računarske mreže (napredni kurs) - ivan drakic · pdf fileračunarske mreže, poslovne...

1

Uvod 1-1

Računarske mreže(napredni kurs)

SPR

Prof.dr Igor Radusinović

[email protected]

mr Uglješa Urošević

[email protected]

All material copyright 1996-2012J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved

Uvod 1-2

O čemu se radi?

Kurs u računarskim mrežama (napredni kurs) nudi:� Sistematizaciju znanja stečenih o principima na

kojima počivaju računarske mreže� upoznavanje Internet arhitekture/protokola na

osnovnom nivou� Ovladavanje osnovnim analitičkim mehanizmima za

opisivanje pojava na Internetu

Ciljevi� Podići znanje iz računarskih mreža na viši nivo� Stvaranje uslova za aktivno učešće polaznika u

budućem razvoju Interneta

2

Uvod 1-3

Informacije o kursu

� Kome je namijenjen kurs?❍ Dodiplomskim studentima specijalističkih studija na SPR

� Šta je poželjno znati od ranije?❍ Računarske mreže, Poslovne računarske mreže, Internet tehnologije

� Materijali kursa:❍ Prezentacije urađene od strane autora knjige: Computer Networking:

A Top Down Approach Featuring the Internet, J. Kurose & Keith Ross, Addison Wesley, 6th edition, 2012

❍ WWW ❍ Zabilješke sa predavanja

Uvod 1-4

Informacije o kursu (više)

Rad broj % ocjeneKolokvijum 2 50%Završni ispit 1 50%

� Način polaganja:

3

Uvod 1-5

Pregled kursa:

Pripremna nedjelja

I nedjeljaII nedjeljaIII nedjeljaIV nedjeljaV nedjeljaVI nedjeljaVII nedjeljaVIII nedjeljaIX nedjeljaX nedjeljaXI nedjeljaXII nedjeljaXIII nedjeljaXIV nedjeljaXV nedjeljaXVI nedjeljaZavršna nedjeljaXVIII-XXI nedjelja

Priprema i upis semestra

Uvod u računarske mreže. Principi protokola nivoa aplikacije. HTTP. FTP. SMTP. DNS Principi protokola nivoa transporta. Nekonektivni transportni servis (UDP)Konektivni transportni servis (TCP). TCP kontrola zagušenja. TCP kontrola protokaSlobodna nedjeljaPrvi kolokvijumNivo mreže i rutiranje. Nekonektivni mrežni servis (IP)Rutiranje na InternetuDijkstra i Bellman-Fordov algoritmi.Drugi kolokvijumNivo linka i lokalne računarske mreže. Kontrola greške.EthernetBežične računarske mrežeZavršni ispitOvjera semestra i upis ocjena.Dopunska nastava i popravni ispitni rok.

Uvod 1-6

Glava 1: UvodZadatak:� Shvatiti kontekst,

pregled, “osjetiti” računarsku mrežu� dublje, detaljnije kasnije� pristup:

❍ opisni❍ korišćenje Interneta

kao primjera

Pregled:� Šta je Internet� Šta je protokol?� Ivica mreže (network edge)� Okosnica mreže (network core)� Performanse: gubitak, kašnjenje i

propusnost� Višenivovska arhitektura, mrežni

protokoli, modeli servisa

4

Uvod

Šta je Internet?�Milioni povezanih

računara: ❍host = krajnji sistem

❍Izvršavaju mrežne apliakcije

� Komunikacioni linkovi� Optika, bakar, radio,

satelit� Brzina prenosa:

bandwidth

� Komutatori paketa: prosleñuju pakete (djelove poruka)

� ruteri i komutatori

Žični linkovi

Bežični linkovi

ruter

Mobilna mreža

globalni ISP

regionalni ISP

Kučna mreža

Kompanijska mreža

smartphone

PC

server

wirelesslaptop

1-7

Uvod 1-8

Iz čega se sastoji Internet u logičkom smislu?� protokoli kontrolišu slanje i

prijem poruka❍ npr, TCP, IP, HTTP, FTP, PPP

� Internet: “mreža svih mreža”

❍ Labava hijerarhija❍ Javni Internet vs. privatni

intranet

� Internet standardi❍ RFC: Request for comments❍ IETF: Internet Engineering

Task Force

Mobilna mreža

globalni ISP

regionalni ISP

Kučna mreža

Kompanijska mreža

Šta je Internet?

5

Uvod 1-9

� Komunikaciona infrastrukturakoja omogućava distribuiraneaplikacije:

❍ Web, email, igrice, e-commerce, baze podataka, društvene mreže, file (MP3) sharing

� Omogućava pragramabilni interfejs do aplikacija

❍ “veza” koja omogućava aplikacijama da šalju i primaju podatke sa Interneta

❍ Omogućava opcije servisa, analogne poštanskom servisu

Mobilna mreža

globalni ISP

regionalni ISP

Kučna mreža

Kompanijska mreža

Šta je Internet sa stanovišta usluge?

Uvod 1-10

Šta je protokol?ljudski protokoli:� “Koliko je sati?”� “Imam pitanje”� “Mogu li da

odgovaram za 10?”� Ima li skaliranja?� Upoznavanje

… šalju se posebne poruke

… izvršavaju se različite akcije kada poruka stigne

mrežni protokoli:� Između mašina � Sve komunikacione

aktivnosti na Internetu definišuprotokoli

Protokoli definišu format, redosled poslatih i

primljenih poruka izmeđumrežnih entiteta, i akcije koje se sprovode nakon prijema poslatih poruka

6

Uvod 1-11

Detaljniji pogled na mrežnu strukturu

�Mrežna ivica:aplikacije i hostovi (klijenti i serveri)�Mrežna okosnica:

❍ međupovezani ruteri

❍ mreža povezanih mreža

� Pristupna mreža,fizički medijum:komunikacioni linkovi (žični i bežični)

Mobilna mreža

globalni ISP

regionalni ISP

Kučna mreža

Kompanijska mreža

Uvod 1-12

Pristupne mreže i fizički medijum

Pitanje: Kako povezati krajnji sistem na edge ruter?� Rezidencijalne pristupne mreže� Institucionalne pristupne mreže

(škole, kompanije)� Mobilne pristupne mreže

Obrati pažnju� kapacitet (b/s) pristupne mreže?� zajednički ili dodijeljeni?

7

Uvod

Pristupna mreža: digital subscriber line (DSL)

centrala

ISP

Telefonskamreža

DSLAM

Govor i podaci se prenose na različitimfrekvencijama preko dodijeljene

telefonske linije do centrale

� koristi postojeću telefonsku liniju do DSLAM u telefonskoj centrali

� Podaci se preko DSL linije prenose do Interneta

� Govor se preko DSL linije prenosi do telefonske mreže

� < 2.5 Mb/s brzina prenosa na upstream-u (tipično < 1 Mb/s)

� < 24 Mb/s brzina prenosa na downstream-u (tipično < 10 Mb/s)

DSLmodem

splitter

DSL pristupnimultiplekser

1-13

Introduction

Pristupna mreža: kućna mreža

Do ili od telefonske centrale

DSL modem

ruter, firewall, NAT

žični Ethernet (100 Mb/si više)

Bežična pristupna tačka

(54 Mb/s)

Bežičniuređaji

Obično u jednom uređaju

1-14

8

Introduction

Kompanijska pristupna mreža (Ethernet)

� Kompanije, univerziteti,... � 10 Mb/s, 100Mb/s, 1Gb/s, 10Gb/s brzinr prenosa� Danas se krajnji sistemi tipično povezuju na

Ethernet komutator

Ethernet komutator

Institucionalni mail,web serveri

institucionalni ruter

institucionalni link premaISP (Internet)

1-15

Introduction

Bežične pristupne mreže

� Dijeljeni bežični pristup❍ Preko bazne stanice ili pristupne tačke

wireless LAN:

� Unutar objekata (30m)

� 802.11b/g (WiFi): 11/54 Mb/s brzina prenosa

WAN bežični pristup

� Celularni pristup koji nudi operator, desetine kilometara

� izmeñu1 i10 Mb/s

� 3G, 4G: LTE

prema Internetu

premaInternetu

1-16

9

Uvod 1-17

Fizički medijum

� Bit: prenosi se prekopredajne/prijemne parice� fizički link: između

predajnika i prijemnika� “vođeni” medijum:

❍ Signali se prenose preko čvrstog medijuma: bakar,optičko vlakno, koaksijalac

� “ne vođeni” medijum:❍ Signali se prostiru slobodno,

npr., radio

Upredena parica� Dvije izolovane

bakarne žice❍ Kategorija 5 : 100Mb/s

i 1Gb/sEthernet❍ Kategorija 6: 10Gb/s

Ethernet

Uvod 1-18

Fizički medijum: koaksijalac, optičko vlakno

Koaksijalni kabal:� Dva koncentrična

bakarna provodnika� bidirekcioni� Osnovni opseg:

❍ jedan kanal na kablu❍ rani Ethernet

� Širokopojasni :❍ više kanala na kablu❍ HFC

Kabal sa optičkim vlaknima:� Stakleno vlakno prenosi svjetlosne

impulse, svaki impuls jedan bit� Rad na visokim brzinama:

❍ Brzi tačka-tačka prenosi (npr., nekoliko 100Gb/s)

� Nizak nivo greške: veće rastojanje između ripitera i imunitet u odnosu na elektromagnetni šum

10

Uvod 1-19

Fizički medijum: radio

� signal se prenosi elektromagnetnim spektrom� nema fizičke “žice”� bidirekcioni� Efekti propagacije:

❍ refleksija❍ difrakcija❍ interferencija

Radio link:� Zemaljski mikrotalasni (terrestrial

microwave)❍ npr. kanali do 45 Mb/s

� WLAN❍ 2Mb/s, 11Mb/s, 54Mb/s,

600Mb/s� wide-area (npr., celularni)

❍ 3G: stotine kb/s❍ 3.5G nekoliko Mb/s❍ 4G (LTE Advanced i IEEE

802.15m): 1Gb/s (DL), 500Mb/s (UL)

� satelitski❍ do 50Mb/s kanal (ili više užih

kanala)❍ 270 ms kašnjenje od kraja do

kraja❍ geostacionarni (GEO) vs.

niskoorbitni (LEO)?

Uvod 1-20

Okosnica mreže

� Skup međupovezanih rutera� Komutacija paketa (packet-

switching):❍ poruke se šalju preko mreže u

djelovima (paketima) iz kojih se na destinaciji rekonstruiše poruka

❍ Poruke se prosleđuju od rutera do rutera

❍ Svaki paket se prenosi maksimalnom brzinom prenosa koju obezbjeđuje link

11

Uvod

Komutacija paketa: uskladišti i proslijedi

� Potrebno je L/R sekundi da bi se paket veličine L bita prenio na link brzine R b/s

� Uskladišti i proslijedi:kompletan paket mora doći do rutera prije nego što se on proslijedi na naredni link

� Kašnjenje od kraja do kraja= 2L/R

(ako se zanemari kašnjenje uslijed

propagacije)

Primjer:� L = 7.5 Mb� R = 1.5 Mb/s� Kašnjenje uslijed

prenosa= 5 s

1-21

izvorR b/s

destinacija123

Paket veličine

L bita

R b/s

Uvod

Komutacija paketa: kašnjenje u redu čekanja, gubici

A

B

CR = 100 Mb/s

R = 1.5 Mb/sD

ERed čekanja paketa koji čekaju

slobodan link

1-22

Red čekanja i gubici: � Ako je dolazna brzina paketa približna brzini prenosa na linku u

odreñenom intervalu vremena:

� Paketi se smještaju u red čakanja, čekaju na oslobañanje linka

� Paketi se odbacuju ako nema dovoljno memorijskog prostora u baferu

12

Internet struktura: mreža svih mreža

� Krajnji sistemi se povezuju na Internet preko preko ISP-ova (Internet Service Providers)

� Rezidencijalni, kompanijski i univerzitetski ISP-ovi

� Pristupni ISP-ovi moraju biti meñupovezani.

� Tako da se izmeñu bilo koja dva hosta mogu razmjenjivati podaci

� Veoma kompleksna mreža svih mreža

� Evolucija je uzrokovana ekonomskim razlozima i nacionalnim politikama

Pitanja: kako povezati milione postojećih pristupnih ISP-ova?

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

PristupnamrežaPristupna

mreža

Pristupnamreža


13

Opcijation: povezati svakog sa svakim?

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža


mreža

Pristupnamreža

Neskalabilno rješenje: O(N2) konekcija.


Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža


mreža

Pristupnamreža

Opcija: povezati sve pristupne ISP na globalni tranzitni ISP? Korisnički ioperatorski ISP imaju ugovoreni odnos.

globalniISP


14

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža


mreža

Pristupnamreža

ISP je primamljiv biznis što privlači konkurenciju….

ISP B

ISP A

ISP C


Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža


mreža

Pristupnamreža

Konkurenit moraju biti povezani

ISP B

ISP A

ISP C

IXP

IXP

peering link

Internet exchange point


15

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža


mreža

Pristupnamreža

… pojavljuju se i regionalni ISP-ovi

ISP B

ISP A

ISP C

IXP

IXP

Regionalna mreža


Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža

Pristupnamreža


mreža

Pristupnamreža

… i content provider mreže (e.g., Google, Microsoft, Akamai ) grade sopstvene mreže kako bi servise “primakle” korisnicima

ISP B

ISP A

ISP B

IXP

IXP

Regionalna mreža

Content provider mreža


16

Uvod

� U centru: mali broj veoma dobro povezanih velikih mreža❍ “tier-1” komercijalni ISP-ovi (npr. Level 3, Sprint, AT&T, NTT), nacionalno &

međunarodno pokrivanje

❍ content provider mreža (npr. Google): privatna mreža koja povezuje data centre na Internet, obično zaobilazeći tier-1 i regionalne ISPove

1-31

pristupni ISP

pristupniISP

pristupni ISP

pristupni ISP

pristupni ISP

pristupni ISP

pristupni ISP

pristupni ISP

Regionalni ISP Regionalni ISP

IXP IXP

Tier 1 ISP Tier 1 ISP Google

IXP


Uvod

Tier-1 ISP: npr. Sprint

…

od/ prema korisnicima

peering

od/prema okosnici

…

………

POP: point-of-presence

1-32

17

Uvod 1-33

Kako nastaju gubici i kašnjenje?Paketi se smještaju u red čekanja (queue) u baferima rutera� Dolazna brzina paketa prevazilazi kapacitet odlaznog

linka� Paketi čekaju na slanje

A

B

paket se prenosi (kašnjenje)

Paketi čekaju (kašnjenje)

slobodni (dostupni) baferi: dolazni paketi se odbacuju(gube) ako nema slobodnih bafera

Uvod 1-34

Četiri izvora kašnjenja paketa

� 1. obrada u čvorištu:❍ Provjera greške na bitu❍ Utvrđivanje odlaznog linka❍ …

A

B

Propagacija

Prenos

Obrada u čvorištu Čekanje

� 2. Čekanje❍ Vrijeme čekanja za prenos

na odlaznom linku❍ Zavisi od nivoa zagušenosti

rutera❍ …

18

Uvod 1-35

Kašnjenje u mrežama sa komutacijom paketa

3. Kašnjenje uslijed prenosa:� R=kapacitet linka (b/s)� L=veličina paketa (bit)� Vrijeme slanja jednog

paketa po linku = L/R

4. Kašnjenje uslijed propagacije:� d = dužina fizičkog linka� s = brzina prostiranja po

medijumu (~2x108 m/sec)� Kašnjenje uslijed propagacije

= d/s

A

B

Propagacija

Prenos

Obrada učvorištu Čekanje

Napomena: s i R su dvije različite veličine

Uvod 1-36

Kašnjenje u čvorištu

� dproc = vrijeme obrade❍ tipično nekoliko mikrosekundi ili manje

� dqueue = kašnjenje uslijed čekanja❍ zavisi od zagušenja

� dtrans = kašnjenje uslijed prenosa❍ = L/R, značajno na linkovima malih kapaciteta

� dprop = vrijeme propagacije❍ nekoliko mikrosekundi do nekoliko stotina milisekundi

proptransqueueprocnodal ddddd +++=

19

Uvod 1-37

Kašnjenje uslijed čekanja

� R=kapacitet linka (b/s)� L=veličina paketa (bit)� a=srednja dolazna

brzina paketa

Intenzitet saobraćaja = La/R

� La/R ~ 0: srednje kašnjenje uslijed čekanja je malo� La/R -> 1: kašnjenje postaje veliko� La/R > 1: više saobraćaja “dolazi”

nego što može da “ode”, srednje kašnjenje je beskonačno!

Srednje kašnjenje uslijed čekanja

La/R ~ 0

La/R -> 1

Uvod 1-38

“Realna” Internet kašnjenja i rute

� Kako izgledaju “realna” Internet kašnjenja & gubici? � Traceroute: daje mjerenja kašnjenja od izvora do

rutera duž Internet puta od kraja izvora do kraja do destinacije. Za svako i:

❍ šalje tri paketa koji će dostići ruter i na putu do destinacije

❍ ruter i će vratiti paket pošiljaocu❍ pošiljalac mjeri vrijeme između slanja i odgovora.

3 mjerenja

3 mjerenja

3 mjerenja

20

Uvod 1-39

Gubitak paketa

� Red čekanja (bafer) ima konačan kapacitet

� Kada paket dođe do popunjenog reda čekanja paket se odbacuje (gubitak)

� Izgubljeni paket se može ponovo poslati od strane prethodnog čvora, ili izvorišnog krajnjeg sistema ili se ponovo ne šalje

B

paket je poslat

paket dolazi na punibafer i biva izgubljen

bafer (prostor za čekanje)A

Uvod 1-40

Propusnost

� propusnost: brzina (b/s) kojom se biti prenose od pošiljaoca do destinacije❍ trenutna: brzina u posmatranom trenutku❍ srednja: prosječna brzina tokom dužeg

intervala

server, sa fajlomveličine F bita, koji

se šalje klijentu

Kapacitet linkaRs

b/Kapacitet linka

Rc

b/sserver šalje bite

(fluid) u cijev

21

Uvod 1-41

Propusnost (više)� R

s< R

cKoliko iznosi srednja propusnost od kraja do kraja?

� Rs

> Rc

Koliko iznosi srednja propusnost od kraja do kraja?

link koji ograničava propusnost

“bottleneck” link

Rs

b/s Rc

b/s

Rs

bits/sec Rc

bits/sec

Uvod 1-42

Propusnost: Internet scenario

10 konekcija na fer način dijele “bottleneck” link okosnice

kapaciteta R b/s

� Propusnost po konekciji:min(R

c,R

s,R/10)

�U praksi: Rc

ili Rs

je obično “bottleneck”

Rs

Rs

Rs

Rc

Rc

Rc

R

22

Uvod 1-43

Internet arhitektura� Aplikacija: podržava mrežne

aplikacije❍ FTP, SMTP, STTP

� Transport: host-host prenos podataka

❍ TCP, UDP

� Mreža: rutiranje datagrama od izvora do destinacije

❍ Internet Protocol (IP), rutirajućiprotokoli

� Link : prenos podataka između susjednih mrežnih elemenata

❍ PPP, Ethernet

� Fizički: biti “po žici”

Nivo aplikacije

Nivo transporta

Nivo mreže

Nivo linka

Fizički nivo

Uvod 1-44

ISO/OSI referentni model� prezentacija: dozvaljava

aplikacijama razumijevanje značenja podataka, npr., enkripcije, kompresija,...� Sesija: sinhronizacija, oporavak

razmjene podataka,...� Internet nema ove nivoe!

❍ Ovi servisi ako su potrebni se implementiraju unutar nivoa aplikacije

Nivo aplikacije

Nivo prezentacije

Nivo sesijeNivo transporta

Nivo mreže

Nivo linka

Fizički nivo

23

Uvod

izvor

aplikacijatransport

mrežalink

fizički

HtHn M

segment Ht

datagram

destinacija

aplikacijatransport

mrežalink

fizičkiHtHnHl M

HtHn M

Ht M

M

mrežalink

fizički

linkfizički

HtHnHl M

HtHn M

HtHn M

HtHnHl M

ruter

komutator

Encapsulationporuka M

Ht M

Hn

okvir

1-45

Uvod

2005-danas� ~750 miliona hostova

❍ Pametni telefoni i tableti

� Agresivna implementacija širokopojasnog pristupa� Povećanje sveprisutnosti veoma brzog bežičnog

pristupa� Ekspanzija društvenih mreža:

❍ Facebook: milijarda korisnika

� Provajderi servisa(Google, Microsoft) kreiraju sopstvene mreže❍ zaobilaze Internet, obezbjeđuju “trenutni” pristup

pretraživanju, email,...� E-commerce, univerziteti, kompanije implementiraju

sopstvene servise u “cloud” (npr, Amazon EC2)

Internet danas

1-46

računarske mreže (napredni kurs) - ivan drakic · pdf fileračunarske mreže, poslovne...

Documents