Computer Networks A. Tanenbaum Kjell Åge Bringsrud (med foiler fra Pål Spilling) Kapittel 1; Innledning INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 1
Nytt undervisningsopplegg V06: En dobbelt-time forelesninger pr. uke Felles gruppeundervisning (dobbelt-time) En oblig og to hjemme-eksamener (teller 40%) Orakel: tilstede i termstua i Informatikk-bygget 2 timer pr. uke hver dag før innlevering av oblig/hjemme-eksamen INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 2
Problemområde og fokusering hvordan skal vi bygge opp effektive kommunikasjonsnettverk? kursets fokusering: gi en funksjonell forståelse av bygge-elementene vise hvordan elementene settes sammen til operative nett fokus på prinsipper, konsepter og generalitet INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 3
Generelt nett Video konferanse Kommunikasjons nett INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 4
Kommunikasjon og tjenester (1) INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 5
Kommunikasjon og tjenester (2) INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 6
Overføring via pakker Klient Tjener node fast linje INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 7
Generelt pakkeformat rammer pakker meldinger PDU (Protocol Data Unit) Hode Data, for eks. 10.000 bit Hale M-adresse S-adresse Sjekksum INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 8
bruker: Ulike syn på et kommunikasjonsnett ønsker f. eks. pålitelig overføring av informasjon mellom to kommuniserende brukere nett-konstruktør: ønsker et kost-effektiv design nett-operatør: størst mulig utnyttelse av ressursene nettet skal være enkelt å administrere og drive INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 9
Litt historikk teleoperatørene har 150 års erfaring: i konstruksjon og drift av telenett var monopoler frem til 1994-95 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 1975-1979 INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 10
Utviklingstrekk (1) utviklingen av telenett drevet frem av teleoperatørene optimalisert for telefonbruk 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 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 11
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 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 12
Utviklingstrekk (3) mikroelektronikken: dobling av CPU-kapasiteten hver 12 18 mnd tilsvarende for minne og lagringsmedium superraske rutere fiberoptikken: bølgelengdemultipleksing (WDMA) 2,5, 10, og 40 Gb/s pr. bølgelengde 50 100 bølgelengdekanaler all-optisk svitsjing INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 13
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 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 14
Tre-deling av kommunikasjons-systemet Tjener Distribuert applikasjon Tjeneste aksess punkt Klient Bruker Mellomvare Endesystem Komm.nett Overførings system INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 15
Viktige funksjoner Viktige og nødvendige funksjoner adressering, ruting, og fremsending deteksjonogkorreksjonavfeil ende-til-ende pålitelighet metningskontroll multicasting overføringskvalitet INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 16
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 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 17
Samtale-univers Tjener Samtaleunivers Overføringssyntaks Klient Bruker Komm.nett INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 18
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 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 19
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 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 20
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 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 21
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 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 22
Tjenestekvalitet (QoS)) båndbredde (kapasitet) akseptabel forsinkelse (latency) akseptabel variasjon i forsinkelsen (jitter)) pålitelighet maksimal akseptabel pakke størrelse INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 23
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 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 24
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 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 25
Nettstrukturer Direkte kommunikasjon: dedikert punkt-til-punkt samband kringkastingsnett; alle hører alle radio satellitt lokalnett (LAN) konkurranse om bruk av fellesmediet INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 26
Lokalnett strukturer Ethernet Token Ring Konkurranseutsatt Konkurransefri Radio-LAN Konkurranseutsatt Nøkkelbegrep: Medium Aksess kontroll INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 27
Nettstrukturer Indirekte Kommunikasjon: maskenett Svitsjede nett Internett INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 28
Internet arkitektur INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 29
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 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 30
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-kringkasting; identifiserer alle i en gruppe INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 31
Kommunikasjonsveien svitsje-strategier: 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 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 32
Pakke-multipleksing (statistisk multipleksing) FIFO-kø Svitsj Svitsj demultipleksing basert på adresser i pakkene (ruting) INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 33
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 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 34
Fremsending Node 1 2 3 1 Ruting prosess 1 2 Pre- Pross. Rutetabell 2 3 Fremsender 3 INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 35
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 == 247.5 kb 30 rammer pr sek ==> 7500kB/sek ==> 60 Mb/s video on-demand kontra video-konferanse INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 36
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 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 37
Tjenestekvalitet, mer spesifikt Overføringskapasitet Ende-til-ende forsinkelse Variasjon i forsinkelsen (jitter) Akseptabelt pakketap INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 38
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 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 39
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 200 250 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 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 40
Tjeneste-modellen Tjener Klient Komm. Prog. vare Disk Disk B r API Komm. Prog. vare u k e r Komm. nett INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 41
Funksjonelle behov (1) applikasjonsprosessenes behov: navning av maskiner og tjenester konvertering av navn til addresser 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 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 42
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 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 43
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 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 44
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 forskjellig abstraksjonsmål INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 45
ISO s ref.modell Node/ svitsj Endesystem Endesystem Applikasjon Applikasjon Presentasjon Sesjon Transport Nett Link Fysisk ende-til-ende Svitsj Applikasjon Presentasjon Sesjon Transport Nett Link Fysisk Komm.-medium Komm.-medium INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 46
Internet modellen Applikasjon Transport IP Nettverk adapter_1 ende-til-ende Ruter Transport IP Nettverk adapter_2 Nett_1 Nett_2 INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 47
Mellomvare-modellen Applikasjon Mellomvare Nettverk Plattform Mellomvare Nettverk Komm.nett INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 48
Protokoller, hva er det? bygge-elementer i kommunikasjons-arkitekturen hvert protokoll-objekt har to viktige grensesnitt: tjeneste-grensesnittet (systemavhengig) protokoll-grensesnittet (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 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 49
Forholdet tjeneste og protokoll INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 50
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 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 51
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 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 52
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 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 53
Total adresse til applikasjonen internett arkitekturen Transport_SAP IP_SAP Nettverk Total internett adress: IP_addr; IP_SAP; Tr._SAP INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 54
Hvert lag gir overhead Komm. nett INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 55
Etablering av en forbindelse K T Klient 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 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 56
Internett arkitekturen FTP HTTP NV TFTP Applikasjon TCP UDP Transport IP Internet Nett 1 Nett 2 Nett 3 Nettverk INF3190 Våren 2006 Kjell Åge Bringsrud; kap.1 Foil 57