Κατανεμημένα Συστήματα

Κατανεμημένα Συστήματα Δικτύωση και Επικοινωνία Χρήστος Γκουμόπουλος Πανεπιστήμιο Αιγαίου Τμήμα Μηχανικών Πληροφοριακών και Επικοινωνιακών Συστημάτων

Κατανεμημένα Συστήματα Διεργασίες που τρέχουν σε ανεξάρτητες μηχανές και συνεργάζονται χωρίς την ύπαρξη κοινής μνήμης. Πρέπει με κάποιο τρόπο να επικοινωνούν Η διασύνδεσή τους είναι το δίκτυο

ΒΑΣΙΚΕΣΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΔΙΚΤΥΩΣΗΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 3

Απαιτήσεις ΚΣ Απόδοση Επεκτασιμότητα Αξιοπιστία Ασφάλεια Ποιότητα υπηρεσιών και Πολυεκπομπή (multicasting) 4

Απόδοση Οι παράμετροι δικτυακής απόδοσης που μας ενδιαφέρουν περισσότερο είναι εκείνες που επηρεάζουν την ταχύτητα μεταφοράς μηνυμάτων μεταξύ δύο Η/Υ. Αυτές είναι η καθυστέρηση(latency) και ο από σημείο-σεσημείο ρυθμός μεταφοράς (transfer rate). Η καθυστέρηση αφορά το χρόνο που μεσολαβεί από την ολοκλήρωση αποστολής δεδομένων και πριν την άφιξη στον προορισμό τους. Ο ρυθμός μεταφοράςαφορά την ταχύτητα με την οποία τα δεδομένα μεταφέρονται μεταξύ δύο Η/Υ (συνήθως μετράται σε bps). Το εύρος ζώνης (bandwidth) του δικτύου ταυτίζεται με τον ρυθμό μεταφοράς για δίκτυα βασικής ζώνης (baseband) Msg Transmission Time = latency + MsgLength/data transfer rate Για μικρά μηνύματα το latency παίζει σημαντικό ρόλο Το latency μεταξύ τοπικού δικτύου και διαδικτύου διαφέρει κατά μια τάξη μεγέθους 5

Επεκτασιμότητα Υπολογιστές στο ιαδίκτυο Η ραγδαία αύξηση του αριθμού των hosts που συνδέονται στο Διαδίκτυο αλλά και του όγκου δεδομένων που διακινείται σε αυτό θέτει θέματα επεκτασιμότητας (scalability) Προβλέπονται αλλαγές στις δικτυακές τεχνολογίες για να αντιμετωπισθεί η αυξανόμενη τάση στην χρήση του Διαδικτύου (διευθυνσιοδότηση και μηχανισμοί δρομολόγησης). 6

Αξιοπιστία Πολλές κατανεμημένες εφαρμογές μπορούν να επανακάμψουν από επικοινωνιακές αποτυχίες, άρα δεν απαιτούν εγγυημένη, χωρίς σφάλματα επικοινωνία. Άλλωστε, ο εντοπισμός και διόρθωση επικοινωνιακών σφαλμάτων συχνά γίνεται με μεγαλύτερη επιτυχία από λογισμικό του επιπέδου εφαρμογών. Η αξιοπιστία των περισσότερων φυσικών μέσων μετάδοσης είναι υψηλή, τα περισσότερα σφάλματα οφείλονται σε αποτυχίες του λογισμικού του αποστολέα ή του αποδέκτη ή από υπερχείλιση κάποιου buffer, παρά στο δίκτυο. 7

Ασφάλεια Το πρώτο επίπεδο άμυνας που υιοθετείται από τους περισσότερους οργανισμούς για την ασφάλεια ΚΣ είναι η χρήση ενός firewall(μέρος ενός ΚΣ, σχεδιασμένου για να παρέχει διαβαθμισμένη πρόσβαση στους πόρους του ΚΣ). Ένα firewall τρέχει σ ένα gateway του οργανισμού και λαμβάνει όλα τα εισερχόμενα και εξερχόμενα μηνύματα με σκοπό να τα φιλτράρει σύμφωνα με τις πολιτικές ασφάλειας του οργανισμού. Για να μπορέσουν οι κατανεμημένες εφαρμογές να ξεπεράσουν τους περιορισμούς του firewall απαιτείται ένα ευέλικτο περιβάλλον που διασφαλίζει αυθεντικοποίηση και ιδιωτικότητα. 8

Στόχοι πολιτικής ασφάλειας Έλεγχος υπηρεσιών: καθορίζεται ποιες υπηρεσίες που προσφέρονται από εσωτερικούς Η/Υ είναι προσπελάσιμες για εξωτερική πρόσβαση και ποιες εισερχόμενες αιτήσεις υπηρεσίας απορρίπτονται (π.χ. εισερχόμενες HTTP αιτήσεις μπορεί να απορρίπτονται αν δεν κατευθύνονται σε έναν επίσημο web server). Έλεγχος συμπεριφοράς: προλαμβάνει συμπεριφορά που παραβιάζει τις πολιτικές του οργανισμού ή δεν έχει ευδιάκριτο νόμιμο στόχο και συνεπώς υπάρχει υποψία ότι αποτελεί μέρος επίθεσης. Κάποιες από αυτές τις πράξεις φιλτραρίσματος μπορεί να είναι εφαρμόσιμες στο IP ή TCP επίπεδο, ενώ άλλες (π.χ. φιλτράρισμα του spam email) μπορεί να απαιτεί ερμηνεία των μηνυμάτων σε υψηλότερο επίπεδο. Έλεγχος χρηστών: Ο οργανισμός μπορεί να επιθυμεί να κάνει διάκριση μεταξύ των χρηστών, επιτρέποντας σε κάποιους πρόσβαση σε συγκεκριμένες εξωτερικές υπηρεσίες και απαγορεύοντάς την σε άλλους. 9

Εικονικά ιδιωτικά δίκτυα (VPNs) Τα VPNs επεκτείνουν τα προστατευτικά όρια του firewall πέρα από το τοπικό ενδοδίκτυο με τη χρήση κρυπτογραφικά προστατευμένων ασφαλών καναλιών στο IP επίπεδο. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν από εξωτερικούς χρήστες ή για την υλοποίηση ασφαλών συνδέσεων μεταξύ ενδοδικτύων μέσω δημόσιων ζεύξεων Internet. 10

Ποιότητα υπηρεσιών Εφαρμογές που εκπέμπουν πολυμεσικά δεδομένα απαιτούν εγγυημένο εύρος ζώνης και φραγμένες καθυστερήσεις στα επικοινωνιακά κανάλια που χρησιμοποιούν. Κάποιες εφαρμογές προσαρμόζουν δυναμικά τις απαιτήσεις τους και προσδιορίζουν μια ελάχιστα αποδεκτή και μια επιθυμητή βέλτιστη ποιότητα υπηρεσίας. 11

Πολυεκπομπή Συχνά στα ΚΣ προκύπτει η ανάγκη για επικοινωνία ένας-προςπολλούς. Για παράδειγμα, η ανοχή σε σφάλματα,ως συνέπεια της επανάληψης υπηρεσιών, ενδεχομένως να απαιτεί μια ομάδα από πανομοιότυπους εξυπηρετητές που λαμβάνουν ένα αίτημα μέσω πολυεκπομπής και εκτελούν τις ίδιες λειτουργίες με την ίδια διάταξη, ώστε να υπάρχει συνέπεια μεταξύ τους. Εδώ, η σειριακή αποστολή προς καθένα αποδέκτη είναι πιο ακριβή από ό,τι χρειάζεται και δεν παρουσιάζει τα απαιτούμενα χαρακτηριστικά ανεκτικότητας σε λάθη. Για αυτούς τους λόγους, πολλές δικτυακές τεχνολογίες υποστηρίζουν την ταυτόχρονη μετάδοση μηνυμάτων σε πολλαπλούς αποδέκτες. 12

IP Multicast To IP multicast πρωτόκολλο παρέχεται πάνω από το πρωτόκολλο Διαδικτύου IP και επιτρέπει την μετάδοση ενός IP πακέτου σε μια ομάδα πολυεκπομπής (multicast group). Μια ομάδα πολυεκπομπής προσδιορίζεται από μια class D IP διεύθυνση (τιμή 1110 στα πρώτα τέσσερα bits μιας IPv4 διεύθυνσης). H συμμετοχή ενός Η/Υ σε μια ομάδα πολυεκπομπής είναι δυναμική. Ένας Η/Υ ανήκει σε μια ομάδα πολυεκπομπής εφόσον μια ή περισσότερες διεργασίες που τρέχουν σε αυτόν έχουν sockets που ανήκουν στην ομάδα πολυεκπομπής (τα sockets αυτά σχετίζονται με μια διεύθυνση πολυεκπομπής). 13

Java API για multicast datagrams Ενδεικτικοί κατασκευαστές της κλάσης MulticastSocket είναι: MulticastSocket() Δημιουργεί ένα multicast socket και το συνδέει με οποιαδήποτε ελεύθερη θύρα. MulticastSocket(int port) Δημιουργεί ένα multicast socket και το συνδέει με συγκεκριμένη θύρα. Βασικές μέθοδοι της κλάσης MulticastSocket είναι: void joingroup(inetaddress mcastaddr) Ένωση με μια ομάδα πολυεκπομπής. void leavegroup(inetaddress mcastaddr) Αποχώρηση από μια ομάδα πολυεκπομπής. void settimetolive(int ttl) Θέτει μια τιμή στην ιδιότητα time-to-live (TTL) για τα πακέτα πολυεκπομπής που στέλνονται σε αυτό το MulticastSocket ώστε να ελεγχθεί η εμβέλεια της πολυεκπομπής (ο αριθμός των multicast routers). Για τιμή 1 η διάδοση γίνεται μόνον στο τοπικό δίκτυο. 14

ΤΥΠΟΙ ΔΙΚΤΥΩΝ ΚΑΙ ΣΧΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΓΩΓΗΣ 15

Τύποι δικτύων Δίκτυα τοπικής περιοχής (Local Area Networks, LANs) Δίκτυα προσωπικής περιοχής (Personal Area Networks, PANs) Δίκτυα μητροπολιτικής περιοχής (Metropolitan Area Networks, MANs) Δίκτυα ευρείας περιοχής (Wide Area Networks, WANs) Ασύρματα δίκτυα τοπικής περιοχής (Wireless Local Area Networks, WLANs) Ασύρματα δίκτυα μητροπολιτικής περιοχής (Wireless Metropolitan Area Networks, WMANs) Ασύρματα δίκτυα ευρείας περιοχής (Wireless Wide Area Networks, WWANs) Διαδίκτυα (internetworks) 16

Τεχνολογίες μετάδοσης Baseband Όλοι οι κόμβοι μοιράζονται ισότιμα την πρόσβαση στο μέσον του δικτύου Τα δεδομένα χρησιμοποιούν το πλήρες bandwidth του μέσου μετάδοσης Broadband Τα δεδομένα χρησιμοποιούν τμήμα του μέσου μετάδοσης το οποίο διαιρείται σε κανάλια (μπάντες συχνοτήτων)

Δίκτυα τοπικής περιοχής Τα LANs μεταφέρουν μηνύματα με σχετικά μεγάλη ταχύτητα μεταξύ Η/Υ που συνδέονται στο ίδιο μέσο επικοινωνίας. Τα μεγαλύτερα LANs αποτελούνται από πολλά τμήματα (segments) που διασυνδέονται με μεταγωγείς (switches) ή hubs. Στα LANs, το συνολικό εύρος ζώνης συστήματος είναι υψηλό και η καθυστέρηση είναι χαμηλή, εκτός αν η δικτυακή κίνηση είναι πολύ υψηλή. Από τις LAN τεχνολογίες που αναπτύχθηκαν στις αρχές τις δεκαετίας 1970 (Ethernet, δακτύλιοι με κουπόνια, δακτύλιοι με θυρίδες), το Ethernet αναδείχθηκε σε de-facto πρωτόκολλο στα ενσύρματα LANs. 18

Σύνδεση κόμβων σε LAN δίκτυο υπολογιστής Adapter expansion slot (PCI, PC Card, USB) συνήθως είναι ενσωματωμένο στο main board Οι adapters αναφέρονται και σαν Network Interface Cards(NICs) ή adapters ή Network Interface Component

Τοπολογία δικτύου Bus Network

Τοπολογία δικτύου Tree Network

Τοπολογία δικτύου Star Network

Τοπολογία δικτύου Ring Network

Τοπολογία δικτύου Mesh (=Πλέγµα) Network

Παράδειγμα LAN: Ethernet IEEE πρότυπο 802.3 standard Ταχύτητες: 100 Mbps -1 Gbps σήμερα Ethernet: 10 Mbps Fast Ethernet: 100 Mbps Gigabit Ethernet: 1 Gbps 10 Gbps, 100 Gbps Η μέθοδος πρόσβασης στο δίκτυο είναι Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Ο κόμβος ακούει πρώτα αν το δίκτυο είναι κατηλειμένο Αποστέλλει δεδομένα Ελέγχει αν υπάρχει σύγκρουση Αναμεταδίδει σε περίπτωση σύγκρουσης

Δίκτυα προσωπικής περιοχής Αποτελούν υποκατηγορία των τοπικών δικτύων, όπου οι διάφορες ψηφιακές συσκευές που μεταφέρονται από ένα χρήστη συνδέονται μέσω ενός χαμηλού κόστους και ενέργειας δικτύου. Τα ασύρματα δίκτυα προσωπικής περιοχής, όπως το Bluetooth, είναι αυξημένης σημασίας λόγω του μεγάλου αριθμού συσκευών όπως κινητά τηλέφωνα, PDAs, κάμερες, αναπαραγωγείς μουσικής, κλπ, που βρίσκονται σε ευρεία χρήση σήμερα. 26

Δίκτυα μητροπολιτικής περιοχής Αυτός ο τύπος δικτύου βασίζεται σε υψηλού εύρους ζώνης χάλκινα καλώδια και οπτικές ίνες που έχουν αναπτυχθεί σε κάποιες πόλεις για τη μετάδοση video, φωνής και άλλων δεδομένων σε αποστάσεις μέχρι 50 km. Η τεχνολογία γραμμής ψηφιακής συνδρομής (digital subscriber line, DSL) και τα καλωδιακά modems αποτελούν παραδείγματα MANs. 27

Δίκτυα ευρείας περιοχής Τα WANs μεταφέρουν μηνύματα με μικρότερες ταχύτητες μεταξύ κόμβων που ανήκουν συχνά σε διαφορετικούς οργανισμούς και χωρίζονται από μακρινές αποστάσεις. Το μέσο επικοινωνίας είναι ένα σύνολο κυκλωμάτων επικοινωνίας που διασυνδέουν ένα σύνολο από δρομολογητές (routers), οι οποίοι δρομολογούν μηνύματα ή πακέτα προς τον προορισμό τους. 28

Ασύρματα δίκτυα τοπικής περιοχής Σχεδιάστηκαν για να χρησιμοποιηθούν στη θέση των ενσύρματων LANs ώστε να παράσχουν συνδεσιμότητα σε κινητές συσκευές ή απλά για να απαλείψουν την ανάγκη ενσύρματης υποδομής για τη σύνδεση Η/Υ μεταξύ τους ή στο Internet. Χρησιμοποιούνται ευρέως σε παραλλαγές του προτύπου IEEE 802.11 (WiFi). 29

Ασύρματο Ethernet Ασύρματο (τοπολογία αστέρι) 802.11 (1-2 Mbps) 802.11b (11 Mbps -4-5 Mbps πρακτικά) 802.11a (54 Mbps -22-28 Mbps πρακτικά) 802.11g (54 Mbps -32 Mbps πρακτικά) 802.11n (108 Mbps -30-47 Mbps πρακτικά) ethernet Access Point

Ασύρματα δίκτυα μητροπολιτικής περιοχής To πρότυπο IEEE 802.16 (WiMAX) στοχεύει σε αυτό τον τύπο δικτύων, παρέχοντας εναλλακτική λύση στις ενσύρματες συνδέσεις. 31

Ασύρματα δίκτυα ευρείας περιοχής Πολλά δίκτυα κινητής τηλεφωνίας βασίζονται σε ψηφιακές ασύρματες διαδικτυακές τεχνολογίες όπως το GSM. Τα κινητά δίκτυα έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν σε ευρείες περιοχές μέσω της χρήσης κυψελωτών ραδιοσυνδέσεων. Τα κινητά δίκτυα 3ης γενιάς (3G) προσφέρουν αρκετά υψηλότερους ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων από τα GSM (2G) δίκτυα. 32

Διαδίκτυα Ένα διαδίκτυο είναι ένα υποσύστημα επικοινωνίας στο οποίο διάφορα δίκτυα συνδέονται μεταξύ τους για να προσφέρουν κοινές υπηρεσίες επικοινωνίας δεδομένων που επικαλύπτουν τις τεχνολογίες και πρωτόκολλα των επιμέρους δικτύων και των μεθόδων που χρησιμοποιούνται για τη διασύνδεσή τους. 33

Γιατί χρειάζεται η διαδικτύωση; Για να διαχωριστούν / συνδεθούν εταιρικά τμήματα Για να συνδεθούν δύοlans με διαφορετικά πρωτόκολλα Για να συνδεθεί ένα LAN στο Internet Για να κατατμηθεί ένα LAN σε τμήματα (segments) ώστε να μειωθεί η δικτυακή συμφόρηση Για την παροχή ενός τοίχου ασφαλείας μεταξύ διαφορετικών τύπων χρηστών Για τη διασύνδεση WLAN μεlan 34

Παράδειγμα ενός internetwork

Συσκευές υλικού για διαδικτύωση Hub Συσκευή που λειτουργεί ως κεντρικός κόμβος για τα καλώδια του LAN Παίρνει δεδομένα από τη μια θύρα και τα στέλνει σε όλες τις άλλες θύρες Switch Μετακινεί δεδομένα από τη θύρα εισόδου στη θύρα εξόδου. Αναλύει τα πακέτα και προσδιορίζει τη θύρα προορισμού και δημιουργεί μια λογική σύνδεση μεταξύ των θυρών. Διασυνδέει διαφορετικά ομοειδή LANs, κυρίως τύπου Ethernet. Concentrator ή repeater Αναπαράγει τα δεδομένα που φθάνουν Bridge Συνδέει δύο LANsδιαφορετικού τύπου Σύνδεση στο data link layer(επίπεδο 2) Router Προσδιορίζει το επόμενο σημείο του δικτύου προς το οποίο θα μετακινηθεί ένα πακέτο Συνδέει διαφορετικούς τύπους δικτύων LAN και WAN στο network layer (επίπεδο 3)

Hub(διανομέας) Ένα hub διασυνδέει Η/Υ σε ένα LAN Είναι η πιο απλή συσκευή διασύνδεσης Όταν ένας Η/Υ μεταδίδειένα πλαίσιο στον hub, οhub το αναμεταδίδει άμεσα σε όλατις συνδεδεμένες ζεύξεις του Οι συγκρούσεις διαδίδονται 37

Switch (μεταγωγέας) Το switch διασυνδέει δύο ή περισσότερους Η/Υ, παρατηρώντας τη ροή της διερχόμενης δικτυακής κίνησης Όταν φθάσει ένα πλαίσιο, το switchεξετάζει τη διεύθυνση προορισμού και προωθεί το πλαίσιο αποκλειστικά στην κατάλληλη ζεύξη Έχουν αντικαταστήσει τις συσκευές που ονομάζονταν γέφυρες (bridges) 38

Ethernet Hubs vs. Ethernet Switches Ένα Ethernet switch: Αποθηκεύει προσωρινά (buffering)διερχόμενα πλαίσια ώστε να αποφεύγει συγκρούσεις (collisions) Κάθε πόρτα είναι απομονωμένη και δημιουργεί τη δική της περιοχή συγκρούσεων (collision domain) Ένα Ethernet Hub δεν εκτελεί buffering: Εφόσον δύο πλαίσια φθάσουν ταυτόχρονα θα γίνει σύγκρουση Hub Switch CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD HighSpeed Backplane CSMA/CD CSMA/CD Input Buffers Output Buffers 39 39

Router (δρομολογητής) Οι routers στο επίπεδο δικτύου (Layer 3) Διασυνδέουν IP δίκτυα Εξετάζουν τηνip διεύθυνση προορισμού εισερχόμενων πακέτων για να πάρουν απόφαση δρομολόγησης 40

Απόδοση δικτύων 41

Σχήματα μεταγωγής Μεταγωγή κυκλώματος (circuit switching) δεσμευμένο κανάλι από-άκρο-σε-άκρο εγγυημένο bandwidth [σχεδόν] σταθερό latency Παράδειγμα η «παραδοσιακή» τηλεφωνία Μεταγωγή πακέτου (packet switching) κοινό κανάλι τα δεδομένα σπάνε σε κομμάτια που ονομάζονται πακέτα κάθε πακέτο περιέχει την διεύθυνση προορισμού διαθέσιμο bandwidth χωρητικότητα καναλιού μεταβλητό latency τεχνική «αποθήκευσε-και-προώθησε» (store-and-forward)

Σχήματα μεταγωγής Πανεκπομπή (Broadcast) πρόκειται για μια τεχνική εκπομπής που δε χρησιμοποιεί μεταγωγή κι όπου οποιαδήποτε πληροφορία εκπέμπεται σε κάθε κόμβο Κάποιες LAN τεχνολογίες όπως το Ethernet αλλά και η ασύρματη δικτύωση βασίζονται στην πανεκπομπή Αναμετάδοση πλαισίου (Frame relay) Φέρνει κάποια από τα πλεονεκτήματα της μεταγωγής κυκλώματος στη μεταγωγή πακέτου για να αντιμετωπιστούν τα προβλήματα καθυστέρησης των τελευταίων στις εφαρμογές πραγματικού χρόνου. Οι μεταγωγείς δρομολογούν μικρά πακέτα ή πλαίσια (frames) εξετάζοντας τα πρώτα λίγα bits τους. Τα πλαίσια δεν αποθηκεύονται στους κόμβους αλλά περνούν μέσα από αυτούς ως σύντομα ρεύματα από bits. Παράδειγμα τα ΑΤΜ δίκτυα. 43

ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑΚΑΙ ΔΙΑΣΤΡΩΜΑΤΩΣΗ 44

Parlez-vous français? Για αποτελεσματική επικοινωνία κοινή γλώσσα, κοινοί κανόνες Για υπολογιστές: ηλεκτρική κωδικοποίηση των δεδομένων που είναι η αρχή του πακέτου; ποια bits περιγράφουν το μήκος; υπάρχει checksum; που;πως υπολογίζεται; ποιο είναι το format μιας διεύθυνσης; ποιο το byte ordering;

Πρωτόκολλα επικοινωνίας Οι οδηγίες και οι κανόνες που θα πρέπει να ακολουθηθούν για επιτυχή επικοινωνία ορίζουν τα γνωστά πρωτόκολλα επικοινωνίας

Διαστρωμάτωση Διευκολύνει την ανάπτυξη λογισμικού και μεγιστοποιεί την ευελιξία: Τα πρωτόκολλα δικτύου οργανώνονται σε στρώματα ή επίπεδα (layers) Μπορούμε να αντικαταστήσουμε ένα στρώμα χωρίς να απαιτηθεί αντικατάσταση και των γειτονικών Τα υψηλότερα στρώματα λογισμικού δεν χρειάζεται να γνωρίζουν πως θα κτίσουν ένα πακέτο Ethernet ή ακόμη και να γνωρίζουν ότι χρησιμοποιείται το δίκτυο Ethernet

Διαστρωμάτωση λογισμικού πρωτοκόλλων

Ενθυλάκωση δεδομένων σε κάθε επίπεδο πρωτοκόλλου

Ενθυλάκωση πληροφορίας σε μήνυμα που μεταδίδεται μέσω TCP/IP σε Ethernet δίκτυο

Διαστρωμάτωση Το δημοφιλέστερο μοντέλο για την διαστρωμάτωση μοντέλο αναφοράς OSI (Open Systems Interconnection) Δημιουργήθηκε από τον ISO (International Organization for Interconnection) 7 επίπεδα πρωτοκόλλων

Μοντέλο Αναφοράς OSI : Επίπεδο1 Μεταδίδει και λαμβάνει δεδομένα στο φυσικό μέσο επικοινωνίας. Δεν ενδιαφέρεται για το περιεχόμενο. επίπεδα τάσεων, ταχύτητα, σύνδεσμοι 1 Physical Παραδείγµατα: RS-232, 10BaseT, 802.11, Bluetooth

Μοντέλο Αναφοράς OSI : Επίπεδο2 Ανιχνεύει και διορθώνει λάθη. Οργανώνει τα δεδομένα σε πακέτα πριν τα περάσει προς τα κάτω στρώματα. Κρατά λογαριασμό για τη σειρά των πακέτων (αν χρειάζεται) Λαμβάνει acknowledgements από τον παραλήπτη. 2 Data Link 1 Physical Παραδείγµατα : Ethernet MAC, PPP, SLIP

Μοντέλο Αναφοράς OSI : Επίπεδο3 Αναμεταδίδει και δρομολογεί τα πακέτα πληροφορίας προς τον προορισμό. Διαχειρίζεται το ταξίδι των πακέτων και βρίσκει ενδιάμεσους σταθμούς (αν χρειάζεται). 3 Network 2 Data Link 1 Physical Παραδείγµατα : IP (IPv4, IPv6), X.25

Μοντέλο Αναφοράς OSI : Επίπεδο4 4 Transport 3 Network 2 Data Link Παρέχει μια αξιόπιστη διεπαφή για end-to-end (εφαρμογήπρος-εφαρμογή) επικοινωνία. Διαχειρίζεται τον έλεγχο ροής. Μπορεί να εξασφαλίζει τη σωστή σειρά των πακέτων, και να αναμεταδίδει χαμένα πακέτα Η διεπαφή δικτύου μοιάζει με ένα mailbox. 1 Physical Παραδείγµατα : TCP, UDP

Μοντέλο Αναφοράς OSI : Επίπεδο5 5 4 3 2 Session Transport Network Data Link Υπηρεσίες για τον συντονισμό διαλόγου και διαχείριση της ανταλλαγής δεδομένων. Λειτουργεί ως διακόπτης υλοποιημένος σε λογισμικό. Διαχειρίζεται πολλαπλές λογικές συνδέσεις. Κρατά λογαριασμό για το ποιος μιλάει: έναρξη και τερματισμός επικοινωνίας. 1 Physical Παραδείγµατα : HTTP 1.1, SSL, NetBIOS

Μοντέλο Αναφοράς OSI : Επίπεδο6 Αναπαράσταση δεδομένων 6 5 4 3 Presentation Session Transport Network Ενδιαφέρει η σημασία των data bits Μετατροπή μεταξύ διαφορετικών αναπαραστάσεων σε επίπεδο μηχανής 2 Data Link 1 Physical Παραδείγµατα : XDR, ASN.1, MIME, MIDI

Μοντέλο Αναφοράς OSI : Επίπεδο7 7 Application Συλλογή από πρωτόκολλα επιπέδου εφαρμογής 6 Presentation 5 Session 4 Transport 3 Network 2 1 Data Link Physical Παραδείγµατα : email (SMTP, POP, IMAP) file transfer (FTP) directory services (LDAP)

Application layer (Clients και Servers) Αποστολή μηνυμάτων στις εφαρμογές όχι απλά στις μηχανές Ο client πρέπει να στείλει δεδομένα στην διεργασία που επιθυμεί Η server διεργασία πρέπει να στείλει τα δεδομένα απάντησης πίσω στην διεργασία πελάτης. Για να προσφέρει μια υπηρεσία, ένας server πρέπει να έχει μια διεύθυνση μεταφοράς για μια συγκεκριμένη υπηρεσία.

Επίπεδο Μεταφοράς (Transport Layer) Το στρώμα του λογισμικού που δέχεται ένα μήνυμα για αποστολή στο δίκτυο και πιο συγκεκριμένα σε μια απομακρυσμένη μηχανή (= διεργασία). Δύο κατηγορίες πρωτοκόλλων: connection-oriented πρωτόκολλα connectionless πρωτόκολλα

Connection-oriented Πρωτόκολλα 1. εγκαθίδρυση σύνδεσης 2. [διαπραγµάτευση] 3. ανταλλαγή δεδοµένων 4. τερµατισµός σύνδεσης

Connection-oriented Πρωτόκολλα αναλογία µε τηλεφωνική κλήση 1. εγκαθίδρυση σύνδεσης 2. [διαπραγµάτευση] 3. ανταλλαγή δεδοµένων 4. τερµατισµός σύνδεσης κλήση αριθµού [επιλογή γλώσσας] οµιλία τερµατισµός virtual circuit υπηρεσία παρέχει την ψευδαίσθηση ενός αποκλειστικού καναλιού Παρέχεται εγγύηση άφιξης μηνυμάτων σε ορθή σειρά η εφαρμογή δεν χρειάζεται να προμηθεύει τη διεύθυνση παράδοσης σε κάθε μήνυμα έναντι circuit-switched υπηρεσία

Connectionless Πρωτόκολλα - χωρίς αποκατάσταση σύνδεσης -αποστολή/λήψηδεδοµένων (διεύθυνση παραλαβής πακέτο) - χωρίς τερµατισµό σύνδεσης

Connectionless Πρωτόκολλα αναλογία µε ταχυδροµείο χωρίς αποκατάσταση σύνδεσης -αποστολή/λήψηδεδοµένων (διεύθυνση παραλαβής πακέτο) - χωρίς τερµατισµό σύνδεσης ρίψη γράµµατος στο ταχ. κουτί (διεύθυνση γράµµα) datagram υπηρεσία ο client δεν είναι σίγουρος εάν το μήνυμα έφθασε στον προορισμό δεν διατηρείται κάποια κατάσταση επικοινωνίας στον client ή server φθηνότερη αλλά λιγότερο αξιόπιστη έναντι της virtual circuit υπηρεσίας

Επίπεδο Δικτύου (Network Layer) Δρομολόγηση 65

Ethernet Επίπεδα 1 & 2 του OSI μοντέλου Physical (1) Καλώδια: 10Base-T, 100Base-T, 1000Base-T, κτλ. Data Link (2) Ethernet γεφύρωση Data frame ανάλυση Data frame μετάδοση Ανίχνευση λαθών Αναξιόπιστο, connectionless επικοινωνία

Ethernet 48-bit ethernet address Πακέτο μεταβλητού-μεγέθους 1518-byte MTU 18-byte header, 1500 bytes data Πακέτο γίγας για Gigabit ethernet 9000-byte MTU dest addr src addr frame length data (payload) CRC 6 bytes 6 bytes 2 46-1500 bytes 4 18 bytes + data

ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗ(ROUTING) 68

Δρομολογητής (Router) Router Ένας κόμβος μεταγωγής που συνδέει δύο ή περισσότερες γραμμές μετάδοσης (π.χ. διαφορετικά Ethernet δίκτυα) Δρομολογεί πακέτα από το ένα δίκτυο στο άλλο (OSI επίπεδο 3) Υλικό ειδικού σκοπού ή Η/Υ γενικού σκοπού με δύο ή περισσότερες κάρτες δικτύου

Διαδικασία προώθησης (δρομολόγησης) 1. Αφαίρεσε το πακέτο από µία ουρά εισόδου 2. Έλεγχος για λάθη, µείωση της τιµής του πεδίου TTL 4. Τοποθέτησε το πακέτο στη σωστή ουρά εξόδου Forwarding Process 3. Αντιστοίχισε τον προορισµό του πακέτου µε µια έγγραφή του πίνακα δροµολόγησης Πίνακας δροµολόγησης (Forwarding Table) ροµολογητής

Δρομολόγηση σε WAN

Πίνακες δρομολόγησης

Δυναμικό Routing Κλάση πρωτοκόλλων μέσω των οποίων οι κόμβοι μπορούν να προσαρμόσουν τους πίνακες δρομολόγησης ώστε να είναι ενημερωμένοι σε σχέση με αλλαγές στο φορτίο του δικτύου ή αποτυχίες κόμβων του δικτύου Κόστος διαδρομής: Hop count (# routers στο μονοπάτι)

Λειτουργικά μέρη δυναμικού routing λαμβάνει αποφάσεις για να καθορίσει τη διαδρομή ενός πακέτου καθώς ταξιδεύει στο δίκτυο και ενημερώνει δυναμικά τη γνώση για την τρέχουσα κατάσταση του δικτύου (δικτυακό φόρτο, αλλαγές ή σφάλματα στη διαμόρφωση, κλπ). Όλες αυτές οι δραστηριότητες είναι κατανεμημένες σε όλο το δίκτυο. 74

Πως δημιουργούνται/ενημερώνονται οι πίνακες δρομολόγησης; Στατικά Ο διαχειριστής χειροκίνητα διαµορφώνει τις τιµές των πεδίων του πίνακα + Περισσότερος έλεγχος + εν περιορίζεται σε προώθηση βάσει του προορισµού (π.χ. static routes) - Όχι καλή κλιµάκωση - Αργή προσαρµογή σε δικτυακές αποτυχίες υναµικά Οι δροµολογητές ανταλλάσσουν πληροφορίαχρησιµοποιώντας πρωτόκολλα δροµολόγησης που υπολογίζουν τις «καλύτερες» διαδροµές + Προσαρµόζεται ταχύτατα σε αλλαγές στη δικτυακή τοπολογία + Καλύτερη κλιµάκωση - Πολύπλοκοι κατανεµηµένοι αλγόριθµοι - Κατανάλωση CPU, εύρους ζώνης, µνήµης - ύσκολη αποσφαλµάτωση Στην πράξη: ένα µίγµα των δύο τεχνικών.

Πρωτόκολλα Δυναμικού Routing RIP (Routing Information Protocol) Ανταλλαγή routing tables με γειτονικούς routers σε εσωτερικά δίκτυα Επιλογή καλύτερου route εάν υπάρχουν πολλές εναλλακτικές επιλογές OSPF (Open Shortest Path First) Έλεγχος της κατάστασης του καναλιού σύνδεσης σε κάθε γείτονα. Αποστέλλει την κατάσταση διαθεσιμότητας καναλιού στους γείτονες. Το κόστος μπορεί να ορισθεί ως προς την αξιοπιστία και χρόνο BGP (Border Gateway Protocol) TCP σύνδεση μεταξύ ζευγαριών μηχανών Επιλογή διαδρομής βασισμένη σε distance vector Ανταλλαγή πληροφορίας για προσβάσιμα δίκτυα Περιοδικά keep-alive μηνύματα

Βασικό μοντέλο: εύρεση συντομότερων διαδρομών (shortest paths) 100 B 100 50 20 20 Βρες διαδροµές από µια αφετηρία (source) προς όλους τους άλλους κόµβους ώστε να ελαχιστοποιείται το άθροισµα του κόστους των ακµών A 80 Source 30 80 20 10 20 10 10 C 10 Τα κόστη των ακµών είναι συνήθως δυναµικά Τα IP πρωτόκολλα δροµολόγησης αποφεύγουν ζεύξεις µε συµφόρηση D 10 20 30 10 E

Πρωτόκολλα Distance Vector vs. Link State Λύση στο πρόβληµα της συντοµότερης διαδροµής = Κατευθυνόµενοι γράφοι και δοµές δεδοµένων ακµές, κόµβοι, Κόστη ακµών + αλγόριθµος Dijkstra ή Bellman-Ford Πως µπορεί ο υπολογισµός συντοµότερης διαδροµής να είναι κατανεµηµένος και να εκτελείται από πολλούς συνεργαζόµενους δροµολογητές; ιάνυσµα απόστασης (Distance Vector) Κατανοµή του υπολογισµού της διαδροµής. Κρατάει δεδοµένα µόνο για την κατάσταση των τοπικών ζεύξεων Παραδείγµατα: RIP, EIGRP, BGP Κατάστασης ζεύξης (Link State) Κατανοµή όλων των δεδοµένων για την κατάσταση ζεύξεων Τοπική εκτέλεση υπολογισµού διαδροµών Παραδείγµατα: OSPF, IS-IS, IDPR

RIP routing algorithm if (Rr.link n )

RIP routing algorithm Περιοδικά,και όταν το τοπικό routing table αλλάζει, κάθε router, αποστέλλει τον πίνακά του σε όλους τους προσπελάσιμους γείτονες. Δηλαδή, στέλνει ένα RIP πακέτο που περιέχει ένα αντίγραφο του πίνακα σε κάθε λειτουργικό κανάλι (link) στο οποίο συνδέεται. Όταν ένας γειτονικός router λαμβάνει ένα RIP πακέτο, εάν περιέχει μια διαδρομή σ έναν καινούριο προορισμό (router), ή μια καλύτερη (μικρότερου κόστους) διαδρομή σε γνωστό προορισμό, τότε ενημερώνει κατάλληλα τον πίνακα. Εάν το πακέτο παραλήφθηκε από το κανάλι nκαι περιέχει διαφορετικό κόστος από τον τοπικό πίνακα για μια διαδρομή που ξεκινά από το κανάλι n, τότε αντικαθιστά το τοπικό κόστος με το νέο κόστος. Το παραπάνω γίνεται επειδή το RIP πακέτο ήρθε από έναν router o οποίος είναι εγγύτερα στον σχετικό προορισμό και συνεπώς είναι πιο έγκυρος για να προσδιορίσει κόστος διαδρομών που περνούν από αυτόν.

RIP routing algorithm Στον προηγούμενο ψευδοκώδικα T r είναι ο πίνακας που λαμβάνεται από άλλον router και Τ l είναι ο τοπικός πίνακας. Η συχνότητα tμε την οποία οι πίνακες μεταδίδονται από τον έναν router στον άλλο, ακόμη και εάν δεν έχει συμβεί κάποια αλλαγή, έχει προβλεφθεί για εξασφάλιση, για παράδειγμα στην περίπτωση που κάποιο πακέτο RIP χαθεί. Η τιμή tγια το Διαδίκτυο είναι 30 seconds. Κάθε router παρακολουθεί τα κανάλια στα οποία συνδέεται για σφάλματα. Όταν αναγνωρίσει ένα ελαττωματικό κανάλι n, τότε θέτει το κόστος του ίσο με για όλες τις εγγραφές στον τοπικό πίνακα που αναφέρονται στο κανάλι αυτό και εκτελεί την λειτουργία Send. Όταν αυτή η πληροφορία διαδοθεί στους γειτονικούς routers τότε θα επεξεργασθεί σύμφωνα με την λειτουργία Receive (ισχύει ότι +1= ) και σιγά σιγά θα διαδοθεί και σε άλλους κόμβους μέχρι να φθάσει σε κάποιον, εάν υπάρχει, που έχει έγκυρη σύνδεση με τους προορισμούς που είχαν πρόβλημα.

INTERNET PROTOCOLS 82

IP Internet Protocol Γεννήθηκε το 1969 ως ένα ερευνητικό δίκτυο για 4 μηχανές Χρηματοδοτήθηκε από το υπουργείο άμυνας (ARPA) Στόχος: Να δηµιουργηθεί ένα αποδοτικό και αξιόπιστο δίκτυο που θα µπορεί να συνδέσει ετερογενείς µηχανές και να συνδέσει διαφορετικά δίκτυα µεταξύ τους.

Internet Protocol Connectionless πρωτόκολλο που σχεδιάστηκε για να διαχειρισθεί τη διασύνδεση μεγάλου αριθμού τοπικών και ευρείας κλίμακας δίκτυα που απαρτίζουν σήμερα το internet Το IP μπορεί να δρομολογήσει μηνύματα από το ένα φυσικό δίκτυο στο άλλο.

IP διευθυνσιοδότηση Κάθε υπολογιστής σε ένα IPδίκτυο έχει μια μοναδική διεύθυνση μήκους 32 bitπου χαρακτηρίζει το network layer interface: IP διεύθυνση διεύθυνση μηχανής (π.χ. Ethernet address) Ένας υπολογιστής που συνδέεται σε πολλά φυσικά δίκτυα θα έχει πολλές IP διευθύνσεις Μια για κάθε δίκτυο

IP χώρος διευθύνσεων 32-bit διευθύνσεις > 4 δισεκατ. διευθύνσεις! Οι routers όμως θα χρειάζονται πίνακες με ισάριθμες εγγραφές Σχεδίαση των πινάκων δρομολόγησης ώστε μια εγγραφή να μπορεί να καλύψει πολλαπλές διευθύνσεις Ιεραρχία: διευθύνσεις που είναι γεωγραφικά κοντά (π.χ. στον ίδιο οργανισμό) θα μοιράζονται ένα κοινό πρόθεμα

IP διευθυνσιοδότηση : δίκτυα& κόμβοι icsd.aegean.gr 195.251.4.2 C3 FB 04 02 math.aegean.gr 195.251.13.3 C3 FB 0D 03 network # host # τα πρώτα 16 bits αναγνωρίζουντο Παν. Αιγαίου εξωτερικοί routers χρειάζονται μόνον μια εγγραφή Δρομολόγηση των 195.251.*.* στο Παν. Αιγαίου

IP διευθυνσιοδότηση : δίκτυα& κόμβοι IP διεύθυνση network #:αριθμός δικτύου που ανήκει ο υπολογιστής host #: αριθμός κόμβου (υπολογιστή) στο δίκτυο χρησιμοποιούμε τοnetwork #για να δρομολογήσουμε τα πακέτα στο σωστό δίκτυο χρησιμοποιούμε το host #για να μιλήσουμε με έναν συγκεκριμένο υπολογιστή

IP διευθυνσιοδότηση Πρόβλεψη: λίγα μεγάλα δίκτυα και πολλά μικρά δημιουργία διαφορετικών κλάσεων (classes) δικτύων τα πρώτα bits μιας IP διεύθυνσης προσδιορίζουν την κλάση class leading bits bits for net # bits for host # A 0 7 (128) 24 (16M) B 10 14 (16K) 16 (64K) C 110 21 (2M) 8 (256) Για να είναι εφικτή η υποστήριξη επιπλέον δικτύων σ έναν οργανισµό : χρησιµοποιούµε µερικά από τα high bits του host number για να ορίσουµε ένα δίκτυο εντός δικτύου subnet

IP διευθυνσιοδότηση IBM: 9.0.0.0 9.255.255.255 00001001 xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxxx network # 8 bits host # 24 bits Subnet within IBM (internal routers only) 00001001 10101010 11 xxxxxx xxxxxxxxx network # 8 bits subnet # 10 bits host # 14 bits

IP ειδικές διευθύνσεις All bits 0 Έγκυρη μόνο ως διεύθυνση πηγής Αναφέρεται ως όλες οι διευθύνσεις για αυτή τη μηχανή Δεν είναι έγκυρη διεύθυνση για αποστολή στο δίκτυο All host#bits 1 Έγκυρη μόνο ως διεύθυνση προορισμού Broadcast στο δίκτυο All bits 1 Έγκυρη μόνο ως διεύθυνση προορισμού Broadcast σε όλα τα απ ευθείας συνδεδεμένα δίκτυα Leading bits 1110 Class D network(multicast group) 127.0.0.0: δεσμευμένη για τοπική μετάδοση 127.0.0.1 loopback στον ίδιο τον υπολογιστή (localhost)

Domain Name Server (DNS) Σ ένα IP δίκτυο οι υπολογιστές ονομάζονται ιεραρχικά, π.χ. hra.icsd.aegean.gr Για να βρούμε μια IP διεύθυνση με βάση το όνομα γίνεται αναζήτηση σε μια ΒΔ. Τα ερωτήματα στην ΒΔ τα διαχειρίζεται μια Τα ερωτήματα στην ΒΔ τα διαχειρίζεται μια κατανεμημένη υπηρεσία που είναι γνωστή ως Domain Name Server ή DNS

Εξάντληση των διευθύνσεων Τεράστια ανάπτυξη του Διαδικτύου Η πολιτική των κλάσεων οδηγεί σε σπάταλη κατανομή των δικτύων Πολλές αχρησιμοποίητες διευθύνσεις εντός του δικτύου Κάθε υπολογιστής που συνδέεται στο Διαδίκτυο χρειάζεται μια μοναδική σε όλον τον κόσμο διεύθυνση (IP address)

Classless Inter-Domain Routing (CIDR) Εγκατάλειψη των class A, B, C διευθύνσεων: Επί τούτου προσδιορισμός του # of bits για το network number έναντι των προκαθορισμένων 8 (A), 16 (B), 24 (C) bits Αποδοτικότερη κάλυψη των αναγκών ενός οργανισμού Οργανισμός που χρειάζεται 1000 διευθύνσεις : ζητά έναν22-bit network number (1024hosts) αντί για class B address (64K hosts)

Classless Inter-Domain Routing Πως ένας router μπορεί να ξέρει # bitsγια το network? Μια CIDR address πρέπει να το προσδιορίζει: 32-bit-address/bits-for-network-prefix 128.6.13.3/16 /27 : [1/8 ] of a class C (32 hosts) /24 : class C /16 : class B Η διαχείριση των CIDR addresses & prefixes μπορεί να είναι επίπονη!

Παράδειγμα To ακόλουθο παράδειγμα δείχνει τον διαχωρισμό του network # και του host # από μια διεύθυνση σε CIDR μορφή 192.168.5.130/24. Στον πίνακα φαίνεται η χρήση 2 bits από το host number στο subnet mask για να οριστεί ένα μικρότερο subnet με 64 hosts. 96

IPv6 vs. IPv4 IPv4 4 byte (32 bit) addresses IPv6: 16-byte (128 bit) addresses 3.6 x 10 38 possible addresses Αρκετό για 7x 10 23 IP διευθύνσεις / m 2 επί της γης! 8 x 10 28 φορές περισσότερες διευθύνσεις από IPv4 8-bit hop limit (Time To Live) Flow label (20-bits)

Network Address Translation (NAT) External IP address 24.225.217.243 External address Virtual port Internal address Int port 24.225.217.243 17 192.168.1.1 3455 24.225.217.243 8 192.168.1.2 11231 24.225.217.243 24 192.168.1.1 12489 24.225.217.243 20 192.168.1.3 21908 Internal IP address 192.168.1.x.1.2.3.4.5

Network Address Translation (NAT) Όταν ένας υπολογιστής στο εσωτερικό δίκτυο ενός οργανισμού στέλνει ένα UDP/TCP πακέτο σ έναν υπολογιστή στο Διαδίκτυο, ο routerτου οργανισμού που λαμβάνει το πακέτο, αποθηκεύει την source IP address και port number σε μια διαθέσιμη εγγραφή του πίνακα μετάφρασης διευθύνσεων. Ο routerαντικαθιστά την source IP addressμε την δικιά του IP στο πακέτο και το source port number με ένα virtual port number το οποίο είναι δείκτης στην εγγραφή του πίνακα που περιέχει τα στοιχεία διεύθυνσης του υπολογιστή αποστολέα. Το πακέτο με τα αλλαγμένα IP και port number προωθείται από τον router προς τον παραλήπτη. Ο πίνακας μετάφρασης διευθύνσεων περιέχει μια απεικόνιση από το virtual port number στην πραγματική IP address και port number του αποστολέα υπολογιστή στο εσωτερικό δίκτυο. Όταν ο router λαμβάνει ένα UDP/TCP πακέτο από το Διαδίκτυο χρησιμοποιεί το destination port number στο πακέτο για να βρει την κατάλληλη εγγραφή στον πίνακα μετάφρασης. Αντικαθιστά την διεύθυνση και port number προορισμού στο πακέτο με αυτά που κρατά ο πίνακας για τον εσωτερικό υπολογιστή παραλήπτη του πακέτου.

Transport-layer protocols πάνω από IP IP στέλνει πακέτα στη μηχανή Δεν παρέχεται μηχανισμός για τον προσδιορισμό της εφαρμογής που στέλνει ή λαμβάνει Το Transport layer χρησιμοποιεί ένα port number για τον προσδιορισμό της εφαρμογής TCP Transmission Control Protocol UDP User Datagram Protocol

TCP Transmission Control Protocol Virtual circuit service (connection-oriented) Αποστέλλει acknowledgement για κάθε πακέτο που λαμβάνεται Checksum για την εγκυροποίηση των δεδομένων Τα δεδομένα μπορεί να μεταδίδονται ταυτόχρονα και προς τις δύο κατευθύνσεις

UDP User Datagram Protocol Datagram service (connectionless) Τα δεδομένα μπορεί να χαθούν Τα δεδομένα μπορεί να φθάσουν εκτός σωστής σειράς Υποστηρίζεται checksum για τα δεδομένα, αλλά όχι επαναμετάδοση Απόρριψη των μη-ακέραιων πακέτων (bad packets)

IP header device header IP header TCP/UDP header IP data payload vers hlen svc type (TOS) total length fragment identification flags fragment offset TTL protocol header checksum source IP address destination IP address options and pad 20 bytes

Headers: TCP & UDP device header IP header TCP/UDP header IP data payload TCP header UDP header src port dest port src port dest port seq number seg length checksum hdr len ack number - flags window 20 bytes 8 bytes checksum urgent ptr options and pad

Device header (Ethernet) device header IP header TCP/UDP header IP data payload dest addr src addr frame type data CRC 6 bytes 6 bytes 2 46-1500 bytes 4 18 bytes + data

Φθάνοντας το μήνυμα στον υπολογιστή Το IP είναι έναλογικό δίκτυοπου κτίζεται πάνω από διάφορα φυσικά δίκτυα Υποστήριξη ΛΣ για IP: IP driver receive data send data IP driver receive packet send packet network driver from wire to wire

IP driver αρμοδιότητες Λαμβάνει λειτουργικές παραμέτρους από τον device driver Maximum packet size (MTU) Λειτουργίες για την αρχικοποίηση των HW headers Μήκος τουhw header Δρομολόγηση πακέτων Από το ένα φυσικό δίκτυο στο άλλο Κατακερματισμός πολύ μεγάλων πακέτων Send operations για λογαριασμό υψηλότερων επιπέδων Λήψη δεδομένων από τον device driver Απόρριψη bad/expired data

Device driver αρμοδιότητες Ελέγχει το network interface card Επεξεργάζεται διακοπές από το network interface Λαμβάνει πακέτα Τα στέλνει στον IP driver Λαμβάνει πακέτα από τον IP driver Τα στέλνει στο hardware Εξασφαλίζει την αποστολή των πακέτων χωρίς συγκρούσεις

Network device Η Network card εξετάζει τα πακέτα που ταξιδεύουν στο καλώδιο Συγκρίνει την destination address Πριν αποστείλει ένα πακέτο πρέπει να το φακελώσει (enveloped) για το φυσικό δίκτυο device header IP header IP data payload

Device addressing IP address ethernet address Address Resolution Protocol (ARP) 1. Έλεγχος της τοπικής ARP cache 2. Αποστολή broadcast μηνύματος με αίτημα την εύρεση ethernet address για μια μηχανή με συγκεκριμένη IP address 3. Αναμονή για απάντηση (με timeout)