμμα Πελάτης που χρησιμοποιεί ο Ιστός για να απευθύνει «ερωτήματα» στον Εξυπηρετητή (Web Server).
Αριθμοί που πρέπει να ξέρεις απ' έξω
| Τι | Τιμή |
|---|---|
| Διεύθυνση MAC | 48 bit (6 οκτάδες) — 24 bit OUI + 24 bit κατασκευαστή |
| Πλαίσιο Ethernet | Preamble 7 · SFD 1 · Προορισμού 6 · Προέλευσης 6 · Τύπος/Μήκος 2 · Δεδομένα 46–1500 · FCS 4 |
| MTU Ethernet / ελάχιστο πλαίσιο / IPG | 1500 byte / 64 byte / 96 bit |
| Διεύθυνση IPv4 | 32 bit |
| Κλάσεις (1η οκτάδα) | A: 1–127 (/8) · B: 128–191 (/16) · C: 192–223 (/24) · D: 224–239 · E: 240–247 |
| Ιδιωτικές διευθύνσεις | 10.0.0.0/8 · 172.16.0.0/12 · 192.168.0.0/16 |
| Επικεφαλίδα IPv4 | ελάχιστη 20 byte (5 λέξεις), μέγιστη 60 byte (15 λέξεις) |
| Μέγιστο πακέτο IPv4 | 65535 byte |
| Αριθμοί πρωτοκόλλου στο IP | TCP = 6 · UDP = 17 |
| TTL αρχική τιμή | συνήθως 64 |
| Θύρες DHCP | 67 εξυπηρετητής · 68 πελάτης (πάνω από UDP) |
| Επικεφαλίδα TCP / UDP | TCP: 20–60 octets · UDP: 8 octets |
| Μέγιστο datagram UDP | 64534 octets |
| Θύρες e-mail | SMTP 25 · POP3 110 · IMAP 143 |
| Θύρες FTP | 21 έλεγχος · 20 δεδομένα |
| DHCP: Τ1 και Τ2 | Τ1 ≈ 0,5 × lease · Τ2 ≈ 0,875 × lease |
Τελικό Κουίζ - Όλη η ύλη
Και οι 47 προτάσεις Σωστού/Λάθους των πανελλαδικών θεμάτων 2017-2026, ανακατεμένες. Διάλεξε αν είναι Σωστό ή Λάθος.
Κουίζ Ολοκληρώθηκε!
Βαθμολογία: 0/47