Chapter 1 Introduction

Transkriptio

1 Chapter 1 Introduction Kappale 1 Käännös Mirja Hosionaho 100% Computer Networking: A Top Down Approach 6 th edition Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley March 2012 Introduction 1-1

2 Chapter 1: introduction our goal: get feel and terminology more depth, detail later in course approach: use Inter as example overview: what s the Inter? what s a protocol? work edge; hosts,, physical media work core: packet/circuit switching, Inter structure performance: loss, delay, throughput security protocol layers, service models history Introduction 1-2

3 Chapter 1: johdanto Meidän tavoite: Saada tuntuma ja oppia terminologia Tarkempi, yksityiskohtaisempi osuus myöhemmin kurssilla Lähestyminen: Käytetään Interiä esimerkkinä Yleiskuva: Mikä on Inter? Mikä on protokolla? Verkon reuna-alueet: hostit, verkot, fyysinen media Verkon ydin: paketti/piirikytkentä, Interin rakenne Suorituskyky: hukka, viive, läpisyöttö Turvallisuus Protokollan taso, palvelumallit Historia Introduction 1-3

4 Chapter 1: roadmap 1.1 what is the Inter? 1.2 work edge end systems, works, links 1.3 work core packet switching, circuit switching, work structure 1.4 delay, loss, throughput in works 1.5 protocol layers, service models 1.6 works under attack: security 1.7 history Introduction 1-4

5 Chapter 1: Yleiskuva 1.1 Mikä on Inter? 1.2 Verkon reuna-alue loppusysteemit, verkot, linkit 1.3 Verkon ydin pakettikytkentä, piirikytkentä, verkon rakenne 1.4 Viive, hukka, läpisyöttö verkoissa 1.5 Protokollan tasot, palvelumallit 1.6 Verkot hyökkäyksen kohteena: turvallisuus 1.7 Historia Introduction 1-5

6 What s the Inter: nuts and bolts view PC server wireless laptop smartphone wireless links wired links millions of connected computing devices: hosts = end systems running work apps communication links fiber, copper, radio, satellite transmission rate: bandwidth mobile work home work global ISP regional ISP router Packet switches: forward packets (chunks of data) routers and switches institutional work Introduction 1-6

7 Mikä on Inter: rautalanka malli PC serveri kantava tietokone älupuhelin langattomat linkit Langalliset linkit Miljoonia yhdistettyjä tietokoneita: jakajat = loppusysteemi verkkosovellukset Kommunikaatiolinkit Kuitu, kupari, radio, satelliitti lähetysnopeus: kaistanleveys mobiiliverkko kotiverkko globaali ISP alueellinen ISP reititin Pakettikytkimet: pakettilähetys (suurempia datapalasia) reitittimet and kytkimet Institutionaalinen verkko Introduction 1-7

8 Fun inter appliances IP picture frame Web-enabled toaster + weather forecaster Tweet-a-watt: monitor energy use Inter refrigerator Slingbox: watch, control cable TV remotely Inter phones Introduction 1-8

9 Hauskoja intersovelluksia IP kuvakehys Verkkoon liitetty paahdin + sääennusteet Tweet-a-watt: valvo energian kulutusta Inter jääkaappi Slingbox: katso, hallitse kaapeli TV:tä etänä Inter puhelimet Introduction 1-9

10 What s the Inter: nuts and bolts view Inter: work of works Interconnected ISPs protocols control sending, receiving of msgs e.g., TCP, IP, HTTP, Skype, Inter standards RFC: Request for comments IETF: Inter Engineering Task Force mobile work home work global ISP regional ISP institutional work Introduction 1-10

11 Mikä on Inter: rautalanka malli Inter: verkkojen verkko Sisäänkytkettyjä ISP:tä protokollat kontrolloivat viestien lähetystä ja vastaanottamista mm. TCP, IP, HTTP, Skype, Inter standardit RFC: Request for comments IETF: Inter Engineering Task Force mobile work home work global ISP regional ISP institutional work Introduction 1-11

12 What s the Inter: a service view Infrastructure that provides services to applications: Web, VoIP, , games, e- commerce, social s, provides programming interface to apps hooks that allow sending and receiving app programs to connect to Inter provides service options, analogous to postal service mobile work home work institutional work global ISP regional ISP Introduction 1-12

13 Mikä on Inter: palvelunäkökulma Infrastruktuuri, joka tarjoaa palveluita sovelluksille: Verkko, VoIP, sähköposti, pelit, e-mainonta, sosiaaliset verkot, Tarjoaa ohjelmointialustan sovelluksille Koukkuja, jotka mahdollistavat lähettämisen ja vastaanottaa Interin välityksellä Tarjoaa palvelumahdollisuuksia, analoginen postille mobiiliverkko Koti verkko Institutionaalinen verkko globaali ISP alueellinenl ISP Introduction 1-13

14 What s a protocol? human protocols: what s the time? I have a question introductions specific msgs sent specific actions taken when msgs received, or other events work protocols: machines rather than humans all communication activity in Inter governed by protocols protocols define format, order of msgs sent and received among work entities, and actions taken on msg transmission, receipt Introduction 1-14

15 Mikä on protokolla? Ihmisprotokollat: Paljonko kello on? Minulla on kysymys Johdannot tietyt lähetetyt viestit tietyt toimenpiteet viestiä vastaanottaessa, tai muissa tapahtumissa Verkkoprotokollat: Koneet ennemmin kuin ihmiset Kaikki Interkommunikaatio hallittu protokollilla protokolla määrittää muodon, lähetettyjen ja vastaanotettujen viestien järjestyksen verkkojen kokonaisuuksissa, ja toimenpiteet viestin välityksessä Introduction 1-15

16 What s a protocol? a human protocol and a computer work protocol: Hi Hi Got the time? 2:00 time TCP connection request TCP connection response Get <file> Q: other human protocols? Introduction 1-16

17 Mikä on protokolla? Ihmisprotokolla ja tietokoneverkon protokolla: Hei Hei Saitko ajan? 2:00 time TCP yhteyspyyntö TCP yhteysvastaus Get <tiedosto> Q: Muita ihmisprotokollia? Introduction 1-17

18 Chapter 1: roadmap 1.1 what is the Inter? 1.2 work edge end systems, works, links 1.3 work core packet switching, circuit switching, work structure 1.4 delay, loss, throughput in works 1.5 protocol layers, service models 1.6 works under attack: security 1.7 history Introduction 1-18

19 Kappale 1: yleiskuva 1.1 Mikä on Inter? 1.2 Verkon reuna-alueet loppusysteemi, verkot, linkit 1.3 Verkon ydin pakettikytkentä, piirikytkentä, verkon rakenne 1.4 viive, hukka, läpisyöttö 1.5 protokollien tasot, palvelumallit 1.6 verkot hyökkäyksen kohteena: turvallisuus 1.7 historia Introduction 1-19

20 A closer look at work structure: work edge: hosts: clients and servers servers often in data centers works, physical media: wired, wireless communication links mobile work home work global ISP regional ISP work core: interconnected routers work of works institutional work Introduction 1-20

21 Verkon rakenteen tarkastelu: Verkon reuna-alue: palvelimet: tilaajat ja serverit Serverit usein datakeskuksissa verkot, fyysinen media: langallinen, langaton, kommunikaatiolinkit mobiiiliverkko Kotiverkko Globaali ISP Alueellinen ISP Verkon ydin: Yhdistetyt reitittimet Verkkojen verkko Institutionaalinen verkko Introduction 1-21

22 Access works and physical media Q: How to connect end systems to edge router? residential s institutional works (school, company) mobile works keep in mind: bandwidth (bits per second) of work? shared or dedicated? Introduction 1-22

23 Verkot ja fyysinen media Q: Kuinka yhdistää loppusysteemit reitittimiin? Asuntojen verkot Instituuttien verkot (koulut, yritykset) mobiiliverkot Pidä mielessä: Verkkojen kaistanleveys (tavua sekunnissa) Jaettu vai yksityinen? Introduction 1-23

24 Access : digital subscriber line (DSL) central office telephone work DSL modem splitter voice, data transmitted at different frequencies over dedicated line to central office DSLAM DSL multiplexer ISP use existing telephone line to central office DSLAM data over DSL phone line goes to Inter voice over DSL phone line goes to telephone < 2.5 Mbps upstream transmission rate (typically < 1 Mbps) < 24 Mbps downstream transmission rate (typically < 10 Mbps) Introduction 1-24

25 Verkko: digitaalinen tilaajalinja (DSL) keskuspalvelin puhelinverkko DSL modeemi jakaja voice, data transmitted at different frequencies over dedicated line to central office DSLAM DSL multiplexer ISP Käytetään olemassa olevaa puhelinlinjaa yhdistettäessä keskuspalvelimen DSLAM:iin DSL puhelinlinjan data menee Interiin DSL puhelinlinjan ääni menee puhelinverkkoon < 2.5 Mbps upstream transmission rate (typically < 1 Mbps) < 24 Mbps downstream transmission rate (typically < 10 Mbps) Introduction 1-25

26 Introduction Access : cable work cable modem splitter cable headend Channels V I D E O V I D E O V I D E O V I D E O V I D E O V I D E O D A T A D A T A C O N T R O L frequency division multiplexing: different channels transmitted in different frequency bands 1-26

27 Introduction Pääsyverkko: kaapeliverkko Kaapeli modeemi Jakaja Kaapeiln päävahvistin Channels V I D E O V I D E O V I D E O V I D E O V I D E O V I D E O D A T A D A T A C O N T R O L DMT-modulointi (frequency division multiplexing): Eri kanavat lähetetään eri taajuus kaistoilla 1-27

28 Access : cable work cable headend cable modem splitter data, TV transmitted at different frequencies over shared cable distribution work CMTS cable modem termination system ISP HFC: hybrid fiber coax asymmetric: up to 30Mbps downstream transmission rate, 2 Mbps upstream transmission rate work of cable, fiber attaches homes to ISP router homes share work to cable headend unlike DSL, which has dedicated to central office Introduction 1-28

29 Pääsyverkko: kaapeliverkko cable headend cable modem splitter data, TV-signaali lähetetään eri taajuuksilla jaetussa kaapelijakeluverkossa Kaapelimodeemin päätevastus CMTS ISP HFC: hybridi kuitu koaksiaali asymmetrinen: jopa 30Mbps latausnopeus verkosto, 2 Mbps latausnopeus verkkoon Kaapeliverkko, kuitukaapeli yhdistää kodit palveluntajorajaan kodit jakavat pääsyverkon kaapelin päävahvistimelle asti. Toisin kuin DSL, missä jokaisella on oma yhteys keskuspalvelimelle Introduction 1-29

30 Access : home work wireless devices often combined in single box to/from headend or central office cable or DSL modem wireless point (54 Mbps) router, firewall, NAT wired Ether (100 Mbps) Introduction 1-30

31 Pääsyverkko: kotiverkko Langattomat laitteet Yleensä yhdistettu yhteen laitteeseen to/from headend or central office Kaapeli tai DSL modeemi Langaton reititin (54 Mbps) Reititin, palomuuri, osoitteenmuunnos Fyysinen Ether (100 Mbps) Introduction 1-31

32 Enterprise works (Ether) institutional link to ISP (Inter) institutional router Ether switch institutional mail, web servers typically used in companies, universities, etc 10 Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps transmission rates today, end systems typically connect into Ether switch Introduction 1-32

33 Yritysten pääsyverkot (Ether) Yrityksen linkki palveluntarjoajaan ISP (Inter) Yritysreititin Ether kytkin Yrityksen sähköposti ja Web palvelimet Yleisesti käytössä yrityksissä, yliopistoissa jne 10 Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps lähetysnopeudet Tänä päivänä, päätejärjestelmät kytketään Ether kytkimiin Introduction 1-33

34 Wireless works shared wireless work connects end system to router via base station aka point wireless LANs: within building (100 ft) b/g (WiFi): 11, 54 Mbps transmission rate wide-area wireless provided by telco (cellular) operator, 10 s km between 1 and 10 Mbps 3G, 4G: LTE to Inter to Inter Introduction 1-34

35 Langaton pääsyverkko Jaettu langaton pääsyverkko yhdistää päätejärjestelmät reitittimiin Tukiaseman kautta Langaton LAN: Rakennusten sisällä (100 ft) b/g (WiFi): 11, 54 Mbps lähetysnopeus Suuren alueen langaton yhteyspiste Operaattorit tarjoavat, 10 s km 1 and 10 Mbps välissä 3G, 4G: LTE to Inter to Inter Introduction 1-35

36 Host: sends packets of data host sending function: takes application message breaks into smaller chunks, known as packets, of length L bits transmits packet into work at transmission rate R link transmission rate, aka link capacity, aka link bandwidth 2 host 1 two packets, L bits each R: link transmission rate packet transmission delay time needed to transmit L-bit packet into link = = L (bits) R (bits/sec) 1-36

37 Isäntä: lähettää dataaa paketteina Isännän lähetysfunktio: Ottaa sovellussanoman Palottelee sen pienempiin osiin, eli paketteihin, pituus L bittiä Lähettää paketit pääsyverkkoon lähetysnopeudella R Linkin lähetysnopeus, ns. linkin kapasiteetti ns. linkin kaistanleveys 2 host 1 Kaksi pakettia, L bittiä molemmat R: linkin lähetysnopeus Pakettien lähetysviive Tarvittava aika L kokoisen paketin lähettämiseen = = L (bittiä) R (bittiä/sekunti) 1-37

38 Physical media bit: propagates between transmitter/receiver pairs physical link: what lies between transmitter & receiver guided media: signals propagate in solid media: copper, fiber, coax unguided media: signals propagate freely, e.g., radio twisted pair (TP) two insulated copper wires Category 5: 100 Mbps, 1 Gpbs Ether Category 6: 10Gbps Introduction 1-38

39 Fyysinen media bitti: etenee lähettäjä ja vastaanottaja parien välillä fyysinen linkki: sijaitsee lähettäjän ja vastaanottajan välillä Ohjattusisältö: Signaalit etenevät fyysisessä mediassa kupari, kuitu, koaksiaali Ohjaamaton sisältö: Signaalit etenevät vapaasti väliaineessa, esim. radio Kierretty parikaapeli (TP) Kaksi eristettyä parikaapelia Kategoria 5: 100 Mbps, 1 Gpbs Ether Kategoria 6: 10Gbps Introduction 1-39

40 Physical media: coax, fiber coaxial cable: two concentric copper conductors bidirectional broadband: multiple channels on cable HFC fiber optic cable: glass fiber carrying light pulses, each pulse a bit high-speed operation: high-speed point-to-point transmission (e.g., 10 s-100 s Gpbs transmission rate) low error rate: repeaters spaced far apart immune to electromagic noise Introduction 1-40

41 Fyysinen media: Koaksiaali, kuitu Koaksiaalikaapeli: Kaksi samansuuntaista kuparijohdinta kaksisuuntainen laajakaista: Monia kanavia kaapelilla HFC Kuitukaapeli: Lasikuitu, joka kuljettaa valopusseja, jokainen pulssi on bitti Suurnopeus operaatio: Suurnopeus pisteestä pisteeseen lähetys (e.g., 10 s- 100 s Gpbs lähetysnopeus) Matala virhetaso: Toistimet sijoitettu kauas toisistaan Immuuni elektromagneettisille melulle Introduction 1-41

42 Physical media: radio signal carried in electromagic spectrum no physical wire bidirectional propagation environment effects: reflection obstruction by objects interference radio link types: terrestrial microwave e.g. up to 45 Mbps channels LAN (e.g., WiFi) 11Mbps, 54 Mbps wide-area (e.g., cellular) 3G cellular: ~ few Mbps satellite Kbps to 45Mbps channel (or multiple smaller channels) 270 msec end-end delay geosynchronous versus low altitude Introduction 1-42

43 Fyysinen media: radio Signaali kulkee elektromagneettisessa spektrissä Ei fyysistä johtoa kaksisuuntainen Ympäristöön leviämisen vaikutuksia: heijastus Esineen aiheuttama estyminen häiriöt radio linkki tyyppejä: Maanpäällinen mokroaalto Esim. Jopa 45 Mbps korkeita kanavia LAN (esim. WiFi) 11Mbps, 54 Mbps Laaja-alueinen (esim. matkapuhelin) 3G yhteys: ~ muutama Mbps satelliitti Kbps to 45Mbps kanava (tai useampia pienempiä kanavia) 270 msec päästä päähän -viive Geosynktoninen vastaan matala korkeus Introduction 1-43

44 Chapter 1: roadmap 1.1 what is the Inter? 1.2 work edge end systems, works, links 1.3 work core packet switching, circuit switching, work structure 1.4 delay, loss, throughput in works 1.5 protocol layers, service models 1.6 works under attack: security 1.7 history Introduction 1-44

45 Kappale 1: yleiskuva 1.1 Mikä on Inter? 1.2 Verkon reuna-alueet loppusysteemit, pääsyverkot, linkit 1.3 Verkon ydin pakettikytkentä, piirikytkentä, verkon rakenne 1.4 viive, hukka, läpisyöttö 1.5 protokollien tasot, palvelumallit 1.6 verkot hyökkäysen kohteena: turvallisuus 1.7 historia Introduction 1-45

46 The work core mesh of interconnected routers packet-switching: hosts break application-layer messages into packets forward packets from one router to the next, across links on path from source to destination each packet transmitted at full link capacity Introduction 1-46

47 Verkon ydin Verkko keskenään yhdistettyjä reitittimiä pakettikytkimet: isäntä rikkoo aplikaatiotason viestit paketeiksi Fedelleenlähettää paketit yhdestä reitittimestä seuraavaan ja lähtöpisteestä päämäärään yhteyden määrittämän reitin kautta Jokainen paketti välitetään täydellä yhteyskapasiteetilla Introduction 1-47

48 Packet-switching: store-and-forward L bits per packet source R bps R bps destination takes L/R seconds to transmit (push out) L-bit packet into link at R bps store and forward: entire packet must arrive at router before it can be transmitted on next link end-end delay = 2L/R (assuming zero propagation delay) one-hop numerical example: L = 7.5 Mbits R = 1.5 Mbps one-hop transmission delay = 5 sec more on delay shortly Introduction 1-48

49 Pakettikytkentä: varastoi ja välitä L bittiä Pakettia kohti lähde R bps R bps päämäärä Vie L/R sekunttia siirtää (työntää ulos) L-bittinen paketti R bps yhteydessä Varastoi ja välitä: koko paketti pitää saapua reitittimeen ennen kuin se voidaan välittää eteenpäin Seuraavan yhteyden päästäpäähän viive = 2L/R (olettaen leviämisen vine on nolla) Yhden-hyppäyksen numeerinen esimerkki: L = 7.5 Mbits R = 1.5 Mbps Yhden hyppäysen lähteen viive= 5 sek. Lisää viiveestä kohta Introduction 1-49

50 Packet Switching: queueing delay, loss A R = 100 Mb/s C B queue of packets waiting for output link R = 1.5 Mb/s D E queuing and loss: If arrival rate (in bits) to link exceeds transmission rate of link for a period of time: packets will queue, wait to be transmitted on link packets can be dropped (lost) if memory (buffer) fills up Introduction 1-50

51 Pakettikytkentä: jonotus, viive ja hävikki A R = 100 Mb/s C B Pakettijono, joka odottaa tulostelinkkiä R = 1.5 Mb/s D E Jonotus ja hävikki: Jos saapuva määrä (bitteinä) linkkiin ylittää yhteyden lähetysmäärän tietylle aikajaksolle: Paketit jonottavat, odottavat lähetystä Paketit voivat pudota (kadota) jso puskurin muisti täyttyy Introduction 1-51

52 Two key work-core functions routing: determines sourcedestination route taken by packets routing algorithms forwarding: move packets from router s input to appropriate router output routing algorithm local forwarding table header value output link dest address in arriving packet s header Network Layer 4-52

53 Kaksi avainta verkon ytimen funktioksi reititys: määrittää lähdepäämäärä reitin jota paketti käyttää reititys algoritmi edelleenlähetys: siirtää paketteja reitittimen syötteestä oikeaan reititin tulosteeseen routing algorithm local forwarding table header value output link Päämääräosoite saapuvan paketin otsikossa Network Layer 4-53

54 Alternative core: circuit switching end-end resources allocated to, reserved for call between source & dest: In diagram, each link has four circuits. call gets 2 nd circuit in top link and 1 st circuit in right link. dedicated resources: no sharing circuit-like (guaranteed) performance circuit segment idle if not used by call (no sharing) Commonly used in traditional telephone works Introduction 1-54

55 Vaihtoehtoinen ydin: piirikytkentä Päästäpäähän resurssit varattu tietyille kutsuille lähteen ja kohteen välillä: Kaaviossa jokaisella linkillä on neljä piiriä. Kutsu saa toisen piirin ylemmältä linkiltä ja ensimmäisen piirin oikeanpuoleiselta linkiltä Varattuja resursseja: ei voida jakaa Piirin kaltainen (taattu) suorituskyky Piirin segmentit ovat tyhjillään, jos niitä ei käytetä puheluun (ei jaeta) Yleensä käytössä perinteisissä puhelinverkoissa Introduction 1-55

56 Circuit switching: FDM versus TDM FDM Example: 4 users frequency TDM time frequency time Introduction 1-56

57 Piirikytkentä: FDM vs. TDM FDM Esim: 4 käyttäjää taajuus TDM aika taajuus aika Introduction 1-57

58 Packet switching versus circuit switching packet switching allows more users to use work! example: 1 Mb/s link each user: 100 kb/s when active active 10% of time N users 1 Mbps link circuit-switching: 10 users packet switching: with 35 users, probability > 10 active at same time is less than.0004 * Q: how did we get value ? Q: what happens if > 35 users? * Check out the online interactive exercises for more examples Introduction 1-58

59 Pakettikytkentä vs. piirikytkentä pakettikytkentä sallii enemmän käyttäjiä verkolle! Esim.: 1 Mb/s linkki Jokainen käyttäjä: 100 kb/s kun aktiivinen aktiivinen 10% ajasta N users 1 Mbps link piirikytkentä: 10 käyttäjää pakettikytkentä: 35 käyttäjää, todennäköisyys > 10 samaan aikaan aktiivista vähemmän kuin.0004 * Q: Miten saimme arvon ? Q: Mitä tapahtuu jos on > 35 käyttäjää? * Check out the online interactive exercises for more examples Introduction 1-59

60 Packet switching versus circuit switching is packet switching a slam dunk winner? great for bursty data resource sharing simpler, no call setup excessive congestion possible: packet delay and loss protocols needed for reliable data transfer, congestion control Q: How to provide circuit-like behavior? bandwidth guarantees needed for audio/video apps still an unsolved problem (chapter 7) Q: human analogies of reserved resources (circuit switching) versus on-demand allocation (packet-switching)? Introduction 1-60

61 Pakettikytkentä vs. piirikytkentä onko pakettikytkentä selkeä voittaja? erinomainen isoille, epäsäännöllisille datamäärille resussien jako yksinkertainen, ei tarvitse sopia puhelua liiallinen ruuhkautuminen mahdollista: paketin viive ja meykset tarvitaan protokollia luotettavaan datasiirtoon, ja ruuhkan hallintaan Q: Miten tuottaa piirityyppistä käytöstä? Kaistanleveys takaukset tarvitaan ääni- ja videosovelluksille edelleen ratkaisematon ongelma (kappale 7) Q: ihmisten yhtäläisyydet varattuihin resursseihin nähden (piirikytkentä) vs. kysyttäessä jakamisesta (pakettikytkentä)? Introduction 1-61

62 Inter structure: work of works End systems connect to Inter via ISPs (Inter Service Providers) Residential, company and university ISPs Access ISPs in turn must be interconnected. So that any two hosts can send packets to each other Resulting work of works is very complex Evolution was driven by economics and national policies Let s take a stepwise approach to describe current Inter structure

63 Interin rakenne: verkkojen verkko Koneet yhdistyvät Interiin yhteyden ISP/ palveluntarjoajien kautta On asuintalojen, yritysten ja yliopistojen palveluntarjoajia Pääsyn palveluntarjoajat on myös yhdistettävä Että mitkä tahansa 2 isäntää voi välittää paketteja toisilleen Johtaa siihen, että verkkojen verkko on todella monimutkainen Kehityskulku johtui taloudesta ja kansallisista käytännöistä Otetaan vaiheittainen näkökulma nykyisen rakenteen kuvaamiseen

64 Inter structure: work of works Question: given millions of ISPs, how to connect them together?

65 Interin rakenne: verkkojen verkko Kysymys: miljoonia pääsyn palveluntarjoajia, miten yhdistää ne?

66 Inter structure: work of works Option: connect each ISP to every other ISP? connecting each ISP to each other directly doesn t scale: O(N 2 ) connections.

67 Interin rakenne: verkkojen verkko Mielipide: yhdistää jokainen pääsy-isp jokaiseen toiseen pääsy ISP:hen? yhdistämällä jokainen pääsy ISP suoraan keskenään directly ei skaalaudu: O(N2) yhteyttä.

68 Inter structure: work of works Option: connect each ISP to a global transit ISP? Customer and provider ISPs have economic agreement. global ISP

69 Interin rakenne: verkkojen verkko Mielipide: yhdistä jokainen pääsy-isp globaaliin kuljetus ISP:hen? Asiakas ja palvelin ISP:illa on kaupallinen sopimus globaali ISP

70 Inter structure: work of works But if one global ISP is viable business, there will be competitors. ISP A ISP B ISP C

71 Interin rakenne: verkkojen verkko Mutta jos yksi globaali ISP on kannattavaa toimintaa, kilpailijoita ilmaantuu... ISP A ISP B ISP C

72 Inter structure: work of works But if one global ISP is viable business, there will be competitors. which must be interconnected Inter exchange point ISP A IXP IXP ISP B ISP C peering link

73 Interin rakenne: verkkojen verkko Mutta jos yksi globaali ISP on kannattavaa toimintaa, kilpailijoita ilmaantuu...ja ne on yhdistettävä keskenään. Inter-vaihtopiste ISP A IXP IXP ISP B ISP C Liikenteen välityslinkki

74 Inter structure: work of works and regional works may arise to connect s to ISPS ISP A IXP IXP ISP B ISP C regional

75 Interin rakenne: verkkojen verkko ja paikallisia verkkoja ilmaantuu yhdistääkseen pääsyverkot palveluntarjoajiin ISP A IXP IXP ISP B ISP C regional

76 Inter structure: work of works and content provider works (e.g., Google, Microsoft, Akamai ) may run their own work, to bring services, content close to end users ISP A ISP B ISP B IXP Content provider work IXP regional

77 Interin rakenne: verkkojen verkko ja sisällöntarjoajaverkot (esim., Google, Microsoft, Akamai ) pyörittää omia verkkojaan tuodakseen palvelut ja sisällöt lähelle loppukäyttäjiä ISP A ISP B ISP B IXP Content provider work IXP regional

78 Inter structure: work of works Tier 1 ISP Tier 1 ISP Google IXP Regional ISP IXP Regional ISP IXP ISP ISP ISP ISP ISP ISP ISP ISP at center: small # of well-connected large works tier-1 commercial ISPs (e.g., Level 3, Sprint, AT&T, NTT), national & international coverage content provider work (e.g, Google): private work that connects it data centers to Inter, often bypassing tier-1, regional ISPs 1-78 Introduction

79 Interin rakenne: verkkojen verkko Tier 1 ISP Tier 1 ISP Google IXP Regional ISP IXP Regional ISP IXP ISP ISP ISP ISP keskellä: pieni # hyvin yhdistetyt isot verkot ISP ISP ISP tier-1 kaupalliset ISPt (esim., Level 3, Sprint, AT&T, NTT), kansalliset & kansainväliset kattavuudet sisällöntarjoajien verkot (esim., Google): yksityinen verkko, joka yhdistää datakeskuksensa verkkoon, usein ohittamalla tier-1-verkon paikalliset ISP Introduction 1-79 ISPt

80 Tier-1 ISP: e.g., Sprint POP: point-of-presence to/from backbone peering to/from customers Introduction 1-80

81 Tier-1 ISP: e.g., Sprint POP: point-of-presence to/from backbone peering to/from customers Introduction 1-81

82 Chapter 1: roadmap 1.1 what is the Inter? 1.2 work edge end systems, works, links 1.3 work core packet switching, circuit switching, work structure 1.4 delay, loss, throughput in works 1.5 protocol layers, service models 1.6 works under attack: security 1.7 history Introduction 1-82

83 Chapter 1: roadmap 1.1 what is the Inter? 1.2 work edge end systems, works, links 1.3 work core packet switching, circuit switching, work structure 1.4 viive, hukka, läpisyöttö verkoissa 1.5 protocol layers, service models 1.6 works under attack: security 1.7 history Introduction 1-83

84 How do loss and delay occur? packets queue in router buffers packet arrival rate to link (temporarily) exceeds output link capacity packets queue, wait for turn packet being transmitted (delay) A B packets queueing (delay) free (available) buffers: arriving packets dropped (loss) if no free buffers Introduction 1-84

85 Miten meys ja viive tapahtuvat? paketit jonottavat reitittimien puskureissa pakettien saapumisnopeus linkkiin (tilapäisesti) ylittää lähtöpisteen linkin kapasiteetin paketit jonottavat, odottavat vuoroaan A Pakettia lähetetään (viive) B Paketit jonottaa (viive) vapaat (saatavilla olevat) puskurit: saapuvat paketit tippuvat (meys) jos ei ole vapaita puskureita Introduction 1-85

86 Four sources of packet delay A transmission propagation B nodal processing queueing d nodal = d proc + d queue + d trans + d prop d proc : nodal processing check bit errors determine output link typically < msec d queue : queueing delay time waiting at output link for transmission depends on congestion level of router Introduction 1-86

87 Neljä pakettiviiveen lähdettä A lähetys eteneminen B Solujen jalostus jonottaminen d nodal = d proc + d queue + d trans + d prop d proc : solmukohtien käsittely check bit errors determine output link typically < msec d queue : jonotusviive time waiting at output link for transmission depends on congestion level of router Introduction 1-87

88 Four sources of packet delay A transmission propagation B nodal processing queueing d nodal = d proc + d queue + d trans + d prop d trans : transmission delay: L: packet length (bits) R: link bandwidth (bps) d trans = L/R d trans and d prop very different d prop : propagation delay: d: length of physical link s: propagation speed in medium (~2x10 8 m/sec) d prop = d/s * Check out the Java applet for an interactive animation on trans vs. prop delay Introduction 1-88

89 Four sources of packet delay A transmission propagation B nodal processing queueing d nodal = d proc + d queue + d trans + d prop d trans : lähetysviive: L: paketin pituus (bits) R: linkin kaistanleveys (bps) d trans = L/R d trans and d prop very different d prop : etenemisviive d: fyysisen linkin pituus s: petenemisnopeus mediassa(~2x10 8 m/sec) d prop = d/s * Check out the Java applet for an interactive animation on trans vs. prop delay Introduction 1-89

90 Caravan analogy ten-car caravan toll booth 100 km 100 km toll booth cars propagate at 100 km/hr toll booth takes 12 sec to service car (bit transmission time) car~bit; caravan ~ packet Q: How long until caravan is lined up before 2nd toll booth? time to push entire caravan through toll booth onto highway = 12*10 = 120 sec time for last car to propagate from 1st to 2nd toll both: 100km/(100km/hr)= 1 hr A: 62 minutes Introduction 1-90

91 Karavaanianalogia 100 km 100 km 10 auton karavaani Tietullikoppi Tietullikoppi autot etenevät 100 km/hr tietulli vie 12 s. per käynti (bittien kuljetusaika) auto~bitti; karavaani ~ paketti Q: Kauanko kestää, että karavaani on 2. kopin jonossa? aika, jossa työntää koko karavaanin kopin läpi = 12*10 = 120 s aika, jona viimeinen auto etenee ekalta kopilta toiselle: 100km/(100km/hr)= 1hr A: 62 minuuttia Introduction 1-91

92 Caravan analogy (more) 100 km 100 km ten-car caravan toll booth toll booth suppose cars now propagate at 1000 km/hr and suppose toll booth now takes one min to service a car Q: Will cars arrive to 2nd booth before all cars serviced at first booth? A: Yes! after 7 min, 1st car arrives at second booth; three cars still at 1st booth. Introduction 1-92

93 Karavaanianalogia (jatkuu) 100 km 100 km ten-car caravan toll booth toll booth oletetaan autojen etenevän 1000 km/h ja oletetaan, että tietulli vie 1 min aikaa per auto Q: Saapuuko autoja 2. kopille ennen kuin kaikki autot ovat tulleet 1. kopin läpi? A: Kyllä! 7 minuutin jälkeen, 1. auto saapuu toiselle kopille; kolme autoa on vielä 1. kopilla. Introduction 1-93

94 average queueing delay Queueing delay (revisited) R: link bandwidth (bps) L: packet length (bits) a: average packet arrival rate traffic intensity = La/R La/R ~ 0: avg. queueing delay small La/R -> 1: avg. queueing delay large La/R > 1: more work arriving than can be serviced, average delay infinite! La/R ~ 0 * Check out the Java applet for an interactive animation on queuing and loss La/R -> 1 Introduction 1-94

95 average queueing delay Jonotuksen viive (tarkistettu) R: linkin kaistanleveys (bps) L: paketin pituus (bits) a: keskim. Paketin saapumisnopeus traffic intensity = La/R La/R ~ 0: avg. jonotusviive pieni La/R -> 1: avg. jonotusviive kasvaa La/R > 1: enemmän töitä saapuvassa kuin voidaan palvella, viive on ääretön. La/R ~ 0 * Check out the Java applet for an interactive animation on queuing and loss La/R -> 1 Introduction 1-95

96 Real Inter delays and routes what do real Inter delay & loss look like? traceroute program: provides delay measurement from source to router along endend Inter path towards destination. For all i: sends three packets that will reach router i on path towards destination router i will return packets to sender sender times interval between transmission and reply. 3 probes 3 probes 3 probes Introduction 1-96

97 Oikeat Inter-viiveet ja reitit miltä oikeat Inter-viiveet & -meykset näyttää? traceroute-ohjelma tarjoaa viiveen mittauksen lähteestä reitittimelle ja sen lisäksi end-end Inter-polun kohti päätepistettä. Se i: lähettää kolme pakettia, jotka polullaan kohti päätepistettä pääsevät reitittimelle i reititin i palauttaa paketit lähettäjälleen lähetysaikojen aikaväli lähetyksen ja vastauksen välissä. 3 probes 3 probes 3 probes Introduction 1-97

98 Real Inter delays, routes traceroute: gaia.cs.umass.edu to 3 delay measurements from gaia.cs.umass.edu to cs-gw.cs.umass.edu 1 cs-gw ( ) 1 ms 1 ms 2 ms 2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu ( ) 1 ms 1 ms 2 ms 3 cht-vbns.gw.umass.edu ( ) 6 ms 5 ms 5 ms 4 jn1-at wor.vbns. ( ) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn1-so wae.vbns. ( ) 21 ms 18 ms 18 ms 6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu ( ) 22 ms 18 ms 22 ms 7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu ( ) 22 ms 22 ms 22 ms ( ) 104 ms 109 ms 106 ms 9 de2-1.de1.de.geant. ( ) 109 ms 102 ms 104 ms 10 de.fr1.fr.geant. ( ) 113 ms 121 ms 114 ms 11 renater-gw.fr1.fr.geant. ( ) 112 ms 114 ms 112 ms 12 nio-n2.cssi.renater.fr ( ) 111 ms 114 ms 116 ms 13 nice.cssi.renater.fr ( ) 123 ms 125 ms 124 ms 14 r3t2-nice.cssi.renater.fr ( ) 126 ms 126 ms 124 ms 15 eurecom-valbonne.r3t2.ft. ( ) 135 ms 128 ms 133 ms ( ) 126 ms 128 ms 126 ms 17 * * * 18 * * * 19 fantasia.eurecom.fr ( ) 132 ms 128 ms 136 ms trans-oceanic link * means no response (probe lost, router not replying) * Do some traceroutes from exotic countries at Introduction 1-98

99 Packet loss queue (aka buffer) preceding link in buffer has finite capacity packet arriving to full queue dropped (aka lost) lost packet may be retransmitted by previous node, by source end system, or not at all A buffer (waiting area) packet being transmitted B packet arriving to full buffer is lost * Check out the Java applet for an interactive animation on queuing and loss Introduction 1-99

100 Paketin menekki jono (eli puskuri), edellisessä linkissä puskurilla oli rajallinen kapasiteetti paketti saapuu täyden jonon tippumiseen (eli menekki) edellinen solmu saattaa siirtää tippuneen paketin eteenpäin, lähteestä loppujärjestelmään, tai ei A buffer (waiting area) packet being transmitted B packet arriving to full buffer is lost * Check out the Java applet for an interactive animation on queuing and loss Introduction 1-100

101 Throughput throughput: rate (bits/time unit) at which bits transferred between sender/receiver instantaneous: rate at given point in time average: rate over longer period of time server server, sends withbits (fluid) file of into F bits pipe to send to client link pipe capacity that can carry R s bits/sec fluid at rate R s bits/sec) link pipe capacity that can carry R c bits/sec fluid at rate R c bits/sec) Introduction 1-101

102 Suoritusteho suoritusteho: millä nopeudella (bittiä/aikayksikkö) bittejä siirretään lähettäjän ja vastaanottajan välillä hetkellinen: nopeus tietyllä hetkellä keskimääräinen: nopeus pidemmällä aikavälillä Lähettäjä server, with lähettää bittejä file of (nestettä) F bits to send putkeen to client Putki link capacity joka siirtää nesteen R s bits/sec nopeudella R s bits/sec) Putki link capacity joka siirtää nesteen R c bits/sec nopeudella R c bits/sec) Introduction 1-102

103 Throughput (more) R s < R c What is average end-end throughput? R s bits/sec R c bits/sec R s > R c What is average end-end throughput? R s bits/sec R c bits/sec bottleneck link link on end-end path that constrains end-end throughput Introduction 1-103

104 Suortitusteho (lisää) R s < R c Mikä on keskim. suoritusteho? R s bits/sec R c bits/sec R s > R c Mikä on keskim.suoritusteho? R s bits/sec R c bits/sec bottleneck link Linkki koko polulla, joka sisältää end-end suoritustehon Introduction 1-104

105 Throughput: Inter scenario per-connection endend throughput: min(r c,r s,r/10) in practice: R c or R s is often bottleneck R s R s R s R R c R c R c 10 connections (fairly) share backbone bottleneck link R bits/sec Introduction 1-105

106 Suorituskyky: tapaus-inter jokaisella end-end yhteydellä suoritusteho vähintään: (Rc,Rs,R/10) käytännössä: Rc tai Rs on usein pullonkaula R s R s R s R R c R c R c 10 yhteyttä (juuri ja juuri) jakavat selkärangan pullonkaulalinkin R bittiä/sekuntti Introduction 1-106