Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-1 Kapittel 1 Computer Networks and the Internet Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet, 2 nd.

Presentasjon om: "Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-1 Kapittel 1 Computer Networks and the Internet Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet, 2 nd."— Utskrift av presentasjonen:

1 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-1 Kapittel 1 Computer Networks and the Internet Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet, 2 nd edition. Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, July 2002. Slides adapted from the slides accompanying the book of Kurose & Ross. Copyright 1996-2002 J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved Norsk versjon: © Christian F Heide, 2003.

2 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-2 Kapittel 1 1.1 What is the Internet? 1.2 Network edge 1.3 Network core 1.4 Network access and physical media 1.5 Internet structure and ISPs 1.6 Delay & loss in packet-switched networks 1.7 Protocol layers, service models 1.8 History

3 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-3 Hva er Internett: “nuts and bolts” view  millioner av tilknyttede enheter: vertsmaskiner, endesystemer m Pcer, arbeidsstasjoner, servere m PDAer, telefoner, brødristere som kjører nettverks- applikasjoner  kommunikasjonslinker m fiber, kobber, radio, satellitt m overføringsrate = båndbredde  rutere: videresender pakker (klædder med data) lokal ISP bedrifts- nett regional ISP ruter arbeidsstasjon server mobilt utstyr

4 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-4 “Stilig” internettutstyr Verdens minste web-server http://www-ccs.cs.umass.edu/~shri/iPic.html IP bilderamme http://www.ceiva.com/ Kombinert brødrister og værmelder

5 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-5 What’s the Internet: “nuts and bolts” view  protocols control sending, receiving of msgs m e.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP  Internet: “network of networks” m loosely hierarchical m public Internet versus private intranet  Internet standards m RFC: Request for comments m IETF: Internet Engineering Task Force local ISP company network regional ISP router workstation server mobile

6 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-6 What’s the Internet: a service view  communication infrastructure enables distributed applications: m Web, email, games, e- commerce, database., voting, file (MP3) sharing  communication services provided to apps: m connectionless m connection-oriented  cyberspace [Gibson]: “a consensual hallucination experienced daily by billions of operators, in every nation,...."

7 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-7 Hva er en protokoll? En menneskelig protokoll og en nettverksprotokoll: Hei Hva er klokka? 12:00 TCP connection req TCP connection response Get http://www.aw.com/kurose-ross tid

8 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-8 A closer look at network structure:  network edge: applications and hosts  network core: m routers m network of networks  access networks, physical media: communication links

9 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-9 The network edge:  end systems (hosts): m run application programs m e.g. Web, email m at “edge of network”  client/server model m client host requests, receives service from always-on server m e.g. Web browser/server; email client/server  peer-peer model: m minimal (or no) use of dedicated servers m e.g. Gnutella, KaZaA

10 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-10 The Network Core  mesh of interconnected routers  the fundamental question: how is data transferred through net? m circuit switching: dedicated circuit per call: telephone net m packet-switching: data sent thru net in discrete “chunks”

11 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-11 Kjernenett: Linjesvitsjing Reservering av ressurser ende til ende for en forbindelse  båndbredde, kapasitet i svitsj  Dedikerte ressurser: ingen deling  Garantert ytelse  Krever oppsett av forbindelse

12 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-12 Linjesvitsjing: FDMA og TDMA FDMA frekvens tid TDMA frekvens tid 4 brukere Eksempel:

13 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-13 Pakkesvitsjing: Statistisk multipleksing Ikke fast pakkemønster  statistisk multipleksing. A B C 10 Mb/s Ethernet 1.5 Mb/s D E statistisk multipleksing Kø av pakker som skal sendes

14 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-14 Packet switching versus circuit switching  1 Mbit link  each user: m 100 kbps when “active” m active 10% of time  circuit-switching: m 10 users  packet switching: m with 35 users, probability > 10 active less than.0004 Packet switching allows more users to use network! N users 1 Mbps link

15 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-15 Packet switching versus circuit switching  Great for bursty data m resource sharing m simpler, no call setup  Excessive congestion: packet delay and loss m protocols needed for reliable data transfer, congestion control  Q: How to provide circuit-like behavior? m bandwidth guarantees needed for audio/video apps m still an unsolved problem (chapter 6) Is packet switching a “slam dunk winner?”

16 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-16 Pakkesvitsjing: “store-and-forward”  Det tar L/R sekunder å sende ut en pakke på L bit på en link på R b/s  Hele pakken må ha ankommet ruteren før den kan videresendes: store and forward  forsinkelse = 3*(L/R) Eksempel:  L = 7.5 Mb  R = 1.5 Mb/s  L/R = 5 s  D (forsinkelse) = 15 s R R R L

17 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-17 Pakkesvitsjing: Segmentering av meldinger Deler meldingen i 5000 pakker  Hver pakke på 1500 b  L/R = 1500 b / 1.5 Mb/s = 1 ms for utsendelse av en pakke på en link  Kan videresende denne straks den er ankommet  Totalforsinkelse redusert fra 15 s til 5.002 s http://media.pearsoncmg.com/aw/aw_kurose_network_2/applets/message/messagesegmentation.html

18 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-18 Pakkesvitsjede nett: videresending (forwarding)  datagram: m mottakeradressen i pakken bestemmer neste hopp m Ruten kan endre seg under en sesjon  virtuell forbindelse (virtual circuit, VC): m Hver pakke inneholder en merkelapp (“tag”, virtual circuit ID), tag bestemmer neste hopp m Fast sti bestemmes før man sender data m rutere har en per-call tilstand

19 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-19 Nettverkstaksonomi (Taksonomi: systematikk, klassifisering; inndeling i kategorier) Telekommunikasjons- nett Linjesvitsjede nett FDM TDM Pakkesvitsjede nett Virtuell forbindelse Datagram- nett Datagram-nett er ikke enten forbindelsesorienterte eller forbindelsesløse. Eksempel: Internett har både forbindelsesorienterte (TCP) og forbindelsesløse (UDP) tjenester.

20 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-20 Aksessnett og fysiske medier

21 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-21 Fysiske medier  bit: forplanter seg fra sender til mottaker  fysisk link: det som er mellom sender og mottaker  bølgeledere: m signaler vandrer i faste stoffer: kobber, fiber  frittromstransmisjon: m signaler forplanter seg i rommet Tvunnet parkabel (Twisted Pair, TP)  to isolerte kobbertråder m Category 3: tradisjo- nelle telefonledninger, 10 Mb/s Ethernet m Category 5 TP: 100Mb/s Ethernet

22 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-22 Fysiske medier : koaks, fiber Koaksialkabel:  to konsentriske kobber- ledere  bidireksjonal  basisbånd: m en kanal på kabelen m gammel type Ethernet  bredbånd: m flere kanaler på kabelen m HFC Fiberoptisk kabel:  glassfiber som leder lyspulser, hver puls er et bit  høyhastighets- transmisjon: m høyhastighets punkt til punkt transmisjon (f. eks., 5 Gb/s)  Lav bitfeilrate: repeatere med stor avstand; immun mot elektromagnetisk støy

23 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-23 Fysiske medier: radio  frittromstransmisjon av elektromagnetisk signal  ingen fysisk “tråd”  bidireksjonal (toveis)  påvirkning av signalet: m refleksjon m “radioskygge” fra objekter m interferens Radiolink-typer:  radiolinjer, jordbundet mikrobølge m f eks opp til 45 Mb/s kanaler  LAN (f eks WaveLAN) m 2Mb/s, 11Mb/s  wide-area (f eks mobiltlf) m f eks 3G: flere hundre kb/s  satellitt m opp til 50Mb/s kanaler (eller flere og smalere kanaler) m 270 ms ende-til-ende forsinkelse m geosynkrone vs lavbane

24 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-24 Internett struktur: et nettverk av nettverk  hierarkisk  i sentrum: nivå 1 (tier-1) ISPer (UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T…), nasjonal/internasjonal dekning m behandler hverandre som likeverdige Tier 1 ISP Nivå-1 tilbydere sammen- knyttes (peer) privat NAP Nivå-1 tilbydere sammenknyttest også i offentlige “network access points” (NAP)

25 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-25 Nivå 1-ISP: f eks Sprint Sprints stamnett i USA

26 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-26 Internett-struktur: et nettverk av nettverk  Nivå 2-ISPer: mindre (ofte regionale) ISPer m knytter seg til en eller flere nivå 1-ISPer, og ofte andre nivå 2-ISPer Tier 1 ISP NAP Tier-2 ISP Nivå 2-ISP betaler nivå 1- ISP for forbindelse til resten av Internett  nivå 2-ISP er kunde av nivå 1- ISP Nivå 2-ISPer knytter seg sammen (“peerer”) direkte, eller har for- bindelse i NAP

27 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-27 Internettstruktur: nettverk av nettverk  “Nivå-3” ISPer og lokale ISPer m siste hopp (“aksess”) nett (nærmest endesystemene) Tier 1 ISP NAP Tier-2 ISP local ISP local ISP local ISP local ISP local ISP Tier 3 ISP local ISP local ISP local ISP Lokale og nivå- 3 ISPer er kunder av høyere nivå ISPer som knytter dem til resten av Internett

28 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-28 Internettstruktur: nettverk av nettverk  en pakke passerer gjennom mange nett! Tier 1 ISP NAP Tier-2 ISP local ISP local ISP local ISP local ISP local ISP Tier 3 ISP local ISP local ISP local ISP

29 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-29 Hvordan oppstår pakketap og forsinkelse? pakker står i kø i ruternes buffer  ankomstrate overstiger kapasiteten til utgangslinken  pakker legges i kø og venter på tur A B pakker sendes ut (forsinkelse) pakker står i kø (forsinkelse) Ledig bufferkapasitet for ankommende pakker. Pakker kastes (pakketap) når det ikke er plass.

30 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-30 Fire kilder til pakkeforsinkelse  1. prosessering i nodene: m sjekke for bitfeil m bestemme utgangslink A B gangtid sending prosessering i nodene kø  2. kø m ventetid ved utgangen for å bli sendt m avhenger av grad av metning i ruter

31 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-31 Forsinkelse i pakkesvitjsede nett 3. sendeforsinkelse:  R = linkens båndbredde (b/s)  L = pakelengde (b)  tiden det tar å sende ut en pakke = L/R 4. gangtid:  l = lengde på fysisk link  v = signalhastighet på mediet (~2 · 10 8 m/s)  gangtid = l/v A B gangtid sending prosessering i nodene kø

32 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-32 Nodeforsinkelse  d proc = prosesseringsforinkelse  d queue = køforsinkelse  d trans = sendeforsinkelse  d prop = gangtid

33 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-33 Queueing delay (revisited)  R=link bandwidth (bps)  L=packet length (bits)  a=average packet arrival rate traffic intensity = La/R  La/R ~ 0: average queueing delay small  La/R -> 1: delays become large  La/R > 1: more “work” arriving than can be serviced, average delay infinite!

34 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-34 “Real” Internet delays and routes  What do “real” Internet delay & loss look like?  Traceroute program: provides delay measurement from source to router along end-end Internet path towards destination. For all i: m sends three packets that will reach router i on path towards destination m router i will return packets to sender m sender times interval between transmission and reply. 3 probes

35 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-35 “Real” Internet delays and routes 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 traceroute: gaia.cs.umass.edu to www.eurecom.fr Three delay measements from gaia.cs.umass.edu to cs-gw.cs.umass.edu * means no reponse (probe lost, router not replying) trans-oceanic link

36 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-36 Internett-protokollstack  applikasjon (application): støtte for nettverksapplikasjoner m FTP, SMTP, HTTP  transport: program til program dataoverføring m TCP, UDP  nettverk (network): ruting av datagram (pakker) fra avsender til mottaker m IP, rutingprotokoller  link: dataoverføring mellom nettelementer (maskiner) på samme nett m PPP, Ethernet  fysisk (physical): bit på tråden applikasjon transport nettverk link fysisk

37 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-37 Lagdeling: logisk kommunikasjon applikasjon transport nettverk link fysisk applikasjon transport nettverk link fysisk applikasjon transport nettverk link fysisk applikasjon transport nettverk link fysisk nettverk link fysisk data f eks: transport  ta data fra applikasjon  sett på adresser og sjekksum for å lage “datagram”  send datagram til “peer”  vent på at peer kvitterer for mottak  analogi: leveranse av brev data transport ack

38 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-38 Lagdeling: fysisk kommunikasjon applikasjon transport nettverk link fysisk applikasjon transport nettverk link fysisk applikasjon transport nettverk link fysisk applikasjon transport nettverk link fysisk nettverk link fysisk data

39 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-39 Lagdelte protokoller Hvert lag tar data fra laget over og  legger på en “header” med informasjon og får således en ny dataenhet  videresender dataenheten til laget under applikasjon transport nettverk link fysisk applikasjon transport nettverk link fysisk avsender mottaker 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 melding segment datagram ramme

40 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-40 ARPANET

41 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-41 Internetts historie  1961: Kleinrock benytter køteori til å vise pakkesvitsjingens effektivitet  1964: Baran – pakkesvitsjing i militære nett  1967: ARPAnet unnfanget av Advanced Research Projects Agency  1969: første ARPAnet- node i funksjon  1972: m ARPAnet vist offentlig m NCP (Network Control Protocol) første host- host protokoll m første e-post program m ARPAnet har vokst til 15 noder 1961-1972: Utforskning av prinsipper for pakkesvitsjing

42 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-42 Internetts historie  1970: ALOHAnet - satellitt- nett på Hawaii  1973: Metcalfes doktor- avhandling foreslår Ethernet  1974: Cerf og Kahn – arkitektur for å knytte sammen nett  slutten av 70-tallet: proprietære arkitekturer: DECnet, SNA, XNA  slutten av 70-tallet : svitsjing av pakker med fast lengde (forløper til ATM)  1979: ARPAnet har nå 200 nodes Cerf og Kahns prinsipper for sammenkobling av nett: m minimalisme, autonomy – ingen interne endringer skal være påkrevet for å sammenkoble nett m “best effort” tjenstemodell m tilstandsløse rutere m desentralisert styring definerer dagens Internett- arkitektur 1972-1980: Internetworking, nye og proprietære nett

43 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-43 Internetts historie  1983: TCP/IP  1982: SMTP (e-post)  1983: DNS (over- settelse fra navn til IP-adresse)  1985: FTP (filoverføring)  1988: TCP metnings- kontroll  nye nasjonale nett: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel  100,000 maskiner knyttet til “alliansen” av nettverk 1980-1990: nye protokoller, kraftig økning i antall nett, utvikling av nye protokoller

44 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-44 Internetts historie  tidlig i 1990-åra: ARPAnet nedlagt  1991: NSF fjerner restriksjoner på kommersiell bruk av NSFnet (nedlagt 1995)  tidlig i 1990-åra: Web m hypertekst [Bush 1945, Nelson 1960] m HTML, HTTP: Berners-Lee m 1994: Mosaic, senere Netscape m sent på 1990-tallet: kommersialisering av Weben Sent 1990-åra – 2000:  nye applikasjoner: instant messaging, peer2peer fildeling (f. eks. Naptser)  nettsikkerhet blant de viktigste aspekter  antall tilknyttede maskiner estimert til 50 mill., over 100 millioner brukere  stamnett med kapasiteter på noen Gb/s 1990 – 2000: kommersialisering, Web, nye applikasjoner

45 Versjon 1.0 / 25.08.03 Kapittel 11-45 Introduksjon: oppsummering Vært innom et tonn med emner!  oversikt over Internett  hva er en protokoll?  nettets kant og kjerne, aksessnett m pakkesvitsjing vs linjesvitsjing  Internett/ISP struktur  ytelse: tap og forsinkelse  lagdeling og tjenestemodeller  historie Du har nå:  kontekst, oversikt, en følelse av hva det dreier seg om  større dybde og flere detaljer følger!