TB243ia – Interconnected World
Computer Networking: A Top-Down Approach
1. Computernetwerken en het Internet
1.1 Wat is het internet?
Het internet is een computernetwerk dat vele hosts (of end systems) met elkaar verbindt
door middel van een netwerk van transmissielijnen en switching-elementen. Het
internet is eigenlijk een netwerk van netwerken.
o Hosts vormen de ‘rand van het internet’ en kunnen worden opgedeeld in
cliënten (PC’s, smartphones, IoT-apparaten, etc.) en servers.
o Hosts krijgen toegang tot het internet via Internet Service Providers (ISP’s), zoals
KPN en Ziggo. ISP’s kunnen verbinding bieden via de telefoonlijn, televisiekabel,
glasvezel, wifi of 4G; zie 1.2.
Hosts, switching-elementen en andere onderdelen van het internet runnen protocollen,
die het versturen en ontvangen van informatie beheren.
o Een protocol definieert het format en de volgorde van berichten die tussen twee
of meer communicerende entiteiten worden uitgewisseld, alsook de acties die
bij de verzending/ontvangst van een bericht moeten worden ondernomen.
o De belangrijkste protocollen zijn het Transmission Control Protocol (TCP) en het
Internet Protocol (IP), samen bekend als TCP/IP.
1.2 Network edge
Bits kunnen door verschillende fysieke media bewegen, zoals twisted-pair koperdraden,
coaxkabels of glasvezelkabels (guided media), en de lucht en ruimte (unguided media).
Residentiële breedband-toegang tot het internet gebruikt vaak bestaande infrastructuur
die gebruik maakt van één of meerdere van deze media.
o Een digital subscriber line (DSL) gebruikt de twisted-pair koperdraadverbinding
van een normale telefoonkabel, waarbij de hogere frequentiebanden worden
gebruikt voor dataverkeer (upstream 4 kHz – 50 kHz, downstream 50 kHz – 1
MHz). De bandbreedtes voor upstream en downstream zijn asymmetrisch.
Twisted-pair koperdraad is heel goedkoop. Unshielded twisted-pair (UTP)
wordt meestal gebruikt voor LAN’s.
o
Figuur 1: Internettoegang via DSL
Kabeltelevisienetwerken gebruiken de coaxkabel van het televisiebedrijf. Vanaf de
wijkcentrale tot de ‘head end’ ligt een glasvezelverbinding. Dit systeem wordt
1
, ook wel hybrid fiber coax (HFC) genoemd. De capaciteit wordt verdeeld over alle
gebruikers.
Coaxkabels kunnen worden gebruikt als shared medium.
Figuur 2: Internettoegang via coaxkabel
o Bij glasvezel (fiber to the home (FTTH)) is ook het laatste stuk van de
wijkcentrale tot aan de woning glasvezelkabel. In tegenstelling tot bij DSL en
kabel zijn de snelheden bij glasvezel symmetrisch.
Glasvezel is ideaal voor overzeese verbindingen, maar is relatief duur.
Figuur 3: Internettoegang via glasvezelkabel
o Mobiele verbindingen over radiogolven zijn mogelijk via
telecommunicatiestandaarden zoals 4G en LTE.
Radiogolven vormen een unguided medium en zijn ideaal voor mobiele
verbindingen, maar de meeste werken over korte afstand.
Om hosts te verbinden met de edge-router, kan een local area network (LAN) worden
gebruikt. Dit wordt vaak gebruikt in bedrijfsgebouwen of -complexen en bij
particulieren. Een LAN-verbinding kan bekabeld worden gelegd (bijvoorbeeld via
Ethernet met twisted-pair koperdraad) of draadloos (WLAN, bijvoorbeeld via wifi).
1.3 Network core
Er zijn twee vormen van communicatie van gegevens door een netwerk van links en
switches: circuitschakeling en pakketschakeling.
Klassieke telefoonlijnen maken gebruik van circuitschakeling. Hierbij krijgt een
bepaalde verbinding een vast communicatiekanaal toegewezen gedurende de hele
overdracht.
o Het netwerk moet hierbij een end-to-end-verbinding tussen beide hosts
vaststellen.
o Doordat de verbinding is gereserveerd, is er een gegarandeerde constante
beschikbare transmissiesnelheid. Hierdoor is het beter geschikt voor real-time
services, zoals (video)bellen.
2
, o Het nadeel hiervan is dat de verbinding bezet blijft ook wanneer er geen
gegevens worden overgedragen.
LAN’s maken meestal gebruik van pakketschakeling (packet-switching). Hierbij worden
gegevens opgesplitst in kleinere datapakketjes met variabele grootte, waardoor de
capaciteit van kanalen optimaal wordt gebruikt. Tussen bron en ontvanger reizen
pakketjes door een netwerk van transmissielijnen en pakketschakelaars of switching-
elementen (meestal routers en datalinklaag schakelaars).
o Pakketschakelaars gebruiken vaak
store-and-forward transmissie, dus
ze moeten eerst het hele pakket
ontvangen voordat ze het eerste
deel ervan kunnen doorsturen. Figuur 4: Store-and-forward transmissie
o Pakketten hebben ook te maken met
queuing delays wanneer transmissielijnen niet direct beschikbaar zijn. Hierdoor
kan packet loss ontstaan; zie 1.4.
o Routers weten waar ze pakketten naartoe moeten sturen doordat elk pakketje
een header heeft met daarin het IP-adres van de bestemming. Elke router heeft
een forwarding table die IP-adressen mapt naar de beschikbare transmissielijnen
voor die router.
o Pakketschakeling biedt een efficiëntere verdeling van de transmissiecapaciteit
dan circuitschakeling, doordat het transmissielijnen toewijst afhankelijk van de
vraag, dus ‘on demand’. Ook is het simpeler en goedkoper te implementeren.
Het internet is een netwerk van
netwerken. Niet elke Internet Service
Providers (ISP) is met elke andere ISP
verbonden.
o Er zijn verschillende tiers van
ISP’s; tier-1 provider-ISP’s,
content provider netwerken
zoals van Google, regionale Figuur 5: Verbinding van ISP's
provider-ISP’s en access-ISP’s.
o Points of presence (PoP’s) zijn groepen routers waar verbonden kan worden met
een provider-ISP.
o Een ISP kan aan multi-homing doen door te verbinden met meerdere provider-
ISP’s, om falende ISP’s op te vangen.
o Twee ISP’s van dezelfde hiërarchie kunnen met elkaar peeren om de kosten te
reduceren. Ze kunnen ook verbonden zijn via een Internet Exchange Point (IXP).
1.4 Delay, loss en throughput bij pakketgeschakelde netwerken
De totale ‘nodal’ delay is de som van de
processing delay, queuing delay,
transmission delay en propagation delay.
3
