Υπολογιστές και ίκτυα Η/Υ.

Transcript

1 Υπολογιστές και ίκτυα Η/Υ

2 Βιβλίο για ίκτυα Η/Υ Computer Networking, A Top-Down Approach Featuring the Internet, 2nd edition J. Kurose, K. Ross ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 2

3 Κεφάλαιο 1 ίκτυα και το ιαδίκτυο Περιεχόµενα και Σκοπός Τι είναι το ιαδίκτυο Hosts or End-Systems Communication Links Bandwidth (Ρυθµός εκποµπής µίας σύνδεσης) Routers Packet Packet Switching ISP TCP/IP Intranet Internet Standards (IETF, RFCs) ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 3

4 Τι είναι το ιαδίκτυο ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 4

5 Μορφή Υπηρεσιών ιαδικτύου Επιτρέπονται Κατανεµηµένες Εφαρµογές Π.χ., peer-to-peer, remote login, κλπ ύο Τύποι Υπηρεσιών: Connection-Oriented Connectionless (και αναξιόπιστες) Καµία Εγγύηση ως προς το πόσο χρόνο θα χρειαστεί το ιαδίκτυο για την Παράδοση εδοµένων ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 5

6 Τι είναι Πρωτόκολλο Ένα πρωτόκολλο καθορίζει την µορφή και την σειρά των µηνυµάτων που ανταλλάσσονται µεταξύ δύο ή περισσοτέρων επικοινωνούντων οντοτήτων, καθώς και οι ενέργειες που εκτελούνται ως προς την εκποµπή και/ή λήψη ενός µηνύµατος ή άλλου γεγονότος. ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 6

7 Πρωτόκολλα: Άνθρωποι και Η/Υ ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 7

8 Καλοί Σύνδεσµοι (web site για το βιβλίο) ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 8

9 Στο Άκρο του ικτύου ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 9

10 Στο Άκρο του ικτύου -2 Τερµατικά Συστήµατα / Συσκευές Οι Η/Υ που συνδέονται στο ίκτυο Hosts Πελάτες (Clients) Εξυπηρέτες (Servers) Εξ ορισµού οι εφαρµογές για το ιαδίκτυο είναι κατανεµηµένες εφαρµογές ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 10

11 Κατηγορίες Υπηρεσιών Connection-Oriented (π.χ., TCP) Τα δύο τερµατικά συστήµατα γνωρίζουν την ύπαρξη σύνδεσης τα ενδιάµεσα όχι Απαιτείται αρχικά φάση δηµιουργίας της σύνδεσης και τερµατισµού της στο τέλος (handshaking control protocols) Αξιόπιστη µεταφορά δεδοµένων Έλεγχος Ροής (Flow Control) Έλεγχος Συµφόρησης (Congestion Control) Connectionless (π.χ., UDP) ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 11

12 ΟΠυρήνας του ικτύου ύο Προσεγγίσεις: Μεταγωγή Κυκλώµατος (Circuit Switching) έσµευση κυκλωµάτων Εγγυηµένος σταθερός ρυθµός µετάδοσης Μεταγωγή Πακέτων (Packet Switching) ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 12

13 ΟΠυρήνας του ικτύου -2 ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 13

14 Circuit Switching - Παράδειγµα ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 14

15 Circuit Switching - Multiplexing ύο συνήθεις τρόποι για να επιτευχθεί: Frequency Division Multiplexing (FDM) Bandwidth Εύρος Συχνοτήτων µίας σύνδεσης Εκφράζεται σε Hz (π.χ., τηλέφωνο 4 khz) Time Division Multiplexing (TDM) Ο χρόνος χωρίζεται σε πλαίσια (frames) µε k χρονικές θυρίδες (time slots) ανά πλαίσιο ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 15

16 Circuit Switching - Παράδειγµα ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 16

17 Packet Switching Τα δεδοµένα µεταφέρονται σε µονάδες συγκεκριµένου µεγέθους, ονόµατι πακέτα Στα ενδιάµεσα σηµεία της ακολουθούµενης διαδροµής υπάρχουν οι µεταγωγείς πακέτων (packet switches) ή δροµολογητές (routers) Συνήθως χρησιµοποιούν τεχνική store-and-forward Εάν L το µήκος του πακέτου σε bit και R bps στην σύνδεση, τότε η καθυστέρηση στον µεταγωγέα είναι L/R seconds Queuing Delays οδηγούν µερικές φορές σε Packet Loss Πακέτα δεν ακολουθούν πάντα ίδια διαδροµή και καταφθάνουν µε τυχαία σειρά (statistical multiplexing) Mε Q switches, µέση καθυστέρηση QL/R seconds ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 17

18 Packet Switching - 2 ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 18

19 Packet.vs. Circuit Switching Πλεονεκτήµατα Packet Switching: Καλύτερος διαµοιρασµός του bandwidth Απλούστερο στην υλοποίηση (δεν χρειάζεται δηµιουργία εικονικής σύνδεσης) Αποδοτικότερο (δες παράδειγµα σελ. 20/21) Μειονέκτηµα Packet Switching: εν είναι κατάλληλο για υπηρεσίες πραγµατικού χρόνου (π.χ. φωνή) ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 19

20 Message Segmentation ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 20

21 Message Segmentation - 2 ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 21

22 Message Segmentation - 3 ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 22

23 Packet Forwarding ύο µεγάλες κατηγορίες packet-switched δίκτυα: Datagram Networks Προώθηση πακέτων σύµφωνα µε την διεύθυνση προορισµού Virtual Circuit Networks Προώθηση σύµφωνα µε αριθµούς εικονικών κυκλωµάτων (π.χ. ATM, X.25) ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 23

24 Virtual Circuit Networks Ένα Virtual Circuit αποτελείται από: Ένα µονοπάτι µεταξύ αποστολέα και παραλήπτη (µε µεταγωγείς ενδιάµεσα) Αριθµούς εικονικών κυκλωµάτων, έναν για κάθε ζεύξη στο µονοπάτι Καταχωρήσεις σε πίνακες µετάφρασης εικονικών κυκλωµάτων σε κάθε µεταγωγέα στο µονοπάτι ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 24

25 Virtual Circuit Networks - 2 ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 25

26 Virtual Circuit Networks - 3 ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 26

27 Datagram Networks Στα Virtual Circuit Networks πρέπει να διατηρείται η κατάσταση στους ενδιάµεσους µεταγωγείς (πίνακες µετάφρασης) Στα Datagram Networks δεν υπάρχει ανάγκη για κάτι τέτοιο, αλλά πρέπει κάθε ενδιάµεσος µεταγωγέας να αποφασίζει εκ νέου για κάθε εισερχόµενο πακέτο ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 27

28 Ταξινόµηση ικτύων ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 28

29 ίκτυα Προσπέλασης ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 29

30 ίκτυα Προσπέλασης 2 Οικιακοί Χρήστες Dial-up Αναλογικές Τηλεφωνικές Γραµµές (modems 56 kbps) Ψηφιακές Τηλεφωνικές Γραµµές (ISDN) Broadband (η σύνδεση είναι συνεχής) Hybrid Fiber Coaxial cable (HFC) Digital Subscriber Line (DSL) Τρεις µπάντες συχνοτήτων (50 khz 1 MHz, 4 khz 50 khz, 0 4 khz) Συνηθισµένες τηλεφωνικές γραµµές ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 30

31 ίκτυα Προσπέλασης 3 Εταιρικά ίκτυα LANs συνήθως Ethernet Mobile Access Ασύρµατα Τοπικά ίκτυα (π.χ. ΙΕΕΕ b) Ασύρµατα ίκτυα Ευρείας Περιοχής ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 31

32 ίκτυα Προσπέλασης 4 ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 32

33 Φυσικά Μέσα Guided Media Twisted-pair copper (UTP, STP) Coaxial copper (baseband, broadband) Fiber-optics Unguided Media εν υπάρχει κάποιος οδηγός σήµατος (π.χ. καλώδιο) Επίγεια Κανάλια Ραδιοσυχνοτήτων (LAN ή WAN) ορυφορικά Κανάλια Ραδιοσυχνοτήτων ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 33

34 ISPs και Internet Backbones ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 34

35 Packet-Switched Networks: Καθυστέρηση και Απώλειες Nodal Delay (καθυστέρηση σε κάθε κόµβο) Processing Delay Queuing Delay (πολύπλοκη στον υπολογισµό) Transmission Delay Propagation Delay d nodal = d proc + d queue + d trans + d prop ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 35

36 Packet-Switched Networks: Καθυστέρηση και Απώλειες -2 ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 36

37 Packet-Switched Networks: Καθυστέρηση και Απώλειες -3 Traffic Intensity Lα/R L = packet Length, R = transmission Rate, α = average rate of packet arrival at the queue Πρέπει να µην ξεπερνάει την µονάδα για να προλαβαίνουν τα πακέτα στην ουρά να φεύγουν µε ρυθµό µεγαλύτερο από αυτόν που έρχονται ιαφορετικά απόρριψη απώλεια πακέτων ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 37

38 Packet-Switched Networks: Καθυστέρηση και Απώλειες -4 ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 38

39 Καθυστέρηση και ιαδροµές στο ιαδίκτυο Traceroute Χαρακτηριστικό εργαλείο για υπολογισµό καθυστερήσεων Αποστέλλονται 3*Ν πακέτα ICMP στους µεσολαβούντες N κόµβους Φυσιολογικά εµφανίζεται 3-άδα από χρόνους για τις 3 φορές που επαναλαµβάνεται η όλη διαδικασία οκιµάστε και το ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 39

40 Protocol Layers Λόγω πολυπλοκότητας η προσέγγιση για την αρχιτεκτονική ενός δικτύου είναι ο χωρισµός σε επίπεδα (layers) ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 40

41 Protocol Layers - 2 ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 41

42 Protocol Layers - 3 PDU (Packet Data Unit) Μονάδα µηνύµατος που ανταλλάσσεται µεταξύ δύο µερών στο ίδιο επίπεδο Αποστέλλεται µέσω σχετικής υπηρεσίας που προσφέρεται από το χαµηλότερο επίπεδο Πάντοτε υπάρχει µία κεφαλίδα (header) Κάθε επίπεδο χρησιµοποιεί και ένα πρωτόκολλο επικοινωνίας Σχηµατίζεται µία στοίβα πρωτοκόλλων (protocol stack) ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 42

43 Protocol Layers - 4 ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 43

44 Layer Functions Error Control Flow Control Segmentation and reassembly Multiplexing Πολλές σύνοδοι υψηλοτέρων επιπέδων διαµοιράζονται µία σύνδεση χαµηλοτέρου επιπέδου Connection setup Περιλαµβάνει handshaking µε τον όµορο (peer) στην επικοινωνία ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 44

45 Στοίβα Πρωτοκόλλων ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 45

46 Οντότητες ικτύων και Επίπεδα ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 46

47 Ιστορία ικτύων και το ιαδίκτυο Ανάπτυξη Packet Switching ( ) ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 47

48 Ιστορία ικτύων και το ιαδίκτυο 2 Κλειστά ίκτυα και ιαδικτύωση ( ) ALOHAnet TELENET TYMNET IMB SNA ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 48

49 Ιστορία ικτύων και το ιαδίκτυο 3 Εξάπλωση των ικτύων ( ) Έκρηξη του ιαδικτύου (δεκαετία 1990) Killer Applications , including attachments and Web-accessible The Web, including Web browsing and Internet commerce Instant messaging, µε contact lists (ICQ) Peer-to-peer file sharing of MP3s (Napster) Πρόσφατες Εξελίξεις P2P για όλα τα είδη αρχείων ρ. Παναγιώτης Ε. Φουληράς 2003/2004 σ. 49