Computer Networks A. Tanenbaum

Transkript

1 Computer Networks A. Tanenbaum Kjell Åge Bringsrud (med foiler fra Pål Spilling) Kapittel 1, del 2 INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 1

2 Litt historikk teleoperatørene har 150 års erfaring: i konstruksjon og drift av telenett var monopoler frem til pakke-svitsjing som konsept; 1964 pakke-svitsjing realisert i 1970; ARPANET dekket USA i 1973 med ~50 noder en arm fra California til Hawaii en arm fra Østkysten via Kjeller til London (UCL) FFI var med i utviklingen av TCP/IP INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 2

3 Utviklingstrekk (1) utviklingen av telenett drevet frem av teleoperatørene optimalisert for telefonbruk (vertikal optimalisering) synkron bit-basert kommunikasjon utviklingen av internettet drevet frem av informatikere og datamaskinlevererandører horisontal integrasjon (IP over alt, alt over IP) asynkron pakke-basert kommunikasjon sammensmelting av tele, data og informasjonsteknologi INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 3

4 Utviklingstrekk (2) forskjellen i designfilosofi har resultert i: mange nyttige internett-tjenester ingen tilsvarende utvikling i telesektoren (vi ser bort fra mobiltelefonen) PC, TV og mobiltelefon: får stadig økende funksjonalitet tilbyr etter hvert overlappende tjenester gir økt konkurranse i markedet internett protokollen er det felles bærende element! teleoperatørenes dilemma i dag: skal de gå fullt og helt over på IP? INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 4

5 Utviklingstrekk (3) mikroelektronikken: dobling av CPU-kapasiteten hver mnd tilsvarende for minne og lagringsmedium superraske rutere fiberoptikken: bølgelengdemultipleksing (WDMA) 2,5, 10, og 40 Gb/s pr. bølgelengde bølgelengdekanaler all-optisk svitsjing INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 5

6 Utviklingstrekk (4) Mobilitet innebærer at det skal være mulig å kommunisere fra hvor som helst med hvem som helst når som helst Mobilitet: personmobilitet (mobil-ip) terminalmobilitet (mobiltelefonen) tjenestemobilitet INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 6

7 Tre-deling av kommunikasjons-systemet Tjener Distribuert applikasjon Tjeneste aksess punkt Klient Bruker Mellomvare Endesystem Komm.nett Overførings system INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 7

8 Viktige funksjoner Viktige og nødvendige funksjoner adressering, ruting, og fremsending deteksjonogkorreksjonavfeil ende-til-ende pålitelighet metningskontroll multicasting overføringskvalitet INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 8

9 Krav til et moderne datanett nodene skal ha Plug and play egenskaper ingen konfigurering ved innkopling av noder automatisk oppdage hvem som er nabo-noder hvilke naboer er operative, ikke operative utveksling av topologi informasjon på det grunnlag, beregne ruter (korteste vei) til alle andre noder i nettet INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 9

10 Samtale-univers Tjener Overføringssyntaks Samtaleunivers Klient Bruker Komm.nett INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 10

11 Samtale-univers felles oppfatning av hva de to prosessene kan samarbeide om en mer formell beskrivelse: et sett av datastrukturer (resident del) operasjoner som kan utføres på disse strukturene (kommunisert over nettet) INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 11

12 Eksempel på samtaleunivers <Fligth> :: <Carrier>>Flight-no> <Origin><Departure-time> <Destination><Arrival-time> <Available-seats-class-1> <Available-seats-class-2> resident del <Operations>:: <Type> <Carrier><Fligth-no> <Class><No-of-seats> <Type>:: Inquire Book-seats Cancel-seats kommuniseres over nettet INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 12

13 Overførings-syntaks inhomogene ende-systemer ulik hardware ulike operativsystemer ulike programerings-språk kommunikasjonen over nettet må foregå i en syntaks som begge sider oppfatter på samme måten INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 13

14 Typiske bruker-tjenester filoverføring; FTP elektronisk post; E-post Web Nett-Video IP-telefoni tjenestene setter ulike krav til overføringen over nettet; kalt Tjenestekvalitet (QoS) INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 14

15 Tjenestekvalitet (QoS)) båndbredde (kapasitet) akseptabel forsinkelse (latency) akseptabel variasjon i forsinkelsen (jitter)) pålitelighet maksimal akseptabel pakke størrelse INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 15

16 Eksempler på tjenestekvalitet Tjeneste Båndb. Pålitel. Forsink. Jitter. tale 64 kb/s mindre kort liten tale (kringk.) 64 kb/s mindre irrelev. liten TV (kringk.) 5 Mb/s mindre irrelev. liten Video-konf. 5 Mb/s mindre kort liten Eksempler på tradisjonelle teletjenester Har krevd synkron overføring INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 16

17 Eksempler på tjenestekvalitet Tjeneste Båndbr. Pålit. Forsink. Jitter terminal >9,6 kb/s høy kort kan være stor fil-trans. >100 kb/s høy irrelev. irrelev. El.post irrelev. høy irrelev. irrelev. Eksempler på tradisjonelle data-komm. tjenester Benytter asynkron overføring INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 17

18 Direkte kommunikasjon: dedikert punkt-til-punkt samband Nettstrukturer kringkastingsnett; alle hører alle radio satellitt lokalnett (LAN) konkurranse om bruk av fellesmediet INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 18

19 Lokalnett strukturer Ethernet Token Ring Konkurranseutsatt Konkurransefri Radio-LAN Konkurranseutsatt Nøkkelbegrep: Medium Aksess kontroll INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 19

20 Nettstrukturer Indirekte Kommunikasjon: maskenett Svitsjede nett Internett INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 20

21 Internet arkitektur INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 21

22 Viktige Internet begreper et internett er en samling av autonome subnett hvert subnett fungerer uavhengig av alle andre subnett internett protokollen (IP) binder det hele sammen til et operativt hele: ruting på internett nivå (globale internett adr.) ruting på subnett nivå (lokale subnett adr.) fragmentering og reassemblering INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 22

23 Adressering og ruting hver ting vi vil finne frem til, må ha en adresse! adresse: en streng av bytes som enhetlig identifiserer tingen adressetyper: unicast; identifiserer et endepunkt (ting) kringkasting; identifiserer alle gruppe-kringasting; identifiserer alle i en gruppe INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 23

24 svitsje-strategier: Kommunikasjonsveien linje-svitsjing; fast rute; synkron komm. pakke-svitsjing; mellom-lagring og fremsending (ruting); asynkron kommunikasjon. virtuell linje; fast rute datagram; ruten bestemmes underveis varierer fra pakke til pakke Best effort overføringstjeneste INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 24

25 Pakke-multipleksing (statistisk multipleksing) FIFO-kø Svitsj Svitsj demultipleksing basert på adresser i pakkene (ruting) INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 25

26 Pakke-multipleksing alle pakker går inn i en felles FIFO-kø i noden tids-multipleksing på pakke-basis hver pakke får tilgang til den fulle trunkkapasitet demultipleksing er basert på adresseinformasjon i pakkene dersom køen går full, har vi metning og tap av pakker (overflow and congestion) INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 26

27 Fremsending Node Ruting prosess 1 2 Pre- Pross. Rutetabell 2 3 Fremsender 3 INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 27

28 Kommunikasjonsmønstre spørmål-svar (transaksjon) Meldingsstrøm (Video-strøm) video, en sekvens av rammer oppløsning: 1/4 av et TV-bilde ==> 352 x 240 pixels 24 bit pr pixel, ==> (352 x 240 x 24)/8 == kb 30 rammer pr sek ==> 7500kB/sek ==> 60 Mb/s video on-demand kontra video-konferanse INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 28

29 Overføringsfeil bit feil (termisk støy, elektronisk interference) tap av pakker (p.g.a. metning) link- og node-feil unormal forsinkelse av pakker pakker leveres i gal rekkefølge nøkkelproblem: hvordan kan vi oppfylle applikasjonenes krav til QoS? INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 29

30 Tjenestekvalitet, mer spesifikt Overføringskapasitet Ende-til-ende forsinkelse Variasjon i forsinkelsen (jitter) Akseptabelt pakketap INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 30

31 Eksempel; overføring av tale Sampler A D omformer Buffer Playout D A omformer et sample hvert 125 µs 8 bit pr sample 64 kb/s 160 samples pr pakke (20 ms) 1280 bit nyttelast pr pakke hver pakke har et sekv.no. 20 ms mellom hver pakke variasjon i ankomsttidene fanges opp i et utspillingsbuffer bufferstørrelse må stå i forhold til største variasjon i gangtiden når utspilling starter, tas en pakke ut av bufferet hver 20 ms hva med pakker som kommer for sent? INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 31

32 Ulike avveininger Kortest mulig forsinkelse i to-veis samtale subjektive lytterprøver med hensyn på følt kvalitet sier at gangtid frem og tilbake (RTT) opp til ms har lite å si for kvalitetsinntrykket kortere pakker gir kortere overføringstider, større overhead, og større trafikkbelastning større trafikkbelastning øker sannsynligheten for pakketap store variasjoner i overføringstidene, øker bufferbehovet på mottakersiden, og øker ende-til-ende forsinkelsen INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 32

33 Tjeneste-modellen Tjener Klient Disk Komm. Prog. vare API Disk Komm. Prog. vare B r u k e r Komm. nett INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 33

34 Funksjonelle behov (1) applikasjonsprosessenes behov: navning av maskiner og tjenester konvertering av navn til addressering tilgang til kommunikasjonstjenesten (API): service aksess punkt (SAP) virtuelt tilknytningspunkt mellom applikasjonsprosess og komm.hierarkiet Etablering, bruk, og nedkopling av forbindelser spesifisere QoS krav INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 34

35 Funksjonelle behov (2) overførings-systemets behov : (endesystemer og nett) etablering, bruk og nedkopling av forbindelser ruting oppfylle applikasjonenes QoS krav: pålitelighet; feilretting/flytkontroll/metningskontroll båndbredde forsinkelse og jitter INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 35

36 Referansemodeller disse er bygget opp hierarkisk; lagdelt for å lette forståelsen for å abstrahere vekk detaljer samle i et lag funksjonalitet som naturlig hører sammen et lag bygger på tjenester fra laget under, og tilbyr en verdiøket tjeneste til laget over verdiøkningen skjer gjennom samarbeid med det tilsvarende lag i motsvarende maskin INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 36

37 Forholdet tjeneste og protokoll INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 37

38 Referansemodeller vi har tre aktuelle referansemodeller å forholde oss til: ISO s ref.modell for Åpne systemer Internet modellen mellomvare-modellen (tre-lags) ingen motsetning mellom disse, men de har litt forskjelling abstaksjonsmål INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 38

39 ISO s ref.modell Node/ svitsj Endesystem Endesystem Applikasjon Applikasjon Presentasjon Sesjon Transport Nett Link Fysisk Komm.-medium ende-til-ende Svitsj Applikasjon Presentasjon Sesjon Transport Nett Link Fysisk Komm.-medium INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 39

40 Internet modellen Applikasjon Transport IP Nettverk adapter_1 ende-til-ende Ruter Transport IP Nettverk adapter_1 Nett_1 Nett_2 INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 40

41 Mellomvare-modellen Applikasjon Mellomvare Nettverk Plattform Mellomvare Nettverk Komm.nett INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 41

42 Protokoller, hva er det? bygge-elementer i kommunikasjons-arkitekturen hvert protokoll-objekt har to viktige grensesnitt: tjeneste-grensesnittet protokoll-grensesnittet (systemavhengig) (standardisert) virtuell utveksling av Protokoll-Data-Enheter (PDU) et sett av regler/avtaler mellom to protokoll-objekter standardisert såvel semantisk som syntaktisk protokoll-objektet kan modelleres som en endelig tilstandsmaskin INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 42

43 Protokoll, samarbeid gir verdiøkning Høyere-lags protokoll objekt PDU Tjeneste grensesnitt Høyere-lags protokoll objekt Service Aksess Punkt Protokoll objekt PDU Protokoll grensesnitt Protokoll objekt INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 43

44 Viktige data-enheter N+1 - PDU N - laget N - SAP N - SDU N-objekt N-PCI N - SDU N - PDU N-1 - laget N-1 - SAP INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 44

45 Eksempler på tjenesteprimitiver CONNECT (M_SAP;..) LISTEN (lokal_sap;..) SEND (lokal_sap; SDU) RECEIVE (lokal_sap; buffer) SAP: IP_addr; IP_SAP; T_SAP (internett arkitekturen) INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 45

46 Total adresse til applikasjonen internett arkitekturen Transport_SAP IP_SAP Nettverk Total internett adress: IP_addr; IP_SAP; Tr._SAP INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 46

47 Hvert lag gir overhead Komm. nett INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 47

48 Etablering av en forbindelse Klient K T Tjener CON_conf CON_req CON_ind CON_resp CON_req: K slår et no. CON_ind: ringer hos T CON_resp: T løfter røret CON_conf: stopper å ringe hos K Komm. nett INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 48

49 Internett arkitekturen FTP HTTP NV TFTP Applikasjon TCP UDP Transport IP Internet Nett 1 Nett 2 Nett 3 Nettverk INF3190 Våren 2005 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 49