ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ. Τεχνολογίες Υπολογιστικού Νέφους ΔΙΑΛΕΞΗ 7: ΥΠΟΣΤΉΡΙΞΗ ΔΙΚΤΎΟΥ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Δ.

Transcript

1 ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ Τεχνολογίες Υπολογιστικού Νέφους ΔΙΑΛΕΞΗ 7: ΥΠΟΣΤΉΡΙΞΗ ΔΙΚΤΎΟΥ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Δ. ΤΣΑΚΑΝΙΚΑΣ

2 Σκοπός Αυτή η ενότητα πραγματεύεται ζητήματα σχετικά με τη διαχείριση του δικτύου.

3 Περιεχόμενα ενότητας Δίκτυα μεταγωγής πακέτου. Διάφανη επικοινωνία ως προς την τοποθεσία. Το Διαδίκτυο. Δίκτυα διασύνδεσης - InfiniBand. Η στοίβα πρωτοκόλλων του Διαδικτύου. Δρομολογητές και switches. IPv4 και IPv6. Χαρακτηρισμός δικτύων. Διευθύνσεις IP και MAC, θύρες και sockets. Ηχητικά δίκτυα. Σχέσεις μεταξύ των δικτύων του Διαδικτύου. Ο μετασχηματισμός του Διαδικτύου. Πρόσβαση στον ιστό και TCP. Δίκτυα περιοχής αποθήκευσης. Στρώματα πρωτοκόλλων FC. Κλάσεις υπηρεσίας FC. Πλαίσιο FC. Έλεγχος συμφόρησης στο TCP. Class Based Queuing - CBQ. Δίκτυα FC. Δίκτυα μεταφοράς περιεχομένου. Hierarchical Token Buckets. Σχεδιασμός κι απόδοση CDN. Δίκτυα διασύνδεσης υπολογιστικών νεφών. Δίκτυα επικάλυψης.

4 Υποστήριξη δικτύου Ένα δίκτυο μεταγωγής πακέτου μεταδίδει μονάδες δεδομένων που αποκαλούνται πακέτα μέσω ενός συνόλου μεταγωγέων όπου τα πακέτα τοποθετούνται στην ουρά και δρομολογούνται προς τον προορισμό τους. Ένα δίκτυο μεταγωγής πακέτου αποτελείται από: Ο πυρήνας του δικτύου αποτελείται από δρομολογητές και συστήματα ελέγχου που διασυνδέονται μέσω καναλιών υψηλού εύρους ζώνης. Τα άκρα του δικτύου περιλαμβάνουν τους εξοπλισμούς των τελικών χρηστών. Πακέτο. Αποτελείται από μία κεφαλίδα που περιλαμβάνει πληροφορίες ελέγχου για τη μεταφορά του πακέτου καθώς και τα προς μεταφορά δεδομένα.

5 Υποστήριξη δικτύου Τα πακέτα υπόκεινται σε μεταβλητή καθυστέρηση, λάθη καθώς και απώλειες. Μία αρχιτεκτονική δικτύου περιγράφει τη στοίβα πρωτοκόλλων που χρησιμοποιείται. Πρωτόκολλο. Το σύνολο των κανόνων που διέπουν μία επικοινωνία Οικοδεσπότης (host). Ένα σύστημα τοποθετημένο στην άκρη του δικτύου το οποίο είναι ικανό να αποστείλει και να λάβει δεδομένα μέσω μίας επικοινωνίας. Π.χ. υπολογιστής, κινητή συσκευή, αισθητήρας κτλ. Συλλογή ξεχωριστών και διακριτών δικτύων. Όλα τα δίκτυα λειτουργούν κάτω από ένα κοινό πλαίσιο εργασίας αποτελούμενο από: Παγκόσμια μοναδικές διευθύνσεις IP. Δρομολόγηση IP. Παγκόσμια πρωτόκολλα Border Gateway Routing (BGP).

6 Το Διαδίκτυο Το IP παρέχει μόνο μετάδοση βέλτιστης προσπάθειας (best effort). Κάθε δρομολογητής ενός μονοπατιού ανάμεσα στον αποστολέα και τον παραλήπτη ενδέχεται να απορρίψει ένα πακέτο σε περίπτωση που είναι υπερφορτωμένος. Στο Διαδίκτυο συναντούμε δύο πρωτόκολλα μεταφοράς: UDP (User Datagram Protocol). TCP (Transport Control Protocol). UDP (User Datagram Protocol): Ένα ασυνδεσμοστραφές πρωτόκολλο μεταφορά δεδομενογραμμάτων. Το UDP δεν παρέχει έλεγχο ή διόρθωση λαθών. Τα δεδομένογράμματα ενδέχεται να φτάσουν στον προορισμό τους με διαφορετική σειρά από ότι εστάλησαν, μπορεί να υπάρξουν διπλότυπα ή μπορεί να μην φθάσουν στον προορισμό τους. TCP (Transport Control Protocol): Ένα πρωτόκολλο προσανατολισμένο στη σύνδεση. Παρέχει αξιόπιστη μετάδοση των πακέτων και παράδοσή τους με τη σωστή σειρά.

7 IPv4 και IPv6 Το IPv4 έχει την ικανότητα να προσφέρει 232 ή περίπου 4.3 δισεκατομμύρια διευθύνσεις, ένας αριθμός που αποδείχθηκε ανεπαρκείς. Το IPv6 έχει την ικανότητα παροχής 2128 ή 3.4x1038 διευθύνσεων. Άλλες γενικές διαφορές ανάμεσα στα IPv4 και IPv6 Το IPv6 υποστηρίζει πολλαπλή μετάδοση (multicast) αλλά όχι την παραδοσιακή λειτουργία IP broadcast. Οι οικοδεσπότες IPv6 μπορούν να παραμετροποιηθούν αυτόματα όταν συνδέονται σε ένα δίκτυο IPv6 network χρησιμοποιώντας το Internet Control Message Protocol version 6. Υποχρεωτική υποστήριξη της δικτυακής ασφάλειας. Το Internet Network Security (IPsec) αποτελεί τμήμα του IPv6.

8 Διευθύνσεις IP και MAC, θύρες και sockets Διεύθυνση IP: Λογική διεύθυνση που ανατίθεται δυναμικά από έναν DHCP server. Ένας οικοδεσπότης ενδέχεται να διαθέτει πολλαπλές διευθύνσεις IP καθώς μπορεί να είναι συνδεμένος σε περισσότερα από ένα δίκτυα. Διεύθυνση MAC: Μοναδική φυσική διεύθυνση κάθε διεπαφής δικτύου. Διεπαφή δικτύου: Θύρα: Socket: Υλικό που συνδέει έναν οικοδεσπότη σε ένα δίκτυο. Γενίκευση λογισμικού για την μεταφορά μηνυμάτων σε μία εφαρμογή. Γενίκευση λογισμικού που επιτρέπει σε μία εφαρμογή να αποστέλλει και να λαμβάνει μηνύματα μέσω μίας δοθείσας θύρας.

9 Σχέσεις μεταξύ των δικτύων του Διαδικτύου Τρεις τύποι σχέσεων: Ομοτιμίας. Δύο δίκτυα ανταλλάσουν ελεύθερα κίνηση δεδομένων μεταξύ τους. Διαμετακόμισης. Ένα δίκτυο πληρώνει ένα άλλο ώστε να αποκτήσει πρόσβαση στο Διαδίκτυο. Πελάτη. Ένα δίκτυο πληρώνεται ώστε να επιτρέψει την πρόσβαση στο Διαδίκτυο.

10 Σχέσεις μεταξύ των δικτύων του Διαδικτύου Τα δίκτυα συνήθως ομαδοποιούνται όπως παρακάτω: Βαθμίδας 1. Μπορεί να επικοινωνήσει με κάθε άλλο δίκτυο στο Διαδίκτυο χωρίς την εξαγορά δικαιωμάτων διέλευσης IP ή του πληρώματος οικισμών. Βαθμίδας 2. Ένας πάροχος υπηρεσιών Διαδικτύου που ασχολείται με την πρακτική της ανταλλαγής κίνησης με άλλα δίκτυα, αλλά εξαγοράζει δικαιώματα διέλευσης IP ώστε να φτάσει κάποια τμήματα του Διαδικτύου: οι κοινοί πάροχοι του Διαδικτύου. Βαθμίδας 3. Εξαγοράζει δικαιώματα διέλευσης από άλλα δίκτυα (τυπικά από δίκτυα βαθμίδας 2) ώστε να αποκτήσει πρόσβαση στο Διαδίκτυο. Εφαρμογές ιστού, υπολογιστική νέφους και δίκτυα μεταφοράς περιεχομένου αναμορφώνουν τον ορισμό ενός δικτύου. Οι ροές δεδομένων καταναλώνουν ένα αυξανόμενο μέρος του διαθέσιμου εύρους ζώνης, όσο για παράδειγμα οι τηλεοράσεις υψηλής ευκρίνειας γίνονται λιγότερο ακριβές και πάροχοι υπηρεσιών, όπως οι Netflix και Hulu, προσφέρουν στους πελάτες υπηρεσίες που απαιτούν σημαντική αύξηση του εύρους ζώνης του δικτύου. Το «τελευταίο μίλι». Η ζεύξη που διασύνδεει ένα σπίτι με τον Πάροχο Υπηρεσιών Διαδικτύου αποτελεί bottleneck.

11 Ο μετασχηματισμός του Διαδικτύου Η Google έχει ξεκινήσει το έργο Google Fiber που έχει ως στόχο την παροχή γρήγορης πρόσβασης της τάξης του lgb/s στα νοικοκυριά μέσω FTTH. Η κίνηση δεδομένων που μεταφέρεται από δίκτυα τρίτης βαθμίδας αυξήθηκε από 5.8% το 2007 σε 9.4% το Οι εφαρμογές της Google παρήγαγαν το 5.2% της συνολικής κίνησης δεδομένων το Το 2007 ο παγκόσμιος πυρήνας αποτελείται από Tier 1 δίκτυα.

12 Πρόσβαση στον ιστό και TCP HTTP: Το πρωτόκολλο επιπέδου εφαρμογής για πρόσβαση στον ιστό χρησιμοποιώντας το TCP πρωτόκολλο μεταφοράς. Το TCP υποστηρίζει μηχανισμούς για αποφυγή της συμφόρησης και περιορισμό της ποσότητας δεδομένων που μεταφέρεται μέσω του Διαδικτύου. Η πρόσβαση στον ιστό απαιτεί τη μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων δεδομένων όπως μπορούμε να παρατηρήσουμε από μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν από την Google.

13 Έλεγχος συμφόρησης στο TCP Ο Tahoe είναι ένας αλγόριθμος που ασχολείται με τον έλεγχο συμφόρησης και βασίζεται σε: Αργή εκκίνηση. Αποφυγή συμφόρησης. Γρήγορη αναμετάδοση. Αργή εκκίνηση σημαίνει ότι: Ο αποστολέας ξεκινά με ένα παράθυρο ίσο με δύο φορές το MSS (Maximum Segment Size). Για κάθε πακέτο που αποστέλλεται επιτυχώς (acknowledged), το παράθυρο συμφόρησης αυξάνεται κατά 1 MSS έτσι ώστε να διπλασιάζεται σε κάθε RTT (Round Trip Time).

14 Έλεγχος συμφόρησης στο TCP Για να ξεπεραστούν οι περιορισμοί του αργού ξεκινήματος, έχουν αναπτυχθεί στρατηγικές με σκοπό τη μείωση του χρόνου κατεβάσματος δεδομένων μέσω του Διαδικτύου. Για παράδειγμα: Οι Firefox 3 και Google Chrome ανοίγουν έως κι έξι συνδέσεις TCP ανά domain. Ο Internet Explorer 8 ανοίγει 180 συνδέσεις. Οι στρατηγικές που χρησιμοποιούνται από τους φυλλομετρητές με σκοπό την αποφυγή των μηχανισμών ελέγχου συμφόρησης, παρακάμπτουν τους μηχανισμούς αυτούς, επιφέροντας μία σημαντική επιβάρυνση στο δίκτυο. Η καθυστέρηση μετάδοσης στο TCP, επηρεάζεται από τον αριθμός των RTTs κατά τη διάρκεια της φάσης της αργής εκκίνησης. Θεωρώντας ότι το μέσω μέγεθος πακέτου ισούται με 384 KB, μία απλή σύνδεση TCP απαιτεί πολλαπλά RTTs ώστε να κατεβάσει μία απλή σελίδα.

15 Έλεγχος συμφόρησης στο TCP Υποστηρίζεται ότι η καλύτερη λύση είναι να αυξηθεί το αρχικό παράθυρο συμφόρησης του TCP. Οι συνέπειες μίας τέτοιας ενέργειες είναι οι ακόλουθες: Εξασφαλίζει τη δικαιοσύνη μεταξύ των σύντομων συναλλαγών που αποτελούν την πλειονότητα των μεταβιβάσεων στο Διαδίκτυο και των συναλλαγών μεγάλης χρονικής διάρκειας που μεταφέρουν πολύ μεγάλες ποσότητες δεδομένων, π.χ., audio και video streaming. Επιτρέπει τη γρήγορη επαναφορά ύστερα από απώλειες προσφέροντας γρήγορη επαναμετάδωση.

16 Class Based Queuing - CBQ Στόχος του CBQ είναι η υποστήριξη: Ευέλικτος διαμοιρασμός σύνδεσης για εφαρμογές που απαιτούν εγγυήσεις εύρους ζώνης, όπως VoIP, video streaming, και audio streaming. Εξισορρόπηση μεταξύ σύντομων ροών δεδομένων, όπως αναζήτηση στο ιστό, και ροών μεγάλης χρονικής διάρκειας, όπως video streaming και μεταφορά αρχείων. Το CBQ συγκεντρώνει τις συνδέσεις και κατασκευάζει ένα δέντρο που μοιάζει με ιεραρχία κλάσεων, με διαφορετικές προτεραιότητες και κατανομή απόδοσης. Το CBQ χρησιμοποιεί τις παρακάτω λειτουργικές μονάδες: Έναν ταξινομητή που χρησιμοποιεί την πληροφορία στην επικεφαλίδα του πακέτου για να ταξινομήσει τα πακέτα που λαμβάνονται σε κλάσεις. Έναν εκτιμητή του βραχυπρόθεσμου εύρους ζώνης της κάθε κλάσης.

17 Class Based Queuing - CBQ Το CBQ χρησιμοποιεί τις παρακάτω λειτουργικές μονάδες (Συνέχεια): Έναν επιλογέα / χρονοπρογραμματιστή που εντοπίζει την κλάση με την υψηλότερη προτεραιότητα η οποία θα πρέπει να εξυπηρετηθεί, κι εάν πολλαπλές κλάσεις έχουν την ίδια προτεραιότητα, εξυπηρέτησή τους με round-robin. Ένα κύκλωμα καθυστέρησης για τον υπολογισμό της επόμενης φοράς που θα επιτραπεί η αποστολή δεδομένων για μία κλάση που έχει υπερβεί την χρήση του συνδέσμου που της αναλογεί. Τα πακέτα πρώτα ταξινομούνται σε ροές. Στη συνέχεια η εκάστοτε ροή αποδίδεται σε μία ουρά που σχετίζεται με αυτή. Οι ουρές δεδομένων μεταδίδουν ένα πακέτο τη φορά σύμφωνα με τη μέθοδο roundrobin και οι κενές ουρές αγνοούνται.

18 Class Based Queuing - CBQ Διαμοιρασμός σύνδεσης για δύο ομάδες: A: Υπηρεσίες μικρής χρονικής διάρκειας. B: Υπηρεσίες μεγάλης χρονικής διάρκειας, ανάθεση του 25% και του 75% της χωρητικότητας της ζεύξης. Υπάρχουν τρεις κλάσεις με προτεραιότητα 1, 2 και 3: Εφαρμογές πραγματικού χρόνου (real time - RT) και το video streaming έχουν προτεραιότητα 1 και τους ανατίθεται το 3% και το 60%, αντίστοιχα. Τα web και audio streaming έχουν προτεραιότητα 2 και τους ανατίθεται το 20% και 10%, αντίστοιχα. Οι διαδραστικές υπηρεσίες (interactive - Intr) και η μεταφορά αρχείων (FTP) έχουν προτεραιότητα 3 και τους ανατίθεται το 2% και 5%, αντίστοιχα.

19 Class Based Queuing - CBQ Μία κλάση είναι: Πάνω από το όριο: Αν σε μία ορισμένη χρονική περίοδο έχει χρησιμοποιήσει περισσότερο εύρος ζώνης από αυτό που της αναλογεί. Κάτω από το όριο: Αν σε μία ορισμένη χρονική περίοδο έχει χρησιμοποιήσει λιγότερο εύρος ζώνης από αυτό που της αναλογεί. Στο όριο: Αν σε μία ορισμένη χρονική περίοδο έχει χρησιμοποιήσει ακριβώς το εύρος ζώνης που της αναλογεί.

20 Hierarchical Token Buckets Ο Hierarchical Token Buckets (HTB) είναι ένας αλγόριθμος διαμοιρασμού της ζεύξης εμπνευσμένος από τον CBQ. Ο πυρήνας του Linux υλοποιεί τον HTB. Κάθε κλάση έχει: Ένα βέβαιο ρυθμό (assured rate - AR). Έναν κατασταλτικό ρυθμό (ceil rate - CR). Ο HTB υποστηρίζει δανεισμό. Αν μία κλάση C χρειάζεται έναν ρυθμό μεγαλύτερο από τον AR της, τότε προσπαθεί να δανειστεί επιπλέον ρυθμό από την κλάση γονέα της. Στη συνέχεια η κλάση γονέας εξετάσεις τις κλάσεις παιδιά που διαθέτει κι αν υπάρχουν κλάσεις παιδιά που χρησιμοποιούν ρυθμό μικρότερο από το AR τους τότε επανακατανέμει τους πόρους και δανείζει στην κλάση C τον επιπλέον ρυθμό που χρειάζεται. Ο HTB χρησιμοποιεί για κάθε κόμβο έναν κατασταλτικό ρυθμό επιπρόσθετα με τον βέβαιο ρυθμό.

21 Δίκτυα διασύνδεσης υπολογιστικών νεφών Παρότι η εξέλιξη των επεξεργαστών και των μνημών έχει επακολουθήσει το νόμο του Moore, τα δίκτυα διασύνδεσης έχουν εξελιχθεί με χαμηλότερους ρυθμούς κι αποτελούν έναν σημαντικό παράγοντα που επηρεάζει τη συνολική απόδοση και το κόστος ενός συστήματος. Η δικτυακή υποδομή οργανώνεται ιεραρχικά: Οι servers ομαδοποιούνται σε ράφια (racks) και διασυνδέονται με έναν δρομολογητές (routers). Οι δρομολογητές των ραφιών συνδέονται σε έναν δρομολογητές συστάδας (cluster routers) οι οποίοι διασυνδέονται μεταξύ τους. Η δικτυακή υποδομή ενός υπολογιστικού νέφους πρέπει να ικανοποιεί ποικίλες απαιτήσεις: Επεκτασιμότητα. Χαμηλό κόστος. Χαμηλή καθυστέρηση. Υψηλό εύρος ζώνης. Παροχή διάφανης επικοινωνίας ως προς την τοποθεσία, μεταξύ των servers.

22 Διάφανη επικοινωνία ως προς την τοποθεσία Κάθε server πρέπει να μπορεί να επικοινωνεί με οποιονδήποτε άλλο server με παρόμοια ταχύτητα και καθυστέρηση. Οι εφαρμογές δεν πρέπει να εξαρτώνται από την τοποθεσία. Μείωση της πολυπλοκότητας της διαχείρισης του συστήματος. Σε μία ιεραρχική οργάνωση η πραγματικά διάφανη επικοινωνία ως προς την τοποθεσία είναι αδύνατη.

23 Δίκτυα διασύνδεσης - InfiniBand Δίκτυα διασύνδεσης που χρησιμοποιούνται από υπερυπολογιστές κι από υπολογιστικά νέφη: Διαθέτουν επεκτάσιμη τοπολογία. Υποστηρίζουν πολλούς ρυθμούς σηματοδοσίας. Η κατανάλωση ενέργειας σχετίζεται με τη ρυθμαπόδοση. Συνένωση ζεύξεων για αύξηση της ρυθμαπόδοσης.

24 Δίκτυα διασύνδεσης - InfiniBand Οι ρυθμοί δεδομένων. Single data rate (SDR). 2.5 Gbps σε κάθε κατεύθυνση ανά σύνδεση. Double data rate (DDR). 5 Gbps. Quad data rate (QDR). 10 Gbps. Fourteen data rate (FDR) Gbps. Enhanced data rated (EDR). Πλεονεκτήματα: Gbps. Υψηλή ρυθμαπόδοση και χαμηλή καθυστέρηση. Υποστήριξη εγγυήσεων ποιότητας υποηρείας.

25 Δρομολογητές και switches Το κόστος των δρομολογητών (routers) και ο αριθμός των καλωδίων που τους διασυνδέουν αποτελούν βασικούς παράγοντες που επηρεάζουν το συνολικό κόστος του δικτύου διασύνδεσης. Καλύτερη απόδοση και χαμηλότερα κόστη μπορούν να επιτευχθούν με καινοτόμες αρχιτεκτονικές δρομολογητών: Η πυκνότητα των καλωδίων έχει αυξηθεί με μικρότερο ρυθμό σε σχέση με την ταχύτητα των επεξεργαστών και η καθυστέρηση στο καλώδιο έχει παραμείνει σταθερή. Διασύνδεση δικτύων με δρομολογητές ή switches. Δρομολογητές low-radix - Διαθέτουν μικρό αριθμό θυρών; Διαμοιράζουν το εύρος ζώνης σε μικρό αριθμό πλατιών (wide) θυρών. Δρομολογητές high-radix - Διαθέτουν μεγάλο αριθμό θυρών; Διαμοιράζουν το εύρος ζώνης σε μικρό αριθμό πλατιών (narrow) θυρών. Ο αριθμός των ενδιάμεσων δρομολογητών σε δίκτυα high-radix έχει μειωθεί. Χαμηλή καθυστέρηση και μειωμένη κατανάλωση ενέργειας.

26 Χαρακτηρισμός δικτύων Ηχητικά δίκτυα Η διάμετρος ενός δικτύου είναι η μέση απόσταση ανάμεσα στα ζευγάρια των κόμβων του δικτύου. Αν ένα δίκτυο είναι πλήρως διασυνδεδεμένος (fully connected), τότε η διάμετρός του είναι ίση με 1. Χαρακτηρισμός ως προς το κόστος. Χαρακτηρισμός ως προς την κατανάλωση ενέργειας. Δίκτυο πεταλούδα. Το όνομα τους προέρχεται από το σχήμα των ανεστραμμένων τριγώνων που δημιουργείται από τις διασυνδέσεις και μοιάζει με φτερά πεταλούδας. Μεταφέρει τα δεδομένα χρησιμοποιώντας την πιο αποτελεσματική διαδρομή, αλλά κλειδώνει διότι δεν μπορεί να χειριστεί μια σύγκρουση ανάμεσα σε δύο πακέτα που προσπαθούν να φθάσουν στην ίδια θύρα ταυτόχρονα. Δίκτυο ήχου (clos). Δίκτυο πολλαπλών σταδίων που δεν κλειδώνει. Διαθέτει μονό αριθμό σταδίων. Αποτελείται από δύο δίκτυα πεταλούδας. Το τελευταίο στάδιο της εισόδου είναι συγχωνευμένο με το πρώτο στάδιο της εξόδου.

27 Ηχητικά δίκτυα Όλα τα πακέτα υπερβαίνουν τον προορισμό τους και στη συνέχεια επιστρέφουν σε αυτόν. Στις περισσότερες περιπτώσεις η υπέρβαση δεν είναι απαραίτητη κι αυξάνει την καθυστέρηση, διότι ένα πακέτο κάνει περισσότερα άλματα από όσα πραγματικά απαιτούνται για να φτάσει στον προορισμό του. Διπλωμένη ηχητική τοπολογία (folded clos topology). Τα δίκτυα εισόδου κι εξόδου διαμοιράζονται μονάδες διακοπτών. Το κάθε δίκυο ονομάζεται χονδρό δένδρο (fat tree). Τα Myrinet, InfiniBand, και Quadrics υλοποιούν μία τοπολογία χονδρού δένδρου.

28 Δίκτυα περιοχής αποθήκευσης Εξειδικευμένα δίκτυο υψηλής ταχύτητας για μεταφορά ομάδων δεδομένων μεταξύ υπολογιστικών συστημάτων και μονάδων αποθήκευσης. Αποτελούνται από επικοινωνιακή υποδομή και από στρώμα διαχείρισης. Το κανάλι ινών (fiber channel - FC) είναι το σημαντικότερο στοιχείο. Ένα δίκτυο περιοχής αποθήκευσης διασυνδέει servers με servers, servers με συσκευές αποθήκευσης και συσκευές αποθήκευσης με συσκευές αποθήκευσης.

29 Στρώματα πρωτοκόλλων FC Τρία πρωτόκολλα χαμηλού επιπέδου: FC-0: Η φυσική διεπαφή. Χρησιμοποιεί διόδους laser ως οπτικές πηγές και διαχειρίζεται συνδέσεις ινών σημείο προς σημείο. FC-1: Το πρωτόκολλο μετάδοσης που είναι υπεύθυνο για την κωδικοποίηση / αποκωδικοποίηση. Ελέγχει τη συριακή μετάδοση κι ενσωματώνει δεδομένα με πληροφορίες ρολογιού.

30 Στρώματα πρωτοκόλλων FC Τρία πρωτόκολλα χαμηλού επιπέδου (Συνέχεια): FC-2: Το πρωτόκολλο σηματοδοσίας που είναι υπεύθυνο για την πλαισίωση και τον έλεγχο ροής. Χειρίζεται τις τοπολογίες, τα μοντέλα επικοινωνίας, τις κλάσεις υπηρεσίας, αναγνωριστικά ακολουθίας κι ανταλλαγών, τον τεμαχισμό και την επανασυναρμολόγηση. Δύο πρωτόκολλα υψηλού επιπέδου: FC-4: FC-3: Ένα στρώμα κοινών υπηρεσιών. Ένα στρώμα αντιστοίχησης πρωτοκόλλων.

31 Κλάσεις υπηρεσίας FC Κλάση 1. Κλάση 2. Κλάση 3. Κλάση 4. Χρησιμοποιείται σπάνιο. Υπηρεσία προσανατολισμένη στη σύνδεση. Χρήση βεβαιώσεων για εξακρίβωση της λήψης των πλαισίων. Επιτρέπει την πολυπλεξία πολλαπλών μηνυμάτων. Δεν παρέχει εγγυήσεις σε ό,τι αφορά τη σειρά των ληφθέντων πλαισίων. Σύνδεση δεδομενογραμματων χωρίς βεβαιώσεις. Υπηρεσία προσανατολισμένη στη σύνδεση για χρήση με εφαρμογές πολυμέσων. Εικονικά κυκλώματα (virtual circuits - VCs) ανάμεσα σε θύρες επικοινωνίας. Πολυπλεξία πλαισίων διαφορετικών εικονικών κυκλωμάτων. Εγγυήσεις ποιότητας υπηρεσίας (guaranteed QoS).

32 Κλάσεις υπηρεσίας FC Κλάση 5. Κλάση 6. Κλάση 7. Ισόχρονη υπηρεσία για εφαρμογές που απαιτούν άμεση μεταφορά χωρίς buffering. Υποστηρίζει τις απαραίτητες διασυνδέσεις για αξιόπιστη πολυεκπομπή (multicast). Παρόμοια με την κλάση 2. Χρησιμοποιείται για έλεγχο και διαχείριση του μέσου. Υπηρεσία χωρίς σύνδεση με ειδοποιήσεις αποτυχημένης μετάδοσης.

33 Πλαίσιο FC Ένα πλαίσιο FC: Word 0 Word 1 Word 2 Word bytes 3 bytes 3 bytes 18 bytes ( bytes) CRC EOF (End SOF Destination Source Control Payload Of Frame) (Start Of Frame) port address port address information

34 Δίκτυα FC Μία συσκευή FC διαθέτει ένα μοναδικό αναγνωριστικό που ονομάζεται WWN (World Wide Name), μία διεύθυνση μεγέθους 64 bit, αντίστοιχη με τη διεύθυνση MAC. Κάθε θύρα διαθέτει τη δική της μοναδική διεύθυνση μεγέθους 24 bit αποτελούμενη από: τον τομέα-domain (bits 23-16), την περιοχή (bits 15-08) και τη φυσική διεύθυνση της θύρας (bits 07-00). Ένα switch αναθέτει δυναμικά και διαχειρίζεται τις διευθύνσεις των θυρών. Όταν μία συσκευή που διαθέτει ένα WWN συνδέεται σε μία θύρα του switch, το switch αναθέτει τη διεύθυνση της θύρας στη συσκευή και διατηρεί το συσχετισμό μεταξύ της διεύθυνσης της θύρας και του WWN της συσκευής χρησιμοποιώντας έναν Name Server. Ο Name Server είναι ένα συστατικό του λογισμικού, που εκτελείται στο switch.

35 Δίκτυα μεταφοράς περιεχομένου Content delivery networks (CDNs). Είναι σχεδιασμένα ώστε να παρέχουν δυνατότητα κλιμάκωσης, με στόχο την αύξηση της αξιοπιστίας και της απόδοσης, καθώς και την παροχή καλύτερης ασφάλειας. Ένα CDN λαμβάνει το περιεχόμενο από τον server προέλευσης (origin server), στη συνέχεια δημιουργεί αντίγραφα του περιεχομένου στους servers άκρου (edge cache servers). Ο χρήστης λαμβάνει το περιεχόμενο από τον πλησιέστερο server άκρου. Ένα CDN μπορεί να μεταφέρει στατικό περιεχόμενο και/ή ζωντανά (live) ή κατά απαίτηση (on demand) πολυμέσα. Στατικό περιεχόμενο. Μέσα που μπορούν να υποστηριχθούν με χρήση παραδοσιακών τεχνολογιών caching διότι οι αλλαγές σε αυτά είναι πολύ σπάνιες. Παραδείνματα: Σελίδες HTML, εικόνες, έγγραφα, βελτιώσεις εφαρμογών λογισμικού, αρχεία ήχου και βίντεο. Ζωντανά πολυμέσα. Απευθείας μετάδοση γεγονότων όπου το περιεχόμενο μεταδίδεται σε πραγματικό χρόνο (real time).

36 Δίκτυα μεταφοράς περιεχομένου Πρωτόκολλα που χρησιμοποιούνται από τα CDNs: Network Element Control Protocol (NECP). Web Cache Coordination Protocol (WCCP). SOCKS. Cache Array Routing Protocol (CARP). Internet Cache Protocol (ICP). Hypertext Caching Protocol (HTCP). Cache Digest.

37 Σχεδιασμός κι απόδοση CDN Σχεδιασμός και πολιτικές αποφάσεων για τα CDNs. Τοποθεσία ενός server άκρου. Επιλογή και η μεταφορά του περιεχομένου. Διαχείριση του περιεχομένου. Πολιτικές δρομολόγησης των αιτημάτων για περιεχόμενο.

38 Σημαντικές μετρικές απόδοσης ενός CDN: Ρυθμός προσπέλασης της μνήμης cache. Ο λόγος του αριθμού των προσωρινά αποθηκευμένων αντικειμένων στην cache έναντι του συνολικού αριθμού αντικειμένων που ζητούνται. Δεσμευμένο εύρος ζώνης για τον server προέλευσης. Καθυστέρηση. Με βάση το χρόνο απόκρισης που γίνεται αντιληπτός από τους τελικούς χρήστες. Βαθμός χρήσης των servers άκρου. Αξιοπιστία. Με βάση τις απώλειες πακέτων.

39 Δίκτυα επικάλυψης Ένα δίκτυο επικάλυψης, ή αλλιώς εικονικό δίκτυο, είναι ένα δίκτυο που δομείται πάνω από ένα φυσικό δίκτυο. Οι κόμβοι ενός δικτύου επικάλυψης διασυνδέονται μεταξύ τους μέσω εικονικών ζεύξεων που μπορούν να χρησιμοποιούν πολλαπλές φυσικές ζεύξεις. Τα δίκτυα επικάλυψης χρησιμοποιούνται σε πολλά κατανεμημένα συστήματα, όπως συστήματα ομότιμων κόμβων (peer to peer systems), συστήματα μεταφοράς περιεχομένου (content-delivery systems), καθώς και συστήματα client server.

40 Αναφορές Το παρών υλικό βασίστηκε πάνω στην δράση «Ανοικτά Ψηφιακά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας»