1 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: Δικτύωση και Διαδίκτυο
● Βασικές αρχές δικτύων
● Τοπικά δίκτυα
● Διασύνδεση δικτύων, το Διαδίκτυο
● Υπηρεσίες
Οι διαφάνειες περιλαµβάνουν σε βασικές γραµµές το υλικό του βιβλίου αλλά µε διαφορετική σειρά
2 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Κατηγοριοποίηση δικτύων ● Γεωγραφική κάλυψη
● Τοπικό δίκτυο (LAN)
● Δίκτυο ευρείας περιοχής (WAN)
● Τεχνολογία
● Κλειστό (proprietary network)
● Closed standards (Novel, IBM,…)
● Ανοικτό
● Open standards: TCP/IP Internet
3 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Τοπολογίες Δικτύων
● Τοπικά δίκτυα (LANs)
o Δίαυλος (Bus)
o Αστέρας (Star)
o Δακτύλιος (Ring)
o Άτακτη τοπολογία (wireless ad-hoc)
● WANs: Γενικός γράφος
4 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Τοπολογίες δικτύων
Ethernet
Σύνδεσµοι = ενσύρµατοι, ασύρµατοι
5 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Τοπολογίες δικτύων
όχι απλός υπολογιστής αλλά δικτυακός κόµβος (όχι απαραίτητα κοινός υπολογιστής αλλά εξειδικευµένη δικτυακή συσκευή)
Ethernet, WiFi Wireless mesh networks
6 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Γιατί υπάρχουν δίκτυα;
Σύνδεσµοι από κάθε σηµείο σε κάθε σηµείο (n(n-1))
• Στατιστική πολυπλεξία • Οικονοµίες κλίµακας
Σύνδεσµοι µε λίγους δικτυακούς κόµβους µόνο (kn)
Α Β Μεταγωγή κυκλώµατος
Μεταγωγή πακέτων
Δικτυακός κόµβος
7 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Πρωτόκολλα δικτύων
• Δίκτυο = διασκορπισµένο σύστηµα – Όχι κεντρικός έλεγχος – Επικοινωνία µε µηνύµατα µόνο!
• Πρωτόκολλα: Κανόνες που πρέπει να ακολουθούν οι συσκευές για να λειτουργήσουν αρµονικά και να προσφέρουν µια συγκεκριµένη υπηρεσία (σαν οµάδα) – Πως να ερµηνεύσουν εισερχόµενα µηνύµατα (δοµή+ περιεχόµενο µηνυµάτων)
– Πως να αντιδράσουν σε αυτά (τι να υπολογίσουν) – Τι µηνύµατα να στείλουν στους γείτονες
8 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Οι στοίβα των πρωτοκόλλων
• Η συνολική λειτουργικότητα σπάζει σε «φλοιούς» (layers) από πιο απλές υπηρεσίες
• Ο πάνω φλοιός στηρίζεται στις υπηρεσίες του αµέσως από κάτω
• Παράδειγµα: το ταχυδροµείο • Κάθε φλοιός έχει τα δικά του πρωτόκολλα
Στοίβα Πρωτοκόλλων
9 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Πως κατασκευάζουµε ένα LAN • Δεδοµένα προβλήµατος:
– Θέλουµε k PCs να στέλνουν πακέτα πληροφ. µεταξύ τους ανά 2 ή 1->k – Δεν ξέρουµε από πρίν πότε και πού θέλει κάποιος να στείλει
• Λύση Ethernet CSMA/CD, CSMA/CA – κάθε τερµατικό έχει την δική του διεύθυνση, όλα ακούνε και στέλνουνε στο ιδιο “κανάλι” (ενσύρµατο ή ασύρµατο)
– Carrier Sense CS: συνέχεια ακούµε στό κανάλι και καταλαβαίνουµε άν κάποιος στέλνει (ανίχνευση σήµατος του ποµπού)
– Multiple Access MA: οποισδήποτε αποφασίζει να στείλει αρκεί το κανάλι να είναι ελεύθερο (τυχαία πολλαπλή πρόσβαση αντί για κεντρικό έλεγχο)
– Αντιµετώπιση συγκρούσεων: • Τις καταλαβαίνω εγκαίρως: σταµατάω να εκπέµπω και ξαναστέλνω σε τυχαίο χρόνο
(collision detection CD), περίπτωση ενσύρµατου Ethernet: ακούω ταυτόχρονα που στέλνω, καταλαβαίνω αµέσως σύγκρουση
• Δέν τις καταλαβαίνω εγκαίρως ή και καθόλου: προσπαθώ µε έξυπνο τρόπο να τις αποφύγω όσο γίνεται, ζητώ επιβεβαίωση από παραλήπτη (collision avoidance CA), περίπτωση ασύρµατου Ethernet, δεν µπορώ να ακούω όταν στέλνω
10 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Το κλασσικό (ενσύρµατο) Ethernet • Λύση του Ethernet (1970): Ενσύρµατος δίαυλος, χρήση διευθύνσεων MAC
• Πρωτόκολλο CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) – Συσκευή ακούει συνέχεια τον δίαυλο, µόλις είναι ελεύθερος στέλνει
(όταν έχει κάτι να στείλει) – Εάν υπάρχει σύγκρουση, το καταλαβαίνει έγκαιρα και κάνει back-off
(φάση congestion avoidance) – Back-off: διαλέγει ένα τυχαίο χρόνο T να περιµένει και ξαναστέλνει – Βασική υπόθεση: συσκευή µπορεί να ακούει ταυτόχρονα που στέλνει -> ανιχνεύει έγκαιρα σύγκρουση
11 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Ασύρµατο Ethernet (WiFi) • Το πρόβληµα του κρυµµένου τερµατικού • Ασύρµατα τερµατικά επικοινωνούν µε ένα σταθµό βάσης
12 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Ασύρµατο Ethernet (WiFi) • Πρόβληµα: ασύρµατη κάρτα µπορεί είτε να στέλνει είτε να λαµβάνει
– Δεν µπορεί να ανιχνεύσει σύγκρουση µόνη της (µεταδίδει όλο το πακέτο πρώτα, πρόβληµα κρυµµένου τερµατικού)
– Χρειάζεται ack από δέκτη, και πάλι στέλνει όλο το πακέτο άδικα (κακό CD) • Λύση: πρωτόκολλο CSMA/CA (Collision Avoidance)
– Λογική: ελαχιστοποίησε συγκρούσεις – Πριν µεταδόσεις άρχισε ένα (τυχαίο) ξυπνητήρι Τ που µετράει χρόνο µόνο όσο το κανάλι είναι ελεύθερο. Όταν χτυπήσει άρχισε να µεταδίδεις. Περίµενε επιβεβαίωση. Εάν όχι τότε επανέλαβε το ίδιο µε ξυπνητήρι 2Τ (congestion avoidance phase)
• Επέκταση για πλήρη αποφυγή συγκρούσεων µετάδοσης πακέτων – Όπως στο CSMA/CA, αλλά αντί να στείλεις ολόκληρο πακέτο στείλε RTS
(άδεια να µεταδόσεις), περίµενε CTS από σταθµό βάσης (ΣΒ) – CTS περιέχει το id του σταθµού που επιτρέπει ο ΣΒ να στείλει πακέτο – Εάν έγινε σύγκρουση (το CTS υποδεικνύει άλλο σταθµό, ή timeout), µπες στην
congestion avoidance phase – Συγκρούσεις πιθανές πάλι αλλά δεν έχουν µεγάλο κόστος: |RTS|<<data packet
13 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Σύνδεση LANs 1. Φτιάχνουµε ΕΝΑ µεγαλύτερο LAN (ιδίου τύπου!) ● Επαναλήπτης (repeater) συνδέει απλά 2 διαύλους
(Ethernets) ● Γέφυρα (bridge) είναι έξυπνος επαναλήπτης
(φιλτράρει τα µηνύµατα)
≥
• Μεταγωγέας (Ethernet switch): Γέφυρα που συνδέει (σε αστέρι) τερµατικές συσκευές υποκαθιστώντας το δίαυλο: ελαχιστοποίηση άχρηστων µηνυµάτων, αποφυγή συγκρούσεων
14 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Διασύνδεση LANs, “internets” 2. Κρατάµε τα LANs όπως έχουν
● Ο δροµολογητής (router) συνδέει 2 LANs σχηµατίζοντας ένα διαδίκτυο (inter-network, internet).
● Τα αρχικά δίκτυα ενός διαδικτύου διατηρούν την ατοµικότητα τους και συνεχίζουν να ενεργούν ανεξάρτητα
≥
LAN1
LAN5
LAN4
LAN3
LAN2
LAN6 A
B
Ταχυδροµεία Τοπική εµβέλεια = τοπική µεταφορική εταιρία
Παγκόσµια εµβέλεια
LAN
data AB KL data AB
K L
15 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Διαδικτυακά πρωτόκολλα
TCP UDP
IP
Ethernet
Web
data AB KL
data AB
16 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Αυτόνοµο σύστηµα (ΑΣ)
ΑΣ2
ΑΣ1
ΑΣ3
LAN
router
gateway
Δροµολόγηση µεταξύ αυτόνοµων συστηµάτων, Ιnternet
Διαχειριστική οντότητα
17 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Η επιχειρηµατική δοµή του Διαδικτύου
● Το Διαδίκτυο (Internet) είναι ένα διαδίκτυο που εκτείνεται σε ολόκληρο τον κόσµο. – Ξεκίνησε από την DARPA to 1973. – Σήµερα συνδέει 1 δισεκατοµµύριο υπολογιστές.
Εταιρικό διαδίκτυο (Ιντρανετ)
Πρόσβαση (access)
gateway
18 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Διευθυνσιοδότηση στο Διαδίκτυο: “απόλυτες” διευθύνσεις IP
● Η διεύθυνση ΙΡ είναι ένα σχήµα 4 bytes που χρησιµοποιείται για τον προσδιορισµό της φυσικής διεύθυνσης µιας µοναδικής µηχανής στο Διαδίκτυο (όπως ο τηλεφωνικός αριθµός +302104539009 προσδιορίζει µια µοναδική τηλεφωνική συσκευή)
● Οι τελείες δεκαδικού συµβολισµού αποτελούν το πρότυπο γραφής µίας ΙΡ διεύθυνσης, χωρίζοντας τα 4 bytes της διεύθυνσης (πχ: 192.207.177.133)
● Διεύθυνση δικτύου Α: 192.207.177.1xx ● Περιλαµβάνει όλες τις µηχανές που έχουν IP address που αρχίζει από
192.207.177.1 (πχ 192.207.177.145)
19 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Μνηµονικά ονόµατα ● To όνοµα ενός υπολογιστή (host name) (ή που προσφέρει µια υπηρεσία) είναι ένα µνηµονικό όνοµα, δοµηµένο ιεραρχικά σε περιοχές (domains) – Όνοµα υπολογιστή= υπηρεσία ή “παρατσούκλι” υπολογιστή όνοµα περιοχής (π.χ. dias.econ.aueb.gr, ftp.aueb.gr, www.in.gr)
– Υπηρεσία: ftp, www, smtp, imap, pop3, sip, telnet,… – Το όνοµα περιοχής (domain name) χαρακτηρίζει µια οντότητα όχι απαραίτητα γεωγραφικά ενιαία (εταιρία, ISP, πανεπιστήµιο, δηµόσιο οργανισµό,...)
• Ιεραρχικό: www.cs.aueb.gr • Η περιοχή ανώτατου επιπέδου κατηγοριοποιεί τους ιδιοκτήτες των περιοχών: • Κατά χρήστη – π.χ. .com = εµπορική περιοχή. • Κατά χώρα – π.χ. .gr = περιοχή Ελλάδας.
• Υποπεριοχές και ονόµατα ιδιόκτητων υπολογιστών: • Προσδιορίζονται από τον ιδιοκτήτη της περιοχής, καταχωρηµένες στον ICANN
⋅
20 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
DNS: διασκορπισµένη υπηρεσία καταλόγου
• Βασικό πρόβληµα: όνοµα υπολογιστή -> δικτυακή διεύθυνση (IP address) – Αντίστοιχο παράδειγµα : πως βρίσκω το τηλέφωνο της
“υπηρεσίας ΦΠΑ της εφορίας Α”; από τον τηλεφωνικό κατάλογο! – Internet: Domain Name System = σύστηµα που λύνει το παραπάνω πρόβληµα
• DNS: διασκορπισµένος κατάλογος µε ιεραρχική δοµή • Κάθε domain πρέπει να τηρεί ένα διακοµιστή ονοµάτων (name
server) • Ένας name server ενός domain γνωρίζει
• Τις IP διευθύνσεις των υπολογιστών που δίνουν τις διάφορες υπηρεσίες (ftp, smtp, www,…), ή έχουν κάποιο παρατσούκλι
• Tις IP διευθύνσεις των name server των sub-domains του (πχ ο name server του aueb.gr γνωρίζει την IP address του name server του cs.aueb.gr
21 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Λειτουργία του DNS
... ... com edu gr
Root name server IP = a
berkeley stanford ...
eecs geo ...
asia IP = e
diva IP = d
Local name server Host
(1) (2) (3)
(4) (5)
(6) (7)
(8) IP = b
IP = c (1): diva.eecs.berkeley.edu = ? (2): berkeley.edu = ? (3): berkeley.edu = b (4): eecs.berkeley.edu = ? (5): eecs.berkeley.edu = c (6): diva.eecs.berkeley.edu = ? (7): diva.eecs.berkeley.edu = d (8): diva.eecs.berkeley.edu = d
Εύρεση του IP address για diva.eecs.berkeley.edu
22 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Κατανεµηµένα συστήµατα ● Τα κατανεµηµένα συστήµατα αποτελούνται από
µονάδες (υπηρεσίες) οι οποίες εκτελούνται σε διαφορετικούς υπολογιστές ενός δικτύου. – Η βασική υποδοµή (επικοινωνία, ασφάλεια, βασικές υπηρεσίες) συνήθως παρέχεται από προκατασκευασµένα συστήµατα. ● Παράδειγµα: Enterprise Java Beans από τη Microsystems, .NET
Framework από τη Microsoft.
● Grid computing (τεχνολογία Πλέγµατος): SW, HW = υπηρεσίες, αφαιρούµε πληροφορία γεωγραφικής θέσης, φυσικών χαρακτηριστικών µηχανών ● “Θέλω η υπηρεσία Α να τρέξει στο ισοδύναµο µιας µηχανής
2,8GHz κλπ” ● Δεν µε ενδιαφέρει ποιος έχει κατασκευάσει την Α, πού είναι η φυσική µηχανή που ένα κοµµάτι της θα αφιερωθεί σε εµένα,...
23 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Εφαρµογές Διαδικτύου
● Ηλεκτρονική αλληλογραφία (e-mail)
● To πρωτόκολλο µεταφοράς αρχείων (FTP)
● Αποµακρυσµένη σύνδεση: telnet, κτλ.
● O Παγκόσµιος Ιστός World Wide Web
● VoIP: SIP
● ….
24 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Eπικοινωνία εφαρµογών
● Μοντέλο πελάτη/διακοµιστή (client/server). – Ένας διακοµιστής, πολλοί πελάτες – Ο διακοµιστής (server) πρέπει να τρέχει συνεχώς
(περιµένει πελάτες να συνδεθούν) – Ο πελάτης αρχικοποιεί την επικοινωνία
● Οµότιµο µοντέλο (peer-to-peer). – Οι διεργασίες (εφαρµογές) επικοινωνούν ως ισότιµες. – Οι διεργασίες εκτελούνται σε προσωρινή βάση. – Δηµοφιλές µέσο για την ανταλλαγή αρχείων µέσω του Διαδικτύου.
25 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Το µοντέλο πελάτη/διακοµιστή
Client – Server model
FTP Email (SMTP) Web VoIP (SIP) SSH …..
Client Server
26 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Το µοντέλο πελάτη/διακοµιστή συγκρινόµενο µε το οµότιµο µοντέλο
27 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Σύνδεση µε εφαρµογές
server A: διεύθυνση = N1,k IP address N1 port k = υποδιεύθυνση
server Β: διεύθυνση = N2,m port m
N2
client C: N3,n
N3
port n
Servers: παρέχουν υπηρεσίες, ακούν σε γνωστές υπο-διευθύνσεις Clients: συνδέονται στους servers, παίρνουν την πληροφορία, την παρουσιάζουν στους χρήστες
IP
ports (θύρες = “εσωτερικά γραµµατοκιβώτια γραφείων”)
80 1 2 …
Web server
“κεντρικό γραµµατοκιβώτιο κτηρίου” = IP address
…
Πλήρης διεύθυνση διαδικασίας = [IP address , port #]
IP network
client
28 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Ηλεκτρονική αλληλογραφία
● Το e-mail είναι ένα σύστηµα για την µεταφορά µηνυµάτων µεταξύ των χρηστών του Διαδικτύου.
● Ο διακοµιστής αλληλογραφίας (mail server) εξυπηρετεί τους υπολογιστές µίας περιοχής. – Η αποστολή ενός mail µέσα στην περιοχή γίνεται
µέσω του διακοµιστή αλληλογραφίας. – Η λήψη ενός mail στην περιοχή γίνεται στον διακοµιστή αλληλογραφίας.
– Το mail παραλαµβάνεται έπειτα από αίτηση του χρήστη, βάσει των πρωτοκόλλων: ● POP3 ● IMAP ● WWW
29 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
Electronic mail
user agent (Alice) (MS Outlook)
user agent (Jane) (Firefox)
smtp.aueb.gr Port 25
smtp.ntua.gr, imap.ntua.gr Port 25 port 143
SMTP
mail to [email protected] from [email protected]
Receiving emails: POP3: port 110, memory less IMAP: port 143, memory http: only a browser is required to send and receive (webmail, hotmail,…)
Send an email message Access the mail server for messages
SMTP IMAP
Sending an message: Simple Mail Transfer Protocol
25 25
143
mail server mail server
30 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
File Transfer Protocol ftp client ftp server
τοπικό σύστηµα αρχείων
µακρινό σύστηµα αρχείων
control connection port 21
data connection port 20
(one per file)
Control: user id, list, chdir, put, get, ...
21
20
31 Κεφάλαιο 4: «Δικτύωση και Διαδίκτυο»
World Wide Web www client (browser) web server
HTTP, port 80
80
www.aueb.gr
Υλοποίηση ιστού Web browser: παρουσιάζει έγγραφα στον χρήστη, γραµµένα σε HTML Web server: αποθηκεύει ή δηµιουργεί πληροφορία, στέλνει έγγραφα σε HTML HTTP: πρωτόκολλο επικοινωνίας web browser – web server HTML: γλώσσα για την σύνταξη εγγράφων που καταλαβαίνει ο browser URL: Σύνταξη µοναδικών διευθύνσεων εγγράφων στον ιστό
HTML
http request
http response
Πρωτόκολλο προσπέλασης Υπολογιστής υπηρεσίας
Διεύθυνση αρχείου Όνοµα αρχείου
Top Related