CORSO DI RETI DI CALCOLATORI

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1 CORSO DI RETI DI CALCOLATORI Ingegneria Infrmatica (A.A. 2004/2005) Intrduzine Scpi delle reti di calclatri: Applicazini aziendali. Applicazini dmestiche. Applicazini mbili. Hardware di rete: Reti lcali. Metrplitan Area Netwrk. Wide Area Netwrk. Reti wireless. Reti dmestiche. Reti tra sistemi. Sftware di rete: Gerarchie di prtclli. Prgettazine degli strati. Servizi rientati alla cnnessine e senza cnnessine. Primitive di servizi. Mdelli di riferiment: Il mdell di riferiment OSI. L'architettura TCP/IP. Cnfrnt tra OSI e TCP/IP. Esempi di rete: Internet L strat fisic Le basi teriche: Analisi di Furier. Segnali a banda limitata. La velcità massima di un canale. Mezzi di trasmissine guidati: Mezzi magnetici. Dppin telefnic. Cav cassiale. Fibra ttica. Trasmissini wireless: Trasmissini radi. Trasmissine a micrnde. Infrarss ed nde millimetriche. Trasmissine a nde luminse. Cmunicazini satellitari: Satelliti gestazinari. Satelliti su rbite medie. Satelliti su rbite basse. I cllegamenti lcali: Mdem, ADSL e cnnessini wireless. L strat data link Prgett dell strat data link: Servizi frniti all strat netwrk. Suddivisine in frame. Cntrll degli errri. Cntrll di fluss. Rilevazine e crrezine degli errri: Cdici per la crrezine degli errri. Cdici di Hamming. Cdici a rilevazine di errri. Cntrll ciclic di ridndanza (CRC). Prtclli data link elementari: Simplex senza restrizini. Simplex stp-and-wait. Simplex su canali rumrsi. Prtclli sliding windw: Prtcll sliding windw ad 1 bit. Prtcll "g back n". Prtcll a ripetizine selettiva. Verifica dei prtclli: Mdelli a stati finiti. Mdelli a rete di Petri. L strat data link in Internet: Il prtcll PPP. Il sttstrat MAC Il prblema dell'assegnazine del canale: Assegnazine statica. Assegnazine dinamica. Prtclli ad access multipl: ALOHA. Prtclli CSMA. Prtclli senza cllisine. Prtclli a cntesa limitata. Prtclli per LAN wireless. Ethernet: Cablaggi Ethernet. Cdifica Manchester. Il MAC di Ethernet. L'algritm di backff espnenziale binari. Prestazini di Ethernet. Ethernet cmmutata. Fast Ethernet. Gigabit Ethernet. LLC. LAN wireless: L standard IEEE L strat fisic. Il sttstrat MAC. La struttura delle frame. Wireless a larga banda: L standard IEEE L strat fisic. Il sttstrat MAC. La struttura delle frame. Bluetth: Architettura. Applicazini. La pila di prtclli e l standard IEEE L strat radi. L strat baseband. L strat L2CAP. La struttura delle frame. La cmmutazine nell strat data link: Bridge tra 802.x e 802.y. Internetwrking lcale. Bridge spanning Tree. Bridge remti. Ripetitri, hub, bridge, switch, ruter e gateway. LAN virtuali. L strat Netwrk L'architettura dell strat netwrk: Cmmutazine di pacchett stre-and-frward. Servizi fferti all strat di trasprt. Implementazini di servizi senza cnnessine. Implementazine di servizi rientati alla cnnessine. Cnfrnt tra sttreti a circuit virtuale e a datagrammi. 1

2 Algritmi di ruting: Algritmi di ruting nn adattativi e adattativi. Algritm basat sul percrs più breve. Flding. Ruting basat sul vettre delle distanze. Ruting basat sull stat dei cllegamenti. Ruting gerarchic. Ruting bradcast. Ruting multicast. Algritmi per il cntrll della cngestine: Principi generali. Criteri di prevenzine. Cntrll della cngestine nelle sttreti a circuit virtuale e a datagrammi. Lad shedding. Cntrll del jitter. Qualità del servizi: Requisiti e tecniche per la gestine della qualità del servizi. L'algritm leaky bucket e tken bucket. Cllegament tra reti: Prblematiche. Tunnelling. Ruting in una internetwrk. Il prblema della frammentazine. L strat netwrk di Internet: Il prtcll IP. Indirizzi IP. Maschere di sttre e segmentazine. Prtclli di cntrll Internet: ICMP, ARP, RARP, BOOT e DHCP. Prtcll di ruting per i gateway interni: OSPF. Prtcll di ruting per i gateway esterni: BGP. IPV6. L strat di trasprt Il servizi di trasprt: I servizi fferti all strat superire. Le primitive del servizi di trasprt. I scket Berkeley. Gli elementi dei prtclli di trasprt: Indirizzament. Instaurazine e rilasci di una cnnessine. Il cntrll del fluss e il buffering. Il multiplexing. Un semplice prtcll di trasprt: Esempi di implementazine di una entità di trasprt. La sua macchina a stati finiti. I prtclli di trasprt Internet: UDP: Il frmat dei pacchetti. I prtclli di trasprt Internet: TCP: Il mdell di servizi. Il prtcll. L'intestazine dei segmenti. Instaurazine e rilasci delle cnnessini. Il mdell di gestine della cnnessine. I criteri di trasmissine. Il cntrll della cngestine. La gestine dei timer. Dmain Name System: L spazi dei nmi: piatt e gerarchic. Il DNS di Internet. Le zne di autrità. La risluzine dei nmi: query iterative e ricrsive. La risluzine inversa. I recrd delle risrse. 2

3 INTRODUZIONE: Classificazine delle reti (tassnmia) Basate sulla tecnlgia trasmissiva: la tplgia della rete, e quindi le caratteristiche della cmunicazine Basate sulla scala dimensinale:l estensine fisica della rete, e quindi l utilizz della rete Tecnlgia trasmissiva Esistn essenzialmente due differenti tplgie di rete: 1. reti bradcast: un unic canale di cmunicazine è cndivis da tutti i calclatri 2. reti punt a punt: gni canale di cmunicazine cllega due diversi calclatri della rete Le reti bradcast In una rete bradcast tutti i calclatri sn cnnessi ad un unic canale trasmissiv. La cmunicazine è basata su piccle sequenze di dati (pacchetti). In ciascun pacchett è riprtat un identificatre del calclatre a cui i dati sn destinati. Ogni calclatre legge tutti i pacchetti, ma cnsidera sl quelli indirizzati a se stess. E generalmente pssibile indirizzare un pacchett a tutti i calclatri nella rete (bradcasting). Alcune reti permettn anche il multicasting, ssia l invi di pacchetti ad un sttinsieme dei calclatri nella rete. Due tipiche tplgie: bus ed anell(ring) In gni istante un sl calclatre può trasmettere. Csa succede se due calclatri inizian a trasmettere cntempraneamente? Esempi cmmerciali: Ethernet e TkenRing Le reti punt-punt Per arrivare alla sua destinazine, gni pacchett deve attraversare più calclatri Sn anche dette in inglese stre-and-frward netwrks In generale esistn mlti percrsi che prtan alla stessa destinazine, quindi è necessari sceglierne un: rutine ( instradament) dei pacchetti. Le scala dimensinale In base alla scala dimensinale, le reti si pssn classificare in: reti lcali reti metrplitane reti gegrafiche Reti lcali - LAN (Lcal Area Netwrk) Hann una dimensine massima prefissata (fin a pchi chilmetri), quindi si cnsce il ritard massim di un pacchett Hann un bass tass d errre Sn generalmente di tip bradcast, cn una velcità di trasmissine da 10 Mbps a 10 Gbps. Sn in genere basate su tplgia a bus ppure ad anell (ring) Reti metrplitane - MAN (Metrplitan Area Netwrk) Hann una dimensine ben superire alle LAN, cprn una intera città Le vecchie MAN eran basate su tecnlgie per le reti gegrafiche Negli Stati Uniti le prime MAN sn nate sfruttand la rete di televisine via cav. 3

4 Reti gegrafiche WAN (Wide Area Netwrk) Pssn estendersi per intere nazini cntinenti, su scala planetaria Sn cstituite da due cmpnenti distinte: un insieme di elabratri detti hst (i calclatri che si intendn effettivamente cllegare) una cmmunicatin subnet che cnnette gli hst tra di lr, cstituita da: linee di trasmissine (anche dette canali trunk) elementi di cmmutazine (anche detti switching element ruter) Una WAN cllega slitamente più LAN e MAN tra lr La cmmunicatin subnet è in genere realizzata cn una tplgia punt-punt Alcune cmmunicatin subnet sn realizzate cn tplgia wireless ppure mista (ad es., quand basate su trasmissini radi satellitari) Le reti wireless Cmunicazine cn segnale radi d ttic (laser, infrarss) nell etere. Generalmente cn canale di cmunicazine cndivis per segnali radi, cn canale di cmunicazine punt-punt per segnali ttici Il tass d errre della trasmissine è mlt alt Usate per mbile cmputing e integrazine cn la telefnia cellulare e satellitare Categrie di reti wireless Cnnessini all intern di un sistema Wireless LAN Wireless WAN - Bluetth cnfiguratin - Wireless LAN - Cmputer prtatili individuali - LAN vlante Reti dmestiche Cmputer (desktp PC, PDA, periferiche cndivise) Intratteniment (TV, DVD, VCR, videcamera, stere, MP3) Telecmunicazini (telefni, telefni cellulari, citfni, fax) Elettrdmestici (micrnde, frigriferi, rlgi, cndizinatri, lampade) Telemetria (cntatri, allarmi, sistemi di srveglianza) Internetwrking Si ha internetwrking quand due più reti (LAN, MAN, WAN) sn cnnesse tra lr. Una particlare internetwrk è detta Internet Sftware di rete 4

5 Gerarchie dei prtclli Prgettazine degli strati Servizi Cnnectin-Oriented e Cnnectinless Primitive di servizi Relazine tra servizi e prtclli Per facilitare la prgettazine, la verifica, l implementazine ed il testing, il sftware di rete è altamente strutturat ed rganizzat in gerarchie di prtclli (prtcl hierarchies) Le reti sn rganizzate in livelli (layers), ciascun dei quali è cstruit spra il precedente L scp di gni livell è frnire servizi al livell immediatamente superire, nascndend i dettagli su cme tali servizi sn implementati Ciascun tip di rete ha: un divers numer di livelli diversi nmi e funzini assciati a ciascun livell Gerarchie di prtclli Il livell n su un hst dialga cn il livell n di un altr hst (sl lgicamente!) Regle e cnvenzini della cmunicazine a livell n sn indicate cl termine prtcll di livell n Le entità lgiche che prtan avanti la cnversazine a livell n sn dette peer entità (entità di pari livell) Ciascuna peer entity di livell n prta avanti il dialg utilizzand i servizi fferti dal livell n - 1 Fra gni cppia di livelli adiacenti c è una interfaccia L interfaccia definisce 1. i servizi fferti dal livell sttstante 2. le perazini primitive che pssn essere richieste al livell sttstante Analgia cn i sistemi perativi : l interfaccia tra il livell superire e quell inferire è simile alle API (funzini di libreria e chiamate di sistema) tra i prgrammi applicativi ed il sistema perativ Architettura di rete Una cllezine di livelli e relativi prtclli è chiamata architettura di rete Due hst pssn dialgare anche se utilizzan diverse piattafrme hardware e diversi sistemi perativi, purché adttin la stessa architettura di rete L insieme dei prtclli di una architettura utilizzati su un cert hst viene dett pila di prtclli (prtcl stack). 5

6 I principi di prgett dei livelli OSI Ogni livell deve avere un divers livell di astrazine Ogni livell deve avere una funzine ben definita I livelli devn essere tali da: minimizzare il passaggi di infrmazini tra i livelli evitare trppe funzini in un livell evitare trppi livelli I sette livelli OSI OSI Livell Fisic Ha a che fare cn la trasmissine di bit grezzi sul mezz fisic: deve fare in md che se parte un bit 1, arriva un bit 1, e nn un bit 0, e viceversa Tipiche specifiche definite dal livell: 1. tensini scelte per rappresentare 0 ed 1 2. durata di un bit 3. mdalità di trasmissine simultanea 4. frma dei cnnettri OSI Livell Data Link Il su scp principale è far apparire il mezz trasmissiv cme un canale di cmunicazine esente da errri nn rilevati Deve quindi: 1. raggruppare i bit da inviare in PDU chiamate frame e aggiungere delimitatri al frame (framing) 2. inviare i frame in sequenza 3. aspettare un acknwledgment frame (ack) per i frame inviati Lunghezza del frame: dal centinai al migliai di byte Il livell deve anche: gestire gli errri di trasmissine: errri in ricezine (un frame nn viene cmpletat) perdita di frame (timeut per un ack) duplicazine di frame (dvuta a perdita di un frame di ack) realizzare meccanismi per l invi dell ack: cn frame separati cn piggybacking (da pickaback, prtare sulle spalle ) reglare il traffic e per reti bradcast, arbitrare l access al canale (sttlivell MAC) 6

7 OSI Livell Netwrk Cntrlla il funzinament della cmmunicatin subnet. Alcune delle sue funzini: ruting dei pacchetti: ruting static (fissat gni tant e raramente variabile) ruting dinamic (cntinuamente aggirnat fra un pacchett all altr) gestine della cngestine della cmmunicatin subnet accunting (cntabilizzazine) del traffic cnversine di dati nel passaggi fra una rete ed un altra (indirizzi da rimappare, pacchetti da frammentare, prtclli diversi da gestire,... ) OSI Livell Transprt Frammenta i dati che arrivan dal livell superire in pacchetti Trasmette i dati alla peer entity finale Isla i livelli superiri dalla tecnlgia particlare della rete sttstante Utilizza cnnessini di livell netwrk: una cnnessine netwrk per una cnnessine transprt mlte cnnessini netwrk per una cnness. transprt (alt thrughput) una cnnessine netwrk per mlte cnnessini transprt (multiplexing) Cntrlla la cngestine (flw cntrl) Offre varie tiplgie di servizi (cnnectin-riented affidabile, cnnectinless, bradcasting,... ) OSI Livell Sessin Permette agli utenti su diversi calclatri di stabilire sessini di lavr tra di lr Una sessine è analga ad una cnnessine transprt, però può frnire servizi supplementari quali: cntrll della direzine del traffic sincrnizzazine tra applicazini basata su tken management frammentazine di lunghe attività (ad esempi, trasferiment di file) in trncni rieseguibili indipendentemente OSI Livell Presentatin Si ccupa della sintassi e della semantica delle infrmazini da trasferire Servizi tipicamente svlti: nell hst di partenza, cnvertire tipi di dati standard (stringhe, interi,... ) in una rappresentazine cmune n the wire nell hst di arriv, cnvertire la rappresentazine n the wire dei tipi di dati standard nella rappresentazine specifica dell hst OSI Livell Applicatin Frnisce tutti i prtclli utilizzati dalle applicazini cmunemente usate dall utente. Ad esempi: 1. Psta elettrnica 2. Terminale virtuale 3. Trasferiment di file 4. Wrld Wide Web Internet Prtcl Suite (IPS) Internet deriva da ARPANET, una rete gegrafica di derivazine militare americana L biettiv fndamentale era l affidabilità: la rete dveva cntinuare a funzinare anche se intere przini di essa fsser state distrutte Cl temp, Internet si è diffusa in tutt il mnd ed ha acquisit la capacità di integrare reti utilizzanti gni tip di tecnlgia ed architettura L architettura di Internet è chiamata Internet Prtcl Suite, ed anche, imprpriamente, architettura TCP/IP e TCP/IP reference mdel 7

8 I livelli TCP/IP IPS Livell Hst-t-Netwrk Crrispnde ai livelli Fisic e Data Link del mdell OSI L architettura TCP/IP nn specifica nulla in quest livell: deve sl garantire che il calclatre pssa trasmettere pacchetti sulla rete I prtclli utilizzati pssn dunque variare da calclatre a calclatre e da rete a rete IPS Livell Internet E il livell fndamentale dell architettura: permette agli hst di inviare pacchetti su qualunque rete e instradarli vers la lr destinazine. Definisce un frmat standard dei pacchetti Definisce un prtcll chiamat IP (Internet Prtcl) Principalmente svlge cmpiti di: 1. ruting dei pacchetti 2. cntrll della cngestine IPS Livell Transprt Cnsente la cmunicazine tra le peer entità degli hst srgente e destinazine ( end-t-end ) Sn definiti due diversi servizi, cn relativi prtclli: 1. un servizi cnnectin-riented affidabile 2. un servizi cnnectinless nn affidabile IPS Livell Transprt TCP Il servizi cnnectin-riented è affidabile ed è definit da un prtcll chiamat TCP (Transmissin Cntrl Prtcl) Il servizi riceve un fluss di dati e l spezzetta in pacchetti, che vengn ricmpsti in rdine e senza errri dall entità di pari livell sull hst destinazine Il servizi gestisce anche il cntrll della velcità di trasmissine (flw cntrl) IPS Livell Transprt UDP Il servizi cnnectinless è nn affidabile ed è definit da un prtcll chiamat UDP (User Datagram Prtcl) Il servizi riceve un pacchett che invia all entità di pari livell sull hst destinazine I pacchetti pssn arrivare in rdine divers da quell dell invi, nn arrivare affatt IPS Livell Applicatin Frnisce tutti i prtclli utilizzati dalle applicazini Piché mancan i livelli OSI Sessin e Presentatin, le relative funzinalità devn essere realizzate direttamente dalle applicazini che le richiedn (nessun supprt è frnit dall architettura) I primi servizi fferti, cn relativi prtclli, eran: terminale virtuale TELNET trasferiment di file FTP (File Transfer Prtcl) psta elettrnica SMTP (Simple Mail Transfer Prtcl) 8

9 Successivamente sn stati aggiunti al livell mlti atri servizi, quali: indirizzi simblici DNS (Dmain Name Service) sincrnizzazine temprale NTP (Netwrk Time Prtcl) bting via rete BOOTP (BOOTstrap Prtcl) preliev di psta elettrnica POP (Pst Office Prtcl) news NNTP (Netwrk News Transfer Prtcl) esecuzine remta di prcedure RPC (Remte Prcedure Call) Wrld Wide Web HTTP (HyperText Transfer Prtcl) IPS Prtclli e reti (iniziali) Critiche al mdell OSI 1. Pca tempestività 2. Tecnlgia scadente 3. Implementazini carenti 4. Incapacità plitica 5. Pca tempestività Pregi e difetti del mdell OSI È un mdell mlt generale Χ i livelli nn sn ben prgettati: Sessin e Presentatin sn praticamente inutili Data Link è stat sdppiat per le reti bradcast funzinalità duplicate in vari livelli (ad es, gestine degli errri) Χ l internetwrking nn è stat quasi cnsiderat Χ nn ha avut success cmmerciale Pregi e difetti del mdell TCP/IP descrive fedelmente l architettura TCP/IP Χ nn è applicabile ad altre architetture Χ nn vi è chiara distinzine tra servizi, interfacce e prtclli ntevle success cmmerciale (standard de fact) Χ a livell Netwrk (Internet), sl un servizi cnnectinless Χ mlti prtclli del livell Applicatin sn rmai bsleti (ad es., TELNET) La rete GARR Nasce alla fine degli anni 80 il GARR (Grupp per l Armnizzazine delle Reti per la Ricerca). Prima rete: 2Mbit/sec. GARR-2 (secnda metà anni 90) Maglia a 34Mbit/sec. GARR-B (1998) 155Mbit/sec. Nel 2002 nasce GARR Cnsrtium (Gestine e Ampliament della Rete della Ricerca). Si avvia il prgett GARR-Giganet. 9

10 Mezzi Trasmissivi Dppin: Struttura: 2 cnduttri di rame islati, spessi circa 1mm, avvlti un intrn all altr in frma elicidale in md da irradiare di men (paralleli = antenna). Velcità: può raggiungere alcuni Mb al secnd. Banda: Cat. 3 = 16 MHz Cat. 5 = 100 MHz Cat. 6 = 200 MHz Cat. 7 = 600 MHz Estensine: i dppini pssn estendersi per centinaia di metri senza richiedere ripetitri. Cav Cassiale: Struttura: nucle cnduttre cpert da un rivestiment islante, a sua vlta circndat da un cnduttre cilindric slitamente realizzat cn una calza di cnduttri sttili, che infine è avvlt da una guaina prtettiva in plastica (anima in rame, islante, calza cnduttrice, guaina di prtezine in plastica). Tiplgie: 50 Ohm = trasmissini digitali 75 Ohm = trasmissini analgiche (TV e Internet via cav) Velcità: elevata. Banda: vicina ad 1 GHz Estensine: (lunghe distanze) utilizzat nelle reti metrplitane e per la TV via cav. Fibra Ottica: Struttura: nucle di vetr (al silici e mlt trasparente) in cui si prpaga la luce (cre) circndat da un rivestiment di vetr (cladding) che ha un indice di rifrazine più bass, a sua vlta ricpert da una sttile fdera di plastica che prtegge il rivestiment (Cre, Cladding, Rivestiment in plastica). Tiplgie: mnmdali = nucle di 8-10 micrn, sl Laser, unic fasci lumins. multimdali = nucle di 50 micrn, LED Laser, più fasci luminsi. Velcità: 50Gbps per 100 Km. Banda: GHz Estensine: centinaia di Km cn tre tipi di cnnessine: cnnettri su prese, attacc meccanic, fusine. Cmunicazini Satellitari: Struttura: sfruttan i satelliti naturali (anni 50 60) ppure i satelliti di cmunicazine (capaci di amplificare il segnale e cprire vaste aree quand è di ritrn sulla terra). Un satellite è un ripetitre di micrnde cllcat in ciel cn diversi traspnder (ricetrasmettitri satellitari). Caratteristiche e Prblemi: il perid rbitale è dat dal raggi della sua rbita elevat alla ptenza 3/2. nn pssn ccupare le fasce di Van Allen ( Km e Km) piché, essend zne cn particelle mlt cariche intrapplate dal camp magnetic terrestre, verrebber distrutti. devn cntinuamente essere rientati (statin keeping) e quand dp una decina d anni il prpellente dei mtri a razz che hann a brd si esaurisce il satellite va alla deriva e deve essere disattivat. 10

11 Tiplgie: GEO (Gestatinary Earth Orbit): sn situati a Km di altitudine e dispsti a intervalli nn minri di 2 gradi (se ne pssn avere 360/2=180). Il sistema più diffus è il VSAT (19,2 kbps in uplink e 512 kbps in dwnlink). Quest sistema usa degli hub terrestri per cmunicare di satellite in satellite. Ritard di prpagazine pari a 5 µsec/km. MEO (Medium Earth Orbit): sn situati tra le 2 fasce di Van Allen impiegan 6 re per fare il gir del pianeta. Cprn un area più piccla e usan trasmettitri men ptenti. Sistema più diffus sn i 24 satelliti GPS (Glbal Psitin System). LEO (Lw Earth Orbit): psti stt la fascia inferire di Van Allen, si spstan mlt rapidamente quindi richiede mlti satelliti di quest tip. Nn hann bisgn di mlta energia e il ritard e di pchi millisecndi. Applicazini sn Iridium(a), Glbalstar(b) e Teledesic. 11

12 Rilevazine e crrezine degli errri: Cdici ridndanti Per cdificare M simbli distinti (parle) cn un cdice binari, ccrrn: Un cdice si dice ridndante, quand cdifica gli M simbli distinti cn n = m+r bit, ciè usand r bit aggiuntivi rispett agli m bit strettamente richiesti dalla cdifica binaria. L aggiunta di bit di ridndanza permette di cstruire cdici che cnsentn di cntrllare eventuali errri di trasmissine. Si hann due tipi di cdici ridndanti: Cdici a rivelazine di errre - Cnsentn di individuare la presenza di un errre; Cdici a crrezine di errre - Cnsentn nn sl di individuare la presenza di un errre, ma anche di identificarne la psizine in md da pterl crreggere. Es: Cdice BCD (Binary Cded Decimal) cn bit di parità. Per cstruire un cdice BCD a rivelazine di errre, si può aggiungere ad gni parla cdice un bit ridndante (r= 1) dett di parità. Il bit di parità viene pst a 0 a 1, in md tale che la smma degli un nella parla cdice sia pari: Cdici per la rilevazine degli errri - CRC Un metd più sfisticat del semplice cntrll di parità è il Cntrll Ciclic di Ridndanza CRC. Il CRC è basat sull utilizz di cdici ciclici. In tali cdici si asscian stringhe di bit a plinmi. Una sequenza di K bit viene interpretata cme un plinmi di K cefficienti di grad minre uguale a K-1. Ad esempi: L'aritmetica su cui è basat il calcl è mdul 2, senza riprti né prestiti. Innanzitutt trasmettitre e ricevitre devn scegliere un plinmi G(x) cmune, dett plinmi generatre. L'idea è quella di aggiungere alla sequenza un checksum tale che il plinmi crrispndente sia divisibile per G(x). Algritm per il calcl del checksum: si aggiungn r bit 0 ai dati ttenend un sequenza di m+r bit che crrispndn al plinmi, dve r è il grad di G(x), M(x) è il plinmi crrispndente ai dati ed m il numer di bit di quest'ultim; si divide per G(x) usand la divisine mdul 2 si sttrae, mdul 2, il rest R(x) della divisine precedente a e si ttiene il nuv dat da trasmettere cmplet di checksum (T(x)). Suppniam che durante la trasmissine si verifichi un errre e che venga ricevuta la sequenza T(x) + E(x) dve gni bit 1 di E(x) crrispnde ad un bit che è stat invertit. 12

13 La destinazine a quest punt calcla il rest della divisine dei dati ricevuti per G(x): Rest [(T(x) + E(x))/G(x)] = Rest [T(x)/G(x) + E(x)/G(x)] = Rest [E(x)/G(x)] Tutti gli errri E(x) che crrispndn a plinmi che nn cntengn G(x) sarann rilevati. Il plinmi generatre di cdici ciclici nn può essere un plinmi qualunque. Esistn dei criteri che rispecchian il numer ed il tip di errri che si vglin rilevare. Es. quell usat nell standard IEEE 802 è: Distanza di Hamming La distanza di Hamming fra due parle cdice, si ttiene cntand il numer di bit diversi in psizini crrispndenti: In un cdice a rivelazine di errre la distanza di Hamming fra due parle cdice deve essere 2, in quant un errre singl deve prdurre una sequenza di bit che nn appartiene a nessuna parla cdice. In un cdice a crrezine di errre singl la distanza di Hamming fra due parle cdice deve essere 3, in quant un errre singl deve prdurre una sequenza di bit che ha distanza di Hamming 1 dalla parla riginaria e distanza di Hamming almen 2 rispett a gni altra parla cdice, in md da identificare univcamente la parla riginaria. Il cdice di Hamming frnisce una prcedura sistematica per generare cdici ridndanti crrettivi, tali che sia palese l indicazine degli eventuali bit errati nella parla cdice. Verrà cnsiderat sl il cas di cdice di Hamming autcrrettiv per bit singl (in grad ciè di crreggere un eventuale errre su un sl bit). Sian: m bit di parla r bit di ridndanza n = m + r bit di parla cdice Ognuna delle parle legali, ha n parle cdice errate a distanza di Hamming 1, ttenute cambiand un bit alla vlta nella parla riginaria. Ognuna delle parle legali richiede (n + 1) cnfigurazini di bit dedicate. Per cui deve essere: Ci cnsente di determinare il numer r di bit di ridndandanza per cdici autcrrettivi per bit singl. Cdice di Hamming Autcrrettiv (4+3) Cn m = 4 si devn avere r = 3 bit di ridndanza. Si dispngn gli m bit della parla e gli r bit di ridndanza ( di cntrll) nel seguente md: 13

14 Ad gni bit di cntrll viene assegnat un valre di parità sulle sequenze di bit individuate cme dalla seguente tabella: bit 1 Cntrlla la parità dei bit 1, 3, 5, 7 bit 2 Cntrlla la parità dei bit 2, 3, 6, 7 bit 3 Cntrlla la parità dei bit 4, 5, 6, 7 Il generic bit è cntrllat dai bit secnd la seguente tavla della verità: La rilevazine e crrezine di un eventuale bit errat avviene cntrlland il valre di parità dei bit di cntrll. Se il valre di parità del bit di cntrll è crrett si pne a zer il valre nella tabella precedente; se nn è crrett si pne a 1 il valre. Esempi: se si riscntra errata la parità nei bit r1 e r3, il bit errat è b = 5. Infatti: Esempi: Si determini il cdice di Hamming per la parla su m=4 bit: Si dispngn i bit assegnati nelle rispettive psizini: Quindi: r1 = 0 perché sia pari la sequenza 1, 3, 5, 7 r2 = 1 perché sia pari la sequenza 2, 3, 6, 7 r3 = 0 perché sia pari la sequenza 4, 5, 6, 7 Il cdice di Hamming cmplet per la parla data è: Esempi: Si suppnga di avere la seguente parla di cdice e di vler cntrllare se è crretta: Quindi si verifica la crrettezza dei bit di cntrll: La sequenza 1, 3, 5, 7 è dispari ( r1errat) La sequenza 2, 3, 6, 7 è dispari (r2 errat) La sequenza 4, 5, 6, 7 è pari (r3 crrett) 14

15 La parla cdice data cntiene un bit errat che è il bit b = 3. Infatti: La parla cdice crretta risulta quindi essere: 15

16 Prtclli Data Link Elementari: Nzini generali: l strat netwrk cstruisce i pacchetti prendend i messaggi dall strat trasprt e aggiungend un intestazine di tip netwrk. Quest pacchett viene passat all strat data link, che l include nel camp inf del frame in uscita. Quand il frame arriva a destinazine, l stat data link estrae il pacchett dal frame e l passa all stat netwrk. In quest md l strat netwrk agisce cme se le due macchine si stesser scambiand direttamente i pacchetti. Nella maggir parte dei prtclli si assume che il canale nn sia affidabile e quindi che perda degli interi frame. Per pter ripristinare questi disastri, l strat data link della srgente deve far partire internamente un allarme a temp (timer) gni vlta che invia un frame. Se nn viene ricevuta nessuna rispsta entr un temp determinat, l allarme scatta e l strat riceve un segnale di interrupt. Simplex: Caratteristiche: Dati trasmessi in un'unica direzine Strati netwrk sempre prnti Temp per l elabrazine trascurabile Buffer infinit Il canale di cmunicazine nn perde mai nessun frame Mittente: svlge fndamentalmente tre funzini, vver prendere il pacchett dall strat netwrk, cstruire un frame in uscita e instradare il frame. Usa sl il camp inf del frame in quant gli altri campi servn al cntrll degli errri che in quest cas sn inesistenti. Destinatari: inizialmente aspetta che succeda qualcsa, e l unica pssibilità è l arriv di un frame integr. All arriv del frame una funzine (frm_physical_layer) rimuve dal buffer hardware il frame appena arrivat e la przine di frame che cntiene dati viene passata all strat netwrk mentre l strat data link trna ad aspettare un nuv frame. Simplex stp-and-wait: Caratteristiche: Traffic di tip simplex Il canale di cmunicazine senza errri Buffer di capacità finita Velcità di elabrazine finita Evitare che la trasmissine sia più velce di quant i dati pssan essere ricevuti Il mittente può trasmettere sl dp che il ricevente abbia prelevat il frame precedente dal buffer (pena la svrastruttura dell ultim frame trasmess) Mittente: prima di svlgere le slite funzini di invi deve attendere che il frame precedente sia già stat cnsegnat all strat netwrk. Per sapere ciò deve attendere l arriv di un frame senza dati (dummy) che gli darà il permess di riprendere l invi di nuve infrmazini. Destinatari: gni vlta che è prnt a ricevere nuve infrmazini (buffer vut perché i dati sn già stati cnsegnati all strat netwrk) deve inviare un frame di acknwledgement al mittente. Quest trnare indietr dei dati fa si che il canale venga utilizzat da half duplex anziché da simplex. Simplex per canali rumrsi: Caratteristiche: Traffic di tip simplex Il canale di cmunicazine cmmette degli errri (frame danneggiati persi) Buffer di capacità finita Velcità di elabrazine finita I frame in circlazine sn marchiati da un numer di sequenza per impedire che si perda l ack (del messaggi ricevut dalla destinazine) e il mittente invii per due vlte l stess frame Mittente e ricevente tengn memria del frame che devn mandare e si aspettan in arriv (rispettivamente) 16

17 Mittente: dp la trasmissine del frame, la srgente fa partire il timer. Se era già avviat esegue un reset e l fa ripartire. L intervall di temp dvrebbe essere scelt in md da cnsentire che il frame arrivi a destinazine, venga elabrat e che il frame di acknwledgement abbia il temp di trnare indietr. Sl dp tale intervall si pssn assumere persi frame ack e ritrasmettere i dati nn giunti a destinazine. Nel cas in cui scada il timer arrivi un ack di frame danneggiat, allra ne buffer ne numer di sequenza vengn mdificati e viene inviat un duplicat. Destinatari: all arriv del frame, viene cntrllat il numer di sequenza, cnfrntandl cn la variabile in memria (in cui c è il numer del frame attes). Se nn è un duplicat viene accettat e inviat all strat netwrk quindi generat un acknwledgement. Sliding Windw: Caratteristiche: Traffic gestit su 2 canali di tip simplex su un canale di tip full dulex Il canale di cmunicazine cmmette degli errri (frame danneggiati persi) Piggy-backing = l acknwledgement sfrutta il camp ack del frame per trnare indietr insieme ai nuvi dati csì da evitare un passaggi in più. Utilizza una finestra di invi (cntiene i frame da trasmettere nella sequenza in cui devn essere trasmessi) e una finestra di ricezine (cntiene l elenc dei frame che può ricevere e scala man man che si aspetta un nuv frame dp l arriv del precedente) Mittente: memrizza fin a esauriment buffer i frame da trasmettere datigli dall strat netwrk e man man che trasmette avanza la finestra. Se riceve l ack allra l avanza e invia il frame successiv, se arriva un ack di errre scade il timer viene ritrasmess l ultim frame. In cas di esauriment buffer frza l strat netwrk ad interrmpere l invi di nuvi pacchetti. Destinatari: la finestra di ricezine va avanti man man che riceve nuvi frame i quali vengn accettat sl se nel numer di sequenza giust e attes dalla successine di valri precedentemente determinata. Ripristin degli errri: a) G back n: la destinazine scarta tutti i frame successivi all errre senza mandare acknwledgement per questi frame scartati. Al mittente, che cntinua ad inviare frame ignar, scatterà il timeut (piché nn riceve segnale dalla destinazine) e quindi riprenderà la trasmissine dal frame successiv all ultim di cui aveva ricevut l ack prima che si verificasse l errre. La finestra di ricezine è quindi uguale a 1. 17

18 b) Ripetizine selettiva: un frame in errre viene scartat, mentre i frame buni vengn messi in un buffer. Quand la srgente va in timeut, sl il frame più vecchi senza ack viene ritrasmess. Se quel frame arriva crrettamente, la destinazine può passare in sequenza all strat netwrk tutti i frame che ha nel buffer. Avvlte la destinazine invia un acknwledgement negativ (NAK) quand trva un errre csì da stimlare la ritrasmissine prima della scadenza del timeut aumentandne csì le prestazini. Cn quest metd la finestra di ricezine deve essere maggire di 1. PPP Pint t Pint Prtcl Internet ha bisgn di un prtcll punt-punt per una varietà di scpi, fra cui la gestine del traffic da ruter a ruter e quell tra gli utenti di casa e gli ISP. Il prtcll usat da internet si chiama PPP (Pint t Pint Prtcll, prtcll punt a punt). Tra le funzinalità del PPP trviam: La rilevazine degli errri Il supprt per più prtclli La pssibilità di negziare gli IP La pssibilità di effettuare l autenticazine Caratteristiche principali del PPP: Un metd di framing. Gestine degli errri (tramite checksum) Un prtcll per la gestine della cnnessine e la cntrattazine dei parametri chiamat LCP (Link Cntrl Prtcl) Un prtcll per la gestine e la negziazine dei parametri dell strat netwrk chiamat NCP (Netwrk Cntrl Prtcl) 18

19 Il sttstrat MAC (Medium Access Cntrl): Nelle reti Bradcast il prblema chiave è la scelta dell entità che dvrà acquisire il diritt di utilizz del canale (singl) in cas di cmpetizine. I prtclli per assegnare l us di un canale multiaccess appartengn a un sttstrat dell strat cllegament dati, chiamat MAC (Medium Access Cntrl). L assegnazine del canale può avvenire in due mdi: Assegnazine statica del canale Assegnazine dinamica del canale Assegnazine statica del canale Per assegnare un canale a più utenti in cmpetizine si utilizza la tecnica FDM (Frequency Divisin Multiplexing) Se ci sn N utenti la banda è divisa in N parti uguali e ciascuna parte è assegnata ad gni utente. Prblemi: 1. Se il numer di utenti che cmunican è minre di N si ha un sprec di banda. 2. Se invece più di N utenti vglin cmunicare nn ptrann farl anche se ci sn parti di banda assegnate ma nn utilizzate. 3. La suddivisine di un canale in N sttcanali è un perazine inefficiente. Se chiamiam: C(bps) = Capacità del canale λ(frame/sec) = Frequenza di generazine (arriv) dei frame Se iptizziam che la lunghezza dei frame sia data da una funzine densità di prbabilità espnenziale cn valre medi 1/µ(bit/frame) T (sec) = Ritard medi per un frame. Allra, dalla teria delle cde si ricava: Esempi: C= 100Mbps, 1/µ= bit/frame, λ= 5000 frame/sec T= 200 µsec Suppniam adess di dividere il canale in N sttcanali indipendenti gnun di capacità C/N. In quest cas la frequenza media degli arrivi per gni sttcanale sarà: λ/n. In quest cas T sarà: Le prestazini di una FDM sn N vlte peggiri del cas di canale singl Assegnazine dinamica del canale Per l studi dell assegnazine dinamica del canale utilizzerem un mdell che si basa sulle seguenti iptesi. 1. Mdell della stazine. Supprrem il sistema cstituit da N stazini indipendenti. Una vlta generat un nuv frame una stazine rimane blccata fin a che il frame nn è trasmess cn success. 2. Iptesi di singl canale. Assegnazine dinamica del canale 3. Presuppst della cllisine Due frame trasmessi cntempraneamente si svrappngn (cllisine) e devn essere ritrasmessi. Tutte le stazini sn in grad di rilevare il verificarsi di una cllisine. 19

20 4. Mdell del temp: Temp cntinu. I frame pssn essere trasmessi in qualunque istante. Temp divis in intervalli (slt). Il temp è divis in intervalli discreti e la trasmissine di un frame cincide cn l inizi di un intervall. 5. Occupazine del canale: Verificabile. Cn rilevament della prtante. Nn verificabile. Le stazini nn sn in grad di capire se il canale è ccupat. Prtclli ad access multipl ALOHA Carrier Sense Multiple Access Prtcls (Prtclli ad Access Multipl cn Rilevament della Prtante) Cllisin-Free Prtcls (Prtclli Senza Cllisine) Limited-Cntentin Prtcls (Prtclli a Cntesa Limitata) Wavelength Divisin Multiple Access Prtcls Wireless LAN Prtcls ALOHA pur Idea: cnsentire agli utenti di trasmettere gni vlta che hann dati da inviare. Si verificherann delle cllisini (che sarann rilevate). Dp una cllisine il trasmettitre rimane in attesa per un temp casuale e pi ripete la trasmissine. Nel sistema ALOHA pur i frame sn trasmessi in mmenti ttalmente arbitrari ALOHA pur Calcl delle prestazini Chiamiam: Temp di Frame il temp richiest per trasmettere un frame (per iptesi di lunghezza fissa). N il numer medi di frame generati per temp di frame. G (caric) il numer medi ttale di frame da trasmettere. S il thrughput (capacità di trasprt) NB: le stazini, ltre ai nuvi frame, prvan a ritrasmettere i frame entrati in precedenza in cllisine. Ovviamente: G N. A bass caric G N (pche cllisini) A caric elevat G > N (mlte cllisini) Se indichiam cn il thrughput (capacità di trasprt) e cn la prbabilità che un frame nn cllida (trasmissine cn success), allra: La prbabilità che k frame sian generati durante un temp di frame è data dalla distribuzine di Pissn: Quindi, la prbabilità che sian generati 0 frame vale: In un intervall lung due tempi di frame il numer medi di frame generati è pari a 2G, quindi la prbabilità che nessun traffic inizi durante il perid di vulnerabilità è pari a: Infine (relazine tra thrughput e traffic/caric): Sltted ALOHA Ogni stazine nn può inviare dati gni vlta che l desidera, ma deve aspettare l inizi del successiv slt. In quest cas il perid di vulnerabilità si dimezza ed il thrughput diventa: 20

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