I nt r oduzione alle r et i di calcolat or i

Transcript

1 I nt r oduzione alle r et i di calcolat or i Maur izio Masset i, Gianluca Vannuccini Cor so di Labor at or io di Telemat ica AA Copyright Università degli Studi di Firenze - Disponibile per usi didattici Vedere i termini di uso in appendice ed a: 1

2 Cos è I nt er net : visione GHLFRPSRQHQWL Milioni di disposit ivi int er connessi : host s, endsyst ems pc, wor kst at ions, ser ver s PDA, t elef oni, t oast er s che suppor t ano le applicazioni di r et e links di comunicazione f ibr e ot t iche, doppini t elef onici, cavi coassiali, onde r adio... r out er s: che inst r adano pacchet t i (sequenze) di dat i at t r aver so la r et e r out er ser ver I SP locale Ret e pr ivat a wor kst at ion Ter minale mobile I SP r egionale 2

3 Cos è I nt er net : visione GHLFRPSRQHQWL pr ot ocolli: r egolament ano la t r asmissione e la r icezione di messaggi es., TCP, I P, HTTP, FTP, PPP I nt er net : la r et e delle r et i I nt er net pubblica ed int r anet pr ivat a Gli st andar d di I nt er net RFC: Request f or comment s I ETF: I nt er net Engineer ing Task For ce r out er ser ver I SP locale wor kst at ion mobile I SP r egional Ret e pr ivat a 3

4 Cos è I nt er net : una visione GHLVHUYL]L L inf r ast r ut t ur a di comunicazione per met t e le applicazioni dist r ibuit e: WWW, , giochi, e- commer ce, dat abase, alt r o? For nisce ser vizi di comunicazione per le applicazioni: connect ionless (senza connessione) connect ion-or ient ed (or ient at i alla connessione) - gar ant it i in int egr it à ed int er ezza 4

5 Ser vizio connect ion-or ient ed (or ient at o alla connessione) Scopo: t r asf er ir e dat i t r a sist emi t er minali handshaking: pr epar a per il successivo t r asf er iment o dei dat i Ciao, ciao, pr ot ocollo umano set up dello st at o in due host s comunicant i Car at t er ist iche Af f idabile per dit a: acknowledgement s e r it r asmissione Può f ar e cont r ollo di f lusso: il mit t ent e non deve sat ur ar e il r icevent e Può cont r ollar e la congest ione: il mit t ent e r allent a il r at e di invio quando la r et e è congest ionat a 5

6 Ser vizio connect ionless (senza connessione) Scopo: t r asf er ir e dat i t r a sist emi t er minali Non pr evede set -up iniziale della connessione. Non si cr ea una connessione logica f r a i due ut ent i Car at t er ist iche Veloce per comunicazioni più r apide e del t ipo bot t a e r ispost a Non af f idabile 6

7 Cos è un pr ot ocollo? Pr ot ocolli umani: pr ont o.. pr ont o, sono Pippo, come st ai? r egole che gover nano la condot t a delle per sone (azioni - r eazioni) nello scambio dei messaggi Pr ot ocolli di r et e: calcolat or i invece che per sone t ut t e le at t ivit à di comunicazione in I nt er net sono gover nat e da pr ot ocolli 7

8 Cos è un pr ot ocollo? Un pr ot ocollo umano e pr ot ocollo di r et e di calcolat or i ciao ciao Sai l or a? Sono le 2 t empo Connessione TCP r ichiest a Connessione TCP r ispost a Get ht t p:/ / gaia.cs.umass.edu/ index.ht m <f ile> 8

9 Cosa specif ica un pr ot ocollo? La sint assi di un messaggio che campi cont iene? in quale f or mat o? La semant ica del messaggio cosa signif ica il messaggio? Es: not -OK signif ica che il r icevit or e ha r icevut o il msg cor r ot t o Le azioni da int r apr endr er e dopo la r icezione di un msg Es: dopo aver e r icevut o not -OK, r it r asmet t er e il msg 9

10 Sist ema post ale ut ent e (scr iver e, inidir izzar e let t er a) segr et ar ia (t r adur r e, indir izzar e) f at t or ino (r accoglie, mandar e all uf f. post ale) ut ent e (legger e let t er a) segr et ar ia (t r adur r e, consegnar e) f at t or ino (selezionar e, dist r ibuir e) post ino (smist ar e i sacchi post ino (smist ar e le let t er e sacchi in r elazione a dest inazione) alla dest inazione, por t ar e alla st azione) smist ament o smist ament o t r eno/ nave/ aer eo (viaggia ver so dest inazione) viaggio t r eno/ nave/ aer eo (ar r iva alla st az. dest inazione) I n ogni passo viene specif icat o un indir izzo, un t ipo di messaggio da t r asf er ir e ed un pr ot ocollo da seguir e per il t r asf er iment o 10

11 I ndir izzo t ipo e pr ot ocollo I ndir izzo sulla bust a, let t er a con bust a, dalla casa del mit t ent e alla buca delle let t er e indir izzo uf f. post ale locale, sacco di bust e, pr ocedur a di t r asp. sacchi all uf f icio indir izzo uf f. post ale dest inazione, cont enit or i, pr ocedur a di t r asf er iment o (t r eno) indir izzo dest inat ar io, bust a con let t er a, dall uf f.post ale dest inazione alla casa del dest inat ar io se cambia il modo di t r aspor t o al punt o 3 (implement azione del ser vizio ad un livello) la cosa r imane t r aspar ent e per il r est o del sist ema 11

12 Sist ema post ale: alt r a visione Ut ent e segr et ar ia f at t or ino post ino smist ament o st azione Ut ent e segr et ar ia f at t or ino post ino smist ament o st azione viaggio St r at i: t ipi di dat i ed indir izzi 12

13 Per ché st r at if icar e? Tr at t ar e con sist emi complessi: la st r ut t ur a esplicit a per met t e l ident if icazione delle r elazioni t r a gli element i di un sist ema complesso modello di r if er iment o st r at if icat o la modular izzazione f acilit a la manut enzione e l aggior nament o del sist ema il cambiament o dell implement azione di un ser vizio su uno st r at o r imane t r aspar ent e per il r est o del sist ema es., il cambiament o della pr ocedur a di imbar co/ sbar co non inf luisce sul r est o del sist ema 13

14 St r at if icazione: comunicazione logica Ogni livello: dist r ibuit o ent it à implement ano le f unzioni dello st r at o ad ogni nodo ent it à compiono azioni, scambiano messaggi t r a par i applicat ion t r anspor t net wor k link physical applicat ion t r anspor t net wor k link physical applicat ion t r anspor t net wor k link physical net wor k link physical applicat ion t r anspor t net wor k link physical 14

15 St r at if icazione: comunicazione logica Es.: t r aspor t o pr endono dat i dalle applicazioni aggiungono gli indir izzi, f or mano il dat agr ama inviano il dat agr amma al compagno (peer ) aspet t ano che il peer dia segnale di r icezione analogia: sist ema post ale dat i applicat ion t r anspor tt net wor k link physical applicat ion t r anspor t net wor k link physical dat a ack applicat ion t r anspor t net wor k link physical net wor k link physical dat i applicat ion t r anspor tt net wor k link physical 15

16 St r at if icazione: comunicazione f isica dat i applicat ion t r anspor t net wor k link physical applicat ion t r anspor t net wor k link physical applicat ion t r anspor t net wor k link physical net wor k link physical dat i applicat ion t r anspor t net wor k link physical 16

17 St r at if icazione pr ot ocollar e e dat i Hl Ogni st r at o pr ende i dat i dallo st r at o pr ecedent e aggiunge inf or mazioni nell int est azione (header ) per cr ear e una nuova unit à di dat i (PDU, Packet Dat a Unit ) passa il PDU allo st r at o sot t ost ant e sor gent e dest inazione Ht HnHt HnHt M M M M applicat ion t r anspor t net wor k link physical applicat ion t r anspor t net wor k link physical Hl Ht HnHt HnHt M M M M messaggio segment o dat agr amma f r ame 17

18 La st r ut t ur a della r et e più in det t aglio Le est r emit à della r et e: applicazioni e host s il nucleo della r et e: r out er s r et e di r et i r et i di accesso, mezzi t r asmissivi: links di comunicazione 18

19 Le est r emit à della r et e: t er minali (host s): f anno gir ar e (ospit ano) pr ogr ammi applicat ivi es., WWW, alle est r emit à della r et e host s suddivisi in client e ser ver il invia r ichiest e, e r iceve ser vizi dal ser ver es., WWW client (br owser )/ ser ver ; client / ser ver PC agiscono sia da client che da ser ver t hin client, web t v, et c. 19

20 I l nucleo della r et e Un r et icolat o di r out er int er connessi la domanda chiave: come si t r asf er iscono i dat i at t r aver so la r et e? Commut azione di cir cuit o: un cir cuit o viene dedicat o ad ogni chiamat a: r et e t elef onica commut azione di pacchet t o: dat i inviat i at t r aver so la r et e in pezzi discr et i 20

21 Commut azione di cir cuit o Risor se di r et e (la lar ghezza di banda) viene divisa equament e t r a i possibili cir cuit i at t ivi suppor t at i dal canale ogni cir cuit o viene allocat o per una chiamat a se le r isor se non vengono usat e esse sono in at t esa (non c è condivisione) si divide la banda del canale in due modi divisione di f r equenza (FDM) divisione di t empo (TDM) 21

22 Commut azione di cir cuit o si divide la banda del canale in pezzi divisione di f r equenza (FDM) divisione di t empo (TDM) 22

23 O 8 * 6 * $* Esempio: Chiamat a t elef onica XWHQWH FKLDPDQWH 6 XWHQWH FKLDPDWR 5(7(7(/()21,&$ 6 * $1&,2 &HQWUDO H3 URQWD &RQQHVVLRQH WHQWHDO HUWDWR 6 (/(=,21( &KLDPDWD $1&,2 &RQYHUVD]LRQH JO LXWHQWLSDUO DQR $1&,2 $1&,2 YLQFRO R 6 *

24 O * Commut azione di Cir cuit o nella r et e t elef onica 7HUPLQDO H G 8 WHQWH WHO HIRQR 1RGRGL FRPPXWD]LRQH FHQWUDO H RFDO H 7HUPLQDO H G 8 WHQWH UHWHWHO HIRQLFD /LQHD G 8 WHQWH LXQ]LRQH 1RGRGLFRPPXWD]LRQH FHQWUDO HGLWUDQVLWR

25 Commut azione di cir cuit o Risor se end-end r iser vat e per la chiamat a banda del canale, buf f er r isor se dedicat e: nessuna condivisione pr est azioni (gar ant it e) di t ipo cir cuit o è r ichiest o il set -up della chiamat a 25

26 Commut azione di pacchet t o Ogni f lusso di dat i end-end viene suddiviso in pacchet t i i pacchet t i di più ut ent i condividono le r isor se di r et e ogni pacchet t o usa la banda complet a di un link di t r asmissione le r isor se vengono usat e secondo bisogno, Cont esa sulle r isor se: la domanda di uso delle r isor se piò sor passar e la disponibilit à di quest e congest ione: coda di pacchet t i, at t esa per l uso del canale st or e and f or war d: i pacchet t i per cor r ono un pezzet t o alla volt a vengono t r asmessi du un link aspet t ano il lor o t ur no per l uso del link successivo 26

27 Commut azione di pacchet t o e commut azione di cir cuit o La commut azione di pacchet t o è Per f et t a per dat i a bur st per met t e la condivisione r isor se non è r ichiest o il set up della chiamat a Congest ione eccessiva: pr ovocano il r it ar do e la per dit a di pacchet t i sono necessar i pr ot ocolli per l af f idabile t r asf er iment o di dat i ed il cont r ollo della congest ione 27

28 Commut azione di cir cuit o vs commut azione di pacchet t o La commut azione di pacchet t o per met t e a più ut ent i di usar e la r et e! Canale da 1 Mbit ogni ut ent e: 100Kbps quando è at t ivo at t ivo il 10% del t empo commut azione di cir cuit o: 10 ut ent i commut azione di pacchet t o: con 35 ut ent i, pr obabilit à > 10 at t ivi meno di.004 N ut ent i Link da 1 Mbps 28

29 Ret i a commut azione di pacchet t o: r out ing Scopo: muover e pacchet t i t r a i r out er s dalla sor gent e alla dest inazione vedr emo diver si algor it mi di selezione dipendent ement e da come inst r adano i pkt, le r et i sono: r et e a cir cuit o vir t uale: ogni pacchet t o cont iene un et ichet t a (ident if icat ivo del cir cuit o vir t uale), che det er mina il passaggio successivo i cammini f issat i det er minat i al moment o del set up della chiamat a, r imangono f issi per t ut t a la chiamat a r out er s mant engono inf or mazioni sullo st at o st at o per ogni chiamat a r et e a dat agr amma: l indir izzo di dest inazione det er mina il passaggio successivo le st r ade possono cambiar e dur ant e la sessione analogia: guidar e, chieder e indicazioni 29

30 Ret e di accesso e mezzi t r asmissivi?: come connet t er e un t er minale con un r out er di est r emit à? Ret i per l accesso r esidenziale r et i per l accesso ist it uzionale (scuole, univer sit à, et c.) r et i per l accesso mobile 30

31 Accesso r esidenziale: accesso punt o-punt o Dialup con modem f ino a 56Kbps di accesso dir et t o al r out er (t eor icament e) I SDN: I nt egr at ed Ser vices Digit al Net wor k: 128Kbps connessione int er ament e digit ale al r out er ADSL: Asymmet r ic Digit al Subscr iber Line f ino a 1 Mbps casa-r out er f ino a 8 Mbps r out er -casa 31

32 Accesso r esidenziale: modem e cavi t elevisivi HFC: hybr id f iber coax asimmet r ico: f ino a 10Mbps casa-r out er, 1 Mbps r out er - casa r et i di cavi e f ibr e che collegano case a r out er I SP accesso al r out er condiviso t r a le case pr oblemi: congest ione, dimensionament o 32

33 Accesso ist it uzionale: Local Ar ea Net wor ks local ar ea net wor k (LAN) delle aziende/ univ collegano t er minali con r out er est er ni molt e t ecnologie LAN Et her net : doppino di r ame o cavo coassiale cavo condiviso o dedicat o che collega t er minali e r out er 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Et her net 33

34 Ret i di accesso wir eless Ret e di accesso wir eless condiviso connet t e t er minali e r out er wir eless LANs: la banda r adio sost it uisce il cavo r out er St azione base accesso wir eless ar ee vast e CDPD: accesso wir eless al r out er I SP via r et e cellular e Ter minali mobili 34

35 Mezzi f isici Collegament o f isico: i bit dei dat i t r asmessi si pr opagano sui canali di t r asmissione mezzi guidat i: i segnali si pr opagano in mezzi solidi: r ame, f ibr a ot t ica mezzi non guidat i: i segnali si pr opagano liber ament e es: r adio Doppino t elef onico (TP) due cavi di r ame isolat i Cat egor ia 3: cavi della r et e t elef onica t r adizionale 10 Mbps et her net Cat egor ia 5 TP: 100Mbps et her net 35

36 Mezzo f isico: cavo coassiale, f ibr a Cavo coassiale: f ilo (segnale por t ant e) dent r o il f ilo (scudo) banda base: canale singolo sul cavo banda lar ga: canali mult ipli bidir ezionale uso comune in 10Mbs Et her net Fibr a ot t ica: f ibr a ot t ica che t r aspor t a impulsi luminosi alt a velocit à: 100Mbps Et her net t r asmissione punt o-punt o ad alt a velocit à (es., 5 Gps) basso t asso di er r or e 36

37 Mezzi f isici: r adio Segnale t r aspor t at o nello spet t r o elet t r omagnet ico non c è f ilo f isico bidir ezionale pr opagazione degli ef f et t i ambient ali r if lessione ost r uzione da ogget t i int er f er enza Tipi di collegament i r adio: micr oonde es. f ino a canali a 45 Mbps LAN (es., wavelan) 2Mbps, 11Mbps wide-ar ea (es., cellular i) es. CDPD, 10 s Kbps sat ellit e canali f ino a 50Mbps (o canali minor i mult ipli) 37