Forord. Hvad gør denne lærebog til noget specielt? Målgruppe

Transkript

1 Forord Velkommen til Computernetværk, en oversættelse af anden udgave af den amerikanske bog Computer Networking A Top-Down Approach Featuring the Internet, der som sit formål har at give en lidt anderledes fremstilling af computernetværk. Og hvorfor er der brug for en lidt anderledes indfaldsvinkel til det emne? I de seneste år har verden set to epokegørende ændringer på netværksområdet ændringer, der ikke afspejler sig i de bøger om emnet, som er udkommet i 1980 erne og 1990 erne. For det første har internettet overtaget computernetværkerne. I enhver seriøs behandling af computernetværk skal man holde sig internettet for øje. For det andet har det største vækstområde været netværksservices og -applikationer, hvilket ses af fremkomsten af World Wide Web (WWW), den allestedsnærværende anvendelse af elektronisk post ( ), audio og video streaming, internettelefoni, instant messaging, peer-to-peer-applikationer og onlinehandel. De vigtigste aspekter ved denne bog skulle gerne være: At den går i dybden, den fokuserer på internettet, den ser på både principper og praksis, og den fremlægger informationerne på en måde, som gør det nemt at lære noget om computernetværk. Bogen giver en opdateret fremstilling af peer-to-peer-netværk, indholdstunge distributionsnetværk, mobilitet og mobile IP er, trådløse netværk, BGP og multimedianetværk, netværkssikkerhed osv. Til de enkelte kapitler hører en række øvelser til hjemmebrug og en række spørgsmål, hvis besvarelse kan uddybe det gennemgåede materiale. Målgruppe Denne lærebog er tænkt som et grundkursus i computernetværk. Den kan bruges både i uddannelsen af datamatikere, dataloger og elektroingeniører. Det forudsættes blot, at læseren har kendskab til C, C++ eller Java. Har man kun programmeret i C eller C++ og ikke i Java, bør man alligevel være i stand til at følge med i applikationsprogrammeringsmaterialet, selvom det præsenterers i en Java-sammenhæng. Skønt denne bog er mere præcis og analytisk end mange andre indføringer i computernetværk, bruges der kun sjældnet matematiske begreber, som ikke kendes fra gymnasier o.lign. Den tilsigtede bestræbelse har været at undgå avancerede eksempler på regneprincipper og sandsynligheds- og stokastiske processer. Bogen er derfor velegnet til undervisning af bachelor- og kandidatstuderende. Den kan også bruges af personer, der arbejder med området i telekommunikationsbranchen. Hvad gør denne lærebog til noget specielt? Computernetværk er et særdeles kompliceret emne at beskæftige sig med, og det inddrager mange principper, protokoller og teknologier, som er indbyrdes forbundne på sindrigste vis.

2 6 Forord I bestræbelserne på at dække alt dette er mange lærebøger ofte struktureret i forhold til»lagene«i netværksarkitektur. Med en lagdelt struktur kan studerende se lige igennem computernetværks komplicerede opbygning de lærer om præcist de principper og protokoller, der hører til den enkelte del i arkitekturen, mens de stadig kan overskue det store billede af, hvordan alle delene passer sammen. Mange tekster er for eksempel bygget op omkring OSI-arkitekturens syv lag. Fra et pædagogisk perspektiv er det forfatternes erfaring, at denne lagdelte måde at formidle den nødvendige viden på er særdeles anbefalelsesværdig. Ikke desto mindre er det også erfaringen, at den traditionelle måde at dække emnet på, nedefra og op dvs. fra det fysiske lag til applikationslaget ikke er den bedste indfaldsvinkel i et moderne kursus om computernetværk. Oppefra og ned I modsætning til de øvrige tekster om computernetværk er denne tekst organiseret oppefra og ned dvs. den begynder på applikationslaget og arbejder sig vej ned til det fysiske lag. Denne indfaldsvinkel har flere vigtige fordele. For det første lægger den vægten på applikationslaget, som har været det store»vækstområde«inden for computernetværk. Faktisk har mange af de seneste nyskabelser på området heriblandt World Wide Web, audio og video streaming og indholdsdistribution fundet sted på applikationslaget. Idéen bag denne bog var, at applikationslaget fortsat ville være det største vækstområde på det felt, både med hensyn til forskning og den egentlige anvendelse. Det har vist sig at holde stik! Denne tidlige understregning af applikationslagproblemer adskiller sig fra den tilgang, der sker i de fleste andre lærebøger, der kun indeholder lidt (eller intet) materiale om netværksapplikationer, kravene til dem, applikationslagmodeller (f.eks. klient/server) og applikationslaggrænseflader. For det andet viser erfaringen, at det er særdeles stimulerende i begyndelsen af et undervisningsforløb at undervise i netværksapplikationer. De studerende er begejstrede over at lære, hvordan netværksapplikationer fungerer applikationer såsom og World Wide Web, som de fleste af dem bruger til daglig. Når en studerende har forstået applikationerne, kan han eller hun derpå forstå de netværksservices, der er nødvendige for at understøtte disse applikationer. Den studerende kan så igen undersøge, hvordan man på forskellige måder kan etablere og implementere sådanne services i de nederste lag. For det tredje giver fremgangsmåden undervisere lejlighed til at introducere netværksapplikationsudvikling på et tidligt stadium. De studerende lærer ikke alene at forstå, hvordan populære applikationer og protokoller fungerer, men også hvor nemt det er at lave deres egne netværksapplikationer og applikationslagprotokoller. Andre indføringer i computernetværk dækker ikke applikationsudvikling og socketprogrammering. (Selvom der er bøger, som drejer sig om netværksprogrammering, giver de ikke en indføring i netværk). Ved at bruge socketprogrammeringseksempler i Java sætter vi fokus på den centrale idé uden at forvirre de studerende med kompliceret kode. De, der læser til elektroingeniører på første år, skulle ikke finde det svært at følge Java-koden. Ved at få området belyst oppefra og ned får de studerende på et tidligt tidspunkt en idé om applikationsprogrammeringsgrænseflader (API er), servicemodeller og protokoller væsentlige begreber, som går igen på alle de andre lag.

3 Internettet Forord 7 Denne lærebog drejer sig i høj grad om internettet. De fleste andre lærebøger lægger betydelig vægt på en bred vifte af telekommunikationsnetværk og protokolpakker, og internettet behandles som én blandt mange netværksteknologier. På disse sider placeres internettet i fokus og bruges som eksempel til forståelse af de mere grundlæggende principper i computernetværk. Men hvorfor anbringe internettet i rampelyset? Hvorfor ikke en anden netværksteknologi, såsom ATM? For det første er computernetværk nu synonymt med internettet. Dette var ikke tilfældet for fem til ti år siden, hvor der blev talt en hel del om ATM LAN s og applikationslag med direkte grænseflade til ATM (uden omvejen gennem TCP/ IP). Men nu er man nået til det punkt, hvor stort set al datatrafik sendes via internettet (eller intranet). I dag er der kun én anden netværkstype, der kan konkurrere med internettet, nemlig det kredsløbskoblede telefonnetværk. Og denne konkurrent kan også forsvinde. Selvom hovedparten af vore dages talebaserede trafik overføres via telefonnetværker, gør producenter af netværksudstyr og telefonselskaberne sig nu klar til en større migrering til internetteknologien. En anden fordel ved at rette rampelyset mod internettet er den, at de fleste datalogi- og elektroingeniørstuderende er ivrige efter at lære noget om internettet og dets protokoller. De bruger internettet dagligt (i hvert fald til at sende og surfe på World Wide Web), og de er klar over, at internettet er en revolutionerende og banebrydende teknologi, der for alvor er ved at ændre verden. I lyset af internettets enorme vigtighed er det naturligt, at de studerende er ivrige efter at lære, hvad der ligger»under overfladen«. På den måde er det nemt for en underviser at gøre studerende interesserede i de grundlæggende principper, når de sætter fokus på internettet. Da denne bog fokuserer på internettet, er den organiseret i forhold til internetarkitekturens fem lag og ikke i forhold til den mere traditionelle OSI-arkitekturs syv lag. Disse fem lag består af applikationslaget, transportlaget, netværkslaget, datalinklaget og det fysiske lag. Principperne To af de specielle træk i denne bog gennemgangen oppefra og ned og fokuseringen på internettet kunne suppleres med endnu ét, nemlig principper. Netværksområdet er nu så indarbejdet, at man kan indkredse en række fundamentale og vigtige spørgsmål. I transportlaget omfatter de for eksempel pålidelig kommunikation på et ikke-pålideligt netværkslag, forbindelsesetablering/-nedlukning og handshaking, overbelastning og flowkontrol samt multiplexing. I netværkslaget er to af de grundlæggende områder at finde»gode«ruter mellem to routere og tage sig af problemet med at forbinde en lang række heterogene systemer. I datalinklaget er det et fundamentalt problem at dele en linje med flerbrugeradgang. I forbindelse med netværkssikkerhed er teknikker til sikring af fortrolighed, autentificering og meddelelsesintegritet alle baseret på elementær kryptering. Denne bog indkredser de grundlæggende netværksproblemer såvel som forslag til at håndtere disse spørgsmål. Udgangspunktet er, at kombinationen af at bruge internettet til at få den studerendes fod indenfor og derpå understrege problemer og løsningsforslag får den studerende til hurtigt at forstå så godt som alle netværksteknologier.

4 8 Forord Webstedet Til denne bog hører et større websted, som læserne kan bruge. Adressen er bog.ing.dk/compnet, og dér kan man finde følgende: Interaktivt studiemateriale. Webstedet indeholder interaktive Java-appletter, der illustrerer de grundlæggende netværksprincipper. Det giver også direkte adgang til programmer som Traceroute (brug en browser), som viser den rute, pakkerne følger på internettet. Undervisere kan bruge disse interaktive faciliteter som et studielokale i miniformat. Webstedet giver også direkte adgang til søgemaskiner beregnet på Internet Drafts og til en nyhedsgruppe, i hvilken der er en diskussion af emnerne i denne bog. Endelig kan studerende også finde en righoldig samling af spørgsmål, som han eller hun kan bruge til at tjekke sin elementære forståelse af emnet. Over fem hundrede link til relevant materiale. Som alle internetentusiaster ved, findes en stor del af det materiale, der beskriver internettet, på internettet. Der er lagt en del omhu i at samle web-url er for så mange af bogens referencer som muligt. Bibliografien foreligger også online og opdateres, efterhånden som linkene ændres, og nyt materiale bliver tilgængeligt. Linkene peger ikke alene på RFC er og tidsskrift- og konferenceartikler, men også på websteder, som er lagt mere pædagogisk an, heriblandt hjemmestrikkede sider om bestemte aspekter af internetteknologien og artikler fra onlinetidsskrifter. Undervisere kan bruge materialet bag linkene som forslag til supplerende læsning eller måske endda obligatorisk læsning. Multimediamateriale hentet fra forfatternes forelæsninger. På webstedet kan man også hente Real Audio-materiale, der viser forfatterne i færd med at undervise studerende i materialet i denne bog. Webstedet bliver løbende udbygget, idet der tilføjes materiale fra undervisere og læsere såvel som forfatterne. Opdateringerne forventes lagt ind hver tredje måned. Hvis der er problemer med webstedet, kan man kontakte aw.cse@aw.com. Pædagogiske overvejelser Forfatterne har hver især undervist i computernetværk i næsten 20 år. Teksten er et resultat af 30 års erfaring med undervisning af mere end studerende. Forfatterne har ligeledes i samme periode forsket aktivt i computernetværk. (Faktisk mødte Jim Kurose og Keith Ross hinanden første gang i 1979 på Columbia University, hvor de deltog i et computernetværkskursus, afholdt af Mischa Schwartz). Denne erfaring skulle sikre et godt perspektiv for, hvor netværksteknologien har været, og hvor den kan bevæge sig hen i fremtiden. Forfatterne er dog ikke faldet for fristelsen til at skubbe materialet i denne bog i retning af deres egne foretrukne forskningsprojekter og henviser læsere, der måtte være interesserede i dem, til deres egne personlige websteder. Således handler denne bog om moderne computernetværk den beskriver moderne protokoller og teknologier samt de underliggende principper for disse protokoller og teknologier. At undervise i (og lære om) netværk kan være morsomt. Sans for humor, brug af analogier og eksempler fra det virkelige liv gør forhåbentlig materialet i denne bog mere underholdende.

5 Principper i praksis Forord 9 Som tidligere nævnt understreger denne bog de underliggende principper i computernetværk såvel som den rolle, disse principper spiller i praksis. I hvert kapitel sættes der plads af til et specielt afsnit, der belyser et vigtigt princip i computernetværk. Disse specialafsnit hjælper de studerende til at forstå nogle af de fundamentale begreber, der bruges i moderne netværk. Bemærkning til underviserne Det kan være en krævende sag at ændre eller opdatere undervisningspraksis for et undervisningsforløb. Undervisere i denne overgangsfase kan få hjælp til dette ved at bruge den komplette pakke, der ligger på bogens hjemmside. Pakken indeholder følgende: PowerPoint-slides. På webstedet kan man finde PowerPoint-slides til alle otte kapitler. Disse slides dækker de enkelte kapitler i detaljer. De anvender grafik og animationer (i stedet for kun at bruge monotone punktopstillinger) for at gøre slides ene interessante og visuelt fængende. Undervisere kan hente de originale PowerPoint-slides og tilpasse dem efter behov. En del af disse slides stammer fra andre undervisere, som har brugt dem i deres undervisning. Studieopgaver. På webstedet findes der også flere detaljerede programmeringsopgaver, herunder en opgave om opbygning af en flertrådet webserver, en om opbygning af en -klient med en GUI-grænseflade og programmering af afsender- og modtagersiden af en pålidelig datatransportprotokol samt en opgave om routing på internettet. Løsninger til hjemmeopgaverne. På webstedet er der en løsningsvejledning til tekstens hjemmeopgaver. Løsningerne er kun beregnet for undervisere. Alt dette materiale findes på underviserdelen af webstedet, Man kan få adgang til denne del af webstedet ved at kontakte Ingeniøren bøger eller sende en -meddelelse til bogredaktion@ing.dk. Bogens opbygning Det første kapitel i denne tekst giver en selvstændig præsentation af computernetværk. Ved at introducere mange nøglebegreber og -terminologier kridter kapitlet banen op for resten af bogen. Alle de øvrige kapitler er baseret på dette første kapitel. Det anbefales, at underviserne, efter at have afsluttet kapitel 1, gennemgår kapitel 2 til kapitel 5 i den rækkefølge for på den måde at følge bogens idé med at gennemgå sit emne»oppefra og ned«. I hvert af disse fem kapitler følges der op på materialet fra de foregående kapitler. Efter at have afsluttet disse fem kapitler er underviseren mere frit stillet. Der er ingen indbyrdes afhængighed mellem de tre sidste kapitler, så man kan tage dem i den rækkefølge, man vil. Men hvert af disse kapitler er baseret på materialet i de første fem kapitler. Det ideelle vil være, at underviserne har tid til at undervise i udvalgt materiale fra de sidste tre kapitler i løbet af et fuldt semesterforløb.

6 10 Forord Man skal bemærke, at det første kapitel i bogen, som er omfattende og kan stå alene, kan bruges som grundlag for et kortere kursus i netværk. En sidste bemærkning Undervisere og studerende opfordres til at lave nye Java-appletter, som illustrerer principperne og protokollerne i denne bog. Hvis man har en applet, som man mener passer til denne tekst, så send den endelig til forfatterne. Hvis appletten (inklusive notation og terminologi) er anvendelig, bliver den placeret på bogens websted med en passende reference til dens forfatter. Undervisere opfordres også til at indsende nye netværksproblemer (og løsninger), som kan supplere de eksisterende hjemmeopgaver. Det indsendte materiale lægges kun ud på underviserdelen af bogens websted. Studerende og undervisere opfordres også til at sende s med kommentarer til bogen. Send tips om interessante URL er, anfægtelser af bogens påstande og fortæl, hvad der virker, og hvad der ikke virker. Kom også med forslag til, hvad der bør medtages eller ikke medtages i en senere udgave af bogen. Send en til kurose@cs.umass.edu og ross@eurecom.fr.