Ιόνιο Πανεπιστήµιο Τµήµα Πληροφορικής Τι είναι το ιαδίκτυο (Internet);

Transcript

1 Ιόνιο Πανεπιστήµιο Τµήµα Πληροφορικής Τι είναι το ιαδίκτυο (Internet); ίκτυα Η/Υ ίκτυα Μεταγωγής και Πρόσβαση στο ίκτυο Ενότητα Η 1. Πρώτη προσέγγιση («εσωτερικά»): Ποια είναι η οµή τουinternet; Υλικό (hardware), Λογισµικό (Software), Τρόποι Σύνδεσης (Tοπολογίες, µέσα µετάδοσης, δικτυακές συσκευές, ) Τεχνολογίες επικοινωνίας (πρωτόκολλα επικοινωνίας, τεχνικές µεταγωγής, ) 2. εύτερη προσέγγιση («εξωτερικά», απ τη σκοπιά του χρήστη): Ποιες είναι οι υπηρεσίες που παρέχει το Internet; Κατανεµηµένες Εφαρµογές (π.χ. Web, Ε-mail, ) Υπηρεσίες Client-Server Υπηρεσίες P2P ρ. Ε. Μάγκος Α Προσέγγιση: οµή τουinternet Ορισµένα «κοµµάτια» του Internet Το Internet είναι ένα παγκόσµιο δίκτυο που διaσυνδέει εκατοµµύρια υπολογιστικές διατάξεις hosts, end systems, desktop PC, φορητούς υπολογιστές (επονοµαζόµενοι) Servers, PDA, κινητά τηλέφωνα, στις οποίες «εκτελούνται» δικτυακές εφαρµογές, web, , µέσω κατάλληλων επικοινωνιακών ζεύξεων Οπτική Ίνα, Χαλκός, Ραδιοκύµατα, Μικροκύµατα, ακολουθώντας ένα προκαθορισµένο σύνολο πρωτοκόλλων Μοντέλο TCP-IP

2 B Προσέγγιση: Περιγραφή Υπηρεσιών οµή τουinternet Το Internet επιτρέπει σε κατανεµηµένες εφαρµογές (distributed applications), οι οποίες εκτελούνται στους hosts, να ανταλλάσσουν δεδοµένα µεταξύ τους. Πλοήγηση στο Web, , αποµακρυσµένη σύνδεση, audio video streaming, Distributed games Ανταλλαγή Αρχείων P2P, Internet telephony, Ακραίο ίκτυο Εφαρµογές και hosts ίκτυο Κορµού ροµολογητές Προώθηση τµηµάτων πληροφορίας (Μεταγωγή «πακέτων») ίκτυο από ίκτυα Ιεραρχία (Παροχείς Υπηρεσιών Internet) Πρόσβαση στο ίκτυο Πρόσβαση στο ίκτυο (π.χ. dial-up, DSL, ISDN, Πρόσβαση LAN,..) Το «ακραίο» ίκτυο (Network Edge): Εφαρµογές και Hosts Το «ακραίο» ίκτυο (Network Edge): Εφαρµογές και Hosts Οι υπολογιστικές διατάξεις στα «άκρα» του Internet ονοµάζονται και hosts επειδή «φιλοξενούν» (hosting), δηλ. εκτελούν δικτυακές εφαρµογές (π.χ. πρόγραµµα web server) Συνήθως διακρίνονται σε πελάτες (clients) και εξυπηρετητές (servers). Τυπικά, οι πελάτες είναι desktop PC, PDA κ.λ.π, ενώ οι εξυπηρετητές είναι «ισχυροί» υπολογιστές που παρέχουν υπηρεσίες όπως web hosting, κ.λ.π Αλλάκαιτοδικτυακόλογισµικό συχνά διακρίνεται σε προγράµµαταπελάτες (client program) και προγράµµατα-διακοµιστές (server programs) Αντιδιαστολή µε Peer to Peer (P2P)

3 To ίκτυο Κορµού (Network Core) To ίκτυο Κορµού (Network Core) Το ίκτυο Κορµού αποτελείται από δίκτυα πλήρως διασυνδεδεµένων δροµολογητών, (συνδέσεις σηµείο προς σηµείο -point to point). Βασικό ερώτηµα -1: πώς µεταφέρονται τα δεδοµένα εντός του δικτύου; Μεταγωγή Κυκλώµατος Μεταγωγή Πακέτου Βασικό ερώτηµα -2: Σε ποιόν ανήκουν, και ποιος διαχειρίζεται το δίκτυο δροµολογητών που συνιστούν το ίκτυο Κορµού; Το Ιεραρχικό σύστηµα τωνπαρόχων Υπηρεσιών Internet () A Switching Network Μεταγωγή Κυκλώµατος Μεταγωγή Κυκλώµατος: εσµεύονται πόροι «απ άκρη σ άκρη» (end to end), a priori Απαιτείται εγκατάσταση σύνδεσης Αποκλειστικοί (dedicated) πόροι = όχι κοινή χρήση Όλαταπακέτα ακολουθούν το ίδιο δροµολόγιο

4 Μεταγωγή Κυκλώµατος: Πλεονεκτήµατα & Μειονεκτήµατα Μεταγωγή Πακέτου (Α) Πλεονεκτήµατα 1. Εγγυηµένο Εύρος Ζώνης Ιδανικό για υπηρεσίες πραγµατικού χρόνου (π.χ. video / audio streaming) 2. Τα πακέτα φθάνουν µετησωστήσειρά. Μειονεκτήµατα 1. Το εύρος µοιράζεται µεταξύ των χρηστών του δικτύου 2. Χαµένη χωρητικότητα, όταν οι hosts είναι «σιωπηλοί». Κάθε πακέτο µπορεί να ακολουθήσει διαφορετικό δροµολόγιο Αυτοδύναµο πακέτο εν απαιτείται εγκατάσταση σύνδεσης Data Burst Wasted Wasted Time Μεταγωγή Πακέτου (Β) Μεταγωγή Πακέτου - Πλεονεκτήµατα Οι χρήστες χρησιµοποιούν τους ίδιους πόρους του δικτύου. Ανταγωνισµός για τη δέσµευση των πόρων Αν ένας µόνον κόµβος µεταδίδει, µεταδίδει µε όλη τη διαθέσιµη χωρητικότητα Καλύτερη χρήση της χωρητικότητας του µέσου µετάδοσης. Περισσότεροι χρήστες µπορούν να χρησιµοποιήσουν τους ίδιους πόρους. Κάθε πακέτο εξασφαλίζει µετάδοση µε ρυθµό µετάδοσης ίσο µε τονρυθµό που υποστηρίζει το δίκτυο. Καλύτερη αξιοποίηση του υποδικτύου που παρεµβάλλεται. Στη µεταγωγή αυτοδύναµου πακέτου, τα πακέτα µπορούν να ακολουθούν διαφορετικά δροµολόγια (π.χ. λόγω υψηλού φόρτου) Σε περίπτωση εσφαλµένης σύνδεσης-µετάδοσης, αρκεί µόνον να επαναµεταδοθεί το πακέτο που έφθασε εσφαλµένα. Data Burst Other Host Other host Time

5 Μεταγωγή Πακέτου- Μειονεκτήµατα Μεταγωγή Πακέτου µε Νοητό Κύκλωµα (Virtual Circuit) Αν τα συνολικά πακέτα που κυκλοφορούν στο δίκτυο είναι περισσότερα από τη συνολική χωρητικότητα του δικτύου - συµφόρηση (congestion), τότε κάποια πακέτα πρέπει να αναµείνουν στην ουρά, προκειµένου να µεταδοθούν. Καθυστέρηση (queuing delays) Μη εγγυηµένη µετάδοση (εάν η ουρά γίνει πλήρης) Ακαταλληλότητα για εφαρµογές πραγµατικού χρόνου (π.χ. τηλεφωνία) Επιπλέον πολυπλοκότητα για τη: δροµολόγηση κάθε πακέτου, βάσει της διεύθυνσης IP του πακέτου συναρµολόγηση των πακέτων όταν φθάνουνστονπαραλήπτη. Τα δεδοµένα χωρίζονται σε πακέτα, πριν την αποστολή. Εγκαθίστανται κυκλώµατα όσο διαρκεί η µετάδοση. Τα κυκλώµατα αυτά δεν είναι αποκλειστικά εν τίθεται θέµα επανασυναρµολόγησης των πακέτων από τον παραλήπτη, αφού όλα φθάνουν στη σωστή σειρά. ίκτυα Κορµού και s Internet: ιαδίκτυο ίκτυο Από ίκτυα ΗΙεραρχική οµή τουinternet ιαδίκτυο: ίκτυο από ίκτυα Στο Κέντρο (Κορυφή) της Ιεραρχίας τα λεγόµενα ίκτυακορµού του Internet ( Επιπέδου 1 Tier 1) π.χ. UUnet, DANTE, Sprint, EUROPAnet, Έχουν συνήθως ηπειρωτική εµβέλεια Υψηλοί ρυθµοί µετάδοσης (1+ Gbps συνδέσεις) Αποτελούν για δίκτυα κατωτέρων επιπέδων (επί πληρωµή)

6 ιαδίκτυο: ίκτυο από ίκτυα ιαδίκτυο: ίκτυο από ίκτυα Tier-2: Μικρότερης Εµβέλειας (π.χ εθνική- national) Συνδέονται µε έναν ή περισσότερους Tier-1, καθώς και µε άλλους Tier-2 pays tier-1 for connectivity to rest of Internet tier-2 is customer of tier-1 provider NAP s also peer privately with each other, interconnect at NAP Tier-3 (Τοπικοί Παροχείς) Το πιο «κοντινό» σηµείο πρόσβασης στα τερµατικά συστήµατα Local and tier- 3 s are customers of higher tier s connecting them to rest of Internet Tier 3 NAP Case Study: Το Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας Case Study: Σύνδεση του Παν. Θεσσαλίας µε το Internet

7 Case: Το ίκτυο Κορµού της Fοrthnet Το δίκτυο Ε ΕΤ - ΙΙ Case: Το ίκτυο Κορµού της Otenet To ίκτυο Κορµού UUNet (Η.Π.Α) (tier-1)

8 Σύνδεση UUNET µε άλλα ίκτυα Κορµού (tier-1) UUNET Europe Πρόσβαση στο ίκτυο Πώς τα τερµατικά συστήµατα (hosts, end systems) συνδέονται στον δροµολογητή του «ακραίου» ικτύου; Αστική Πρόσβαση (Residential Access) Πρόσβαση από το σπίτι Εταιρική Πρόσβαση (Corporate Access) Πρόσβαση από το LAN της Επιχείρησης/Οργανισµού/Ιδρύµατος Κινητή Πρόσβαση (Mobile Access) Ασύρµατη Πρόσβαση από Φορητό υπολογιστή ή/και µέσω Κινητού Τηλεφώνου Overview of the Internet (Tanenbaum)

9 Αστική Πρόσβαση (Residential Access) Αποµακρυσµένη Τηλεφωνική Σύνδεση (Dial-Up), µέσω του Αναλογικού Τηλεφωνικού ικτύου (PSTN) Έως 56Kbps σύνδεση µε τον δροµολογητή του ISDN: Ψηφιακό ίκτυο Ενοποιηµένων Υπηρεσιών (Intergrated Services Digital Network) Ρυθµοί Μετάδοσης 64 Kbps -128 Kbps (BRI) DSL: Ψηφιακή Γραµµή Συνδροµητή (Digital Subscriber Line) Έως 1 Mbps για τη σύνδεση Σπίτι -> ροµολογητής (upload) Έως 8 Mbps για τη σύνδεση ροµολογητής -> Σπίτι (download) Αστική Πρόσβαση: Dial-Up µέσω PSTN Modem Internet Backbone Central Office Circuit Switch Modem Pool Router POP Αστική Πρόσβαση: Dial-Up µέσω PSTN Figure 6.8: The PSTN: Mostly Digital with Analog Local Loops Today s Telephone Network: Predominantly Digital Local Loop (Analog) Switch (Digital) Local Loop (Digital) Residential Telephone (Analog) Switch (Digital) Trunk Line (Digital) Switch (Digital) PBX (Digital) ftp://ftp.prenhall.com/pub/be/mis/panko4e/4c06r2.ppt

10 Figure 6.10: Sampling for Analog-to-Digital Conversion (ADC) Codec First Bandpass Filters the Voice Signal Cuts of all energy below about 300 Hz Cuts off all energy above about 3,400 Hz Bandpass-filtered signal of 300 Hz to 3.4 khz Signal Bypass Filter Energy Distribution for Human Speech O Hz 300 Hz ~3,400 Hz 20 khz DSL: Ψηφιακή Γραµµή Συνδροµητή (Digital Subscriber Line) Χρήση απλού τηλεφωνικού καλωδίου (χαλκός, CAT3) Έως 1 Mbps για τη σύνδεση Σπίτι -> ροµολογητής Στην πράξη: έως 256 Kbps Έως 8 Mbps για τη σύνδεση ροµολογητής -> Σπίτι Στην πράξη: έως 1,5 Mbps ADSL: Πολυπλεξία FDM (1 MHz εύρος ζώνης των τηλ. Καλωδίων) 0 khz - 4 khz για κανονικές τηλεφωνικές κλήσεις (full duplex) 4 khz - 50 khz for «ανέβασµα (uploading) 50 khz - 1 MHz για «κατέβασµα» (downloading) Typical ADSL equipment configuration (Tanenbaum -Figure 2-29) Ενδεικτικά Τιµολόγια DSL (Μάιος 2004) Μηνιαία Συνδροµή, Απεριόριστη Πρόσβαση

11 1 Εύρος Ζώνης και Απόσταση (Tanenbaum) «Ταχύτητα» Μετάδοσης και Λήψης Κινητή Πρόσβαση (Mobile Access) Aσύρµατη Πρόσβαση (Wireless Access) Ασύρµατη Πρόσβαση στο router µέσω Bluetooth (IEEE ) Wi-Fi (IEEE ) Wi-MAX (IEEE ) ΑσύρµατηΠρόσβασηαπότοΚινητόήΦορητόµέσω GSM/GPRS & WAP (Κινητό) Mέσω GSM/GPRS (Φορητός-notebook) Μέσω των τεχνολογιών 3ης Γενιάς (3G ή UMTS)

12 Εταιρική Πρόσβαση (Corporate Access) Εταιρική Πρόσβαση (Corporate Access) Κάθε τερµατικό σύστηµα (end system) στο LAN (π.χ Ethernet) συνδέεται στον δροµολογητή του LAN και από εκεί στον δροµολογητή του µέσω: Σύνδεσης ISDN ή DSL Πρόσβασης µε Μισθωµένη Γραµµή (Leased Line) Αµερική: Γραµµές T1 (1.544 Mbps) T4 ( Mbps) Ευρώπη: Γραµµές Ε1 (2048 Mbps) E5 ( Mbps) Οπτική Ίνα (1-10 Gbps), ή ορυφορικής Πρόσβασης, Αναλογικά ή Ψηφιακά δεδοµένα σε ψηφιακό σήµα Γραµµή T1: Πολυπλεξία TDM 24 κανάλια των 64Κbps έκαστο Πολυπλεξία στο SONET Οι ρυθµοί µετάδοσης στο SONET και το SDH Japan