Reti di comunicazione. Appunti Fonte: M. Addomine D. Pons - Informatica - Zanichelli

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1 Reti di comunicazione Appunti Fonte: M. Addomine D. Pons - Informatica - Zanichelli 1

2 Le reti Con il termine rete si fa riferimento, in generale ai servizi che si ottengono dall integrazione tra tecnologie delle telecomunicazioni e le tecnologie dell informatica (telematica). 2

3 Definizione (obsoleta) Una rete è un insieme di computer* e periferiche, collegati da canali di comunicazione che permettono la condivisione di dati e risorse, sia hardware che software. *tablet, console videogiochi, telefoni, automobili, webcam, sistemi di domotica 3

4 Aspetti evolutivi delle reti Inizialmente i sistemi di elaborazione erano molto costosi e si condividevano le risorse (applicazioni, database e periferiche) Modello con mainframe e terminali 4

5 Aspetti evolutivi delle reti Successivamente sono stati interconnessi più elaboratori con capacità di calcolo autonoma (anche sconnessi dalla rete continuano a funzionare). 5

6 Internet Internet: la rete delle reti Distinguiamo Struttura fisica Struttura logica 6

7 Internet: struttura fisica Collega qualunque nodo (host) su tutto il pianeta I nodi sono connessi tra loro da communication link (collegamenti fisici) e da packet switch (commutatori di pacchetti) 7

8 Pacchetto su Internet Quando un nodo deve inviare dati, questi vengono suddivisi in pacchetti con un header (intestazione) Indirizzo mittente Indirizzo destinatario Numero progressivo Dati header payloa d 8

9 Pacchetto su Internet Dal mittente al destinatario, i dati da inviare seguono un percorso non prestabilito che può attraversare un numero imprecisato di packet switch. I più diffusi sono i router 9

10 Accesso ad Internet Un host accede ad Internet attraverso un ISP (Internet Service Provider). Un ISP è una rete 10

11 Internet: struttura logica Gli host sono connessi a Internet tramite API (Application Programming Interface) Si tratta di protocolli di rete (regole di accesso e modalità di comunicazione) 11

12 Definizione di protocollo Un protocollo definisce il formato e l ordine dei messaggi scambiati tra due o più apparati connessi in rete, così come le azioni che devono essere intraprese per trasmettere e ricevere un messaggio o un altro evento 12

13 Network edge Reti di accesso Gli host in genere si dividono in client e server o peer to peer (in seguito) Rete di accesso: una rete che collega un host al primo router di Internet Diversi tipi di reti di accesso: SOHO (Small Office, Home Office), grandi reti, reti mobili Accesso via cavo di rame, fibra ottica e radio 13

14 Reti locali LAN e WLAN Le reti locali (Local Area Network) sono create per premettere a un gruppo di utenti di condividere dati, programmi e risorse hardware per un certo tipo di attività aziendale. Si crea con collegamenti via cavo (più propriamente si parla di LAN) o senza fili, cioè wireless (rete WLAN). L unità di misura per utilizzata per la velocita di trasmissione è Mbps (solitamente tra 4Mbps e 1000 Mbps=1 Gbps). 14

15 Connessione via cavo Connessione tramite linea telefonica con tecnologia DSL (Digital Subscriber Line) Upstream Downstream Telefono -> 4kHz Upstream 4kHz -> 50kHz Downstream 50kHz -> 1MHz ADSL 15

16 Fibra ottica Non solo per dorsali (collegamenti tra grandi distanze) ma anche «sull ultimo miglio», può essere FTTS (Fiber to the street): dalla cabina all utente finale (<250 metri) FTTH (Fiber to the home): intera tratta dalla centrale all utente 16

17 Network Core Nucleo della rete La comunicazione tra due host può avvenire in due modi Commutazione di pacchetto Commutazione di circuito 17

18 Commutazione di pacchetto Da un host i pacchetti arrivano a uno switch. Di solito uno switch utilizza la modalità Store and Forward (accumula e inoltra) Ritardo dalla spedizione all arrivo detto delay end to end 18

19 Commutazione di pacchetto Ritardi di accodamento e perdite di pacchetti: i pacchetti utilizzano un buffer che può essere pieno o con pacchetti di altri mittenti 19

20 Commutazione di circuito Per tutta la durata della comunicazione, le risorse utilizzate (buffer e banda disponibile) sono esclusivamente riservate all host che le ha richieste Si crea un collegamento fisico 20

21 Commutazione di circuito Come la linea telefonica tradizionale La comunicazione è in multiplexing, ogni collegamento può ospitare un certo numero di circuiti Multiplexing: FDM Frequency division multiplexing TDM Time division multiplexing 21

22 Com. pacchetto vs Com. circuito La com. pacchetto più efficiente: non ha tempi morti mentre la com. circuito occupa il circuito anche in assenza di dati Com. circuito garantisce la certezza della comunicazione ad una velocità costante, mentre la com. pacchetto può incorrere in congestioni 22

23 Classificazione delle reti Quando si parla di condivisione, all interno delle reti ci sono computer che mettono a disposizione risorse e computer che le utilizzano Distinguiamo architetture client/server architetture peer to peer 23

24 Reti client/server Nell architettura client/server, i computer connessi in rete possono essere computer server che mettono in condivisione le risorse (dischi, stampanti, ) computer client che richiedono servizi e risorse messi in condivisione da altri computer Non sempre la distinzione tra client e server è netta. 24

25 25

26 Multiplexing Se ogni circuito di comunicazione occupasse tutta la banda disponibile, l intero sistema andrebbe in congestione. Ogni link può ospitare un certo numero di circuiti contemporaneamente con il multiplexing. FDM: Frequency Division Multiplexing TDM: Time Division Multiplexing 26

27 Multiplexing 27

28 Multiplexing TDM I dati viaggiano su unico canale ma intervallati 28

29 Multiplexing FDM I dati sono modulati a diverse frequenze e viaggiano su unico collegamento 29

30 Ritardo Rete ideale vs rete reale Rete ideale: istantanea; trasporto quantità illimitate di dati; no ritardi; no perdite Rete reale: router introducono ritardi; perdita di dati; congestione 30

31 Ritardi 1.Ritardo di processo: un router che riceve un pacchetto, ne esamina l header per vedere a quale uscita inviarlo, controllo dei bit di errore... 2.Ritardo di accodamento: tempo di attesa nel buffer di uscita (!) 3.Ritardo di trasmissione: immissione nel link come sequenza di bit 4.Ritardo di propagazione: tempo di propagazione all interno del mezzo trasmissivo 31

32 Intensità di traffico Esprime il rapporto tra la quantità di dati in arrivo su un nodo e la velocità di trasmissione L: lunghezza in bit di ogni pacchetto (bit) a: ritmo di arrivo di pacchetti (pacchetti/s) R: velocità di trasmissione (bit/s) Formula L a/r 32

33 Perdita di pacchetti Il buffer non è infinito Quando è pieno il pacchetto in arrivo non viene prelevato: un host ha immesso un pacchetto che non arriva a destinazione 33

34 Throughput Indica la quantità di bit ricevuti con successo alla fine di una canale di comunicazione 34

35 Protocolli Nelle reti, i protocolli di comunicazione sono stratificati a livelli: ogni protocollo appartiene ad un livello Ogni livello svolge dei servizi che offre al livello superiore e per far ciò utilizza i servizi offerti dal livello inferiore 35

36 Internet e modelli di servizio Internet utilizza un modello a cinque livelli che semplifica il modello ISO-OSI a sette livelli 7 - Applicazione 6 - Presentazione 5 - Applicazione 4 - Trasporto 3 - Rete 2 - Connessione 1 - Fisico 5 - Sessione 4 - Trasporto 3 - Rete 2 - Connessione 1 - Fisico 36

37 Internet e modelli di servizio 37

38 Livello applicazione (livello 5) È di supporto alle applicazioni di rete. Qui vengono gestiti i protocolli di livello più alto (HTTP, SMTP, FTP) che provvedono a effettuare le richieste e i trasferimenti tra host Un applicazione su un host scambia messaggi con altre applicazioni 38

39 Livello trasporto (livello 4) Questo livello trasporta i messaggi tra client e server delle applicazioni Protocollo TCP (Transfer Control Protocol): consegna garantita TCP spezza un messaggio in segmenti Fornisce un meccanismo di controllo delle congestioni: adegua la velocità di trasmissione dell host alle condizioni della rete 39

40 Livello rete (livello 3) Prende i segmenti e forma dei blocchi chiamati datagram, fornisce il servizio di consegna dal mittente al destinatario al livello superiore In Internet è il protocollo IP 40

41 Livello connessione (livello 2) Il livello rete (precedente) si occupa di instradare datagram da un router ad un altro: per spostare i pacchetti da un nodo al successivo si serve di questo livello che lo fa utilizzando diversi protocolli (Ethernet, WiFi, PPP, DSL ). I pacchetti utilizzati a questo livello sono detti frame 41

42 Livello fisico (livello 1) Questo livello trasferisce i singoli bit I protocolli dipendono dal mezzo fisico 42

43 Incapsulamento Per ricostruire i dati inviati dal mittente al destinatario: 1. Frame dai bit 2. Datagram da frame 3. Segmenti da datagram 4. Messaggi da segmenti Si utilizza la tecnica dell incapsulamento: inserimento di header ad ogni livello 43

44 Incapsulamento 44