Capitolo 1 - parte 2. Corso Reti ed Applicazioni Mauro Campanella

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1 Capitolo 1 - parte 2 Corso Reti ed Applicazioni Mauro Campanella

2 Modello a strati 5 4 applicazione trasporto Il modello che useremo prevede 5 strati che svolgono servizi per gli altri strati attraverso interfacce utilizzando uno o più protocolli network data link fisico Gli strati parlano orizzontalmente fra loro utilizzando i protocolli interni. Gli strati parlano verticalmente solo con gli strati attigui attraverso interfacce. Cap1-2 pag. 2

3 Internet 5 applicazione smtp, http, dns, ftp, telnet,... 4 trasporto TCP UDP ICMP 3 network IP 2 data link Ethernet, Wireless, PPP, SDH... 1 fisico Fibra ottica, Rame, Radio,... Cap1-2 pag. 3

4 L impostazione del corso applicazione trasporto network data link fisico Il corso seguirà un percorso dallo strato di applicazione verso il basso (top-down) anziché quello classico dal basso (bottom-up) per: - dare la giusta importanza e tempo allo strato di applicazione - motivare e rendere possibile da subito l uso di Internet - dare centralità al modello di Internet ed ai suoi principi base Cap1-2 pag. 4

5 Capitolo 1 - indice della parte finale nomi e dimensioni delle reti commutazione (switching) di pacchetto o di circuito messaggi o pacchetti? il ritardo (delay)nelle reti la perdita (loss) di pacchetti accodamento e congestione la storia di Internet ed i principi base chi è chi nelle reti data link e strato fisico: rimandati Cap1-2 pag. 5

6 Nomi e dimensioni delle reti Storicamente si è distinto fra: WAN : wide area network - scala regionale o superiore MAN : metropolitan area network - scala cittadina LAN : local area network - zona ristretta - edificio/campus Questo anche perché le tecnologie trasmissive ed i data link fino a 5/6 anni fa erano diversi a seconda delle distanze geografiche da servire: WAN - PDH, SONET/SDH, HDLC MAN - FDDI, DQDB LAN - Ethernet, Token Ring Cap1-2 pag. 6

7 La fibra ottica Oggi la fibra ottica e lo sviluppo delle tecnologie hanno reso la distinzione non necessaria, utile solo logicamente. Cap1-2 pag. 7

8 La fibra ottica Sono possibili distanze di decine o centinaia di kilometri senza amplificazione (l intera lombardia ). Si può trasportare qualsiasi data link sensato, dando la massima libertà di progettazione e semplificando la rete (un solo data link!). Cap1-2 pag. 8

9 La struttura di Internet La struttura è moderatamente gerarchica: Dorsali (backbones) - nazionali/internazionali per es. BBN/GTE, Sprint, AT&T, IBM, UUNet, GARR, GÉANT, I2 collegati (peer) l un l altro con linee private, or in punti di accesso neutri (NAPs) - regionali - locali, casalinghe... NAP regionale locale Dorsale B Dorsale A locale regionali NAP Cap1-2 pag. 9

10 La struttura di Internet I tier-1 s ( di livello 1) (e.g., UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T), pochi ed a copertura mondiale: accordi tra pari di scambio traffico multipli punti di scambio ( peering ), al massimo un paio fra gli stessi Tier-1 con peering privato Tier 1 NAP Tier-1 si connettono fra loro anche in punti neutri per economia di scala Tier 1 Tier 1 Cap1-2 pag. 10

11 La struttura di Internet Tier-2 s: più piccoli, spesso regionali si collegano ad uno o più Tier-1 (per affidabilità) e fanno peering con altri Tier-2 Un Tier-2 paga (a volume) i Tier-1 per la connettività al resto di Internet Un Tier-2 è cliente dei Tier-1 Tier-2 Tier-2 Tier 1 NAP Tier 1 Tier 1 Tier-2 Tier-2 Anche i Tier-2 s hanno peer privati nei NAP Tier-2 Cap1-2 pag. 11

12 locali ( Tier-3 ) La struttura di Internet l ultimo livello prima degli utenti (rete di accesso) locali sono a loro volta clienti di quelli di gerarchia superiore locale locale Tier-3 Tier-2 Tier 1 Tier-2 locale locale Tier 1 locale locale Tier-2 NAP Tier 1 Tier-2 locale Tier-2 locale Cap1-2 pag. 12

13 La struttura di Internet Un pacchetto utente transita lungo l intera struttura. locale Tier 3 Tier-2 locale Tier 1 locale locale Tier-2 NAP locale Tier 1 Tier-2 locale Tier 1 Tier-2 locale Tier-2 locale Cap1-2 pag. 13

14 Il modello a cipolla L architettura classica di una rete prevede che sia gerarchica, a strati concentrici, con la parte interna (dorsale - backbone o core) che possieda una capacità di trasporto pari o superiore alla somma degli strati esterni. Questa architettura è tutt ora la più diffusa, anche se sta aumentando il livello di magliatura della rete. La magliatura è indispensabile per offrire percorsi alternativi in caso di guasto e per bilanciare al meglio il traffico. Cap1-2 pag. 14

15 Peering a 10 Gb/s Esempio: GARR-G Linee di dorsale a 2.5 Gb/s Punto di accesso alla dorsale Linee di dorsale a 10 Gb/s Cap1-2 pag. 15

16 Indice nomi e dimensioni delle reti commutazione (switching) di circuito o di pacchetto messaggi o pacchetti? il ritardo (delay)nelle reti la perdita (loss) di pacchetti accodamento e congestione la storia di Internet ed i principi base chi è chi nelle reti Cap1-2 pag. 16

17 L instradamento nella rete La rete, soprattutto nella parte centrale, è una serie di router interconnessi in modo magliato. Esaminiamo come funziona il sistema telefonico.? Cap1-2 pag. 17

18 L instradamento nella telefonia Il numero fornisce automaticamente il percorso geografico (da sinistra a destra: cioè paese distretto area sottocentrale utente finale ) Durante la fase iniziale della telefonata, viene stabilita una serie di connessioni da una centrale all altra tramite segnalazione interna per creare un circuito dedicato. Viene riservato in ogni tratto un canale a capacità garantita per la comunicazione (circa 64 Kb/s) Se non ci sono problemi, viene fatto squillare il telefono remoto. Cap1-2 pag. 18

19 L instradamento nella telefonia Viene quindi creato una cavo virtuale a livello 2 (data link) fra la sorgente ed il destinatario. Ogni centrale telefonica lungo il percorso inoltre deve tenere memoria di ogni tratto di circuito creato. Una volta creato, il circuito blocca le risorse usate, anche se al suo interno non passa informazione. Cap1-2 pag. 19

20 Commutazione di circuito nei dati Prima della trasmissione dei dati, la rete provvede a realizzare un circuito, a livello di data link, dalla sorgente alla destinazione. Delle risorse sono bloccate in ogni nodo, non vi è possibilità di condivisione se non utilizzate, ma il circuito può fornire una garanzia sulla qualità della comunicazione. Cap1-2 pag. 20

21 Commutazione di circuito Le risorse della rete, in caso di commutazione di circuito, devono poter essere divise in circuiti. Vi sono due tecniche per dividere una capacità trasmissiva in circuiti a capacità garantita: - multiplazione a divisione in tempo TDM - multiplazione a divisione di frequenza FDM che nella fibra diventa: - multiplazione a divisione di lunghezza d onda WDM Cap1-2 pag. 21

22 Commutazione di circuito: FDM / TDM FDM Esempio: 4 circuiti capacità TDM tempo capacità tempo Cap1-2 pag. 22

23 Wave Division Multiplexing Nelle fibre è possibile utilizzare più di una lunghezza d onda, ciascuna che può trasportare ad una data velocità un data link differente. Vedremo meglio quando parleremo dei mezzi fisici. Cap1-2 pag. 23

24 Instradamento: commutazione di pacchetto Esiste un alternativa alla commutazione di circuito la commutazione di pacchetto. Ogni flusso di dati è diviso in pacchetti, che sono inviati nella rete che provvede a smistarli, decidendo ad ogni salto il percorso migliore. - gli utilizzatori condividono le risorse di rete - ogni pacchetto usa l intera velocità della linea - le risorse sono usate secondo le necessità istantanee ma... Cap1-2 pag. 24

25 Instradamento: commutazione di pacchetto Vi é il fenomeno della contesa per la risorsa. La richiesta totale istantanea può superare le risorse portando alla congestione: - i pacchetti vengono accodati nei router - i pacchetti possono venire scartati (persi) Questo può avvenire ad ogni salto (router) nella rete. I router normalmente operano in modalità di immagazzinamento ed inoltro (store and forward). Ricevono l intero pacchetto da una linea, lo controllano per la correttezza e quindi lo inoltrano. Cap1-2 pag. 25

26 Multiplexing statistico A Ethernet 10 Mb/s multiplexing statistico C B coda di pacchetti in attesa di inoltro sulla linea d uscita 1.5 Mbs D I flussi di pacchetti provenienti da A e B in genere non hanno un sequenza temporale fissa multiplexing statistico. Per confronto, nel caso di TDM ogni utilizzatore aveva a disposizione uno slot solo a tempi fissati. E Cap1-2 pag. 26

27 Commutazione di circuito o di pacchetto? La commutazione di pacchetto permette un uso più efficente delle risorse. Per esempio: un linea ad 1 Mb/s in cui ogni utente: - usi 100 kb/s, se attivo - sia attivo il 10% del tempo commutazione di circuito: 1 Mb/s - 10 utenti contemporanei commutazione di pacchetto: - con 35 utenti, probabilità che > 10 siano attivi è < di.0004 Cap1-2 pag. 27

28 Commutazione di circuito o di pacchetto? La commutazione di pacchetto è perfetta per sorgenti di traffico a impulsi (burst), tipico dei dati, e permette una condivisione delle risorse nessuno stato per flusso, nessuna inizializzazione ma in caso di eccessive richieste comporta perdite di dati o almeno ritardi dovuti ad accodamento. Perciò sono necessari dei protocolli di trasferimento che garantiscano una trasmissione affidabile e che reagiscano in caso di congestione (segnalato dalla perdita di dati). Fornire a flussi video e audio garanzie tipiche del circuito rimane un problema aperto (Qualità di Servizio - QoS) Cap1-2 pag. 28

29 Esempio di store-and-forward L r r r V V V L = 7,5 Mbits V = 1,5 Mb/s r = 1 s Sono necessari L/V secondi per inviare un messaggio di L bit su una linea che trasmette a V b/s. Il tempo che un bit impiega ad andare da un nodo all altro sia invece r secondi. Dato che l intero messaggio deve arrivare al router prima di essere trasmesso, il ritardo del singolo salto è di (L/V+r). In totale il tempo impiegato sarà di 18 secondi. Nel caso di un solo router ed r=1,5 s è di 13 secondi. (provare invece con V = 1Gb/s!) Cap1-2 pag. 29

30 Bidirezionale / unidirezionale I circuiti, ma anche i flussi di pacchetti hanno un verso preciso. Se la comunicazione fra A e B è bidirezionale, la si considera composta da 2 circuiti (o flussi), - uno da A a B - l altro da B ad A Cap1-2 pag. 30

31 Indice nomi e dimensioni delle reti commutazione (switching) di circuito o di pacchetto messaggi o pacchetti? il ritardo (delay)nelle reti la perdita (loss) di pacchetti accodamento e congestione la storia di Internet ed i principi base chi è chi nelle reti Cap1-2 pag. 31

32 Divisione del messaggio in segmenti Dividiamo ora il messaggio dell esempio in 5000 pacchetti e supponiamo trascurabile il ritardo di linea (r=0). Ogni pacchetto contenga bits 1 millisecondo per trasmettere 1 pacchetto sulla linea a 1,5 Mb/s, ma su ogni linea possono fluire contemporaneamente pacchetti (pipelining) Il ritardo totale si riduce da 15 secondi a 5,002 Cap1-2 pag. 32

33 Messaggi, pacchetti e circuiti tempo commutazione di circuito messaggio pacchetto Cap1-2 pag. 33

34 La decisione sul percorso Ogni router usa dei protocolli di livello 3 per decidere il percorso per ogni pacchetto. In una rete a datagrammi: l indirizzo di destinazione determina il prossimo nodo la decisione sul percorso può cambiare nel tempo ogni datagramma può seguire un percorso diverso In una rete a circuiti virtuali: in ogni datagramma vi è un marchio tag che identifica il circuito virtuale su cui viaggiare il percorso è stabilito all atto della creazione ed in genere rimane fissato per tutta la durata del flusso routers mantengono informazioni per ogni circuito Cap1-2 pag. 34

35 IP e pacchetti applicazione TCP UDP IP data link fisico IP è intrinsecamente una tecnologia di trasmissione di blocchi di dati a pacchetti (datagrammi) che vengono inviati ed inoltrati singolarmente nella rete. IP non richiede che i pacchetti poi viaggino su circuiti prestabiliti o su una semplice rete di linee interconnesse da router a livello 2! Cap1-2 pag. 35

36 Parziale tassonomia delle reti Reti di telecomunicazione Reti a commutazione di circuito Reti a commutazione di pacchetto FDM WDM TDM Reti a Circuiti Virtuali (VC) Reti a datagrammi La rete a datagrammi non è connessa o senza connessione, ma un semplice smistamento di pacchetti E lo strato di trasporto che deve fornire, indipendentemente dal tipo di rete di smistamento, questi servizi (TCP e UDP per IP) alle applicazioni. Cap1-2 pag. 36

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