Γαβαλάς αµιανός

ίκτυα Υπολογιστών (Γ έτος, ΣΤ εξ) ιάλεξη #7: Επίπεδο Εφαρµογών (Application layer). Εργαστηριακές ασκήσεις στο εργαλείο προσοµοίωσης δικτύων OPNET Γαβαλάς αµιανός dgavalas@aegean.gr Εαρινό εξάµηνο Περίληψη διάλεξης Γενικές αρχές και κατηγορίες δικτυακών εφαρµογών Ο ρόλος του Επιπέδου Εφαρµογών (Application Layer) Πρωτόκολλα Επιπέδου Εφαρµογών HTTP FTP SMTP DNS Εργαστηριακές ασκήσεις στο εργαλείο προσοµοίωσης δικτύων 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

Το µοντέλο αναφοράς TCP/IP Παραδείγµατα δικτυακών εφαρµογών E-mail Web Instant messaging (π.χ. chat) Remote login P2P file sharing Multi-user network games Audio και video Streaming Internet telephony Real-time video conference 3

ηµιουργία δικτυακών εφαρµογών Ανάπτυξη προγραµµάτων που: τρέχουν σε διαφορετικά συστήµατα επικοινωνούν µέσω ενός δικτύου π.χ., Web: Το λογισµικό του Web επικοινωνεί µε το λογισµικό ενός browser Το επίπεδο εφαρµογών ΕΝ αφορά συσκευές του πυρήνα (core) των δικτύων, π.χ. routers Αυτές οι συσκευές δεν λειτουργούν στο επίπεδο µεταφοράς Ένας τέτοιος σχεδιασµός επιτρέπει τη γρήγορη ανάπτυξη εφαρµογών application transport network data link physical application transport network data link physical application transport network data link physical Αρχιτεκτονικές δικτυακών εφαρµογών Αρχιτεκτονικές δικτυακών εφαρµογών Client- (µοντέλο πελάτη διακοµιστή) Peer-to-peer (P2P) (µοντέλο διοµότιµης επικοινωνίας) Hybrid of client- and P2P (υβριδικό µοντέλο πελάτη διακοµιστή και διοµότιµης επικοινωνίας) 4

Αρχιτεκτονική client- ιακοµιστής (): Ένας κόµβος που είναι πάντα ανοικτός (alwayson host) Σταθερή IP διεύθυνση Πολλαπλοί s ( farms) για καλύτερη κλιµάκωση Πελάτες (clients): Επικοινωνούν µε s εν είναι πάντοτε on ή συνδεδεµένοι Μπορεί να έχουν δυναµικές IP διευθύνσεις εν επικοινωνούν απ ευθείας µεταξύ τους Αµιγής P2P αρχιτεκτονική εν υπάρχει κάποιος always-on Αυθαίρετη απευθείας επικοινωνία τελικών κόµβων (end systems) Οι επικοινωνούντες οµότιµοι κόµβοι (peers) δεν είναι πάντα συνδεδεµένοι ούτε έχουν απαραίτητα σταθερή IP διεύθυνση Παράδειγµα: Gnutella Αυτή η αρχιτεκτονική προσφέρει πολύ καλή κλιµάκωση (Highly scalable) Είναι όµως δύσκολη στη διαχείριση (difficult to manage) 5

Υβριδική αρχιτεκτονική client- και P2P Napster H µεταφορά αρχείων είναι P2P Η αναζήτηση αρχείων είναι κεντρική (centralized): Οι Peers καταγράφουν το περιεχόµενό τους σε έναν κεντρικό Οι Peers εκτελούν ερωτήµατα στον κεντρικό για να εντοπίσουν περιεχόµενο που τους ενδιαφέρει Instant messaging Online Chat µεταξύ των χρηστών µε P2P Ο εντοπισµός της τοποθεσίας του χρήστη γίνεται κεντρικά: Ο χρήστης καταγράφει την IP διεύθυνσή του σε ένα κεντρικό όταν συνδέεται online Ο χρήστης βρίσκει µέσω του κεντρικού τις IP διευθύνσεις των φίλων του Επικοινωνία µεταξύ διεργασιών (Processes communication) ιεργασία (Process): πρόγραµµα που τρέχει σε έναν Η/Υ Μέσα στον ίδιο H/Y, δύο διεργασίες µπορούν να επικοινωνήσουν χρησιµοποιώντας inter-process communication (ορίζεται από το λειτουργικό σύστηµα) ιεργασίες που τρέχουν σε διαφορετικούς Η/Υ επικοινωνούν µε την ανταλλαγή µηνυµάτων (messages) Client process: η διεργασία που αρχίζει µια επικοινωνία Server process: η διεργασία που περιµένει διεργασίες πελατών να έρθουν σε επαφή µαζί της 6

ιευθυνσιοδότηση διεργασιών (Addressing processes) Μια διεργασία πρέπει να έχει ένα αναγνωριστικό (διεύθυνση) για να λάβει µηνύµατα Κάθε κόµβος έχει µια µοναδική 32-bit IP διεύθυνση Ερώτηση: αρκεί η IP διεύθυνση του Η/Υ όπου τρέχει µια διεργασία ως διεύθυνση της διεργασίας; Απάντηση: Όχι, πολλές διεργασίες µπορεί να εκτελούνται ταυτόχρονα στον ίδιο Η/Υ Η διεύθυνση µια διεργασίας περιλαµβάνει την IP διεύθυνση του Η/Υ και τον αριθµό θύρας (port number) που σχετίζεται µε τη διεργασία Παραδείγµατα port numbers: HTTP : 80 Mail : 25 Ένα πρωτόκολλο του Application layer ορίζει: Τον τύπο των µηνυµάτων που ανταλλάσσονται, π.χ., request & response µηνύµατα Σύνταξη των µηνυµάτων: ποια πεδία περιλαµβάνουν, πως απεικονίζονται τα πεδία Σηµασία της πληροφορίας που ενσωµατώνεται σε κάθε πεδίο Κανόνες σχετικά µε το πότε και πως οι διεργασίες στέλνουν και αποκρίνονται σε µηνύµατα ηµόσια (Public-domain) πρωτόκολλα: Ορίζονται σε RFCs (Requests for Comments) Επιτρέπουν τη διαλειτουργικότητα π.χ., HTTP, SMTP Ιδιωτικά (Proprietary) πρωτόκολλα: π.χ., KaZaA 7

Απαιτήσεις κοινών εφαρµογών από την υπηρεσία µεταφοράς (Transport service) Application Data loss Bandwidth Time Sensitive file transfer e-mail Web documents real-time audio/video stored audio/video interactive games instant messaging no loss no loss no loss loss-tolerant loss-tolerant loss-tolerant no loss elastic elastic elastic audio: 5kbps-1Mbps video:10kbps-5mbps same as above few kbps up elastic όχι όχι όχι ναι, 100 s msec ναι, λίγα secs ναι, 100 s msec ναι Elastic: όσο bandwidth περισσέψει Loss-tolerant: ανεκτικότητα σε απώλειες Πρωτόκολλα µεταφοράς (transport protocols) στο Internet TCP: Με σύνδεση (connection-oriented): απαιτείται εγκατάσταση σύνδεσης µεταξύ των διεργασιών πελάτη και διακοµιστή Αξιόπιστη µεταφορά (reliable transport) µεταξύ της διεργασίαςαποστολέα και της διεργασίαςπαραλήπτη Έλεγχος ροής (flow control): ο αποστολέας δεν κατακλύζει τον παραλήπτη µε πολλά δεδοµένα Έλεγχος συµφόρησης (congestion control): ο αποστολέας δεν υπερφορτώνει το δίκτυο εν παρέχει: εγγυήσεις για χρονισµό (timing) και χρήση του ελάχιστου δυνατού bandwidth UDP: Γρήγορη αλλά αναξιόπιστη µεταφορά δεδοµένων ανάµεσα σε επικοινωνούντες διεργασίες εν παρέχει: εγκατάσταση σύνδεσης, αξιοπιστία, έλεγχο ροής, έλεγχο συµφόρησης, εγγυήσεις για χρονισµό (timing) και χρήση του ελάχιστου δυνατού bandwidth 8

Εφαρµογές Internet: πρωτόκολλα του Application και Transport layer Application e-mail remote terminal access Web file transfer streaming multimedia Internet telephony Application layer protocol SMTP [RFC 2821] Telnet [RFC 854] HTTP [RFC 2616] FTP [RFC 959] ιδιωτικό (π.χ. RealNetworks) ιδιωτικό (π.χ., Dialpad) Underlying transport protocol TCP TCP TCP TCP TCP ή UDP τυπικά UDP Σύνοψη του HTTP (HyperText Markup Language) Πρωτόκολλο του Web, λειτουργεί στο application layer Μοντέλο client/ client: ένας browser που στέλνει αιτήσεις, λαµβάνει και εµφανίζει Web αντικείµενα : Web που στέλνει αντικείµενα σε απόκριση εισερχόµενων αιτήσεων HTTP 1.0: RFC 1945 HTTP 1.1: RFC 2068 Web αντικείµενα: HTML, JPEG, Java applet, audio, video files Κάθε web αντικείµενο έχει µια URL διεύθυνση: PC running Explorer Mac running Navigator HTTP request HTTP response HTTP request HTTP response www.someschool.edu/somedept/pic.gif Server running Apache Web host name path name 9

Σύνοψη του HTTP Χρησιµοποιεί TCP: Ο client στέλνει µια αίτηση για TCP σύνδεση µε το, στην port 80 Ο δέχεται την TCP σύνδεση από τον client HTTP µηνύµατα (applicationlayer protocol messages) exchanged between browser (HTTP client) and Web (HTTP ) TCP connection closed Το HTTP είναι αµνήµων ( stateless ) Ο δεν διατηρεί πληροφορία σχετικά µε προηγούµενες αιτήσεις πελατών HTTP συνδέσεις Όχι-επίµονο (Nonpersistent) HTTP Το πολύ ένα web αντικείµενο µπορεί να σταλεί πάνω από κάθε TCP σύνδεση π.χ. για να «κατεβεί» µια web σελίδα µε 10 εικόνες θα χρειαστούν 11 TCP συνδέσεις (εγκατάσταση και τερµατισµός) Το HTTP/1.0 χρησιµοποιεί nonpersistent HTTP Επίµονο (Persistent) HTTP Πολλά web αντικείµενα µπορούν µέσω µίας µόνο TCP σύνδεσης σε έναν web browser Το HTTP/1.1 χρησιµοποιεί persistent συνδέσεις 10

HTTP request µήνυµα ύο τύποι HTTP µηνυµάτων: request, response HTTP request µήνυµα: ASCII (µορφή αναγνώσιµη από ανθρώπους) request line (GET, POST, HEAD εντολές) header lines GET /somedir/page.html HTTP/1.1 Host: www.someschool.edu User-agent: Mozilla/4.0 Connection: close Accept-language:fr Carriage return, line feed indicates end of message (extra carriage return, line feed) HTTP request µήνυµα: γενική µορφή 11

HTTP response µήνυµα status line (protocol status code status phrase) header lines ΗΤΤP status code HTTP/1.1 200 OK Connection close Date: Thu, 06 Aug 1998 12:00:15 GMT Server: Apache/1.3.0 (Unix) Last-Modified: Mon, 22 Jun 1998... Content-Length: 6821 Content-Type: text/html data, e.g., requested HTML file data data data data data... HTTP response status codes In first line in ->client response message. A few sample codes: 200 OK request succeeded, requested object later in this message 301 Moved Permanently requested object moved, new location specified later in this message (Location:) 400 Bad Request request message not understood by 404 Not Found requested document not found on this 505 HTTP Version Not Supported 12

Αποθηκεύοντας στοιχεία για τη διάδραση χρηστών µε : cookies Πολλά µεγάλα Web sites χρησιµοποιούν cookies Τέσσερα στοιχεία: 1) cookie header γραµµή στο HTTP response µήνυµα 2) cookie header line στο HTTP request µήνυµα 3) Το cookie file διατηρείται στον Η/Υ του χρήστη και το διαχειρίζεται ο browser του χρήστη 4) Αποθήκευση δεδοµένων στη βάση δεδοµένων του Web site Παράδειγµα: Ο Τάκης συνδέεται στο Internet πάντα από τον ίδιο Η/Υ Επισκέπτεται ένα συγκεκριµένο e-commerce site για πρώτη φορά Όταν οι αρχικές HTTP αιτήσεις φθάνουν στο site, το site δηµιουργεί ένα µοναδικό ID και το αποθηκεύει στη Β του Λειτουργία των Cookies Cookie file ebay: 8734 client usual http request msg usual http response + Set-cookie: 1678 creates ID 1678 for user entry in backend database Cookie file amazon: 1678 ebay: 8734 µια βδοµάδα αργότερα: usual http request msg cookie: 1678 usual http response msg cookiespecific action access access Cookie file amazon: 1678 ebay: 8734 usual http request msg cookie: 1678 usual http response msg cookiespectific action 13

Χρήσεις των cookies Εξουσιοδότηση πρόσβασης (authorization) Καλάθια αγορών (shopping carts) Προτάσεις (recommendations)... Προσωρινή αποθήκευση Web αντικειµένων: web caches (proxy ) Στόχος: να ικανοποιήσουµε τις αιτήσεις των clients χωρίς απαραίτητα τη βοήθεια του web που αποθηκεύει το αιτούµενο περιεχόµενο Ο browser στέλνει όλα τα HTTP requests σε ένα ενδιάµεσο (cache) Αν το αιτούµενο Proxy αντικείµενο υπάρχει στο client cache, το cache θα το επιστρέψει ιαφορετικά, το cache θα προωθήσει την αίτηση στον (origin) που θα επιστρέψει το αντικείµενο στον client client Ερώτηση: ποια είναι τα πλεονεκτήµατα και ποια τα προβλήµατα που εντοπίζετε σε αυτή τη µέθοδο; HTTP request HTTP response HTTP request HTTP response HTTP request HTTP response origin origin 14

Προσωρινή αποθήκευση Web αντικειµένων: web caches (proxy ) To Cache (proxy ) λειτουργεί ως client και Γιατί Web caching? Μειώνει το χρόνο απόκρισης για την εξυπηρέτηση client requests Μειώνει την κίνηση (traffic) στο access link του οργανισµού Μειονεκτήµατα: Τα cached αντικείµενα µπορεί να έχουν στο µεταξύ ενηµερωθεί στον origin Απαιτείται (µεγάλος) αποθηκευτικός χώρος στον proxy ίκτυο οργανισµού Internet 1.5 Mbps access link 10 Mbps LAN origin s cache οργανισµού Υπο συνθήκη (Conditional) GET O cache συχνά ενηµερώνει το περιεχόµενό του Στόχος: ο αν µη στείλει το αντικείµενο αν το cache έχει µία πρόσφατη έκδοσή του Cache: Ορίζεται η ηµεροµηνία του cached copy στο HTTP request If-modified-since: <date> Server: το response δεν περιέχει δεδοµένα (το αντικείµενο) αν το αντικείµενο δεν έχει τροποποιηθεί από τότε που έγινε cached: HTTP/1.0 304 Not Modified cache HTTP request msg If-modified-since: <date> HTTP response HTTP/1.0 304 Not Modified HTTP request msg If-modified-since: <date> HTTP response HTTP/1.0 200 OK <data> To αντικείµενο δεν έχει τροποποιηθεί To αντικείµενο έχει τροποποιηθεί 15

FTP: File Transfer Protocol (Πρωτόκολλο Μεταφοράς Αρχείων) user at host FTP user interface FTP client local file system file transfer FTP remote file system Μεταφορά αρχείων από/προς ένα αποµακρυσµένο Η/Υ (FTP ) client/ µοντέλο client: αρχίζει τη διαδικασία της µεταφοράς (από/προς τον FTP ) : o αποµακρυσµένος Η/Υ ftp: RFC 959 Ο ftp είναι λογισµικό που «τρέχει» στην port 21 FTP: ξεχωριστές συνδέσεις για µεταφορά εντολών και για µεταφορά αρχείων Ο FTP client ανοίγει µια TCP σύνδεση µε την εφαρµογή FTP στην port 21 Ο Client περνάει από µια διαδικασία εξουσιοδότησης πρόσβασης (Login) Ο Client µπορεί να επισκοπήσει (browse) τους αποµακρυσµένους φακέλους στέλνοντας FTP εντολές µέσα από την ίδια TCP σύνδεση Όταν ο δέχεται µία εντολή για µεταφορά αρχείου, ο ανοίγει µία FTP data TCP σύνδεση µε τον client Μετά την ολοκλήρωση της µεταφοράς κάθε αρχείου, ο κλείνει την FTP data σύνδεση Ξεχωριστές FTP data συνδέσεις για κάθε µεταφορά αρχείου FTP client TCP control connection port 21 TCP data connection port 20 FTP 16

FTP εντολές, αποκρίσεις είγµατα εντολών: Στέλνονται ως ASCII κείµενο πάνω από τη σύνδεση ελέγχου USER username PASS password LIST επιστρέφει τη λίστα των αρχείων του τρέχοντος φακέλου RETR filename ανακτάει (get) ένα αρχείο STOR filename ανεβάζει (put) ένα αρχείο στον FTP είγµατα κωδικών που επιστρέφει ο FTP : status code και κείµενο (όπως στο HTTP) 331 Username OK, password required 125 data connection already open; transfer starting 425 Can t open data connection 452 Error writing file Electronic Mail outgoing message queue Τρία κύρια συστατικά: user agents (πράκτορες χρηστών) mail s simple mail transfer protocol (SMTP) User Agent Πρόγραµµα για την σύνταξη, επεξεργασία, ανάγνωση, διαχείριση µηνυµάτων π.χ., Eudora, Outlook, Netscape Messenger Εξερχόµενα και εισερχόµενα µηνύµατα αποθηκεύονται στον mail user agent mail SMTP mail user agent SMTP SMTP user agent mail user mailbox user agent user agent user agent 17

Electronic Mail: mail s Mail Servers Το mailbox αποθηκεύει εισερχόµενα µηνύµατα για τους χρήστες Ουρά µηνυµάτων (message queue) εξερχόµενων emails To SMTP πρωτόκολλο διευθετίζει την αποστολή email µηνυµάτων µεταξύ mail s Ισχύει το client/ µοντέλο: client: ο αποστολέας mail : ο αποδέκτης mail user agent mail SMTP mail user agent SMTP SMTP user agent mail user agent user agent user agent Electronic Mail: SMTP [RFC 2821] Χρησιµοποιεί TCP για την αξιόπιστη µεταφορά email µηνυµάτων από ένα client σε ένα, port 25 Απευθείας µεταφορά από τον αποστολέα στον αποδέκτη mail Τρεις φάσεις µεταφοράς Χειραψία (handshaking) Μεταφορά µηνυµάτων Τερµατισµός σύνδεσης Αλληλεπίδραση εντολή/απόκριση (command/response interaction) Εντολές: ASCII text Αποκρίσεις: status code και κείµενο 18

Σενάριο: Η Αλίκη στέλνει email στον Bob 1) Η Αλίκη χρησιµοποιεί τον User Agent (UA) για να συντάξει το µήνυµα προς τον ( to ) bob@someschool.edu 2) Ο UA της Αλίκης στέλνει το µήνυµα στον mail της. Το µήνυµα τοποθετείται στην ουρά µηνυµάτων (message queue) 3) Ο mail της Αλίκης (Client) ανοίγει µια TCP σύνδεση µε τον mail του Bob 4) O SMTP client στέλνει το µήνυµα ης Αλίκης µέσω της TCP σύνδεσης 5) Ο mail του Bob τοποθετεί το εισερχόµενο µήνυµα στο προσωπικό του mailbox 6) Ο Bob κατεβάζει και διαβάζει το µήνυµα χρησιµοποιώντας τον user agent του 1 user agent mail 2 3 4 mail 5 6 user agent είγµα SMTP διάδρασης S: 220 hamburger.edu C: HELO crepes.fr S: 250 Hello crepes.fr, pleased to meet you C: MAIL FROM: <alice@crepes.fr> S: 250 alice@crepes.fr... Sender ok C: RCPT TO: <bob@hamburger.edu> S: 250 bob@hamburger.edu... Recipient ok C: DATA S: 354 Enter mail, end with "." on a line by itself C: Do you like ketchup? C: How about pickles? C:. S: 250 Message accepted for delivery C: QUIT S: 221 hamburger.edu closing connection 19

SMTP: τελικά σχόλια Το SMTP χρησιµοποιεί persistent συνδέσεις (µεταφορά πολλών αντικειµένων πάνω από την ίδια σύνδεση) Το SMTP απαιτεί το µήνυµα (header & body) σε 7-bit ASCII Ο SMTP ψάχνει τους χαρακτήρες CRLF.CRLF για να εντοπίσει το τέλος του µηνύµατος Σύγκριση µε HTTP: HTTP: pull SMTP: push Και τα δύο χρησιµοποιούν ASCII command/response συναλλαγές, status codes HTTP: κάθε αντικείµενο ενσωµατώνεται σε ξεχωριστό response µήνυµα SMTP: πολλαπλά αντικείµενα µπορούν να σταλούν σε ένα multipart µήνυµα Μορφή Mail µηνύµατος SMTP: πρωτόκολλο για ανταλλαγή emails RFC 822: πρότυπο που ορίζει τη µορφή (format) των µηνυµάτων header lines, e.g., To: body From: Subject: το µήνυµα, µόνο ASCII χαρακτήρες header body blank line 20

Μορφή mail µηνύµατος: πολυµεσικές επεκτάσεις (multimedia extensions) MIME: multimedia mail extension, RFC 2045, 2056 Πρόσθετες γραµµές στην κεφαλίδα του µηνύµατος δηλώνουν τον MIME τύπο περιεχοµένου MIME version Μέθοδος κωδικοποίησης δεδοµένων multimedia δεδοµένα, τύπος, υπο-τύπος, δηλώσεις παραµέτρων κωδικοποιηµένα δεδοµένα From: alice@crepes.fr To: bob@hamburger.edu Subject: Picture of yummy crepe. MIME-Version: 1.0 Content-Transfer-Encoding: base64 Content-Type: image/jpeg base64 encoded data.........base64 encoded data Πρωτόκολλα πρόσβασης σε mail s (Mail access protocols) SMTP SMTP access user agent protocol user agent sender s mail receiver s mail Ο ρόλος του SMTP είναι η παράδοση / αποθήκευση µηνυµάτων στον mail του παραλήπτη Ο ρόλος του Mail access protocol: ανάκτηση µηνυµάτων από τον POP: Post Office Protocol [RFC 1939] Εξακρίβωση ταυτότητας (authorization) µεταξύ user agent <--> και download IMAP: Internet Mail Access Protocol [RFC 1730] Περισσότερες λειτουργίες (πιο πολύπλοκο) Χειρισµός αποθηκευµένων µηνυµάτων στο HTTP: Hotmail, Yahoo! Mail, etc. 21

POP3 protocol Φάση εξακρίβωσης ταυτότητας εντολές client: user: ορίζει το username pass: password Αποκρίσεις του +OK -ERR Φάση συναλλαγής, client: list: list message numbers retr: retrieve message by number dele: delete quit S: +OK POP3 ready C: user bob S: +OK C: pass hungry S: +OK user successfully logged on C: list S: 1 498 S: 2 912 S:. C: retr 1 S: <message 1 contents> S:. C: dele 1 C: retr 2 S: <message 1 contents> S:. C: dele 2 C: quit S: +OK POP3 signing off Ρυθµίσεις email 22

DNS: Domain Name System (Σύστηµα Ονοµάτων Περιοχής) Άνθρωποι: πολλά αναγνωριστικά : Αριθµός ταυτότητας, όνοµα, αριθµός διαβατηρίου,... Internet κόµβοι, routers: IP address (32 bit) χρησιµοποιούνται για την διευθυνσιοδότηση των IP datagrams όνοµα, π.χ., ww.yahoo.com χρησιµοποιείται από ανθρώπους Ερώτηση: αντιστοίχηση µεταξύ IP διευθύνσεων και ονοµάτων;;; Domain Name System: Κατανεµηµένη βάση δεδοµένων υλοποιείται ως µία ιεραρχία πολλών name s Είναι ένα application-layer πρωτόκολλο µε το ρόλο να διευθετήζει την επικοινωνία µεταξύ κόµβων, routers, name s για την επίλυση (resolve) ονοµάτων (διεύθυνση/όνοµα µετάφραση) DNS DNS υπηρεσίες Μετάφραση Hostname σε IP διεύθυνση Κατανοµή φόρτου (Load distribution) Πολλαπλοί πανοµοιότυποι Web s: σύνολο IP διευθύνσεων για ένα όνοµα Γιατί όχι κεντρικό DNS;;; µοναδικό σηµείο αποτυχίας (single point of failure) µεγάλος όγκος κίνησης (traffic volume) µακρινή απόσταση ως την κεντρική Β & απόκριση (distant centralized database) δεν έχει καλή κλιµάκωση (low scalability) 23

Κατανεµηµένη, Ιεραρχική Database Root DNS Servers com DNS s org DNS s edu DNS s yahoo.com DNS s amazon.com DNS s pbs.org DNS s poly.edu umass.edu DNS sdns s Ένας Client θέλει την IP του www.amazon.com; 1η µέθοδος: Ο Client στέλνει ένα ερώτηµα (queries) έναν root για να βρει τον com DNS Ο Client στέλνει ένα ερώτηµα στον com DNS για να βρει τον amazon.com DNS Ο Client στέλνει ένα ερώτηµα στον amazon.com DNS για να βρει την IP address του www.amazon.com DNS: Root name s Ο τοπικός name έρχεται σε επαφή µε τον root name root name : έρχεται σε επαφή µε τον κατάλληλο (authoritative) name αν το όνοµα που ζητείται δεν είναι γνωστό Βρίσκει την αντιστοίχηση Επιστρέφει την αντιστοίχηση στον τοπικό name e NASA Mt View, CA f Internet Software C. Palo Alto, CA (and 17 other locations) b USC-ISI Marina del Rey, CA l ICANN Los Angeles, CA a Verisign, Dulles, VA c Cogent, Herndon, VA (also Los Angeles) d U Maryland College Park, MD g US DoD Vienna, VA h ARL Aberdeen, MD j Verisign, ( 11 locations) k RIPE London (also Amsterdam, Frankfurt) i Autonomica, Stockholm (plus 3 other locations) m WIDE Tokyo 13 root name s παγκοσµίως 24

TLD και Authoritative Servers Top-level domain (TLD) s: υπεύθυνοι για com, org, net, edu, etc, και όλα τα top-level domains χωρών uk, fr, ca, jp. Network solutions maintains s for com TLD Educause for edu TLD Authoritative DNS s: DNS s των οργανισµών, παρέχουν hostname <--> IP αντιστοιχίσεις για τους s του οργανισµού (π.χ., Web και mail). Μπορεί να διατηρούνται από τον οργανισµό ή τον παροχέα υπηρεσιών Τοπικός Name Server εν ανήκει απαραίτητα στην ιεραρχία Κάθε ISP (εµπορικός ISP, εταιρία, παν/µιο) διαθέτει ένα τοπικό DNS Αποκαλείται και default name Όταν ένας κόµβος εκτελεί ένα DNS ερώτηµα, το ερώτηµα στέλνεται στον τοπικό DNS Λειτουργεί ως ενδιάµεσος (proxy), προωθεί το ερώτηµα στην ιεραρχία 25

Παράδειγµα root DNS Οκόµβος cis.poly.edu θέλει να βρει την IP διεύθυνση του gaia.cs.umass.edu 2 3 4 5 TLD DNS τοπικός DNS dns.poly.edu 1 8 7 6 requesting host cis.poly.edu authoritative DNS dns.cs.umass.edu gaia.cs.umass.edu Αναδροµικά ερωτήµατα (recursive queries) root DNS Αναδροµικό (iterative) ερώτηµα: Μεταφέρει το βάρος της επίλυσης του ονόµατος από τον τοπικό στους root και TLD s µεγάλος φόρτος! Επαναληπτικό (recusrsive) ερώτηµα: Ο name µε τον οποίο ήρθαµε σε επαφή απαντάει µε την IP που αντιστοιχεί στο όνοµα που στείλαµε Αν δεν το ξέρει: εν ξέρω αυτό το όνοµα, αλλά ρώτησε αυτό το name local DNS dns.poly.edu 1 2 8 requesting host cis.poly.edu 7 6 5 3 4 authoritative DNS dns.cs.umass.edu gaia.cs.umass.edu TLD DNS serve 26

Παράδειγµα εκτέλεσης ερωτήµατος µε αναδροµή (recursive) DNS: προσωρινή αποθήκευση (caching) και ενηµέρωση (updating) εγγραφών Μόλις κάποιος name µάθει κάποια νέα αντιστοίχηση, την αποθηκεύει (caches) Οι cache εγγραφές λήγουν (timeout) µετά από κάποιο χρόνο Οι IP διευθύνσεις των TLD s είναι τυπικά αποθηκευµένες στους τοπικούς name s Έτσι οι τοπικοί name s δεν επισκέπτονται συχνά τους root name s 27

DNS εγγραφές (records) DNS: κατανεµηµένη αποθήκευση resource records (RR) σε Β Type=A Type=NS µορφή RR: (name, value, type, ttl) name είναι όνοµα κόµβου (hostname) value είναι IP διεύθυνση name είναι περιοχή (e.g. foo.com) value είναι IP διεύθυνση του authoritative name αυτής της περιοχής Type=CNAME name είναι ψευδο-όνοµα (alias) για κάποιο «κανονικό» (αληθινό) όνοµα www.ibm.com είναι στην πραγµατικότητα east.backup2.ibm.com value είναι το αληθινό όνοµα Type=MX ttl: time to live (µετά από πόσο χρόνο θα λήξει η εγγραφή) value είναι το όνοµα του mail που συσχετίζεται µε το name DNS πρωτόκολλο: µηνύµατα DNS πρωτόκολλο: query και reply µηνύµατα, και τα δύο µε την ίδια µορφή µηνύµατος (format) Κεφαλίδα µηνύµατος identification: 16-bit α/α (#) για ερώτηµα, η απάντηση στην ερώτηση χρησιµοποιεί τον ίδιο # Flags (σηµαίες): query ή reply ζητείται αναδροµή (recursion) recursion διαθέσιµη η απάντηση είναι authoritative 28

DNS πρωτόκολλο: µηνύµατα Όνοµα, τύπος πεδίων για ένα ερώτηµα RRs σε απάντηση ερωτήµατος εγγραφές για authoritative s επιπλέον βοηθητική πληροφορία που µπορεί να χρησιµοποιηθεί Εισαγωγή εγγραφών στο DNS Παράδειγµα: µόλις δηµιουργήσαµε την εταιρία Network Utopia Θέλουµε να καταγράψουµε το όνοµα networkuptopia.com σε κάποιον DNS (registrar) Πρέπει να παρέχουµε στον registrar τα ονόµατα και IP διευθύνσεις του authoritative name (primary and secondary) O Registrar εισάγει RRs (resource records) στον com TLD : Type: domain (networkutopia.com,dns1.networkutopia.com,ns) (dns1.networkutopia.com, 212.212.212.1, A) Type: host 29

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 30

Μεθοδολογία Προσοµοίωσης Αναλυτική παρουσίαση της µεθοδολογίας που ακολουθείται Συνοπτική παρουσίαση της µεθοδολογίας που ακολουθείται Μικρής κλίµακας τοπικά δίκτυα Ησηµερινή εργαστηριακή άσκηση στο OPNET επικεντρώνει στην επέκταση του δικτύου µικρής κλίµακας που δηµιουργήσαµε στο προηγούµενο µάθηµα Στο τέλος της άσκησης θα έχουµε: δηµιουργήσει µια νέα δικτυακή τοπολογία (σενάριο) που θα αποτελεί επέκταση της προηγούµενης συλλέξει στατιστικές µετρήσεις για την απόδοση του (νέου) δικτύου συγκρίνει τις µετρήσεις αυτές µεταξύ των δύο όψεων του δικτύου (σεναρίου) 31

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 Project Editor window 32

Project Editor buttons 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. 33

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 ηµιουργία του δικτύου: Rapid Configuration wizard 34

ηµιουργία του δικτύου: Rapid Configuration wizard ηµιουργία του δικτύου: προσθήκη Έχοντας δηµιουργήσει τη γενική δικτυακή τοπολογία, πρέπει να προσθέσουµε ένα διακοµιστή () 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_ αντικείµενο στο workspace. Στη συνέχεια πρέπει να συνδέσουµε το στο υπόλοιπο δίκτυο µε ένα 10BaseT link Κάνετε κλικ στο 10BaseT link object στην παλέτα Κάνετε ένα κλικ στο και ένα στο switch (στο κέντρο του star) ώστε να σχεδιασθεί ένα link που θα συνδέει τα δύο αντικείµενα 35

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 36

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 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) 37

ηµιουργία του δικτύου: συλλογή στατιστικών To Server load είναι ένα βασικό στατιστικό που αντανακλά την απόδοση όλου του δικτύου Right-click στον 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 38

«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 39

Επισκόπηση αποτελεσµάτων Right-click στον κενό χώρο του workspace View Results Στην κορύφωσή του (peak) ο φόρτος (load) του 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 Αναβάθµιση του δικτύου: δηµιουργία διπλότυπου σεναρίου Ανάγκη για: Μελέτη εναλλακτικών περιπτώσεων Σχεδιασµός νέας τοπολογίας Επέκταση υπάρχουσας υποδοµής ιερεύνηση what-if σεναρίων Το νέο (αναβαθµισµένο) δίκτυο υλοποιείται στο OPNET ως διαφορετικό σενάριο, δηµιουργώντας διπλότυπο (duplicate) του σεναρίου που ήδη υπάρχει 40

Αναβάθµιση του δικτύου Έχουµε δηµιουργήσει ένα αρχικό (baseline) δίκτυο και συλλέξαµε στατιστικά για αυτό Είµαστε έτοιµοι να το αναβαθµίσουµε και να επιβεβαιώσουµε ότι εξακολουθεί να λειτουργεί ικανοποιητικά µε επιπλέον φόρτο Για να εκτελέσουµε σύγκριση µεταξύ των δύο µορφών του ίδιου δικτύου, καλό είναι να αποθηκεύουµε το αρχικό ως ένα σενάριο και το αναβαθµισµένο ως άλλο σενάριο Θα αντιγράψουµε το αρχικό σενάριο και θα κάνουµε µόνο τις απαραίτητες αλλαγές στο δεύτερο σενάριο Αντιγραφή του αρχικού σεναρίου Επιλέξτε Scenarios Duplicate Scenario... Κρατήστε το ίδιο όνοµα σεναρίου, προσθέτοντας τη λέξη expansion στο τέλος Επιλέξτε OK. Αναβάθµιση του δικτύου Η αναβάθµιση αφορά επέκταση του υφιστάµενου δικτύου σε ένα δεύτερο όροφο Ο δεύτερος όροφος θα έχει όµοια τοπολογία µε τον πρώτο, µόνο που δεν θα έχει ξεχωριστό Επιλέξτε Topology Rapid Configuration Επιλέξτε Star και δώσετε τις ρυθµίσεις που φαίνονται στη διπλανή εικόνα 41

Αναβάθµιση του δικτύου: συνένωση των δικτύων των δύο ορόφων Αν δεν είναι ήδη ανοικτή, ανοίξτε την παλέτα αντικειµένων (object palette) Εισάγετε στο workspace έναν Cisco 2514 δροµολογητή (router) ανάµεσα στα δύο δίκτυα Συνδέστε τον Cisco router µε τους 3Com switches (που βρίσκονται στο κέντρο κάθε star) µε ένα 10BaseT link Κλείστε την object palette Αποθηκεύστε το project επιλέγοντας File Save Αναβάθµιση του δικτύου: τελική τοπολογία & εκτέλεση της προσοµοίωσης Επιλέξτε Simulation Configure Discrete Event Simulation και επιβεβαιώστε ότι η τιµή του Duration είναι 0,5 hours Πατήστε Run για να «τρέξει» η προσοµοίωση 42

Αναβάθµιση του δικτύου: Επισκόπηση αποτελεσµάτων Right-click στον κενό χώρο του workspace View Results Αναβάθµιση του δικτύου: Σύγκριση αποτελεσµάτων των δύο σεναρίων Right-click στον κενό χώρο του workspace Compare Results 43

Αναβάθµιση του δικτύου: Ποιοτική αξιολόγηση αποτελεσµάτων Παρότι ο µέσος φόρτος (average load) του είναι υψηλότερος στο αναβαθµισµένο δίκτυο, όπως αναµενόταν, δεν αυξάνεται σταθερά µε την πάροδο του χρόνου, δείχνοντας ότι το δίκτυο παραµένει σταθερό Το δεύτερο γράφηµα δείχνει ότι δεν υπάρχει σηµαντική διαφορά στην καθυστέρηση του δικτύου (Ethernet delay). Ο φόρτος του έχει αυξηθεί, όχι όµως και η καθυστέρηση Μέτρηση χρήσης (utilization) της CPU του και εξερχόµενου traffic από τον database Προσθέστε ένα ακόµα στατιστικό: τη µέτρηση της χρήσης του επεξεργαστή (CPU) του Θα πρέπει να ορίσετε το στατιστικό αυτό και στα δύο σενάρια και ξανατρέξετε και τις δύο προσοµοιώσεις Για να «µετακινηθείτε» ανάµεσα σε διαφορετικά σενάρια επιλέξτε Scenarios Switch to scenario Οµοίως, προσθέστε ένα στατιστικό για τη µέτρηση της κίνησης (traffic, bytes/sec) που προέρχεται από τον Database (που είναι εγκατεστηµένος στον του δικτύου) CPU Utilization 44

Προσθήκη νέας κίνησης (traffic) στο δίκτυο ηµιουργήστε ένα διπλότυπο του τελευταίου σεναρίου Σε αυτό το νέο σενάριο θα προσοµοιώσουµε τη λειτουργία του δικτύου µε προσθήκη νέων εφαρµογών που θα δηµιουργούν επιπλέον κίνηση (traffic) στο δίκτυο και φόρτο στον Προσθήκη νέων εφαρµογών: Right-click στο Profile Definition object Edit Attributes Προσθήκη νέας κίνησης (traffic) στο δίκτυο Επιλέγουµε (...) και Edit 45

Προσθήκη νέας κίνησης (traffic) στο δίκτυο Στη συνέχεια αλλάζουµε τη λίστα των εφαρµογών που περιέχονται στο συγκεκριµένο profile: Επιλέγουµε (...) και Edit Προσθήκη νέας κίνησης (traffic) στο δίκτυο Στη συνέχεια αλλάζουµε τη λίστα των εφαρµογών που περιέχονται στο συγκεκριµένο profile: Αντί Database Access (Light) επιλέγουµε Database Access (Heavy) 46

Προσθήκη νέας κίνησης (traffic) στο δίκτυο ηλώστε ότι ο µπορεί να εκτελεί και τη νέα υπηρεσία: Right-click στο Edit attributes Application: Supported Services = All Τρέξτε την προσοµοίωση αυτού του σεναρίου και συγκρίνετε τα αποτελέσµατα µε τα υπόλοιπα δύο σενάρια 47