Wprowadzenie do sieci komputerowych PDF

Instytucjonalne sieci dostępowe: sieci lokalne (LAN) ❑ Firmowa/uniwersytecka sieć lokalna (LAN) łączy systemy końcowe z ruterem ❑ Ethernet:  Współdzielone lub dedykowane łącze  10 Mb/s, 100Mb/s, Gigabit Ethernet ❑ instalacja: w instytucjach; domowe sieci lokalne...

Instytucjonalne sieci dostępowe: sieci lokalne (LAN) ❑ Firmowa/uniwersytecka sieć lokalna (LAN) łączy systemy końcowe z ruterem ❑ Ethernet:  Współdzielone lub dedykowane łącze  10 Mb/s, 100Mb/s, Gigabit Ethernet ❑ instalacja: w instytucjach; domowe sieci lokalne są coraz częściej spotykane ❑ Sieci lokalne: oddzielna część wykładu 1-1 Bezprzewodowe sieci dostępowe ❑ współdzielona bezprzewodowa sieć dostępowa łączy systemy końcowe z ruterem  Przez stację bazową, czyli “access ruter point” ❑ Bezprzewodowe sieci lokalne: stacja  802.11b (WiFi): do 11 Mb/s bazowa  802.11g: do 54 Mb/s ❑ Dostęp bezprzewodowy o większym zasięgu Przez operatora telekomunikacyjnego Mobilne   WAP/GPRS w Europie  UMTS? Kolejne generacje? hosty 1-2 Sieci domowe Typowe składniki sieci domowej: ❑ Modem ADSL lub optyczny ❑ ruter/ściana ogniowa/translacja adresów (NAT) ❑ Ethernet ❑ Bezprzewodowa stacja bazowa bezprzewodowe z/od laptopy modem ruter/ zakończenia optyczny ściana światłowodu ogniowa bezprzewodowa stacja bazowa Ethernet (łączony przez "switch" - przełącznik) 1-3 Media fizyczne ❑ Bit: propagowany Skrętka pomiędzy parami ❑ Dwa izolowane druty nadawca/odbiorca miedziane ❑ Łącze fizyczne: pomiędzy  Kategoria 3: tradycyjne druty telefoniczne, parą nadawca/odbiorca Ethernet 10 Mb/s ❑ Media przewodowe:  Kategoria 5 TP:  Sygnały propagowane w Ethernet 100Mb/s solidnym medium: miedź,  Kategoria 6, 7: światłowód, koncentryk Gigabit Ethernet ❑ Media bezprzewodowe:  Różne rodzaje kabli:  Signały propagowane bez UTP, FTP, S-FTP, STP przeszkód: radio 1-4 Media fizyczne: koncentryk, światłowód Światłowód: Kabel koncentryczny: ❑ Szklane włókno przekazujące ❑ Dwa koncentryczne impulsy światła, każdy impuls przewodniki miedziane to bit ❑ dwukierunkowy ❑ Wysoka szybkość: ❑ pasmo podstawowe:  szybka transmisja punkt-punkt  jeden kanał na kablu (n.p., 1 Tb/s)  stary Ethernet ❑ mała stopa błędów: ❑ pasmo rozszerzone: wzmacniacze daleko od  wiele kanałów na kablu siebie; odporność na  HFC (Hybrid Fiber Cable) zakłócenia 1-5 Media fizyczne: radio Rodzaje łącz radiowych: ❑ całe spektrum radiowe ❑ mikrofale  n.p. do 45 Mb/s ❑ brak “kabla” ❑ sieć lokalna LAN ❑ dwukierunkowe  2Mb/s, 11Mb/s, 54Mb/s ❑ wpływ środowiska na ❑ sieć rozległa (komórkowa) propagację sygnału:  n.p. 3G: rzędu 100 kb/s  odbicie  zasłonięcie ❑ satelitarne  interferencja  kanał do 50Mb/s (lub wiele (zakłócenia sygnału) mniejszych)  opóźnienie koniec-koniec około 270 ms  geosynchroniczne lub na niskich orbitach (LEOs) 1-6 Mapa wykładu 1.1 Co to jest Internet? 1.2 Brzeg sieci 1.3 Szkielet sieci 1.4 Sieć dostępowa i media fizyczne 1.5 Struktura Internetu / dostawcy Internetu (DI) 1.6 Opóźnienia i straty w sieciach z komutacją pakietów 1.7 Warstwy sieci, modele usług 1.8 Historia 1-7  Struktura Internetu: sieć sieci ❑ z grubsza hierarchiczna ❑ w centrum: dostawcy “poziomu 1” (TP S.A., Sprint, AT&T), zasięg narodowy lub międzynarodowy  traktują się równorzędnie Dostawcy poziomu 1 łączą się ze sobą Dostawcy poziomu 1 przez publiczne łączą się ze sobą DI poziomu 1 punkty dostępu do prywatnie (tzw. NAP sieci (ang. network "peering access points, relationship") NAPs) DI poziomu 1 DI poziomu 1 1-8 Dostawca poziomu 1: n.p., Sprint Sieć szkieletowa Sprint w USA 1-9 Dostawca poziomu 1: n.p., Sprint POP: point-of-presence do/od szkieletu peering … …. … … … do/od klientów Introduction 1-10  Struktura Internetu: sieć sieci ❑ Dostawcy poziomu 2: mali (często regionalni) DI  Łączą się z jednym lub więcej DI poziomu 1, mogą także łączyć się z innymi dostawcami "poziomu 2" DI poziomu 2 DI poziomu 2 DI poziomu 2 także łączą się DI poziomu 2 prywatnie, płaci DI poziomu 1 za łączność z DI poziomu 1 bezpośrednio Internetem NAP lub w punktach ❑ DI poziomu 2 dostępu jest klientem DI poziomu 1 DI poziomu 1 DI poziomu 1 DI poziomu 2 DI poziomu 2 DI poziomu 2 1-11  Struktura Internetu: sieć sieci ❑ DI poziomu 3 i lokalni DI  sieci dostępowe (najbliższe systemów końcowych) lokalny DI lokalny DI lokalny lokalny poziomu 3 DI DI DI DI lokalni i DI poziomu 2 DI poziomu 2 poziomu 3 są klientami DI DI poziomu 1 wyższych NAP poziomów, którzy łączą ich z DI poziomu 1 DI poziomu 2 Internetem DI poziomu 1 lokalny DI poziomu 2 DI poziomu 2 DI lokalny lokalny lokalny DI DI DI 1-12  Struktura Internetu: sieć sieci ❑ pakiet musi przejść przez wiele sieci! lokalny DI lokalny DI lokalny lokalny poziomu 3 DI DI DI DI poziomu 2 DI poziomu 2 DI poziomu 1 NAP DI poziomu 1 DI poziomu 1 DI poziomu 2 lokalny DI poziomu 2 DI poziomu 2 DI lokalny lokalny lokalny DI DI DI 1-13 Mapa wykładu 1.1 Co to jest Internet? 1.2 Brzeg sieci 1.3 Szkielet sieci 1.4 Sieć dostępowa i media fizyczne 1.5 Struktura Internetu / dostawcy Internetu (DI) 1.6 Opóźnienia i straty w sieciach z komutacją pakietów 1.7 Warstwy sieci, modele usług 1.8 Historia 1-14  Jak dochodzi do opóźnień i strat? pakiety oczekują w buforach ruterów ❑ szybkość przybywania pakietów przekracza przepustowość łącza wyjściowego ❑ pakiety czekają na swoją kolej transmitowany pakiet (opóźnienie) A B oczekujące pakiety (opóźnienie) wolne (dostępne) miejsca w buforze: przybywające pakiety są wyrzucane (straty) gdy nie ma wolnych miejsc 1-15 Cztery źródła opóźnienia pakietów ❑ 1. przetwarzanie w ❑ 2. oczekiwanie w kolejce węzłach:  czas oczekiwania na  sprawdzenie błędów transmisję na łączu bitowych wyjściowym  określenie interfejsu  zależy od przeciążenia w (łącza) wyjściowego ruterze transmisja A propagacja B przetwarzanie w węźle oczekiwanie 1-16 Opóźnienie w sieciach z komutacją pakietów 3. Opóźnienie transmisji: 4. Opóźnienie propagacji: ❑ R=przepustowość łącza ❑ d = długość fizycznego (b/s) łącza ❑ L=długość pakietu ❑ s = czas propagacji w (bity) medium (~2x108 m/sec) ❑ czas na wysłanie bitów ❑ opóźnienie propagacji = na łączu = L/R d/s Uwaga: s i R to zupełnie transmisja różne wielkości! A propagacja B przetwarzanie w węźle oczekiwanie 1-17  Analogia samochodowa 100 km 100 km kolumna 10 bramka bramka samochodówz opłatą z opłatą ❑ Samochody “propagują” się ❑ Czas na przepuszczenie z prędkością 100 km/h całej kolumny przez ❑ Bramka obsługuje bramkę = 12*10 = 120 s samochód przez 12 sec ❑ Czas na przejazd (czas transmisji) ostatniego samochodu do ❑ samochód~bit; drugiej bramki: kolumna ~ pakiet 100km/(100km/h)= 1 h ❑ Pytanie: Kiedy kolumna ❑ Odpowiedź: 62 minuty dotrze do drugiej bramki? 1-18 Analogia samochodowa (część 2) 100 km 100 km kolumna 10 bramka bramka samochodówz opłatą z opłatą ❑ Teraz samochody ❑ Tak! Po 7 min, 1szy samochód w “propagują” się z 2 bramce i 3 samochody ciągle w 1. prędkością 1000 km/h ❑ 1szy bit pakietu może dotrzeć ❑ Bramka obsługuje do 2giego rutera zanim pakiet samochód przez 1 min będzie w pełni transmitowany ❑ Pytanie: Czy samochody przez 1 ruter! Zobacz aplet Ethernet na dotrą do 2 bramki,  stronie zanim ostatni samochód http://wps.aw.com/aw_kurose_ kolumny zostanie network_3 obsłużony w pierwszej? 1-19 Opóźnienie w węźle dwezel = dobsluga + dkolejka + dtrans + dprop ❑ dobsluga = opóźnienie na przetwarzanie  typowo kilka mikrosekund lub mniej ❑ dkolejka = oczekiwanie w kolejce  zależy od przeciążenia ❑ dtrans = opóźnienie transmisji  = L/R, znaczne na wolnych łączach ❑ dprop = opóźnienie propagacji  od kilku mikrosekund do setek milisekund 1-20 Oczekiwanie w kolejce (teoretycznie) ❑ R=przepustowość łącza (b/s) ❑ L=długość pakietu (bity) ❑ a=średnia szybkość przybywania pakietów intensywność ruchu = La/R [Erlangi] ❑ La/R ~ 0: małe średnie oczekiwanie w kolejce ❑ La/R -> 1: oczekiwanie bardzo długie ❑ La/R > 1: więcej pracy niż można obsłużyć, średnie opóźnienie i kolejka nieskończone! W buforze kończą się miejsca, następują straty 1-21 Prawdziwe opóźnienia i straty w Internecie ❑ Jak wyglądają "prawdziwe" opóźnienia i straty? ❑ program traceroute: mierzy opóźnienie od źródła do rutera na ścieżce koniec-koniec przez Internet do celu. Dla wszystkich i:  wysyła trzy pakiety do rutera i na ścieżce do celu  ruter i zwraca pakiety do nadawcy  nadawca mierzy czas między wysłaniem pakietu i odpowiedzią. 3 pakiety 3 pakiety 3 pakiety 1-22 Prawdziwe opóźnienia i straty w Internecie traceroute: gaia.cs.umass.edu do www.eurecom.fr Trzy pomiary opóźnień od gaia.cs.umass.edu do 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 łącze 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 transoceaniczne 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 * * * * brak odpowiedzi (zgubiony pakiet, ruter nie odpowiada) 19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136 ms 1-23 Straty pakietów ❑ kolejka (inaczej bufor) ma skończoną wielkość ❑ gdy pakiet przybywa do pełnego bufora, jest wyrzucany (czyli tracony) ❑ stracone pakiety mogą być retransmitowane przez poprzedni węzeł, przez system końcowy źródła, lub wcale bufor Transmitowany pakiet A B Pakiet, który napotka pełny bufor, jest tracony 1-24  Przepustowość ❑ Przepustowość: szybkość (bity/jednostka czasu) transmisji bitów między nadawcą a odbiorcą  chwilowa: szybkość w dowolnej chwili czasu  średnia: szybkość średnia w dłuższym okresie server,wysyła Nadawca with linkprzesyła łącze capacitybity link capacity łącze przesyła bity filebity of F bits zRszybkością s bits/sec Rzc bits/sec szybkością to send to client R s bitów/sekundę) R c bitów/sekundę) Introduction 1-25 Przepustowość w Internecie Rs ❑ Przepustowość Rs Rs połączenia od końca do końca: R min(Rc,Rs,R/10) ❑ W praktyce: Rc lub Rc Rc Rs to często wąskie Rc gardło 10 połączeń (sprawiedliwie) dzieli łącze w szkielecie o R b/s Introduction 1-26 Mapa wykładu 1.1 Co to jest Internet? 1.2 Brzeg sieci 1.3 Szkielet sieci 1.4 Sieć dostępowa i media fizyczne 1.5 Struktura Internetu / dostawcy Internetu (DI) 1.6 Opóźnienia i straty w sieciach z komutacją pakietów 1.7 Warstwy sieci, modele usług 1.8 Historia 1-27 “Warstwy” protokołów Sieci są złożone! ❑ wiele “składników”:  hosty Pytanie:  rutery Czy można zorganizować  łącza różnych strukturę sieci? mediów  aplikacje Lub przynajmniej nasze  protokoły rozważania o sieciach?  sprzęt, oprogramowanie 1-28 Organizacja podróży lotniczych bilet (zakup) bilet (skarga) bagaż (oddanie) bagaż (odbiór) bramka (załadowanie) bramka (rozładowanie) start z pasa lądowanie na pasie ustalanie trasy samolotu ustalanie trasy samolotu ustalanie trasy samolotu ❑ kolejne kroki 1-29 Organizacja podróży lotniczej: inny punkt widzenia bilet (zakup) bilet (skarga) bagaż (oddanie) bagaż (odbiór) bramka (załadowanie) bramka (rozładowanie) start z pasa lądowanie na pasie ustalanie trasy samolotu ustalanie trasy samolotu ustalanie trasy samolotu Warstwy: każda warstwa implementuje usługę  poprzez czynności wewnątrz warstwy  w oparciu o usługi udostępniane przez niższą warstwę 1-30 Warstwowe podróże lotnicze: usługi Dostarczanie osób i bagażu od stanowiska do stanowiska Dostarczanie bagażu pomiędzy punktami odbioru bagażu Dostarczanie osób od bramki odlotu do bramki przylotu Dostarczenie samolotu od pasa do pasa ustalanie trasy samolotu od początku do celu podróży 1-31 Rozproszona implementacja funkcjonalności warstw bilet (zakup) bilet (skarga) lotnisko przylotu Lotnisko odlotu bagaż (oddanie) bagaż (odbiór) bramka (załadowanie) bramka (rozładowanie) start z pasa lądowanie na pasie ustalanie trasy samolotu ustalanie trasy samolotu pośrednie punkty kontroli lotów ustalanie trasy ustalanie trasy ustalanie trasy 1-32 Dlaczego warstwy? Radzenie sobie ze złożonymi systemami: ❑ wyrażna struktura pozwala na identyfikację, ustalenie zależności składników złożonego systemu  warstwowy model odniesienia dla rozważań ❑ modularyzacja ułatwia utrzymanie, aktualizację systemu  zmiana implementacji usług warstwy jest przezroczysta dla reszty systemu  n.p., zmiana procedury w bramkach nie wpływa na resztę systemu ❑ niekiedy dzielenie na warstwy może być szkodliwe? 1-33 Stos protokołów Internetu ❑ aplikacji: obsługuje aplikacje sieciowe  FTP, SMTP, STTP aplikacji ❑ transportu: komunikacja od hosta do hosta (koniec-koniec) transportu  TCP, UDP ❑ sieci: ruting pakietów od nadawcy sieci do odbiorcy  IP, protokoły rutingu łącza ❑ łącza: komunikacja pomiędzy fizyczna sąsiednimi urządzeniami w sieci  PPP, Ethernet ❑ fizyczna: bity “w kablu” 1-34 Warstwy: komunikacja logiczna każda warstwa: aplikacji transportu ❑ rozproszona sieci łącza ❑ “jednostki” fizyczna implementują sieci funkcje łącza aplikacji warstwy w transportu fizyczna każdym węźle sieci łącza ❑ jednostki fizyczna aplikacji aplikacji wykonują transportu transportu czynności, sieci sieci łącza łącza komunikują się fizyczna fizyczna z sąsiadami 1-35 Warstwy: komunikacja logiczna dane N.p.: transportu aplikacji ❑ weź dane od transportu transportu aplikacji sieci łącza ❑ dodaj adres, fizyczna informację ack sieci sprawdzającą łącza niezawodność i aplikacji dane fizyczna utwórz “datagram” transportu sieci ❑ wyślij datagram do łącza dane sąsiada fizyczna aplikacji aplikacji ❑ zaczekaj aż sąsiad transportu transportu transportu potwierdzi odbiór sieci sieci łącza łącza ❑ analogia: poczta fizyczna fizyczna 1-36 Warstwy: komunikacja fizyczna dane aplikacji transportu sieci łącza fizyczna sieci łącza aplikacji fizyczna transportu sieci łącza dane fizyczna aplikacji aplikacji transportu transportu sieci sieci łącza łącza fizyczna fizyczna 1-37  Warstwy protokołów i informacja Każda warstwa bierze informację od górnej warstwy ❑ dodaje informację nagłówkową i tworzy nową jednostkę informacji ❑ przekazuje informacją do niższej warstwy nadawca odbiorca M aplikacji aplikacji M komunikat Ht M transportu transportu Ht M segment Hn Ht M sieci sieci Hn Ht M datagram Hl Hn Ht M łącza łącza Hl Hn Ht M ramka fizyczna fizyczna 1-38 Stos protokołów OSI ❑ model wprowadzony przez aplikacji organizację ISO ❑ warstwa prezentacji: obsługuje prezentacji konwersje danych dla aplikacji (np. szyfrowanie, adaptacja zawartości, sesji tłumaczenie, zmiana kodowania) ❑ warstwa sesji: obsługuje stan transportu związany z komunikacją (np. transakcje) sieci ❑ sieci o innych stosach niż TCP/IP  Netware (Novell) DECNET (DEC) łącza  VINES (Banyan) SNA (IBM)  Apple Talk (Apple) XNS (Xerox) fizyczna  ATM 1-39 Mapa wykładu 1.1 Co to jest Internet? 1.2 Brzeg sieci 1.3 Szkielet sieci 1.4 Sieć dostępowa i media fizyczne 1.5 Struktura Internetu / dostawcy Internetu (DI) 1.6 Opóźnienia i straty w sieciach z komutacją pakietów 1.7 Warstwy sieci, modele usług 1.8 Historia 1-40 Historia Internetu 1961-1972: Wczesne badania nad komutacją pakietów ❑ 1961: Kleinrock – teoria ❑ 1972: kolejek pokazuje  publiczna demonstracja wydajność komutacji ARPAnet pakietów  Pierwszy protokół koniec- ❑ 1964: Baran – komutacja koniec: NCP (Network Control Protocol) pakietów w sieciach wojskowych  pierwszy program e-mail  ARPAnet ma 15 węzłów ❑ 1967: ARPAnet stworzona przez Advanced Research Projects Agency ❑ 1969: pierwszy węzeł ARPAnet rozpoczyna działanie 1-41  Historia Internetu 1972-1980: intersieci, nowe i prywatne sieci ❑ 1970: satelitarna sieć Zasady intersieci Cerfa and Kahna: ALOHAnet na Hawajach ❑ 1973: praca doktorska  minimalizm, autonomia – Metcalfe’a proponuje wewnętrzne zmiany nie są potrzebne żeby łączyć sieci Ethernet model usług best-effort ❑ 1974: Cerf and Kahn –  architektura dla intersieci  rutery bezstanowe ❑ późne 70te: prywatne  rozproszone sterowanie architektury: DECnet, SNA, określają dzisiejszą architekturę XNA Internetu ❑ późne 70te: komutacja pakietów o ustalonej długości (prekursor ATM) ❑ 1979: ARPAnet ma 200 węzłów 1-42 Historia Internetu 1980-1990: nowe protokoły, upowszechnienie sieci ❑ 1983: wdrożenie ❑ nowe sieci narodowe: TCP/IP Csnet, BITnet, ❑ 1982: definicja NSFnet, Minitel protokołu poczty (Francja) elektronicznej SMTP ❑ 100,000 hostów ❑ 1983: definicja DNS połączonych do dla tłumaczenia nazwa- konfederacji sieci adres IP ❑ 1985: definicja protokołu FTP ❑ 1988: kontrola przeciążenia w TCP 1-43 Historia Internetu 1990, 2000’s: WWW, komercjalizacja, nowe aplikacje ❑ Wczesne 1990te: ARPAnet Późne 1990te – 2000czne: wychodzi z użytku ❑ nowe aplikacje: instant ❑ 1991: NSF znosi ograniczenia na messaging, partnerskie komercyjne wykorzystanie dzielenie plików (n.p., NSFnet (wychodzi z użytku w Napster) 1995) ❑ bezpieczeństwo sieci staje ❑ wczesne 1990te: WWW się najważniejsze  hipertekst [Bush 1945, ❑ około 50 millionów hostów, Nelson 1960te] ponad 100 millionów  HTML, HTTP: Berners-Lee użytkowników  1994: Mosaic, później ❑ łącza szkieletowe mają Netscape przepustowości rzędu Gb/s  późne 1990te: komercjalizacja WWW 1-44 Historia Internetu 2007: 2020: ❑ ~500 milionów hostów ❑ ~1 miliarda hostów ❑ Audio, wideo przez IP ❑ Chmura obliczeniowa ❑ Aplikacje P2P: BitTorrent ❑ Rozpowszechnienie (dzielenie plików), Skype urządzeń mobilnych (VoIP), PPLive (video) ❑ Rozpowszechnienie ❑ Inne aplikacje: YouTube, technologii 4G i początek gry rozwoju 5G ❑ Mobilny i bezprzewodowy ❑ Pandemia Covid-19 dostęp powoduje upowszechnienie technologii pracy przez Internet Introduction 1-45 Podsumowanie Wprowadzenia Przerobiliśmy “górę” materiału! Macie teraz: ❑ Przegląd Internetu ❑ kontekst, tło, “czucie” ❑ co to jest protokół? sieci ❑ brzeg i szkielet sieci, sieć ❑ więcej szczegółów, dostępowa głębsza analiza nastąpią dalej!  komutacja pakietów a komutacja kanałów ❑ struktura Internetu/DI ❑ wydajność: straty, opóźnienia ❑ modele warstwowe i usług ❑ historia 1-46