:

Transcript

1 Επίπεδο δικτύου Εφαροών Παρουσίασης Συνόδου ιακίνησης ικτύου Ζεύξης Φυσικό Υπηρεσίες επιπέδου δικτύου Οι υπηρεσίες πρέπει να είναι ανεξάρτητες από την τεχνολοία του υποδικτύου. Το στρώα εταφοράς πρέπει να ην έχει να ασχοληθεί ε τον αριθό, τον τύπο ή την τοπολοία των παρόντων υποδικτύων. Οι δικτυακές διευθύνσεις που βλέπει το στρώα εταφοράς πρέπει να χρησιοποιούν οοιόορφο σχέδιο αριθοδότησης, ακόη κι όταν περνάε τα σύνορα από τοπικά σε ευρείας κλίακας δίκτυα.

2 Θέλουε υπηρεσίες διασύνδεσης; Όχι Η αντίληψη και τα επιχειρήατα κατάτων των υπηρεσιών σύνδεσης (οι οπαδοί της νοοτροπίας του ιαδικτύου): Το υποδίκτυο πρέπει απλώς να διακινεί τα bits. To υποδίκτυο είναι ούτως ή άλλως αναξιόπιστο, οπότε οι ακραίοι κόβοι (hosts) θα κάνουν έλεχο σφαλάτων. Οι κόβοι του υποδικτύου δεν χρειάζεται να κάνουν έλεχο ροής, ακολουθίας πακέτων κλπ αφού ούτως ή άλλως θα ξαναίνει στα άκρα. Εποένως τα πακέτα πρέπει να φέρουν ολόκληρη τη διεύθυνση του προορισού. Θέλουε υπηρεσίες διασύνδεσης; Ναι Η αντίληψη υπέρτων υπηρεσιών σύνδεσης (οι οπαδοί της νοοτροπίας του τηλεφωνικού δικτύου): Το υποδίκτυο πρέπει να κάνει ότι πορεί ια να δώσει ια αξιόπιστη υπηρεσία εταφοράς πακέτων στη λοική της σύνδεσης. Το επίπεδο δικτύου θα δηιουρεί κάθε φορά ια σύνδεση ανάεσα στα δύο άκρα, ε συκεκριένη ταυτότητα, που θα χρησιοποιείται στα πακέτα της. Κατά την φάση δηιουρίας της σύνδεσης θα ίνεται διαπραάτευση ια τις τιές των παραέτρων ποιότητας και κόστους. Η επικοινωνία είναι αφίδροη και τα πακέτα παραδίδονται ε τη σειρά αποστολής τους. Προκειένου να αποφεύεται η συφόρηση, ίνεται έλεχος ροής. 4

3 Επιλοές ια το δίκτυο. ν θα χρησιοποιούνται «συνδέσεις» ή όχι.. ν θα είναι αξιόπιστο ή όχι, δηλαδή αν θα επιτραπεί να υπάρχουν χαένα, διπλά ή φθαρένα πακέτα. Οι συνήθεις συνδυασοί των παραπάνω (από τους 4 δυνατούς) είναι οι δυο ακραίοι: ξιόπιστο δίκτυο ε συνδέσεις (π.χ. δίκτυα ΤΜ). Μη αξιόπιστο δίκτυο χωρίς συνδέσεις (π.χ. ιαδίκτυο). 5 Εσωτερική οράνωση του επιπέδου δικτύου Στα δίκτυα ε τη λοική της σύνδεσης χρησιοποιούνται τα νοητά κυκλώατα. λλιώς χρησιοποιούνται ανεξάρτητα πακέτα, που λέονται datagrams (όπως αντίστοιχα λέε telegram, τηλεράφηα). 6

4 Νοητά κυκλώατα Όλα τα πακέτα ακολουθούν την ίδια διαδροή. Κάθε κόβος πρέπει να θυάται πού να προωθήσει κάθε πακέτο ανάλοα ε το νοητό κύκλωα στο οποίο αυτό ανήκει. Τα πακέτα αρκεί να χαρακτηρίζονται από το νοητό κύκλωα, δεν είναι απαραίτητο να φέρουν πλήρη διεύθυνση παραλήπτη. 7 Παράδεια: Μεταφορά αυτοδύναων πακέτων ε τυχαίο σταθερό αλόριθο. 4 C Πίνακας του κόβου Προς Β: Στην ε πιθ. 0.6 Στην ε πιθ. 0.4 Προς C: Στην ε πιθ. 0.8 Στην 4 ε πιθ

5 Μεταφορά ε νοητά κυκλώατα ε σταθερό ντετερινιστικό αλόριθο VC5 VC8 VC 4 VC C VC5 Πίνακας του κόβου Εισερχόενα: Εξερχόενα Ζεύξη VC8 Ζεύξη VC Ζεύξη VC5 Ζεύξη 4 VC 9 ροολόηση ροολόηση είναι η επιλοή διαδροών ια τα πακέτα. Η εταφορά πληροφορίας πορεί να ίνεται ε αυτοδύναα πακέτα (όπου διαφορετικά πακέτα πορούν να δροολοούνται ανεξάρτητα) ή ε νοητά κυκλώατα (όπου όλα τα πακέτα ακολουθούν την ίδια προκαθορισένη διαδροή). 0 5

6 Ο αλόριθος δροολόησης πορεί να είναι Τυχαίος Μη τυχαίος Σταθερός υναικός νθεκτικός η ανθεκτικός ίκαιος Μη δίκαιος Βέλτιστος (ε διάφορα κριτήρια) Υποβέλτιστος Η δυνατότητα συνύπαρξης διαφόρων ιδιοτήτων δεν είναι αυτονόητη. Π.χ. η προσπάθεια να ίνει ένας αλόριθος βέλτιστος ως προς τον όκο εταφοράς δεδοένων ανά ονάδα χρόνου να προσκρούει στο κριτήριο δικαιοσύνης. Παραδείατα αλορίθων δροολόησης: Ο αλόριθος πληύρας. Σε πόσα βήατα φτάνει ένα πακέτο στον προορισό του;. Πώς αντιετωπίζεται ο πολλαπλασιασός των πακέτων; 6

7 Το δένδρο προορισού (sink tree) Το σύνολο των βέλτιστων διαδροών από όλους τους κόβους προς ένα δεδοένο προορισό () αποτελεί ένα δένδρο ε ρίζα τον προορισό. Η ελάχιστη διαδροή 4 7

8 ροολόηση ε το διάνυσα των αποστάσεων λόριθος ellman-ford (I) 4 F E G H A C 4 d(a)mind(a,)d(),d(a,c)d(c) 5 λόριθος ellman-ford (II) A C E 8 4 F G H ποστάσεις από τον κόβο Η A C E F G

9 ροολόηση ε την κατάσταση των ζεύξεων. νακάλυψε τους είτονες και άθε τις διευθύνσεις δικτύου τους.. Μέτρησε την καθυστέρηση ή το κόστος ια τις ζεύξεις προς τους είτονες (π.χ. ε πακέτο ECHO).. Κατασκεύασε ένα πακέτο ε τις παραπάνω πληροφορίες. 4. Στείλε το πακέτο σε όλους τους άλλους δροολοητές. 5. Υπολόισε την ελάχιστη διαδροή προς κάθε άλλο δροολοητή (π.χ. ε χρήση αλ. ijkstra). 7 Ιεραρχική δροολόηση 8 9

10 ροολόηση ια εκποπή (Ι) Η πληροφορία πρέπει να διαδοθεί σε όλους τους κόβους. Μέθοδοι υλοποίησης της εκποπής:. ποστολή χωριστού πακέτου σε κάθε κόβο.. Πληύρα.. ροολόηση ε πακέτα πολλών προορισών: Το πακέτο περιέχει τις διευθύνσεις ενός συνόλου προορισών. Κάθε κόβος εξετάζει ποιες ραές εξόδου χρειάζονται. Για κάθε ια εννάει ένα πακέτο ε τις διευθύνσεις που της αντιστοιχούν. 4. Χρήση του διατρέχοντος δέντρου. 5. Προώθηση αντίστροφης διαδροής (βλ. επόενη σελίδα). 9 ροολόηση ια εκποπή (ΙΙ): Προώθηση αντίστροφης διαδροής Όταν φτάνει ένα πακέτο εκποπής σε ένα κόβο, αυτός εξετάζει αν έφτασε έσα από τη ζεύξη, που θα είχε χρησιοποιήσει ο κόβος ια να στείλει πακέτα στον αρχικό αποστολέα του πακέτου. ν ναι, το πακέτο προωθείται προς όλες τις άλλες ζεύξεις, που βαίνουν από τον κόβο. λλιώς καταστρέφεται. 0 0

11 ροολόηση ια διανοή Τα πακέτα πρέπει να φτάσουν σε οάδες κόβων. Ξεκινώντας από ένα δέντρο ε όλους τους κόβους, δηιούρησε ένα δέντρο όνο ε τους κόβους της επιθυητής οάδας ε αποκοπή των υπόλοιπων κλάδων. ροολόηση ια κινητούς κόβους

12 ντοχή του αλορίθου δροολόησης ρχική κατάσταση: 96kbps 64kbps kbps Γ 56kbps 56kbps 56kbps Κανόνας: Η κίνηση οιράζεται από τον στους Β, Γ ανάλοα ε τις εξόδους τους. Β Για sec: kb Το επόενο sec: sec sec t Σταθερότητα του αλορίθου δροολόησης 48kbps 56kbps 96kbps 48kbps 56kbps Κανόνας Ι: Ουρές ίσες ίση κατανοή Κανόνας ΙΙ: Ουρές άνισες όλο το φορτίο στην πιο ικρή

13 Σύστηα αναονής /Β/n A:Στατιστική περιραφή αφίξεων Β:Στατιστική περιραφή χρόνου εξυπηρέτησης n: ριθός εξυπηρετούντων 5 Το σύστηα αναονής Μ/Μ/ Μαφίξεις Poisson η πιθ. να εφανισθούν Ναφίξεις σε διάστηα t δίνεται από τον τύπο ( λt) e Pr N( t) k k! k λt όπου λ είναι ο ρυθός αφίξεων ( δηλ. ΕΝ(t)λt). Μο χρόνος εξυπηρέτησης Ττου πελάτη είναι εκθετικά κατανεηένος, ήτοι Pr Τ τ e Ε λ τ Τότε η έση καθυστέρηση ανά πελάτη είναι 6

14 4 7 ικαιοσύνη Β 40kbps 50kbps kbps 56kbps -f f 0.66 ) ( Ε, )50 ( 56 50) (40 Ε Ε Ε Ε Ε Ε Ε Ε f f f f f A A λ λ Για πακέτα ήκους 000 bits: 8 Ελάχιστη καθυστέρηση Β 40kbps 50kbps kbps 56kbps -f f min )50 ( 56 50) (40 Ε Ε Ε Ε Ε f E f f

15 5 9 Στατική πιθανοτική δροολόηση (Ι): Καθορισός των πιθανοτήτων ε κριτήριο την ελάχιστη έση καθυστέρηση ανά πακέτο p -p Β Β p -p 0 Στατική πιθανοτική δροολόηση (ΙΙ) Β p -p ) (, ) ( min min ) ( ) ( ) ( ) (, ) (, > Β p d d d d p d d p d d p d p d

16 Το επίπεδο δικτύου στο ARPANET Το 969 άρχισε να χρησιοποιείται ο κατανεηένος αλόριθος ellman-ford ε ανταλλαή της ελάχιστης καθυστέρησης (από κάθε κόβο ε τους είτονες) κάθε 65 ms. To 979 λόω ταλαντώσεων αντικαταστάθηκε ε τον συκεντρωτικό ellman-ford. Οι καθυστερήσεις κοινοποιούνται ε πληύρα κάθε 60 sec. Ο έλεχος συφόρησης ίνεται ε παράθυρο εταξύ άκρων. Τα πακέτα σε εκκρεότητα δεν πορούν να ξεπερνούν τα 7 ανά ζεύος άκρων, ενώ οι συνδέσεις ανά ζεύος κόβων δεν υπερβαίνουν τις 56. Οι αναεταδόσεις πακέτων ίνονται ετά την εκπνοή προθεσίας και αν οι ηχανισοί αποτύχουν η σύνδεση ακυρώνεται και ξαναρχίζει. Το επίπεδο δικτύου στο X.5 Στο επίπεδο ζεύξης χρησιοποιείται Go ack N ε θετικές και αρνητικές επιβεβαιώσεις. Το έεθος παραθύρου είναι 8 ή 8. Το Χ.5 χρησιοποιεί νοητά κυκλώατα ε έχρι 4096 ν.κ. ανά φυσικό κανάλι. Χρησιοποιούνται τρεις ηχανισοί: (α) Μόνιο νοητό κύκλωα, (β) νοητή κλήση, () κλήση ταχείας επιλοής. Το όνιο νοητό κύκλωα είναι διαρκώς εκατεστηένο, όπως ια ισθωένη ραή, αλλά φυσικά τα κανάλια χρησιοποιούνται συχρόνως και από άλλα κυκλώατα. Η νοητή κλήση είναι συνηθισένο νοητό κύκλωα που εκαθίσταται όταν ο αρχικός κόβος στείλει κατάλληλο πακέτο αίτησης, ενώ οι κόβοι απαντούν ότι η κλήση ίνεται δεκτή. Η κλήση ταχείας επιλοής αρχίζει ε πακέτο αίτησης από πλευράς καλούντος, ενώ ο καλούενος αποδέχεται κάθε φορά τη συνέχεια ή τερατίζει την κλήση. 6

17 Το επίπεδο δικτύου στο Internet To Internet αποτελείται από 700 περίπου δίκτυα. Το Internet Protocol (IP)αποτελεί τη βάση της επικοινωνίας τους. 0 Το IP είναι πρωτόκολλο αυτοδύναων πακέτων. Version IHL Service type Total length Identification Flags Fragment offset Η δοή της επικεφαλίδας του πακέτου είναι η εξής: Time to live Protocol Header checksum Source Address estination address Options Ονόατα και διευθύνσεις (κατά ΙΡ v4) Για να δροολοηθεί ένα πακέτο είναι απαραίτητο να υπάρχει η διεύθυνση του παραλήπτη. Οι κόβοι ενός δικτύου χαρακτηρίζονται από τις ήκους bits διευθύνσεις δικτύου, που συνήθως ράφονται σε τέσσερα τήατα ε τελείες ανάεσά τους, και καθένα είναι σε δεκαδική ορφή, π.χ Οι διευθύνσεις παραχωρούνται από συκεκριένο ορανισό ε την αροδιότητα αυτή, το Network Information Center (NIC). Η φυσική διεύθυνση ιας διεπαφής είναι αετάβλητη (π.χ. ιας κάρτας Ethernet αποτελείται από 48 bits, του δακτυλίου ProNet είναι όνο 8 bits). Για ευκολία δίνουε νηονικά ονόατα, π.χ. central.ntua.gr. Τα νηονικά ονόατα και οι αντιστοιχίες τους ε τις διευθύνσεις δικτύου τηρούνται από ένα εξυπηρετητή ονοάτων (name server). 4 7

18 Επικεφαλίδα πακέτου IP 0 Version IHL Service type Total length Identification Flags Fragment offset Time to live Protocol Header checksum Source Address estination address Options Version: έκδοση του πρωτοκόλλου IP IHL: Internet Header Length Service Type: Προσδιορίζει την ποιότητα υπηρεσίας Identification, flags, fragment offset επιτρέπουν την ανασύνθεση πακέτων. Time to live: Πόσα βήατα επιτρέπεται να κάνει το πακέτο. Protocol: Ποιό πρωτόκολλο ανωτέρου επιπέδου κρύβεται στα δεδοένα. Header checksum αφορά στην επαλήθευση της επικεφαλίδας όνο. 5 IPv6 Το IPv4 διαθέτει διευθύνσεις των bits όνο. εν έχει έλεχο στην ποιότητα υπηρεσίας. εν δίνει ασφάλεια. Το IPv6 διαθέτει διευθύνσεις των 8 bits, π.χ.: 8000:0000:0000:0000:0:4567:89A:CEF ή 8000:::4567:89A:CEF Η επικεφαλίδα του διαθέτει τα εξής πεδία: [Version Priority Flow Total Length Next Header Hop Limit Source Address estination Address] Next Header δείχνει το πρωτόκολλο ανωτέρου επιπέδου ή την επόενη επικεφαλίδα επέκτασης, που πορεί να είναι περιέχει πληροφορίες ια τη δροολόηση, ια τη διαπίστωση της ταυτότητας του πακέτου και ια κρυπτοράφηση (6 τύποι). 6 8

19 Έλεχος συφόρησης Οι προσείσεις «ανοιχτού βρόχου» έχουν στόχο να αποφύουν τη συφόρηση ε καλό σχεδιασό και προληπτικά έτρα. Οι προσείσεις «κλειστού βρόχου» (α) παρακολουθούν ήπως εφανισθούν συπτώατα συφόρησης, (β) διαδίδουν την πληροφορία της συφόρησης και () τροποποιούν τις λειτουρίες του δικτύου ια την αντιετώπισή της. 7 Κριτήρια συφόρησης Μήκος ουράς σε καταχωρητές Ποσοστό απορριπτοένων πακέτων λόω υπερπλήρωσης των καταχωρητών Ποσοστό πακέτων που προκαλούν εκπνοή προθεσιών Μέση τιή και διασπορά της καθυστέρησης 8 9

20 Μέτρα αντιετώπισης ύξηση της χωρητικότητας ή είωση της κίνησης. ναδιάταξη της ροής στο δίκτυο. Άρνηση παροχής υπηρεσιών και δηιουρίας νέων ρευάτων. Υποβάθιση των υπαρχόντων ρευάτων. Χρονοπροραατισός της παροχής των υπηρεσιών. 9 ιάπλαση της κίνησης Οι πηές κίνησης παράουν εισερχόενα ρεύατα ε πυκνότητα που καθορίζεται από την εφαροή και το συκεκριένο soft/hard-ware. Η διάπλαση της κίνησης προϋποθέτει αφενός ια συφωνία συπεριφοράς της πηής και αφετέρου ένα σχήα αστυνόευσης της κίνησης. 40 0

21 Παράδεια: Ο κουβάς που στάζει 4 Σε τι διαφέρουν τα δίκτυα:. Στην υπηρεσία σύνδεσης: Με/χωρίς σύνδεση.. Στα πρωτόκολλα: IP, IPX, CLNP, AppleTalk, ECnet.. Στη διευθυνσιοδότηση: Επίπεδη (80) ή ιεραρχική (ΙΡ). 4. Πολλαπλή ετάδοση: Με ή χωρίς. 5. Μέεθος πακέτου. 6. Ποιότητα υπηρεσίας. 7. Έλεχος λαθών. 8. Έλεχος ροής: Ολισθαίνον παράθυρο, έλεχος ροής κλπ. 9. σφάλεια: Κανόνες υστικότητας, κρυπτοραφία. 0. Χρέωση: να bit, ανά πακέτο, ανά sec,επίπεδη, ε έιστο ρυθό. 4

22 ιαδικτύωση: Το ιαδίκτυο προκύπτει από τη συνένωση πολλών και διαφόρων δικτύων. Η ορολοία των σηείων ένωσης έχει ως εξής: Οι επαναλήπτες (repeaters)ενισχύουν τα ασθενή σήατα, επαναλαβάνουν τα bits. Οι έφυρες (bridges)λειτουρούν στο επίπεδο ζεύξης, πορούν να τροποποιούν τα πλαίσια στο επίπεδο αυτό. Οι δροολοητές (routers)λειτουρούν στο επίπεδο δικτύου, παίρνουν αποφάσεις δροολόησης και πορούν να εταβάλλουν την αντίστοιχη επικεφαλίδα του πακέτου. Οι πύλες διακίνησης (transport gateways)συνδέουν δύο δίκτυα σε επίπεδο διακίνησης. Οι πύλες εφαροής (application gateways)συνδέουν τα δύο έρη σε επίπεδο εφαροής. 4 Firewalls ροολοητής /φίλτρο πακέτων Πύλη εφαροών Εσωτερικό τοπικό δίκτυο Εξωτερικό τοπικό δίκτυο 44