Chapter 1 Introduction A note on the use of these ppt slides: We re making these slides freely available to all (faculty, students, readers). They re in PowerPoint form so you can add, modify, and delete slides (including this one) and slide content to suit your needs. They obviously represent a lot of work on our part. In return for use, we only ask the following: If you use these slides (e.g., in a class) in substantially unaltered form, that you mention their source (after all, we d like people to use our book!) If you post any slides in substantially unaltered form on a www site, that you note that they are adapted from (or perhaps identical to) our slides, and note our copyright of this material. Thanks and enjoy! JFK/KWR All material copyright 1996-2004 J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet, 3 rd edition. Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, July 2004. Johdanto (1/2) 1 Johdanto tietoverkkoihin Tavoite: Saada tuntuma aiheeseen ja termeihin Myöhemmin kurssilla syvällisemmin ja yksityiskohtaisemmin Lähestymistapa: esimerkkinä Internet Termejä ja käsitteitä: Internet protokolla verkon reuna runkoverkko verkkoon pääsy palveluntarjoaja (ISP) suorituskyky: viive, hävikki protokollapino Johdanto (1/2) 2 1
Tietokoneverkot ja Internet Mikä on Internet? Verkon reuna Verkon runko Verkkoon pääsy ja fyysinen media Internetin rakenne ja palveluntarjoajat Viive ja hävikki pakettikytketyissä verkoissa Protokollakerrokset ja palvelumallit Internetin historiaa Johdanto (1/2) 3 Mikä on Internet: tekninen näkökulma miljoonia yhdistettyjä laitteita: päätelaitteet, hosts, end systems verkkosovellukset tietoliikennelinkit kuitu, kupari, radio, satelliitti siirtonopeus: kaistanleveys, bandwidth reitittimet: lähettävät paketteja (datan palasia) eteenpäin router local ISP company network server workstation mobile regional ISP Johdanto (1/2) 4 2
Mikä on Internet: tekninen näkökulma Protokollat kontrolloivat viestien lähetystä ja vastaanottoa esim. TCP, IP, HTTP, FTP Internet: verkkojen verkko löyhästi hierarkkinen julkinen Internet vs. yksityinen intranet Internet-standardit RFC: Request for Comments IETF: Internet Engineering Task Force router local ISP company network server workstation mobile regional ISP Johdanto (1/2) 5 Mikä on Internet: palvelunäkökulma Tietoliikenteen infrastruktuuri mahdollistaa hajautetut sovellukset: WWW, sähköposti, pelit, verkkokauppa, tiedostojen jako Sovelluksille tarjotut palvelut: yhteydetön, epäluotettava yhteydellinen, luotettava Johdanto (1/2) 6 3
Mikä on protokolla? Ihmisten protokollat: Paljonko kello on? Minulla olisi kysymys esittelyt määrätyt viestit lähetetään määrätyt vasteet, kun viestit vastaanotetaan Verkkojen protokollat: koneet keskustelevat ihmisten sijaan kaikkea Internetin tiedonsiirtoa ohjataan protokollilla protokollat määrittelevät viestien muodot ja järjestyksen verkossa, sekä suoritettavat toiminnot viestejä lähetettäessä ja vastaanotettaessa Johdanto (1/2) 7 Mikä on protokolla? Ihmisten protokolla ja tietokoneverkon protokolla: Hei Terve Paljonko kello on? 11:00 aika TCP connection req TCP connection response Get http://www.awl.com/kurose-ross <file> Q: Mitä muita ihmisen protokollia keksit? Johdanto (1/2) 8 4
Tietokoneverkot ja Internet Mikä on Internet? Verkon reuna Verkon runko Verkkoon pääsy ja fyysinen media Internetin rakenne ja palveluntarjoajat Viive ja hävikki pakettikytketyissä verkoissa Protokollakerrokset ja palvelumallit Internetin historiaa Johdanto (1/2) 9 Verkon rakenne Verkon reuna: sovellukset ja päätelaitteet Verkon runko: reitittimet verkkojen verkko Pääsyverkot, fyysinen media: tietoliikennelinkit Johdanto (1/2) 10 5
Verkon reuna Päätelaitteet (hosts): suorittavat sovelluksia esim. WWW, sähköposti verkon reunalla Asiakas-palvelin-malli: asiakaslaite pyytää ja saa palvelua (aina päällä olevalta) palvelimelta esim. WWW-selain/palvelin, sähköpostiohjelma/palvelin Vertaisverkkomalli: minimimäärä (tai ei lainkaan) palvelimia esim. Gnutella, Kazaa Johdanto (1/2) 11 Verkon reuna: yhteydellinen palvelu Tavoite: tiedonsiirto päätelaitteiden välillä kättely: alustus, valmistaudutaan tiedonsiirtoon Hei, Terve alustetaan tila kommunikoivissa laitteissa TCP - Transmission Control Protocol [RFC 793]: luotettava, järjestyksen säilyttävä tiedonsiirto hävikki: kuittaukset ja uudelleenlähetys vuonvalvonta: lähettäjä ei tukahduta vastaanottajaa ruuhkanhallinta: lähettäjä hidastaa lähetysnopeutta, kun verkko on ruuhkainen Johdanto (1/2) 12 6
Verkon reuna: yhteydetön palvelu Tavoite: tiedonsiirto päätelaitteiden välillä ei kättelyä UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: epäluotettava tiedonsiirto ei vuonvalvontaa ei ruuhkanhallintaa TCP:tä käyttävät: HTTP (WWW), FTP (tiedostonsiirto), Telnet (etäkäyttö), SMTP (sähköposti) UDP:tä käyttävät: suoratoisto (streaming), etäneuvottelut, DNS, Internet-puhelut Johdanto (1/2) 13 Tietokoneverkot ja Internet Mikä on Internet? Verkon reuna Verkon runko Verkkoon pääsy ja fyysinen media Internetin rakenne ja palveluntarjoajat Viive ja hävikki pakettikytketyissä verkoissa Protokollakerrokset ja palvelumallit Internetin historiaa Johdanto (1/2) 14 7
Verkon runko Toisiinsa kytkettyjen reitittimien verkosto Olennainen kysymys: miten tieto siirretään verkon läpi? piirikytkentä: erillinen linja (piiri) jokaiselle yhteydelle: esim. lankapuhelinverkko pakettikytkentä: tieto lähetetään verkon läpi diskreeteissä paloissa Johdanto (1/2) 15 Verkon runko: piirikytkentä Päästä-päähänresurssit varataan yhteydelle linkin kaistanleveys, kytkinten kapasiteetti dedikoidut resurssit: ei jaeta muiden kanssa taattu suorituskyky vaatii yhteyden alustuksen Johdanto (1/2) 16 8
Verkon runko: piirikytkentä Verkon resurssit (esim. kaistanleveys) jaetaan palasiin palaset varataan yhteyksille resurssin palanen on joutilaana jos se ei ole sen varanneen yhteyden käytössä (ei jaeta muiden kanssa) linkin kaistanleveyden jako palasiin taajuusjako: Frequence Division Multiplexing (FDM) aikajako: Time Division Multiplexing (TDM) Johdanto (1/2) 17 Piirikytkentä: FDM ja TDM FDM Example: 4 users frequency TDM time frequency time Johdanto (1/2) 18 9
Numeerinen esimerkki Kuinka kauan kestää siirtää tiedosto, jonka koko on 640 000 bittiä, laitteelta A laitteelle B piirikytkentäisessä verkossa? Kaikkien linkkien nopeus on 1.536 Mbps Jokainen linkki käyttää TDM-tekniikkaa, jossa on 24 aikaväliä Päästä-päähän-yhteyden muodostus kestää 500 ms Vastaus on? Johdanto (1/2) 19 Verkon runko: pakettikytkentä Päästä-päähän-tietovirrat jaetaan paketteihin eri käyttäjien paketit jakavat verkon resurssit jokainen paketti käyttää linkin koko kaistanleveyden resursseja käytetään tarpeen mukaan Kaistanleveyden jako palasiin Dedikoitu yhteys Resurssien varaus Kilpailu resursseista: kokonaisvaatimukset voivat ylittää saatavana olevat resurssit ruuhkautuminen: paketit jonottavat, odottavat linkin vapautumista tallenna ja lähetä: paketit liikkuvat yhden hypyn kerrallaan solmu vastaanottaa koko paketin ennen jatkolähetystä Johdanto (1/2) 20 10
Pakettikytkentä: tilastollinen kanavointi A 10 Mb/s Ethernet statistical multiplexing C B queue of packets waiting for output link 1.5 Mb/s D E A:n ja B:n paketeilla ei ole kiinnitettyä järjestystä tilastollinen kanavointi Vertaa: TDM:ssä jokainen laite saa saman aikavälin toistuvassa TDM-kehysrakenteessa Johdanto (1/2) 21 Pakettikytkentä vastaan piirikytkentä Pakettikytkentä mahdollistaa enemmän käyttäjiä! linkki 1 Mbps jokainen käyttäjä 100 kbps kun aktiivinen aktiivisena 10% ajasta piirikytkentä: N users 10 käyttäjää pakettikytkentä: jos 35 käyttäjää, todennäköisyys sille, että on yli 10 aktiivista käyttäjää, on pienempi kuin 0.04 % 1 Mbps link Johdanto (1/2) 22 11
Pakettikytkentä vastaan piirikytkentä Onko pakettikytkentä ylivoimainen voittaja? Loistava purskeiselle datalle resurssien jako yksinkertaisempi, ei yhteyden muodostusta Kohtuuttomat ruuhkat: pakettien viive ja hävikki tarvitaan protokollia luotettavalle tiedonsiirrolle ja ruuhkanhallinnalle Q: Miten tarjotaan piirikytkentämäinen toiminta? esim. audio/video-sovellukset vaativat takuun kaistanleveydestä edelleen ratkaisematon ongelma Johdanto (1/2) 23 Pakettikytkentä: tallenna ja lähetä L R R R Vaatii L/R sekuntia lähettää ( työntää ) L:n bitin paketti R bps:n linkin läpi Koko paketin täytyy saapua reitittimelle ennen kuin se voidaan lähettää seuraavalle linkille: tallenna ja jatkolähetä, store and forward Esimerkki: L = 7.5 Mbits R = 1.5 Mbps kolme linkkiä viive = 3L/R = 15 s Johdanto (1/2) 24 12
Pakettikytketyt verkot: jatkolähetys Tavoite: siirtää paketit reitittimien läpi lähteestä kohteeseen useita erilaisia reititysalgoritmeja datagrammiverkko: kohdeosoite paketissa määrittää seuraavan hypyn reitit voivat vaihtua yhteyden aikana analogia: autolla ajo, valitaan seuraava reitti risteyksissä virtuaalipiiriverkko: jokaisessa paketissa tunniste (virtuaalipiirin ID), tunniste määrittää seuraavan hypyn määritellään kiinteä polku yhteyden alustuksen aikana, säilyy samana koko yhteyden keston ajan reitittimen ylläpitävät yhteyksien tilatietoja Johdanto (1/2) 25 Verkkojen luokittelua Tietoliikenneverkot Piirikytkentäiset verkot Pakettikytkentäiset verkot FDM TDM Virtuaalipiiriverkot Datagrammiverkot Internet on datagrammiverkko, joka tarjoaa sekä yhteydellisiä (TCP) että yhteydettömiä (UDP) palveluja sovelluksille Johdanto (1/2) 26 13