Βασικές Έννοιες για Δίκτυα Υπολογιστών και Υπηρεσίες Κ.Κουρκουμπέτης Γ.Δ. Σταμούλης Τι είναι Δίκτυα Υπολογιστών • Διατάξεις από συσκευές και λογισμικό • Επιτρέπουν ανταλλαγή πληροφορίας και πρόσβαση σε υπηρεσίες και εφαρμογές • Παράγοντες που συμβάλουν στη δημιουργία δικτύων οικονομίες κλίμακας στην παραγωγή οικονομίες κλίμακας στη ζήτηση (network externalities) Δίκτυα Υπολογιστών Βασικές Έννοιες - 2 Αξία για τον χρήστη Δικτυακές οικονομίες 100% 50% 0 Χρόνος Αριθμός συμβατών χρηστών Οικονομίες κλίμακας παραγωγής και ζήτησης: θετική ανάδραση Δίκτυα Υπολογιστών Βασικές Έννοιες - 3 Δίκτυα Υπολογιστών Ποικιλία σε • Κωδικοποίηση πληροφοριών: ψηφιακά ή αναλογικά • Φυσικό μέσο: χαλκός, οπτική ίνα, αέρας • Γεωγραφική Διασπορά: Wide Area Networks: Internet core, X.25, ... Metropolitan Area Networks: Optical Rings, WiMax, FDDI Local Area Networks: WLANs, Ethernet, Token Ring, ... • Υπηρεσίες και εφαρμογές φωνή, δεδομένα, video, multimedia, κοινωνικά δίκτυα πλέον όλες οι εφαρμογές εξυπηρετούνται από το ίδιο δίκτυο Δίκτυα Υπολογιστών Βασικές Έννοιες - 4 Βασική Ιδέα Σύνδεσμοι από σημείο σε σημείο Ασύμφορη Προσέγγιση Διαμοιρασμένοι σύνδεσμοι Απαιτείται: • Μεταγωγή, και • Πολυπλεξία: FDM, TDM, Στατιστική Οικονομίες κλίμακας Δίκτυα Υπολογιστών Βασικές Έννοιες - 5 Είδη Πολυπλεξίας Πολυπλεξία Συχνότητας (FDM) συχνότητα Πολυπλεξία Χρόνου (ΤDM) συχνότητα αδρανές χρόνος Δίκτυα Υπολογιστών αδρανές χρόνος Στατιστική Πολυπλεξία συχνότητα χρόνος Βασικές Έννοιες - 6 Στατιστική Πολυπλεξία • Μεταγωγή σε επίπεδο πακέτου και Μετάδοση “Store-and-forward” A Δίκτυα Υπολογιστών B C Βασικές Έννοιες - 7 Ιστορία Δικτύων (Ι) • 1830: Τηλέγραφος (ψηφιακό!!) • 1876: Τηλεφωνία (αναλογικό ??) 1887: 150000 τηλ. USA, 26000 UK, 9000 Fr, 7000 Rus. 1903s: non-Bell = 50-60%, υπεραστική = 3% Ανάγκη για διασυνδεσιμότητα 1934: Ρυθμιστικά θέματα, δημιουργία FCC • 1960+: RS-232-C για ασύγχρονη μετάδοση χαρακτήρων στα 38.4 kbps - Modems - Πρωτόκολλα επιπέδου ζεύξης δεδομένων • 1960+: Πρώτες ιδέες για το Internet από τους Baran, J.C.R. Liklider, Bob Taylor και Larry Roberts Δίκτυα Υπολογιστών Βασικές Έννοιες - 8 Ιστορία Δικτύων (ΙΙ) • 1967-69: Σχεδίαση και Υλοποίηση του Αrpanet, κυρίως στο UCLA και την ΒΒΝ 2 Σεπτ. 1969: Μετάδοση των πρώτων bits εσωτερικά στο UCLA • 1970+: Ραγδαία εξέλιξη στο Arpanet (για 20 έτη!), X.25, LANs, CATV 1970: 1976: 1972: 1974: Πρωτόκολλο και δίκτυο ALOHA στη Hawaii Ethernet (Xerox PARC), ιδιόκτητα δίκτυα (SNA κτλ.) 15 κόμβοι στο ARPANET 200 κόμβοι το 1979 Εισαγωγή του TCP/IP (V.Cerf, R.Kahn) Δίκτυα Υπολογιστών Βασικές Έννοιες - 9 Ιστορία Δικτύων (ΙΙΙ) • 1980+: Διάδοση του TCP/IP, πρωτόκολλα στο Internet: ftp, smtp. FAX, ISDN, Κινητές Επικοινωνίες, ανταγωνισμός στην τηλεφωνία • 1990+: Πολυμέσα, Ευρεία Διάδοση και εξέλιξη των κινητών επικοινωνιών, Broadband ISDN και: Εφαρμογές με φιλική διεπαφή χρήστη Εμπορικές εφαρμογές WWW από τον Tim Burnes Lee η επιτομή της ανθρώπινης γνώσης, με διαφάνεια στην τοποθέτηση! Οδήγησε στην ευρύτατη διάδοση και την οριστική (??) επικράτηση του Internet έναντι άλλων τεχνολογιών Netscape, Μηχανή αναζήτησης Yahoo! - Εμπορικοί ISPs Δίκτυα Υπολογιστών Βασικές Έννοιες - 10 Ιστορία Δικτύων (ΙV) • 2000-10: Διάδοση του Broadband, σε ενσύρματα και ασύρματα δίκτυα, κορμού και πρόσβασης, δραματική αύξηση εφαρμογών και περιεχομένου, σε όγκο και ποικιλία Peer-to-peer παροχή πληροφοριών και υπηρεσιών Google, Skype, You-tube, Facebook, Web2.0. Η ασφάλεια και η ιδιωτικότητα είναι βασικά θέματα Ανάλυση των δικτύων υπό το πρίσμα των κινήτρων των συμμετεχόντων tussles Δίκτυα Υπολογιστών Βασικές Έννοιες - 11 Ιστορία Δικτύων (ΙV) • 2010+: Virtualization, SDN, έμφαση στον έλεγχο δικτύων Ανάγκη για εξοικονόμηση ενέργειας Αλληλεπίδραση με υπολογιστικό νέφος (cloud) cross-layer διαχείριση Θεμελιώδη επιχειρηματικά ζητήματα: για το ποιος επωφελείται οικονομικά από την διάδοση του Internet, ουδετερότητα δικτύου, και πώς αυτό αλλάζει μέσω τεχνολογιών, αρχιτεκτονικών λογισμικού κλπ. Big Data και αξιοποίηση τους – νέα ζητήματα ιδιωτικότητας Δίκτυα Υπολογιστών Βασικές Έννοιες - 12 Δικτυακές αρχιτεκτονικές • Φυσική άποψη: αποτελείται από υπολογιστές, συνδέσμους, δρομολογητές, μεταγωγείς, ... Βασική απαίτηση: διαλειτουργικότητα • Λογική άποψη: αποτελείται από υπηρεσίες απλές υπηρεσίες σύνθετες υπηρεσίες στρωμάτωση υπηρεσιών (layered architecture) υπηρεσίες μεταφοράς: best-effort ή εγγυημένης ποιότητας • Υπηρεσίες από άκρη-σε-άκρη (end-to-end) ενδιαφέρουν τον τελικό χρήστη συμβόλαια χρήσης (SLAs) Δίκτυα Υπολογιστών Βασικές Έννοιες - 13 Εγγυημένες και Ελαστικές Υπηρεσίες • Εγγυημένες Υπηρεσίες (βάσει συμβολαίου): το δίκτυο παρέχει εγγυήσεις ως προς την επίδοση, σχετικά με ρυθμό απώλεια πληροφορίας, μέση τιμή και μεταβλητότητα της καθυστέρησης (jitter) οι χρήστες αιτούν πόρους για να εξυπηρετηθούν διενεργείται έλεγχος αποδοχής (admission control) • Ελαστικές Υπηρεσίες: το δίκτυο δεν παρέχει εγγυήσεις ως προς την επίδοση (best effort), η επίδοση υποβαθμίζεται σε περιόδους συμφόρησης ο χρήστης δεν υποβάλλει αίτηση για τη χρήση εύρους ζώνης, που μπορεί να είναι απεριόριστη εξυπηρετούν καλύτερα εφαρμογές με προσαρμοζόμενο ρυθμό Δίκτυα Υπολογιστών Βασικές Έννοιες - 14 Υπηρεσίες Μεταφοράς και Προστιθέμενης Αξίας Εφαρμογή B Εφαρμογή A “προσθέτει αξία” Υπηρεσία Μεταφοράς Διεπαφή Δικτύου Δίκτυο Υπηρεσία = Μεταφορά + Προστιθέμενη Αξία Δίκτυα Υπολογιστών Βασικές Έννοιες - 15 Ταξινόμηση Δικτύων Communication Network Switched Communication Network Circuit-Switched Communication Network (Μεταγωγή Κυκλώματος) τηλεφωνία, GSM Δίκτυα Υπολογιστών Broadcast Communication Network Packet-Switched Communication Network (Μεταγωγή πακέτου) Datagram Network (Μεταγωγή αυτοδύναμου πακέτου) Internet Virtual Circuit Network (Μεταγωγή Εικονικού Κυκλώματος) ΑΤΜ παροχή χαρακτηριστικών ανάλογων με τη μεταγωγή κυκλώματος χωρίς αποκλειστικότητα στη χρήση πόρων Βασικές Έννοιες - 16 Internet T E F L T N P E T R L O G I N S H D R M T N ... T T T S P P P TCP T F T P UDP IEEE 802 standards LAN link IP LLC LAN link MAC Physical Δίκτυα Υπολογιστών Βασικές Έννοιες - 17 Internet: hourglass model (Deering, 1998) email WWW phone... SMTP HTTP RTP... TCP UDP… IP ethernet PPP… • Πρωτόκολλο επιπέδου δικτύου: ένα και μοναδικό απλό Συντελεί στην: Εύκολη επέκταση του δικτύου διασυνδεσιμότητα CSMA async sonet... copper fiber radio... Δίκτυα Υπολογιστών Βασικές Έννοιες - 18 Internet:«βεβαρύμενη» έκδοση(Schultzrinne) email WWW phone... SMTP HTTP RTP... TCP UDP… IP + mcast + QoS +... ethernet PPP… CSMA async sonet... copper fiber radio... Δίκτυα Υπολογιστών Βασικές Έννοιες - 19 Internet: «διχασμένη» έκδοση (Schultzrinne) email WWW phone... SMTP HTTP RTP... TCP UDP… IP4 IP6 ethernet PPP… • Διπλασιασμός διεπαφών • Βασικά ζητήματα διαλειτουργικότητας CSMA async sonet... copper fiber radio... Δίκτυα Υπολογιστών Βασικές Έννοιες - 20 Μοντέλο OSI Communication services Application layer Secure, efficient connections, local syntax Presentation layer Connections Session layer Delivery of messages Transport layer 7 6 5 4 3 2 1 1 End system Δίκτυα Υπολογιστών 2 1 2 1 Network 3 2 1 3 2 1 7 Commonly used applications 6 Encryption, compression, syntax conversion 5 Supervision of connections 4 3 2 1 Segmentation/reassembly, flow control, end-to-end error control Network layer: guides packet from source to destination Data link layer: packet delivery between two adjacent nodes Physical layer: digital comm., delivers bits End system Βασικές Έννοιες - 21 Έλεγχος Δικτύων Service Interface Network • Πρόκειται για το σύνολο εσωτερικών μηχανισμών που χρησιμοποιούνται από το δίκτυο ώστε να συμμορφώνεται με τις υποχρεώσεις του από τα συμβόλαια υπηρεσιών • Κατά κανόνα εμπλέκουν άλλα πρωτόκολλα από αυτά για τη μεταφορά της πληροφορίας • Μεγαλύτερες δυνατότητες ελέγχου ευρύτερο σύνολο υπηρεσιών multicasting • Επίπεδα ελέγχου έλεγχος ροής και συμφόρησης αστυνόμευση και μορφοποίηση μεταγωγή και χρονοπρογραμματισμός δρομολόγηση έλεγχος αποδοχής διαχείριση πόρων πολιτική τιμολόγησης • Η αρχιτεκτονική υπηρεσιών περιλαμβάνει τις μονάδες λογισμικού ελέγχου για την παροχή υπηρεσιών Δίκτυα Υπολογιστών Βασικές Έννοιες - 22 Χρονικές Κλίμακες για Έλεγχο Δικτύου Traffic & Congestion Control Functions Time scale Selective cell discard, frame discard, priority control and scheduling, Usage Parameter Control (UPC), traffic shaping Cell time Feedback controls (flow) Round-trip propagation time Call admission control (CAC), Call routing Δίκτυα Υπολογιστών Connection interarrival time Network management Minutes Pricing policy Months, years Βασικές Έννοιες - 23
© Copyright 2024 Paperzz
