Προηγμένες δικτυακές τεχνολογίες

Παρουσίαση με θέμα: "Προηγμένες δικτυακές τεχνολογίες"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

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

2 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες
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) Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

3 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες
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 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

4 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες
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. Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

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

6 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες
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. Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

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

8 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες
Chapter 1 και 4 Network Layer Computer Networking: A Top Down Approach 6th 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

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

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

11 Τι είναι το διαδίκτυο – οπτική της υπηρεσίας
mobile network global ISP regional ISP home network institutional 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 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

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

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

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 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 (typically < 1 Mbps) < 24 Mbps downstream transmission rate (typically < 10 Mbps) Καλύτερη επιλογή το VDSL, συνδυαζόμενο FFTx τεχνολογίες Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

16 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 xDSL modem Ενσύρματο Ethernet (100 Mbps) Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

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

18 Ασύρματα δίκτυα πρόσβασης
Το διαμοιραζόμενο ασύρματο δίκτυο πρόσβασης συνδέει τα τερματικά συστήματα με το δρομολογητή base station or“access point” 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 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

19 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες
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

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

21 Φυσικά μέσα: Ασύρματη ζεύξη
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 Το σήμα που μεταφέρεται στο ηλεκτρομανγητικό φάσμα Διπλής κατεύθυνσης Προβλήματα που θέτει το περιβάλλον: Ανακλάσεις Σκίαση από αντικείμενα Παρεμβολές Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

22 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες
Το δίκτυο κορμού 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 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

23 Δρομολόγηση πακέτων: Αποθήκευση και προώθηση
L bits Ανά πακέτο 3 2 1 Πηγή Προορισμός 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: 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) Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

24 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 (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

25 Οι δύο πιο σημαντικές δικτυακές λειτουργίες
Δρομολόγηση(routing): καθορίζει τη διαδρομή μεταξύ πηγής και προορισμού που τα πακέτα θα ακολουθήσουν 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) Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

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 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. Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

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 (πως προκύπτει?) ….. N users 1 Mbps link Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

28 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες
Packet switching vs circuit switching Είναι το packet switching ο απόλυτος νικητής; 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 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

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

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 … Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

31 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. Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

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

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

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

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

36 Η δομή του Internet: το δίκτυο των δικτύων
access ISP Regional ISP IXP Tier 1 ISP Google 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 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

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

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 Πακέτο που αποστέλλεται (μετά από καθυστέρηση) A Διαθέσιμοι buffers: πακέτα που φτάνουν (απώλεια) αν δεν υπάρχουν ελεύθεροι buffers B Πακέτα που μπαίνουν στην ουρά (καθυστέρηση) Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

39 Τέσσερις αιτίες καθυστέρησης
μετάδοση A διάδοση B Επεξεργασία στον κόμβο Αναμονή στην ουρά dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop dproc: Επεξεργασία Έλεγχος λαθών bits Καθορισμός γραμμής εξόδου Τυπικά < msec dqueue: Αναμονή στην ουρά Αναμονή για την μετάδοση στη γραμμή εξόδου Εξαρτάται από το βαθμό συμφόρησης του δρομολογητή Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

40 Τέσσερις αιτίες καθυστέρησης
transmission A propagation B nodal processing queueing dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop dtrans: καθυστέρηση μετάδοσης: L: μέγεθος πακέτου (bits) R: ρυθμός μετάδοσης (bps) dtrans = L/R dprop: καθυστέρηση διάδοσης: d: length of physical link s: propagation speed in medium (~2x108 m/sec) dprop = d/s dtrans and dprop Δύο διαφορετικά πράγματα Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 40

41 Καθυστέρηση στην ουρά R: ταχύτητα γραμμής (bps)
L: μήκος πακέτου (bits) a: μέσος ρυθμός άφιξης πακέτων average queueing delay 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! La/R ~ 0 La/R -> 1 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

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 3 probes 3 probes Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

43 “Πραγματικές” καθυστερήσεις και διαδρομές στο διαδίκτυο
traceroute: gaia.cs.umass.edu to 3 delay measurements from gaia.cs.umass.edu to cs-gw.cs.umass.edu 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 trans-oceanic link * means no response (probe lost, router not replying) * Κάντε μερικά traceroutes από εξωτικές χώρες ( Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

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

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 Rs bits/sec server sends bits (fluid) into pipe pipe that can carry fluid at rate Rs bits/sec) Rc bits/sec) link capacity Rc bits/sec Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

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

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

48 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες
Επίπεδο δικτύου application transport network data link physical 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. network data link physical application transport network data link physical Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

49 Δύο σημαντικές λειτουργίες του 3ου 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

50 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες
Αλληλεπίδραση μεταξύ routing, forwarding 1 2 3 0111 value in arriving packet’s header routing algorithm local forwarding table header value output link 0100 0101 1001 Ο αλγόριθμος δρομολόγησης καθορίζει το end-end-path Ο πίνακας προώθησης καθορίζει την τοπική προώθηση σε αυτό το router Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

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

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

53 Virtual circuits – Εικονικά κυκλώματα
“Το μονοπάτι από την πηγή στον προορισμό συμπεριφέρεται σαν ένα κύκλωμα τηλεφωνικό” Είναι προσανατολισμένο στις επιδόσεις (performance wise) 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) Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

54 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες
Υλοποίηση VC Ένα VC αποτελείται από: Το μονοπάτι από την πηγή στον προορισμό Τους αριθμούς VC, ένας αριθμός για κάθε σύνδεση στο μονοπάτι 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

55 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες
VC Πίνακας προώθησης 22 12 32 1 3 2 VC number interface number forwarding table in northwest router: Incoming interface Incoming VC # Outgoing interface Outgoing VC # … … … … VC routers διατηρούν την πληροφορία της κατάστασης της δέσμης Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

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

57 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες
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 application transport network data link physical application transport network data link physical 1. send datagrams 2. receive datagrams Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

58 Datagram πίνακας προώθησης
4 δις IP addresses, κατηγοριοποίηση με βάση εύρος διευθύνσεων και όχι μοναδικές διευθύνσεις (aggregation) routing algorithm local forwarding table dest address output link address-range 1 address-range 2 address-range 3 address-range 4 3 2 1 IP destination address στην επικεφαλίδα του αφικνούμενου πακέτου 1 2 3 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

59 Ταίριασμα μεγαλύτερου προθέματος
longest prefix matching when looking for forwarding table entry for given destination address, use longest address prefix that matches destination address. Destination Address Range *** ********* ********* *** ********* otherwise Link interface 1 2 3 examples: DA: which interface? DA: which interface? Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες 59

60 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες
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

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

62 Μορφή του IP datagram Πόσο overhead? 20 bytes για TCP 20 bytes για IP
Αριθμός έκδοσης 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) Συνολικό μήκος datagram (bytes) Μήκος header (bytes) Τύπος δεδομένων Για fragmentation/ reassembly Μέγιστος αριθμός εναπομεινάντων hops (μειώνεται σε κάθε router) Πρωτόκολλο πάνω επιπέδου 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

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

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

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 = 223 1 1 1 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

66 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες
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 subnet network consisting of 3 subnets Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

67 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες
Υποδίκτυα /24 /24 /24 subnet 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 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

68 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες
Υποδίκτυα Πόσα? Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

69 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες
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

70 Ιεραρχικό addressing: route aggregation
H ιεραρχική διευθυνσιοδότηση επιτρέπει την αποδοτική διαφήμιση της πληροφορίας δρομολόγησης: Organization 0 /23 Organization 1 “Send me anything with addresses beginning /20” /23 Organization 2 /23 . Fly-By-Night-ISP . Internet Organization 7 /23 “Send me anything with addresses beginning /16” ISPs-R-Us Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

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

72 DHCP- client-server Σενάριο
/24 arriving DHCP client needs address in this network /24 /24 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

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

74 NAT: network address translation
Internet Τοπικό δίκτυο (e.g., home network) 10.0.0/24 ΟΛΑ τα datagrams που αφήνουν το τοπικό δίκτυο έχουν την ίδια NAT IP address μοναδικής πηγής: ,και διαφορετικά port numbers Τα datagrams με source ή destination σε αυτό το δίκτυο έχουν /24 address για source, destination (όπως συνήθως) Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

75 NAT: network address translation
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) Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

76 NAT: network address translation
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 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

77 NAT: network address translation
NAT translation table WAN side addr LAN side addr 1: host Στέλνει datagram στον , 80 2: NAT router Αλλάζει τη source addr από , 3345 σε , 5001, Ενημερώνοντας τον πίνακα , , 3345 …… …… S: , 3345 D: , 80 1 S: , 80 D: , 3345 4 S: , 5001 D: , 80 2 S: , 80 D: , 5001 3 4: NAT router Αλλάζει το dest addr από , 5001 σε , 3345 3: Η απάντηση dest. address: , 5001 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

78 NAT: network address translation
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 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

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 25000 client ? NAT router Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

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

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 Η σύνδεση στο relay αρχικοποιείται από το NATed host 2. Η σύνδεση στο relay αρχικοποιείται από τον client NAT router 3. To relaying Έχει εγκαθιδρυθεί client Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

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 echo reply (ping) dest. network unreachable dest host unreachable dest protocol unreachable dest port unreachable dest network unknown dest host unknown source quench (congestion control - not used) echo request (ping) route advertisement router discovery TTL expired bad IP header Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

83 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες
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

84 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες
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. ver pri flow label payload len next hdr hop limit source address (128 bits) destination address (128 bits) data 32 bits Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

85 Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες
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

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 header fields UDP/TCP payload IPv6 source dest addr IPv6 header fields IPv4 payload IPv4 source, dest addr IPv6 datagram IPv4 datagram Προηγμένες Δικτυακές Τεχνολογίες

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

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