Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή Δικτύωση Υπολογιστών: Προσέγγιση από πάνω προς τα κάτω 7η Έκδοση, 2016 J.F. Kurose, K.W. Ross [Εύδοξος: 77106973] Εισαγωγή

Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή Ο Στόχος: Να αποκτήσουμε μία αίσθηση για τα δίκτυα και την επαφή με την ορολογία Περισσότερες λεπτομέρειες αργότερα προσέγγιση: Το Internet σαν παράδειγμα Επισκόπηση: Τι είναι το internet; Τι είναι πρωτόκολλο; Τα άκρα του δικτύου (network edge); Η/Υ (Hosts) , Δίκτυο Πρόσβασης, Φυσικά μέσα Δίκτυο κορμού: μεταγωγή πακέτου/κυκλώματος, δομή του διαδικτύου επιδόσεις: απώλεια πακέτου (loss), καθυστέρηση (delay), ρυθμαπόδοση (throughput) Ασφάλεια (security) Επίπεδα πρωτοκόλλων, μοντέλα υπηρεσιών ιστορία Εισαγωγή

Κεφάλαιο 1: Οδικός χάρτης 1.1 Τι είναι το internet? 1.2 Τα άκρα του δικτύου Τερματικά συστήματα, δίκτυα πρόσβασης, φυσικές ζεύξεις 1.3 Δίκτυο κορμού Μεταγωγή πακέτου, Μεταγωγή κυκλώματος, Δομή δικτύου 1.4 Καθυστέρηση, απώλεια, ρυθμαπόδοση στα δίκτυα 1.5 Πρωτόκολλα, Μοντέλα Υπηρεσιών 1.6 Δίκτυα σε απειλή: ασφάλεια 1.7 Ιστορική αναδρομή Εισαγωγή

Τι είναι το διαδίκτυο: “δομικά στοιχεία” smartphone PC server wireless laptop Εκατομμύρια διασυνδεδεμένων συσκευών: hosts = τερματικά συστήματα εκτελούμενα network apps mobile network global ISP regional ISP home network institutional Επικοινωνιακές ζεύξεις Οπτική ίνα, χαλκός, ασύρματα συστήματα, δορυφορικά Ρυθμός μετάδοσης: bandwidth wired links wireless Μεταγωγείς πακέτου: Προωθούν πακέτα (δέσμες δεδομένων) routers και switches router Εισαγωγή 4

Διαδικτυακές συσκευές Web-enabled toaster + weather forecaster IP picture frame http://www.ceiva.com/ Tweet-a-watt: monitor energy use Slingbox: watch, control cable TV remotely Internet refrigerator Internet phones Εισαγωγή

Τι είναι το διαδίκτυο: “δομικά στοιχεία” mobile network global ISP regional ISP home network institutional Internet: “Το δίκτυο των δικτύων” Διασυνδεδεμένοι ISPs Πρωτόκολλα: Ο έλεγχος της αποστολής, λήψης μηνυμάτων e.g., TCP, IP, HTTP, Skype, 802.11 Internet standards RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering Task Force Εισαγωγή

Τι είναι το internet: H οπτική των υπηρεσιών Υποδομή που προσφέρει υπηρεσίες στις εφαρμογές: Web, VoIP, email, games, e-commerce, social nets, … Παρέχει προγραμματι-στικές διεπαφές σε apps Σημεία που επιτρέπουν σε app programs να συνδεθούν στο Internet Παρέχει επιλογές υπηρεσιών σε αναλογία με τις υπηρεσίες ταχυδρομείου mobile network global ISP regional ISP home network institutional Εισαγωγή

Τι είναι πρωτόκολλο; Ανθρώπινα πρωτόκολλα: Πρωτόκολλα Δικτύου: “Τι ώρα είναι;” “Έχω μία ερώτηση” Συστάσεις … Συγκεκριμένα μηνύματα αποστέλλονται … Συγκεκριμένες δράσεις αναλαμβάνονται με βάση τα ληφθέντα μηνύματα ή συμβάντα Πρωτόκολλα Δικτύου: Έχουμε μηχανές αντί για ανθρώπους Όλες οι δραστηριότητες επικοινωνίας στο Internet υπάγονται σε πρωτόκολλα Τα πρωτόκολλα καθορίζουν τη μορφή, τη σειρά των μηνυμάτων που στέλνονται και λαμβάνονται μεταξύ των δικτυακών οντοτήτων, και τις ενέργειες που δρομολογούνται στη μετάδοση και λήψη μηνυμάτων Εισαγωγή

Τι είναι πρωτόκολλο; Ένα ανθρώπινο και ένα δικτυακό πρωτόκολλο Hi Hi TCP connection request Hi TCP connection response Τι ώρα είναι? Get http://www.awl.com/kurose-ross 2:00 <file> time Εισαγωγή

Κεφάλαιο 1: Οδικός χάρτης 1.1 Τι είναι το internet; 1.2 Τα άκρα του δικτύου Τερματικά συστήματα, δίκτυα πρόσβασης, φυσικές ζεύξεις 1.3 Δίκτυο κορμού Μεταγωγή πακέτου, Μεταγωγή κυκλώματος, Δομή δικτύου 1.4 Καθυστέρηση, απώλεια, ρυθμαπόδοση στα δίκτυα 1.5 Πρωτόκολλα, μοντέλα υπηρεσιών 1.6 Δίκτυα σε απειλή: ασφάλεια 1.7 Ιστορική αναδρομή Εισαγωγή

Μία κοντινή ματιά στη δομή: Τα άκρα του δικτύου: hosts: πελάτες (clients) και εξυπηρετητές (servers) servers σε κέντρα δεδομένων (data centers) mobile network global ISP regional ISP home network institutional Δίκτυα πρόσβασης, φυσικά μέσα: ενσύρματες, ασύρματες ζεύξεις επικοινωνιών Δίκτυο κορμού: Διασυνδεδεμένοι routers Το δίκτυο των δικτύων Εισαγωγή

Δίκτυα πρόσβασης και φυσικά μέσα ΕΡ: Πως συνδέουμε τερματικά συστήματα στον ακραίο δρομολογητή; Οικιακά δίκτυα πρόσβασης Δίκτυα πρόσβασης οργανισμών (Σχολές, Εταιρίες) Κινητά Δίκτυα Πρόσβασης Πρέπει να έχουμε κατά νου: Το εύρος ζώνης (bits/second) Αν διαμοιράζεται ή όχι το δίκτυο. Εισαγωγή

Δίκτυο πρόσβασης : digital subscriber line (DSL) central office telephone network Η φωνή και τα δεδομένα ταξιδεύουν μέσα από αφιερωμένη γραμμή σε διαφορετικές συχνότητες προς το DSLAM DSL modem splitter DSLAM DSL access multiplexer ISP 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 (τυπικά < 1 Mbps) < 24 Mbps downstream transmission rate (τυπικά < 10 Mbps) Καλύτερη επιλογή το VDSL, συνδυαζόμενο με FFTx τεχνολογίες Εισαγωγή

Δίκτυο πρόσβασης: Καλωδιακό Δίκτυο cable headend … cable modem splitter Channels V I D E O A T C N R L 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Πολυπλεξία διαίρεσης συχνοτήτων: διαφορετικά κανάλια μεταδίδονται σε διαφορετικές ζώνες συχνοτήτων Εισαγωγή

Δίκτυο πρόσβασης: Καλωδιακό δίκτυο cable headend … Δεδομένα, TV μεταφέρονται σε διαφορετικές συχνότητες πάνω από κοινόχρηστο καλωδιακό δίκτυο διανομής cable modem splitter cable modem termination system CMTS ISP HFC: Υβριδικό δίκτυο ομοαξονικού καλωδίου και οπτικής ίνας Ασύμμετρη: up to 30Mbps downstream transmission rate, 2 Mbps upstream transmission rate Δίκτυο καλωδίων, η οπτική ίνα εναποθέτει κατοικίες στον ISP router Οι κατοικίες μοιράζονται το δίκτυο μέχρι το άκρο του καλωδίου Σε αντίθεση με το DSL, που διαθέτει αφιερωμένη ζεύξη στο κεντρικό γραφείο (Central Office) Εισαγωγή

Από και προς το κεντρικό γραφείο (Central office) Δίκτυο πρόσβασης: οικιακά δίκτυα wireless devices Από και προς το κεντρικό γραφείο (Central office) Συνδυάζονται στο ίδιο κουτί Ασύρματο σημείο πρόσβασης (54 Mbps) Δρομολογητής, τείχος προστασίας (firewall), NAT cable or DSL modem Ενσύρματο Ethernet (100 Mbps) Εισαγωγή

Εταιρικά δίκτυα πρόσβασης (Ethernet) Η ζεύξη του οργανισμού στον ISP (Internet) Ο router του οργανισμού Ethernet Διακόπτης (switch) mail, web servers του οργανισμού Χρησιμοποιούνται σε εταιρίες, πανεπιστήμια κ.α. 10 Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps ρυθμοί μετάδοσης σήμερα, τα τερματικά συστήματα συνδέονται με την τεχνολογία Ethernet. Εισαγωγή

Ασύρματα δίκτυα πρόσβασης Το διαμοιραζόμενο ασύρματο δίκτυο πρόσβασης συνδέει τα τερματικά συστήματα με το δρομολογητή Σταθμός βάσης ή “σημείο πρόσβασης” Ασύρματη πρόσβαση ευρείας περιοχής Δίνεται από πάροχο κινητής (10’s km) Μεταξύ 1 και 100 Mbps 3G, 4G: LTE Ασύρματα LANs: Μέσα σε ένα κτήριο (30 μέτρα) 802.11b/g/n (WiFi): 11, 54 Mbps, 400 Mbps ρυθμός μετάδοσης to Internet to Internet Εισαγωγή

Host: στέλνει πακέτα δεδομένων Παίρνει το μήνυμα της εφαρμογής Το διαιρεί σε μικρότερα τμήματα, γνωστά και ως packets, μήκους L bits Μεταδίδει τα πακέτα στο δίκτυο πρόσβασης με ρυθμό R Ρυθμός μετάδοσης της ζεύξης ή αλλιώς χωρητικότητα της ζεύξης ή καταχρηστικά εύρος ζώνης της ζεύξης two packets, L bits each 2 1 R: link transmission rate host L (bits) R (bits/sec) Καθυστέρηση μετάδοσης πακέτου Ο χρόνος μετάδοσης του πακέτου των L-bits = =

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 Εισαγωγή

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 Gbps transmission rate) Χαμηλός ρυθμός σφαλμάτων: Μεγάλη απόσταση μεταξύ των αναγεννητών Απρόσβλητες στον ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο Εισαγωγή

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

Κεφάλαιο 1: Οδικός χάρτης 1.1 Τι είναι το internet; 1.2 Τα άκρα του δικτύου Τερματικά συστήματα, δίκτυα πρόσβασης, φυσικές ζεύξεις 1.3 Δίκτυο κορμού Μεταγωγή πακέτου, Μεταγωγή κυκλώματος, Δομή δικτύου 1.4 Kαθυστέρηση, απώλεια, ρυθμαπόδοση στα δίκτυα 1.5 Πρωτόκολλα, μοντέλα υπηρεσιών 1.6 Δίκτυα σε απειλή: ασφάλεια 1.7 Ιστορική αναδρομή Εισαγωγή

Το δίκτυο κορμού Συνεκτικό δίκτυο (πλέγμα) 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 Εισαγωγή

Δρομολόγηση πακέτων: Αποθήκευση και προώθηση L bits per packet 3 2 1 source destination R bps R bps 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 αριθμητικό παράδειγμα: L = 7.5 Mbits R = 1.5 Mbps Καθυστέρηση απλού άλματος = 5 sec Καθυστέρηση από άκρο σε άκρο (end-end delay) = 2L/R (Θεωρώντας μηδενική καθυστέρηση διάδοσης) Περισσότερα σε λίγο… Εισαγωγή

Μεταγωγή πακέτων: καθυστέρηση στην ουρά, απώλειες πακέτων C A R = 100 Mb/s D R = 1.5 Mb/s B E Ουρά πακέτων που περιμένουν να σταλούν Αναμονή στην ουρά και απώλειες: Αν ο ρυθμός άφιξης (σε 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 Εισαγωγή

Οι δύο πιο σημαντικές δικτυακές λειτουργίες Δρομολόγηση(routing): καθορίζει τη διαδρομή μεταξύ πηγής και προορισμού που θα ακολουθήσουν τα πακέτα Αλγόριθμοι δρομολόγησης Προώθηση: Η μετακίνηση των πακέτων από την είσοδο του δρομολογητή στην κατάλληλη έξοδο. routing algorithm local forwarding table header value output link 0100 0101 0111 1001 3 2 1 1 2 3 0111 Η διεύθυνση προορισμού (επικεφαλίδα πακέτου) Εισαγωγή

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 2ο κύκλωμα στην πάνω ζεύξη και το 1ο κύκλωμα στη δεξιά ζεύξη. Οι πόροι δεσμεύονται αποκλειστικά: Κανένας διαμοιρασμός Εγγυημένη (guaranteed) επίδοση Χρησιμοποιείται συχνά στα τηλεφωνικά δίκτυα και στα δίκτυα οπτικών ινών. Εισαγωγή

Μεταγωγή κυκλώματος: FDM εναντίονTDM 4 χρήστες Παράδειγμα: FDM: Πολυπλεξία διαίρεσης συχνότητας frequency time TDM: Πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου frequency time Two simple multiple access control techniques. Each mobile’s share of the bandwidth is divided into portions for the uplink and the downlink. Also, possibly, out of band signaling. As we will see, used in AMPS, GSM, IS-54/136 Εισαγωγή

Μεταγωγή πακέτου εναντίον μεταγωγής κυκλώματος H μεταγωγή πακέτου επιτρέπει σε περισσότερους χρήστες να χρησιμοποιούν το δίκτυο 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;) ….. N users 1 Mbps link Εισαγωγή

Μεταγωγή πακέτου εναντίον μεταγωγής κυκλώματος Είναι η μεταγωγή πακέτου ο απόλυτος νικητής; Είναι ιδανική για bursty data (ριπές δεδομένων) Διαμοιρασμός των πόρων Απλούστερη (καμία εγκατάσταση κλήσης) Πιθανή υπερβολική συμφόρηση: καθυστέρηση πακέτων και απώλειες: Απαιτούνται πρωτόκολλα για την αξιόπιστη μεταφορά των δεδομένων και τον έλεγχο της συμφόρησης Ερώτηση: Πώς να παρέχουμε circuit-like επιδόσεις; Εγγυημένο εύρος ζώνης για audio/video apps Είναι θέμα προς συνεχή διερεύνηση Εισαγωγή

Δομή του διαδικτύου: Το δίκτυο των δικτύων Τα τερματικά συστήματα συνδέονται στο Internet μέσω ISPs πρόσβασης (Internet Service Providers ή ελληνικά πάροχοι υπηρεσιών internet) Οικιακοί, εταιρικοί και πανεπιστημιακοί ISPs Οι ISPs πρόσβασης 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 Εισαγωγή

Η δομή του Internet: το δίκτυο των δικτύων Ερώτηση: Με δεδομένο ότι υπάρχουν εκατομμύρια από access ISPs, πως μπορούμε να τους διασυνδέσουμε; access net … Εισαγωγή

Η δομή του Internet: το δίκτυο των δικτύων Επιλογή: Να συνδέσουμε κάθε access ISP με κάθε άλλο access ISP; access net … … H απευθείας σύνδεση ενός ISP σε οποιοδήποτε άλλο δεν είναι κλιμακώσιμη: O(N2) συνδέσεις.

Η δομή του Internet: το δίκτυο των δικτύων Επιλογή: H σύνδεση κάθε ISP πρόσβασης σε ένα ISP παγκόσμιας διεύλευσης (global transit); Πελάτης και πάροχος (ISPs) έχουν οικονομική συμφωνία. access net … global ISP

Η δομή του Internet: το δίκτυο των δικτύων Αλλά αν η ύπαρξη του ενός ISP είναι βιώσιμη ως επιχειρηματική λύση, θα υπάρξουν ανταγωνιστές…. access net … ISP A ISP B ISP C

Η δομή του Internet: το δίκτυο των δικτύων Αλλά αν η ύπαρξη του ενός ISP είναι βιώσιμη ως επιχειρηματική λύση, θα υπάρξει ανταγωνιστές ….Οι ISPs πρέπει να διασυνδεθούν Internet Σημείο Ανταλλαγής access net … ISP A IXP IXP ISP B ISP C peering link

Η δομή του Internet: το δίκτυο των δικτύων … και έτσι δημιουργούνται τα τοπικά δίκτυα ώστε να συνδεθούν τα δίκτυα πρόσβασης στους ISPs access net … ISP A IXP IXP ISP B ISP C regional net

Η δομή του Internet: το δίκτυο των δικτύων … και οι πάροχοι περιεχομένου (e.g., Google, Microsoft, Akamai ) αναπτύσσουν το δικό τους δίκτυο για να μεταφέρουν το περιεχόμενο τους πιο κοντά στους χρήστες access net … ISP A IXP Δίκτυο παρόχου περιεχομένου IXP ISP B ISP B regional net

Η δομή του Internet: το δίκτυο των δικτύων access ISP Regional ISP IXP Tier 1 ISP Google Στο κέντρο: Μικρός αριθμός καλά συνδεδεμένων μεγάλων δικτύων “tier-1” εμπορικοί ISPs (e.g., Level 3, Sprint, AT&T, NTT), εθνική & διεθνής κάλυψη Δίκτυα παρόχων περιεχομένου (e.g, Google): Ιδιωτικά δίκτυα που συνδέουν τα κέντρα δεδομένων απευθείας στο internet παρακάμπτοντας του τοπικούς ISPs Εισαγωγή

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

Κεφάλαιο 1: Οδικός χάρτης 1.1 Τι είναι το internet; 1.2 Τα άκρα του δικτύου Τερματικά συστήματα, δίκτυα πρόσβασης, φυσικές ζεύξεις 1.3 Δίκτυο κορμού Μεταγωγή πακέτου, Μεταγωγή κυκλώματος, Δομή δικτύου 1.4 Καθυστέρηση, απώλεια, ρυθμαπόδοση στα δίκτυα 1.5 Πρωτόκολλα, μοντέλα υπηρεσιών 1.6 Δίκτυα σε απειλή: ασφάλεια 1.7 Ιστορική αναδρομή Εισαγωγή

Πως προκύπτει η απώλεια και η καθυστέρηση; Τα πακέτα μπαίνουν στην ουρά στους buffers (ενταμιευτές) των routers (δρομολογητών) Ο ρυθμός άφιξης των πακέτων στην εισερχόμενη ζεύξη (προσωρινά) ξεπερνά τη χωρητικότητα της εξερχόμενης ζεύξης Τα πακέτα μπαίνουν στην ουρά και περιμένουν τη σειρά τους Τα πακέτα που μεταδίδονται(καθυστέρηση) A Διαθέσιμοι buffers: Τα αφικνούμενα πακέτα απορρίπτονται (απώλεια) αν οι buffers δεν είναι διαθέσιμοι B Τα πακέτα που μπαίνουν στην ουρά (καθυστέρηση) Εισαγωγή

Τέσσερις πηγές καθυστέρησης μετάδοση A διάδοση B Επεξεργασία στον κόμβο Στην ουρά dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop dproc: Επεξεργασία Έλεγχος σφαλμάτων Καθορισμός ζεύξης εξόδου Τυπικά < msec dqueue: Καθυστέρηση στην ουρά Ο χρόνος αναμονής στη ζεύξη εξόδου για τη μετάδοση Εξαρτάται από το επίπεδο συμφόρησης του router Εισαγωγή

Επεξεργασία στον κόμβο Τέσσερις πηγές καθυστέρησης μετάδοση A διάδοση B Επεξεργασία στον κόμβο Στην ουρά dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop dtrans: Καθυστέρηση μετάδοσης: L: Μήκος πακέτου (bits) R: Ρυθμός γραμμής(bps) dtrans = L/R dprop: Καθυστέρηση διάδοσης d: Μήκος της φυσικής ζεύξης s: ταχύτητα μετάδοσης στο μέσο (~2x108 m/sec) dprop = d/s dtrans και dprop Διαφορετικά πράγματα Εισαγωγή 45

Αναλογία με ένα καραβάνι Σταθμός Διοδίων Καραβάνι Δέκα αυτοκινήτων 100 km Τα αυτοκίνητα «διαδίδονται» με 100 km/hr Ο σταθμός διοδίων χρειάζεται 12 sec για να εξυπηρετήσει ένα αυτοκίνητο (χρόνος μετάδοσης bit) Αυτοκίνητο ~bit; Καραβάνι ~πακέτο Ερ.: Πόσο χρόνο θα πάρει ώστε το καραβάνι να φτάσει μπροστά από το δεύτερο σταθμό διοδίων; Ο χρόνος «προώθησης» όλου του καραβανιού από τον 1ο σταθμό στον αυτοκινητόδρομο είναι 12*10 = 120 sec Ο χρόνος για το τελευταίο αυτοκίνητο να «διαδοθεί» από τον πρώτο στο δεύτερο σταθμό είναι : 100km/(100km/hr)= 1 hr A: 62 λεπτά Εισαγωγή

Αναλογία με ένα καραβάνι Σταθμός Διοδίων Καραβάνι Δέκα αυτοκινήτων 100 km Ας υποθέσουμε ότι τα αυτοκίνητα «διαδίδονται» με 1000 km/hr Και ότι ο σταθμός διοδίων απαιτεί ένα λεπτό για την εξυπηρέτηση ενός οχήματος Ε: Θα φτάσουν αυτοκίνητα στο δεύτερο σταθμό πριν εξυπηρετηθούν όλα στον πρώτο; A: Ναι!! Μετά από 7 min, το πρώτο αυτοκίνητο φτάνει στο δεύτερο σταθμό; Τρία αυτοκίνητα ακόμα θα είναι στον πρώτο. Εισαγωγή

average queueing delay Καθυστέρηση στην ουρά R: Ταχύτητα ή εύρος ζώνης ζεύξης(bps) L: Μήκος πακέτου(bits) a: Μέσος ρυθμός αφίξεων πακέτων average queueing delay traffic intensity = La/R La/R ~ 0: Η καθυστέρηση στην ουρά είναι μικρή La/R -> 1: Η καθυστέρηση στην ουρά είναι μεγάλη La/R > 1: Περισσότερα φτάνουν από ό,τι φεύγουν, η καθυστέρηση στην ουρά είναι άπειρη. La/R ~ 0 La/R -> 1 Εισαγωγή

“Πραγματικές” καθυστερήσεις και διαδρομές στο Internet traceroute πρόγραμμα: Παρέχει μέτρηση της καθυστέρησης μεταξύ της πηγής και των routers έως τον τελικό προορισμό. For all routers i: Στέλνει τρία πακέτα που θα φτάσουν στο router i στο μονοπάτι μέχρι τον προορισμό. Ο router i θα επιστρέψει τα πακέτα στον αποστολέα. Ο αποστολέας μετράει το χρονικό διάστημα μεταξύ μετάδοσης και απάντησης. 3 probes 3 probes 3 probes Εισαγωγή

“Πραγματικές” καθυστερήσεις και διαδρομές στο Internet traceroute: gaia.cs.umass.edu to www.eurecom.fr 3 μετρήσεις καθυστέρησης gaia.cs.umass.edu to cs-gw.cs.umass.edu 1 cs-gw (128.119.240.254) 1 ms 1 ms 2 ms 2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu (128.119.3.145) 1 ms 1 ms 2 ms 3 cht-vbns.gw.umass.edu (128.119.3.130) 6 ms 5 ms 5 ms 4 jn1-at1-0-0-19.wor.vbns.net (204.147.132.129) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn1-so7-0-0-0.wae.vbns.net (204.147.136.136) 21 ms 18 ms 18 ms 6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu (198.32.11.9) 22 ms 18 ms 22 ms 7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu (198.32.8.46) 22 ms 22 ms 22 ms 8 62.40.103.253 (62.40.103.253) 104 ms 109 ms 106 ms 9 de2-1.de1.de.geant.net (62.40.96.129) 109 ms 102 ms 104 ms 10 de.fr1.fr.geant.net (62.40.96.50) 113 ms 121 ms 114 ms 11 renater-gw.fr1.fr.geant.net (62.40.103.54) 112 ms 114 ms 112 ms 12 nio-n2.cssi.renater.fr (193.51.206.13) 111 ms 114 ms 116 ms 13 nice.cssi.renater.fr (195.220.98.102) 123 ms 125 ms 124 ms 14 r3t2-nice.cssi.renater.fr (195.220.98.110) 126 ms 126 ms 124 ms 15 eurecom-valbonne.r3t2.ft.net (193.48.50.54) 135 ms 128 ms 133 ms 16 194.214.211.25 (194.214.211.25) 126 ms 128 ms 126 ms 17 * * * 18 * * * 19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136 ms Υπερωκεάνια ζεύξη * Καμία απάντηση(χάθηκε το πακέτο, ο router δεν απαντάει) * Do some traceroutes from exotic countries at www.traceroute.org Εισαγωγή

Απώλεια πακέτου Το πακέτο που φτάνει σε μία γεμάτη ουρά απορρίπτεται Το χαμένο πακέτο θα επανασταλεί είτε από τον προηγούμενο κόμβο, από την πηγή ή καθόλου. ενταμιευτής (περιοχής αναμονής) Το πακέτο μεταδίδεται A B Το πακέτο που φτάνει στο γεμάτο ενταμιευτή θα χαθεί Εισαγωγή

Ρυθμαπόδοση - throughput throughput: O ρυθμός (bits/time unit) με τον οποίο τα bits στέλνονται από τον πομπό στο δέκτη. Στιγμιαία ρυθμαπόδοση: Ρυθμός σε μία δεδομένη στιγμή Μέση ρυθμαπόδοση : Ρυθμός υπολογισμένος σε ένα μεγάλο χρονικό διάστημα. Ο server στέλνει bits (ροή) στη γραμμή Η γραμμή μεταφέρει τη ροή στο ρυθμό Rs bits/sec) Η γραμμή μεταφέρει τα δεδομένα στο ρυθμό Rc bits/sec) server, με αρχείο των F bits για να το στείλει στον client link capacity Rs bits/sec link capacity Rc bits/sec Εισαγωγή

Ρυθμαπόδοση - throughput Rs < Rc Ποια είναι η μέση ρυθμαπόδοση από άκρο σε άκρο; Rc bits/sec Rs bits/sec Rs > Rc Ποια είναι η μέση ρυθμαπόδοση από άκρο σε άκρο; Rs bits/sec Rc bits/sec Η ζεύξη που καθορίζει το throughput bottleneck link Εισαγωγή

Ρυθμαπόδοση : σενάριο Internet Ρυθμαπόδοση ανά σύνδεση από άκρο-άκρο: min(Rc,Rs,R/10) Στη πράξη: Rc ή Rs είναι συχνά η συμφόρηση (bottleneck) Rs Rs Rs R Rc Rc Rc 10 συνδέσεις μοιράζονται (δίκαια) τη σύνδεση κορμού bottleneck R bits/sec Εισαγωγή

Κεφάλαιο 1: Οδικός χάρτης 1.1 Τι είναι το internet; 1.2 Τα άκρα του δικτύου Τερματικά συστήματα, δίκτυα πρόσβασης, φυσικές ζεύξεις 1.3 Δίκτυο κορμού Μεταγωγή πακέτου, Μεταγωγή κυκλώματος, Δομή δικτύου 1.4 Καθυστέρηση, απώλεια, ρυθμαπόδοση στα δίκτυα 1.5 Πρωτόκολλα, μοντέλα υπηρεσιών 1.6 Δίκτυα σε απειλή: ασφάλεια 1.7 Ιστορική αναδρομή Εισαγωγή

Τα επίπεδα των πρωτοκόλλων Τα δίκτυα είναι πολύπλοκα και αποτελούνται από πολλά δομικά στοιχεία: hosts Δρομολογητές/ μεταγωγείς Ζεύξεις διαφορετικών μέσων Εφαρμογές Πρωτόκολλα υλικό, λογισμικό Ερώτηση Υπάρχει ελπίδα οργάνωσης της δομής των δικτύων και να κάνουμε μία οργανωμένη συζήτηση για αυτά; Εισαγωγή

Οργάνωση ενός αεροπορικού ταξιδιού Εισιτήριο(αγορά) Αποσκευές (έλεγχος) Πύλες (επιβίβαση) Απογείωση Δρομολόγηση Εισιτήριο (παράπονα) Αποσκευές (παραλαβή) Πύλες (αποβίβαση) Προσγείωση Δρομολόγηση αεροσκάφους Μία σειρά από βήματα Εισαγωγή

Επίπεδα της χρήσης αεροπλάνου ticket (purchase) baggage (check) gates (load) runway (takeoff) airplane routing departure airport arrival intermediate air-traffic control centers ticket (complain) baggage (claim gates (unload) runway (land) ticket baggage gate takeoff/landing layers: Κάθε επίπεδο υλοποιεί μία υπηρεσία Μέσω των ενεργειών που λαμβάνουν χώρα μέσα στο επίπεδο Με βάση και τις υπηρεσίες που παρέχει το κατώτερο επίπεδο Εισαγωγή

Γιατί να κάνουμε χρήση των επιπέδων; Πρόκειται για πολύπλοκα συστήματα: Η καθαρή δομή επιτρέπει την ταυτοποίηση της σχέσης των στοιχείων μίας πολύπλοκης δομής Μοντέλο αναφοράς με επίπεδα Η δομή των επιπέδων διευκολύνει τη διαχείριση, επικαιροποίηση του συστήματος Η αλλαγή σε ένα επίπεδο και των υπηρεσιών που προσφέρει δεν επηρεάζει τα υπόλοιπα επίπεδα Εισαγωγή

Η στοίβα των πρωτοκόλλων στο διαδίκτυο (TCP/IP) application: Υποστηρίζει εφαρμογές διαδικτύου FTP, SMTP, HTTP transport: Αναφέρεται στις διαδικασίες μεταφοράς των δεδομένων TCP, UDP network: δρομολόγηση δεδομενογραμμάτων (datagrams) από την πηγή στον προορισμό IP, πρωτόκολλα δρομολόγησης link: μεταφορά δεδομένων μεταξύ γειτονικών δικτυακών συσκευών Ethernet, 802.111 (WiFi), PPP physical: φυσικός τρόπος μετάδοσης των bits application transport network link physical Εισαγωγή

ISO/OSI μοντέλο αναφοράς presentation: επιτρέπει στις εφαρμογές να ερμηνεύσουν τη σημασία των δεδομένων, π.χ., κρυπτογράφηση, συμπίεση session: συγχρονισμός, checkpointing, ανάκτηση των δεδομένων Η στοίβα του Internet δεν έχει αυτά τα επίπεδα! Αυτές οι υπηρεσίες, όταν χρειάζονται, υλοποιούνται στην εφαρμογή Χρειάζονται; application presentation session transport network link physical Εισαγωγή

Ενθυλάκωση πηγή προορισμός application transport network link physical message M application transport network link physical segment Ht M Ht datagram Ht Hn M Hn frame Ht Hn Hl M link physical switch προορισμός network link physical Ht Hn Hl M Ht Hn Hl M application transport network link physical Ht Hn M router Εισαγωγή

Κεφάλαιο 1: Οδικός χάρτης 1.1 Τι είναι το internet; 1.2 Τα άκρα του δικτύου Τερματικά συστήματα, δίκτυα πρόσβασης, φυσικές ζεύξεις 1.3 Δίκτυο κορμού Μεταγωγή πακέτου, Μεταγωγή κυκλώματος, Δομή δικτύου 1.4 Καθυστέρηση, απώλεια, ρυθμαπόδοση στα δίκτυα 1.5 Πρωτόκολλα, μοντέλα υπηρεσιών 1.6 Δίκτυα σε απειλή: ασφάλεια 1.7 Ιστορική αναδρομή Εισαγωγή

Ασφάλεια Δικτύου Πεδίο της ασφάλειας δικτύων: Πως οι “κακοί” επιτίθενται στα δίκτυα Πως μπορούμε να υπερασπιστούμε τα δίκτυα από τις επιθέσεις Πως μπορούμε να σχεδιάσουμε τις αρχιτεκτονικές ώστε να είναι ανθεκτικές (απρόσβλητες) στις επιθέσεις Το διαδίκτυο δεν σχεδιάστηκε με την ασφάλεια κατά νου Αρχικό όραμα: “ένα σύνολο έμπιστων χρηστών που είναι συνδεδεμένοι σε ένα διαφανές δίκτυο”  Ζητήματα ασφάλειας σε όλα τα επίπεδα! Εισαγωγή

Κακοί τύποι: βάζουν κακόβουλο λογισμικό στους hosts μέσω του διαδικτύου ιών: αυτό-αναπαραγόμενη μόλυνση από ληφθέν/εκτελούμενο αντικείμενο (π.χ., e-mail attachment). Συνήθως προσδένεται σε άλλο πρόγραμμα. σκουληκιών: αυτό-αναπαραγόμενο πρόγραμμα που μεταδίδεται από υπολογιστή σε υπολογιστή μέσω του δικτύου. spyware malware (λογισμικό που κατασκοπεύει) Μεταφέρει δεδομένα του χρήστη Οι μολυσμένοι hosts εντάσσονται στο botnet, που χρησιμοποιείται για spam λειτουργίες. DDoS επιθέσεις Εισαγωγή

Οι κακοί: επιθέσεις σε servers, υποδομή του δικτύου Άρνηση εξυπηρέτησης - Denial of Service (DoS): Οι επιτιθέμενοι κάνουν τους πόρους (server, ρυθμός μετάδοσης) μη διαθέσιμους στους κανονικούς χρήστες μέσω του κορεσμού του δικτύου με ψεύτικη κίνηση 1. Επιλογή στόχου 2. Χρήση παγιδευμένων hosts (botnet) target 3. Αποστολή πακέτων στο στόχο από τους παγιδευμένους hosts Εισαγωγή

Οι κακοί μπορούν να “μυρίσουν” τα πακέτα packet “sniffing”: broadcast media (shared Ethernet, wireless) Δικτυακές διαπαφές διαβάζουν/καταγράφουν όλα τα πακέτα που περνούν (π.χ., συμπεριλαμβανομένων των κωδικών) A C src:B dest:A payload B Λογισμικό wireshark είναι ένα (free) packet-sniffer Εισαγωγή

Οι κακοί μπορούν να χρησιμοποιήσουν ψεύτικες διευθύνσεις IP spoofing: αποστέλλει πακέτο με ψεύτικη διεύθυνση αποστολέα (source) A C src:B dest:A payload B Εισαγωγή

Κεφάλαιο 1: Οδικός χάρτης 1.1 Τι είναι το internet? 1.2 Τα άκρα του δικτύου Τερματικά συστήματα, δίκτυα πρόσβασης, φυσικές ζεύξεις 1.3 Δίκτυο κορμού Μεταγωγή πακέτου, Μεταγωγή κυκλώματος, Δομή δικτύου 1.4 Καθυστέρηση, απώλεια, ρυθμαπόδοση στα δίκτυα 1.5 Πρωτόκολλα, Μοντέλα Υπηρεσιών 1.6 Δίκτυα σε απειλή: ασφάλεια 1.7 Ιστορική αναδρομή Εισαγωγή

Ιστορία Internet 1961-1972: Πρώτες αρχές μεταγωγής πακέτου 1961: Kleinrock – θεωρία ουρών αποδεικνύει την αποτελεσματικότητα της μεταγωγής πακέτου 1964: Baran – μεταγωγή πακέτου σε στρατιωτικά δίκτυα 1967: ARPAnet σχεδιασμός από Advanced Research Projects Agency 1969: πρώτος λειτουργικός κόμβος ARPAnet 1972: ARPAnet δημόσια επίδειξη NCP (Network Control Protocol) πρώτο host-host πρωτόκολλο πρώτο e-mail πρόγραμμα ARPAnet έχει 15 κόμβους Εισαγωγή

Ιστορία Internet 1972-1980: Internetworking, νέα και ιδιωτικά δίκτυα 1970: ALOHAnet satellite network in Hawaii 1974: Cerf and Kahn – αρχιτεκτονική για διασύνδεση δικτύων 1976: Ethernet at Xerox PARC τέλη70: ιδιωτικές αρχιτεκτονικές: DECnet, SNA, XNA τέλη 70: switching fixed length packets (πρόδρομος του ATM) 1979: ARPAnet έχει 200 κόμβους Cerf and Kahn’s αρχές διαδικτύωσης: Μινιμαλισμός, αυτονομία – δεν απαιτούνται εσωτερικές αλλαγές για τη διασύνδεση των δικτύων best effort μοντέλο υπηρεσίας stateless routers Αποκεντρωμένος έλεγχος Καθορίζουν την σημερινή αρχιτεκτονική του Internet Εισαγωγή

Ιστορία Internet 1980-1990: νέα πρωτόκολλα, πολλαπλασιασμός δικτύων 1983: ανάπτυξη του TCP/IP 1982: καθορισμός του smtp e-mail πρωτοκόλλου 1983: καθορισμός του DNS για name-to-IP-address μετάφραση 1985: καθορισμός του ftp πρωτοκόλλου 1988: TCP έλεγχος συμφόρησης Νέα εθνικά δίκτυα: CSnet, BITnet, NSFnet, Minitel 100,000 hosts συνδέθηκαν σε συνομοσπονδία δικτύων Εισαγωγή

Ιστορία Internet 1990, 2000: εμπορευματοποίηση, το Web, νέες apps αρχές 1990: ARPAnet παροπλίστηκε 1991: NSF αίρει τους περιορισμούς στην εμπορική χρήση του NSFnet (παροπλίστηκε, 1995  ISPs) αρχές 1990: Web hypertext [Bush 1945, Nelson 1960’s] HTML, HTTP: Berners-Lee 1994: Mosaic, later Netscape τέλη 1990: εμπορευματοποίηση του Web Τέλη 1990 – 2000: περισσότερες killer apps: instant messaging, P2P file sharing ασφάλεια δικτύου στο προσκήνιο εκτίμηση 50 εκατομμύρια host, 100 εκατ+ χρήστες συνδέσεις κορμού τρέχουν σε Gbps Εισαγωγή

Ιστορία Internet 2005-σήμερα ~7,5 δισεκατομμύρια χρήστες (τέλη 2017) Smartphones και tablets Επιθετική ανάπτυξη της broadband πρόσβασης Αυξανόμενη πανταχού παρουσία της ασύρματης πρόσβασης υψηλών ταχυτήτων Εμφάνιση των online κοινωνικών δικτύων: Facebook: σύντομα δύο δισεκατομμύρια ενεργοί χρήστες Service providers (Google, Microsoft) δημιουργούν τα δικά τους δίκτυα Παρακάμπτουν Internet, προσφέροντας “ακαριαία” πρόσβαση σε αναζήτηση, email, κ.λ.π. E-commerce, πανεπιστήμια, εταιρείες τρέχουν τις υπηρεσίες τους σε “cloud” (π.χ. Amazon EC2) Εισαγωγή

Εισαγωγή: Περίληψη Καλύψαμε ένα “τόνο” ύλης: Τώρα έχετε: Τι είναι το internet? Τα άκρα του δικτύου Τερματικά συστήματα, δίκτυα πρόσβασης, φυσικές ζεύξεις Δίκτυο κορμού Μεταγωγή πακέτου, Μεταγωγή κυκλώματος, Δομή δικτύου Καθυστέρηση, απώλεια, ρυθμαπόδοση στα δίκτυα Πρωτόκολλα, Μοντέλα Υπηρεσιών Δίκτυα σε απειλή: ασφάλεια Ιστορική αναδρομή Τώρα έχετε: γενικό πλαίσιο, επισκόπηση, “διαίσθηση” της δικτύωσης Περισσότερα σε βάθος, οι λεπτομέρειες ακολουθούν! Εισαγωγή

Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή Ερωτήσεις ??? Δικτύωση Υπολογιστών: Προσέγγιση από πάνω προς τα κάτω 7η Έκδοση, 2016 J.F. Kurose, K.W. Ross [Εύδοξος: 77106973] Εισαγωγή