Internetworking

1. Internetworking Internetworking-arkkitehtuuri Internet

2. Internetworking, yleistä • Nimensä mukaisesti tekniikka useiden verkkojen yhdistämiseen yhdeksi suureksi verkoksi • tekniikka sisältää laitteistollisia ja ohjelmistollisia osia • tuloksena laajempi verkko, internet • Luennoilla aikaisemmin käsiteltyjen asioiden yhdistäminen samaan pakettiin • verkon eri komponenttien käsittely • kerrosmallin eri osien yhteistyö

3. Internetworking, vaatimukset • Linkit verkkojen välillä • fyysinen linkki ja linkinhallinta • Reititys ja datan siirto verkkojen välillä • reitittimet, sillat • Tietojen ylläpito eri verkoista • Ei muutoksia olemassaoleviin verkkoihin • tuki erilaisille osoitteille, pakettien koolle, liityntätekniikoille, virheenkorjaukselle, jne.

4. Internetworking, palvelun kuvaus • Internet tarjoaa mahdollisuuden hajautettujen sovellusten datan vaihtoon • tyypillisesti asiakas / palvelin, joskus ohjelma toimii molempina (peer-to-peer –sovellukset) • kaksi palvelua sovelluskerroksen protokollille: • yhteydellinen luotettava palvelu, TCP • yhteydetön epäluotettava palvelu, UDP

5. Internetworking, arkkitehtuuri • Komponentit • Verkon eri osat: pakettikytkimet ja linkit muodostavat pakettikytkentäisen verkon, jota verkkoasemat käyttävät • komponentit keskustelevat protokollien avulla • Protokollamalli • kerrokset: fyysinen (physical), linkki (link / network access), verkko (network / IP), kuljetus (transport / TCP), sovellus (application) • Keskeiset protokollat: IP, TCP, UDP

6. Arkkitehtuuri LINKKEJÄ VERKKOASEMA PAKETTIKYTKIN

7. Arkkitehtuuri

8. Pakettikytkimet • Pakettikytkimiä on kahta päätyyppiä: silta ja reititin • Silloissa toteutettu alimmaiset protokollakerrokset 1 ja 2 (fyysinen, linkki) • Liitetään samanlaisia verkkoja toisiinsa • 2 kerroksen kytkimet • Reitittimet toimivat 3 alimmalla kerroksella (fyysinen, linkki, verkko/IP) • Liitetään erilaisia verkkoja toisiinsa • 3 kerroksen kytkimet

9. Protokollamalli • Internetissä käytetty protokollamalli on TCP/IP

10. Fyysinen kerros • Liityntä siirtotielle • eri siirtotiet (parikaapeli, optinen kuitu, radio) datanopeudet, signaalityypit • mekaaniset, elektroniset, toiminnalliset vaatimukset ja menettelytavat

11. Linkkikerros • tarjoaa linkinhallinnan erilaisten fyysisten kerrosten yli (linkin muodostus, ylläpito ja poisto) • esim. Ethernetin MAC / LLC • Siltojen toiminta linkkikerroksella • Siirtotien käyttöä voidaan tehostaa kanavoinnilla (FDM, TDM, CDM) • ARP (address resolution protocol) muuntaa IP-osoitteiden ja linkkikerrosten osoitteiden välillä

12. Verkkokerros, IP • Mahdollistaa useiden yhteenkytkettyjen verkkojen käytön datan siirrossa • Internet-protokolla (IP) mahdollistaa verkkojen välisen pakettien reitityksen lisäämiensä IP-osoitteiden avulla • jokaisella internetin komponentilla tulee olla IP-osoite • verkkokerroksella myös reititysprotokollat • RIP, OSPF, BGP • multicast routing

13. Internet Protocol, IP • Tärkeä osa verkkokerrosta (usein verkkokerros nimettykin IP:ksi) • IPv4-osoitteet 32-bittisiä, mahdollistaa 2^32 osoitetta • usein esitetään pisteillä erotettuina desimaaleina • esim. 157.24.24.23: 157 ekat 8 bittiä, 24 toiset 8 bittiä, jne., binaarimuodossa 10011101 00011000 00011000 00010111 , desimaaleina 2635601943 • osoite jaettu verkko-osaan ja verkkoasema-osaan, osien suuruudet muuttuvia (esim. /8, /16, /24) • mitä isompi osa kuvaa verkkoa, sitä vähemmän verkossa voi olla asemia

14. IP, verkko-osa /24 tarkoittaa, että 24 bittiä kuvaa verkko-osaa Näissä verkoissa verkkoasemille jätetty 2^8 (=255) osoitetta

15. IP, reititys

16. IP, lisäominaisuuksia • Mobile IP tarjoaa verkkokerroksen liikkuvuuden • asemalla home address ja vieraassa verkossa care-of-address • kotiagentti ohjaa home address –osoitteeseen tulevat paketit CoA-osoitteeseen • Tulevaisuus: IPv6 • 128-bittiset osoitteet, useita lisäominaisuuksia

17. Kuljetuskerros • Tarjoaa päästä-päähän tiedonsiirron sovelluskerroksen käyttöön • vain verkkoasemissa, ei reitittimissä • luotettavan yhteydellisen tarjoaa TCP, epäluotettavan yhteydettömän UDP • Useiden sovelluskerroksen protokollien kanavointi porttinumeroiden avulla • TCP socket (source IP, source port, destination IP, destination port) • UDP socket (dest IP, dest port)

18. Sovelluskerros • Tarjoaa sovelluksille mahdollisuuden käyttää verkkoa • useita protokolla, esim. HTTP, FTP • esimerkkejä sovelluskerroksen protokollia käyttävistä sovelluksista: • WWW (protokollana HTTP) • sähköposti (protokollina IMAP, POP, SMTP) • pikaviestiohjelmat: ICQ, AIM, jne. (protokollana usein HTTP tai valmistajakohtainen)

19. Esimerkkisovelluksia, WWW • World Wide Web sai aikaan internetin räjähdysmäisen kasvun 1990-luvulla • WWW keksitty 1989-1991 • Tim Berners-Lee ja kumppanit esittivät tekniikat HTML, HTTP, web server, web browser • ensimmäiset selaimet rivimuodossa, myöhemmin graafiset (Mosaic, Netscape, IE, Opera, jne.) • HTML:n lisäksi kuvia ja muita dokumenttimuotoja

20. Esimerkkiprotokolla, DNS • Ihmiset muistavat yleensä verkkoasemien nimet paremmin kuin osoitteena olevat pitkät numerosarjat, mutta nimet eivät kerro oikeastaan mitään palvelun sijainnista tai reitityksestä • nimipalvelu DNS (Domain name system) on sovelluskerroksen protokolla, joka tarjoaa muunnoksen verkkoaseman tunnuksen (host name) ja IP-osoitteen välillä • esim. athamala@beorn:~> host www.lut.fi www.lut.fi. has address 157.24.8.108

21. Esimerkkiprotokolla, DNS • DNS tarjoaa normaalin hostname-IP –muunnoksen lisäksi • verkkoasemien aliakset • monta nimeä samalla osoitteella • kuorman jakamisen • sama nimi useilla eri palvelimilla – nimipalvelu antaa osoitteet eri DNS-pyyntöihin vastauksina osoitteet eri järjestyksessä

22. Esimerkki • Esimerkissä haetaan HTML-muotoinen dokumentti www.lut.fi -nimiseltä HTTP-palvelimelta • http://www.lut.fi/fi/index.html • Käyttäjä kirjoittaa halutun sivun URL:n selaimen osoitekenttään • Selainohjelma parsii URL:stä erilleen hostname- ja tiedostonimi-osat (http:// viittaa HTTP-protokollaan) • www.lut.fi • /fi/index.html

23. Esimerkki • Selainohjelma tekee nimipyynnön DNS-palvelimelta saadakseen nimeä www.lut.fi vastaavan IP-osoitteen • käyttäjälle näkymätön palvelu • kuljetuskerroksella DNS-kysely paketoidaan UDP-datagrammiin • kohde-IP oletusnimipalvelimen IP, kohdeportti 53 (DNS) • verkkokerroksen reititysprotokolla asettaa paketin lähtemään reitityssääntöjen mukaisesti kohti seuraavaa hyppyä reitillä DNS-palvelimelle • antaa paketin linkkikerrokselle, joka siirtää sen fyysisen kerroksen kautta

24. Esimerkki • Linkkikerros huolehtii DNS-paketin siirtämisestä fyysisen kerroksen yli • DNS-vastaus tulee samalla tavalla takaisin, ja selainohjelma ottaa siitä IP-osoitteen (157.24.8.108) ylös • Koska HTTP käyttää TCP:tä, selainohjelma lähettää TCP-yhteydenmuodostuspyynnön IP-osoitteeseen 157.24.8.108 HTTP:n oletusporttiin 80 • TCP socket sisältää asiakasaseman IP:n ja portin (selain pyytänyt järjestelmältä), kohde-IP:n 157.24.8.108, ja portin 80 • yhteydenmuodostuspyyntö reititetään normaalisti

25. Esimerkki • Palvelin hyväksyy yhteydenmuodostuksen • looginen yhteys muodostettu • Selain lähettää HTTP-pyynnön yhteyden yli • Pyyntö sisältää pyyntörivin (GET) lisäksi joitain otsikkorivejä: GET /fi/index.html HTTP/1.1Host: www.lut.fiConnection: closeUser-Agent: Mozilla/5.0 (Windows; U; Windows NT 5.1; rv:1.7.3)Gecko/20040913 Firefox/0.10 • Viesti lähetetään muodostetun TCP-yhteyden yli (yhteyden tiedot sisältävät lähde- ja kohde-IP:t ja portit) – TCP tarjoaa luotettavan siirron • Verkko-, linkki- ja fyysinen kerros toimivat kuten aikaisemmilla paketeilla

26. Esimerkki • Palvelin vastaa HTTP-vastauksella, data sisältää otsikkokenttiä ja sivun HTML-muodossa HTTP/1.1 200 OKConnection: closeDate: Wed, 06 Oct 2004 8:00 GMTServer: Apache/2.0.40Content-Length: xxxxContent-Type: text/html (data . . . ) • Selain parsii sivun ja näyttää sen käyttäjälle • mikäli sivu sisältää kuvia tms., selain tekee samanlaiset pyynnöt niistä palvelimelle kuin itse HTML-sivustakin • TCP-yhteys puretaan, ja asiakasohjelma vapauttaa varaamansa portin

27. Internet Service Provider, ISP • Yleensä verkkoasema liittyy Internetiin ISP:n kautta (internet-palvelujen tarjoaja) • asuinliittymät, yrityslittymät, mobiilit liittymät • palveluiden tarjoajat hierarkkisesti, paikalliset ISP:t tarjoavat yhteydet suoraan asiakkaille, ja käyttävät korkeamman tason ISP:n palvelua itse • ylinnä hierarkiassa tason 1 (tier-1) palveluntarjoajat, joiden verkon nopeudet saattavat olla gigabittejä sekunnissa