Δίκτυα σε επίπεδα

Γιατί επίπεδα

Όταν ανοίγεις μια ιστοσελίδα, το αίτημά σου ταξιδεύει ίσως χιλιάδες χιλιόμετρα, μέσα από Wi-Fi, οπτικές ίνες και δεκάδες ενδιάμεσα μηχανήματα διαφορετικών κατασκευαστών, και φτάνει σε έναν υπολογιστή που δεν έχει ιδέα τι συσκευή κρατάς. Κανένα πρόγραμμα δεν θα μπορούσε να τα χειριστεί όλα αυτά μαζί.

Η λύση είναι η διαστρωμάτωση: το πρόβλημα σπάει σε επίπεδα (layers). Κάθε επίπεδο λύνει ένα κομμάτι, χρησιμοποιεί τις υπηρεσίες του από κάτω και προσφέρει υπηρεσίες στο από πάνω. Οι κανόνες με τους οποίους επικοινωνεί ένα επίπεδο λέγονται πρωτόκολλο (protocol).

Είναι σαν ένα γράμμα. Εσύ γράφεις το κείμενο και δεν σε νοιάζει με ποιο φορτηγό θα ταξιδέψει. Το ταχυδρομείο διαβάζει μόνο τη διεύθυνση στον φάκελο και δεν ανοίγει το γράμμα. Ο οδηγός του φορτηγού ξέρει μόνο σε ποιο κέντρο διαλογής πηγαίνει το σακί.

Το μοντέλο TCP/IP

Το Διαδίκτυο λειτουργεί με το μοντέλο TCP/IP, που έχει τέσσερα επίπεδα:

Μερικά βιβλία χωρίζουν το κατώτερο επίπεδο σε δύο, ζεύξης δεδομένων και φυσικό, και μιλούν για πέντε επίπεδα. Η ουσία είναι ίδια.

Το επίπεδο διαδικτύου είναι η καρδιά του μοντέλου. Κάθε υπολογιστής έχει μια διεύθυνση IP. Στην εκδοχή IPv4 είναι $32$ bit και γράφεται ως τέσσερις αριθμοί από $0$ έως $255$. Αφού $2^{32}$ είναι περίπου $4{,}3$ δισεκατομμύρια, οι διευθύνσεις IPv4 δεν φτάνουν για όλες τις συσκευές του κόσμου, και γι' αυτό υπάρχει το IPv6, με διευθύνσεις $128$ bit. Οι δρομολογητές (routers) διαβάζουν τη διεύθυνση προορισμού κάθε πακέτου και το στέλνουν ένα βήμα πιο κοντά.

Το επίπεδο μεταφοράς φέρνει τα δεδομένα στο σωστό πρόγραμμα μέσα στον υπολογιστή, με τον αριθμό της θύρας: $80$ για HTTP, $443$ για HTTPS, $53$ για DNS. Έχει δύο βασικά πρωτόκολλα:

Ενθυλάκωση

Κάθε επίπεδο παίρνει ό,τι του δίνει το από πάνω, χωρίς να το ανοίξει, και του προσθέτει μπροστά τη δική του κεφαλίδα (header) με τις πληροφορίες που χρειάζεται. Αυτό λέγεται ενθυλάκωση (encapsulation).

Στο καλώδιο ή στον αέρα, ένα πλαίσιο μοιάζει έτσι:

[Ethernet][  IP  ][ TCP ][   δεδομένα HTTP   ][ουρά Ethernet]
 κεφαλίδα  κεφαλ.  κεφαλ.

Στον παραλήπτη γίνεται το ανάποδο, η αποενθυλάκωση: κάθε επίπεδο αφαιρεί τη δική του κεφαλίδα, κάνει ό,τι λέει, και δίνει το υπόλοιπο στο από πάνω.

Ονόματα και δρόμοι

Οι άνθρωποι θυμούνται ονόματα, οι δρομολογητές δουλεύουν με αριθμούς. Το DNS (Domain Name System) είναι ο «τηλεφωνικός κατάλογος» του Διαδικτύου: μεταφράζει ένα όνομα όπως www.example.org στη διεύθυνση IP του εξυπηρετητή. Δεν είναι ένας υπολογιστής αλλά ένα ιεραρχικό σύστημα από χιλιάδες εξυπηρετητές, καθένας υπεύθυνος για ένα κομμάτι των ονομάτων.

Όταν ξέρει τη διεύθυνση προορισμού, ο υπολογιστής σου δεν γνωρίζει ολόκληρη τη διαδρομή ως εκεί. Στέλνει το πακέτο στον δρομολογητή του σπιτιού, αυτός στον πάροχο, κι εκείνος στον επόμενο. Κάθε δρομολογητής αποφασίζει μόνο το επόμενο βήμα, με βάση έναν πίνακα δρομολόγησης. Αν μια σύνδεση κοπεί, τα πακέτα βρίσκουν άλλον δρόμο, και δύο πακέτα της ίδιας σελίδας μπορεί να ταξιδέψουν από διαφορετικές διαδρομές.

Το μοντέλο OSI

Πριν επικρατήσει το TCP/IP, ο Διεθνής Οργανισμός Τυποποίησης (ISO) πρότεινε το μοντέλο OSI, με επτά επίπεδα. Στην πράξη δεν υλοποιήθηκε ποτέ ευρέως, αλλά η ορολογία του χρησιμοποιείται παντού: όταν ένας τεχνικός λέει «πρόβλημα στο επίπεδο 2», εννοεί το επίπεδο ζεύξης του OSI.

Λυμένα παραδείγματα

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση