Kntjt v v v v Henri Aalto Jussi

Kääntäjät v v v v Henri Aalto Jussi Hakkila Janne Laatunen Simo Halinen Simo Pöntynen Katriina Korpinen Juho Ikävalko Introduction 1 -1

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 Power. Point form so you see the animations; and 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: v If you use these slides (e. g. , in a class) that you mention their source (after all, we’d like people to use our book!) v If you post any slides 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 Muokattu versio All material copyright 1996 -2012 J. F Kurose and K. W. Ross, All Rights Reserved Computer Networking: A Top Down Approach 6 th edition Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley March 2012 Introduction 1 -2

Luku 1 Johdanto Huomioita näiden diojen käytöstä: Me teemme näiden diojen käytön avoimeksi kaikille (tiedekunnille, opiskelijoille ja lukijoille). Ne ovat Power. Point –muodossa, joten näet animaatioita ja voit lisätä, muokata ja poistaa dioja (myös tämän) ja täten mukauttaa sisällön itsellesi sopivaksi. Diat kuvaavat meidän suurta työpanostamme. Täten diojen uudelleenjulkaisua ajatellen, me pyydämme seuraavaa: v v Jos käytät näitä dioja (esim. luokassa) mainitsethan niiden lähteen. (suosittelemme myös kirjamme käyttöä!) Jos lisäät joitain dioja verkkoon, ilmoitathan, että ne ovat muokattuja versioita (tai samoja) kuin meidän diamme ja mainitse myös meidän kopiointioikeus tähän materiaaliin. Kiitos! JFK/KWR Computer Networking: A Top Down Approach 6 th edition Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley March 2012 All material copyright 1996 -2012 J. F Kurose and K. W. Ross, Kaikki oikeudet pidätetään Introduction 1 -3

Chapter 1: introduction our goal: v get “feel” and terminology v more depth, detail later in course v approach: § use Internet as example overview: v v v v what’s the Internet? what’s a protocol? network edge; hosts, access net, physical media network core: packet/circuit switching, Internet structure performance: loss, delay, throughput security protocol layers, service models history Introduction 1 -4

Kappale 1: Johdanto meidän tavoitteemme: v Saada ”tuntumaa” ja oppia terminologiaa v Enemmän syvällisyyttä ja yksityiskohdat myöhemmin kurssin aikana v Lähestyminen: § Käytetään esimerkkinä Internetiä yleiskatsaus: v v v v Mikä on internet? Mikä on protokolla? verkkorajapinta; hostit, pääsy verkkoon, fyysinen media Verkon ydin: paketti/piiri kytkentä, Internetin rakenne suorituskyky: puute, viive, suoritusteho tietoturva Protokollakerrokset, palvelumallit historia Introduction 1 -5

Chapter 1: roadmap 1. 1 what is the Internet? 1. 2 network edge § end systems, access networks, links 1. 3 network core § packet switching, circuit switching, network structure 1. 4 delay, loss, throughput in networks 1. 5 protocol layers, service models 1. 6 networks under attack: security 1. 7 history Introduction 1 -6

Kappale 1: Sisällys 1. 1 mikä on internet? 1. 2 verkkorajapinta § päätesysteemit, liityntäverkot, linkit 1. 3 verkkoydin § pakettikytkentä, piirikytkentä, verkon rakenne 1. 4 viive, puute, verkkojen suoritusteho 1. 5 protokollakerrokset, palvelumallit 1. 6 verkot uhattuna: tietoturva 1. 7 historia Introduction 1 -7

What’s the Internet: “nuts and bolts” view PC server v millions wireless laptop smartphone of connected computing devices: § hosts = end systems § running network apps v communication links § fiber, copper, radio, satellite § transmission rate: bandwidth wireless links wired links v router mobile network global ISP home network regional ISP Packet switches: forward packets (chunks of data) institutional network § routers and switches Introduction 1 -8

Mikä on Internet: (perusasiat) yleiskatsaus PC Miljoonia kytkettyjä tietokonelaitteita: serveri § hostit = langaton päätesysteemit kannettava § Päällä olevat älypuhelin verkkosovellukset v mobiiliverkko Globaali ISP (internetpalvelunt ar-joaja) kotiverkko Viestintä (kommunikointi) Langatto-linkit mat linkit § kuitu, kupari, Langalliset radio, satelliitti linkit § välitysaste: kaistanleveys v v reititin Pakettikytkennät: etupaketit (suuri määrä dataa) § reitittimet ja kytkimet paikallinen ISP yritysverkko Introduction 1 -9

“Fun” internet appliances Web-enabled toaster + weather forecaster IP picture frame http: //www. ceiva. com/ Tweet-a-watt: monitor energy use Slingbox: watch, control cable TV remotely Internet refrigerator Internet phones Introduction 1 -10

“Huvi” internet laitteet Web-pohjainen leivänpaahdin+ Sään ennustaja IP kuvakehys http: //www. ceiva. com/ Tweet-a-watt: Energian käyttö monitori Internet jääkaappi Slingboksi: kello, Kontrolli kaapeli TV kaukosäädin Internet puhelimet Introduction 1 -11

What’s the Internet: “nuts and bolts” view v Internet: “network of networks” mobile network § Interconnected ISPs v protocols control sending, receiving of msgs § e. g. , TCP, IP, HTTP, Skype, 802. 11 v global ISP home network Internet standards regional ISP § RFC: Request for comments § IETF: Internet Engineering Task Force institutional network Introduction 1 -12

Mikä on internet: “pähkinät ja pultit” (perusasiat) yleiskatsaus v Internet: “verkkojen verkko” mobiiliverkko globaali ISP § Toisiinsa kytketyt ISPit v protokollien ohjaus lähettäminen, vastaanottavat viestit kotiverkko paikallinen ISP § e. g. , TCP, IP, HTTP, Skype, 802. 11 v Internet standardit § RFC: Request for comments § IETF: Internet Engineering Task Force yritysverkko Introduct ion 1 -13

What’s the Internet: a service view v Infrastructure that provides services to applications: § Web, Vo. IP, email, games, e-commerce, social nets, … v mobile network global ISP home network regional ISP provides programming interface to apps § hooks that allow sending and receiving app programs to “connect” to Internet § provides service options, analogous to postal institutional network Introduction 1 -14

Mikä internet on palvelunäkökulmasta? v Infrastruktuuri, joka toimittaa palveluita sovelluksille § v § global ISP verkko, äänen lähettäminen IP: n yli, sähköposti, pelit, sähköinen kaupankäynti, sosiaaliset verkot… Tarjoaa ohjelmointirajapinnan sovelluksille. § mobile network home network Palveluita, jotka tarjoavat sovelluksille yhteyden internetiin. Tarjoaa palveluvaihtoehtoja. Analogia postipalveluiden kanssa. regional ISP institutional network Introduction 1 -15

What’s a protocol? human protocols: v v v “what’s the time? ” “I have a question” introductions … specific msgs sent … specific actions taken when msgs received, or other events network protocols: v v machines rather than humans all communication activity in Internet governed by protocols define format, order of msgs sent and received among network entities, and actions taken on msg transmission, receipt Introduction 1 -16

Mikä on protokolla? Ihmisten protokollat: v v v “Paljonko kello on? ” “Minulla on kysymys” Tervehdykset Tietoverkkojen protokollat: v v … Tietty viesti lähetetty. . . tehdään tietyt toimenpiteet kun viestit tai muut tapahtumat vastaanotetaan ennemmin koneille kuin ihmisille kaikki kommunikointi internetissä protokollien ohjaamana protokollat määräävät formaatin, järjestyksen jolla viestit lähetetään ja vastaanotetaan verkkopalveluiden kesken, ja mitä tehdään kun viesti välitetään Introduction 1 -17

What’s a protocol? a human protocol and a computer network protocol: Hi TCP connection request Hi TCP connection response Got the time? Get http: //www. awl. com/kurose-ross 2: 00 <file> time Q: other human protocols? Introduction 1 -18

Mikä on protokolla? ihmisten välinen protokolla ja tietokoneiden välinen protokolla: Hei TCP-yhteys pyyntö Hei TCP yhteys vastaus Paljonko kello on? Pyydetään url-sivu http: //www. awl. com/kurose-ross Lähetetään sivun tiedot 2: 00 Aika Kysymys: Muita ihmisten protokollia? Introduction 1 -19

Chapter 1: roadmap 1. 1 what is the Internet? 1. 2 network edge § end systems, access networks, links 1. 3 network core § packet switching, circuit switching, network structure 1. 4 delay, loss, throughput in networks 1. 5 protocol layers, service models 1. 6 networks under attack: security 1. 7 history Introduction 1 -20

Luku 1: Sisällys 1. 1 what is the Internet? 1. 2 Verkkorajapinta § päätesysteemit, pääsyverkostot, linkit 1. 3 network core § packet switching, circuit switching, network structure 1. 4 delay, loss, throughput in networks 1. 5 protocol layers, service models 1. 6 networks under attack: security 1. 7 history Introduction 1 -21

A closer look at network structure: v network edge: § § hosts: clients and servers often in data centers v access networks, physical media: wired, wireless communication links v network core: § interconnected routers § network of networks mobile network global ISP home network regional ISP institutional network Introduction 1 -22

Lähempi katsaus verkkojen rakenteeseen: v Verkon päätelaitteet § § v hosts: Käyttäjät ja palvelimet Palvelimet usein datakeskuksissa Liityntäverkot, fyysiset tietokanavat: mobile network global ISP home network regional ISP § Langalliset, langattomat kommunikaatiolinkit v Verkon ydin: § Yhteydessä olevat reitittimet § Verkkojen verkko institutional network Introduction 1 -23

Access networks and physical media Q: How to connect end systems to edge router? v v v residential access nets institutional access networks (school, company) mobile access networks keep in mind: v v bandwidth (bits per second) of access network? shared or dedicated? Introduction 1 -24

Liityntäverkot ja fyysiset mediat Kuinka liittää päätelaitteet reunareitittimeen? v Asuinalueiden liityntäverkot v Laitosten liityntäverkot (koulut, yritykset) v Mobiiliverkot Pidä mielessä: v Liittymän kaistan nopeus (bittiä sekunnissa) v Jaettu vai yksityinen?

Access net: digital subscriber line (DSL) central office DSL splitter modem voice, data transmitted at different frequencies over dedicated line to central office v v v telephone network DSLAM ISP DSL access multiplexer use existing telephone line to central office DSLAM § data over DSL phone line goes to Internet § voice over DSL phone line goes to telephone net < 2. 5 Mbps upstream transmission rate (typically < 1 Mbps) < 24 Mbps downstream transmission rate (typically < 10 Mbps) Introduction 1 -26

Liityntäverkko: Digitaalinen tilaajayhteys (DSL) pääkonttori DSL jakaja modeemi DSLA M Ääntä ja dataa siirrettynä eri taajuuksilla DSL sisäänpääsyn niille tarkoitelulla linjalla pääkonttorille. jakaja v Puhelinverkko ISP Käyttää olemassaolevaa puhelinlinjaa v. Linjan kautta kulkeva data menee internettiin v. Linjan kautta kulkeva ääni menee puhelinverkkoon v v <2. 5 Mbps: n lähetysnopeus (yleensä <1 Mbps) 24 Mbps: n latausnopeus (yleensä <10 Mbps)

Access net: cable network cable headend … cable splitter modem V I D E O V I D E O D A T A C O N T R O L 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Channels frequency division multiplexing: different channels transmitted in different frequency bands Introduction 1 -28

Liityntäverkko: Kaapeliyhteys Kaapelin pääteasema … Kaapeli Jakaj modee a mi V I D E O V I D E O C O N V T I D D R D A A O E T T L O A A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Kanavia § Eri taajuuksien jako: eri kanavat lähetetään eri taajuuksilla.

Access net: cable network cable headend … cable splitter modem data, TV transmitted at different frequencies over shared cable distribution network v v CMTS cable modem termination system ISP HFC: hybrid fiber coax § asymmetric: up to 30 Mbps downstream transmission rate, 2 Mbps upstream transmission rate network of cable, fiber attaches homes to ISP router § homes share access network to cable headend § unlike DSL, which has dedicated access to central Introduction 1 -30 office

Liityntäverkko: Kaapeliyhteys … cable splitter modem Data, TV lähetykset lähetetään eri taajuuksilla jaetun kaapeliverkon kautta v Kaapelin pääteasema Kaapelimodeemin keskitin (CMTS) CMTS ISP HFC: Hybrid fiber coax (yhdistelmä valokuitua ja antennipiuhaa) v Asymmetrinen: Latausnopeus 30 MBs asti ja lähetysnopeus 2 Mbps asti. v Kaapeliverkko: asunnot liitetään ISP-retittimeen kuidun avulla. v Asunnot jakavat liityntäverkon pääteasemalle v Toisin kuin DSL: ässä, jossa on yksityinen linja pääkonttorille

Enterprise access networks (Ethernet) institutional link to ISP (Internet) institutional router Ethernet switch v v v institutional mail, web servers typically used in companies, universities, etc 10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps, 10 Gbps transmission rates today, end systems typically connect into Ethernet switch Introduction 1 -32

Yrityksien liityntäverkot Institutionaalinen ISP linkki (internet) institutionaalinen reititin Ethernet kyktin v v v institutionaalinen sähköposti, web palvelin yleisesti käytetty yrityksissä, yliopistoissa yms. Siirtonopeudet 10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps, 10 Gbps Nykypäivän päätteet yhdistetty Ethernet kytkimin Introduction 1 -33

Access net: home network wireless devices to/from headend or central office often combined in single box cable or DSL modem wireless access point (54 Mbps) router, firewall, NAT wired Ethernet (100 Mbps) Introduction 1 -34

Liityntäverkko: Kotiverkko Langattomat laitteet Usein yhdistetty Yhdeksi laitteeksi Kaapeli- tai DSLmodeemi Reititin, palomuuri, NAT Langaton tukiasema (54 Mbps) Langallinen Ethernet(100 Mbps)

Wireless access networks v shared wireless access network connects end system to router § via base station aka “access point” wireless LANs: § within building (100 ft) § 802. 11 b/g (Wi. Fi): 11, 54 Mbps transmission rate wide-area wireless access § provided by telco (cellular) operator, 10’s km § between 1 and 10 Mbps § 3 G, 4 G: LTE to Internet Introduction 1 -36

Langaton liityntäverkko v Jaettu langaton liityntäverkko yhdistää käyttäjän reitittimeen § Keskus aseman kautta, eli “pääsypisteen” Laajan alueen langattomat kautta LANit: langattomat verkot § Talojen sisällä(30 m) § Puhelinyhtiöiden tarjoama (solumainen) § 802. 11 b/g (Wi. Fi): operator, 10’s km 11, 54 Mbps siirtonopeus § Yhdestä kymmeneen Mbps § 3 G, 4 G: LTE to Internet Introduction 1 -37

Host: sends packets of data host sending function: v takes application two packets, message L bits each v breaks into smaller chunks, known as packets, of length L bits 2 1 v transmits packet into access network at R: link transmission rate host transmission rate R § link transmission rate, aka link capacity, aka link bandwidth time needed to packet L (bits) transmission = transmit L-bit = R (bits/sec) packet into link delay 1 -38

Käyttäjä: lähettää datapaketteja Käyttäjän lähetys toiminto : v Ottaa sovellus viestin v Pilkkoontuu pienemmiksi osiksi, joita kutsutaan L pituisiksi paketeiksi v Siirtää paketteja pääsyverkkoon siirtonopeudella R § Linkin siirtonopeutta kutsutaan kapasiteetiksi eli linkin kaistaksi Pakettien siirtoviive Kaksi pakettia, joiden pituus on L 21 R: linkin siirtonopeus käyttäjä L-bittien linkille =Lähettämiseen Vaadittava aika L (bitit) = R (bittiä/sekunti) 1 -39

Physical media v v bit: propagates between transmitter/receiver pairs physical link: what lies between transmitter & receiver guided media: § signals propagate in solid media: copper, fiber, coax unguided media: § signals propagate freely, e. g. , radio twisted pair (TP) v two insulated copper wires § § Category 5: 100 Mbps, 1 Gpbs Ethernet Category 6: 10 Gbps Introduction 1 -40

Fyysinen media v v bitti: leviää lähettäjien ja vastaanottimien Kierretty pari välissä kaapeli fyysinen link: mitä v Kaksi eristettyä lähettäjän ja kupari kaapelia vastaan ottajan § Kategoria 5: 100 Mbps, 1 Gpbs välissä on Ethernet ohjatty media: § Kategoria 6: § Signaalit leviävät 10 Gbps kiinteässä materiaalissa (kupari, kuitu, puhelink. ) ohjaamaton media: Introduction 1 -41 § Signaalit leviävät

Physical media: coax, fiber coaxial cable: v v v two concentric copper conductors bidirectional broadband: § multiple channels on cable § HFC fiber optic cable: v v glass fiber carrying light pulses, each pulse a bit high-speed operation: § high-speed point-to-point transmission (e. g. , 10’s-100’s Gpbs transmission rate) v low error rate: § repeaters spaced far apart § immune to electromagnetic noise Introduction 1 -42

Fyysinen media: puhelinkaapeli, valokuitu Puhelinkaapeli: v v v Kaksi yhteiskeskeistä kupari johdinta kaksisuuntainen laajakaista: § Valokuitukaapeli: v v § Nopea pisteestä pisteeseen lähetys (esim. 10’s-100’s Gpbs lähetysnopeus) useampia kanavia kaapelissa § HFC Lasiset kuidut kuljettavat valo pulsseja, jokainen pulssi on bitti Nopeatoiminen: v Pieni virheaste: § signaalinvahvistajat kaukana toisistaan § Immuuni elektromagneettiselle häiriölle Introduction 1 -43

Physical media: radio v v signal carried in electromagnetic spectrum no physical “wire” bidirectional propagation environment effects: § reflection § obstruction by objects § interference radio link types: v terrestrial microwave § e. g. up to 45 Mbps channels v LAN (e. g. , Wi. Fi) § 11 Mbps, 54 Mbps v wide-area (e. g. , cellular) § 3 G cellular: ~ few Mbps v satellite § Kbps to 45 Mbps channel (or multiple smaller channels) § 270 msec end-end delay § geosynchronous versus low altitude Introduction 1 -44

Fyysinen media: radio v v signaali sisältyy sähkömagneettis een spektiin Ei fyysistä ”johtoa” Kaksisuuntainen Ympäristön vaikutukset etenemiseen: § heijastuminen § esineistä jotka estävät kulkua § Interferenssi, häiriöt Radiolinkki tyypit: v terrestrial microwave § esim. Jopa 45 Mbps kanavia v LAN (esim. , Wi. Fi) § 11 Mbps, 54 Mbps v Laajaverkko (esim. matkapuhelinverkko) § 3 G verkko: ~ muutama Mbps v Satelliitti § Kbps - 45 Mbps kanava (tai monia pienempiä kanavoja) § 270 msec päästäIntroduction 1 -45 päähän viive

Chapter 1: roadmap 1. 1 what is the Internet? 1. 2 network edge § end systems, access networks, links 1. 3 network core § packet switching, circuit switching, network structure 1. 4 delay, loss, throughput in networks 1. 5 protocol layers, service models 1. 6 networks under attack: security 1. 7 history Introduction 1 -46

Kappale 1: etenemissuunnitelma 1. 1 mikä on internetti? 1. 2 verkon reuna § end systems, access networks, links 1. 3 verkon ydin § pakettikytkentä, piirikytkentä, verkon rakenne 1. 4 viive, häviö, läpisyöttö verkossa 1. 5 protokola tasot, service models 1. 6 verkot hyökkäysten kohteena: Introduction 1 -47 turvallisuus

The network core v v mesh of interconnected routers packet-switching: hosts break application-layer messages into packets § forward packets from one router to the next, across links on path from source to destination § each packet transmitted at full link capacity Introduction 1 -48

Verkon ydin v v Toisiinsa kytketyista reitittimistä muodostunut verkko Pakkettikytkentä: hosti rikkoo applikaatio-kerros viestejä paketteihin § ohjaa paketit reitittimeltä seuraavalle, matkalla olevien linkkien kautta lähteestä kohteeseen § Jokainen paketti lähetetään linkin täydellä kapasiteetilla Introduction 1 -49

Packet-switching: store-andforward L bits per packet source v v v 3 2 1 R bps takes L/R seconds to transmit (push out) L-bit packet into link at R bps store and forward: entire packet must arrive at router before it can be transmitted on next link end-end delay = 2 L/R (assuming zero propagation delay) R bps destination one-hop numerical example: § L = 7. 5 Mbits § R = 1. 5 Mbps § one-hop transmission delay = 5 sec more on delay shortly … Introduction 1 -50

Pakettikytkentä: säilö ja lähetä L bits per paketti lähde 321 R bps v Kestää L/R sekunttia lähetettäessä (push out) L-bit paketti linkkiin R bps nopeudella v Säilö ja lähetä: koko paketin pitää saapua reitittimeen v Päästä-päähän ennen kuin se viive =voidaan 2 L/R (ilman lähettää R bps kohde Yhden hypyn numeerinen esimerkki: § L = 7. 5 Mbits § R = 1. 5 Mbps § Yhden hypyn lähetysviive = 5 sec more on delay shortly … Introduction 1 -51

Packet Switching: queueing delay, loss A B C R = 100 Mb/s R = 1. 5 Mb/s queue of packets waiting for output link D E queuing and loss: v If arrival rate (in bits) to link exceeds transmission rate of link for a period of time: § packets will queue, wait to be transmitted on link § packets can be dropped (lost) if memory (buffer) fills up Introduction 1 -52

Pakettikytkentä: jonotus, viive, häviö C R = 100 Mb/s A B R = 1. 5 Mb/s queue of packets waiting for output link D E jonottaminen ja häviäminen: v Jos saapumis nopeus (bitteinä) linkkiin ylittää linkin nopeuden väliaikaisesti: § Paketit jonottaa, odottaa että se lähetetään linkille. § Paketteja voidaan pudottaa (hävittää) jos muisti täyttyy Introduction 1 -53

Two key network-core functions routing: determines source- forwarding: move packets destination route taken by packets § routing algorithms from router’s input to appropriate router output routing algorithm local forwarding table header value output link 0100 0101 0111 1001 1 3 2 2 1 3 2 11 01 dest address in arriving packet’s header Network Layer 4 -54

Kaksi runkoverkon päätehtävää reititys: määrittelee välitys: ohjaa paketit paketin reitittimen lähteestä sisääntulosta oikeaan määränpäähän reitittimen ulostuloon § Reititysalgoritmit Reititysalgoritm i Paikallinen välitystaulukko Alkutavu 0100 0101 0111 1001 Ulostuloli nkki 1 3 2 2 1 32 01 11 Määränpään osoite saapuvan paketin alkutavussa Network Layer 4 -55

Alternative core: circuit switching end-end resources allocated to, reserved for “call” between source & dest: v v In diagram, each link has four circuits. § call gets 2 nd circuit in top link and 1 st circuit in right link. dedicated resources: no sharing § circuit-like (guaranteed) performance circuit segment idle if not used by call (no sharing) Commonly used in traditional Introduction 1 -56

Vaihtoehtoinen ydin: piirikytkentä resurssit kohdennetaan päädystä toiseen; varataan ”puhelu” lähteen ja määränpään välille: v v Kuvassa jokaisella linkillä on neljä piiriä. § Puhelu saa toisen piirin ylimmässä linkissä ja ensimmäisen piirin oikeanpuoleisessa linkissä. Vannoutuneet resurssit: ei jakamista Introduction 1 -57

Circuit switching: FDM versus TDM Example: FDM 4 users frequency time TDM frequency time Introduction 1 -58

Piirikytkentä: FDM versus TDM FDM Esimerkki: 4 käyttäjää taajuus TDM aika taajuus aika Introduction 1 -59

Packet switching versus circuit switching packet switching allows more users to use network! • 100 kb/s when “active” • active 10% of time N users …. . example: § 1 Mb/s link § each user: 1 Mbps link v circuit-switching: § 10 users v packet switching: § with 35 users, probability > 10 active at same time is less than. 0004 * Q: how did we get value 0. 0004? Q: what happens if > 35 users ? * Check out the online interactive exercises for more examples Introduction 1 -60

Pakettikytkentä versus piirikytkentä Pakettikytkentä sallii useamman käyttäjän käyttää verkkoa yhdenaikaisesti! Esimerkki: • 100 kb/s kun ”aktiivinen” • aktiivinen 10% ajasta v piirikytkentä: § 10 käyttäjää v pakettikytkentä: § 35 käyttäjällä todennäköisyys että yli 10 aktiivista samaan N käyttäjää …. . § 1 Mb/s linkki § Kukin käyttäjä: 1 Mbps linkki K: Kuinka saimme arvon 0. 0004? K: Mitä tapahtuu jos > 35 käyttäjä Introduction 1 -61

Packet switching versus circuit switching is packet switching a “slam dunk winner? ” v v v great for bursty data § resource sharing § simpler, no call setup excessive congestion possible: packet delay and loss § protocols needed for reliable data transfer, congestion control Q: How to provide circuit-like behavior? § bandwidth guarantees needed for audio/video apps § still an unsolved problem (chapter 7) Q: human analogies of reserved resources (circuit switching) versus on-demand allocation (packet-switching)? Introduction 1 -62

Pakettikytkentä versus piirikytkentä Onko pakettikytkentä kiistaton voittaja? v Mahtava purskeiselle datalle § Resurssien jakaminen § yksinkertaisempi, ei puheluiden yhdistelyä v Liiallinen ruuhkautuminen mahdollista: pakettien viivästys ja kato § Protokollia tarvitaan luotettavaan datan siirtämiseen, ruuhkakontrolli v K: Kuinka tarjota piirimäistä käytöstä? § Kaistanleveys takuita tarvitaan audio/video sovelluksille K: Ihmisanalogiana varatutongelma resurssit(kappale § Vielä ratkaisematon (piirikytkentä) vastaan pyydettäessä 7) jakaminen (pakettikytkentä)? Introduction 1 -63

Internet structure: network of networks v v End systems connect to Internet via access ISPs (Internet Service Providers) § Residential, company and university ISPs Access ISPs in turn must be interconnected. v So that any two hosts can send packets to each other Resulting network of networks is very complex v Evolution was driven by economics and national policies Let’s take a stepwise approach to describe current Internet structure

Internetin struktuuri: Verkkojen verkko v v Loppukäyttäjät yhdistyvät internetiin yhteys-ISP: n kautta (Internet palveluntuottajat) § Kansalais, yritys ja yliopistotason ISP: t Yhteys ISP: t on puolestaan yhdistettävä keskenään. v Jokainen isäntä voi lähettää paketteja toisilleen Tästä seuraava verkkojen verkko on monimutkainen v Evoluutiota on ajanut eteenpäin taloudellinen ja kansallinen politiikka Tarkastellaan nykyistä internetiä askelittaisella lähestymistavalla

Internet structure: network of networks Question: given millions of access ISPs, how to connect them together? access net … access net … … access net access net … access net …

Internet structure: network of networks Kysymys: miljoonia internet-palveluntarjoajia, kuinka ne yhdistetään? access net … access net … … access net access net … access net …

Internet structure: network of networks Option: connect each access ISP to every other access ISP? access net … access net … … connecting each access ISP to each other directly doesn’t scale: O(N 2) connections. … … access net access net … … access net …

Internet structure: network of networks Vaihtoehto: Kytketään jokainen palveluntarjoaja toiseen access net … access net … … Jos jokainen palveluntarjoaja kytketään toiseen, se ei ole suhteessa O(N 2) liitäntöihin. … … access net access net … … access net …

Internet structure: network of networks Option: connect each access ISP to a global transit ISP? Customer and provider ISPs have economic agreement. access net … access net … … access net global ISP access net access net … access net …

Internet structure: network of networks Vaihtoehto: Kytketään jokainen palveluntarjoaja maailmanlaajuiseen palveluntarjoajaan? Asiakkaan ja toimittajan palveluntarjoajilla on kaupallinen sopimus. access net … access net … … access net global ISP access net access net … access net …

Internet structure: network of networks But if one global ISP is viable business, there will be competitors …. access net … access net access net … … ISP A access net ISP B ISP C access net access net … … access net

Internet structure: network of networks Mutta, jos yhdellä maailmanlaajuisella palveluntarjoajalla on kannattavaa liiketoimintaa, sillä on myös kilpailijoita. access net … access net access net … … ISP A access net ISP B ISP C access net access net … … access net

Internet structure: network of networks But if one global ISP is viable business, there will be competitors …. which must be interconnected Internet exchange point access net … … net access net IXP access net … … ISP A IXP access net ISP B ISP C access net peering link access net … … access net

Internet structure: network of networks Mutta, jos yhdellä maailmanlaajuisella palveluntarjoajalla on kannattavaa liiketoimintaa, sillä on myös kilpailijoita. …. Jotka täytyy yhdistää keskenään access net … access net Internetin vaihto piste … access net IXP access net … … ISP A IXP access net ISP B ISP C access net vertaislinkki access net … … access net

Internet structure: network of networks … and regional networks may arise to connect access nets to ISPS access net … … access net IXP access net … … ISP A IXP access net ISP B ISP C access net regional net access net … … access net

Internet structure: network of networks … ja paikalliset verkot saattavat kiinnostua yhdistymään palveluntarjoajiin access net … … access net IXP access net … … ISP A IXP access net ISP B ISP C access net regional net access net … … access net

Internet structure: network of networks … and content provider networks (e. g. , Google, Microsoft, Akamai ) may run their own network, to bring services, content close to end users access net … … access net IXP access net Content provider network IXP access net ISP B access net regional net access net … … access net … … ISP A access net

Internet structure: network of networks … ja sisältöpalveluntarjoajat (esim. Google, Microsoft, Akamai) saattaavat pyörittää omia verkkojaan tuottaakseen palveluita ja sisältöä lähellä loppukäyttäjää. access net … … access net IXP access net … … ISP A Sisältöpalveluntarjoajat IXP access net ISP B access net Alueellinen verkko access net … … access net

Internet structure: network of networks Tier 1 ISP IX P Regional ISP access ISP v access ISP Google access ISP IX P Regional ISP access ISP at center: small # of well-connected large networks § “tier-1” commercial ISPs (e. g. , Level 3, Sprint, AT&T, NTT), national & international coverage § content provider network (e. g, Google): private network that connects it data centers to Internet, often bypassing tier-1, regional Introduction 1 -80

Internetin rakenne: verkkojen verkko Tier 1 ISP IX P Tier 1 ISP Google IX P Alueellinen ISP pääsy pääsy ISP ISP v keskellä: pieni ristikko hyvin kytketyistä laajoista verkoista § “tier-1” kaupalliset ISPit (esim. , Level 3, Sprint, AT&T, NTT), kansallinen & kansainvälinen kattavuus Introduction 1 -81

Tier-1 ISP: e. g. , Sprint POP: point-of-presence to/from backbone peering … … … to/from customers Introduction 1 -82

Tier-1 ISP: esim. , Sprint POP: läsnäolon kohta to/from selkäranka … … peerin g… Asiakkailta/lle Introduction 1 -83

Chapter 1: roadmap 1. 1 what is the Internet? 1. 2 network edge § end systems, access networks, links 1. 3 network core § packet switching, circuit switching, network structure 1. 4 delay, loss, throughput in networks 1. 5 protocol layers, service models 1. 6 networks under attack: security 1. 7 history Introduction 1 -84

Kappale 1: tiekartta 1. 1 mikä on internet? 1. 2 verkkorajapinta § päätesysteemit, pääsyverkot, linkit 1. 3 verkon ydin § pakettikytkentä, piirikytkentä, verkon rakenne 1. 4 viive, puute, verkkojen suoritusteho 1. 5 protokollakerrokset, palvelumallit 1. 6 verkot uhattuna: tietoturva 1. 7 historia Introduction 1 -85

How do loss and delay occur? packets queue in router buffers v v packet arrival rate to link (temporarily) exceeds output link capacity packets queue, wait for turn packet being transmitted (delay) A B packets queueing (delay) free (available) buffers: arriving packets dropped (loss) if no free buffers Introduction 1 -86

Kuinka putteet ja viiveet esiintyvät? pakettien jono reitittimen puskurissa v v Pakettien saapumisaste linkille (tilapäisesti) ylittää ulostulolinkin kapasiteetin Pakettien jono odottaa vuoroaan Paketti lähetetään (viive) A B Pakettien jonottaminen (viive) Vapaat (saatavissa olevat) puskurit: saapuvat paketit pudotetaan (puute) jos ei ole vapaita puskureita Introduction 1 -87

Four sources of packet delay transmission A propagation B nodal processing queueing dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop dproc: nodal processing § check bit errors § determine output link § typically < msec dqueue: queueing delay § time waiting at output link for transmission § depends on congestion level of router Introduction 1 -88

Paketin viipymisen neljä lähdettä lähettäminen A B eteneminen Solmukohtien käsittely jonotus dsolmukohtainen = dkäsittely + djono + dlähetys + deteneminen: solmukohtien käsittely § Bittivirheiden tarkastus § Ulostulolinkin djono: jonotusviive § Odotusaika ulostulolinkillä lähettämistä varten Introduction 1 -89

Four sources of packet delay transmission A propagation B nodal processing queueing dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop dtrans: transmission delay: § L: packet length (bits) § R: link bandwidth (bps) § dtrans = L/R dtrans and dprop very different dprop: propagation delay: § d: length of physical link § s: propagation speed in medium (~2 x 108 m/sec) § dprop = d/s * Check out the Java applet for an interactive animation on trans vs. prop delay Introduction 1 -90

Paketin viipymisen neljä lähdettä lähettäminen A B eteneminen solmukohtien käsittely jonotus dsolmukohtainen = dkäsittely + djono + dlähetys + deteneminen dlähetys: lähetysviive: deteneminen: etenemisviive: § L: pakettien pituus (bittejä) § d: fyysisen linkin pituus § R: linkin § s: etenemisnopeus kaistanleveys (bps) väliaineessa (~2 x 108 dlähetys ja m/s) § dlähetys = L/Rdeteneminen § d = d/s Hyvin * Ota selvää interaktiivisesta Java-sovelma animatiosta vertaillaan lähetysja etenemisvii eteneminenjossa 1 -91 Introduction

Caravan analogy 100 km ten-car caravan v v toll booth cars “propagate” at 100 km/hr toll booth takes 12 sec to service car (bit transmission time) car~bit; caravan ~ packet Q: How long until caravan is lined up before 2 nd toll booth? 100 km toll booth § time to “push” entire caravan through toll booth onto highway = 12*10 = 120 sec § time for last car to propagate from 1 st to 2 nd toll both: 100 km/(100 km/hr)= 1 hr § A: 62 minutes Introduction 1 -92

Autojonon vastaavuus Kymmenen tietulli auton jono v v 100 km Autot etenevät nopeudella 100 km/t Tietulli vie 12 sekuntia auton palvelemiseen (bittien lähetysaika) Auto~bitti; autojono~paketti K: Kuinka kauan kestää ennenkuin tietulli 100 km § Aika, joka vie kokonaisen autojonon tietullin läpi (päästäkseen moottoritielle)= 12*10 = 120 sekuntia § Aika viimeiselle autolle joka etenee 1: ltä 2: lle tietullille: 100 km/(100 km/Introduction 1 -93

Caravan analogy (more) 100 km ten-car caravan v v v toll booth 100 km toll booth suppose cars now “propagate” at 1000 km/hr and suppose toll booth now takes one min to service a car Q: Will cars arrive to 2 nd booth before all cars serviced at first booth? § A: Yes! after 7 min, 1 st car arrives at second booth; three cars still at 1 st booth. Introduction 1 -94

Autojonon vastaavuus (lisää) Kymmenen tietulli Auton jono v v v 100 km tietulli 100 km Oletetaan nyt autojen kulkevan 1000 km/t Ja oletetaan, että tietulli vie nytten minuutin yhden auton palvelemiseen K: Saapuvatko autot 2: lle tietullille ennenkuin kaikki autot on palveltu ensimmäisessä tietullissa? § V: Kyllä! 7 minuutin jälkeen, 1. auto saapuu toiselle tietullille; kolme autoa ovat vielä ensimmäisellä tietullilla. Introduction 1 -95

v v v R: link bandwidth (bps) L: packet length (bits) a: average packet arrival rate average queueing delay Queueing delay (revisited) traffic intensity = La/R ~ 0: avg. queueing delay small La/R -> 1: avg. queueing delay large La/R > 1: more “work” arriving than can be serviced, average delay infinite! * Check out the Java applet for an interactive animation on queuing and loss La/R ~ 0 La/R -> 1 Introduction 1 -96

v v v R: linkin siirtonopeus (bittiä sekunnissa) L: paketin pituus (bitteinä) a: keskimääräinen pakettien saapumistahti average queueing delay Jonotusviive (kertausta) traffic intensity = La/R ~ 0: keskim. jonotusviive pieni La/R -> 1: keskim. jonotusviive suuri La/R > 1: saapuu enemmän ”työtä” kuin mitä voidaan käsitellä, keskimääräinen jonotusviive loputon * katso Java appletista interaktiivinen animaatio jonotuksesta ja häviöistä La/R ~ 0 La/R -> 1 Introduction 1 -97

“Real” Internet delays and routes what do “real” Internet delay & loss look like? v traceroute program: provides delay measurement from source to router along end -end Internet path towards destination. For all i: v § sends three packets that will reach router i on path towards destination § router i will return packets to sender § sender times interval between transmission and reply. 3 probes Introduction 1 -98

"Oikeat" internet viiveet ja reitit miltä näyttävät "oikeat" internet viiveet ja häviöt v traceroute ohjelma: suorittaa viivemittauksia lähtöpaikan ja loppupaikan välillä oleviin reitittimiin Reititin i: v § lähettää 3 pakettia, jotka saapuvat reititin i: hin polulla päämäärää kohden § reititin i lähettää paketit takaisin lähettäjälle § lähettäjä mittaa ajan lähetyksen ja takaisin 3 probes saapumisen välillä 3 probes Introduction 1 -99

“Real” Internet delays, routes traceroute: gaia. cs. umass. edu to www. eurecom. fr 3 delay measurements from gaia. cs. umass. edu to cs-gw. cs. umass. edu 1 cs-gw (128. 119. 240. 254) 1 ms 2 border 1 -rt-fa 5 -1 -0. gw. umass. edu (128. 119. 3. 145) 1 ms 2 ms 3 cht-vbns. gw. umass. edu (128. 119. 3. 130) 6 ms 5 ms 4 jn 1 -at 1 -0 -0 -19. wor. vbns. net (204. 147. 132. 129) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn 1 -so 7 -0 -0 -0. wae. vbns. net (204. 147. 136) 21 ms 18 ms 6 abilene-vbns. abilene. ucaid. edu (198. 32. 11. 9) 22 ms 18 ms 22 ms 7 nycm-wash. abilene. ucaid. edu (198. 32. 8. 46) 22 ms trans-oceanic 8 62. 40. 103. 253 (62. 40. 103. 253) 104 ms 109 ms 106 ms link 9 de 2 -1. de. geant. net (62. 40. 96. 129) 109 ms 102 ms 104 ms 10 de. fr 1. fr. geant. net (62. 40. 96. 50) 113 ms 121 ms 114 ms 11 renater-gw. fr 1. fr. geant. net (62. 40. 103. 54) 112 ms 114 ms 112 ms 12 nio-n 2. cssi. renater. fr (193. 51. 206. 13) 111 ms 114 ms 116 ms 13 nice. cssi. renater. fr (195. 220. 98. 102) 123 ms 125 ms 124 ms 14 r 3 t 2 -nice. cssi. renater. fr (195. 220. 98. 110) 126 ms 124 ms 15 eurecom-valbonne. r 3 t 2. ft. net (193. 48. 50. 54) 135 ms 128 ms 133 ms 16 194. 211. 25 (194. 211. 25) 126 ms 128 ms 126 ms 17 * * means no response (probe lost, router not replying) 18 * * * 19 fantasia. eurecom. fr (193. 55. 113. 142) 132 ms 128 ms 136 ms * Do some traceroutes from exotic countries at www. traceroute. org Introduction 1 -100

"Oikeat" internet viiveet ja reitit traceroute: gaia. cs. umass. edu to www. eurecom. fr 3 viivemittausta gaia. cs. umass. edu to csgw. cs. umass. edu 1 cs-gw (128. 119. 240. 254) 1 ms 2 border 1 -rt-fa 5 -1 -0. gw. umass. edu (128. 119. 3. 145) 1 ms 2 ms 3 cht-vbns. gw. umass. edu (128. 119. 3. 130) 6 ms 5 ms 4 jn 1 -at 1 -0 -0 -19. wor. vbns. net (204. 147. 132. 129) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn 1 -so 7 -0 -0 -0. wae. vbns. net (204. 147. 136) 21 ms 18 ms 6 abilene-vbns. abilene. ucaid. edu (198. 32. 11. 9) 22 ms 18 ms 22 ms 7 nycm-wash. abilene. ucaid. edu (198. 32. 8. 46) 22 ms mannertenvälinen 8 62. 40. 103. 253 (62. 40. 103. 253) 104 ms 109 ms 106 ms 9 de 2 -1. de. geant. net (62. 40. 96. 129) 109 ms 102 ms 104 ms 10 de. fr 1. fr. geant. net (62. 40. 96. 50) 113 ms 121 ms 114 ms 11 renater-gw. fr 1. fr. geant. net (62. 40. 103. 54) 112 ms 114 ms 112 ms 12 nio-n 2. cssi. renater. fr (193. 51. 206. 13) 111 ms 114 ms 116 ms 13 nice. cssi. renater. fr (195. 220. 98. 102) 123 ms 125 ms 124 ms 14 r 3 t 2 -nice. cssi. renater. fr (195. 220. 98. 110) 126 ms 124 ms 15 eurecom-valbonne. r 3 t 2. ft. net (193. 48. 50. 54) 135 ms 128 ms 133 ms 16 194. 211. 25 (194. 211. 25) 126 ms 128 ms 126 ms 17 * * tarkoittaa ei vastausta (paketti hävinnyt, reititin ei vastaa) 18 * * * 19 fantasia. eurecom. fr (193. 55. 113. 142) 132 ms 128 ms 136 ms *Tee muutamia tracerouteja eksoottisista maista osoitteessa http: //www. traceroute. org Introduction 1 -101

Packet loss queue (aka buffer) preceding link in buffer has finite capacity v packet arriving to full queue dropped (aka lost) v lost packet may be retransmitted by previous node, by source end system, or not at all v buffer (waiting area) A packet being transmitted B packet arriving to full buffer is lost * Check out the Java applet for an interactive animation on queuing and loss Introduction 1 -102

Packet loss Jonoa (eli bufferia) edeltävällä linkillä bufferissa on äärellinen kapasiteetti v Täyteen jonoon saapuva paketti tiputetaan (eli hävitetään) v Hävinnyt paketti voi tulla uudelleenlähetetyksi edellisestä kohteestaan, lähdekoneelta tai ei ollenkaan v bufferi (odotusalue) A lähetettävä paketti B täyteen bufferiin saapuva paketti hävitetään * Check out the Java applet for an interactive animation on queuing and loss Introduction 1 -103

Throughput v throughput: rate (bits/time unit) at which bits transferred between sender/receiver § instantaneous: rate at given point in time § average: rate over longer period of time server, with bits server sends file of into F bits (fluid) pipe to send to client linkpipe capacity that can carry Rs bits/sec fluid at rate Rs bits/sec) linkpipe capacity that can carry Rc bits/sec fluid at rate Rc bits/sec) Introduction 1 -104

Suoritusteho v suoritusteho: tahti (bittien määrän / aikayksikkö), millä bitit lähetetään lähettäjän ja vastaanottajan välillä § välitön: tahti annetussa aikapisteessä § keskiarvo: tahti pitkällä aikavälillä server, with serveri lähettää file of F bits bittejä to send(nestettä) to client putkeen linkputki capacity joka Rs bits/sec capacity pystyy link putki joka pystyy R bits/sec c viemään nestettä tahdilla Rs tahdilla Rc bitit/sekunnit Introduction 1 -105

Throughput (more) v Rs < Rc What is average end-end throughput? Rs bits/sec v Rc bits/sec Rs > Rc What is average end-end throughput? Rs bits/sec Rc bits/sec bottleneck link on end-end path that constrains end-end throughput Introduction 1 -106

Suoritusteho (lisää) v Rs < Rc Mikä on keskimääräinen päästä päähän suoritusteho? Rs bits/sec v Rc bits/sec Rs > Rc Mikä on keskimääräinen päästä päähän suoritusteho? Rs bits/sec Rc bits/sec pullonkaulalinkki päästä päähän reitillä, mikä rajoittaa päästä päähän suoritustehoa Introduction 1 -107

Suoritusteho: Internet skenaario Jokaiselle yhteydelle päästä päähän suoritusteho: minimi(Rc, Rs, R/10) v käytännössä: Rc tai Rs on usein pullonkaula v Rs Rs Rs R Rc Rc Rc v 10 yhteyttä jakavat runkoverkon pullonkaulalinkin R bitit/sekunnit Introduction 1 -108

Chapter 1: roadmap 1. 1 what is the Internet? 1. 2 network edge § end systems, access networks, links 1. 3 network core § packet switching, circuit switching, network structure 1. 4 delay, loss, throughput in networks 1. 5 protocol layers, service models 1. 6 networks under attack: security 1. 7 history Introduction 1 -109

Kappale 1: tiekartta 1. 1 mikä on internet? 1. 2 verkkorajapinta § päätesysteemit, pääsyverkot, linkit 1. 3 verkon ydin § pakettikytkentä, piirikytkentä, verkon rakenne 1. 4 viive, puute, verkkojen suoritusteho 1. 5 protokollakerrokset, palvelumallit 1. 6 verkot uhattuna: tietoturva 1. 7 historia Introduction 1 -110

Protocol “layers” Networks are complex, with many “pieces”: § hosts § routers § links of various media § applications § protocols § hardware, software Question: is there any hope of organizing structure of network? …. or at least our discussion of networks? Introduction 1 -111

Protokollakerrokset, verkot ovat monimutkaisia, ja niissä on monta osaa: v palvelimet v reitittimet v monenlaiset linkit v sovellukset v protokollat v laitteistot, ohjelmistot Kysymys: onko mitään toivoa järjestää verkon rakenne? . . . tai ainakin keskustelumme verkoista? Introduction 1 -112

Organization of air travel ticket (purchase) ticket (complain) baggage (check) baggage (claim) gates (load) gates (unload) runway takeoff runway landing airplane routing v a series of steps Introduction 1 -113

Lentomatkustuksen organisointi Matkalippu (osto) Matkalippu (Valitus) Matkatavarat (tarkastus) Matkatavarat (Lunastus) Portit (lastaus) Portit (Purkaminen) Kiitoradalta lähtö Kiitoradalle laskeutuminen Lentokoneiden reititys Lentokeneiden reititys Lentokneiden reititys v Sarja eri askelia Introduction 1 -114

Layering of airline functionality ticket (purchase) ticket (complain) ticket baggage (check) baggage (claim baggage gates (load) gates (unload) gate runway (takeoff) runway (land) takeoff/landing airplane routing departure airport airplane routing intermediate air-traffic control centers arrival airport layers: each layer implements a service § via its own internal-layer actions § relying on services provided by layer below Introduction 1 -115

Lentämisen toiminnan tasot Matkalippu (osto) Matkatavarat (tarkastus) Matkatavarat(Luna stus) Matkatavarat Portit Kiitorata (Laskeutuminen) Kiitorata(Lähtö) Lähtökenttä Matkalippu Portit(Purku) Portit(Lastaaminen) Lentokoneiden reititys Matkalippu(valitus) Lentokoneiden reititys Keskikokoiset lennonjohtokeskukset Lentokoneiden reititys Lähtö/lasku Lentokoneiden reititys Saapumiskenttä Kerrokset: Jokainen kerros tarjoaa palvelua § Sen omien sisäisten kerrostoimintojen avulla § Ollen riipuvainen alempien kerrosten Introduction 1 -116

Why layering? dealing with complex systems: v explicit structure allows identification, relationship of complex system’s pieces § layered reference model for discussion v modularization eases maintenance, updating of system § change of implementation of layer’s service transparent to rest of system § e. g. , change in gate procedure doesn’t affect rest of system v layering considered harmful? Introduction 1 -117

Miksi tasoja? Monimutkaisten systeemien ymmärtäminen v Selkeä rakenne mahdollistaa monimutkaisten yhteyksien tunnistamisen monimutkaisten systeemin osien välillä § Puhutaan tasoja käyttävästä referenssimallista v Modularisointi helpottaa systeemin huoltoa ja päivittämistä § Muutokset kerroksen tarjoamien palvelujen käytännössä näkymättömiä muualle systeemiin § Esimerkiksi muutokset porttikäytännöissä eivät vaikuta muualle systeemiin v Kerrosmallia pidetään haitallisena? Introduction 1 -118

Internet protocol stack v application: supporting network applications § FTP, SMTP, HTTP v transport: process-process data transfer § TCP, UDP v network: routing of datagrams from source to destination § IP, routing protocols v link: data transfer between neighboring network elements application transport network link physical § Ethernet, 802. 111 (Wi. Fi), PPP v physical: bits “on the wire” Introduction 1 -119

Internet-protokollan tasot v Ohjelma: Tukevat verkkoohjelmat § FTP, SMTP, HTTP v Kuljetus: Prosessi-prosessi datan kuljetus § TCP, UDP v Verkko: Datagrammien reititys lähteestä kohteeseen § IP, reititys protokollat v Linkki: Datan siirto eri verkon osien välillä Ohjelma Kuljetus Verkko Linkki Fyysinen § Ethernet, 802. 111 (Wi. Fi), PPP v Fyysinen: Bitit “langalla” Introduction 1 -120

ISO/OSI reference model presentation: allow applications to interpret meaning of data, e. g. , encryption, compression, machine-specific conventions v session: synchronization, checkpointing, recovery of data exchange v Internet stack “missing” these layers! v § these services, if needed, must be implemented in application § needed? application presentation session transport network link physical Introduction 1 -121

ISO/OSI referenssimalli Esittely: Antaa ohjelmalle mahdollisuuden ymmärtää mitä data tarkoittaa, esimerkiksi salaus, kompressointi, laitekohtaiset käytännöt v Sessio: Synkronointi, tarkastuspisteiden luonti, datan vaihdon palautus v Internet pinosta puuttuvat nämä kerrokset v § Mikäli näitä tarvitaan, ne pitää olla liitettynä ohjelmaan § Tarvitaanko? Ohjelma Esittely Sessio Kuljetus Verkko Linkki Fyysinen Introduction 1 -122

Encapsulation source message segment Ht M datagram Hn Ht M frame M Hl Hn Ht M application transport network link physical switch destination M Ht M Hn Ht Hl Hn Ht M M application transport network link physical Hn Ht Hl Hn Ht M M network link physical Hn Ht M router Introduction 1 -123

Kapsulointi source message segment Ht M datagram Hn Ht M frame M Hl Hn Ht M Ohjelma Kuljetus Verkko Linkki Fyysinen switch destination M Ht M Hn Ht Hl Hn Ht M M Ohjelma Kuljetus Verkko Linkki Fyysinen Hn Ht Hl Hn Ht M M Verkko Linkki Fyysinen Hn Ht M router Introduction 1 -124

Chapter 1: roadmap 1. 1 what is the Internet? 1. 2 network edge § end systems, access networks, links 1. 3 network core § packet switching, circuit switching, network structure 1. 4 delay, loss, throughput in networks 1. 5 protocol layers, service models 1. 6 networks under attack: security 1. 7 history Introduction 1 -125

Luku 1: tiekartta 1. 1 Mikä on internet? 1. 2 Verkon pääte § Päätelaitteet, liityntäverkot, linkit 1. 3 Verkon ydin § Pakettien vaihto, piirien vaihto, verkon rakenne 1. 4 viive, häviö, verkon läpäisy 1. 5 Protokollien tasot, palvelumallit 1. 6 Verkot hyökkäyksen alla, turvallisuus 1. 7 Historia Introduction 1 -126

Network security v field of network security: § how bad guys can attack computer networks § how we can defend networks against attacks § how to design architectures that are immune to attacks v Internet not originally designed with (much) security in mind § original vision: “a group of mutually trusting users attached to a transparent network” § Internet protocol designers playing “catch-up” § security considerations in all layers! Introduction 1 -127

Verkon turvallisuus v Verkkoturvallisuus: § Kuinka pahikset voivat hyökätä tietokoneverkkoihin § Kuinka voimme suojata verkkoja hyökkäyksiltä § Kuinka suunnitella arkkitehtuureja, jotka ovat immuuneja hyökkäyksille. v Internettiä ei ole alunperin suunniteltu (juurikaan) turvallisuusmielessä § Alkuperäinen näkemys: “Joukko toisiinsa luottavia käyttäjiä kiinni läpinäkyvässä verkossa” § Internet protokollien suunnittelija pelaavat“hippaa” § Turvallisuus huomioitava kaikilla tasoilla! Introduction 1 -128

Bad guys: put malware into hosts via Internet v malware can get in host from: § virus: self-replicating infection by receiving/executing object (e. g. , e-mail attachment) § worm: self-replicating infection by passively receiving object that gets itself executed v spyware malware can record keystrokes, web sites visited, upload info to collection site v infected host can be enrolled in botnet, used for spam. DDo. S attacks Introduction 1 -129

Pahikset: laittavat haittaohjelmia käyttäjille internetin kautta v Haittaohjelma voi päästä käyttäjille: § virus: Itselisääntyvä infektio joko vastaanottamalla tai ajamalla objektin (esim. Sähköpostiliitteen) § mato: Itselisääntyvä infektio vastaanottamalla passiivisesti objektin, joka ajaa itsensä v Spyware haittaohjelmat voivat tallentaa näppäinpainalluksia, vierailtuja nettisivuja ja ladata näitä tidonkeruusivuille v Saastuneet käyttäjät voidaan lisätä botnettiin, jota käytetään spämmiin. DDo. S hyökkäykset Introduction 1 -130

Bad guys: attack server, network infrastructure Denial of Service (Do. S): attackers make resources (server, bandwidth) unavailable to legitimate traffic by overwhelming resource with bogus traffic 1. select target 2. break into hosts around the network (see botnet) 3. send packets to target from compromised hosts target Introduction 1 -131

Pahikset : hyökkäävät palvelimeen, verkon rakenteeseen Palvelunesto hyökkäys (Do. S): hyökkääjät käyttävät oikean käyttäjän tarvitsemat resurssit (palvelin, kaista) turhanpäiväisellä liikenteellä 1. Valitse kohde 2. Murtaudu käyttäjien koneisiin ympäri verkkoa (kts. 3. Lähetä kohteeseen botnet) paketteja altistuneilta käyttäjiltä target Introduction 1 -132

Bad guys can sniff packets packet “sniffing”: § broadcast media (shared ethernet, wireless) § promiscuous network interface reads/records all packets (e. g. , including passwords!) passing by C A src: B dest: A v payload B wireshark software used for end-of-chapter labs is a (free) packet-sniffer Introduction 1 -133

Pahikset voivat nuuskia paketteja pakettien “nuuskinta”: § Lähetetty media (jaettu ethernet, langaton) § Summittainen verkko liittymä lukee/tallentaa kaikki ohi menevät paketit(esim. , mukaan lukien salasanat!) A C src: B dest: A payload v B wireshark ohjelma , jota käytetään kappaleen-loppu labroissa on ilmainen paketin nuuskia Introduction 1 -134

Bad guys can use fake addresses IP spoofing: send packet with false source address C A src: B dest: A payload B … lots more on security (throughout, Chapter 8) Introduction 1 -135

Pahikset voivat käyttää väärää osoitetta IP: n huijjaaminen: lähettää paketteja väärällä lähetys osoitteella C A src: B dest: A payload B … turvallisuudesta paljon enemmän (Läpi kappal Introduction 1 -136

Chapter 1: roadmap 1. 1 what is the Internet? 1. 2 network edge § end systems, access networks, links 1. 3 network core § packet switching, circuit switching, network structure 1. 4 delay, loss, throughput in networks 1. 5 protocol layers, service models 1. 6 networks under attack: security 1. 7 history Introduction 1 -137

Kappale 1: sisällys 1. 1 Mitä on internet? 1. 2 verkon reuna § pääte järjestelmät , pääsy verkot , linkit 1. 3 verkon ydin § packet switching, circuit switching, network structure 1. 4 viive, häviö, läpäisy verkoissa 1. 5 protokolla kerrokset, palvelu mallit 1. 6 verkot hyökkäyksen kohteena: turvallisuus Introduction 1 -138

Internet history 1961 -1972: Early packet-switching principles v v 1961: Kleinrock queueing theory shows effectiveness of packet -switching 1964: Baran - packetswitching in military nets 1967: ARPAnet conceived by Advanced Research Projects Agency 1969: first ARPAnet node operational v 1972: § ARPAnet public demo § NCP (Network Control Protocol) first host-host protocol § first e-mail program § ARPAnet has 15 nodes Introduction 1 -139

Internetin historia 1961 -1972: Varhaiset paketin vaihto periaatteet v v v 1961: Kleinrock – jonotus teoria näyttää pakettien vaihdon tehokkuuden 1964: Baran – pakettien vaihto armeijja verkoissa 1967: ARPAnet kehitettiin Advanced Research Project Agencyn toimesta v 1972: § ARPAnet julkinen demo § NCP (Network Control Protocol) ensimmäinen käyttäjältä käyttäjälle protokolla § Ensimmäinen sähköposti ohjelma § ARPAnet: ssä 15 solmua Introduction 1 -140

Internet history 1972 -1980: Internetworking, new and proprietary nets v v v 1970: ALOHAnet satellite network in Hawaii 1974: Cerf and Kahn architecture for interconnecting networks 1976: Ethernet at Xerox PARC late 70’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 routers § decentralized control define today’s Internet architecture Introduction 1 -141

Internetin historia 1972 -1980: verkkojen yhdistäminen, uusia and omistuksellisia verekkoja v v v 1970: ALOHAnet satelliitti verkko hawaiin 1974: Cerf and Kahn – arkkitehtuuri verkkojen yhdistämiseen 1976: Ethernet Xerox PARC: ssa 70 -luvun loppu: omistus-oikeudellinen arkkitehtuuri: DECnet, SNA, XNA 70 -luvun loppu : määrätyn mittaisten pakettien vaihto (ATM: n edeltäjä) 1979: ARPAnet: ssä 200 solmua Cerf and Kahn’s verkkojen yhdistyksen periaatteet: § minimalismi, autonomia – sisäisiä muutoksia ei tarvita verkkojen yhdistämiseen § “yritetään parhaamme” palvelu muoto § Paikattomat reitittimet § Keskittämätön hallinta Märrittelee nykypäivän internetin arkkitehtuurin Introduction 1 -142

Internet history 1980 -1990: new protocols, a proliferation of networks v v v 1983: deployment of TCP/IP 1982: smtp e-mail protocol defined 1983: DNS defined for name-to-IP-address translation 1985: ftp protocol defined 1988: TCP congestion control v v new national networks: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel 100, 000 hosts connected to confederation of networks Introduction 1 -143

Internetin historia 1980 -1990: uusia protokkila, verkkojen levitys v v v 1983: TCP/IP: n käyttöönotto 1982: smtp sähköposti protokolla 1983: DNS määritettiin IPosoitteen nimeksi muutta varten 1985: ftp protokolla määritettiin 1988: TCP ruuhkan hallinta v v Uusia kansallisia verkkoja: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel 100, 000 käyttäjää yhdistettynä valtion verkkoihin Introduction 1 -144

Internet history 1990, 2000’s: commercialization, the Web, new apps v early 1990’s: ARPAnet late 1990’s – 2000’s: decommissioned v more killer apps: instant v 1991: NSF lifts restrictions on messaging, P 2 P file commercial use of NSFnet sharing (decommissioned, 1995) v network security to v early 1990 s: Web forefront § hypertext [Bush 1945, v est. 50 million host, 100 Nelson 1960’s] million+ users § HTML, HTTP: Berners-Lee v backbone links running at Gbps § 1994: Mosaic, later Netscape § late 1990’s: commercialization of the Web Introduction 1 -145

Internetin historia 1990, 2000 -luvun alku: kaupallistaminen , the Web, uusia sovelluksia v 90 -luvun alussa: ARPAnet 90 -luvun loppu – poistettiin käytöstä 2000 -luku: v 1991: NSF poisti rajoitukset NSFnet: in v Lisää menestys kaupallisesta käytöstä (positettiin käytöstä, sovelluksia: 1995) välitön viestintä, v 1990 -l alussa: Web P 2 P tiedostojen § hyperteksti [Bush 1945, Nelson 1960’s] jako § HTML, HTTP: Berners. Lee v Verkko tuvallisuus § 1994: Mosaic, etusijalle myöhemmin Netscape § 90 -luvun loppu : Web: n v Arviolta 50 milj. kaupallistaminen konetta, 100 milj. v käyttäjää Selkäranka linkit Gbps nopeuksisia Introduction 1 -146

Internet history 2005 -present v ~750 million hosts § v v v Smartphones and tablets Aggressive deployment of broadband access Increasing ubiquity of high-speed wireless access Emergence of online social networks: § Facebook: soon one billion users v v Service providers (Google, Microsoft) create their own networks § Bypass Internet, providing “instantaneous” access to search, emai, etc. E-commerce, universities, enterprises running their services in “cloud” (eg, Amazon EC 2) Introduction 1 -147

Internetin historia 2005 -nyt v v v v ~750 miljoonaa laitetta Älypuhelimet ja tabletit Laajakaistan agressiivinen käyttöönotto Nopean langattoman verkon saatavuuden kasvu Internetin sosiaali-verkkojen nousu: § Facebook: kohta biljoona käyttäjää Palvelun tarjoajat(Google, Microsoft) luovat omat verkkonsa § Ohittavat internetin, tarjoavat ”välittömän” pääsyn hakupalvelimelle, sähköpostiin jne. E-kauppa, yliopistot, yritykset juoksevat palvelujaan“pilvessä” (esim. Amazon EC 2) Introduction 1 -148

Introduction: summary covered a “ton” of material! v v v v Internet overview what’s a protocol? network edge, core, access network § packet-switching versus circuit-switching § Internet structure performance: loss, delay, throughput layering, service models security history you now have: v v context, overview, “feel” of networking more depth, detail to follow! Introduction 1 -149

Johdanto: Tiivistelmä Käsitelty “paljon materiaalia! v v v Yleiskuva internetistä Mikä on protokolla? Reunaverkko, ydin, liityntäverkko § Pakettikytkentä vs. Piirikytkentä § Internetin rakenne suoritus: häviöt, viive, läpivienti tasot, palvelu malli tietoturva Nyt sinulla on: v v konteksti, yleiskuva, ”tunne” verkottamisesta Enemmän syvyyttä, yksityiskohtia seurattavana! Introduction 1 -150