Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Προηγμένες δικτυακές τεχνολογίες ΠΜΣ: Τεχνολογίες Υπολογισμού και Δικτύων Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕΙ Αθήνας.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "Προηγμένες δικτυακές τεχνολογίες ΠΜΣ: Τεχνολογίες Υπολογισμού και Δικτύων Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕΙ Αθήνας."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Προηγμένες δικτυακές τεχνολογίες ΠΜΣ: Τεχνολογίες Υπολογισμού και Δικτύων Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕΙ Αθήνας

2 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 2 Στόχοι Στόχοι του μαθήματος:  Η κατανόηση των σύγχρονων εξελίξεων στα δίκτυα υπολογιστών  Καταγραφή του State of the art σε όλα τα επίπεδα δικτύου  Έμφαση σε συγκεκριμένες τεχνολογίες που σχετίζονται και με την ανάπτυξη διαδικτυακών εφαρμογών.  Προβολή των τεχνολογιών που θα επικρατήσουν στο μέλλον  Πρακτική εξάσκηση σε ό,τι αφορά τη σχεδίαση και μελέτη δικτύων με τη χρήση σύγχρονων εξομοιωτών (GNS3, Packet Tracer)

3 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 3 Ύλη που αισιοδοξούμε να διδάξουμε Ευρυζωνικά δίκτυα  Δίνουμε έμφαση στις τεχνολογίες οπτικών δικτύων (metro and access) Πρωτόκολλα Δρομολόγησης  Εμβάθυνση σε τεχνολογίες IPv4, IPv6 και σε πρωτόκολλα δρομολόγησης (OSPF, BGP, RIP) Τεχνολογία MPLS  Εμβάθυνση σε ζητήματα ποιότητας υπηρεσίας και VPN Νέες τάσεις στη δικτύωση  Software Defined Networking  Internet of Things  Data Center Networks

4 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 4 Προαπαιτούμενες Γνώσεις  Τι είναι το internet  Τι είναι επίπεδο δικτύου και ποια είναι τα χαρακτηριστικά πρωτόκολλα ανά επίπεδο  Τι καλούμε switch, router, host, server και ποιες οι ιδιότητές τους και η λειτουργία τους.  Τι σημαίνει μεταγωγή κυκλώματος και μεταγωγή πακέτου  IPv4 διευθυνσιοδότηση  Βασικά πρωτόκολλα δρομολόγησης.

5 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 5 Η μεγάλη εικόνα  Πως μοιάζει το διαδίκτυο;

6 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 6 Η μεγάλη εικόνα  Ένας σύγχρονος μηχανικός δικτύων πρέπει να γνωρίζει  Βασικές τεχνολογίες φυσικού επιπέδου (οπτική μετάδοση, δίκτυα κινητών, xDSL)  Πως διαλειτουργούν τα διαφορετικά τμήματα του δικτύου  Ποιος ο ρόλος των διαφορετικών συσκευών που αναλαμβάνουν τη μεταγωγή/δρομολόγηση από το κομμάτι της πρόσβασης έως το δίκτυο κορμού.  Πως επηρεάζονται οι τεχνολογίες των δικτύων από τις απαιτήσεις των εφαρμογών.

7 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 7 Προεπισκόπηση τεχνολογιών  Ας κάνουμε μία μικρή εισαγωγή ξεκινώντας από το μηδέν

8 Chapter 1 και 4 Network Layer Computer Networking: A Top Down Approach 6 th edition Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley March 2012 A note on the use of these ppt slides: We’re making these slides freely available to all (faculty, students, readers). They’re in PowerPoint form so you see the animations; and can add, modify, and delete slides (including this one) and slide content to suit your needs. They obviously represent a lot of work on our part. In return for use, we only ask the following:  If you use these slides (e.g., in a class) that you mention their source (after all, we’d like people to use our book!)  If you post any slides on a www site, that you note that they are adapted from (or perhaps identical to) our slides, and note our copyright of this material. Thanks and enjoy! JFK/KWR All material copyright J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 8

9 9 Τι είναι το διαδίκτυο – οπτική 1 η Εκατομμύρια διασυνδεδεμένες συσκευές: – hosts = τερματικά συστήματα – Που τρέχουν δικτυακές εφαρμογές  Επικοινωνιακές Συνδέσεις  Οπτική ίνα, χαλκός, ασύρματες, δορυφορικές  Ρυθμός μετάδοσης: Εύρος ζώνης  Μεταγωγείς πακέτων: προωθούν πακέτα (κομμάτια δεδομένων)  routers και switches wired links wireless links router mobile network global ISP regional ISP home network institutional network smartphone PC server wireless laptop

10 Internet: “Το δίκτυο των δικτύων” – Διασυνδεδεμένοι ISPs Πρωτόκολλα – e.g., TCP, IP, HTTP, Skype, Πρότυπα – RFC: Request for comments – IETF: Internet Engineering Task Force Τι είναι το διαδίκτυο – οπτική 2 η mobile network global ISP regional ISP home network institutional network Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 10

11 Τι είναι το διαδίκτυο – οπτική της υπηρεσίας Υποδομή που προσφέρει υπηρεσίες σε εφαρμογές: – Web, VoIP, , games, e- commerce, social nets, … Παρέχει προγραμματιστικές διεπαφές σε εφαρμογές – Σημεία που επιτρέπουν σε εφαρμογές να συνομιλούν στο δίκτυο mobile network global ISP regional ISP home network institutional network Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 11

12 Ένα ανθρώπινο πρωτόκολλο και ένα πρωτόκολλο δικτύων υπολογιστών: Q: other human protocols? Hi Got the time? 2:00 TCP connection response Get time TCP connection request Τι είναι πρωτόκολλο; Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 12

13 Μια κοντινή ματιά στη δομή του δικτύου: Άκρη του δικτύου: – hosts: clients and servers – servers στα data centers  Δίκτυα πρόσβασης, φυσικά μέσα: ενσύρματες και ασύρματες επικοινωνίες  Δίκτυο κορμού:  Διασυνδεδεμένοι δρομολογητές  Το δίκτυο των δικτύων mobile network global ISP regional ISP home network institutional network Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 13

14 Δίκτυα πρόσβασης και φυσικά μέσα Ε: Πως να συνδέσουμε τα τερματικά συστήματα στον edge router? Οικιακά δίκτυα πρόσβασης Δίκτυα πρόσβασης οργανισμών (Σχολές, Εταιρίες) Κινητά Δίκτυα Πρόσβασης Πρέπει να έχουμε κατά νου: Το εύρος ζώνης Αν διαμοιράζεται ή όχι το δίκτυο.

15 digital subscriber line (DSL) central office ISP telephone network DSLAM Η φωνή και τα δεδομένα ταξιδεύουν μέσα από αφιερωμένη γραμμή σε διαφορετικές συχνότητες προς το DSLAM  Κάνει χρήστη τη υπάρχουσας υποδομής μέχρι το DSLAM  Τα data πάνω από DSL πάνε στο Internet  Η φωνή (voice) πάνω από DSL πηγαίνει στο τηλεφωνικό δίκτυο  < 2.5 Mbps upstream transmission rate (typically < 1 Mbps)  < 24 Mbps downstream transmission rate (typically < 10 Mbps)  Καλύτερη επιλογή το VDSL, συνδυαζόμενο FFTx τεχνολογίες DSL modem splitter DSL access multiplexer Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 15

16 Δίκτυο πρόσβασης: οικιακά δίκτυα Από και προς το κεντρικό γραφείο (Central office) xDSL modem Δρομολογητής, τείχος προστασίας (firewall), NAT Ενσύρματο Ethernet (100 Mbps) Ασύρματο σημείο πρόσβασης (54 Mbps) wireless devices Συνδυάζονται στο ίδιο κουτί Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 16

17 Enterprise access networks (Ethernet) typically used in companies, universities, etc  10 Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps transmission rates  today, end systems typically connect into Ethernet switch Ethernet switch institutional mail, web servers institutional router institutional link to ISP (Internet) Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 17

18 Ασύρματα δίκτυα πρόσβασης Το διαμοιραζόμενο ασύρματο δίκτυο πρόσβασης συνδέει τα τερματικά συστήματα με το δρομολογητή – base station or“access point” Ασύρματα LANs:  Μέσα σε ένα κτήριο (30 μέτρα)  b/g/n (WiFi): 11, 54 Mbps, 400 Mbps ρυθμός μετάδοσης Ασύρματη πρόσβαση ευρείας περιοχής  Δίνεται από πάροχο κινητής (10’s km)  Μεταξύ 1 και 100 Mbps  3G, 4G: LTE to Internet Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 18

19 Φυσικά Μέσα bit: μεταδίδεται μεταξύ του αποστολέα και του παραλήπτη Φυσικό μέσο: ό,τι βρίσκεται μεταξύ τους Μέσα που κυματοδηγούν: – Χαλκός, οπτική ίνα, ομοαξονικό καλώδιο Μέσα που δεν κυματοδηγούν: – Ασύρματη ζεύξη Συνεστραμμένα ζεύγη (TP) Καλώδια χαλκού – Category 5: 100 Mbps, 1 Gpbs Ethernet – Category 6: 10Gbps Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 19

20 Φυσικά μέσα: ομοαξονικό, οπτική ίνα Ομοαξονικό καλώδιο: Δύο ομόκεντροι αγωγοί χαλκού Διπλής διαδρομής Ευρυζωνικό: – πολλά κανάλια σε ένα καλώδιο Καλώδιο οπτικής ίνας:  Γυάλινη οπτική ίνα που μεταφέρει παλμούς φωτός που αντιστοιχούν σε bits  Λειτουργία υψηλών ρυθμών:  (e.g., 10’s-100’s Gpbs transmission rate)  Χαμηλός ρυθμός σφαλμάτων:  Μεγάλη απόσταση μεταξύ των αναγεννητών  Αναίσθητες στον ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 20

21 Φυσικά μέσα: Ασύρματη ζεύξη Το σήμα που μεταφέρεται στο ηλεκτρομανγητικό φάσμα Διπλής κατεύθυνσης Προβλήματα που θέτει το περιβάλλον: – Ανακλάσεις – Σκίαση από αντικείμενα – Παρεμβολές Τύποι ασύρματων ζεύξεων:  Μικροκυματικές επίγειες  e.g. Τυπικά μέχρι 45 Mbps  LAN (π.χ. WiFi)  11Mbps, 54 Mbps, 400 Μbps  Ευρείας περιοχής (π.χ. κινητά)  3G cellular: ~ few Mbps  Δορυφορικά  Kbps μέχρι 45Mbps  270 msec καθυστέρηση από άκρο σε άκρο Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 21

22 Συνεκτικό δίκτυο διασυνδεδεμένων δρομολογητών Μεταγωγή πακέτου: Οι hosts τεμαχίζουν τα δεδομένα του επιπέδου εφαρμογής σε πακέτα – Προώθηση πακέτων από δρομολογητή σε δρομολογητή από τον αποστολέα έως τον παραλήπτη – Κάθε πακέτο στέλνεται στο μέγιστο της χωρητικότητας Το δίκτυο κορμού Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 22

23 Δρομολόγηση πακέτων: Αποθήκευση και προώθηση Χρειάζονται L/R δευτερόλεπτα για νε στείλουμε L-bit πακέτα σε μία ζεύξη με ρυθμό R bps Αποθήκευση και προώθηση: Όλο το πακέτο πρέπει να φτάσει στο δρομολογητή πριν αποσταλεί στον επόμενο one-hop:  L = 7.5 Mbits  R = 1.5 Mbps  Καθυστέρηση απλού άλματος = 5 sec Πηγή R bps Προορισμός L bits Ανά πακέτο R bps  Καθυστέρηση από άκρο σε άκρο (end-end delay) = 2L/R (Θεωρώντας μηδενική καθυστέρηση διάδοσης) Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 23

24 Μεταγωγή πακέτων: καθυστέρηση στην ουρά, απώλειες πακέτων A B C R = 100 Mb/s R = 1.5 Mb/s D E Ουρά πακέτων που περιμένουν να σταλούν Αναμονή στην ουρά και απώλειες:  Αν ο ρυθμός άφιξης (in bits) ξεπερνά τον ρυθμό αποστολής για ένα χρονικό διάστημα:  Τα πακέτα μπαίνουν στην ουρά περιμένοντας να αποσταλούν  Τα πακέτα μπορεί να χαθούν (να πεταχτούν) αν η μνήμη (buffer) γεμίσει Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 24

25 Οι δύο πιο σημαντικές δικτυακές λειτουργίες Προώθηση : Η μετακίνηση των πακέτων από την είσοδο του δρομολογητή στην κατάλληλη έξοδο. Δρομολόγηση(routing): καθορίζει τη διαδρομή μεταξύ πηγής και προορισμού που τα πακέτα θα ακολουθήσουν  Αλγόριθμοι δρομολόγησης routing algorithm local forwarding table header value output link Η διεύθυνση προορισμού (επικεφαλίδα πακέτου) Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 25

26 Εναλλακτική επιλογή: Μεταγωγή κυκλώματος Οι πόροι του συστήματος δεσμεύονται από άκρο σε άκρο για τη μεταφορά των δεδομένων: Στο διάγραμμα κάθε ζεύξη έχει τέσσερα κυκλώματα. – Η ζεύξη καταλαμβάνει το 2 ο κύκλωμα στην πάνω ζεύξη και το 1 ο κύκλωμα στη δεξιά ζεύξη. Οι πόροι δεσμεύονται αποκλειστικά: Κανένας διαμοιρασμός – Εγγυημένη (guaranteed) επίδοση Χρησιμοποιείται συχνά στα τηλεφωνικά δίκτυα και στα δίκτυα οπτικών ινών. Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 26

27 Packet switching vs circuit switching Παράδειγμα  1 Mb/s link  Κάθε χρήστης: 100 kb/s όταν είναι ενεργός Ενεργός στο 10% του χρόνου circuit-switching: – 10 χρήστες packet switching: – Με 35 χρήστες, Η πιθανότητα > 10 ενεργοί ταυτόχρονα είναι μικρότερη από.0004 (πως προκύπτει?) H μεταγωγή πακέτου επιτρέπει σε περισσότερους χρήστες να χρησιμοποιούν το δίκτυο N users 1 Mbps link ….. Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 27

28 Είναι ιδανικό για bursty data (ριπές δεδομένων) – Διαμοιρασμός των πόρων – Απλούστερο (καμία εγκατάσταση κλήσης) Καλύτερη αντιμετώπιση της συμφόρησης: packet delay and loss Ερώτηση: Πώς να παρέχουμε circuit-like επιδόσεις; – Εγγυημένο εύρος ζώνης για audio/video apps – Είναι θέμα προς συνεχή διερεύνηση Είναι το packet switching ο απόλυτος νικητής; Packet switching vs circuit switching Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 28

29 Δομή του διαδικτύου: Το δίκτυο των δικτύων  Τα τερματικά συστήματα συνδέονται στο Internet μέσω ISPs πρόσβασης (Internet Service Providers)  Οικιακοί, εταιρικοί και πανεπιστημιακοί ISPs  Οι Access ISPs με τη σειρά τους πρέπει να διασυνδεθούν.  Έτσι ώστε δύο οποιοιδήποτε hosts να επικοινωνήσουν  Το δίκτυο των δικτύων που προκύπτει είναι πολύ περίπλοκο  Η εξέλιξη δρομολογήθηκε από την οικονομία και εθνικές πολιτικές  Ας δούμε τη σημερινή δομή του διαδικτύου Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 29

30 Η δομή του Internet: το δίκτυο των δικτύων Question: Με δεδομένο ότι υπάρχουν εκατομμύρια από access ISPs, πως μπορούμε να τους διασυνδέσουμε; access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net … … … … … … Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 30

31 Η δομή του Internet: το δίκτυο των δικτύων Επιλογή: Να συνδέσουμε κάθε access ISP με κάθε άλλο access ISP; access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net … … … … … … … … … … … H απευθείας σύνδεση ενός ISP σε οποιοδήποτε άλλο δεν είναι κλιμακώσιμη: O(N 2 ) συνδέσεις. Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 31

32 Η δομή του Internet: το δίκτυο των δικτύων access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net … … … … … … Επιλογή: Να συνδέσουμε ένα τοπικό ISP σε ένα μεγαλύτερο (global transit) ISP; Customer και provider ISPs υπογράφουν οικονομική συμφωνία. global ISP Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 32

33 Η δομή του Internet: το δίκτυο των δικτύων access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net … … … … … … Αν ένας global ISP είναι μία βιώσιμη εταιρία, θα υπάρχουν ανταγωνιστές….. ISP B ISP A ISP C Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 33

34 Η δομή του Internet: το δίκτυο των δικτύων access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net … … … … … … Αν ένας global ISP είναι μία βιώσιμη εταιρία, θα υπάρχουν ανταγωνιστές…. Που θα πρέπει να διασυνδεθούν ISP B ISP A ISP C IXP peering link Internet exchange point Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 34

35 Η δομή του Internet: το δίκτυο των δικτύων access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net access net … … … … … … … και τοπικά δίκτυα θα προκύψουν ώστε να συνδέσουν δίκτυα πρόσβασης στους ISPS ISP B ISP A ISP C IXP regional net Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 35

36 Η δομή του Internet: το δίκτυο των δικτύων Στο κέντρο: small # καλά διασυνδεδεμένων μεγάλων δικτύων – “tier-1” εμπορικοί ISPs (e.g., Level 3, Sprint, AT&T, NTT, ΟΤΕ,DT), national & international coverage – content provider network (e.g, Google): ιδιωτικο δίκτυο που συνδέει τα κέντρα δεδομένων (data centers) στο διαδίκτυο, συχνά παρακάμπτοντας tier-1, τοπικούς ISPs access ISP access ISP access ISP access ISP access ISP access ISP access ISP access ISP Regional ISP IXP Tier 1 ISP Google IXP Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 36

37 Tier-1 ISP: e.g., Sprint … to/from customers peering to/from backbone … … … … POP: point-of-presence Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 37

38 Απώλεια και η καθυστέρηση Τα πακέτα εισέρχονται στις ουρές των δρομολογητών (buffers) Ο ρυθμός άφιξης των πακέτων (προσωρινά) ξεπερνά τη χωρητικότητα του εξωτερικού link Τα πακέτα στην ουρά περιμένουν τη σειρά τους A B Πακέτο που αποστέλλεται (μετά από καθυστέρηση) Πακέτα που μπαίνουν στην ουρά (καθυστέρηση) Διαθέσιμοι buffers: πακέτα που φτάνουν (απώλεια) αν δεν υπάρχουν ελεύθεροι buffers Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 38

39 Τέσσερις αιτίες καθυστέρησης d proc : Επεξεργασία  Έλεγχος λαθών bits  Καθορισμός γραμμής εξόδου  Τυπικά < msec A B διάδοση μετάδοση Επεξεργασία στον κόμβο Αναμονή στην ουρά d queue : Αναμονή στην ουρά  Αναμονή για την μετάδοση στη γραμμή εξόδου  Εξαρτάται από το βαθμό συμφόρησης του δρομολογητή d nodal = d proc + d queue + d trans + d prop Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 39

40 d trans : καθυστέρηση μετάδοσης:  L: μέγεθος πακέτου (bits)  R: ρυθμός μετάδοσης (bps)  d trans = L/R d prop : καθυστέρηση διάδοσης:  d: length of physical link  s: propagation speed in medium (~2x10 8 m/sec)  d prop = d/s d trans and d prop Δύο διαφορετικά πράγματα Τέσσερις αιτίες καθυστέρησης propagation nodal processing queueing d nodal = d proc + d queue + d trans + d prop A B transmission Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 40

41 R: ταχύτητα γραμμής (bps) L: μήκος πακέτου (bits) a: μέσος ρυθμός άφιξης πακέτων traffic intensity = La/R  La/R ~ 0: avg. Μικρή καθυστέρηση στην ουρά  La/R -> 1: Μεγάλη καθυστέρηση στην ουρά  La/R > 1: περισσότερη κίνηση φτάνει από αυτή που Μπορεί να εξυπηρετηθεί, μέση καθυστέρηση άπειρη! average queueing delay La/R ~ 0 Καθυστέρηση στην ουρά La/R -> 1 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 41

42 “Πραγματικές” καθυστερήσεις και διαδρομές στο διαδίκτυο Πως μοιάζουν οι καθυστερήσεις και οι διαδρομές? traceroute πρόγραμμα: παρέχει μέτρηση της καθυστέρησης από την πηγή μέχρι τον προορισμό επιδεικνύοντας τους ενδιάμεσους δρομολογητές. Για όλα τα ενδιάμεσα βήματα i: – Στέλνει τρία πακέτα που θα φτάσουν το router i στο μονοπάτι μέχρι τον προορισμό – Ο router i θα επιστρέψει πακέτα στον αποστολέα – Ο αποστολέας καταγράφει το διάστημα από την αποστολή των δεδομένων μέχρι να λάβει την απάντηση. 3 probes Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 42

43 “Πραγματικές” καθυστερήσεις και διαδρομές στο διαδίκτυο 1 cs-gw ( ) 1 ms 1 ms 2 ms 2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu ( ) 1 ms 1 ms 2 ms 3 cht-vbns.gw.umass.edu ( ) 6 ms 5 ms 5 ms 4 jn1-at wor.vbns.net ( ) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn1-so wae.vbns.net ( ) 21 ms 18 ms 18 ms 6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu ( ) 22 ms 18 ms 22 ms 7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu ( ) 22 ms 22 ms 22 ms ( ) 104 ms 109 ms 106 ms 9 de2-1.de1.de.geant.net ( ) 109 ms 102 ms 104 ms 10 de.fr1.fr.geant.net ( ) 113 ms 121 ms 114 ms 11 renater-gw.fr1.fr.geant.net ( ) 112 ms 114 ms 112 ms 12 nio-n2.cssi.renater.fr ( ) 111 ms 114 ms 116 ms 13 nice.cssi.renater.fr ( ) 123 ms 125 ms 124 ms 14 r3t2-nice.cssi.renater.fr ( ) 126 ms 126 ms 124 ms 15 eurecom-valbonne.r3t2.ft.net ( ) 135 ms 128 ms 133 ms ( ) 126 ms 128 ms 126 ms 17 * * * 18 * * * 19 fantasia.eurecom.fr ( ) 132 ms 128 ms 136 ms traceroute: gaia.cs.umass.edu to 3 delay measurements from gaia.cs.umass.edu to cs-gw.cs.umass.edu * means no response (probe lost, router not replying) trans-oceanic link * Κάντε μερικά traceroutes από εξωτικές χώρες (www.traceroute.org) Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 43

44 Απώλεια πακέτου Πακέτο που φτάνει σε γεμάτο buffer απορρίπτεται Το χαμένο πακέτο μπορεί να ξανασταλεί από τον προηγούμενο κόμβο, από την πηγή ή καθόλου. A B Πακέτο που αποστέλλεται Πακέτο που φτάνει σε γεμάτο buffer χάνεται buffer (περιοχή αναμονής) Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 44

45 Throughput - Ρυθμαπόδοση throughput: ρυθμός (bits/time unit) με τον οποίο στέλνονται τα δεδομένα από τον πομπό στο δέκτη – Στιγμιαία: Ρυθμός σε δεδομένο χρονικό σημείο – Μέση: Ρυθμός σε μεγαλύτερη διάρκεια του χρόνου server, with file of F bits to send to client link capacity R s bits/sec link capacity R c bits/sec server sends bits (fluid) into pipe pipe that can carry fluid at rate R s bits/sec) pipe that can carry fluid at rate R c bits/sec) Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 45

46 Ρυθμαπόδοση R s < R c What is average end-end throughput? R s bits/sec R c bits/sec  R s > R c What is average end-end throughput? Η ζεύξη που περιορίζει τη ρυθμαπόδοση από άκρο σε άκρο bottleneck link R s bits/sec R c bits/sec Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 46

47 Επίπεδο δικτύου - εισαγωγικά Στόχοι:  Η κατανόηση των αρχών που αφορούν τις υπηρεσίες του επιπέδου δικτύου:  Μοντέλα υπηρεσιών επιπέδου δικτύου  Προώθηση vs δρομολόγησης  Πως λειτουργεί ένας δρομολογητής  Βασικές υλοποιήσεις στο διαδίκτυο Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 47

48 Επίπεδο δικτύου Μεταφορά των segments από τον αποστολέα στον παραλήπτη Στην πλευρά του αποστολέα ενθυλακώνει τα segments σε datagrams Στην πλευρά το παραλήπτη μεταφέρει τα segments στο επίπεδο μεταφοράς. Ο δρομολογητής (router) εξετάζει τα πεδία τηε επικεφαλίδας σε όλα τα IP datagrams που διέρχονται από αυτόν. application transport network data link physical application transport network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 48

49 Δύο σημαντικές λειτουργίες του 3 ου επιπέδου Προώθηση: Μετακίνηση των πακέτων από την είσοδο του router στην κατάλληλη έξοδο Δρομολόγηση: Ο καθορισμός της διαδρομής που θα ακολουθήσουν τα πακέτα από την πηγή στον προορισμό – Αλγόριθμοι δρομολόγησης Αναλογία:  δρομολόγηση: διαδικασία σχεδιασμού του ταξιδιού από την πηγή στον προορισμό  προώθηση: διαδικασία να βγεις από συγκεκριμένη έξοδο στην εθνική οδό Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 49

50 value in arriving packet’s header routing algorithm local forwarding table header value output link Αλληλεπίδραση μεταξύ routing, forwarding Ο αλγόριθμος δρομολόγησης καθορίζει το end-end-path Ο πίνακας προώθησης καθορίζει την τοπική προώθηση σε αυτό το router Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 50

51 Μοντέλα υπηρεσιών του επιπέδου δικτύου Network Architecture Internet ATM Service Model best effort CBR VBR ABR UBR Bandwidth none constant rate guaranteed rate guaranteed minimum none Loss no yes no Order no yes Timing no yes no Congestion feedback no (inferred via loss) no congestion no congestion yes no Guarantees ? Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 51

52 Συνδεσμικές-ασυνδεσμικές υπηρεσίες  To datagram δίκτυο παρέχει connectionless υπηρεσίες  Το virtual-circuit δίκτυο παρέχει connection υπηρεσίες στο επίπεδο του δικτύου  Σε αναλογία με τις TCP/UDP connection-oriented / connectionless υπηρεσίες δικτύου μεταφοράς, αλλά:  υπηρεσία: από host σε host  Καμία επιλογή: Το δίκτυο παρέχει τη μία ή την άλλη  Υλοποίηση: Στην καρδιά του δικτύου Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 52

53 Virtual circuits – Εικονικά κυκλώματα call setup, λαμβάνει χώρα πριν τη ροή των δεδομένων Κάθε πακέτο μεταφέρει ένα VC identifier (όχι διευθύνσεις) Κάθε router στο μονοπάτι διατηρεί την “κατάσταση” για κάθε σύνδεση Οι πόροι της ζεύξης και του router (εύρος ζώνης, buffers) θα διατεθούν στο VC (αφιερωμένοι πόροι= προβλέψιμη υπηρεσία) “Το μονοπάτι από την πηγή στον προορισμό συμπεριφέρεται σαν ένα κύκλωμα τηλεφωνικό” – Είναι προσανατολισμένο στις επιδόσεις (performance wise) Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 53

54 Υλοποίηση VC Ένα VC αποτελείται από: 1.Το μονοπάτι από την πηγή στον προορισμό 2.Τους αριθμούς VC, ένας αριθμός για κάθε σύνδεση στο μονοπάτι 3.Τιμές στους πίνακες προώθησης στους δρομολογητές κατά μήκος του μονοπατιού  Το πακέτο που ανήκει στο VC μεταφέρει το VC αριθμό (αντί της διεύθυνσης προορισμού)  Ο VC αριθμός μπορεί να αλλάξει σε κάθε link.  O νέος VC αριθμός προκύπτει στον πίνακα προώθησης Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 54

55 VC Πίνακας προώθησης VC number interface number Incoming interface Incoming VC # Outgoing interface Outgoing VC # … … forwarding table in northwest router: VC routers διατηρούν την πληροφορία της κατάστασης της δέσμης Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 55

56 application transport network data link physical Εικονικά κυκλώματα: πρωτόκολλα ATM, frame-relay, X.25 Δεν χρησιμοποιείται στο σημερινό Internet 1. initiate call 2. incoming call 3. accept call 4. call connected 5. data flow begins 6. receive data application transport network data link physical Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 56

57 Datagram δίκτυα Καμία εγκατάσταση κλήσης routers: καμία γνώση για τις end-to-end συνδέσεις – Καμία έννοια “connection” στο επίπεδο του δικτύου Τα πακέτα προωθούνται με βάση τη διεύθυνση του προορισμού 1. send datagrams application transport network data link physical application transport network data link physical 2. receive datagrams Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 57

58 1 2 3 Datagram πίνακας προώθησης IP destination address στην επικεφαλίδα του αφικνούμενου πακέτου routing algorithm local forwarding table dest address output link address-range 1 address-range 2 address-range 3 address-range δις IP addresses, κατηγοριοποίηση με βάση εύρος διευθύνσεων και όχι μοναδικές διευθύνσεις (aggregation) Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 58

59 Ταίριασμα μεγαλύτερου προθέματος Destination Address Range *** ********* ********* *** ********* otherwise DA: examples: DA: which interface? when looking for forwarding table entry for given destination address, use longest address prefix that matches destination address. longest prefix matching Link interface Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 59

60 Datagram ή VC δίκτυο? Internet (datagram) Μεταφορά δεδομενων μεταξύ Η/Υ – “ελαστική” υπηρεσία, όχι αυστηρές απαιτήσεις χρόνου. Πολλαπλοί τύποι συνδέσεων – Διαφορετικά χαρακτηριστικά – Δύσκολη η ομοιόμορφηυπηρεσία “έξυπνα” τερματικά συστήματα (computers) – Μπρούν να προσαρμοστούν, να ελέγξουν λάθη, κ.ο.κ. – Απλό δίκτυο, η πολυπλοκότητα στα άκρα ATM (VC) Εξέλιξη της τηλεφωνίας Ομιλία: – Αυστηρές απαιτήσεις χρόνου – αναγκαία η ποιότητα της υπηρεσίας “χαζά” τερματικά συστήματα – τηλέφωνα – Η πολυπλοκότητα στο δίκτυο Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 60

61 To επίπεδο δικτύου στο Internet forwarding table Λειτουργίες του host, router στο επίπεδο δικτύου: routing protocols Επιλογή μονοπατιού RIP, OSPF, BGP IP protocol συμβάσεις στη διευθυνσιοδότηση Μορφή των datagrams συμβάσεις στο χειρισμό των πακέτων ICMP protocol Αναφορά λαθών “Σηματοδοσία” στο router transport layer: TCP, UDP link layer physical layer network layer Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 61

62 ver length 32 bits data (variable length, typically a TCP or UDP segment) 16-bit identifier header checksum time to live 32 bit source IP address head. len type of service flgs fragment offset upper layer 32 bit destination IP address options (if any) Μορφή του IP datagram Αριθμός έκδοσης Μήκος header (bytes) Πρωτόκολλο πάνω επιπέδου Συνολικό μήκος datagram (bytes) Τύπος δεδομένων Για fragmentation/ reassembly Μέγιστος αριθμός εναπομεινάντων hops (μειώνεται σε κάθε router) e.g. timestamp, record route taken, specify list of routers to visit. Πόσο overhead?  20 bytes για TCP  20 bytes για IP  = 40 bytes + app layer overhead Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 62

63 IP fragmentation, reassembly Οι ζέυξεις του δικτύου έχουν MTU (max.transfer size) – Μεγαλύτερο μέγεθος πλαισίου – Διαφορετικοί τύποι ζεύξεων, διαφορετικά MTUs Μεγάλα IP datagrams τεμαχίζονται (“fragmented”) στο δίκτυο – Ένα datagram μετατρέπεται σε πολλά datagrams – Επανασυναρμολογείται (“reassembled”) μόνο στον τελικό προορισμό – Τα IP header bits χρησιμοποιούνται για να προσδιορίσουν άλλα σχετιζόμενα τεμάχια (fragments) fragmentation: in: one large datagram out: 3 smaller datagrams reassembly … … Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 63

64 ID =x offset =0 fragflag =0 length =4000 ID =x offset =0 fragflag =1 length =1500 ID =x offset =185 fragflag =1 length =1500 ID =x offset =370 fragflag =0 length =1040 one large datagram becomes several smaller datagrams Παράδειγμα :  4000 byte datagram  MTU = 1500 bytes 1480 bytes in data field offset = 1480/8 IP fragmentation, reassembly Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 64

65 IP addressing: Εισαγωγή IP address: 32-bit για την ταυτοποίηση host, router interface: Σύνδεση μεταξύ host/router και της φυσικής ζεύξης – Οι routers έχουν πολλαπλά interfaces – Οι host έχουν μία ενεργή interface (e.g., wired Ethernet, wireless ) one IP address associated with each interface = Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 65

66 Υποδίκτυα IP address: – subnet part: Τα πρώτα bits της IP – host part – Τα τελευταία bits της IP Τι είναι το υποδίκτυο ? – interfaces με την ίδια subnet part της IP address – Μπορούν να επικοινωνήσουν χωρίς την παρέμβαση του router network consisting of 3 subnets subnet Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 66

67 συνταγή  Για να καθορίσεις τα subnets, αποσύνδεσε κάθε interface από το host ή το router, δημιουργώντας νησιά απομονωμένων δικτύων  Κάθε απομονωμένο δίκτυο είναι ένα υποδίκτυο - subnet subnet mask: /24 Υποδίκτυα / / / subnet Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 67

68 Πόσα? Υποδίκτυα Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 68

69 IP addressing: CIDR CIDR: Classless InterDomain Routing  Το μέρος της διεύθυνσης που υποδεικνύει το subnet είναι αυθαίρετου μήκους  Μορφή διεύθυνσης: a.b.c.d/x, όπου x είναι ο # bits στο subnet τμημα της διεύθυνσης subnet part host part /23 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 69

70 Ιεραρχικό addressing: route aggregation “Send me anything with addresses beginning /20” / / /23 Fly-By-Night-ISP Organization 0 Organization 7 Internet Organization 1 ISPs-R-Us “Send me anything with addresses beginning /16” /23 Organization H ιεραρχική διευθυνσιοδότηση επιτρέπει την αποδοτική διαφήμιση της πληροφορίας δρομολόγησης: Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 70

71 IP addressing: Πως αγοράζεις εύρος IPs? Q: Πως ένας ISP αγοράζει block of addresses? A: ICANN: Internet Corporation for Assigned Names and Numbers  Αναθέτει διευθύνσεις  διαχειρίζεται DNS  Αναθέτει domain names, επιλύει προβλήματα Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 71

72 DHCP- client-server Σενάριο / / / DHCP server arriving DHCP client needs address in this network Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 72

73 DHCP: άλλες λειτουργίες DHCP επιστέφει:  IP address  Διεύθυνση του first-hop router (gateway)  Όνομα και IP address του DNS sever  Μάσκα υποδικτύου Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 73

74 NAT: network address translation Τοπικό δίκτυο (e.g., home network) /24 Internet Τα datagrams με source ή destination σε αυτό το δίκτυο έχουν /24 address για source, destination (όπως συνήθως) ΟΛΑ τα datagrams που αφήνουν το τοπικό δίκτυο έχουν την ίδια NAT IP address μοναδικής πηγής: ,και διαφορετικά port numbers Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 74

75 Λόγοι ύπαρξης: – Δεν απαιτείται μεγάλο εύρος διευθύνσεων από τον ISP: μόνο μία IP για όλες τις συσκευές – Αλλάζουν οι εσωτερικές διευθύνσεις χωρίς να πρέπει να ειδοποιείται ο εξωτερικός κόσμος – Μπορούμε να αλλάξουμε τον ISP χωρίς να χρειαστεί να αλλάξουμε τις εσωτερικές διευθύνσεις – Οι συσκευές στο εσωτερικό δίκτυο δεν μπορούν να ειδωθούν απόλυτα από τον εξωτερικό κόσμο (αύξηση ασφάλειας) NAT: network address translation Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 75

76 Υλοποίηση: Ο NAT router πρέπει: – εξερχόμενα datagrams: Αντικατάσταση (source IP address, port #) με (NAT IP address, new port #) για κάθε datagram... Οι απομακρυσμένοι clients/servers θα απαντήσουν με (NAT IP address, new port #) as destination addr – Αντιστοίχιση (στο NAT translation table) κάθε (source IP address, port #) με (NAT IP address, new port #) ζευγάρι – Εισερχόμενα datagrams: Αντικατάσταση (NAT IP address, new port #) στα πεδία του παραλήπτη (dest) κάθε εισερχόμενου datagram με τα αντίστοιχα (source IP address, port #) που έχουν αποθηκευτεί στο NAT table NAT: network address translation Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 76

77 S: , 3345 D: , : host Στέλνει datagram στον , 80 NAT translation table WAN side addr LAN side addr , , 3345 …… S: , 80 D: , S: , 5001 D: , : NAT router Αλλάζει τη source addr από , 3345 σε , 5001, Ενημερώνοντας τον πίνακα S: , 80 D: , : Η απάντηση dest. address: , : NAT router Αλλάζει το dest addr από , 5001 σε , 3345 NAT: network address translation Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 77

78 16-bit port-number field: – 60,000 ταυτόχρονες συνδέσεις με μία LAN-side διεύθυνση! Το NAT έχει αντιφάσεις: – Οι routers θα έπρεπε να εργάζονται ως το layer 3 – Παραβιάζει την end-to-end λογική Οι ιδιότητες του NAT πρέπει να ληφθούν υπόψη από τους app designers, e.g., P2P εφαρμογές – Η έλλειψη διευθύνσεων θα πρέπει να λυθεί από τη χρήση του IPv6 NAT: network address translation Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 78

79 NAT: Πρόβλημα διέλευσης Ο client θέλει να συνδεθεί στο server με διεύθυνση – Η διέυθυνση του server είναι τοπική στο LAN (Ο client δεν μπορεί να τη χρησιμοποιήσει σαν destination addr) – Μόνο μία διεύθυνση είναι ορατή εξωτερικά : Λύση 1: Στατική ρύθμιση του NAT ώστε να προωθεί incoming connection requests σε δεδομένη πόρτα στο server – e.g., ( , port 25000) πάντα προωθείται στο port NAT router client ? Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 79

80 NAT: Πρόβλημα διέλευσης Λύση 2: Universal Plug and Play (UPnP) Internet Gateway Device (IGD) Protocol. Επιτρέπει σε NATed host να:  Μαθαίνουν την public IP address ( )  Προσθέτουν/αφαιρούν αντιστοιχίσεις θυρών (με χρόνους μίσθωσης) i.e., Αυτοματοποίηση της στατικής ρύθμισης NAT θυρών NAT router IGD Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 80

81 NAT: Πρόβλημα διέλευσης solution 3: Μετάδοση – relaying (στο Skype) – Ο NATed client εγκαθιστά σύνδεση στο relay – O εξωτερικός client συνδέεται στο relay – O relay γεφυρώνει τα packets μεταξύ των συνδέσεων client 1.Η σύνδεση στο relay αρχικοποιείται από το NATed host 2. Η σύνδεση στο relay αρχικοποιείται από τον client 3. To relaying Έχει εγκαθιδρυθεί NAT router Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 81

82 ICMP: internet control message protocol Χρησιμοποιείται από hosts & routers ώστε να επικοινωνήσουν πληροφορίες του επιπέδου δικτύου – Αναφορά λαθών: unreachable host, network, port, protocol – echo request/reply (ping) Επιπέδου δικτύου “πάνω από το” IP: – ICMP msgs μεταφέρονται σε IP datagrams Type Code description 0 0 echo reply (ping) 3 0 dest. network unreachable 3 1 dest host unreachable 3 2 dest protocol unreachable 3 3 dest port unreachable 3 6 dest network unknown 3 7 dest host unknown 4 0 source quench (congestion control - not used) 8 0 echo request (ping) 9 0 route advertisement 10 0 router discovery 11 0 TTL expired 12 0 bad IP header Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 82

83 IPv6: Λόγοι υιοθέτησης Κύριος λόγος: Το 32-bit διάστημα διευθύνσεων θα εξαντληθεί σύντομα. Επιπλέον λόγοι: – Η μορφή του header επιτρέπει την επιτάχυνση των processing/forwarding – Η αλλαγή του header διευκολύνει το QoS Μορφή του IPv6 datagram: – Σταθερού μήκους 40 byte header – Δεν επιτρέπεται fragmentation Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 83

84 Μορφή του IPv6 datagram priority: Καθορισμός προτεραιότητας μεταξύ των datagrams μίας ροής flow Label: Καθορισμός των datagrams που ανήκουν στην ίδια ροή (Η αρχή του “flow” δεν είναι καλώς ορισμένη). next header: Καθορισμός του πρωτοκόλλου ανώτερου επιπέδου για δεδομένα. data destination address (128 bits) source address (128 bits) payload len next hdr hop limit flow label pri ver 32 bits Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 84

85 Διαφορές με το IPv4 checksum: Εγκαταλείπεται ώστε να μειωθεί η επεξεργασία σε κάθε κόμβο options: Επιτρέπεται αλλά εκτός του header, με τη χρήση του “Next Header” πεδίου ICMPv6: Νέα έκδοση του ICMP – Επιπρόσθετοι τύποι μηνυμάτων, e.g. “Packet Too Big” – Λειτουργίες για multicast group Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 85

86 Μετάβαση από το IPv4 στο IPv6 Δεν είναι δυνατό να αναβαθμιστούν όλοι οι routers αυτόματα – Δεν έχουν καθοριστεί “flag days” – Πως θα λειτουργήσει το δίκτυο με μίξη από IPv4 και IPv6 routers? tunneling: Το IPv6 datagram μεταφέρεται σαν payload in IPv4 datagram μεταξύ των IPv4 routers IPv4 source, dest addr IPv4 header fields IPv4 datagram IPv6 datagram IPv4 payload UDP/TCP payload IPv6 source dest addr IPv6 header fields Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 86

87 Tunneling Φυσική άποψη: IPv4 A B IPv6 E F C D Λογική λειτουργία: IPv4 σήραγγα Που συνδέει IPv6 routers E IPv6 F A B Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 87

88 flow: X src: A dest: F data A-to-B: IPv6 Flow: X Src: A Dest: F data src:B dest: E B-to-C: IPv6 inside IPv4 E-to-F: IPv6 flow: X src: A dest: F data B-to-C: IPv6 inside IPv4 Flow: X Src: A Dest: F data src:B dest: E physical view: A B IPv6 E F C D logical view: IPv4 σήραγγα Που συνδέει IPv6 routers E IPv6 F A B Tunneling IPv4 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 88


Κατέβασμα ppt "Προηγμένες δικτυακές τεχνολογίες ΠΜΣ: Τεχνολογίες Υπολογισμού και Δικτύων Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕΙ Αθήνας."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google