Τεχνολογίες Διαδικτύου

1. Τεχνολογίες Διαδικτύου National Technical University of Athens

2. Περίληψη Μαθήματος • Βασικές Αρχές του Διαδικτύου (Internet) • Στοίβα πρωτοκόλλων TCP/IP • Πρωτόκολλα Δρομολόγησης IP • Πρωτόκολλα Ελέγχου Συμφόρησης • Ασφάλεια στο Διαδίκτυο • Υπηρεσία Πολλαπλών Προορισμών στο Διαδίκτυο • Ποιότητα Υπηρεσίας στο Διαδίκτυο • Μεταγωγή Εττικέτας Πολλαπλών Πρωτοκόλλων • Αλγόριθμοι προγραμματισμού εκπομπής πακέτων και διαχείρισης ενταμιευτών στο Διαδίκτυο • Εφαρμογές και υπηρεσίες Διαδικτύου Τεχνολογίες Διαδικτύου

3. Τεχνολογίες Διαδικτύου Αρχές Διαδικτύου

4. Σύνοψη • 1 Αρχές διαδικτύου • 1.1 Αναδρομή – εισαγωγή • 1.2 Πρωτόκολλα TCP/IP • 1.2.1 Διαστρωμάτωση • 1.2.2 Μέσα Μετάδοσης • 1.3 Το πρωτόκολλο IP • 1.3.1 Δρομολόγηση IP • 1.3.2 Τάξεις Διευθύνσεων IP • 1.3.3 Το πρωτόκολλο ICMP • 1.4 Πρωτόκολλα Στρώματος Μεταφοράς • 1.4.1 Πρωτόκολλο Ελέγχου Μετάδοσης (Transmission Control Protocol, TCP) • 1.4.2 Πρωτόκολλο Πακέτων Χρήστη (User Datagram Protocol, UDP) • 1.5 Η εξέλιξη της Τεχνολογίας του Διαδικτύου • 1.5.1 Το Διαδίκτυο Σήμερα • 1.5.2 Το Διαδίκτυο Επόμενης Γενιάς • 1.5.3 IPv6 Τεχνολογίες Διαδικτύου

5. Αναδρομή (1) • 1968: εγκαταστάθηκε το πρώτο δίκτυο μεταγωγής πακέτου (ARPANET) το οποίο είχε 4 κόμβους • Το Διαδίκτυοξεκίνησε ως ένα πείραμα χρηματοδοτούμενο από το Υπουργείο Εθνικής Αμύνης των Η.Π.Α. • Το ARPANET περιελάμβανε στρατιωτικούς, πανεπιστημιακούς και ερευνητικούς τόπους (sites) • 1971: απλώθηκε σε όλες τις Η.Π.Α • 1972: To APRANET χρησιμοποιούσε το Network Control Protocol (NCP) για μεταφορά δεδομένων • 1973: Πρώτη χρήση του όρου Internet • 1979: Το APRANET είχε 200 κόμβους • 1983: Εφαρμογή του πρωτοκόλλου TCP/IP • Αντικατέστησε το NCP • 562 κόμβοι Τεχνολογίες Διαδικτύου

6. Αναδρομή (2) • 1984: Το ARPANET χωρίστηκε σε 2 δίκτυα: Το MILNET για στρατιωτική χρήση και το ARPANET για έρευνα • 1986: Δημιουργήθηκε ο οργανισμός Internet Engineering Task Force (IETF) • 1987: το National Science Foundation (NSF) χρηματοδότησε τη δημιουργία ενός δικτύου που συνέδεσε τα έξι διεθνή κέντρα υπολογιστών που είχαν δημιουργηθεί • Αυτό το δίκτυο ονομάστηκε NSFNET και σύνδεσε 13 τοποθεσίες χρησιμοποιώντας υψηλής ταχύτητας μισθωμένες τηλεφωνικές γραμμές • Το NSFNET αποδείχτηκε τόσο επιτυχημένο που τελικά αντικατέστησε το APRANET, το οποίο έκλεισε το 1990 • 1992: World-Wide Web • 1990-2000: περίπου 50εκατ. υπολογιστές στο Διαδίκτυο, 100εκατ. χρήστες, ζεύξεις δικτύου κορμού στο 1Gpbs Τεχνολογίες Διαδικτύου

7. Διαδίκτυο (Internet) • Mέσο προσπέλασης απομακρυσμένων πληροφοριών και επικοινωνίας μηχανών και ανθρώπων για ανταλλαγή δεδομένων, εικόνων και ήχων • Τεχνολογία επικοινωνίας υπολογιστών που απαρτίζεται από υλοποιήσεις τηλεπικοινωνιακών πρωτοκόλλων μέσω προγραμμάτων υπολογιστών • Το Internet βασίζεται στην διασύνδεση τοπικών δικτύων μέσω απλών μεταγωγέων πακέτου, δρομολογητών ή θυρών που εκτελούν δρομολόγηση, καθοριζόμενη από τα σχετικά πρωτόκολλα IP Τεχνολογίες Διαδικτύου

8. Δομή Διαδικτύου δρομολογητής • Εκατομμύρια διασυνδεδεμένοι υπολογιστές: hosts, end-systems • Ζεύξεις • Ρυθμός μετάδοσης = εύρος ζώνης (bandwidth) • Δρομολογητές: προωθούν πακέτα Σταθμός εργασίας Κινητό εξυπηρετητής local ISP local ISP regional ISP regional ISP company company network network Τεχνολογίες Διαδικτύου

9. Ορολογία κόμβος μια μονάδα που υλοποιεί το πρωτόκολλο TCP/IP δρομολογητήςένας κόμβος που προωθεί πακέτα IP που δεν προορίζονται ρητά για τον ίδιο, συνδέει διαφορετικά είδους δίκτυα host οποιοσδήποτε άλλος κόμβος που δεν είναι δρομολογητής ζεύξημέσο πάνω από το οποίο οι κόμβοι μπορούν να επικοινωνούν στο επίπεδο ζεύξης δεδομένων γείτονεςκόμβοι συνδεδεμένοι στην ίδια ζεύξη σημείο προσαρμογής (interface) η προσαρμογή ενός κόμβου στη ζεύξη διεύθυνση ένα αναγνωριστικό επιπέδου IP για ένα σημείο προσαρμογής ή ένα σύνολο σημείων προσαρμογής Τεχνολογίες Διαδικτύου

10. Δομή του Διαδικτύου • Σημείο πρόσβασης: εφαρμογές και τερματικά • Πυρήνας του δικτύου: • δρομολογητές • δίκτυα • Δίκτυο πρόσβασης Τεχνολογίες Διαδικτύου

11. Σημείο Πρόσβασης • Τελικά συστήματα (hosts): • Τρέχουν εφαρμογές • e.g. Web, email • Στην «άκρη του δικτύου» • Μοντέλο πελάτη/εξυπηρετητή • Πελάτης κάνει αιτήσεις και λαμβάνει απαντήσεις/υπηρεσίες από τον εξυπηρετητή • e.g. Web browser/server; email client/server • Μοντέλο peer-peer: • Ελάχιστη χρήση αφοσιωμένων εξυπηρετητών • e.g. Gnutella, KaZaA Τεχνολογίες Διαδικτύου

12. Πυρήνας του δικτύου • Διασυνδεδεμένοι δρομολογητές • Η βασική ερώτηση: πως μεταφέρονται τα δεδομέναστο Διαδίκτυο; • Μεταγωγή πακέτου Τεχνολογίες Διαδικτύου

13. Τι είναι πρωτόκολλο; • Όλη η επικοινωνία στο Διαδίκτυο γίνεται μέσω πρωτοκόλλων • Τα πρωτόκολλα ορίζουν • Τη δομή των μηνυμάτων • Τησειρά που τα μηνύματα στέλνονται και λαμβάνονται μεταξύ των οντοτήτων • Τις ενέργειες κατά γίνονται κατά τη λήψη , αποστολή Τεχνολογίες Διαδικτύου

14. local local local local local local Tier 3 Tier 3 Tier 3 ISP ISP ISP local local local local local local ISP ISP ISP ISP ISP ISP ISP ISP ISP ISP ISP ISP Local and tier Local and tier - - Tier Tier Tier - - - 2 ISP 2 ISP 2 ISP Tier Tier Tier - - - 2 ISP 2 ISP 2 ISP 3 ISPs are 3 ISPs are Tier 1 ISP customers customers of of higher tier higher tier NAP NAP ISPs ISPs connecting connecting them to rest them to rest Tier 1 ISP Tier 1 ISP Tier Tier Tier - - - 2 ISP 2 ISP 2 ISP of Internet of Internet local local local Tier Tier Tier - - - 2 ISP 2 ISP 2 ISP Tier Tier Tier - - - 2 ISP 2 ISP 2 ISP ISP ISP ISP local local local local local local local local local ISP ISP ISP ISP ISP ISP ISP ISP ISP Δομή του Διαδικτύου και οι Παροχείς Υπηρεσιών (ISP) • Σχεδόν ιεραρχικό μοντέλο • Είδη ISP • Tier-1 ISP: προσφέρουν εθνική/διεθνή κάλυψη • Tier-2 ISP: μικρότερα, συνήθως τοπικά ISP • Tier-3 ISP και local ISP: last hop access, κοντά στα τελικά συστήματα Τεχνολογίες Διαδικτύου

15. Δομή Διαδίκτυο: δίκτυο από δίκτυα Τεχνολογίες Διαδικτύου

16. Στρώματα και πρωτόκολλα • Τα δίκτυα είναι περίπλοκα • Πολλά διαφορετικά «κομμάτια» • Τερματικά • Δρομολογητές • Ζεύξεις • Εφαρμογές • Πρωτόκολλα • Hardware, software • Μια συγκεκριμένη δομή επιτρέπει την αναγνώριση και τη συσχέτιση των «κομματιών» • Η διαστρωμάτωση διευκολύνει τη συντήρηση, εκσυγχρονισμό του συστήματος • Αλλαγή στην υλοποίηση ενός στρώματος γίνεται με διαφανή τρόπο προς τα άλλα στρώματα Ανάγκη Οργάνωσης Τεχνολογίες Διαδικτύου

17. TCP/IP: Σύστημα 4 στρωμάτων • Το TCP/IP θεωρείται ένα σύστημα 4 στρωμάτων • Το στρώμα ζεύξης δεδομένων περιλαμβάνει τον οδηγό (driver) της κάρτας δικτύου του υπολογιστή και το κατάλληλο λογισμικό για την αλληλεπίδραση με αυτή • Το στρώμα δικτύου χειρίζεται την κίνηση των πακέτων στο δίκτυο, π.χ. σε αυτό το στρώμα γίνεται η δρομολόγηση των πακέτων • Το στρώμα μεταφοράς παρέχει στο στρώμα εφαρμογής τη ροή των δεδομένων μεταξύ δύο υπολογιστών • Το στρώμα εφαρμογής ασχολείται με τις λεπτομέρειες της κάθε εφαρμογής Τεχνολογίες Διαδικτύου

18. TCP/IP: Πρωτόκολλα Τεχνολογίες Διαδικτύου

19. Παράδειγμα εφαρμογής FTP • Δύο υπολογιστές σε ένα τοπικό δίκτυο Ethernet που «τρέχουν» μία εφαρμογή FTP • Ο ένας είναι ο εξυπηρετητής (server) και ο άλλος είναι ο πελάτης (client) • Οι περισσότερες εφαρμογές στηρίζονται στην αρχιτεκτονική εξυπηρετητή – πελάτη (server-client) • Το υψηλότερο στρώμα ασχολείται περισσότερο με τις λειτουργίες και τις απαιτήσεις της εφαρμογής που «τρέχει» και ελάχιστα ως και καθόλου με την ροή των δεδομένων στο δίκτυο Τεχνολογίες Διαδικτύου

20. application application εφαρμογής transport transport μεταφοράς network network δικτύου ζεύξης link link physical φυσικό physical network δικτύου network εφαρμογής application application link ζεύξης link transport transport μεταφοράς physical physical φυσικό δικτύου network network link link ζεύξης physical φυσικό physical application εφαρμογής application application εφαρμογής application transport μεταφοράς transport transport transport μεταφοράς network network δικτύου network δικτύου network ζεύξης link link link ζεύξης link physical φυσικό physical physical physical φυσικό Διαστρωμάτωση: Επικοινωνία Κάθε στρώμα • κατανεμημένο • “οντότητες” υλοποιούν λειτουργίες στρώματος σε κάθε κόμβο • Οντότητες εκτελούν ενέργειες, ανταλλάσσουν μηνύματα με γείτονες Τεχνολογίες Διαδικτύου

21. Διαστρωμάτωση: λογική επικοινωνία Π.χ.: μεταφορά • Παίρνει δεδομένα από το στρώμα εφαρμογής • Προσθέτει διευθύνσεις, έλεγχος αξιοπιστίας, σχηματίζει το “datagram” • Στέλνει το datagram στον επόμενο • Περιμένει τη λήψη επιβεβαίωσης Τεχνολογίες Διαδικτύου

22. Διαστρωμάτωση: φυσική επικοινωνία Τεχνολογίες Διαδικτύου

23. πηγή προορισμός message M M εφαρμογής application M M application εφαρμογής segment μεταφοράς transport M M H H H μεταφοράς transport M M H H H t t t t t t δικτύου network δικτύου network M M H H H H H H M M H H H H H H n n n t t t n n n t t t ζεύξης link link ζεύξης M M H H H H H H H H H H H frame M M H H H H H H H H H H H l l l n n n n t t t t l l l n n n n t t t t φυσικό physical φυσικό physical Διαστρωμάτωση και δεδομένα • Κάθε στρώμα λαμβάνει τα δεδομένα από το από πάνω στρώμα • Προσθέτει την αντίστοιχη επικεφαλίδα για να δημιουργήσει ένα καινούργιο data unit • Προωθεί το νέο data unit στο πιο κάτω στρώμα Τεχνολογίες Διαδικτύου

24. Μέσα Μετάδοσης • Καθορίζουν τις τεχνολογίες που μπορούν να τρέξουν τα πρωτόκολλα TCP/IP • Τα κύρια μέσα μετάδοσης είναι αυτά που προτείνονται από την ΙΕΕΕ, καθώς και το FDDI της ANSI • ΙΕΕΕ 802.3 • ΙΕΕΕ 802.4 • ΙΕΕΕ 802.5 • FDDI Τεχνολογίες Διαδικτύου

25. Μέσα Μετάδοσης – IEEE 802.3 • ΙΕΕΕ 802.3 • Το πρότυπο αυτό ορίζει τον τρόπο προσπέλασης του μέσου Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection (CSMA/CD) • Καθορίζει τόσο το φυσικό στρώμα όσο και το στρώμα ελέγχου πρόσβασης στο μέσο • Καθόριζε ως φυσικό μέσο ομοαξονικό καλώδιο των 50Ω, με 10Mbps βασικής ζώνης και με μέγιστο μήκος τμήματος 500m.Χρησιμοποιείται κυρίως σε δίκτυα τοπολογίας αρτηρίας Τεχνολογίες Διαδικτύου

26. IEEE 802.3 – Τρόπος προσπέλασης • Όλοι οι τερματικοί σταθμοί είναι απευθείας συνδεδεμένοι στο ίδιο καλώδιο • Όλα τα δεδομένα, που μεταδίδονται από κάποιο σταθμό εργασίας ενθυλακώνονται σε ένα πλαίσιο στο οποίο τοποθετείται και η φυσική διεύθυνση του σταθμού προορισμού • Τo πλαίσιο στη συνέχεια μεταδίδεται στο κοινό μέσο μεταφοράς • 'Όλοι οι άλλοι σταθμοί μπορούν και αντιλαμβάνονται το γεγονός ότι κάποιος μεταδίδει • Αν το πακέτο έχει στη διεύθυνση προορισμού την δική τους διεύθυνση τότε συνεχίζουν και διαβάζουν και την υπόλοιπη πληροφορία του πλαισίου • Στο πλαίσιο περιλαμβάνεται και ο αποστολέας έτσι ώστε να είναι δυνατόν να λάβει απάντηση στο μήνυμα που έστειλε. • Με αυτόν τον τρόπο διευθέτησης του μέσου είναι δυνατόν δύο σταθμοί να προσπαθήσουν την ίδια στιγμή να μεταδώσουν στο δίκτυο • Στην περίπτωση αυτή η πληροφορία και των δύο θα καταστραφεί • CSMA/CD καθορίζει ότι πριν τη μετάδοση του μέσου πρέπει ο σταθμός να ελέγχει αν κάποιος άλλος σταθμός μεταδίδει • Συγκρίνει το σήμα στο καλώδιο και το σήμα που μεταδίδει Αν τα σήματα αυτά είναι διαφορετικά, τότε διαπιστώνει ότι έχει γίνει σύγκρουση. Στην περίπτωση αυτή, η μετάδοση διακόπτεται αμέσως για εξοικονόμηση πόρων και επαναλαμβάνεται μετά από ένα κατάλληλα επιλεγμένο τυχαίο χρονικό διάστημα. Τεχνολογίες Διαδικτύου

27. Μέσα Μετάδοσης –ΙΕΕΕ 802.4 • IEEE 802.4 • Τo πρότυπο ΙΕΕΕ 802.4 καθορίζει το φυσικό στρώμα και το στρώμα ελέγχου πρόσβασης στο μέσο • Σύστημα τοπολογίας αρτηρίας και ελέγχου πρόσβασης στο μέσο με σκυτάλη (token) • Η μέθοδος ελέγχου πρόσβασης στο μέσο επιτυγχάνεται με την χρησιμοποίηση μιας σκυτάλης ελέγχου αδείας (control permission token) • Η σκυτάλη περνάει από σταθμό σε σταθμό σύμφωνα με ένα σύνολο κανόνων που αποδέχονται όλοι οι σταθμοί. • Ο σταθμός μπορεί να μεταδώσει ένα πλαίσιο μόνο στη περίπτωση που έχει τη σκυτάλη. Μόλις ολοκληρώσει την μετάδοση του πλαισίου ελευθερώνει τη σκυτάλη περνώντας την στον επόμενο σταθμό. Στην τεχνική αυτή εισάγεται η έννοια μιας λογικής σειράς στους σταθμούς ώστε να γνωρίζει κάθε σταθμός τον επόμενό του, ειδικά στην περίπτωση των δικτύων τοπολογίας αρτηρίας, όπου η λογική σειρά δεν είναι προφανής. Τεχνολογίες Διαδικτύου

28. Μέσα Μετάδοσης –ΙΕΕΕ 802.5 • IEEE 802.5 • Καθορίζει το φυσικό στρώμα καθώς και το στρώμα ελέγχου πρόσβασης στο μέσο για δίκτυα τοπολογίας δακτυλίου και ελέγχου πρόσβασης στο μέσο με σκυτάλη • Το ΙΕΕΕ 802.5 διαφέρει από το CSMA/CD και από το ΙΕΕΕ 802.4 από την άποψη ότι τα bits σε κάθε πλαίσιο μεταδίδονται στο μέσο ξεκινώντας από το πιο σημαντικό ψηφίο • Το πρότυπο αυτό καθορίζει σανφυσικό μέσο ένα προστατευμένο ή απροστάτευτο ζευγάρι καλωδίων στα 1 Mbps ή στα 4 Mbps. Τεχνολογίες Διαδικτύου

29. Μέσα Μετάδοσης - FDDI • FDDI (Fiber Distributed Data Interface) • Ταχύτερο -επιτρέπει περισσότερα από ένα πλαίσια να μεταδίδονται ταυτόχρονα • 100Mbps μετάδοση πληροφορίας σε διπλό δακτύλιο από οπτική ίνα • Συνδέει μέχρι 500 κόμβους, μεταξύ τους απόσταση 2km, και συνολικό μήκος 100Km • To FDDI μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν δίκτυο κορμός για τη διασύνδεση άλλων τοπικών δικτύων ή και σαν τοπικό δίκτυο διασύνδεσης σταθμών εργασίας υψηλών ταχυτήτων με μεγάλες υπολογιστικές ανάγκες. Επίσης χρησιμοποιείται για τη διασύνδεση back-end σταθμών εργασίας υψηλών προδιαγραφών για την υποστήριξη του συστήματος αρχείων Τεχνολογίες Διαδικτύου

30. Σύνοψη • 1 Αρχές διαδικτύου • 1.1 Αναδρομή – εισαγωγή • 1.2 Πρωτόκολλα TCP/IP • 1.2.1 Διαστρωμάτωση • 1.2.2 Μέσα Μετάδοσης • 1.3 Το πρωτόκολλο IP • 1.3.1 Δρομολόγηση IP • 1.3.2 Τάξεις Διευθύνσεων IP • 1.3.3 Το πρωτόκολλο ICMP • 1.4 Πρωτόκολλα Στρώματος Μεταφοράς • 1.4.1 Πρωτόκολλο Ελέγχου Μετάδοσης (Transmission Control Protocol, TCP) • 1.4.2 Πρωτόκολλο Πακέτων Χρήστη (User Datagram Protocol, UDP) • 1.5 Η εξέλιξη της Τεχνολογίας του Διαδικτύου • 1.5.1 Το Διαδίκτυο Σήμερα • 1.5.2 Το Διαδίκτυο Επόμενης Γενιάς • 1.5.3 IPv6 Τεχνολογίες Διαδικτύου

31. Λειτουργίες Στρώματος Δικτύου • Μεταφέρει πακέτα από τον αποστολέα στον παραλήπτη • Πρωτόκολλα στρώματος δικτύου υλοποιούνται σε κάθε τερματικό και δρομολογητή 2 βασικές λειτουργίες: • Προσδιορισμός μονοπατιού:η διαδρομή που ακολουθούν τα πακέτα από την πηγή στον προορισμό. Αλγόριθμοι δρομολόγησης • Προώθηση:μετακίνηση των πακέτων από το σημείο εισόδου στο σημείο εξόδου του δρομολογητή Τεχνολογίες Διαδικτύου

32. Δίκτυο datagrams: το μοντέλο του Διαδικτύου • Δρομολογητές: δεν κρατούν κατάσταση για τις συνδέσεις • Τα πακέτα προωθούνται βάσει της διεύθυνσης του τερματικού προορισμού • Πακέτα με τον ίδιο αποστολέα-παραλήπτη μπορεί να ακολουθήσουν διαφορετικά μονοπάτια Τεχνολογίες Διαδικτύου

33. Αρχές Δρομολόγησης Χρήση γράφων από τους αλγόριθμους δρομολόγησης: • Οι κόμβοι των γράφων είναι δρομολογητές • Οι συνδέσεις των γράφων είναι φυσικές ζεύξεις • Κόστη ζεύξεων: καθυστέρηση, κόστος, συμφόρηση Στόχος:καθορισμός ενός «καλού» μονοπατιού (ακολουθία από δρομολογητές) στο δίκτυο από την πηγή στον προορισμό • “καλό” μονοπάτι: • Τυπικά σημαίνει ελάχιστο κόστος • Πιθανές και άλλοι ορισμοί Τεχνολογίες Διαδικτύου

34. Συγκεντρωμένη ή κατανεμημένη πληροφορία? Συγκεντρωμένη: Όλοι οι δρομολογητές έχουν πλήρη δεδομένα για την τοπολογία, κόστη ζεύξεων Αλγόριθμοι “link state” Κατανεμημένη: Κάθε δρομολογητής ξέρει τους γείτονες του και τα κόστη των ζεύξεων αυτών Διαδικασία υπολογισμού και ανταλλαγής πληροφορίας με γείτονες Αλγόριθμοι “distance vector” Ταξινόμηση Αλγορίθμων Δρομολόγησης Στατική ή δυναμική δρομολόγηση; Στατική • Τα μονοπάτια αλλάζουν αργά Δυναμική • Μονοπάτια αλλάζουν πιο γρήγορα • Περιοδική ενημέρωση • Προς απόκριση των αλλαγών στα κόστη των ζεύξεων Τεχνολογίες Διαδικτύου

35. Αλγόριθμος του Dijkstra Τοπολογία, κόστη ζεύξεων γνωστά σε όλους τους κόμβους Επιτυγχάνεται με “link state broadcast” Όλοι οι κόμβοι έχουν ίδια πληροφορία Υπολογίζει ελάχιστα κόστη μονοπατιών από έναν κόμβο (πηγή) προς άλλους κόμβους Φτιάχνει πίνακα δρομολόγησης για αυτό τον κόμβο Επανάληψη: μετά k επαναλήψεις ξέρει ελάχιστα κόστη για μονοπάτια προς k προορισμούς Αλγόριθμός δρομολόγησης Link-State Παράμετροι: • c(i,j):κόστος ζεύξης από τον κόμβο i στον j. Κόστος άπειρο εάν δεν είναι απευθείας συνδεδεμένοι • D(v):τρέχουσα τιμή του κόστους του μονοπατιού από την πηγή στον προορισμό V • p(v):ο προηγούμενος κόμβος κατά μήκος του μονοπατιού από την πηγή στο v • N:σετ κόμβων των οποίων είναι γνωστό τα ελάχιστα κόστη μονοπατιών Τεχνολογίες Διαδικτύου

36. Dijsktra’s Algorithm 1 Αρχικοποίηση: 2 N = {A} 3 για όλους τους κόμβους v 4 εάν v γειτονικός στον A 5 τότε D(v) = c(A,v) 6 διαφορετικά D(v) = άπεριο 7 8 βρόχος 9 Βρες w που δεν ανήκει στο N τέτοιο ώστε D(w) να είναι ελάχιστο 10 Πρόσθεσε w στο N 11 Ενημέρωσε D(v) για όλα τα v γειτονικά στο w και όχι στοN: 12 D(v) = min( D(v), D(w) + c(w,v) ) 15 Μέχρι όλοι οι κόμβοι στο N Τεχνολογίες Διαδικτύου

37. A D E B F C Dijkstra’s algorithm: παράδειγμα D(B),p(B) 2,A 2,A 2,A D(D),p(D) 1,A D(C),p(C) 5,A 4,D 3,E 3,E D(E),p(E) infinity 2,D Step 0 1 2 3 4 5 start N A AD ADE ADEB ADEBC ADEBCF D(F),p(F) infinity infinity 4,E 4,E 4,E 5 3 5 2 2 1 3 1 2 1 Τεχνολογίες Διαδικτύου

38. Ανάγκη κλιμάκωσης Μη δυνατότητα αποθήκευσης όλων των προορισμών στους πίνακες δρομολόγησης! Ενημέρωση πίνακα δρομολόγησης θα κατέκλυζε τις ζεύξεις Ιεραρχική Δρομολόγηση Μέχρι τώρα θεωρήσαμε μια εξιδανικευμένη κατάσταση • Όλοι οι δρομολογητές ίδιοι • Μια επίπεδη τοπολογία δικτύου … όχι πραγματικότητα όμως Αυτονομία στη διαχείριση • διαδίκτυο = δίκτυο δικτύων • Κάθε διαχειριστή δικτύου θέλει να έχει έλεγχο της δρομολόγησης στο δίκτυο του Τεχνολογίες Διαδικτύου

39. Ομαδοποίηση δρομολογητών σε περιοχές, «αυτόνομα συστήματα» “autonomous systems” (AS) Δρομολογητές στο ίδιο AS τρέχουν το ίδιο πρωτόκολλο δρομολόγησης Πρωτόκολλο δρομολόγησης μέσα σε ένα AS (“intra-AS” routing protocol) Δρομολογητές σε διαφορετικά AS μπορούν να τρέχουν διαφορετικά intra-AS routing protocol ΣυνοριακοίΔρομολογητές Ιεραρχική Δρομολόγηση • Ειδικοί δρομολογητές σε ένα AS • Τρέχουν intra-AS routing protocol με άλλους δρομολογητές μέσα στο AS • επίσηςυπεύθυνοι για τη δρομολόγηση σε προορισμούς εκτός του AS • Τρέχουν inter-AS routing protocol με άλλους gateway routers Τεχνολογίες Διαδικτύου

40. c b b c a A.c A.a C.b B.a Intra-AS και Inter-AS routing • Συνοριακοί: • Εκτελούν μεταξύ τους inter-AS routing • Εκτελούν intra-AS routing με άλλους δρομολογητές μέσα στο AS b a a C B d A network layer inter-AS, intra-AS routing in gateway A.c link layer physical layer Τεχνολογίες Διαδικτύου

41. Inter-AS routing between A and B b c a a C b B b c a d Host h1 A A.a A.c C.b B.a Intra-AS και Inter-AS routing Host h2 Intra-AS routing within AS B Intra-AS routing within AS A • Θα εξετάσουμε αργότερα συγκεκριμένα πρωτόκολλα δρομολόγησης τόσο για μέσα σε ένα ΑS όσο και μεταξύ AS Τεχνολογίες Διαδικτύου

42. Πρωτόκολλο ICMP • Αναφορά λαθών • Σηματοδοσία • Πρωτόκολλο IP • διευθυνσιοδότηση • μορφή πακέτου IP • μηχανισμοί χειρισμού πακέτων • Πρωτόκολλα • δρομολόγησης • Επιλογή μονοπατιού • RIP, OSPF, BGP Πίνακας Δρομολόγησης To Πρωτόκολλο IP Στρώμα Μεταφοράς: TCP, UDP Στρώμα Δικτύου Στρώμα Ζεύξης Φυσικό Στρώμα Τεχνολογίες Διαδικτύου

43. Πρωτόκολλο IP • Το IP χρησιμοποιείται από το Internet • Το IP είναι μονό ένα κομμάτι από το ολοκληρωμένο πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται από το Internet. Το ολοκληρωμένο πρωτόκολλο λέγεται TCP/IP (Transport Control Protocol/Internet Protocol). • To TCP/IP περιέχει (έκτος από το πρωτόκολλο IP που είναι στο επίπεδο του δικτύου) πρωτόκολλα για τα επίπεδα μεταφοράς και εφαρμογής • Είναι μη αξιόπιστο γιατί δεν εγγυάται την μεταφορά της πληροφορίας που αναλαμβάνει • Ένα IP-datagram μπορεί να φτάσει σε λάθος προορισμό, να διπλασιαστεί μέσα στο δίκτυο ή να χαθεί στο δρόμο προς τον προορισμό του • Χωρίς σύνδεση • κάθε IP-datagram μεταδίδεται ανεξάρτητα από όλα τα άλλα datagram Τεχνολογίες Διαδικτύου

44. Σφαίρα επιρροής του IP Τεχνολογίες Διαδικτύου

45. Kύρια θέματα του IP • Κατασκευή της διεύθυνσης/Address structure • Πακέτα ΙP / Datagrams • Κύριες λειτουργίες του πρωτοκόλλου • Λειτουργίες κατακερματισμού των μηνυμάτων και επανασύνδεσης αυτών προκειμένου αυτά να περάσουν από υποδίκτυα που υποστηρίζουν διαφορετικού μεγέθους πεδίο δεδομένων στο πλαίσιο τους • Λειτουργίες δρομολόγησης των IP-datagrams διαμέσου των κόμβων του δικτύου, προκειμένου να φθάσουν στον προορισμό τους • Λειτουργίες αναφοράς σφαλμάτων • Χρησιμοποιεί υπηρεσία best-try (connectionless), δηλαδή στέλνει αυτόνομα πακέτα/datagrams στο internet Τεχνολογίες Διαδικτύου

46. IP-Datagram • Το πρωτόκολλο IP ορίζει την μορφή που πρέπει να πάρουν τα πακέτα και την επεξεργασία που πρέπει να δεχθούν προκειμένου να μεταδοθούν μέσα από το μέσο μεταφοράς • Η τελική μορφή ονομάζεται IP-datagram • Ένα πακέτο IP περιέχει διάφορα είδη πληροφορίας • Σε κάθε datagram ξεχωρίζουμε διάφορα πεδία μεταξύ των οποίων τις IP διευθύνσεις της πηγής και του προορισμού, τον χρόνο ζωής του, το μήκος του και φυσικά τα δεδομένα που μεταφέρει Τεχνολογίες Διαδικτύου

47. IP datagram Τεχνολογίες Διαδικτύου

48. Πεδία του πακέτου IP • Version-Δείχνει την έκδοση του IP που χρησιμοποιείται • IP Header Length (IHL)-Δείχνει το μήκος της επικεφαλίδας σε λέξεις 32-bit • Type-of-Service-Αναθέτει στα πακέτα IP διαφορετικά επίπεδα σημαντικότητας • Total Length-Καθορίζει το μήκος σε bytes ολόκληρου του πακέτου IP, συμπεριλαμβανομένου των δεδομένων και της επικεφαλίδας • Identification-Περιέχει έναν ακέραιο που προσδιορίζει το τρέχον πακέτο. Αυτό το πεδίο χρησιμοποιείται για να βοηθήσει στη επανένωση των κατακερματισμένων πακέτων • Flags-Αποτελείται από ένα πεδίο των 3-bit από τα οποία τα 2 χαμηλότερης σημασίας bits ελέγχουν την κατάτμηση. Το χαμηλότερης σημασίας bit καθορίζει εάν το πακέτο μπορεί να κατατμηθεί. Το μεσαίο bit καθορίζει εάν το πακέτο είναι το τελευταίο πακέτο της κατάτμησης από μια σειρά από κατατμημένα πακέτα. Το τρίτο bit δεν χρησιμοποιείται • Fragment Offset-Προσδιορίζει την θέση των δεδομένων των πακέτων κατάτμησης σχετικά με την αρχή των δεδομένων στο αρχικό datagram, και επιτρέπει στην διαδικασία IP προορισμού να επανενώσει σωστά το αρχικό πακέτο Τεχνολογίες Διαδικτύου

49. Πεδία του πακέτου IP • Time-to-Live-Διατηρεί έναν μετρητή που βαθμιαία μειώνεται έως το μηδέν, και στο σημείο αυτό το πακέτο απορρίπτεται. Αυτό αποτρέπει τα πακέτα από το να κάνουν κύκλους συνέχεια • Protocol-Προσδιορίζει ποιο πρωτόκολλο ανωτέρου επιπέδου λαμβάνει τα εισερχόμενα πακέτα αφού έχει ολοκληρωθεί η επεξεργασία IP • Header Checksum-Βοηθάει στην εξασφάλιση της ακεραιότητας της επικεφαλίδας IP • Source Address-Προσδιορίζει τον κόμβο αποστολέα • Destination Address- Προσδιορίζει τον κόμβο προορισμού • Options-Επιτρέπει στο IP να υποστηρίζει διάφορες επιλογές, όπως ασφάλεια • Data-Περιέχει πληροφορία ανωτέρου επιπέδου. Τεχνολογίες Διαδικτύου

50. Δρομολόγηση IP (1) • Ο όρος δρομολόγηση αναφέρεται στην μεταφορά ενός πακέτου IP (datagram) από ένα κόμβο σε έναν άλλο, και στο δρόμο που θα ακολουθήσει το IP datagram, ο οποίος βασίζεται στην διεύθυνση IP • Κάθε διεύθυνση IP έχει κάποια συγκεκριμένα στοιχεία και ακολουθεί μια συγκεκριμένη δομή • Ο τρόπος επιλογής της διαδρομής που θα ακολουθηθεί από ένα πακέτο IP έχει σημαντικές συνέπειες στις επιδόσεις του δικτύου • Το ΙΡ έχει σε κάθε δρομολογητή ένα πίνακα δρομολόγησης, τον οποίο ψάχνει κάθε φορά που θέλει να στείλει ένα πακέτο Τεχνολογίες Διαδικτύου