Γαβαλάς αµιανός

ίκτυα Υπολογιστών (Γ έτος, ΣΤ εξ) ιάλεξη #6: Επίπεδο Μεταφοράς (Transport layer). Πρωτόκολλα TCP κσι UDP. Εισαγωγή στο εργαλείο προσοµοίωσης δικτύων OPNET Γαβαλάς αµιανός dgavalas@aegean.gr Εαρινό εξάµηνο Περίληψη διάλεξης Είδη καθυστέρησης σε δίκτυα µεταγωγής πακέτων Ο ρόλος του επιπέδου µεταφοράς Τα στοιχεία του πρωτοκόλλου µεταφοράς Τα πρωτόκολλα µεταφοράς του ιαδικτύου UDP (User Datagram Protocol) RPC (Remote Procedure Call) RTP (Real-time Transport Protocol) TCP (Transport Control Protocol) Άλλες µορφές του TCP Θέµατα απόδοσης Εισαγωγή στο εργαλείο προσοµοίωσης δικτύων OPNET 1

Το µοντέλο αναφοράς OSI (Open Systems Interconnection) Τα πακέτα στο επίπεδο µεταφοράς ονοµάζονται segments Τα πακέτα στο επίπεδο δικτύου ονοµάζονται datagrams Τα πακέτα στο data link layer ονοµάζονται πλαίσια (frames) 2

Υπηρεσίες IP: Best-Effort Data Network Layer Network Network Layer Ηυπηρεσία που τελικά προσφέρει το επίπεδο δικτύου έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά Πακέτα µπορεί να χαθούν Πακέτα τελικά παραδίνονται εκτός σειράς (out-of-order) Μπορεί να παρουσιαστούν πακέτα περισσότερες από µια φορές (duplicates) Τα πακέτα έχουν περιορισµένο µέγεθος Τα πακέτα παραδίδονται µετά από αυθαίρετη καθυστέρηση. Υπηρεσίες του Επιπέδου Μεταφοράς Προσφέρει σχεδόν ότι και το επίπεδο Ζεύξης εδοµένων! Εγγυάται την παράδοση των µηνυµάτων Παραδίδει τα µηνύµατα µε τη σωστή σειρά Παραδίδει µόνο ένα αντίγραφο Υποστηρίζει αυθαίρετο µέγεθος µηνυµάτων Υποστηρίζει το συγχρονισµό µεταξύ των επικοινωνούντων Επιτρέπει το έλεγχο της ροής προς το παραλήπτη Υποστηρίζει την πολυπλεξία πολλαπλών χρηστών Γιατί τότε χρειάζεται το επίπεδο µεταφοράς; 3

Γιατί Χρειάζεται το Επίπεδο Μεταφοράς; Network If all real networks were flawless and all had the same service primitives and were guaranteed never, ever to change, the transport layer might not be needed A. Tanenbaum Επίπεδο ζεύξης δεδοµένων: εν υπάρχει ανάγκη για την χρήση διεύθυνσης Η σύνδεση είναι γενικά «εύκολη» εν υπάρχει περίπτωση παράδοσης δεδοµένων εκτός σειράς Περιορισµένος αριθµός συνδέσεων Έλεγχος Ροής και Έλεγχος Συµφόρησης Έλεγχος Ροής (Flow Control) Ελέγχει τη ροή του αποστολέα έτσι ώστε να µη στέλνει περισσότερα δεδοµένα από όσα µπορεί να παραλάβει ο παραλήπτης Έλεγχος Συµφόρησης (Congestion Control) Ελέγχει τη ροή του αποστολέα έτσι ώστε να µη στέλνει περισσότερα δεδοµένα από όσα µπορεί να µεταφέρει το δίκτυο 4

Στοιχεία του Πρωτοκόλλου Μεταφοράς Ησχέση των επιπέδων ικτύου, Μεταφοράς και Εφαρµογής. TPDU: Transport Protocol Data Unit ιευθύνσεις και Πολυπλεξία Μια διεργασία (process) «δηµιουργείται» στον υπολογιστή 2 και προσκολλάτε στη διεύθυνση (port) 1522. Μια διεργασία στον υπολογιστή 1 από το TSAP 1208 ζητά να συνδεθεί µε την 1522 του εξυπηρετητή 2. Αφού συνδεθούν (connect), αρχίζουν να ανταλλάζουν µηνύµατα Αφού τελειώσουν «ελευθερώνουν» (release) την σύνδεση. TSAP: Transport Service Access Point (port) NSAP: Network Service Access Point 5

ιευθύνσεις και Πολυπλεξία Πως ένα πρόγραµµα ξέρει σε ποια διεύθυνση να συνδεθεί; Σταθερές διευθύνσεις (TSAP), π.χ., http: port 80 ftp: port 21 telnet: port 23 smtp: port 25 υναµικές ιευθύνσεις (Initial Connection Protocol) Name or directory server Sockets ( πρίζες ) και ports (θύρες) Σε κάθε διεργασία (process) που τρέχει σε ένα Η/Υ αποδίδεται port number Κάθε port number µιας διεργασίας σε συνδυασµό µε την IP διεύθυνση του Η/Υ συνιστούν το socket της διεργασίας Η χρήση των port numbers απλοποιεί τις TCP/IP επικοινωνίες και εξασφαλίζει ότι τα δεδοµένα στέλνονται στη σωστή εφαρµογή (application) 6

Εγκαθίδρυση εικονικού κυκλώµατος (virtual circuit) για την υπηρεσία Telnet TCP ports (θύρες) Οι αριθµοί θυρών έχουν εύρος από 0 ως 65.539 (2 16 ) και διαιρούνται από την IANA σε 3 τύπους: Γνωστά Ports, Καταγεγραµµένα (Registered) Ports, υναµικά και/ή Ιδιωτικά Ports Τα Γνωστά Ports έχουν εύρος από 0 ως 1023 και αποδίδονται σε διεργασίες στις οποίες έχουν πρόσβαση µόνο το λειτουργικό σύστηµα ή ο διαχειριστής Τα Καταγεγραµµένα Ports έχουν εύρος από 1024 ως 49151. Σε αυτές έχουν πρόσβαση όλοι οι χρήστες του δικτύου και διεργασίες χωρίς ειδικά δικαιώµατα διαχειριστή Τα υναµικά και/ή Ιδιωτικά Ports έχουν εύρος από 49152 ως 65535 και είναι ανοικτά χωρίς περιορισµούς 7

Συνήθη TCP ports ηµιουργία Συνδέσεων (Connection Establishment) Υπηρεσίες µε ή χωρίς σύνδεση Για να επιτευχθεί µια σύνδεση µεταξύ δύο hosts, Ο host 1 στέλνει το µήνυµα ότι θέλει να δηµιουργήσει µια σύνδεση (connection request (CR ή SYN)) Ο host 2 απαντά µε την επαλήθευση (acknowledgement (ACK)) O host 1 αρχίζει να στέλνει τα πρώτα δεδοµένα (DATA). Πρόβληµα: Τι θα συµβεί αν κάποια µηνύµατα χαθούν, καθυστερήσουν ή φτάσουν περισσότερες από µία φορές (duplicates) π.χ., Σε µια συνδιαλλαγή µε τράπεζα, ανοίγει µια σύνδεση, µετά γίνεται µεταφορά χρηµάτων και τέλος κλείνει η σύνδεση. Τι θα συµβεί αν η ίδια συνδιαλλαγή ξαναεµφανιστεί (πως µπορεί να ξαναεµφανιστεί); 8

ηµιουργία Συνδέσεων (Connection establishment) Ας υποθέσουµε πως υπάρχει µέγιστος χρόνος T µετά από τον οποίο ένα πακέτο δεν µπορεί να συνεχίσει να υπάρχει. Βάση του σχεδιασµού του δικτύου ή hop counter ή timestamp Για να αποφευχθούν όσο το δυνατό περισσότερα προβλήµατα, χρησιµοποιείται το three way handshake (τριπλή χειραψία) για την δηµιουργία οποιασδήποτε σύνδεσης. Τα χαρακτηριστικά της µεθόδου είναι Ο αρχικός αύξων αριθµός (seq) είναι τυχαίος (low order bits from a clock) Ο παραλήπτης διατηρεί τον δικό του αύξων αριθµό (ack) Κάποιοι αριθµοί είναι απαγορευµένοι για να αποφεύγονται προβλήµατα όταν ένας υπολογιστής αρχικοποιηθεί (reset). Επίτευξη Σύνδεσης 9

Αποφυγή Προβληµάτων Εµφάνιση παλιού αντιγράφου µιας αίτησης σύνδεσης Εµφάνιση παλιού αντιγράφου µιας αίτησης σύνδεσης και αντιγράφου επιβεβαίωσης Συγχρονισµός µετά από Αρχικοποίηση 10

Το Πρόβληµα των ύο Στρατών Υπάρχει πρωτόκολλο που θα κάνει τους µπλε στρατούς να νικήσουν; Ελευθέρωση Σύνδεσης Συντονισµός αποστολέα και παραλήπτη χρειάζεται και στην περίπτωση που θα ελευθερωθεί µια σύνδεση Μπορεί να χαθούν δεδοµένα Χρήση πόρων (µνήµη) για την διατήρηση της κατάστασης κάθε σύνδεσης. 11

Ελευθέρωση Σύνδεσης (Connection Release) Ελευθέρωση Σύνδεσης (Connection Release) 12

Πρωτόκολλα ιαδικτύου UDP (User Datagram Protocol) RPC (Remote Procedure Call) RTP (Real-time Transport Protocol) TCP (Transport Control Protocol) Άλλες µορφές του TCP Application process Application process Byte streams Write bytes Read bytes Byte streams TCP Send buffer TCP Receive buffer Segments Segments Segments Transmit segments Μετάδοση Byte Streams Τα πρωτόκολλα UDP/TCP/ έχουν κάποιες ουρές (µνήµη) στην οποία οι εφαρµογές γράφουν ότι πληροφορία θέλουν να µεταδώσουν στον παραλήπτη. Τα πρωτόκολλα δεν χωρίζουν τα bytes σε µηνύµατα. Πως αποφασίζει το πρωτόκολλο πότε να στείλει τα δεδοµένα στο παραλήπτη; Όταν µαζέψει αρκετά bytes (maximum segment size) Όταν το ζητήσει η εφαρµογή (push operation) Χρονόµετρο 13

User Datagram Protocol (UDP) Προσφέρει ελάχιστες υπηρεσίες Πολυπλεξία Ελάχιστο έλεγχο σφαλµάτων εν υποστηρίζει Έλεγχο ροής ή συµφόρησης Έλεγχο σφαλµάτων Επαναµετάδοση σε περίπτωση σφαλµάτων Παραλαβή δεδοµένων στην σωστή σειρά Είναι απλό και ορισµένες εφαρµογές το χρησιµοποιούν για µετάδοση µη «ευαίσθητων» πληροφοριών, π.χ. φωνή ή video ή για ανταλλαγή «µικρών» µηνυµάτων. Επικεφαλίδα UDP Πολυπλεξία (source and destination ports) UDP Length (συµπεριλαµβανοµένων και των 8bytesτης επικεφαλίδας) Checksum (προαιρετικό): header, pseudoheader, data Pseudoheader: IP διευθύνσεις προέλευσης και προορισµού, αριθµός πρωτοκόλλου και µήκος UDP 14

Remote Procedure Call (RPC) Εκτελεί µια διεργασία (ρουτίνα) σε αποµακρυσµένο υπολογιστή Η βασική ιδέα είναι να υπάρχει µια διαδικασία η οποία τρέχει σε αποµακρυσµένο υπολογιστή αλλά να «φαίνεται» ότι τρέχει τοπικά. Τρέχει πάνω από UDP Real-Time Transport Protocol (RTP) Πρωτόκολλο το οποίο χρησιµοποιείται για εφαρµογές πραγµατικού χρόνου (internet radio, internet telephony, music and video-on-demand, other multimedia). Τρέχει πάνω από το UDP Πολυπλεξία διαφόρων πηγών σε ροή από UDP segments Προσφέρει επιπρόσθετες υπηρεσίες 15

Transport Control Protocol (TCP) Προσφέρει υπηρεσίες αξιόπιστης µεταφοράς ροών από bytes Συνήθως χωρίζει τα δεδοµένα σε segments µε 1460 bytes (για να µην χρειάζεται να τεµαχιστούν από χαµηλότερα επίπεδα, π.χ., Ethernet µέγιστο πλαίσιο = 1500 bytes) Είναι σχεδιασµένο για να προσαρµόζεται δυναµικά στις ιδιότητες του δικτύου Υποστηρίζει πολυπλεξία χρησιµοποιώντας ports (TSAP) Όλες οι συνδέσεις του TCP είναι διπλής κατεύθυνσης (full duplex) Υποστηρίζει επείγοντα δεδοµένα (Urgent data) Το Πρωτόκολλο TCP Κάθε TCP byte έχει τον δικό του 32-bit αύξων αριθµό (sequence number) ιαφορετικός αύξων αριθµός χρησιµοποιείται για τις επαληθεύσεις (ACKs) TCP Segmets αποτελούνται από επικεφαλίδα µε 20-bytes υποχρεωτικά καθώς και προαιρετικά πεδία Χρησιµοποιεί τα πρωτόκολλα ολισθαίνοντος παραθύρου (sliding window: go back n, and selective repeat) Είναι σχεδιασµένο για να αποφεύγει αντίγραφα (duplicates) τα οποία έχουν καθυστερήσει πολύ ή κρυφτεί µέσα στο δίκτυο 16

ΗΕπικεφαλίδα του TCP H επικεφαλίδα του TCP segment Source port (θύρα προέλευσης) Destination port (θύρα προορισµού) Sequence number (αριθµός ακολουθίας) Acknowledgment number (ACK) (αριθµός επιβεβαίωσης): προσδιορίζει το επόµενο byte που αναµένεται και όχι το τελευταίο που παραλήφθηκε σωστά TCP header length: πόσες 32-bit λέξεις περιέχει η επικεφαλίδα του TCP segment. Χρειάζεται γιατί το πεδίο επιλογές (options) έχει µεταβλητό µήκος Reserved: δεσµευµένο για µελλοντική χρήση Flags Sliding-window size: πόσα bytes µπορούν να σταλούν (ξεκινώντας από το byte που επιβεβαιώνεται) 17

H επικεφαλίδα του TCP segment Checksum (έλεγχος αθροίσµατος) - Χρησιµοποιείται για να ελεγχθεί αν το TCP segment έχει αλλοιωθεί κατά τη µετάδοσή του Urgent pointer (δείκτης επειγόντων) προσδιορίζει την απόσταση σε byte από το τρέχον sequence number στην οποία βρίσκονται τα επείγοντα δεδοµένα Options (επιλογές) Επιτρέπει προσθήκη βοηθητικών λειτουργιών, π.χ. για να προσδιορίσει κάθε Η/Υ το µέγιστο µέγεθος TCP φορτίου που µπορεί να δεχθεί (όσο µεγαλύτερο, τόσο πιο αποσβένεται η επικεφαλίδα των 20 bytes) Padding (παραγέµισµα) Επιπλέον µηδενικά ώστε η TCP επικεφαλίδα να έχει µήκος πολλαπλάσιο των 32 bits Data Τα δεδοµένα που παραδίδονται από το επίπεδο µεταφοράς TCP Segment Flags ( σηµαίες ) URG: 1 αν ο urgent pointer είναι σε χρήση ACK: 1 όταν ο Acknowledgment number είναι έγκυρος, διαφορετικά το segment αυτό δεν επιβεβαιώνει κάποιο άλλο PSH: 1 αν τα δεδοµένα του segment πρέπει να παραδοθούν άµεσα στο επίπεδο εφαρµογής µε τη λήψη τους και όχι να αποθηκευθούν σε κάποιο buffer RST: 1 για την επαναφορά κάποιας σύνδεσης που έχει καταρρεύσει SYN: 1 για την εγκαθίδρυση συνδέσεων FIN: 1 για να καθορίσει ότι δεν υπάρχουν άλλα δεδοµένα και ζητάει τον τερµατισµό της σύνδεσης 18

TCP Segment Σύνδεση TCP 19

Three-way handshake: Εγκαθίδρυση σύνδεσης Three-way handshake: Τερµατισµός σύνδεσης 20

Οι Καταστάσεις (states) του TCP CLOSED: δεν υπάρχει ούτε αναµένεται σύνδεση LISTEN: Ο εξυπηρετητής (server) αναµένει σύνδεση SYN RCVD: Αίτηµα για σύνδεση έχει παραληφθεί SYN SENT: Αίτηµα για νέα σύνδεση έχει σταλεί ESTABL: Η σύνδεση έχει επιτευχθεί και ανταλλάσσονται δεδοµένα FIN WAIT 1: Η εφαρµογή έχει στείλει αίτηµα αποσύνδεσης FIN WAIT 2: Η άλλη πλευρά παρέλαβε το αίτηµα αποσύνδεσης TIMED WAIT: Περιµένει µέχρις ότου όλα τα πακέτα να φύγουν από το δίκτυο CLOSING: Και οι δύο µεριές προσπαθούν να κλείσουν τη σύνδεση ταυτόχρονα. CLOSE WAIT: Η άλλη µεριά ενεργοποίησε αποσύνδεση LAST ACK: Περιµένει µέχρις ότου όλα τα πακέτα της σύνδεσης να φύγουν από το δίκτυο Μηχανή Πεπερασµένων Καταστάσεων για Σύνδεση και Αποσύνδεση TCP 21

Μετάδοση εδοµένων Χρησιµοποιώντας Συνδέσεις TCP Έλεγχος ροής µε την τεχνική Sliding Window 22

Έλεγχος ροής µε την τεχνική Sliding Window Προβλήµατα του TCP Μετάδοση ενός Byte κάθε φορά Σύνδροµο Χαζού Παραθύρου (silly window syndrome). Επανάληψη του αύξοντος αριθµού (sequence number overflow) Απόδοση (keep the pipe full) 23

Μετάδοση Ενός Byte Κάθε Φορά Πρόβληµα στην απόδοση αφού αποστέλλονται 41- byte πακέτα µε µόνο ένα byte πραγµατικά δεδοµένα! Λύση: Nagle s Algorithm Όταν φτάνουν δεδοµένα 1 byte κάθε φορά, τότε Απλά αποστέλλεται το πρώτο byte ενώ όλα τα υπόλοιπα φυλάγονται στην µνήµη µέχρι να φτάσει η επαλήθευση για το πρώτο byte. Αφού φτάσει η επαλήθευση, όλα τα bytes που έχουν συσσωρευτεί στην µνήµη αποστέλλονται µαζί στο επόµενο πακέτο και όλα τα υπόλοιπα φυλάγονται στη µνήµη µέχρι να επιστρέψεί η επαλήθευση. Η πιο πάνω λύση δεν δουλεύει πάντα Τι συµβαίνει σε εφαρµογές που υπάρχουν δεδοµένα που δεν µπορούν να περιµένουν (π.χ., θέση του ποντικιού (mouse position)). Σύνδροµο Χαζού Παραθύρου (silly window syndrome). Η εφαρµογή στον παραλήπτη διαβάζει τα δεδοµένα από τη µνήµη ένα byte κάθε φορά. Clark s Algorithm: Ο παραλήπτης δεν ενηµερώνει τον αποστολέα για τυχόν ελεύθερη µνήµη εκτός αν ο αριθµός της ελεύθερης µνήµης υπερβαίνει κάποιο όριο. 24

Επανάληψη του αύξοντος αριθµού (Sequence number wrap-around) 32-bit Αύξων Αριθµός Ο απαιτούµενος χρόνος επανάληψης του ίδιου αύξοντος αριθµού για διάφορες ταχύτητες µετάδοσης δίνεται στον πίνακα. Για υψηλές ταχύτητες, ο χρόνος επανάληψης του ίδιου αύξων αριθµού είναι πολύ µικρός! Μικρότερος από την µέγιστη ζωή ενός πακέτου στο ιαδίκτυο. Πρόβληµα: Τα 32-bits είναι πολύ λίγα! Bandwidth T1 (1.5 Mbps) Ethernet (10 Mbps) T3 (45 Mbps) FDDI (100 Mbps) STS-3 (155 Mbps) STS-12 (622 Mbps) STS-24 (1.2 Gbps) Time Until Wrap Around 6.4 hours 57 minutes 13 minutes 6 minutes 4 minutes 55 seconds 28 seconds Απόδοση Μικρό µέγιστο παράθυρο (Keep the Pipe Full) Το µέγιστο παράθυρο µε 16-bit πεδίο είναι 65536. Σε ένα δίκτυο µε RTT περίπου 100ms, οαριθµός των bits που χρειάζεται γιαναγεµίσει το κανάλι σε διάφορες ταχύτητες µετάδοσης δίνεται στον πίνακα. Για υψηλές ταχύτητες, ο αποστολέας πρέπει να περιορίσει τον ρυθµό µετάδοσης µε αποτέλεσµα το κανάλι να υποχρησιµοποιείται Πρόβληµα: Τα 16-bits είναι πολύ λίγα! Bandwidth T1 (1.5 Mbps) Ethernet (10 Mbps) T3 (45 Mbps) FDDI (100 Mbps) STS-3 (155 Mbps) STS-12 (622 Mbps) STS-24 (1.2 Gbps) Delay x Bandwidth 18KB 122KB 549KB 1.2MB 1.8MB 7.4MB 14.8MB 25

Έλεγχος Συµφόρηση στο TCP (Congestion Control) Το πρωτόκολλο έχει δύο αντιφατικούς στόχους Να ελέγξεί (µειώσει) τη συµφόρηση και τα χαµένα πακέτα. Να κάνει όσο το δυνατό καλύτερη χρήση των πόρων του δικτύου και να µεγιστοποιήσει τη «διεκπεραίωτική» ικανότητα (throughput) του δικτύου. Για να πετύχει τους στόχους του Μόλις ανιχνεύσει συµφόρηση τότε µειώνει το ρυθµό µε τον οποίο αποστέλλει πακέτα. Στο TCP απώλεια πακέτου συνεπάγεται συµφόρηση. Εάν δεν υπάρχει συµφόρηση τότε προσπαθεί να στείλει περισσότερα πακέτα για να αυξήσει το throughput. Για να υλοποιήσει τους στόχους του, ελέγχει δυναµικά το παράθυρο συµφόρησης. Το TCP διατηρεί µια µεταβλητή: congestionwindow (διαφορετική από το flowwindow) Το ενεργό παράθυρο είναι πάντα το ελάχιστο των δύο. Φάσεις του Αλγορίθµου Το παράθυρο αυξάνεται σε δύο φάσεις Slow start: Κατ αυτή τη φάση το παράθυρο αυξάνεται εκθετικά µε στόχο να πετύχει καλύτερο throughput Congestion Avoidance: Σε αυτή τη φάση το παράθυρο αυξάνεται γραµµικά µε στόχο να αποφύγει τη συµφόρηση. Οι δύο φάσεις χωρίζονται από ένα threshold. Εάν το παράθυρο είναι µικρότερο από το threshold τότε χρησιµοποιεί το slow start Εάν το παράθυρο είναι µεγαλύτερο από το threshold τότε χρησιµοποιεί το congestion avoidance 26

Slow Start vs. Congestion Avoidance Slow Start: Για κάθε επαλήθευση (ACK) που παραλαµβάνεται, το παράθυρο διπλασιάζεται (εκθετική αύξηση) Α Β Congestion Avoidance: Για κάθε πακέτο που παραλαµβάνεται επιτυχώς, το παράθυρο αυξάνεται κατά ένα (γραµµική αύξηση) Α Β Απώλεια Πακέτου Σε περίπτωση απώλειας πακέτου, τότε το TCP αυτόµατα υποθέτει συµφόρηση και συνεπώς µειώνει το ρυθµό µετάδοσης Απώλεια πακέτου ανιχνεύεται αφού λήξει το ανάλογο χρονόµετρο (timer). Σε περίπτωση συµφόρησης: Threshold := congestionwindow/2 congestionwindow := 1 Η απόδοση του πρωτοκόλλου είναι πολύ ευαίσθητη στον κατάλληλο καθορισµό του χρονοµέτρου (γιατί;) Ο καθορισµός του χρονοµέτρου είναι δύσκολο πρόβληµα (γιατί;) 27

Παράδειγµα του Παραθύρου του TCP Slow start Congestion avoidance Απώλεια πακέτου Καθορισµός του Χρονοµέτρου Τ Τ Τ 28

Εναλλακτικός Τρόπος Ανίχνευσης Απωλειών Λόγω Συµφόρησης Ηαπόδοση του αλγόριθµου «αποσυµφόρησης» του TCP βασίζεται σε µεγάλο βαθµό στην «ακρίβεια» του χρονοµέτρου. Εάν θέσουµε το χρόνο συντηρητικά (µεγάλη καθυστέρηση), τότε η πηγή θα καθυστερεί υπερβολικά πριν αποκαταστήσει την επικοινωνία. Εάν θέσουµε το χρόνο πολύ µικρό, τότε θα έχουµε αχρείαστες επαναµεταδόσεις. Άλλες εκδόσεις του TCP έχουν επιπρόσθετους τρόπους ανίχνευσης απωλειών. Ο παραλήπτης κάθε φορά που λαµβάνει πακέτο έκτος σειράς, στέλνει επαλήθευση (ACK) µε τον αριθµό του πακέτου που αναµένει. Ο αποστολέας, όταν παραλάβει n συνεχόµενες επαληθεύσεις του ίδιου πακέτου, τότε υπολογίζει πως το πακέτο έχει χαθεί και ξεκινά επαναµετάδοση καθώς και το µηχανισµό αποσυµφόρησης (υπάρχει εισήγηση για n=3). Ο αλγόριθµος χρησιµοποιεί επίσης το χρονόµετρο σαν επιπρόσθετη δικλίδα ασφαλείας. Έλεγχος ροής µε Sliding Window: επανεκποµπή χαµένων πακέτων 29

TCP σε Ασύρµατα ίκτυα Πρόβληµα: όταν η πηγή ανιχνεύσει απώλεια υποθέτει ότι προήλθε εξ αιτίας συµφόρησης, όµως σε ασύρµατα δίκτυα οι απώλειες λόγο µετάδοσης είναι συχνό φαινόµενο! 30

OPNET Εργαλείο προσοµοίωσης δικτύων (network simulation tool) Γιατί χρειάζονται τα εργαλεία προσοµοίωσης δικτύων; Προσµοιώνουν τον πραγµατικό κόσµο στην οθόνη του υπολογιστή Για ακαδηµαϊκούς σκοπούς υνατότητα σχεδιασµού δικτύων (network models) µε ρεαλιστικά µέσα µετάδοσης, δικτυακές συσκευές, δικτυακά πρωτόκολλα Βοηθούν στην κατανόηση της λειτουργίας των δικτύων και των επιπτώσεων της αύξησης του αριθµού χρηστών ή της δικτυακής κίνησης (traffic) Επιλογή στατιστικών (από όλο το δίκτυο ή µια συγκεκριµένη συσκευή) που θα συλλεχθούν από την προσοµοίωση «Τρέξιµο» προσοµοίωσης, επισκόπηση και κατανόηση παραγόµενων στατιστικών Για τους διαχειριστές δικτύων Ποιο φθηνή λύση από το να αγοράσεις και να στήσεις ένα δίκτυο που θα αποδειχθεί µη λειτουργικό στην πράξη Ανάλυση απαιτήσεων χρηστών, εφαρµογών και (σε συνδυασµό µε µια ανάλυση κόστους) προσοµοίωση δικτυακών λύσεων και επιλογή εκείνης µε το καλύτερο λόγο «value for money» Αντίστοιχα, προσοµοίωση δικτυακών λύσεων για επέκταση (upgrade) υφιστάµενων λύσεων OPNET Θα χρησιµοποιήσουµε τη (δωρεάν) έκδοση ΙΤ Guru Academic Edition 9.1 Μπορείτε να το κατεβάσετε και από τη διεύθυνση: http://www.aegean.gr/culturaltec/dgavalas/cn/software/opn et_v1995_setup.exe (~46ΜΒ) Άλλα δηµοφιλή εργαλεία προσοµοίωσης NS-2 (Network Simulator-2), http://www.isi.edu/nsnam/ns/ ωρεάν Χρειάζεται προγραµµατισµός στη script γλώσσα Perl ιαθέτει επεκτάσεις (extensions) που καλύπτουν και άλλα είδη δικτύων (wireless networks, sensor networks, mobile ad-hoc networks, ) 31

Μεθοδολογία Προσοµοίωσης Αναλυτική παρουσίαση της µεθοδολογίας που ακολουθείται Συνοπτική παρουσίαση της µεθοδολογίας που ακολουθείται Που (σε ποιο φάκελο) αποθηκεύονται τα µοντέλα Edit Preferences 32

Ρυθµίσεις στον Η/Υ όπου εγκαθιστούµε το OPNET Πρέπει να προσθέσουµε µία µεταβλητή περιβάλλοντος (environmental variable) που θα δηλώνει τον φάκελο όπου το OPNET θα αναζητεί και θα αποθηκεύει αρχεία Control Panel Performance and maintenance System Advanced Ρυθµίσεις στον Η/Υ όπου εγκαθιστούµε το OPNET Θα πρέπει να ορίσετε τη µεταβλητή περιβάλλοντος opnet_user_home και να της δώσετε τιµή το φάκελο όπου θέλετε να αποθηκεύετε αρχεία Στο εργαστήριο Χατζηγιάννη: opnet_user_home=c:\opnet_files\ 33

Μικρής κλίµακας τοπικά δίκτυα Ηπρώτη εργαστηριακή άσκηση στο OPNET επικεντρώνει στην ανάπτυξη ενός δικτύου µικρής κλίµακας µε τη χρήση του Project Editor O Project Editor επιτρέπει τη δηµιουργία, προσοµοίωση και ανάλυση της απόδοσης ενός δικτύου υπολογιστών Στο τέλος της άσκησης θα µπορείτε να: ηµιουργείτε µια δικτυακή τοπολογία Συλλέγετε στατιστικές µετρήσεις για την απόδοση του δικτύου Αναλύετε τις µετρήσεις αυτές 34

ιαδικασία σχεδίασης και µελέτης δικτύων υπολογιστών Περιβάλλον Τοπολογία δικτύου Συλλογή στατιστικών µετρήσεων Εκτέλεση της προσοµοίωσης Επισκόπηση των αποτελεσµάτων Επέκταση του δικτύου ηµιουργία νέου project H σχεδίαση γίνεται στον Project Editor που εµφανίζεται εξ ορισµού µε τη δηµιουργία ενός project H δηµιουργία ενός µοντέλου δικτύου (network model) προϋποθέτει τη δηµιουργία ενός σεναρίου που ενσωµατώνεται σε ένα project To project είναι ένα σύνολο από συσχετιζόµενα σενάρια που επιτρέπουν τη διερεύνηση µιας άλλης πλευράς του δικτύου Σε κάθε ένα από τα σενάρια αυτά εξετάζεται διαφορετική προσέγγιση του δικτύου Τα βασικά χαρακτηριστικά καθορίζονται µέσω του Startup Wizard 35

Νέο project Startup Wizard Ενέργειες που καθορίζονται µέσω του Startup Wizard: Καθορισµός της αρχικής τοπολογίας του δικτύου Καθορισµός της κλίµακας και του µεγέθους του δικτύου Επιλογή χάρτη για το υπόβαθρο (background) του δικτύου Συσχέτιση µιας παλέτας αντικειµένων µε το σενάριο Ο Startup Wizard εµφανίζεται αυτόµατα κατά τη δηµιουργία ενός νέου project ηµιουργήστε ένα νέο project (File New Project) ηµιουργία ενός δικτύου: Τοπολογία Σχεδίαση στον Project Editor οµικά στοιχεία δικτύου: Τοπολογία (network topology): διαδικτυακές συσκευές, συνδέσεις, κόµβοι, διακοµιστές Κίνηση (traffic): πρωτόκολλα, εφαρµογές, τύποι χρηστών Υπάρχουν τρεις µέθοδοι για τη δηµιουργία τοπολογίας δικτύου Εισαγωγή (import) τοπολογίας από εξωτερική πηγή δεδοµένων (external source file) Τοποθέτηση κόµβων από την παλέτα αντικειµένων στο χώρο εργασίας (workspace) ηµιουργία νέας τοπολογίας µε τη χρήση του Rapid configuration wizard (χρήση προκαθορισµένων µοντέλων) 36

Project Editor window Project Editor buttons 37

ηµιουργία ενός δικτύου: Τοπολογία Χρήση του Rapid Configuration wizard ηµιουργεί ένα δίκτυο επιλέγοντας: Την τοπολογία του δικτύου Τους τύπους των κόµβων του δικτύου Κόµβος (node): συµβολίζει ένα πραγµατικό δικτυακό αντικείµενο που µπορεί να µεταδίδει και να λαµβάνει δεδοµένα Συνδέσεις (links): Επικοινωνιακό µέσο που διασυνδέει κόµβους µεταξύ τους. ηµιουργία του δικτύου: Rapid Configuration wizard Επιλέξτε Topology Rapid Configuration Star Προσδιορίστε τα node models και link models του δικτύου. Τα models ακολουθούν το παρακάτω σχήµα ονοµασίας: <protocol1>_..._<protocoln>_<function>_<mod> <protocol> ορίζει το πρωτόκολλο(α) που υποστηρίζονται από το µοντέλο <function>: συντόµευση της γενικής λειτουργίας του µοντέλου <mod>: δείχνει το επίπεδο κληρονοµικότητας (derivation) του µοντέλου 38

ηµιουργία του δικτύου: Rapid Configuration wizard Center Node Model: 3C_SSII_1100_3300_4s_ae52_e48_ge3 Αυτός ο (κεντρικός) κόµβος είναι ένα switch της 3Com, τύπου SuperStack II 1100, µε 4 slots (4s), 52 auto-sensing Ethernet ports (ae52), 48 Ethernet ports (e48) και 3 Gigabit Ethernet ports (ge3). Periphery Node Model: Sm_Int_wkstn, Number: 30 Αυτή η ρύθµιση παρέχει 30 Ethernet σταθµούς εργασίας (workstations) ως περιφερειακούς κόµβους Link Model: 10BaseT (φυσικό µέσο µετάδοσης) Προσδιορίστε επίσης τις συντεταγµένες όπου θα τοποθετηθεί το center (3Com Switch) καθώς και την ακτίνα στην οποία θα τοποθετηθούν οι περιφερειακές συσκευές Πατήστε «ΟΚ» για να σχεδιαστεί το δίκτυο στο χώρο του Project Editor ηµιουργία του δικτύου: Rapid Configuration wizard 39

ηµιουργία του δικτύου: Rapid Configuration wizard ηµιουργία του δικτύου: προσθήκη server Έχοντας δηµιουργήσει τη γενική δικτυακή τοπολογία, πρέπει να προσθέσουµε ένα διακοµιστή (server) Θα χρησιµοποιήσουµε τη 2η µέθοδο δηµιουργίας δικτυακών αντικειµένων: θα «τραβήξουµε» αντικείµενα από την παλέτα αντικειµένων (object palette) στο χώρο εργασίας (workspace) Αν δεν είναι ήδη ανοικτή, ανοίξτε την object palette µε κλικ στο αντίστοιχο πλήκτρο Τραβήξτε το Sm_Int_server αντικείµενο στο workspace. Στη συνέχεια πρέπει να συνδέσουµε το server στο υπόλοιπο δίκτυο µε ένα 10BaseT link Κάνετε κλικ στο 10BaseT link object στην παλέτα Κάνετε ένα κλικ στο server και ένα στο switch (στο κέντρο του star) ώστε να σχεδιασθεί ένα link που θα συνδέει τα δύο αντικείµενα 40

ηµιουργία του δικτύου: ορισµός traffic Τέλος, πρέπει να προστεθούν αντικείµενα (configuration objects) για τον προσδιορισµό της δικτυακής κίνησης που προέρχεται από εφαρµογές (application traffic). Η κίνηση του δικτύου προστίθεται µέσω αντικειµένων διαµόρφωσης της παλέτας αντικειµένων Αντικείµενο καθορισµού εφαρµογών (application definition object): εφαρµογές που «τρέχουν» στο δίκτυο (π.χ. e-mail) και συχνότητα µε την οποία στέλνουν / ζητούν δεδοµένα Αντικείµενο καθορισµού προφίλ χρηστών (profile definition objects): Είδος των εφαρµογών που χρησιµοποιεί (π.χ. light database access) Συχνότητα µε την οποία καλεί τη συγκεκριµένη εφαρµογή ηµιουργία του δικτύου: ορισµός traffic Στα πλαίσια αυτής της άσκησης, εισάγουµε από την παλέτα αντικειµένων (object palette): ένα application definition object µε τις προκαθορισµένες ρυθµίσεις (default configurations) των standard applications ένα profile definition object µε ένα προφίλ που µοντελοποιεί πρόσβαση σε βάση δεδοµένων 41

Profile definition object Ηδηµιουργία του δικτύου έχει πλέον ολοκληρωθεί και είµαστε έτοιµοι για τη συλλογή στατιστικών ηµιουργία του δικτύου: συλλογή στατιστικών Μπορούµε να συλλέξουµε στατιστικά για µεµονωµένα αντικείµενα του δικτύου (object statistics) ή για ολόκληρο το δίκτυο (global statistics) Τα στατιστικά επιλέγονται για κάθε σενάριο ξεχωριστά και αφορούν µόνο το σενάριο για το οποίο έχουν επιλεχθεί Μας ενδιαφέρει να συλλέξουµε στατιστικά που θα απαντούν ερωτήµατα όπως: Θα αντέξει ο server τον επιπλέον φόρτο από ένα δεύτερο δίκτυο; Η συνολική καθυστέρηση (total delay) στο δίκτυο θα είναι αποδεκτή όταν εγκατασταθεί το 2ο δίκτυο; Για να απαντηθούν αυτές οι ερωτήσεις πρέπει να έχουµε εικόνα της παρούσας κατάστασης του δικτύου (πριν επεκταθεί) Χρειαζόµαστε ένα object statistic (Server Load) και ένα global statistic (Ethernet delay) 42

ηµιουργία του δικτύου: συλλογή στατιστικών To Server load είναι ένα βασικό στατιστικό που αντανακλά την απόδοση όλου του δικτύου Right-click στον server node (node_31) Choose Individual Statistics ηµιουργία του δικτύου: συλλογή στατιστικών Συλλογή στατιστικών για τη συνολική καθυστέρηση στο δίκτυο Right-click στον κενό χώρο του workspace Choose Individual Statistics 43

«Τρέξιµο» προσοµοίωσης Επιλέξτε Simulation Configure Discrete Event Simulation ή κάνετε κλικ στο configure / run simulation πλήκτρο Πληκτρολογείστε Duration: 0,5 για να προσοµοιώσετε µισή ώρα δικτυακής λειτουργίας Πατήστε Run για να ξεκινήσει η προσοµοίωση «Τρέξιµο» προσοµοίωσης Όσο εκτελείται η προσοµοίωση, ένα πλαίσιο διαλόγου ενηµερώνει για την πρόοδο της προσοµοίωσης Για πόσο χρόνο εκτελείται η προσοµοίωση Προσοµοιωµένος χρόνος δικτυακής λειτουργίας 44

Επισκόπηση αποτελεσµάτων Right-click στον κενό χώρο του workspace View Results Στην κορύφωσή του (peak) ο φόρτος (load) του server είναι λιγότερο από 6000 bits/second Αφού το δίκτυο σταθεροποιηθεί, η µέγιστη καθυστέρηση είναι περίπου 0.4 msec Αυτές οι τιµές θα συγκριθούν µε την εικόνα του δικτύου µετά την αναβάθµισή του 45