computer networks and the internet 2011-02-19
TRANSCRIPT
1.5 Internet structure & ISPsInternet backbone:
Tuyến đường chuyển đổi dữ liệu lớnHạ tầng kết nối giữa các mạng với nhauHỗ trợ chuyển dữ liệu, thông tin giữa các quốc gia,
các vùng địa lý khác nhau trên khắp thế giới.ISP (Internet Service Provider)
Tier 1: không cần thiết phải trả chi phí cho IP, kết nối ngang hàng với tier 1 khác
Tier 2: trả chi phí IP, và trả chi phí cho một số phần của internet
Tier 3: trả chi phí cho các mạng khác để có thể tiếp cận được internet
Tier-1 networksRoughly hierarchicalAt center: “tier-1” ISP (e.g UUNet,
BBN/Genuity, Sprint, AT&T, …), national/international coverage
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier-1 providers interconnect (peer) privately
NAP
Tier-1 providers also interconnect at public network access points (NAPs)
Tier 1 ISPs
Tier 2 ISPsQuy mô nhỏ hơn (thông thường theo từng khu
vực)Kết nối với 1 hay nhiều hơn Tier 1 ISPKết nối với Tier 2 ISP khác
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
NAP
Tier-2 ISPTier-2 ISP
Tier-2 ISP Tier-2 ISP
Tier-2 ISP
Tier-2 ISP pays tier-1 ISP for connectivity to rest of Internet tier-2 ISP is customer oftier-1 provider
Tier-2 ISPs also peer privately with each other, interconnect at NAP
Tier 3 ISP (local ISP)Điểm chuyển cuối, gần với người dùng nhất
(end-user)
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
NAP
Tier-2 ISPTier-2 ISP
Tier-2 ISP Tier-2 ISP
Tier-2 ISP
localISPlocal
ISPlocalISP
localISP
localISP Tier 3
ISP
localISP
localISP
localISP
Local and tier- 3 ISPs are customers ofhigher tier ISPsconnecting them to rest of Internet
Internet Connectivity Distribution
ISP: Internet Service ProviderPoP: Point of presenceIXP: Internet exchange point
Network of Networks
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
NAP
Tier-2 ISPTier-2 ISP
Tier-2 ISP Tier-2 ISP
Tier-2 ISP
localISPlocal
ISPlocalISP
localISP
localISP Tier 3
ISP
localISP
localISP
localISP
Chapter 1: Roadmap1.1 What is the Internet?1.2 Network edge1.3 Network core1.4 Network access and physical media1.5 Internet structure and ISPs 1.6 Delay & loss in packet-switched
networks1.7 Protocol layers, service models1.8 History
Delay & Loss in Packet-Switched NetworksWhat can happen to a packet as it travels
from source to destination host?
A
B
packet being transmitted (delay)
packets queueing (delay)
free (available) buffers: arriving packets dropped (loss) if no free buffers
Delay typesNodal processing delay: sự chậm trễ tại
routerQueuing delay: sự chậm trễ ở hàng đợi
buffersTransmission delay: thời gian cần thiết để
truyền tảiPropagation delay: là tỷ lệ chậm trễ giữa
khoảng cách và tốc độ truyền giữa 2 routers.
A
B
propagation
transmission
nodalprocessing queueing
Nodal Processing DelayThời gian cần thiết
Kiểm tra packet headerXác định đường đi và địa chỉ đến kế tiếpKiểm tra lỗi bit-levelChuyển packet đến hàng đợi.(queue – buffer)
Queuing DelayThời gian chờ đợi đến lượt chuyển đi của
packetSự chậm trễ ở hàng đợi (queue) phụ thuộc
vàoSố lượng packets có trên hàng đợiSự tắc nghẽn hay thông thoáng trên đường
truyền.
Transmission delayStore-and-forward delay được tính theo công
thức L/RThời gian để truyền xong packet vào liên kếtKí hiệu
Dung lượng của packet (length of packet): L (bits)
Tốc độ truyền (transmission rate): R (bits/sec)Ex: Tốc độ của Ethernet link là 10Mbps thì R =
10Mbps
Propagation delayThời gian cần thiết để truyền packet từ điểm
nguồn (source) đến điểm đích (destination) (e.g. from router A to router B).
Propagtion speed phụ thuộc vào phương tiện vật lý của liên kết. (multimode fiber, twisted-pair copper wire, etc)
2*108 meters/sec – 3*108 meters/secKhoảng cách giữa 2 router là d, tốc độ truyền
của liên kết giữa 2 router là sPropagation delay là tỷ lệ giữa khoảng cách liên
kết và tốc độ truyền (d/s)
Caravan analogy
Car s travel “propagate” at 100 km/hr. A caravan 10 cars travel together
Car ~ bit, caravan ~ packet Toll booth takes 12 seconds to service a car (e.g. transmit a bit) First car arrives at a toll booth, and waits for 9 cars have arrived (a
caravan cars must be stored at the toll booth before forwarded). Time to push out a caravan to high way from toll booth 1
12 seconds*10 cars = 120 seconds = 2 minutes Time for last car propagate from 1st to 2nd toll booth
toll booth
toll booth
ten-car caravan
100 km
100 km
Nodal delay
dproc = processing delayThông thường khoảng vài micro giây
dqueue = queue delayPhụ thuộc vào mật độ trên đường truyền
dtrans = transmission delay= L/R, phụ thuộc vào tốc độ đường truyền
dprop = propagation delayKhoảng một vài đến hàng trăm micro giây.
proptransqueueprocnodal ddddd
Queuing Delay (revisited)R = link bandwidth (bps)L = packet length (bits)a = average packet arrival rate
La/R ~ 0: average queuing delay smallLa/R -> 1: delays become largeLa/R > 1: more “work” arriving than can be serviced,
average delay infinity.The golden rules in trafiic: design system La/R <= 1
Traffic intensity = La/R
Real Internet “Delay and Routes”Traceroute program: cung cấp các chỉ số
chậm trễ từ nguồn (source) đến router trên đường đến đích (destination)Gửi 3 packets đến router kế tiếpRouter sẽ gửi trả lời cho người gửiKhoảng thời gian giữa gửi và nhận
(transmission and reply)
3 probes
3 probes
3 probes
Real Internet “Delay and Routes”
Three dealy measurements from server to router “10.33.6.20”
Means no response (probe lost, router not replying)
Packet lossQueue has finite capacity of buffer (depend on
switch design and cost)When packet arrives to full queue, packet is
dropped (packet lost)The fraction of lost packet increase the traffic
intensityThe performance of node is often measured not
only delay but also the probability of packets loss.
A lost packet maybe retransmitted on an end-to-end
End-to-End Delay
…
Q – 1 routersdproc = processing delay at each routerdtrans = transmission delay at each router = L/Rdprop = propagation delay between each pair routerR is transmission rate out of each router and out of source hostL is packet size
Source Destination
dend-to-end = Q(dproc + dtrans + dprop)
Chapter 1. Roadmap1.1 What is the Internet?1.2 Network edge1.3 Network core1.4 Network access and physical media1.5 Internet structure and ISPs1.6 Delay & loss in packet-switched
networks1.7 Protocol layers, service models1.8 History
Protocol “layers”Networks are
complex! many “pieces”:
hostsrouterslinks of various
mediaapplicationsprotocolshardware,
software
Question: Is there any hope of organizing structure
of network?
Or at least our discussion of
networks?
Organize of air travelticket (purchase)
baggage (check)
gates (load)
runway takeoff
airplane routing
ticket (complain)
baggage (claim)
gates (unload)
runway landing
airplane routing
airplane routing
a series of steps
Organize of air travel (difference view)
ticket (purchase)
baggage (check)
gates (load)
runway takeoff
airplane routing
ticket (complain)
baggage (claim)
gates (unload)
runway landing
airplane routing
airplane routing
Layers: each layer implements a servicevia its own internal-layer actionsrelying on services provided by layer below
Layered air travel: servicesCounter-to-counter delivery of person+bags
baggage-claim-to-baggage-claim delivery
people transfer: loading gate to arrival gate
runway-to-runway delivery of plane
airplane routing from source to destination
Distributed implementation of layer functionality
ticket (purchase)
baggage (check)
gates (load)
runway takeoff
airplane routing
ticket (complain)
baggage (claim)
gates (unload)
runway landing
airplane routing
airplane routing
Dep
art
ing
air
port
arr
ivin
g
air
port
intermediate air traffic sites
airplane routing airplane routing
Tại sao phải phân lớp?Dùng cho các hệ thống phức tạp
xác định rõ ràng cấu trúc, mối liên hệ tương quan giữa các thành phần. Phân lớp nhằm tạo mô hình tham chiếu (tham khảo)
Dễ dàng duy trì, bảo dưỡng, và nâng cấp Khả năng thay đổi chức năng hay dịch vụ của từng
lớp mà không làm ảnh hưởng tới các lớp khác.
Internet Protocol Stackapplication: supporting network
applicationsFTP, SMTP, HTTP
transport: host-host data transferTCP, UDP
network: routing of datagrams from source to destinationIP, routing protocols
link: data transfer between neighboring network elementsPPP, Ethernet
physical: bits “on the wire”
application
transport
network
link
physical
Layering: logical communicationapplicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
networklink
physical
Each layer:distributed“entities”
implement layer functions at each node
entities perform actions, exchange messages with peers
Layering: logical communicationapplicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
networklink
physical
data
data
data
transport
transport
ack
E.g.: transport take data from
appadd addressing,
reliability check info to form “datagram”
send datagram to peer
wait for peer to ack receipt
analogy: post office
Layering: physical communicationapplicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
networklink
physical
data
data
Protocol layering and data
applicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
source destination
M
M
M
M
Ht
HtHn
HtHnHl
M
M
M
M
Ht
HtHn
HtHnHl
message
segment
frame
Each layer takes data from aboveadds header information to create new data
unitpasses new data unit to layer below
Chapter 1. Roadmap1.1 What is the Internet?1.2 Network edge1.3 Network core1.4 Network access and physical media1.5 ISPs and Internet backbones1.6 Delay & loss in packet-switched
networks1.7 Internet structure and ISPs1.8 History
Internet History1961-1972: Early packet-switching principles
1961: Kleinrock - queueing theory shows effectiveness of packet-switching
1964: Baran - packet-switching in military nets
1967: ARPAnet conceived by Advanced Research Projects Agency
1969: first ARPAnet node operational
1972: ARPAnet
demonstrated publiclyNCP (Network Control
Protocol) first host-host protocol
first e-mail programARPAnet has 15 nodes
Internet History1972-1980: Internetworking, new and proprietary nets
1970: ALOHAnet satellite network in Hawaii
1973: Metcalfe’s PhD thesis proposes Ethernet
1974: Cerf and Kahn - architecture for interconnecting networks
late70’s: proprietary architectures: DECnet, SNA, XNA
late 70’s: switching fixed length packets (ATM precursor)
1979: ARPAnet has 200 nodes
Cerf and Kahn’s internetworking principles:minimalism, autonomy
- no internal changes required to interconnect networks
best effort service model
stateless routersdecentralized control
define today’s Internet architecture
Internet History1990, 2000’s: commercialization, the Web, new apps
Early 1990’s: ARPAnet decommissioned
1991: NSF lifts restrictions on commercial use of NSFnet (decommissioned, 1995)
early 1990s: Webhypertext [Bush 1945,
Nelson 1960’s]HTML, HTTP: Berners-Lee1994: Mosaic, later
Netscape late 1990’s:
commercialization of the Web
Late 1990’s – 2000’s:more killer apps:
instant messaging, peer2peer file sharing (e.g., Naptser)
network security to forefront
est. 50 million host, 100 million+ users
backbone links running at Gbps
Problems1. Giả sử rằng giữa máy tính nhận và máy tính gửi
có 1 router. Tỷ lệ chuyển đổi dữ liệu giữa máy tính gửi và router, và giữ router với máy tính nhận lần lượt là R1 và R2. Giả sử router sử dụng chuyển mạch gói lưu trữ và chuyển tiếp (store-and-forward). Hãy xác định tổng chậm trễ end-to-end để gửi một gói tin có độ lớn L. (Bỏ qua sự chậm trễ ở hàng đợi và truyền dữ liệu trên liên kết.)
R1 R2
Tính dend-to-end = ?
2. Có 2 host A và B kết nối với nhau qua đường truyền có tốc độ R bps. Khoảng cách giữa A và B là m meters, cho rằng tốc độ truyền dữ liệu (propagation speed) trên đường truyền là s meters/s. Host A gửi một packet có dung lượng L bits đến host B.
- Viết công thức tính propagation delay, dprop , sử dụng m và s.
- Xác định thời gian truyền (transmission time), dtrans , sử dụng L và R.
- Giả sử s = 2.5*108 m/s, L = 100 bits, R = 28kpbs. Tìm khoảng cách m giữa sao cho dprop = dtrans .