Πέτρος Λάμψας © 2007 Λογισμικό Δικτύων

Σελίδα 2 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Στόχοι της Ενότητας — Η παρουσίαση των λειτουργιών που εκτελούνται από λογισμικό στις επικοινωνίες δεδομένων — Η παρουσίαση του τρόπου με τον οποίο δομείται σε τμήματα το λογισμικό των δικτύων δεδομένων — Η αλληλεπίδραση μεταξύ των τμημάτων λογισμικού και η επικοινωνία τους μέσω δικτύου — Η γνωριμία με τις έννοιες πρωτόκολλο/οικογένεια πρωτοκόλλων

Σελίδα 3 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Λογισμικό Δικτύων — Το λογισμικό των δικτύων είναι πολύ σημαντική παράμετρος για τη λειτουργικότητα και τις υπηρεσίες που προσφέρονται από τα δίκτυα — Τα ζητήματα με τα οποία πρέπει να ασχοληθεί ο σχεδιαστής λογισμικού για τα δίκτυα είναι πολλά και πολύπλοκα (χειρισμός σφαλμάτων μετάδοσης, έλεγχος ροής, δρομολόγηση πακέτων, κ.λπ.)

Σελίδα 4 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Τι Απαιτήσεις έχει μια Εφαρμογή από το Δίκτυο; Απώλεια δεδομένων — Ορισμένες εφαρμογές (π.χ., ήχος) αντέχουν απώλειες — Άλλες εφαρμογές (π.χ., μεταφορά αρχείων, telnet) απαιτούν 100% αξιόπιστη μεταφορά δεδομένων Χρονισμός — Ορισμένες εφαρμογές (π.χ., διαδικτυακή τηλεφωνία, δια- δραστικά παιχνίδια) απαιτούν χαμηλή καθυστέρηση Εύρος Ζώνης — Ορισμένες εφαρμογές (π.χ., πολυμέσα) απαιτούν μια ελάχιστη ποσότητα εύρους ζώνης να είναι διαθέσιμη — Άλλες εφαρμογές κάνουν χρήση όσου εύρους ζώνης διαθέτουν

Σελίδα 5 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Υπηρεσίες με σύνδεση και χωρίς σύνδεση (I) Αντίστοιχη των τηλεφωνικών κλήσεων, δημιουργείται «σύνδεση» πριν τη μετάδοση των δεδομένων, τα οποία «τοποθετούνται» στο ένα άκρο της σύνδεσης και «λαμβάνονται» στο άλλο άκρο της σύνδεσης με την ίδια ακριβώς σειρά που τοποθετήθηκαν Υπηρεσία με σύνδεση (connection- oriented service)

Σελίδα 6 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Υπηρεσίες με σύνδεση και χωρίς σύνδεση (II) Κάθε πακέτο μεταφέρει την πλήρη διεύθυνση προορισμού του και δρομολογείται μέσα στο δίκτυο ανεξάρτητα από τα υπόλοιπα Υπηρεσία χωρίς σύνδεση (connectionless service)

Σελίδα 7 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Συνδέσεις και Δίκτυα Μεταγωγής Πακέτων — Πρόκειται για την προετοιμασία των τελικών συστημάτων να παρέχουν την ψευδαίσθηση στις εφαρμογές ότι χρησιμοποιούν ένα δίκτυο μεταγωγής κυκλώματος — Υπηρεσία από άκρο σε άκρο (end-to-end) — Κάθε σύνδεση δεσμεύει χώρους προσωρινής αποθήκευσης (buffers) στα συστήματα που θα επικοινωνήσουν — Χρησιμοποιούνται αριθμοί ακολουθίας στα πακέτα, αναγνωρίσεις και ανίχνευση λαθών (αξιόπιστη υπηρεσία – reliable service)

Σελίδα 8 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Υπηρεσία με Σύνδεση

Σελίδα 9 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Βασικά Δομικά Τμήματα Υπηρεσίας με Σύνδεση (Service Primitives) — Πέντε βασικά δομικά τμήματα για την υλοποίηση μιας απλής υπηρεσίας με σύνδεση

Σελίδα 10 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Δομικά Τμήματα Υπηρεσίας με Σύνδεση — Τα μηνύματα που ανταλλάσσονται σε μια απλή αλληλεπίδραση πελάτη-εξυπηρετητή, σε ένα δίκτυο που προσφέρονται υπηρεσίες με σύνδεση

Σελίδα 11 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Η Οργάνωση του Λογισμικού των Δικτύων — Για λόγους μείωσης της πολυπλοκότητας τα δίκτυα «οργανώνουν» τις λειτουργίες τους (= υπηρεσίες που παρέχονται σε δύο διεργασίες που επικοινωνούν) σε στρώματα ή επίπεδα (layers) — Το κάθε επίπεδο αναλαμβάνει την υλοποίηση μέρους των υπηρεσιών που θα πρέπει να παρέχονται στις επικοινωνίες δεδομένων, και την επικοινωνία με τα γειτονικά επίπεδα (τα οποία με τη σειρά τους κάνουν ακριβώς το ίδιο για τις δικές τους υπηρεσίες και τα δικά τους γειτονικά επίπεδα)

Σελίδα 12 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Διαστρωμάτωση — Ο χωρισμός των διαδικασιών και των λειτουργιών που πρέπει να συμβούν σε μια επικοινωνία σε επίπεδα, — η ανάθεση σε κάθε επίπεδο ενός διακριτού ρόλου για χειρισμό όλων των περιπτώσεων επικοινωνίας Διαστρωμάτωση (Layering)

Σελίδα 13 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Λειτουργίες που Απαιτούνται στις Επικοινωνίες Δεδομένων – Ι — Μηχανισμός προσδιορισμού αποστολέων και παραληπτών στα επίπεδα — Κατεύθυνση επικοινωνίας (simplex, half-duplex, full- duplex) — Έλεγχος λαθών (error control) — Διατήρηση σειράς μετάδοσης των πακέτων

Σελίδα 14 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Λειτουργίες που Απαιτούνται στις Επικοινωνίες Δεδομένων – ΙΙ — Έλεγχος ροής (flow control) — Έλεγχος συμφόρησης (congestion control) — Κατάτμηση, μετάδοση, συναρμολόγηση (fragmentation, transmission, reassembly) — Πολυπλεξία – Αποπολυπλεξία (multiplexing – demultiplexing) — Δρομολόγηση (routing)

Σελίδα 15 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Διεπαφές και Υπηρεσίες (Service Access Points) — Η λειτουργία κάθε επιπέδου είναι να παρέχει υπηρεσίες στο υπερκείμενο επίπεδο, χρησιμοποιώντας τις υπηρεσίες που του παρέχει το χαμηλότερο επίπεδο — Οι υπηρεσίες διατίθενται στα σημεία πρόσβασης στην υπηρεσία (διεπαφές ή service access point – SAP) — Για να ανταλλάξουν δύο επίπεδα πληροφορίες, πρέπει να έχει συμφωνηθεί ένα σύνολο κανόνων σχετικά με τη διεπαφή μέσω της οποίας επικοινωνούν, που αφορούν τον τρόπο ανταλλαγής δεδομένων και πληροφοριών ελέγχου

Σελίδα 16 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Γιατί διαστρωμάτωση; Πολύπλοκα συστήματα: — Η σαφής δομή επιτρέπει τον ευκολότερο προσδιορισμό σημείων επέμβασης και τη σχέση μεταξύ των επιπέδων του πολύπλοκου συστήματος  Μοντέλο αναφοράς (reference model) με επίπεδα — Ο χωρισμός σε επίπεδα διευκολύνει τη συντήρηση και ενημέρωση του συστήματος:  Αλλαγή στην υλοποίηση της υπηρεσίας που παρέχει το επίπεδο είναι διαφανής στο υπόλοιπο σύστημα

Σελίδα 17 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Ιεραρχίες Πρωτοκόλλων – I Η αρχιτεκτονική φιλόσοφου – μεταφραστή - γραμματέως

Σελίδα 18 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Τι είναι ένα πρωτόκολλο; Γειά Γεια Έχετε ώρα; 2:00 TCP connection req TCP connection response Get χρόνος Πρωτόκολλο ανθρώπων και δικτύου υπολογιστών

Σελίδα 19 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Ιεραρχίες Πρωτοκόλλων – II (Παράδειγμα) ticket (purchase) baggage (check) gates (load) runway takeoff airplane routing ticket (complain) baggage (claim) gates (unload) runway landing airplane routing Departing airport arriving airport intermediate air traffic sites airplane routing

Σελίδα 20 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Ιεραρχίες Πρωτοκόλλων – IIΙ

Σελίδα 21 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Ιεραρχίες Πρωτοκόλλων – ΙV — Ο αριθμός των επιπέδων, τα ονόματα, τα περιεχόμενα και η λειτουργία τους, διαφέρουν από δίκτυο σε δίκτυο — Οι διεργασίες που απαρτίζουν τα αντίστοιχα επίπεδα σε διαφορετικές μηχανές αποκαλούνται ομότιμες (peers) — Οι ομότιμες διεργασίες είναι αυτές που επικοινωνούν χρησιμοποιώντας κάποιο πρωτόκολλο — Στην πραγματικότητα κάθε επίπεδο μεταβιβάζει δεδομένα στο αμέσως υφιστάμενό του, μέχρι να φτάσουν στο κατώτατο επίπεδο, ενώ στον παραλήπτη ακολουθείται αντίστροφη διαδικασία

Σελίδα 22 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Ιεραρχίες Πρωτοκόλλων – V — «Τα πρωτόκολλα παρέχουν τους συντακτικούς και σημασιολογικούς κανόνες για την επικοινωνία. Περιέχουν λεπτομέρειες μορφής των μηνυμάτων που ανταλλάσσονται, περιγράφουν την απόκριση ενός συστήματος στην άφιξη ενός μηνύματος και προσδιορίζουν τον τρόπο με τον οποίο ο υπολογιστής χειρίζεται «λάθη» και άλλες «ανώμαλες» καταστάσεις.» (Comer, 2000)

Σελίδα 23 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι H στοίβα πρωτοκόλλων του Internet (Internet protocol stack) — Εφαρμογής: υποστήριξη δικτυακών εφαρμογών  FTP, SMTP, ΗTTP — Μεταφοράς (transport): μεταφορά δεδομένων (segments) από κόμβο σε κόμβο  TCP, UDP — Δίκτυο: δρομολόγηση των δεδομενογραφημάτων (IP datagrams) από την πηγή στον προορισμό  Πρωτόκολλα για IP routing — Σύνδεση (ή Ζεύξη): μεταφορά δεδομένων μεταξύ γειτονικών στοιχείων δικτύου  PPP, Ethernet — Φυσικό: bits “στο καλώδιο” application transport network link physical

Σελίδα 24 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Αντίληψη Δικτύων Υπολογιστών από τις Εφαρμογές

Σελίδα 25 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Διαστρωμάτωση και Επικοινωνία Ομότιμων Οντοτήτων

Σελίδα 26 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Διαστρωμάτωση

Σελίδα 27 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Διαστρωμάτωση πρωτοκόλλων και δεδομένα – I Κάθε επίπεδο παίρνει δεδομένα από το υπερκείμενό του — Προσθέτει πληροφορία επικεφαλίδας για να δημιουργήσει νέα μονάδα δεδομένων — Περνάει τη μονάδα δεδομένων (Protocol Data Unit – PDU) στο υφιστάμενο επίπεδο application transport network link physical application transport network link physical source destination M M M M H t H t H n H t H n H l M M M M H t H t H n H t H n H l message segment datagram frame

Σελίδα 28 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Διαστρωμάτωση πρωτοκόλλων και δεδομένα – II

Σελίδα 29 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Μονάδες Δεδομένων Πρωτοκόλλων – Protocol Data Units (PDUs)

Σελίδα 30 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Ένα Παράδειγμα: Μεταφορά Αρχείων

Σελίδα 31 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Σχέση μεταξύ υπηρεσιών και πρωτοκόλλων – Ι — Η υπηρεσία περιγράφει τις λειτουργίες που παρέχει ένα επίπεδο στους χρήστες του αλλά όχι και το πώς υλοποιούνται αυτές οι υπηρεσίες — Οι διεργασίες χρησιμοποιούν τα πρωτόκολλα ώστε να υλοποιήσουν τις υπηρεσίες που παρέχονται από τα επίπεδα — Πρωτόκολλα και υπηρεσίες είναι αποσυνδεδεμένα αν αλλάζουν τα πρωτόκολλα χωρίς να αλλάζει η υπηρεσία

Σελίδα 32 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Σχέση μεταξύ υπηρεσιών και πρωτοκόλλων – ΙΙ — Η σχέση μεταξύ υπηρεσίας και πρωτοκόλλου

Σελίδα 33 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Σχέση μεταξύ υπηρεσιών και πρωτοκόλλων – ΙΙΙ

Σελίδα 34 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Σχέση μεταξύ υπηρεσιών και πρωτοκόλλων – ΙV

Πέτρος Λάμψας © 2007 Μοντέλα Αναφοράς (Reference Models)

Σελίδα 36 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Μοντέλο Αναφοράς OSI (Open Systems Interconnection – ISO/OSI)

Σελίδα 37 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Απλοποιημένο Μοντέλο Αναφοράς Process Network Data Link Transport Process Transport Network Data Link Process layer protocols Transport layer protocols Network layer protocols Physical connection

Σελίδα 38 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι PDUs στο TCP/IP

Σελίδα 39 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Ενδεικτικά Πρωτόκολλα στα διάφορα Επίπεδα στο TCP/IP

Σελίδα 40 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Οικογένεια πρωτοκόλλων TCP/IP

Σελίδα 41 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Το Μοντέλο Αναφοράς που θα χρησιμοποιούμε στο μάθημα

Σελίδα 42 ©2007 Δίκτυα Δεδομένων Ι Ποιος είναι ποιος στον κόσμο των τηλεπικοινωνιών και των δικτύων — ITU (International Telecommunications Union)  Τυποποίηση και ανάπτυξη τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών και ραδιοεπικοινωνιών — IEEE (Institute for Electrical and Electronic Engineers)  Τυποποιήσεις μέσω των ομάδων εργασίας 802.x που αφορούν (κυρίως) τοπικά δίκτυα και τεχνολογίες διασύνδεσης τοπικών δικτύων — ΙΑΒ (Internet Activities Board)  Επιβλέπει την ανάπτυξη της οικογένειας πρωτοκόλλων του Internet (οικογένεια πρωτοκόλλων TCP/IP)