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- 藤 宗
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1 1 Web PC PC Linux Web PDATV Web
2 2 1 host end system [ISC 2007] ISP ISP 1-1 communication link packet switch 1.2 bps packet router link-layer switch
3 3 4 5 route path [Odylsko 2003] 2005 AOL [Gill 2005] PriMetrica [PriMetrica 2007] Internet Service Provider, ISP AOL ISP T-Mobile ISP ISP ISP 56 kbps DSL ISP Web ISP ISP AT&T Sprint ISP ISP IP 1.3 ISP protocoltcp Transmission Control Protocol, IP Internet Protocol IP TCP/IP Internet standard Internet Engineering Task Force IETF [IETF 2007] IETF Request For Comment RFCRFC RFC TCP IP HTTP Web SMTP 5000 RFC IEEE 802 LAN/MAN [IEEE ] WiFi intranet
4 1.1.2 Web IP VoIP peer-topeer P2P distributed application Java C C++ Application Programming Interface APIAPI API 2 API Alice Bob Alice Alice Bob API Alice Bob API 2 3 TCP/IP API 4 1
5 TCP TCP GET 2:00 < > 1-2
6 2. PDA Web Web Web URL 1-2 Web Web Web GET Web Web Web / 1.2 PDA
7 7 IP [Ceiva 2007] [BBC 2001] Web Web [Internet Home Alliance 2007] IP Web [CENS 2007, Culler 2004, CASA 2007] [Schwiebert 2001] RFID [ITU 2005] end system 1-3 PC Mac Linux Web PDA Web Web = client server PC PC PDA Web client program server program 2 Web Telnet distributed application 1-3
8 8 1 P2P P2P Limewire edonkey Kazaa 2 P2P ISP ISP access network edge router 1-4 residential access company access wireless access
9 9 ISP ISP PC dial-up modem ISP PC ISP 56 kbps ISP 56 kbps 56 kbps 56 kbps 3 MP3 8 Web
10 10 1 digital subscriber line, DSL [DSL 2007] hybrid fiber-coaxial cable, HFC [Cable Labs 2007] % 4 [Point Topic 2006] % HFC DSL DSL 90% DSL DSL Verizon ISP DSL ISP DSL ISP ISP DSL ISP 3 50 khz 1 MHz 4 khz 50 khz 0 4 khz DSL 3 DSL ISP DSL ISP ISP Verizon 768 kbps 1.5 Mbps DSL DSL VDSL Mbps Mbps [DSL 2007] DSL HFC head end DSL HFC cable modem PC 5 HFC DSL HFC MP3 MP3 Web
11 11 Web 5 DSL ISP DSL HFC DSL DSL HFC DSL HFC 1 Mbps StarBand HughesNet 1-5 DSL HFC always on ISP 2. LAN Mbps 1 Gbps 10 Gbps HFC LAN LAN 5 3. PC PDA wireless LAN / wide-area wireless access network
12 12 1 IEEE WiFi IEEE Web Web [wiggle.net 2007] Mbps 6 DSL PC PC PC 150 /DSL 1-6 3G 3G 1 Mbps EVDO Evolution-Data Optimized HSDPA High-Speed Downlink Packet Access WiMAX[Intel WiMAX 2007, WiMAX Forum 2007] IEEE WiFi WiMAX 5 10 Mbps 2006 WiMAX Sprint-Nextel
13 WiMAX 6 WiFi WiMAX 3G HFC 56 kbps ASDL physical medium guided media unguided media 1. 99% 1mm Unshielded Twisted Pair, UTP LAN 10 Mbps 1 Gbps UTP 100 Mbps LAN kbps DSL 6 Mbps ISP
14 Mbps shared medium 3. Gbps 100 km LAN Optical Carrier, OC 51.8 Mbps 39.8 Gbps OC-n n 51.8 Mbps OC-1 OC-3 OC-12 OC-24 OC-48 OC-96 OC-192 OC-768 [IEC Optical 2007] [Goralski 2001] [Ramaswami 1998] [Mukherjee 1997] 4. / LAN 6 5. / Gbps geostationary satellite low-earth orbiting satellite km 280 ms Mbps DSL
15 15 Lloyd Web [Wood 2007] ISP ISP circuit switching packet switching
16 16 1 circuit best effort 1. A n TDM FDM A B B
17 17 n n PC end-to-end connection A B n 1/n 2. Frequency-Division Multiplexing, FDM Time-Division Multiplexing, TDM FDM 4 khz bandwidth FDM MHz TDM FDM TDM FDM 4 4kHz TDM 4 TDM kbps 4kHz FDM 4kHz TDM FDM TDM silent period
18 18 1 X A B 640 kb 24 TDM Mbps A 500 ms Mbps/24 = 64 kbps (640 kb)/(64kbps) = 10 s 10 s s message JPEG MP3 packet packet switch store-and-forward transmission L Q R bps A L/R s Q 1 L/R QL/R output buffer output queue queue delay packet lost
19 19 A B E A B 10 Mbps 1.5 Mbps 1.5 Mbps Mbps A C 1.5 Mbps B D 1-10 E 4. [Molinero-Fernandez 2002] 1 Mbps 100 kbps 10% 90% 100 kbps TDM ms 10 = 1 Mbps/100 kbps % Mbps Mbps kb
20 kb TDM 9 1 Mb 10 s 1 Mbps 1 s statistical multiplexing forwarding table Joe Lakeside Drive 156 Joe Lakeside Drive 156 Joe I-95 Joe I-95 Jacksonville Joe I-95 Daytona Joe I-4 Joe I-4 Joe
21 21 Lakeside Drive Joe Lakeside Drive Joe Lakeside Drive 156 Joe Traceroute Traceroute ISP PC PDA Web DSL ISP AOL MSN ISP 1-11 ISP AOL DSL LAN ISP ISP tier-1 ISP ISP ISP 622 Mbps ISP Gbps ISP ISP ISP ISP Internet backbone Sprint Verizon MCI UUNet/WorldComAT&T NTT Level3 Qwest Cable & Wireless ISP 1-11 ISP ISP ISP customer ISP provider ISP ISP ISP ISP ISP ISP ISP ISP ISP ISP peer [Subramanian
22 ] 1-11 ISP ISP ISP Point of Presence, POPPOP ISP ISP POP POP ISP POP POP ISP POP ISP POP ISP ISP ISP ISP ISP ISP ISP ISP ISP
23 nodal processing delay queuing delay transmission delay propagation delay total nodal delay 1-12 A B A A B A A B A B 1-12 A 1. A B L R bps A
24 24 1 B 10 Mbps R = Mbps R=100 Mbps 1.3 L/R 4. B m/s d/s d A B s B B B km km 100 km/h 100 km/h s 9 10 / 5 / = km/ 100 km/h = 1h km/h 6
25 25 10 Web Java Java d proc d queue d trans d prop d nodal = d proc + d queue + d trans + d prop d prop d proc d nodal d trans 10 Mbps LAN d trans d trans d proc d queue [Bertsekas 1991; Daigle 1991; Kleinrock 1975, 1976; Ross 1995] d proc d trans d proc 10 9 a pkt/s R bps L La bps La/R traffic intensity La/R > 1 1 La/R 1 L/R s
26 26 1 L/R s N L/R s n n 1 L/R s La/R La/R Web Java 1 1 drop lost 1 Java N 1 d proc R bps d prop d end-end = N d proc + d trans + d prop d trans = L/R L
27 1. Traceroute Traceroute Traceroute N 1 N N 1 N 1 N n n n N Traceroute 3 3 N RFC 1393 Traceroute Traceroute gaia.cs.umass.edu cis.poly.edu 6 n xxx.xxx.xxx.xxx Traceroute border4-rt-gi-1-3.gi-l-3.gw.umass.edu ms 0.48 ms 0.45 ms n n n+1 n Traceroute Web Traceroute Traceroute 27
28 28 1 PingPlotter[PingPlotter 2007] 2. / DSL / WiFi 5 IP VoIP VoIP VoIP A B P2P instantaneous throughput B bps F B F T average throughput F/T bps 24 kbps 256 kbps 1-15a R s R c R s bps R c bps R s < R c R s bps R s bps R c < R s R c R c R s R c min{r c, R s } bottleneck link F F/min{R c, R s } F = MP3 R s = 2 Mbps R c = 1 Mbps 32 s 1-15b N N
29 29 R 1, R 2,, R N min{r 1, R 2,, R N } R s R c a R 1 R 2 R N b a R s R c R s R c [Akella 2003] R s R c min{r s, R c } 10 R s R R c 10 a b b / R R R s R c
30 30 1 R R s R c R R R s R c 100 min{r s, R c } R s R c R s = 2 Mbps R c = 1 Mbps R = 5 Mbps kbps 500 kbps a 1-16b
31 / / 1-18 layer 1-18 service service model n n 1 n HTTP SMTP WiFi n n 31 /
32 32 1 [Wakeman 1992] protocol stack a top-down approach a b ISO OSI 1-19 OSI 1. HTTP Web SMTP FTP 32 DNS 2 message 2. TCP UDP TCP / TCP UDP segment 3. datagram TCP UDP IP IP 1.3 IP IP IP
33 4. TCP TCP WiFi PPP PPP frame ISO ISO OSI [ISO 2007] OSI OSI b OSI OSI 9 / OSI
34 IP IP encapsulation application-layer message 1-20 M 1-20 H t transport-layer segment 1-20 H n network-layer datagram link-layer frame payload field Alice Bob Bob Bob
35 35 Bob Bob 1.6 [Skoudis 2006] 8 1. Web MP3 malware botnet self-replicating 2003 Saphire/Slammer % [Moore 2003] [Skoudis 2004] virus
36 36 1 worm Slammer Trojan horse [Malware 2006] 2. Denial-of-Service, DoS Web DNS 2 DoS DoS [Moore 2001; Mirkovic 2005] DoS TCP TCP R bps R bps R 1-21 DoS distributed DoS, DDoS R DDoS [Mirkovic 2005] DoS DDoS DoS 3 DoS 3. WiFi 6 packet sniffer
37 LAN LAN 1.2 Web Ethereal[Ethereal 2007] 8 4. IPIP spoofing end-point authentication 8 5. man-in-middle attack Alice Bob Alice Bob Bob Alice
38 38 1 Alice Bob 8 [Blumenthal 2001] / 2 Web 6 DDoS [Segaller 1998] [Leiner 1998] Leonard Kleinrock [Kleinrock 1961 Kleinrock 1964] MIT Kleinrock 1964 Paul Baran [Baran 1964] NPLDonald Davies Roger Scantlebury MIT NPL let s-build-it-and-demonstrate-it J. C. R. Licklider [DEC 1990] Lawrence Roberts Kleinrock MIT Adveanced Research Projects Agency, ARPA
39 39 Roberts ARPAnet[Roberts 1967] Interface Message Processor, IMPBBN 1969 IMP Kleinrock UCLA 3 IMP Stanford Research Institute SRI UC Santa Barbara University of Utah Kleinrock UCLA SRI [Kleinrock 2004] 1-22 L. Kleinrock Mark J. Terrill AP/Wide World Photos 1972 ARPAnet 15 Robert Kahn 1972 ARPAnet NCP [RFC 001] BBN Ray Tomlinson ARPAnet ARPAnet IMP ARPAnet ALOHAnet [Abramson 1970] DARPA [RFC 829] [Kahn 1987]
40 40 1 Telenet BBN ARPAnet Cyclades Louis Pouzin [Think 2007] Tymnet GE [Schwartz 1977] IBM SNA ARPAnet [Schwartz 1977] DARPA Vinton Cerf Robert Kahn [Cerf 1974] internetting TCP TCP TCP IP TCP TCP IP TCP UDP 3 TCP UDP IP DARPA Norman Abramson ALOHAnet ALOHA [Abramson 1970] Abramson Metcalfe Boggs [Metcalfe 1976] 1-23 Metcalfe Boggs PC [Perkins 1994] PC 25 Metcalfe Boggs PC LAN LAN LAN 5 ALOHA LAN 1-23 Metcalfe ARPAnet BITNET
41 41 CSNET ARPAnet 1986 NSFNET NSF NSFNET 56 kbps Mbps ARPAnet TCP ARPAnet NCP NCP TCP/IP [RFC 801] TCP/IP TCP [Jacobson 1988] DNS gaia.cs.umass.edu 32 IP [RFC 1034] ARPAnet Minitel Minitel X.25 Minitel Minitel 1984 Minitel Minitel % Minitel ARPAnet MILNET NSFNET 1991 NSFNET NSFNET NSFNET World Wide Web Web Web [W3C 1995] Web Tim Berners-Lee CERN [Berners-Lee 1989] Vannevar Bush [Bush 1945] Ted Nelson [Xanadu 2007] Berners-Lee HTML HTTP Web Web Web Web GUI Web Marc Andreesen GUI Mosaic 1994 Marc Andreesen Jim Clark Mosaic Netscape [Cusmano 1998; Quittner 1998] 1995 Mosaic Netscape Web 1996 Netscape [Cusmano 1998]
42 killer application Web Web Web instant messaging ICQ MP3 peer-to-peer Napster Cisco AOL Yahoo e-bay Google Amazon LAN P2P 1.2 DSL IP [Skype 2007] [YouTube 2007] IP [PPLive 2007] 11Mbps WiFi kbps Web Blaster 8 P2P P2P CPU P2P P2P Napster Kazaa Gnutella edonkey LimeWire BitTorrent IP Skype IPTV PPLive ppstream 2 P2P 1.8
43 ISP LAN WiFi WiMAX GSM IP GSM
44 Web HFC LAN HFC DSL TDM FDM 12. TDM 13. R 1 R 2 L 14. ISP ISP Mbps 1 Mbps 20% 1.3 a. b. 3 c. d Java km m/s
45 45 2 Mbps L d R bps 19. A B A 3 R 1 = 500 kbps R 2 = 2 Mbps R 3 = 1 Mbps a. b kb B c. R kbps a b 20. A B 21. Java Java DDoS 28. Alice Bob Trudy Alice Bob Bob Alice Trudy k N k a. b n a.
46 46 1 b km/h a. 200km b. a A B R bps m s m/s A B L a. m s d prop b. L R d trans c. d. A t = 0 t = d trans e. d prop d trans t = d trnas f. d proc d trans t = d trnas g. s = L = 100 R = 28 kbps d proc d trans m 6. A B VoIP A 64 kbps A 48 A B 1 Mbps 2 ms A B B A B 7. 1 Mbps 100 kbps 10% 1.3 a. b. c. 40 n d Mbps 100 kbps p = Gbps 1 Mbps a. N b. M N p M N 9. L A d i s i R i i i = 1, 2 d proc d i s i R i i = 1, 2 L ms 4000 km 1000 km 10. R 1 = R 2 = R d proc =
47 Mbps L R x n 12. N L R N 13. L R bps LN/R s N 0 L/R 2L/R N 14. I I = La/R IL/R 1 I I < 1 a. b. L/R 15. a b. a d queue Traceroute a. 3 b. 3 c. Traceroute ISP / IP ISP ISP d b M / 10 R s R c R M / R s R c R M 18. A B km R = 1 Mbps m/s a. R t prop b. A B 400 kb c. d. e. s R m R R R = 1 Gbps a. R t prop b. A B 400 kb c
48 48 1 a. b kb c. a b Mbps m/s a. b. R t prop c. x Mb Mbps a. b c. a d. a b Java Java 26. A B F A B A S 40 L = + S R bps A B
49 49 S LAN 3. PC PC Skype Skype PC PC 4. Skype PC 5. Short Message Service, SMS / Web SMS 6. Web 7. P2P Web ICQ Napster 10. WiFi 3G 11. Napster P2P RIAA P2P 12. BitTorrent P2P edonkey LimeWire Kazaa Ethereal Java Ethereal packet sniffer 1-25 Ethereal Windows Linux/UNIX Mac Ethereal Ethereal Web Web Web Web Ethereal
50 50 1 Ethereal ASCII 1-25 Ethereal Leonard Kleinrock UCLA 1969 UCLA 1961 Leonard Noamdix City College of New York, CCNY MIT Leonard Kleinrock / 1959 MIT MIT Claude Shannon MIT CCNY Photobell UCLA
51 51 IMP UCLA UCLA 99 IP Web 21 MIT Claude Shannon /
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