HY-335 : Δίκτυα Υπολογιστών Μαρία Παπαδοπούλη Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών Πανεπιστήμιο Κρήτης Χειμερινό εξάμηνο 2008-2009 Δ Ι Κ Τ Υ Α 3 5 3.

Παρουσίαση με θέμα: "HY-335 : Δίκτυα Υπολογιστών Μαρία Παπαδοπούλη Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών Πανεπιστήμιο Κρήτης Χειμερινό εξάμηνο 2008-2009 Δ Ι Κ Τ Υ Α 3 5 3."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 HY-335 : Δίκτυα Υπολογιστών Μαρία Παπαδοπούλη Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών Πανεπιστήμιο Κρήτης Χειμερινό εξάμηνο 2008-2009 Δ Ι Κ Τ Υ Α 3 5 3

2 Εισαγωγή - 2 Εισαγωγή Διαδικαστικά Ανασκόπηση Βασικές έννοιες

3 Εισαγωγή - 3 HY-335 Δίκτυα Υπολογιστών Διδάσκων: Παπαδοπούλη Μαρία email: maria@csd.uoc.gr, mgp@ics.forth.grmaria@csd.uoc.gr Βοηθοί: Γκαζώνη Νίκη, Μακρογιαννάκης Αντώνης, Μελισσάρης Χαρίτωνας, Παπακωνσταντίνου Άρτεμις, Τσομπανίδης Ηλίας, Φαφούτης Φώντας. Διαλέξεις: 3-5 Τρίτη & Πέμπτη, Αμφιθέατρο Γ Φροντιστήριο: Δευτέρα 5-7 Λ202 Σελίδα: http://www.csd.uoc.gr/~hy335ahttp://www.csd.uoc.gr/~hy335a Ηλεκτρονική λίστα: hy335a-list@csd.uoc.grhy335a-list@csd.uoc.gr

4 Εισαγωγή - 4 HY-335 Δίκτυα Υπολογιστών (διαδικαστικά) Προαπαιτούμενο: ΗΥ-118 (Διακριτά Μαθηματικά) Βιβλία: Δίκτυα Επικοινωνιών (Communication Networks), J. Walrand, Β’ έκδοση μετάφραση: Λ. Μεράκος & Ι. Σταυρακάκης Δικτύωση Υπολογιστών Προσέγγιση από Πάνω προς τα Κάτω με Έμφαση στο Διαδίκτυο: Jim Kurose, Keith Ross, 2η έκδοση, Addison- Wesley, 2002. A Top Down Approach Featuring the Internet l 3 Προόδους Η αντιγραφή απαγορεύεται αυστηρά και θα μηδενίζεται Βαθμός = 0.1*Πρόοδος1 + 0.1*Πρόοδος2 + 0.1*Πρόοδος3 + 0.7*Τελικό Οι πρόοδοι είναι υποχρεωτικοί

5 Εισαγωγή - 5 Πληροφορίες μαθήματος Εισαγωγικό (πρώτο) μάθημα στα δίκτυα Για ποιον είναι αυτό το μάθημα; Προτυχιακούς φοιτητές Τρόπος μαθήματος: παρουσίαση slides, ερωτήσεις, συζήτηση Απαγορεύεται η χρήση κινητών, laptop και το κάπνισμα εντός της τάξης Ακαδημαϊκή ειλικρίνια Ερωτήσεις, σχόλια;

6 Εισαγωγή - 6 Σκοπός Εκμάθηση βασικών Αρχών σχεδίασης Πρωτοκόλλων Εφαρμογών Αρχιτεκτονικών Όχι μόνο “πώς” λειτουργούν τα δίκτυα υπολογιστών, αλλά και “γιατί” λειτουργούν με τον συγκεκριμένο τρόπο Κατανόηση δικτύων με πρακτική άσκηση, φροντιστήρια/εργαστήρια

7 Εισαγωγή - 7 Ύλη μαθήματος: θέματα που καλύπτοντα Δικτυακές αρχιτεκτονικές Εφαρμογές δικτύων Διεπαφές προγραμματισμού δικτύων (π.χ., sockets) Μεταφορά δεδομένων Συμφόρηση δικτύων Δρομολόγηση Πρωτόκολλα ξεύξης δεδομένων Διευθυνσιοδότηση Τοπικά δίκτυα Ασύρματα δίκτυα Ασφάλεια δικτύων Διαχείριση δικτύων

8 Εισαγωγή - 8 Περιεχόμενα Εισαγωγή στα δίκτυα επικοινωνιών και στις υπηρεσίες που παρέχουν (~2 εβδομάδες) Φυσικό επίπεδο (~1.5 εβδομάδα) Επίπεδο σύνδεσης δεδομένων (~2 εβδομάδες) Τοπικά δίκτυα (~3 εβδομάδες) Επίπεδο δικτύου και μεταφοράς (~2 εβδομάδες) Υψηλότερα επίπεδα (~1 εβδομάδα) Νέες τάσεις και προχωρημένα θέματα (~1 εβδομάδα)

9 Εισαγωγή - 9 Σύντομο βιογραφικό διδάσκουσας l Ερευνητικά ενδιαφέροντα: ασύρματα δίκτυα, κινητά υπολογιστικά συστήματα, πρωτότυπες εφαρμογές, μελέτη απόδοσης δικτύων, συστήματα εύρεσης θέσης, “ έξυπνοι χώροι”, δίκτυα αισθητήρων, … l Επίκουρη καθηγήτρια στο τμ. Επιστήμης Υπολογιστών Πανεπιστημίου Κρήτης (2005-) l Επίκουρη καθηγήτρια στο τμ. Επιστήμης Υπολογιστών, University of North Carolina (2002-2004) l Διδακτορικό στο τμ. Επιστήμης Υπολογιστών, Columbia University, (2002) Ph.D. Thesis on Mobile Peer-to-Peer systems Advisor: Prof. Henning Schulzrinne l Προπτυχιακές σπουδές στο τμ. Επιστήμης Υπολογιστών, Πανεπιστήμιο Κρήτης

10 Εισαγωγή - 10 Παραδείγματα Δικτύων l Αερομεταφορών l Βιολογικά l Κοινωνικά l Ερευνητών l Υπολογιστών

11 Εισαγωγή - 11 Δίκτυα αερομεταφορών

12 Εισαγωγή - 12 Δίκτυα Ερευνητών Kraemer Slide from Constantine Dovrolis’s lecture (net-science-overview)

13 Εισαγωγή - 13 High school dating: Data drawn from Peter S. Bearman, James Moody, and Katherine Stovel visualized by Mark Newman Slide from Constantine Dovrolis’s lecture (net-science-overview

14 Εισαγωγή - 14 C. elegans neuronal net Slide from Constantine Dovrolis’s lecture (net-science-overview

15 Εισαγωγή - 15 Showing the major Internet Service Providers (ISPs)

16 Εισαγωγή - 16 Δίκτυο Πανεπιστημίου Κρήτης

17 Εισαγωγή - 17 Απο το www.grnet.gr

18 Εισαγωγή - 18 H διεθνής διασύνδεση του ΕΔΕΤ στο Πανευρωπαϊκό Δίκτυο GEANT αναβαθμιστηκε το 2006 σε 2x10Gbps Ολοι οι κόμβοι βασίζονται σε δρομολογητές ταχυτήτων Gbps και διασυνδέονται μεταξύ τους με ένα δίκτυο ταχυτήτων 2.5Gbps από τον ΟΤΕ

19 Εισαγωγή - 19 Μηνιαία στατιστικά στοιχεία (δρομολογητή)

20 Εισαγωγή - 20 Τι είναι ένα Δίκτυο Επικοινωνίας; Σύνολο κόμβων που διασυνδέονται με σκοπό την ανταλλαγή πληροφορίας την παροχή μιας υπηρεσίας την συνεργασία μεταξύ συσκευών/χρηστών

21 Εισαγωγή - 21 Πώς να ζωγραφίσομε ένα δίκτυο Πολλές ερωτήσεις: Μέσω ποιάς τεχνολογίας πραγματοποιείται η επικοινωνία ? Τι ακριβώς είναι η ζεύξη? Πώς στέλνομε δεδομένα? Πότε μιλάμε? Σε τι “format” στέλνομε τα δεδομένα?

22 Εισαγωγή - 22 Τι είναι ένα δίκτυο; Συλλογή από κόμβους και και ζεύξεις που τους σύνδέουν Αυτό είναι αόριστο. Γιατί; Θεωρείστε διαφορετικά δίκτυα: Διαδίκτυο Τηλεφωνικό δίκτυο Το σπίτι σας Κινητά τηλεφωνα Δίκτυα αισθητήρων Επικεντρωνόμαστε στο διαδίκτυο λαμβάνοντας υπόψην και τα κοινά σημεία με τα άλλα δίκτυα

23 Εισαγωγή - 23 Δίκτυα ως γράφοι  Τα δίκτυα μπορούν να αναπαρασταθούν ως κατευθυνόμενοι ‘η μη- κατευθυνόμενοι γράφοι, ανάλογα με το άν οι δύο γειτονικοί κόμβοι (ποθ ενώνονται με μία ακμή) μπορούν να επικοινωνήσουν  Οι κόμβοι και οι ακμές μπορούν να αποκτήσουν ένα βάρος που θα «ποσοτικοποιήσει» μία παράμετρο που σχετίζεται με τους κόμβους ‘η την μεταξύ τους επικοινωνία 2.5 7.33.3 12.7 8.1 5.4 Vertex-WeightedEdge-Weighted 12345 6  Bonchev

24 Εισαγωγή - 24 Δίκτυα ως γράφοι (συνέχεια) Networks having no cycles are termed trees. The more cycles the network has, the more complex it is. A network can be connected (presented by a single component) or disconnected (presented by several disjoint components). connecteddisconnected trees cyclic graphs Bonchev

25 Εισαγωγή - 25 Δίκτυα ως γράφοι (συνέχεια) Some Basic Types of Graphs Paths Stars Cycles Complete Graphs Bipartite Graphs Bonchev

26 Εισαγωγή - 26 Τι είναι το Διαδίκτυο; Ένας τρόπος για ηλεκτρονικούς υπολογιστές με διαφορετικά λειτουργικά συστήματα που βρίσκονται σε διαφορετικές ηπείρους να επικοινωνήσουν... Δύο τρόποι περιγραφής του διαδικτύου: Μέσω των στοιχείων που το συνθέτουν: Ποιά είναι τα ηλεκτρομηχανολογικά και λογισμικά μέρη του; Μέσω των υπηρεσιών του: Τι υπηρεσίες παρέχει στις διάφορες εφαρμογές;

27 Εισαγωγή - 27 Στοιχεία που το συνθέτουν το Διαδίκτυο Εκατομμύρια συνδεδεμένων υπολογιστικών συσκευών τερματικά συστήματα (hosts) πχ Υπολογιστές, σταθμοί εργασίας, εξυπηρετητές, PDAs, τηλέφωνα Τρέχουν εφαρμογές διαδικτύου Ζεύξεις επικοινωνίας πχ Οπτικές, γραμμές χαλκού, ραδιοκυμματικές, δορυφορικές  Μεταδίδουν σε διαφορετικούς ρυθμούς (bandwidths) που μετρώνται σε bits/sec

28 Εισαγωγή - 28 Στοιχεία που συνθέτουν το Διαδίκτυο Internet Service Provider (ISP) Σύνολο από κόμβους οι οποίοι διασυνδέονται για τη ανταλλαγή πληροφορίας

29 Εισαγωγή - 29 Γνωστές διαδικτυακές συσκευές Δικτυακή κορνίζα www.ceiva.com Διαδικτυακή τοστιέρα που κάνει πρόγνωση καιρού Ο μικρότερος εξυπηρετητής του κόσμου http://www-ccs.cs.umass.edu/~shri/iPic.html Διαδικτυακά τηλέφωνα

30 Εισαγωγή - 30 Ραγδαία αύξηση της ασύρματης κίνησης Παραδείγματα l Wireless streaming audio & video traffic αυξήθηκε 405% μεταξύ 2001 και 2003/2004 l Ασύρματο Peer-to-peer από 5.2% που ήταν το 2001 σε 19.3% in 2003/4 l Μεταξύ του 1/1/06 και 31/3/06 ασύρματοι πελάτες της Verizon αντάλλαξαν περισσότερα από 171 million picture και video μηνύματα στο δίκτυο της στην Αμερική PDAs: Το 2001 υπήρχαν 15,336,000 συσκευές ενώ το 2008 αυξήθηκαν σε 58,509,000

31 Εισαγωγή - 31 Στοιχεία που συνθέτουν το Διαδίκτυο Δρομολογητές: προωθούν πακέτα (ομάδες) από δεδομένα μέσω του δικτύου Πρωτόκολλα: Περιγράφουν την αποστολή, παραλαβή μηνυμάτων, τρόπο επικοινωνίας TCP, IP, HTTP, FTP, RTSP, RTP, SIP Διαδίκτυο: “δίκτυο από δίκτυα” Χαλαρά ιεραρχημένο Internet Service Providers-ISPs Δημόσιο Διαδίκτυο-ιδιωτικό Διαδικασία για δημιουργία πρότυπων Διαδικτύου: RFC : Request for Comments IETF : Internet Engineering Task Force

32 Εισαγωγή - 32 Παρεχόμενες υπηρεσίες στο Διαδίκτυο Υποδομή επικοινωνιών που καθιστά δυνατές κατανεμμημένες εφαρμογές που τρέχουν στα τερματικά συστήματα να επικοινωνούν μεταξύ τους Web Email Remote login Instant messaging Audio & video streaming n Games n On-line communities n Peer-to-Peer systems

33 Εισαγωγή - 33 Υπηρεσίες που παρέχονται από το Διαδίκτυο Με σύνδεση (connection-oriented) Εγγυάται ότι τα δεδομένα που μεταδίδονται από τον αποστολέα στον παραλήπτη θα φτάσουν τελικά Χωρίς σύνδεση (connectionless) Δεν εγγυάται ότι τα δεδομένα θα φτάσουν στον προορισμό τους Οι κατανεμημένες εφαρμογές συνήθως χρησιμοποιούν ή την μία είτε την άλλη Πολύ δύσκολο για μία υπηρεσία να υποσχεθεί την ακριβή ώρα που θα χρειαστεί για την παράδοση των δεδομένων

34 Εισαγωγή - 34 Πρωτόκολλα Διαδικτύου Τα πρωτόκολλα στην καθημερινή ζωή αποτελούν κανόνες με τους οποίους δύο ή περισσότερα άτομα επικοινωνούν για να παρέχουν μία υπηρεσία ή να διεκπεραιώσουν μια εργασία Ένα πρωτόκολλο είναι ένα σύνολο κανόνων με τους οποίους τα ενεργά στοιχεία του δικτύου (εφαρμογές, τερματικά συστήματα, δρομολογητές) επικοινωνούν μεταξύ τους και καθορίζουν: Τη μορφή και τη σειρά των μηνυμάτων που θα ανταλλαχθούν Τις ενέργειες που θα πραγματοποιηθούν με τη λήψη ενός μηνύματος Κάθε επικοινωνία στο Διαδίκτυο καθορίζεται από πρωτόκολλα

35 Εισαγωγή - 35 Τι είναι το πρωτόκολλο; Ερώτηση: άλλα ανθρώπινα πρωτόκολλα;

36 Εισαγωγή - 36 Παραδείγματα πρωτοκόλλων στο διαδίκτυο Τα πρωτόκολλα στους δρομολογητές καθορίζουν τη διαδρομή των πακέτων από τον αποστολέα στον παραλήπτη Τα πρωτόκολλα ελέγχου συμφόρησης ελέγχουν τον ρυθμό με τον οποίο τα πακέτα στέλνονται μεταξύ του αποστολέα και του παραλήπτη Τα πρωτόκολλα υλικού ελέγχουν τη ροή των bits στή γραμμή που ενώνει δύο φυσικά συνεδεδεμένους υπολογιστές l Τα πρωτόκολα στο MAC ενός broadcast ασύρματου μέσου καθορίζουν πότε η συσκευή θα μεταδόσει

37 Εισαγωγή - 37 Στόχοι στο σχεδιασμό δικτύων Αποτελεσματικότητα στη χρήση των πόρων, κόστος l Αποτελεσματικότητα στην παροχή υπηρεσιών l Ευρωστία (robustness) l Αμεσότητα, αποτελεσματικότητα στην αντιμετώπιση προβλημάτων (fault-tolerance) Δυνατότητα εξέλιξης Δυνατότητα διαχείρησης Ασφάλεια (security) Ευκολία στην δημιουργία/ανάπτυξη χρήσιμων εφαρμογών/υπηρεσιών Δυνατότητα προσαρμογής (adaptivity)