Επίπεδο Δικτύου: Διαδικτύωση

Transcript

1 Επίπεδο Δικτύου: Διαδικτύωση Μάθημα «Δίκτυα Υπολογιστών» Τμήμα Πληροφορικής Οικονομικό Πανεπιστήμιο Αθηνών Εαρινό Εξάμηνο Γεώργιος Ξυλωμένος Γεώργιος Δ. Σταμούλης Βασίλειος Σύρης

2 Εισαγωγή Υπάρχει ευρεία ποικιλία διαφορετικών δικτύων. Γιατί; Ευρεία εγκατεστημένη βάση υπαρχόντων δικτύων Διαρκής ανάπτυξη νέων δικτυακών τεχνολογιών Διαφοροποίηση στις ανάγκες των οργανισμών ορισμένα δίκτυα είναι (ή ήταν) εξειδικευμένα Διαδικτύωση: διασύνδεση διαφορετικών δικτύων Επικοινωνία ανάμεσα στους χρήστες όλων των δικτύων Δίκτυα Υπολογιστών Διαδικτύωση -2

3 Διαφορές των δικτύων 5-43 Οι τομείς διαφοροποίησης των δικτύων είναι πολλοί Έμφαση στις διαφορές στο επίπεδο δικτύου Τα χαμηλότερα επίπεδα λειτουργούν από κόμβο σε κόμβο Το επίπεδο δικτύου λειτουργεί σε όλο το δίκτυο, από άκρο σε άκρο Δίκτυα Υπολογιστών Διαδικτύωση -3

4 Διασύνδεση των δικτύων DNS server πακέτο Διασύνδεση σε διάφορα επίπεδα Φυσικό: επαναλήπτες ή ομφαλοί (hubs) πλαίσιο Ζεύξης δεδομένων: διασύνδεση LANs μέσω γεφυρών ή μεταγωγέων Βάσει διευθύνσεων MAC, με κατάλληλες μετατροπές στα πλαίσια π.χ. Ethernet με WiFi Δικτύου: δρομολογητές Βασική προσέγγιση για διασύνδεση LANs μέσω IP Μεταφοράς: πύλες μεταφοράς π.χ. «συνένωση» συνδέσεων TCP και SNA Εφαρμογής: πύλες εφαρμογών π.χ. RFC822 με X.400 για Δίκτυα Υπολογιστών Διαδικτύωση -4

5 Διασύνδεση LAN μέσω δρομολογητών και δικτύου ΙΡ (Ι) Για λόγους απλότητας θεωρούμε ότι: εφαρμόζεται «ταξική» διευθυνσιοδότηση στο ΙΡ (classful addressing) 0. Ο αποστολέας S γνωρίζει το όνομα του παραλήπτη D (βλέπε σχήμα (b) στη διαφάνεια 4), και μαθαίνει τη διεύθυνση ΙΡ που αντιστοιχεί στον παραλήπτη μέσω του DNS. Ο S γνωρίζει εξ αρχής την διεύθυνση ΙΡ του εξυπηρετητή DNS Για απλότητα θεωρούμε ότι ο εξυπηρετητής DNS ανήκει στο ίδιο τοπικό δικτύο με τον S. Αυτό μπορεί να διαπιστωθεί από τον S: είναι ίδιο το τμήμα δικτύου (net-id) των ΙΡ διευθύνσεων του S και του εξυπηρετητή DNS Άρα, ο S πρέπει να στείλει στον εξυπηρετητή DNS ένα πλαίσιο με την ερώτηση (query) DNS Αυτό το πλαίσιο πρέπει να έχει διεύθυνση προορισμού την διεύθυνση MAC του εξυπηρετητή DNS. Αν αυτή δεν είναι γνωστή στον αποστολέα, τότε μαθαίνεται με χρήση του Πρωτοκόλλου Ανάλυσης Διευθύνσεων (ARP: Address Resolution Protocol). Το πλαίσιο με το ερώτημα (ARP query) έχει διεύθυνση MAC (δηλ. φυσική διεύθυνση) προορισμού την διεύθυνση broadcast στο Ethernet την 11 1 Δίκτυα Υπολογιστών Διαδικτύωση -5

6 Διασύνδεση LAN μέσω δρομολογητών και δικτύου ΙΡ (ΙΙ) 1. Ο αποστολέας αντιλαμβάνεται ότι ο παραλήπτης (όπως ορίζεται από τη ΙΡ διεύθυνση προορισμού) ανήκει σε άλλο LAN, γιατί είναι διαφορετικό το τμήμα δικτύου της ΙΡ διεύθυνσης του αποστολέα από του παραλήπτη Αν αυτά ήταν ίδια, τότε: ο αποστολέας και ο παραλήπτης ανήκουν στο ίδιο LAN, και επομένως θα επικοινωνήσουν μέσω του αντίστοιχου πρωτοκόλλου, με χρήση των διευθύνσεων MAC (βλέπε διαφ. 5), οι οποίες περιλαμβάνονται στην κεφαλίδα του πλαισίου στο οποίο θα ενθυλακωθεί το πακέτο ΙΡ που πρέπει να σταλεί Αν η διεύθυνση MAC του παραλήπτη D δεν είναι γνωστή στον αποστολέα, τότε μαθαίνεται με χρήση του ARP Δίκτυα Υπολογιστών Διαδικτύωση -6

7 Διασύνδεση LAN μέσω δρομολογητών και δικτύου ΙΡ (ΙΙ) 2. Ο αποστολέας S στέλνει το πακέτο ΙΡ ενθυλακωμένο σε πλαίσιο επιπέδου LAN (π.χ. Ethernet) στον δρομολογητήπύλη (gateway) του LAN όπου ανήκει αυτός Διεύθυνση πηγής σε επίπεδο MAC = διεύθυνση MAC αποστολέα Διεύθυνση προορισμού σε επίπεδο MAC = διεύθυνση MAC της διεπαφής (interface) του gateway που παραλαμβάνει το πλαίσιο Ο αποστολέας S γνωρίζει εξ αρχής την διεύθυνση ΙΡ αυτής της διεπαφής. Η αντίστοιχη διεύθυνση MAC μαθαίνεται και πάλι με χρήση του Πρωτοκόλλου Ανάλυσης Διευθύνσεων (ARP) Δίκτυα Υπολογιστών Διαδικτύωση -7

8 Διασύνδεση LAN μέσω δρομολογητών και δικτύου ΙΡ (ΙΙ) 3. Ο gateway προωθεί το πακέτο ΙΡ βάσει πίνακα σε επόμενο δρομολογητή (next hop) κτλ. έως ότου μετά από διαδοχικές δρομολογήσεις το πακέτο φθάσει στον gateway του LAN του παραλήπτη D Αυτός αντιλαμβάνεται ότι ο παραλήπτης ευρίσκεται σε ένα συνδεδεμένο με αυτόν LAN είναι ίδιο το τμήμα δικτύου της ΙΡ διεύθυνσης του παραλήπτη με αυτό που αντιστοιχεί στην έξοδο του gateway όπου συνδέεται το LAN 4. Μετάδοση του πακέτου ενθυλακωμένο εντός πλαισίου επιπέδου LAN από τον «τελευταίο» gateway στον παραλήπτη Διεύθυνση πηγής σε επίπεδο MAC = διεύθυνση MAC διεπαφής του gateway που αποστέλλει το πλαίσιο Διεύθυνση προορισμού σε επίπεδο MAC = διεύθυνση MAC του παραλήπτη D Δίκτυα Υπολογιστών Διαδικτύωση -8

9 Συνενωμένα εικονικά κυκλώματα Κατάλληλη μέθοδος για διασύνδεση συνδεσμικών δικτύων Ακολουθία εικονικών κυκλωμάτων από άκρο σε άκρο Τα κυκλώματα διασυνδέονται με πύλες / δρομολογητές πολλαπλών πρωτοκόλλων, που κάνουν κατάλληλες μετατροπές στα πακέτα Θα πρέπει όλα τα δίκτυα να παρέχουν παρόμοια υπηρεσία Π.χ. αξιόπιστη μετάδοση Αλλιώς η παρεχόμενη υπηρεσία διαφέρει σημαντικά από την αναμενόμενη Χρησιμοποιείται και για την επίτευξη συνδέσεων από άκρο σε άκρο στο επίπεδο μεταφοράς Δίκτυα Υπολογιστών Διαδικτύωση -9

10 Ασυνδεσμική διαδικτύωση Κατάλληλη μέθοδος για ασυνδεσμικά δίκτυα Κάθε πακέτο μπορεί να δρομολογείται διαφορετικά Τα δίκτυα διασυνδέονται με πύλες / δρομολογητές πολλαπλών πρωτοκόλλων Απαιτείται συμφωνία σε μορφότυπο πακέτου και διευθύνσεων ή κατάλληλη αντιστοίχηση Συνήθης προσέγγιση: χρήση του ΙΡ «πάνω» από τα διάφορα δίκτυα Χρησιμοποιείται και για τη διασύνδεση τοπικών δικτύων μέσω ΙΡ Καλύτερη ανθεκτικότητα σε αστοχίες συσκευών και προσαρμοστικότητα σε σφάλματα Δίκτυα Υπολογιστών Διαδικτύωση -10

11 Διοχέτευση σε σήραγγα (tunneling) Μέθοδος κατάλληλη για ομοειδή ακραία δίκτυα 1. Η πύλη εισόδου ενθυλακώνει το «αρχικό» πακέτο ΙΡ σε πακέτο της δικτυακής τεχνολογίας του WAN που θα διέλθει από το ενδιάμεσο δίκτυο, «σαν» να προορίζονταν για την πύλη εξόδου του, έχοντας αυτήν την πύλη σαν διεύθυνση προορισμού 2. Η πύλη εξόδου τρέχει dual-stack και αφαιρεί την επιπλέον κεφαλίδα Παραμένει το «αρχικό» πακέτο ΙΡ που προωθείται κανονικά πλέον Ανάμεσα στις δύο πύλες υφίσταται μία σήραγγα Βασιική περίπτωση εφαρμογής: Διασύνδεση δικτύων IPv6 μέσω νησίδας IPv4 Δίκτυα Υπολογιστών Διαδικτύωση -11

12 Δρομολόγηση σε διαδίκτυα Δρομολόγηση δύο επιπέδων Κάθε δίκτυο είναι ένα Αυτόνομο Σύστημα (AS) Εσωτερικό πρωτόκολλο δρομολόγησης Εκτελείται εντός κάθε AS Μπορεί να διαφέρει από AS σε AS Εξωτερικό πρωτόκολλο δρομολόγησης BGP Εκτελείται από ειδικούς δρομολογητές που είναι οι πύλες διασύνδεσης των AS Κάθε AS αντιστοιχεί σε ένα «κόμβο» που συνδέεται με μια ή πολλαπλές πύλες Οι δρομολογητές που εκτελούν το πρωτόκολλο BGP ανταλλάσουν μεταξύ τους ολόκληρες διαδρομές (δηλ. ποια AS περιλαμβάνει καθεμία) προς τους διαφόρους προορισμούς, όχι απλώς τις αντίστοιχες αποστάσεις Δίκτυα Υπολογιστών Διαδικτύωση -12

13 Θρυμματισμός (ή Κατακερματισμός) (I) Σε κάθε δίκτυο ισχύει περιορισμός για το μήκος των πακέτων Περιορισμοί λόγω υλικού, π.χ. χρονισμός στο Ethernet Περιορισμοί λόγω λειτουργικού συστήματος, π.χ. μέγεθος ενταμιευτών Λόγω ανάγκης μείωσης πιθανότητας σφάλματος σε ασύρματα δίκτυα Περιορισμός πρόκλησης καθυστέρησης κατά τη μετάδοση των άλλων πακέτων, π.χ. ΑΤΜ Περιορισμοί πρωτοκόλλων, π.χ. Bits πεδίου μεγέθους κεφαλίδας, που συνήθως απλώς συμβαδίζουν με τους άλλους περιορισμούς Θρυμματισμός (fragmentation): τεμαχισμός πακέτων σε θραύσματα (fragments) Επιτρέπει σε μεγάλα πακέτα να περάσουν από δίκτυα με αυστηρότερο περιορισμό Το πακέτο θρυμματίζεται στην πύλη εισόδου του δικτύου Η κεφαλίδα πρέπει να περιέχει πληροφορίες συναρμολόγησης Δίκτυα Υπολογιστών Διαδικτύωση -13

14 Θρυμματισμός (ΙΙ) Διαφανής θρυμματισμός Όλα τα θραύσματα στέλνονται στην ίδια πύλη εξόδου Το αρχικό πακέτο συναρμολογείται ξανά στην πύλη εξόδου σε επόμενο δίκτυο μπορεί να γίνει επαναθρυμματισμός του πακέτου Δίκτυα Υπολογιστών Διαδικτύωση -14

15 Θρυμματισμός (ΙΙΙ) Μη διαφανής θρυμματισμός Τα θραύσματα μπορεί να ακολουθούν διαφορετικές πορείες Το αρχικό πακέτο συναρμολογείται ξανά στον παραλήπτη Όλοι οι παραλήπτες πρέπει να υποστηρίζουν τη συναρμολόγηση Η επιβάρυνση λόγω επιπλέον κεφαλίδων στα θραύσματα παραμένει σε όλο το δίκτυο Δίκτυα Υπολογιστών Διαδικτύωση -15

16 Πληροφορίες συναρμολόγησης θραυσμάτων Αρχικό «ακέραιο» πακέτο: Δεν έχει προηγηθεί θρυμματισμός γιατί το περιεχόμενο του αντιστοιχεί στην αρχή του πακέτου (offset=0) ενώ δεν ακολουθείται από άλλο θραύσμα ( End-of-packet bit =1) Καθορισμός ενός στοιχειώδους μεγέθους θραυσμάτων π.χ. byte Κάθε θραύσμα αποτελείται από n στοιχειώδη θραύσματα Κάθε θραύσμα περιέχει τις πληροφορίες: α) από ποιο πακέτο έχει προέλθει, β) σε ποιο σημείο του πακέτου ξεκινά, με «μονάδα» μέτρησης το στοιχειώδες θραύσμα Το τελευταίο θραύσμα δηλώνεται ρητώς με το End-of-packet bit =1 Αν το τελευταίο θραύσμα θρυμματισθεί, ισχύει End-of-packet bit =1 μόνο για το «νέο» τελευταίο θραύσμα, και έτσι παραμένει μοναδικό το τελευταίο θραύσμα. Η κεφαλίδα του ΙΡ περιλαμβάνει τα αντίστοιχα πεδία: Identifier (16 bits), Fragmentation Offset (13bits), End-of-packet (1 bit) Δίκτυα Υπολογιστών Διαδικτύωση -16