Az internet ökoszisztémája és evolúciója

Kedvcsináló
"Az informatikus szakemberek számára ma az Internet jelenti azt a környezetet, amiben dolgoznak, amely működésének alapos ismerete elkerülhetetlen."
Dr. Heszberger Zalán
tárgyfelelős, előadó
   

 

Alapadatok
Neptun kód: 
vitmma00
Gazda tanszék: 
TMIT
Szak: 
BME-VIK Mérnök informatikus szak
Szint: 
MSc - Mesterképzés
Típus: 
Szakirány-/specializációtárgy
Érvényesség: 
aktív
Tárgyfelelős: 
Célkitűzés: 
A tárgy célja bemutatni az Internet mint “élő” rendszer legfontosabb tulajdonságait. A tárgy alapján a hallgató elsajátíthatja az Internet, mint folytonosan változó, összetett architektúra fejlődésének logikáját, megismerkedik annak megoldásaival, ahogyan a bonyolult, többrétegű infrastruktúrán a hálózati szolgáltatások, valamint a végponti alkalmazások (Skype, Twitter, Dropbox, stb.) kifejleszthetők és működtethetők. A műszaki/technológiai jellemzőkön túl, a tárgy érinti a fontosabb szabályozási, üzleti és politikai ill. azokkal kapcsolatos hazai vonatkozásokat is.
Szemeszter: 
tavasz
Kurzus Szemeszter
Az internet ökoszisztémája és evolúciója (2017) 2016/2017 2. félév (tavasz)
Az internet ökoszisztémája és evolúciója (2016) 2015/2016 2. félév (tavasz)
Az internet ökoszisztémája és evolúciója (2015) 2014/2015 2. félév (tavasz)

A tantárgy részletes tematikája

Előadás helye és ideje: IE220  H:12:15-14:00
Gyakorlat helye és ideje (csak páratlan hét):  IE220   CS:10:15-12:00 

1) Előadás: Bevezetés

    Bemutatkozás - tárgykövetelmények, tárgy lefolyásának bemutatása.
    Témakörök azonosítás, hallgatói vélemények.
    Gyakorlatok anyagának felvezetése, kapcsolódó problémák megbeszélése
    
2) Előadás: Hogyan működik az Internet?
    
    Az Internet mint jelenség, szerepe a társadalomban, jellemző statisztikák 
    Területek, iparágak, melyekre az Internet hatása meghatározó 
    Az Internet szerepének fejlődése, lehetőségei és kockázatai   
    
    Működési anomáliák:
    Furcsaságok és kérdések az Internet világából (BGP prefix hijacking és
    man-in-the-middle támadások, youtube incidens, DNS sebeshetőségek,
    kudarc-e az IPv6?), mennyire kiforrott a technológia? A tárgy
    alapkérdéseinek megfogalmazása.

2) Előadás: Az Internet architektúrája

    Rétegek/funkciók. Adatkapcsolati réteg, Ethernet, DSL, kábel, WiFi,
    mobil. Az IP réteg, kapcsolatmentes datagram szolgáltatás, az IPv4
    fejrész, formátumok. IPv4 címzés: classful, classless, alhálózatok,
    klasszikus, longest prefix match, maszkolás, formátumkonverziók,
    példák. IP útválasztási és csomagtovábbítási modell: célcím-alapú,
    hop-by-hop, best-effort jellegű továbbítás.  Felsőbb szintű protokollok,
    TCP/UDP. IP protokollok és a homokóra profil.

    Az Internet architektúrája. Autonóm Rendszerek (AS),
    eyeball/content/tranzit, access/edge/core. Az internetszolgáltatók (ISP),
    egy tipikus ISP topológia.

3) Előadás: Az Internet szolgáltatási modellje

    ASek összekapcsolása, a policy routing fogalma.

    A tranzit AS-AS szolgáltatás, single-homed és multi-homed ASek, PA és PI
    címzés, a tranzit hurok elkerülése, a default-free zone, ASek mérete,
    tranzit árazás.

    A peer AS-AS kapcsolat, a peering policy, üzleti megfontolások, az IXP-k.
    Az internet AS-szintű struktúrája, a tranzit hiearchia, tier-ek fogalma, a
    tier-1, a regionális és nemzeti szolgáltatók.

4) Előadás: Útvonalválasztás az interneten

    Az útvonalválasztás alapjai: elosztott/központi, tartományon belüli/
    tartományok közötti, statikus-dinamikus, link-state vs. path-vector, a
    "Nagy négyes", IGP-EGP együttműködés.

    Az AS-AS szintű üzleti modell leképezése AS-útvonalakra. Engedélyezett és
    tiltott utak, a valley-free routing, definíció, valley-free utak
    számítása, gazdasági értelmezés.  Példák.  A "prefer-customer" szabály,
    "legrövidebb AS-út" szabály.

5) Előadás: A Border Gateway Protocol

    Tartományok közötti útvonalválasztás és a BGP. A BGP felépítése, működése,
    folyamatábra, BGP üzenetek, az NLRI és BGP attribútumok, a BGP döntési
    mechanizmusa. A BGP konfigurációjának alapjai, a loopack interfész
    szerepe.

    Útválasztási preferenciák megvalósítása BGP-n. Valley-free routing, import
    és export szűrők beállításának szabályai, a BGP comminity-k szerepe,
    valley-free routing konfigurálása BGP-n, példa.

6) Előadás: BGP a gyakorlatban További útválasztási preferenciák megvalósítása BGP-n. A "prefer customer" szabály lokális preferencia beállításával, konfigurálás BGP-n, példa. A legrövidebb AS út szabály megvalósítása. Prefix hijacking, Man-in-the-middle támadások, megelőzés prefix szűréssel, a bogon szűrők szerepe. AS útvonalak szűrése. Backup routing és AS-path prepending. Hot-potato routing és BGP forgalommenedzsment. Az internet útvonalválasztás stabilitása. BGP oszcilláció, példa. Az oszcilláció megelőzése. 

7) ZH (2017. március 20.)

8) Előadás: IP routerek felépítése és a forgalomtovábbítás

    Különbség az útválasztás és a forgalomtovábbítás között, routerek
    felépítése, a fast path és a slow path, HW vs. SW router-ek, NFV

    IP FIB adatstruktúrák: a longest prefix match megvalósítása, táblázat,
    TCAM-ek, prefix fák, leaf-pushing, ORTC, szint-tömörítés. A Linux kernel 
    IPv4
    FIB implementációja.

 9) Előadás: Az Internetes globális rendszerek, kormányzás, IPv6, DNS, e-mail

    Az Internet rövid története, jelen és jövő. 
    Az Internet szervezeti háttere, irányítási kérdései Működtető szervezetek, 
    irányító szervezetek, szabályozás, szabványosítás Európai és hazai sajátosságai, 
    hálózatsemlegesség.     
  
    Hiányosságok az IPv4ben. IPv6 alavető tulajdonságok, új funkciók 
    összefoglalása
    Címzési kérdések, hálózat menedzsment algoritmusok, mobilitási formák
    Biztonsági kérdések

  10) Előadás:  Az Internetes névkfeloldés működése, domain nevek szerkezete, 
    DSN szerverek, inverz DNS fordítás működése,
    Adminisztratív háttér, regisztráció, kapcsolódó protokollok, IPv6 
    specifikumok
    Friss fejlesztések , új irányok: karakterkódolási kérdések, korábbi 
    névkorlátozások feloldása, DNS disztribúciók
    A láthatatlan Internet: Dark Web meghatározása, kialakulása, működése. 
    A Tor hálózata, anonimizációs technikák és támadásuk
    A Dark Web pénzügyi működése: virtuális pénzek, Bitcoin, titkosítási
    mechanizmusok, jogi kérdések.
  11) Előadás: Az internet hálózat evolúciója
  
    Hálózatelméleti alapfogalmak. Klasszikus és speciális véletlen gráfok.
    Nagy hálózatok tulajdonságai: Kis világok, fokszámeloszlás,
    skálafüggetlenség, klaszterezettségi mutatók Valós hálózatok strukturális
    tulajdonságai Információs, technológiai, szociális és biológiai hálózatok
    struktúrája és tulajdonságai, Internet topológiája router és domain
    szinten, World Wide Web, kapcsolatok sűrűsége és eloszlása, csomósodási
    pontok, mobilhívás alapú kontakt hálózatok, villamos elosztó hálózatok.
    Hálózatok kialakulása és evolúciója
     
    Internetes közösségi hálók, szakmai együttműködési és publikációs
    hálózatok, színész-kollaborációs hálózatok – a Kevin Bacon játék, Milgram
    levélküldési kísérlet, neurális hálózatok, táplálék láncok felépítése az
    élővilágban, gazdasági vezetők hálózata, sejt és metabolikus hálózatok,
    szexuális hálózat, terrorista hálózatok.

  12) Előadás: Komplex folyamatok az Interneten

    Növekvő hálózatok, hálózatok dinamikája, skálafüggetlen B-A modell, a
    gazdag még gazdagabb jelenség magyarázatai egyes valós hálózatokban
    csomópont fitnesz és öregedési modellek és tulajdonságaik, Hálózatokban
    végbemenő folyamatok vizsgálata: hálózatok struktúrája és funkciói közti
    összefüggések, keresés hálózatokon, fázis-átmenetek, hálózatok ellenálló
    képessége véletlen hibákkal ill.  szándékos támadásokkal szemben,
    csomóponti hibák, élhibák, navigáció hálózatokon, csoportok kialakulása,
    eltűnése és élettartama, hálózati kaszkádok, lavina effektus.

    Keresés és routing hálózatokon, spontán felmerülő keresési feladatok
    valós hálózatokban, térkép nélküli keresés komplex hálózatokban, térkép
    nélküli keresésre optimalizált hálózati struktúrák, ismerkedés a web
    szerkezetével, a jelenlegi keresőtechnológiák kapacitása és a hálózat
    növekedése által Gnutella hálózat és a benne zajló keresés
    optimalizálása, webkeresők működése és korlátaik Internet topológiája és
    modelljei közötti hasonlóságok és különbségek

13) PótZH (Elővizsga?) (2017. május 8.)

 

Gyakorlatok:
1. Febr. 9. Telepítés rendszer próbálgatás
2. Febr. 23. Subnet címek számolás. Csomagok generálása Scapy-vel
5. Márc. 9. Ismerkedés Internet útvonalválasztási adatbázisokkal
7. Márc. 23. Ismerkedés a BGP alapvető működésével
9. Ápr. 6. Összetett BGP hálózatok építése
11. Ápr. 20. Speciális BGP beállítások
13. Máj. 4. Látogatás a BIX-be


Tematika, ha záróvizsgának választod:

Internet: Az Internet szerepe a társadalomban, az Internet szerepének fejlődése, lehetőségei és kockázatai, működési anomáliák.  Az Internet rövid története, jelen és jövő.  Az Internet szervezeti háttere, irányítási kérdései Működtető szervezetek, irányító szervezetek, szabályozás, szabványosítás Európai és hazai sajátosságai, hálózatsemlegesség.

Az Internet architektúrája: Rétegek/funkciók. Adatkapcsolati réteg, Ethernet, DSL, kábel, WiFi, mobil. Az IP réteg, kapcsolatmentes datagram szolgáltatás, az IPv4 fejrész, formátumok. IPv4 címzés: classful/classless. alhálózatok, klasszikus, longest prefix match, maszkolás, formátumkonverziók, példák. IP útválasztási és csomagtovábbítási modell: célcím-alapú, hop-by-hop, best-effort jellegű továbbítás.  IPV4 hiányosságai, IPv6 legfontosabb új elemei, elvárások az IPv6-tal szemben. IPv6 áttérés folyamata (IPv4 túlélés: pl. IPv4 piac, NAT, stb., IPv6 forgalom jelenlegi állása). IPv6 címzési rendszer, címtípusok, azok szerepe, címek írásmódja. IPv6 specifikus protokollok: ICMPv6, IPv6 útvonalválasztás protokolljai. IPv4-IPv6 áttérési megoldások: dual stack, alagutak, protokoll fordítás.

Az Internet architektúrája: Autonóm Rendszerek (AS), eyeball/content/tranzit, access/edge/core. Az internetszolgáltatók (ISP), egy tipikus ISP topológia.

Az Internet szolgáltatási modellje: ASek összekapcsolása, a policy routing fogalma. A tranzit AS-AS szolgáltatás, single-homed és multi-homed ASek, PA és PI címzés, a tranzit hurok elkerülése, a default-free zone, ASek mérete, tranzit árazás. A peer AS-AS kapcsolat, a peering policy, üzleti megfontolások, az IXP-k.  Az internet AS-szintű struktúrája, a tranzit hierarchia, tier-ek fogalma, a tier-1, a regionális és nemzeti szolgáltatók.

Útvonalválasztás az interneten: Az útvonalválasztás alapjai, elosztott/központi, tartományon belüli/ tartományok közötti, statikus-dinamikus, link-state vs. path-vector, a "Nagy négyes", IGP-EGP együttműködés. Az AS-AS szintű üzleti modell leképezése AS-útvonalakra: engedélyezett és tiltott utak, a valley-free routing, definíció, valley-free utak számítása, gazdasági értelmezés, a "prefer-customer" szabály, "legrövidebb AS-út" szabály.

A Border Gateway Protocol: Tartományok közötti útvonalválasztás és a BGP. A BGP felépítése, működése, folyamatábra, BGP üzenetek, az NLRI és BGP attribútumok, a BGP döntési mechanizmusa. A BGP konfigurációjának alapjai, a loopack interfész szerepe.  Útválasztási preferenciák megvalósítása BGP-n: valley-free routing, import és export szűrők beállításának szabályai, a BGP comminity-k szerepe, valley-free routing konfigurálása BGP-n.  A "prefer customer" szabály lokális preferencia beállításával, a legrövidebb AS út szabály megvalósítása.  Prefix hijacking és man-in-the-middle támadások, megelőzés prefix szűréssel, a bogon szűrők szerepe.  AS útvonalak szűrése. Backup routing és AS-path prepending. Hot-potato routing és BGP forgalommenedzsment.  Az internet útvonalválasztás stabilitása. BGP oszcilláció, az oszcilláció megelőzése.

IP routerek felépítése és a forgalomtovábbítás: Különbség az útválasztás és a forgalomtovábbítás között, routerek felépítése, a fast path és a slow path, HW vs. SW router-ek, NFV.  IP FIB adatstruktúrák: a longest prefix match megvalósítása, táblázat, TCAM-ek, prefix fák.

Az Internetes névkiosztás működése, domain nevek szerkezete, DNS szerverek működése, adminisztratív háttér, regisztráció, kapcsolódó protokollok, IPv6 specifikumok. Friss fejlesztések, új irányok: karakterkódolási kérdések, korábbi névkorlátozások feloldása