Reti di Comunicazione ed Internet

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1 Politecnico di Milano Facoltà di Ingegneria dell Informazione Reti di Comunicazione ed Internet Antonio Capone Matteo Cesana 1

2 I docenti Prof. Antonio Capone Ufficio: Dip. di Elettronica e Informazione 3 piano stanza 335 Tel: ( ) capone@elet.polimi.it li i i Web page: Orario di ricevimento: Martedì

3 I docenti Ing. Matteo Cesana Ufficio: Dip. di Elettronica e Informazione 3 piano stanza 335 Tel: ( ) cesana@elet.polimi.it li i i Web page: Orario di ricevimento: Martedì

4 Modalità D Esame 2 Prove in Itinere Esame Tutto Scritto 3 Esercizi i pratici i 1 Esercizio sulla parte di Lab Set di domande (Orale a Discrezione del docente) ) 4

5 Materiale didattico (1) Libri di riferimento: Mod. 1 - A. Pattavina, Reti di telecomunicazioni, McGraw-Hill Mod. 2 - J. Kurose, K. Ross, Reti di calcolatori: un approccio top-down, Terza Edizione,, Pearson Addison Wesley. Materiale addizionale disponibile sul sito web del libro: Esercizi Materiale di approfondimento 5

6 Materiale didattico (2) Modulo 1 Saadawi Tarek N., Ammar Mostafa H., El Hakeem Ahmed, Fundamentals of telecommunication networks Wiley Andrew S. Tanenbaum, "Reti di Computer" (terza edizione), UTET, Torino, Italia Fred Halsall, Reti di calcolatori e sistemi aperti Addison-Wesley Modulo 2 Behrouz A. Forouzan, I protocolli TCP/IP, McGraw- Hill Douglas E. Comer, Internetworking con TCP/IP, Volume 1, Seconda Edizione, Addison-Wesley Wesley, Douglas E. Comer, Internet e Reti di Calcolatori, Addison-Wesley,

7 Materiale didattico (3) Lucidi del corso Altro materiale suggerito durante il corso Link disponibili sul sito web 7

8 Home page del corso 8

9 Laboratorio Tematiche Valutazione delle prestazioni di reti (ns2 o similari) Analizzatori di rete (Ethereal) Configurazione di router CISCO (Packet Tracer) Orario: S1.7, Lunedì D3.1, Mercoledì Responsabile: Ing. Antimo Barbato (barbato@elet.polimi.it) it) 9

10 Scopo del corso Fornirvi le basi per comprendere le tecnologie di rete Fornirvi una descrizione dei componenti ( building blocks ) di rete Nessun ingegnere dell area della Information Tecnology può oggi fare a meno di queste conoscenze 10

11 Background Strutture e apparati che consentono lo scambio di informazione e/o servizi fra due o più utenti Gli utenti possono essere persone o processi Rete di TLC

12 Background Molti software applicativi colloquiano con software remoti Per colloquiare usano un rete: INTERNET Noi ci occuperemo: I colloqui sono soggetti a regole (protocolli) Delle problematiche per supportare i colloqui Dei protocolli usati per i colloqui a tutti i livelli Delle infrastrutture di rete necessarie 12

13 Agenda del Corso Modulo 1 Fondamenti di Reti Concetti propedeutici (4 Ore) Protocolli Servizi di comunicazione Modelli a strati Livello Fisico (5 Ore) Mezzi Trasmissivi Cenni sulle tecniche di trasmissione Multiplazione e de-multiplazione Accesso Multiplo Reti WAN- Livello di Linea (6 Ore) Tramatura Tecniche per il controllo e recupero degli errori Protocolli di ritrasmissione (Stop&Wait, Go-Back- N, Slective Repeat) Controllo di Flusso Esempi di protocolli di linea (HDLC) 13

14 Modulo 1 Reti LAN (6 Ore) Problematica dell accesso (casuale, ordinato) Protocolli di accesso IEEE 802 Lo Standard Ethernet Interconnessioni di reti locali (5 Ore) Dispositivi e tecnologie per l interconnessione Case Study: WLAN (2 Ore) 14

15 Modulo 2: Infrastrutture e Protocolli per Internet Architettura di Internet I protocolli di routing (6 ore) Definizione del problema ed algoritmi di routing Routing unicast link state (OSPF) Routing unicast distance vector (RIP) Routing unicast path vector (BGP) Multicast Il livello di Rete (Internet Protocol, IP) Politiche di indirizzamento Politiche di inoltro e instradamento Regole del protocollo Protocolli di controllo (ARP, RARP, ICMP) 15

16 Modulo 2 Il livello di trasporto Trasporto inaffidabile UDP Trasporto affidabile TCP Livelli Applicativo Data base distribuiti (DNS) Connessione remota (FTP) Web Browsing (HTTP) (SMTP) Cenni ad applicazioni Peer-To-Peer Cenni di Intranetting 16

17 Politecnico di Milano Facoltà di Ingegneria dell Informazione Introduzione a LA RETE 17

18 Un po di storia 18

19 La nascita di Internet: anni : Kleinrock dimostra l efficacia della commutazione di pacchetto grazie alla teoria delle code 1967: Lawrence Roberts progetta ARPAnet (Advanced Research Projects Agency) 1969: primo nodo di IMP (Interface Message Processor) di ARPAnet a UCLA 19

20 1972: La nascita di Internet: anni 70 Nasce NCP (Network Control Protocol) il primo protocollo di Internet Primo programma per la posta elettronica ARPAnet ha 15 nodi 1970: ALOHAnet rete radio a pacchetti al Univ. of Hawaiiaii 1974: Cerf and Kahn definiscono i principi dell internetworking (rete di reti) 1976: Nasce Ethernet nei laboratori di Xerox 1979: ARPAnet ha 200 nodi 20

21 La nascita di Internet: anni : definizione del protocollo SMTP per la posta elettronica 1983: rilascio di TCP/IP che sostituisce NCP 1983: definizione del DNS per la traduzione degli indirizzi IP 1985: definizione del protocollo FTP 1988: controllo della congestione TCP nuove reti nazionali: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel host collegati 21

22 Le prime applicazioni Telnet FTP 22

23 La nascita di Internet: anni : ARPAnet viene dismessa 1991: NSF lascia decadere le restrizioni sull uso commerciale di NSFnet Primi anni 90: Tim Berners-Lee inventa il web al Cern di Ginevra 1994: Mosaic, poi Netscape Fine 90 : commercializzazione del Web 23

24 La nascita di Internet: anni oggi: arrivano le killer applications : messaggistica istantanea, condivisione di file P2P, IP Telephony, social networks sicurezza di rete centinaia di milioni di host, un miliardo di utenti ti velocità nelle dorsali dell ordine dei Gbps Diffie-Hellman-Merkle Shawn Fanning Zuckerberg 24

25 25

26 Il mondo è piccolo 26

27 La crescita di internet Jul ,869,781 27

28 Politecnico di Milano Facoltà di Ingegneria dell Informazione Generalità sulle reti

29 Reti di telecomunicazioni Estensione di una rete di TLC Geografica Locale/metropolitana Grado di Integrazione Reti dedicate Telefonia Dati Video Reti integrate Sviluppo molto recente Migliori servizi forniti Economie di scala Topologia Grafo di Interconnessione (maglia, albero, stella, etc.)

30 Reti di telecomunicazioni N nodi da interconnettere Maglia Numero rami, E, N<E<N(N-1)/2 Costo = o(n 2 -N) Nodo generico può agire anche da smistatore Caso particolare: Maglia completa Tutti percorsi diretti Costo = #rami = α(n(n-1)/2) = o(n 2 ) Rami dedicati alla coppia di nodi Percorsi a lunghezza minima L min =1 Albero Costo = α(n-1) = o(n) Percorsi a lunghezza variabile Praticabile solo se dimensione limitata Anello Costo = αn = o(n) Praticabile sia in area estesa sia in area limitata

31 Reti di telecomunicazioni Stella N rami dedicati, di uno per nodo 1 nodo di commutazione Costo = αn + β node = o(n) Percorsi a lunghezza fissa L=2 Soluzione praticabile solo se nodi vicini Bus Struttura tt centrale condivisa i Procedure di mutuo controllo Costo = αn + β bus = o(n) Percorsi a lunghezza fissa L=2 Praticabile solo se area limitata Maglia + stella K nodi più complessi: instradamento più difficile Rami (giunzioni): risorse condivise alto fattore di utilizzazione

32 Reti di telecomunicazioni Tipi di rete LAN: Local Area Network Impiegate in aree limitate (tipicamente edifici, campus) MAN: Metropolitan Area Network Coprono estensioni fino ad alcune decine di km WAN: Wide Area Network Hanno copertura ampia a piacere /s) Frequenz za di cifra (bit/ LAN ad alta velocità MAN ad alta velocità 10 9 WAN ad alta 10 8 velocità 10 7 MAN a bassa LAN a bassa velocità 10 6 velocità Connessioni con modem WAN a bassa 10 5 veloacità Distanza (m)

33 Reti di Accesso e Reti di Backbone Rete di backbone (a lunga distanza) Rete di accesso o di distribuzione Criterio generale dimensionamento di rete Condivisione max di risorse Limitazione max risorse indivise

34 Reti di telecomunicazioni La rete Internet realizza un unica rete planetaria che interconnette tt diverse tipologie di rete LAN di Di Di oi di

35 Politecnico di Milano Facoltà di Ingegneria dell Informazione Cos è Internet? 35

36 Cos è Internet? Milioni di computer connessi alla rete chiamati host = terminali Su cui girano applicazioni di rete Collegamenti fibra, cavo, radio, satellite Nodi di rete chiamati router router server local ISP company network workstation mobile regional ISP 36

37 Cos è Internet? continua Infrastruttura di comunicazione consente le applicazioni distribuite: Web, , games, e-commerce, file sharing Protocolli di comunicazione per inviare e ricevere messaggi 37

38 Cos è un protocollo? Protocollo umano e protocollo di rete Ciao Browser Web Richiesta di connessione TCP Server Web Ciao Sai l ora? 2:00 tempo Risposta di connessione TCP Get ross <file> D: Conoscete altri protocolli umani? 38

39 Esempio: Il protocollo della posta elettronica S: 220 hamburger.edu C: HELO crepes.fr S: 250 Hello crepes.fr, pleased to meet you C: MAIL FROM: S: 250 Sender ok C: RCPT TO: S: 250 Recipient ok C: DATA S: 354 Enter mail, end with "." on a line by itself C: Do you like ketchup? C: How about pickles? C:. S: 250 Message accepted for delivery C: QUIT S: 221 hamburger.edu closing connection 39

40 Ai confini della rete Terminali (hosts): Eseguono il software applicativo (Web, , ecc.). Processi remoti scambiano informazioni Modello client/server client chiedono il servizio, i server lo forniscono I client fanno domande, i server rispondono Modello peer-to-peer: Tutti i terminali collaborano senza distinzione di ruoli (o quasi) 40

41 Le applicazioni usano la rete La rete fornisce un servizio di comunicazione i alle applicazioni i i per il trasporto delle informazioni tra i processi remoti Il servizio di trasporto offerto dalla rete alle applicazioni può essere di vari tipi processo applicativo processo applicativo La rete Trasporta l informazione 41

42 Il trasporto delle informazioni Possono essere trasportati brevi messaggi in modo non affidabile (esempi: DNS, segnalazione, ecc.) Possono essere trasportate sequenze anche lunghe di byte in modo affidabile (web, , file transfer, ecc.) processo applicativo processo applicativo La rete Trasporta l informazione 42

43 Nel cuore della rete Insieme di router interconnessi La domanda fondamentale: come viene trasferita l informazione in rete? Commutazione di circuito: circuito dedicato per chiamata Commutazione di pachetto: dati inviati in rete con messaggi

44 Commutazione di circuito Le risorse per la comunicazione sono riservate per la chiamata Esempio rete telefonica

45 Commutazione di circuito 4) ti cercano! 1) voglio parlare con il 3344! ) conversazione 2) cerco un circuito it 3) apro il circuito it

46 Commutazione di circuito Risorse di rete suddivise in pezzi ciascun pezzo (= circuito) viene allocato ai vari collegamenti le risorse rimangono inattive se non utilizzate (non c è condivisione) suddivisione della banda in pezzi divisione di frequenza divisione di tempo

47 Commutazione di pacchetto terminale router header informazione pacchetto 47

48 Commutazione di pacchetto Header Dati Indirizzo di destinazione: A tbll tabella diinstradamento t indirizzo dest. Prossimo router A R2 B R3 R2 R1 A C R3 B 48

49 Commutazione di pacchetto Il flusso di dati viene suddiviso in pacchetti I pacchetti di tutti gli utenti condividono le risorse di rete Ciascun pacchetto utilizza completamente il canale Le risorse vengono usate a seconda delle necessità Contesa per le risorse store and forward: il commutatore deve ricevere l intero pacchetto prima di poter cominciare a trasmettere sul collegamento in uscita Multiplazione statistica: accodamento dei pacchetti, attesa per l utilizzo del collegamento

50 Confronto tra pacchetto e circuito La commutazione di pacchetto consente di scaricare le informazioni più velocemente! 1 collegamento da Mpbs Ciascun utente: Chiede pagine web di 50KB ogni 62.5s in media commutazione di circuito: 1 canale 64 kbps per utente Ritardo di trasferimento pagina web: 6.25s 32 utenti Collegamento da Mbps commutazione di pacchetto: Ritardo di trasferimento medio pagina web: 0.22s

51 Confronto tra pacchetto e circuito La commutazione di pacchetto consente a più utenti di usare la rete! 1 collegamento da 1 Mpbs Ciascun utente: 100 kpbs quando è attivo attivo per il 10% del tempo commutazione di circuito: 10 utenti N utenti Collegamento da 1 Mbps commutazione di pacchetto: con 35 utenti, la probabilità di averne > 10 attivi è inferiore allo 0,0004

52 Confronto tra pacchetto e circuito La commutazione di pacchetto è la scelta vincente? Ottima per i dati intermittenti Condivisione delle risorse semplice, non necessita l impostazione della chiamata Il problema della coda: ritardo e perdita di pacchetti Sono necessari protocolli per il trasferimento affidabile dei dati e per il controllo della congestione

53 Architettura Fisica di Internet CN NAP POP ISP CN CN CN ISP POP POP BSP POP NAP POP BSP NAP CN CN CN POP ISP POP CN BSP ISP = Internet Service Provider BSP = Backbone Service Provider NAP = Network (Neutral) Access Point POP = Point of Presence CN = Customer Network 53

54 Accesso a Internet: Dialup Dialup via modem Fino a 56Kbps Accesso diretto al router del ISP mediante circuito telefonico Trasmissione del segnale in banda fonica Rete Telefonica Modem 54

55 Accesso a Internet: ADSL ADSL: asymmetric digital subscriber line Fino a 1 Mbps upstream Fino a 20 Mbps downstream Condivisione del doppino con la rete telefonica fino alla centrale (divisione di frequenza) Accesso al router del provider mediante rete dati ad alta velocità 55

56 Next Generation Network Rete d accesso di nuova generazione ad alta velocità Sostituzione parziale o totale del doppino telefonico con fibra ottica Fiber To The Home Fiber To The Basement Fiber To The Curb Fiber To The Neighborhood 56

57 Next Generation Network Rete d accesso di nuova generazione ad alta velocità Reti ottiche punto punto e reti ottiche passive 57

58 Accesso WIRELESS a Internet Reti radio Accesso condiviso radio (wireless) per la connessione tra terminali e router router attraverso stazione base o punto d accesso Reti cellulari GPRS ~ 56 kbps UMTS ~ 384 kbps Wireless LAN: b/g (WiFi): 11 or 54 Mbps base station mobile hosts 58