ίκτυα Υπολογιστών (Γ έτος, ΣΤ εξ) ιάλεξη #3: ικτυακά πρότυπα, το µοντέλο αναφοράς OSI, Επίπεδο ζεύξης δεδοµένων (data link layer), Αξιόπιστη Επικοινωνία και Έλεγχος Ροής. ιαγνωστικά εργαλεία δικτύων (ping, traceroute) Γαβαλάς αµιανός dgavalas@aegean.gr Εαρινό εξάµηνο Περίληψη διάλεξης Πρότυπα δικτύωσης Το µοντέλο αναφοράς OSI και τα στρώµατά (επίπεδα) του Λειτουργίες που ανήκουν στο µοντέλο αναφοράςosi Επίπεδο ζεύξης δεδοµένων (data link layer) Αξιόπιστη Επικοινωνία και Έλεγχος Ροής ιαγνωστικά εργαλεία δικτύων (ping, traceroute)
Πρότυπα (Standards) Τα πρότυπα είναι δηµοσιευµένες συµφωνίες που περιλαµβάνουν τεχνικές προδιαγραφές Γιατί χρειάζονται: Τα προϊόντα και οι εφαρµογές που ακολουθούν τις προδιαγραφές που περιγράφονται στα πρότυπα είναι συµβατές µε άλλα προϊόντα, εφαρµογές, περιεχόµενο, υπηρεσίες,... Παραδείγµατα: Ηλεκτρικές συσκευές που λειτουργούν σε συγκεκριµένη τάση ρεύµατος. Οι παροχείς ρεύµατος (π.χ. µπρίζες) παρέχουν ρεύµα αυτής της τάσης Εταιρία που παράγει ραδιοφωνικούς δέκτες που µπορούν να λάβουν ραδιοφωνικά σήµατα σε συγκεκριµένη µπάντα συχνοτήτων και να συντονιστούν µε ραδιοφωνικούς ποµπούς Εταιρία hardware που παράγει κάρτες δικτύου. Οι κάρτες θα πρέπει να είναι συµβατές µε κάποιο δικτυακό πρότυπο (π.χ. ΙΕΕΕ 82.3) για να µπορεί ο Η/Υ που «φοράει» την κάρτα να συνδεθεί σε κάποιο δίκτυο (LAN) Εταιρία λογισµικού που αναπτύσσει έναν νέο browser. Ο browser θα πρέπει να ακολουθήσει τις προδιαγραφές της HTML για να παρέχει στους χρήστες πρόσβαση σε web περιεχόµενο 2
Πρότυπα Απαιτούνται για την εξασφάλιση διαλειτουργικότητας (συµβατότητας) µεταξύ συσκευών Πλεονεκτήµατα Εξασφαλίζουν µια µεγάλη αγορά για συσκευές και λογισµικό Προϊόντα διαφορετικών κατασκευαστών µπορούν να επικοινωνήσουν Μειονεκτήµατα Παγώνουν την τεχνολογία δεν παράγεις µια συσκευή ή λογισµικό µέχρι να δηµοσιευθεί το πρότυπο που θα πρέπει να υποστηρίζει Συχνά υπάρχουν πολλαπλά πρότυπα για το ίδιο αντικείµενο Οργανισµοί προτυποποίησης (standardization bodies) ANSI (American National Standards Institute): παράγει πρότυπα για βιοµηχανίες ηλεκτρονικών αλλά και σε άλλα πεδία (χηµική και πυρηνική µηχανική, υγεία και ασφάλεια, κατασκευές) TIA (Telecommunications Industry Association): επικεντρώνει σε πρότυπα της πληροφορικής, ασύρµατες, δορυφορικές επικοινωνίες, οπτικές ίνες, τηλεφωνικές συσκευές IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers): ένωση επαγγελµατιών µηχανικών (engineers) ISO (International Standardization Organization): διατηρεί κεντρικά γραφεία στην Γενεύη, αποτελεί συλλογή από πρότυπα και οργανισµούς που αντιπροσωπεύουν 48 χώρες Στόχος του ISO είναι να αναπτύξει διεθνή τεχνολογικά πρότυπα για να διευκολύνει την παγκόσµια ανταλλαγή πληροφορίας και το εµπόριο 3
Οργανισµοί προτυποποίησης (standardization bodies) ITU (International Telecommunication Union) Ένα εξειδικευµένο σώµα των Ηνωµένων Εθνών που ρυθµίζει τις διεθνείς τηλεπικοινωνίες (π.χ. ραδιοφωνικές και τηλεοπτικές επικοινωνίες), προδιαγραφές για τηλεφωνικές και δορυφορικές επικοινωνίες, δικτυακές επικοινωνίες, κοστολογήσεις επικοινωνιακών υπηρεσιών IAB (Internet Architecture Board) Μια τεχνική συµβουλευτική οµάδα ερευνητών και τεχνοκρατών επαγγελµατιών µε ενδιαφέρον για το σχεδιασµό, εξέλιξη και διαχείριση του Internet IETF (Internet Engineering Task Force) Οργανισµός που θέτει πρότυπα για το πως συστήµατα επικοινωνούν µέσω του Internet, συγκεκριµένα πως τα πρωτόκολλα λειτουργούν και αλληλεπιδρούν W3C (World Wide Web Consortium) O οργανισµός που καθορίζει τα πρότυπα σχετικά µε τον παγκόσµιο ιστό (web) 4
Αρχιτεκτονική δικτύων µε τη λογική των στρωµάτων ή επιπέδων (layers) Στρώµατα ή Επίπεδα H «παραβολή» του ταχυδροµείου και των αεροπορικών µεταφορών ιεπαφή µεταξύ Στρωµάτων Στοίβα πρωτοκόλλων (protocol stack) Ηλογική των επιπέδων στις αεροπορικές µεταφορές Εισιτήριο (αγορά) Αποσκευές (έλεγχος) Πύλες (φόρτωση) Εισιτήριο (παράπονα) Αποσκευές (συλλογή) Πύλες (άδειασµα) Εισιτήριο Αποσκευές Πύλη Αεροδιάδροµος (απογείωση) ροµολόγηση αεροπλάνου ροµολόγηση αεροπλάνου Αεροδιάδροµος (προσγείωση) Προσγείωση / απογείωση ροµολόγηση αεροπλάνου ροµολόγηση αεροπλάνου Αεροδρόµιο αφετηρία Ενδιάµεσες στάσεις κέντρα ελέγχου Αεροδρόµιο προορισµός Επίπεδα (Layers): κάθε επίπεδο υλοποιεί µία υπηρεσία Μέσω διεργασιών που γίνονται εσωτερικά σε κάθε επίπεδο Βασίζεται σε υπηρεσίες που παρέχονται σε προηγούµενα / επόµενα επίπεδα 5
Γιατί επίπεδα;;; Καταµερισµός του πολύπλοκου προβλήµατος σε µικρότερα, πιο απλά προβλήµατα («διαίρει και βασίλευε») Κάθε επίπεδο είναι υπεύθυνο για την αντιµετώπιση κάποιων προβληµάτων που µπορεί να προκύψουν Κάθε επίπεδο κρύβει την πολυπλοκότητα του από τα υπόλοιπα επίπεδα και τους χρήστες (tranasparency: «διαφάνεια») Αποτελεσµατικότερη δοµή αποτελούµενη από πολλές επί µέρους µονάδες (modular) Μια καινούργια υπηρεσία µπορεί να υλοποιηθεί µετατρέποντας µόνο ένα επίπεδο (στρώµα) Μοντέλο Αναφοράς OSI (Open System Interconnection) Εφαρµογής Παρουσίασης Συνόδου Μεταφοράς ικτύου ιασύνδεσης δεδοµένων Φυσικό 6
Πρότυπο αρχιτεκτονικής OSI-ISO OSI: Open System Interconnection ISO: International Standardization Organization Μοντελοποιώντας χρησιµοποιώντας στρώµατα (Layers Models) Στρώµατα (layers) Μείωση πολυπλοκότητας σχεδίασης «Χτίσιµο πάνω στο προηγούµενο» Επίπεδο ν επικοινωνεί µε επίπεδο ν Κανόνες + Συνθήκες επιπέδου ν πρωτόκολλα επιπέδου ν Πρωτόκολλα Υψηλού επιπέδου (εφαρµογές) και Χαµηλού επιπέδου (ηλεκτρικά σήµατα) Από ν σε ν επίπεδο τα δεδοµένα µεταφέρονται ως εξής: Κάθε επίπεδο περνά τα δεδοµένα και πληροφορίες ελέγχου στο επίπεδο που βρίσκεται ακριβώς κάτω από αυτό, µέχρι τα δεδοµένα και οι πληροφορίες αυτές να µεταφερθούν στο κατώτερο και να πραγµατοποιηθεί η βασική επικοινωνία 7
Μοντέλο OSI Φυσικό στρώµα (Physical Layer) Μετάδοση ακατέργαστων bits ( ή ) από τον αποστολέα στον δέκτη. Στρώµα ιασύνδεσης εδοµένων (Data Link Layer) Τεµαχίζει τα δεδοµένα σε πλαίσια δεδοµένων (frames) Επιβεβαιώνει ότι η επικοινωνία του Φυσικού στρώµατος είναι αξιόπιστη (Πλαίσια επαλήθευσης -acknowledgement frames) Ανίχνευση και επιδιόρθωση λαθών (Error detection and correction) Έλεγχος ροής (flow control) Μοντέλο OSI Στρώµα ικτύου(network Layer) ροµολόγηση πακέτων Έλεγχος συµφόρησης Στρώµα Μεταφοράς (Transport Layer) Τεµαχίζει τα µηνύµατα σε µικρότερες µονάδες Επιβεβαιώνει ότι όλες οι µονάδες φτάνουν στο άλλο άκρο και επανα-συναρµολογεί το µήνυµα Πολυπλεξία συνδέσεων Υπηρεσίες µεταφοράς πακέτων από άκρο σε άκρο (end-to-end) (π.χ., αξιόπιστη µεταφορά δεδοµένων στον δέκτη) Έλεγχος συµφόρησης (congestion) και ροής πακέτων 8
Μοντέλο OSI Στρώµα Συνόδου (Session Layer) Εγκαθίδρυση και επίβλεψη συνδέσεων µεταξύ τερµατικών συστηµάτων Στρώµα Παρουσίασης (Presentation Layer) Κωδικοποίηση δεδοµένων, Μετατροπές στη µορφή παρουσίασης της πληροφορίας (συµπίεση, ασφάλεια) Στρώµα Εφαρµογής (Application Layer) Περιλαµβάνει προγράµµατα χρηστών τα οποία χρησιµοποιούν το επίπεδο παρουσίασης για τις επικοινωνιακές τους ανάγκες 9
«Επικοινωνία» µεταξύ επιπέδων στο µοντέλο OSI Ενθυλάκωση (encapsulation) των header+data κάθε επιπέδου ως δεδοµένα του κατώτερου επιπέδου Ενθυλάκωση (encapsulation) στο µοντέλο του OSI Data link layer Header (επικεφαλίδα) Data link layer Trailer (ουρά)
To µοντέλο αναφοράς TCP/IP εν έχουν υλοποιηθεί To µοντέλο αναφοράς TCP/IP
Το Μοντέλο του ιαδικτύου FTP HTTP SNMP TFTP TCP UDP IP NET NET 2 NET n 2
Πρωτόκολλο (protocol) Ησυµφωνία ανάµεσα σε δύο επικοινωνούντα µέρη, ως προς τον τρόπο µε τον οποίο θα διεξαχθεί η επικοινωνία Ένα ανθρώπινο πρωτόκολλο και ένα δικτυακό πρωτόκολλο: Γεια σου Γεια Έχεις ώρα; 2: χρόνος TCP connection req TCP connection response <file> Πλαισίωση (Framing) Στο επίπεδο «ζεύξης δεδοµένων» δύο υπολογιστές ανταλλάσσουν πλαίσια (frames) Ένα πλαίσιο περιέχει: ιεύθυνση αποστολέα (MAC address) ιεύθυνση παραλήπτη (MAC address της κάρτα δικτύου που είναι µοναδική) εδοµένα Κώδικα ανίχνευσης σφαλµάτων κατά την επικοινωνία Επικεφαλίδα και ουρά (header & trailer) Πρωτόκολλο (προαιρετικό: σε περίπτωση που κάποια µηχανή υποστηρίζει διάφορα πρωτόκολλα) 3
Πλαίσια βασισµένα σε συρµούς ψηφίων (bit streams) 8 6 6 8 BS Header BODY CRC ES High-level Data Link Control (HDLC) BS: Beginning Sequence ES: Ending Sequence Η σειρά µεταδίδεται επίσης και όταν το κανάλι είναι ανενεργό Πως αντιµετωπίζεται η περίπτωση όπου η σειρά παρουσιάζεται µέσα στα δεδοµένα; Bit-stuffing Πως αντιµετωπίζεται η περίπτωση όπου η σειρά παρουσιάζεται µέσα στα δεδοµένα; Ο αποστολέας µόλις στείλει 5 συνεχόµενα, (δεδοµένου ότι δεν θέλει να στείλει το ES), τότε στέλνει και µετά συνεχίζει µε τα υπόλοιπα ψηφία. Ο παραλήπτης, µόλις παραλάβει 5 συνεχόµενα, τότε ελέγχει το επόµενο ψηφίο Εάν είναι, τότε υποθέτει ότι αποτελεί bit-stuffing, το αγνοεί και συνεχίζει την λήψη των υπολοίπων ψηφίων. Εάν όµως είναι, τότε αντιλαµβάνεται ότι το πλαίσιο είτε έχει τελειώσει είτε υπάρχει κάποιο λάθος και παίρνει το επόµενο ψηφίο. Εάν είναι, δηλαδή έχει πάρει, τότε το πλαίσιο έχει τελειώσει. Εάν είναι, τότε υπάρχει κάποιο λάθος, οπότε ολόκληρο το πλαίσιο απορρίπτεται, και περιµένει το επόµενο που αποτελεί την αρχή του επόµενου πλαισίου. 4
Bit-stuffing εδοµένα που παραδίδονται από το Network Layer Στα δεδοµένα εµφανίζεται ακολουθία 8 bits που συµπίπτει µε το BS και το ES Extra bit που προστίθεται από το Data Link Layer Extra bit που αφαιρείται από το Data Link Layer του παραλήπτη και διαβιβάζεται στο Network Layer Ο αποστολέας προσθέτει ένα επιπλέον bit ώστε ο παραλήπτης να µην το εκλάβει ως ES Ο παραλήπτης αφαιρεί το επιπλέον bit Ανίχνευση Σφαλµάτων (Error Detection) Σφάλµατα λόγω θορύβου ή παρεµβολών Ανίχνευση και Επιδιόρθωση Σφαλµάτων Προϋποθέτουν την αποστολή πλεονάζουσας πληροφορίας (redundant information) π.χ. ένα πακέτο αποστέλλεται δύο φορές αν ο παραλήπτης λάβει δύο πακέτα που συµπίπτουν, θεωρεί ότι δεν έχει γίνει λάθος στην µετάδοση του πακέτου Μέθοδοι ανίχνευσης σφάλµατος ισδιάστατη Ισοτιµία (two-dimensional parity) Άθροισµα ελέγχου (check sum) Κυκλικός Κώδικας Πλεονασµού (Cyclic Redundancy Check CRC) 5
Ανίχνευση Σφαλµάτων (Error Detection) Τι γίνεται σε περίπτωση που ανιχνευθεί σφάλµα; Επαναµετάδοση (retransmission): Ο δέκτης ζητά από τον αποστολέα να ξαναστείλει το πλαίσιο Στο πλαίσιο µπορεί να περιληφθεί πλεονάζουσα πληροφορία ώστε ο δέκτης να µπορεί να επιδιορθώσει τα σφάλµατα (error correction codes) Πότε χρησιµοποιούµε επαναµετάδοση και πότε επιδιόρθωση σφάλµατος; Τεχνικές Ανίχνευσης Σφαλµάτων: Μονοδιάστατη Ισοτιµία (Parity) Έστω ότι χρησιµοποιούµε άρτια ισοτιµία (το άθροισµα των data και parity bits είναι άρτιος αριθµός) Ο αποστολέας στέλνει: Data bits Παράδειγµα ο Ο παραλήπτης λαµβάνει: parity bit Το άθροισµα των bits δεν είναι άρτιο: ο παραλήπτης ανιχνεύει λάθος και ζητάει επανεκποµπή Λάθος (δεν µπορεί βέβαια να το διορθώσει) Παράδειγµα 2ο Ο παραλήπτης λαµβάνει: ύο λάθη Το άθροισµα των bits είναι άρτιο: ο παραλήπτης δεν ανιχνεύει λάθος 6
υσδιάστατη Ισοτιµία (Parity) bit σε κάθε byte χρησιµοποιείται σαν bit ισοτιµίας Το άθροισµα όλων των bits να είναι άρτιο (even parity) Το πρωτόκολλο µπορεί να καθορίζει είτε άρτια (even parity) είτε περιττή ισοτιµία (odd parity) Τα δεδοµένα τοποθετούνται σε ένα πίνακα (matrix) Το άθροισµα όλων των στηλών και γραµµών να είναι θετικό (even parity) Η µέθοδος ανιχνεύει σφάλµατα στις περιπτώσεις που υπάρχουν ή 2 ή 3 σφάλµατα σε ένα πλαίσιο ή πολλές φορές ακόµα και 4 Πλεονάζουσα πληροφορία = 8 + Ν bits, όπου Ν = databits / 7 (δηλαδή για κάθε 7 bits δεδοµένων στέλνεται ένα parity bit) Πολύ πιο αποδοτικό από το να σταλούν όλα τα δεδοµένα 2 φορές και επίσης υπάρχει καλύτερη πιθανότητα ανίχνευσης των σφαλµάτων Παράδειγµα υσδιάστατης Ισοτιµίας Bits ισοτιµίας (parity bits) Χρησιµοποιείται Χρησιµοποιείται άρτια άρτια ισοτιµία ισοτιµία (το (το άθροισµα άθροισµα των των bits bits σε σε κάθε κάθε γραµµή γραµµή & στήλη στήλη είναι είναι άρτιος άρτιος αριθµός) αριθµός) 7
8 Παράδειγµα υσδιάστατης Ισοτιµίας Λάθος Λάθος Ο δέκτης παρέλαβε το πιο κάτω πλαίσιο: Ο δέκτης µπορεί να επιδιορθώσει το σφάλµα! Παράδειγµα υσδιάστατης Ισοτιµίας Λάθος Λάθος Ο δέκτης παρέλαβε το πιο κάτω πλαίσιο: Ο δέκτης δεν µπορεί να επιδιορθώσει το σφάλµα! ιπλά λάθη ανιχνεύονται αλλά δεν διορθώνονται αν βρίσκονται στην ίδια γραµµή ή στήλη ιπλά λάθη ανιχνεύονται αλλά δεν διορθώνονται αν βρίσκονται στην ίδια γραµµή ή στήλη
Άθροισµα Ελέγχου (checksum) Οαποστολέας απλά προσθέτει όλες τις λέξεις (words) του πλαισίου και επισυνάπτει το άθροισµα στο πλαίσιο (ones complement addition) Ο παραλήπτης κάνει το ίδιο (απλά προσθέτει όλες τις λέξεις του πλαισίου και συγκρίνει το αποτέλεσµα µε το Άθροισµα Ελέγχου που παρέλαβε µε το πλαίσιο Εάν τα δύο αθροίσµατα είναι τα ίδια, τότε το πλαίσιο είναι αποδεκτό Εάν τα δύο αθροίσµατα διαφέρουν, τότε το πλαίσιο απορρίπτεται Ο αλγόριθµος αυτός συνήθως δεν χρησιµοποιείται στη ζεύξη δεδοµένων Παράδειγµα: H e l l o W o r l d. 48 65 6C 6C 6F 2 77 6F 72 6C 64 2E 4865 + 6C6C + 6F2 + 776F + 726C + 642E = 7FC Στέλνονται τα δεδοµένα ακολουθούµενα από το 77C Τεχνικές ιόρθωσης (Hamming) Κωδικοποιούνται οι καταστάσεις µε τρόπο ώστε να απέχουν µεταξύ τους τουλάχιστον ένα συγκεκριµένο αριθµό αλλαγών (απόσταση Hamming). π.χ. Απόσταση Hamming των και = 3 (µε XOR) Παράδειγµα: έστω αλφάβητο τεσσάρων συµβόλων (A, B, C, D) Κωδικοποίηση ώστε να µεγιστοποιηθεί η απόσταση Hamming: Α=, Β =, C =, D = (ποια είναι η απόσταση Hamming και ποια η σπατάλη;) Σε διπλό σφάλµα κάνω σωστή διόρθωση, π.χ. αν λάβω => (πως βρίσκω τη σωστή λέξη;) Αν όµως ένα τριπλό λάθος αλλάξει το σε θα το διορθώσω εσφαλµένα σε Για ανίχνευση d σφαλµάτων χρειάζεται κώδικας µε απόσταση Hamming d+ Για διόρθωση d σφαλµάτων χρειάζεται κώδικας µε απόσταση Hamming 2d+ Ξοδεύονται κάποιοι κωδικοί: δεν αντιστοιχίζονται σε νόµιµες τιµές (π.χ., στο παραπάνω παράδειγµα, ο κωδικός δεν είναι νόµιµος). Όταν ανιχνεύεται παράνοµος κωδικός, µετατρέπεται στον πιο κοντινό του νόµιµο. Σπατάλη, αλλά αξιοπιστία. Χρησιµοποιούνται σε CD-ROM 9
Κυκλικός Κώδικας Πλεονασµού (Cyclic Redundancy Check, CRC) Βασισµένη στη θεωρία των πεπερασµένων πεδίων Κάθε συρµός (bit stream) αντιπροσωπεύει ένα πολυώνυµο M(x) (n+)-bit συρµός αντιπροσωπεύει πολυώνυµο βαθµού n M(x) = x 3 +x 2 +x +x = x 3 +x Επιλογή διαιρέτη: Πολυώνυµο C(x) βαθµού k το οποίο γνωρίζουν ο αποστολέας και παραλήπτης Ο αποστολέας στέλνει το πολυώνυµο P(x) το οποίο είναι βαθµού n+k (δηλαδή n+k+ bits) Το πολυώνυµο P(x) επιλέγεται έτσι ώστε το υπόλοιπο της διαίρεσης P(x) / C(x) να είναι Ο παραλήπτης κάνει τη διαίρεση και αν υπάρχει υπόλοιπο τότε το δεδοµένο πλαίσιο έχει κάποιο σφάλµα Εάν δεν υπάρχει υπόλοιπο, τότε πιθανότατα το πλαίσιο παραλήφθηκε σωστά Πλαισίωση, έλεγχος σφαλµάτων και θόρυβος Υποθέτουµε πως έχουµε πλαίσιο µεγέθους n bits και η πιθανότητα σφάλµατος σε ένα bit = p (ανεξάρτητη από την πιθανότητα σφάλµατος σε οποιοδήποτε άλλο bit). Πιθανότητα αλάνθαστης µετάδοσης του πλαισίου (-p) n Όσο µεγαλώνει ένα πλαίσιο, µεγαλώνει και η πιθανότητα σφάλµατος! Όσο µικραίνει ένα πλαίσιο αυξάνονται και οι µη ωφέλιµες πληροφορίες (επικεφαλίδες κλπ) που µεταδίδονται Εάν η πιθανότητα λάθους σε ένα πλαίσιο είναι «µικρή» τότε, σε περίπτωση λάθους, ο παραλήπτης µπορεί να ζητήσει επαναµετάδοση του πλαισίου Σε περίπτωση που η πιθανότητα λάθους σε ένα πλαίσιο είναι «µεγάλη», τότε µπορεί να είναι πιο αποδοτικό να χρησιµοποιείται διόρθωση λαθών (π.χ. Forward error correction code, FEC) 2
Περίληψη Ως τώρα γνωρίσαµε τεχνικές µε τις οποίες ο δέκτης ανιχνεύει ή (πιθανά) διορθώνει σφάλµατα Πως όµως ο δέκτης ενηµερώνει ότι έχει (ή δεν έχει) λάβει ένα πλαίσιο και µάλιστα χωρίς λάθη;;; Αξιόπιστη µετάδοση και έλεγχος ροής (reliable transmission and flow control) Πρωτόκολλα Παύσης και Αναµονής (Stop and Wait Protocols) Πρωτόκολλα Ολισθαίνοντος Παραθύρου (sliding window protocols) Παράθυρο µε bit Πρωτόκολλο µε οπισθοδρόµηση κατά Ν (Go-Back N) Πρωτόκολλο µε Επιλεκτική Επανάληψη (selective repeat) 2
Αξιόπιστη Μετάδοση (Reliable Transmission) Χρήση πακέτων επιβεβαίωσης (acknowledgements, ACKs) και χρονοµέτρων (timers) Ο δέκτης κάθε φορά που παραλαµβάνει ένα πλαίσιο χωρίς σφάλµατα τότε στέλνει πακέτο επιβεβαίωσης (ACK) στον αποστολέα Ο αποστολέας συνεχίζει να στέλνει πλαίσια ενόσω λαµβάνει ACKs Εάν περάσει µια χρονική περίοδος κατά την οποία ο αποστολέας δεν λάβει κανένα ACK, ή αν λάβει αρνητικές επαληθεύσεις NACK (δηλαδή ο δέκτης έλαβε πλαίσια µε σφάλµατα), ο αποστολέας ξαναστέλνει τα προηγούµενα πλαίσια Πρωτόκολλα Παύσης και Αναµονής (Stop and Wait Protocols) Οποµπός στέλνει ένα πλαίσιο και σταµατάει, περιµένοντας επαλήθευση (ACK) Όταν πάρει ACK στέλνει το επόµενο πλαίσιο Εάν πάρει NACK ή λήξει κάποιο χρονόµετρο (timer), τότε ξαναστέλνει το προηγούµενο πακέτο Αποστολέας Παραλήπτης χρονόµετρο χρονόµετρο Πλαίσιο ACK ACK Πλαίσιο Αργή Αργήδιαδικασία... Σταµατάω Σταµατάω τη τη µετάδοση µετάδοση δεδοµένων δεδοµένων µέχρι µέχρι να να φτάσει φτάσει κάποιο κάποιο ACK ACK 22
Τι µπορεί να πάει λάθος Αποστολέας Παραλήπτης Αποστολέας Παραλήπτης χρονόµετρο Πλαίσιο χρονόµετρο Πλαίσιο ACK Πλαίσιο Πλαίσιο ACK ACK Το πλαίσιο έχει χαθεί (π.χ. λόγω buffer overflow σε έναν router) Περιττή επανεκποµπή ενός πλαισίου που έχει ληφθεί χωρίς λάθη επειδή χάθηκε το ACK Τι µπορεί να πάει λάθος Αποστολέας Παραλήπτης χρονόµετρο Πλαίσιο ACK Πλαίσιο χρονόµετρο ACK Περιττή επανεκποµπή ενός πλαισίου που έχει ληφθεί χωρίς λάθη επειδή άργησε το ACK (έληξε ο timer) 23
Αύξων Αριθµός Πλαισίου (Frame Sequence Number) Αποστολέας Παραλήπτης Πλαίσιο ACK Πλαίσιο ACK Πλαίσιο ACK Πρωτόκολλα Ολισθαίνοντος Παραθύρου (Sliding Window) Οαποστολέας διατηρεί ένα παράθυρο µε τους αύξοντες αριθµούς όλως των πλαισίων που έχει στείλει και για τα οποία δεν έχει λάβει επαλήθευση Κάθε φορά που στέλνει καινούργιο πλαίσιο, αυξάνει το άνω όριο του παραθύρου Κάθε φορά που λαµβάνει επαλήθευση, αυξάνει το κάτω όριο του παραθύρου Ο παραλήπτης επίσης διατηρεί παράθυρο µε τους αύξοντες αριθµούς των πλαισίων που αναµένει Αν πάρει πλαίσιο εκτός παραθύρου, τότε το αγνοεί Οι αύξοντες αριθµοί επαληθευµένων πλαισίων µπορούν να µπουν στην επικεφαλίδα εξερχόµενων πλαισίων για καλύτερη απόδοση (piggybacking) 24
Πρωτόκολλο Ολισθαίνοντος Παραθύρου µε Παράθυρο bit Υποθέτουµε ότι ο αύξων αριθµός αποτελείται από 3 bits (δηλαδή -7). Αποστολέας Παράθυρο αποστολής 2 3 4 5 6 7 2 3 4 5 6 7 Παραλήπτης Παράθυρο λήψης Οπισθοδρόµηση κατά Ν (Go Back N): κανονική λειτουργία 25
Οπισθοδρόµηση κατά Ν (Go Back N): χαµένο πλαίσιο Το πλαίσιο #2 χάνεται. Όταν ο παραλήπτης λαµβάνει το πλαίσιο #3, το απορρίπτει γιατί περιµένει το #2 (σύµφωνα µε το παράθυρό του) Τα ACKs στέλνονται αθροιστικά Επιλεκτική Επανάληψη (Selective Repeat) To πρόβληµα µε την τεχνική Go-Back-N είναι ότι σε περίπτωση λάθους σε ένα πλαίσιο, ο αποστολέας µπορεί να ξαναστείλει πολλά πλαίσια που είχαν ληφθεί σωστά, άρα δεν είναι αποδοτική σε κανάλια µε υψηλό θόρυβο π.χ. στο προηγούµενο παράδειγµα ξαναστέλνει το πλαίσιο #3, παρότι είχε ληφθεί σωστά από το δέκτη Στην τεχνική Selective Repeat ο παραλήπτης έχει παράθυρο µεγαλύτερο από στέλνει NACK για πλαίσια που έχουν χαθεί αλλά κρατάει επόµενα πλαίσια (όσα του επιτρέπει το παράθυρό του) που έχουν ληφθεί χωρίς λάθη Πρόβληµα: χρειάζεται περισσότερη µνήµη (buffer) στην πλευρά του παραλήπτη Το παράθυρο του αποστολέα δεν µπορεί να υπερβαίνει το (MaxSeqNum+)/2 26
Επιλεκτική Επανάληψη (Selective Repeat) 27
Εργαλεία «διάγνωσης» (probing) στο Internet Το Internet «µεγαλώνει» µε εκθετικό ρυθµό, τόσο σε αριθµό χρηστών, όσο και σε αριθµό συνδεδεµένων Η/Υ Πως προκύπτουν όµως στατιστικά δεδοµένα σχετικά µε τον αριθµό συνδεδεµένων Η/Υ; Τις πρώτες µέρες του Internet υπήρχαν µερικές δες τοποθεσίες και το µέγεθος µπορούσε να προσδιοριστεί εύκολα Σήµερα χρειάζεται ένα αυτοµατοποιηµένο εργαλείο που διατρέχει το DNS (το σύστηµα που αποθηκεύει ονόµατα και διευθύνσεις υπολογιστών) και µετά ελέγχει αν ο κάθε Η/Υ είναι συνδεδεµένος εκείνη τη στιγµή Υπάρχουν σήµερα διαθέσιµα στους χρήστες εργαλεία για τη διάγνωση (probing) στο Internet ICMP Internet Control Message Protocol Αποτελεί το µηχανισµό αποστολής µηνυµάτων ελέγχου και αναφοράς λαθών για τη λειτουργία ενός δικτύου IP ICMP πακέτα: IP πακέτα ειδικού τύπου (χωρίς L4 payload) Echo_request Echo_reply Time exceeded Host_unreachable Port_unreachable 28
Ping Ένα από τα απλούστερα διαγνωστικά εργαλεία Ο χρήστης δίνει ως όρισµα το όνοµα ή τη διεύθυνση ενός Η/Υ Το ping στέλνει ένα µήνυµα (ICMP packet) στον Η/Υ και περιµένει ένα µικρό χρονικό διάστηµα έως ότου ο Η/Υ αποκριθεί Αν ο Η/Υ αποκριθεί σηµαίνει ότι είναι alive, διαφορετικά το Ping αναφέρει ότι ο Η/Υ δεν αποκρίνεται Πως εκτελείται: ping <όνοµα Η/Υ> [παράµετροι] ping sapfo.aegean.gr Παραδείγµατα παραµέτρων -a: Resolve addresses to hostnames -r <count>: Record route for count hops -w timeout: Timeout in milliseconds to wait for each reply Ping οκιµάστε να κάνετε ping τον Η/Υ ct-green.ct.aegean.gr και αναφέρεται τι είδους στοιχεία τυπώνει Από την κονσόλα (command prompt) του Η/Υ σας Από έναν αποµακρυσµένο Η/Υ, π.χ. http://helios.teiath.gr/net_utils/net_frames.html Τι διαφορές εντοπίζετε;;; 29
Ping «Τρέξτε» το ping κάνοντας χρήση κάποιων από τις διαθέσιµες παραµέτρους, π.χ. ping -r 9 sapfo.aegean.gr ping -w 2 sapfo.aegean.gr Ping: χρησιµότητα ως διαγνωστικό εργαλείο & αδυναµίες To ping χρησιµοποιείται συχνά ως διαγνωστικό εργαλείο από διαχειριστές δικτύων (network administrators) Ενηµερώνει κατά πόσο ένας Η/Υ είναι συνδεδεµένος και λειτουργεί, για το κατά πόσο υπάρχει συµφόρηση (congestion) στο δίκτυο, για το ποια τµήµατα του δικτύου λειτουργούν σωστά και ποια έχουν βλάβη, κλπ (πως;;;;) Έχει όµως πολλές αδυναµίες ως διαγνωστικό εργαλείο καθώς αν ένας Η/Υ δεν αποκρίνεται, δύσκολα µπορεί να εξακριβωθεί η ακριβής αιτία Ο Η/Υ έχει αποσυνδεθεί, δεν λειτουργεί (off) ή έχει βλάβη Ο τοπικός Η/Υ έχει αποσυνδεθεί από το δίκτυο Ίσως υπάρχει πρόβληµα σε ενδιάµεσο Η/Υ ή στο δίκτυο Το δίκτυο είναι υπερφορτωµένο µε κυκλοφορία δεδοµένων και ο Η/Υ δεν αποκρίνεται στον καθορισµένο χρόνο Η εταιρία που φιλοξενεί τον Η/Υ έχει ρυθµίσει το δίκτυό της έτσι ώστε να απορρίπτονται ping πακέτα (για λόγους ασφαλείας, ώστε να είναι εξασφαλισµένη από επιθέσεις «άρνησης εξυπηρέτησης» (denial of service), όπου το δίκτυο κατακλύζεται από Ping πακέτα ώστε να τεθεί εκτός λειτουργίας 3
traceroute ιαγνωστικό εργαλείο που προσδιορίζει τους ενδιάµεσους Η/Υ κατά µήκος της διαδροµής από τον τοπικό προς ένας αποµακρυσµένο Η/Υ Κάθε µία από τις γραµµές εξόδου του προγράµµατος αντιστοιχεί σε έναν ενδιάµεσο Η/Υ (δροµολογητή, router) Υπάρχει ως προ-εγκατεστηµένο πρόγραµµα σε πολλά λειτουργικά συστήµατα Μπορείτε να το «τρέξετε» και online, π.χ. http://www.ntua.gr/nmc/traceroute.html traceroute 3
traceroute: πως λειτουργεί; Όταν εκτελούµε το traceroute στον τοπικό Η/Υ, στέλνουµε ένα UDP πακέτο µε το πεδίο Time-To-Live (TTL)= Όταν αυτό το πακέτο φθάσει στον πρώτο ενδιάµεσο Η/Υ (router), αυτός µειώνει την τιµή του TTL κατά ένα και απορρίπτει το πακέτο. Στη συνέχεια ο router στέλνει ένα πακέτο στον Η/Υ µας αναφέροντας τη διεύθυνσή του, άρα ο Η/Υ µας γνωρίζει πλέον τον πρώτο ενδιάµεσο router στη διαδροµή προς τον αποµακρυσµένο Η/Υ που µας ενδιαφέρει Στη συνέχεια, ο Η/Υ µας στέλνει ένα UDP πακέτο µε TTL=2 (µε την ίδια διεύθυνση παραλήπτη, εκείνη του Η/Υ που µας ενδιαφέρει) Το πακέτο θα περάσει από τον ίδιο ενδιάµεσο router που ήδη γνωρίζουµε, ο οποίος θα µειώσει το TTL= και θα το προωθήσει στον επόµενο ενδιάµεσο router. Εκείνος (ο 2ος ενδιάµεσος) θα µειώσει το TTL=, θα απορρίψει το πακέτο και θα στείλει πίσω στον Η/Υ µας ένα ICMP πακέτο που θα αναφέρει τη διεύθυνσή του. Άρα πλέον γνωρίζουµε και τον δεύτερο ενδιάµεσο router Στο επόµενο βήµα, ο Η/Υ µας θα στείλει πάλι ένα UDP πακέτο µε TTL=3 και η ίδια διαδικασία επαναλαµβάνεται µέχρι να λάβουµε ένα ICMP πακέτο µε τη διεύθυνση του H/Y που µας ενδιαφέρει. Τότε θα γνωρίζουµε πλέον την πλήρη λίστα µε τους ενδιάµεσους routers που βρίσκονται ανάµεσα στον Η/Υ µας και σε εκείνος που µας ενδιαφέρει. traceroute: πως λειτουργεί; 45.3.57.2 22..2.9 95.32.56.2 UDP (TTL = ) Destination: 33.22.44.3 5.2.7.22 33.22.44.3 TTL: Time To Live 32
traceroute: πως λειτουργεί; 45.3.57.2 22..2.9 95.32.56.2 TTL = 5.2.7.22 33.22.44.3 TTL: Time To Live traceroute: πως λειτουργεί; 45.3.57.2 22..2.9 95.32.56.2 ICMP Address: 45.3.57.2 5.2.7.22 33.22.44.3 TTL: Time To Live traceroute output:. 45.3.57.2 33
traceroute: πως λειτουργεί; TTL = 45.3.57.2 22..2.9 95.32.56.2 UDP (TTL = 2) Destination: 33.22.44.3 5.2.7.22 33.22.44.3 TTL = TTL: Time To Live traceroute: πως λειτουργεί; 45.3.57.2 22..2.9 95.32.56.2 ICMP Address: 5.2.7.22 5.2.7.22 33.22.44.3 TTL: Time To Live traceroute output:. 45.3.57.2 2. 5.2.7.22 34