Parte 1. Internet: una rete di calcolatori. Scopo. avere una visione d'insieme delle reti di calcoltori. uso della rete Internet come esempio

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1 Parte 1 Internet: una rete di calcolatori avere una visione d'insieme delle reti di calcoltori Scopo visione sistemica dei componenti visione sistemica dei servizi approccio descrittivo uso della rete Internet come esempio 1

2 Cos è Internet: visione dei componenti Milioni di dispositivi interconnessi : hosts, endsystems pc, workstations, servers PDA, telefoni, AP, etc. che supportano le applicazioni di rete s di comunicazione doppini telefonici, cavi coassiali, fibre ottiche, onde radio... routers: che instradano pacchetti (sequenze) di dati attraverso la rete router server ISP locale Rete privata workstation AP Terminale mobile ISP regionale 2

3 Cos è Internet: visione dei componenti protocolli: regolamentano la trasmissione e la ricezione di messaggi es., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP Internet: la rete delle reti Internet pubblica ed intranet privata Gli standard di Internet RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering Task Force router server ISP locale Rete privata workstation mobile ISP regional 3

4 Cos è Internet: una visione dei servizi L infrastruttura di comunicazione che permette applicazioni distribuite per scambio di informazioni: WWW, , giochi, e- commerce, database, altro? Fornisce servizi di comunicazione per le applicazioni: connectionless (senza connessione) connection-oriented (orientati alla connessione) - garantiti in integrità ed interezza 4

5 Cos è un protocollo? Protocolli umani: pronto.. pronto, sono Pippo, come stai? regole che governano la condotta delle persone (azioni - reazioni) nello scambio dei messaggi Protocolli di rete: calcolatori invece che persone tutte le attività di comunicazione in Internet sono governate da protocolli I protocolli definiscono il formato e l ordine, dei messaggi inviati e ricevuti tra entità della rete e le azioni che vengono fatte per la trasmissione e ricezione dei messaggi 5

6 Cos è un protocollo? Un protocollo umano e protocollo di rete di calcolatori ciao ciao Sai l ora? Sono le 2 tempo Connessione TCP richiesta Connessione TCP risposta Get <file> Domanda: Altri esempi di protocollo umano? (connectionless) 6

7 Sistema postale utente (scrivere, indirizzare lettera) segretaria (tradurre, indirizzare) fattorino (raccoglie, mandare all uff. postale) postino (smistare i sacchi in relazione alla destinazione, portare alla stazione) smistamento utente (leggere lettera) segretaria (tradurre, consegnare) fattorino (selezionare, distribuire) postino (smistare le lettere a destinazione) smistamento treno/nave/aereo (viaggia verso destinazione) viaggio treno/nave/aereo (arriva alla staz. destinazione) In ogni passo viene specificato un indirizzo, un tipo di messaggio da trasferire ed un protocollo da seguire per il trasferimento 7

8 Indirizzo tipo e protocollo 1. Indirizzo sulla busta, lettera con busta, dalla casa del mittente alla buca delle lettere 2.indirizzo uff. postale locale, sacco di buste, procedura di trasp. sacchi all ufficio 3.indirizzo uff. postale destinazione, contenitori, procedura di trasferimento (treno) 4.indirizzo destinatario, busta con lettera, dall uff.postale destinazione alla casa del destinatario se cambia il modo di trasporto al punto 3 (implementazione del servizio ad un livello) la cosa rimane trasparente per il resto del sistema 8

9 Sistema postale: altra visione Utente segretaria fattorino postino centro smistamento stazione Utente segretaria fattorino postino centro smistamento stazione viaggio Strati: tipi di dati ed indirizzi 9

10 Perché stratificare? Per sistemi complessi: la struttura esplicita permette l identificazione delle relazioni tra gli elementi di un sistema complesso modello di riferimento stratificato la modularizzazione facilita la manutenzione e l aggiornamento del sistema il cambiamento dell implementazione di un servizio su uno strato rimane trasparente per il resto del sistema es., il cambiamento della procedura di imbarco/sbarco non influisce sul resto del sistema 10

11 Cosa specificare in un protocollo? La sintassi di un messaggio che campi contiene? in quale formato? La semantica del messaggio cosa significa il messaggio? Es: not-ok significa che il ricevitore ha ricevuto il msg corrotto (ricevuta di ritorno) Le azioni da intraprendrere dopo la ricezione di un msg Es: dopo avere ricevuto not-ok, ritrasmettere il msg 11

12 Pila protocollare di Internet applicazione: supporta le applicazioni di rete ftp, smtp, http trasporto: trasferimento dati host-to-host tcp, udp rete: instradamento dei datagrammi dalla sorgente alla destinazione ip, protocolli di instradamento : trasferimento dati tra elementi di rete vicini ppp, ethernet fisico: bit sul filo applicazione trasporto rete fisico 12

13 Stratificazione: comunicazione logica Ogni livello: distribuito entità implementano le funzioni dello strato ad ogni nodo entità compiono azioni, scambiano messaggi tra pari application transport network physical application transport network physical application transport network physical network physical application transport network physical 13

14 Stratificazione: comunicazione logica Es.: trasporto prendono dati dalle applicazioni aggiungono gli indirizzi, formano il datagrama inviano il datagramma al compagno (peer) aspettano che il peer dia il segnale di avvenuta ricezione analogia: sistema postale (racc. ricev. ritorno) dati application transport network physical application transport network physical data ack application transport network physical network physical dati application transport network physical 14

15 Stratificazione: comunicazione fisica dati application transport network physical application transport network physical application transport network physical network physical dati application transport network physical 15

16 Stratificazione protocollare e dati Ogni strato prende i dati dallo strato precedente aggiunge informazioni nell intestazione (header) per creare una nuova unità di dati (PDU, Packet Data Unit) passa il PDU allo strato sottostante sorgente destinazione Hd Hd Hd Hd Hd Hd M M M M application transport network physical application transport network physical Hd Hd Hd Hd Hd Hd M M M M messaggio segmento datagramma frame 16

17 La struttura della rete più in dettaglio Le estremità della rete: applicazioni e hosts il nucleo della rete: routers rete di reti reti di accesso, mezzi trasmissivi: s di comunicazione 17

18 Le estremità della rete: terminali (hosts): fanno girare (ospitano) programmi applicativi es., WWW, alle estremità della rete hosts suddivisi in client e server il client invia richieste, e riceve servizi dal server es., WWW client (browser)/ server; client/server PC agiscono sia da client che da server fat/thin client, web tv, etc. 18

19 Estremità della rete: servizio connectionoriented (orientato alla connessione) Scopo: trasferire dati tra sistemi terminali handshaking: prepara per il successivo trasferimento dei dati Ciao - Ciao ; protocollo umano set up dello stato in due hosts comunicanti TCP - Transmission Control Protocol servizio connectionoriented di Internet Servizio TCP [RFC 793] affidabile, stream di byte ordinato perdita: acknowledgements e ritrasmissione controllo di flusso: il mittente non deve saturare il ricevente controllo della congestione: il mittente rallenta il rate di invio quando la rete è congestionata 19

20 Estremità della rete: servizio connectionless (senza connessione) Scopo: trasferire dati tra terminali lo stesso di prima! UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: è il servizio connectionless di Internet trasferimento dati non affidabile nessun controllo di flusso nessun controllo della congestione App.s che usanotcp: HTTP (WWW), FTP (trasferimento file), Telnet (login remoto), SMTP ( ) App.s che usano UDP: streaming media, teleconferenza, telefonia Internet 20

21 Il nucleo della rete Una maglia di router interconnessi la domanda chiave: come si trasferiscono i dati attraverso la rete? Commutazione di circuito: un circuito (risorsa) viene dedicato ad ogni chiamata: es. rete telefonica commutazione di pacchetto: dati inviati attraverso la rete in atomi discreti 21

22 Nucleo della rete: Commutazione di circuito Risorse di rete (larghezza di banda) divise equamente tra i possibili circuiti attivi supportati dal canale ogni circuito viene allocato per una chiamata se le risorse non vengono usate esse sono in attesa (non c è condivisione) 22

23 Esempio: Chiamata telefonica utente chiamante utente chiamato RETE TELEFONICA SGANCIO Centrale Pronta Connessione SELEZIONE Chiamata Utente allertato SGANCIO Conversazione gli utenti parlano AGGANCIO Svincolo SGANCIO

24 Il nucleo della rete: Commutazione di circuito Risorse end-to-end riservate per la chiamata banda del canale, buffer risorse dedicate: nessuna condivisione prestazioni (garantite) di tipo circuito è richiesto il set-up della chiamata 24

25 Nucleo della rete: Commutazione di pacchetto Ogni flusso di dati end-end viene suddiviso in pacchetti i pacchetti di più utenti condividono le risorse di rete ogni pacchetto usa tutta la banda di un di trasmissione le risorse vengono usate secondo necessità Contesa sulle risorse: la domanda di uso delle risorse piò sorpassare la loro disponibilità congestione: coda di pacchetti, attesa per l uso del canale store and forward: i pacchetti percorrono un pezzetto alla volta vengono trasmessi su un aspettano il loro turno per l uso del successivo 25

26 Commutazione di pacchetto e commutazione di circuito La commutazione di pacchetto è Perfetta per dati a burst permette la condivisione risorse non è richiesto il setup della chiamata Congestione eccessiva: provoca il ritardo e la perdita di pacchetti sono necessari protocolli per il trasferimento affidabile di dati ed il controllo della congestione 26

27 le risorse non sono riservate ristorante senza prenotazione Internet instradano i pacchetti trasmissione store-and-forward ritardo router ritardo di accodamento buffer I/O perdita di pacchetti se il messaggio non viene frammentato pacchetto = messaggio commutazione di messaggio ritardi superiori di Circuito di Pacchetto Commutazione confronto le risorse necessarie lungo un percorso per fornire la comunicazione tra due terminali sono riservate alla durata della sessione rete telefonica ristorante con prenotazione velocità costante garantita realizzato tramite Multiplexing grande spreco di periodi silenti pacchetto FDM TDM ritardo variabile e non prevedibile migliore suddivisione della banda più semplice, più efficiente e meno costosa da implementare stesse prestazioni della c. circuito ma a più utenti più facile il recupero/errori necessità di trasmettere un header (1 pkt in più per ogni pkt) la banda di frequenza è divisa tra le connessioni stabilite con lo stesso uno slot di tempo di ciascun frame viene dedicato alla sola connessione circuito spreca la risorsa della banda 27

28 Reti a commutazione di pacchetto: routing Scopo: muovere pacchetti tra i routers dalla sorgente alla destinazione dipendentemente da come instradano i pkt, le reti sono: rete a circuito virtuale: ogni pacchetto contiene un etichetta (identificativo del circuito virtuale), che determina il passaggio successivo i cammini fissati determinati al momento del setup della chiamata, rimangono fissi per tutta la chiamata routers mantengono informazioni sullo stato stato per ogni chiamata rete a datagramma: l indirizzo di destinazione determina il passaggio successivo le strade possono cambiare durante la sessione analogia: guidare, chiedere indicazioni 28

29 Rete di accesso e mezzi trasmissivi?: come connettere un terminale con un router di estremità? Reti per l accesso residenziale reti per l accesso istituzionale (scuole, università, etc.) reti per l accesso mobile 29

30 Accesso residenziale: accesso punto-punto Dialup con modem fino a 56Kbps di accesso diretto al router (teoricamente) ISDN: Integrated Services Digital Network: 128Kbps connessione interamente digitale al router ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line fino a 1 Mbps casa-router fino a 8 Mbps router-casa 30

31 Accesso istituzionale: Local Area Networks local area network (LAN) delle aziende/università collegano terminali con router esterni molte tecnologie LAN Ethernet (IEEE 802.3): doppino di rame o cavo coassiale cavo condiviso o dedicato che collega terminali e router 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet 31

32 Reti di accesso wireless Rete di accesso wireless condiviso connette terminali e router wireless LANs: la banda radio sostituisce il cavo WiFi (IEEE x) router Stazione base accesso wireless aree vaste Cellular Digital Packet Data (CDPD): accesso wireless al router ISP via rete cellulare GPRS/EDGE; UMTS R6, WiMax (IEEE ) Terminali mobili 32

33 Cos è Internet: visione dei componenti cos'è rete di calcolatori sistemi terminali (end systems, terminali, host) applicazioni client/server: applicazioni distribuite client server un programma client che gira su un terminale richiede informazioni ad un server che gira su un altro terminale TCP/IP protocolli Def=: un protocollo definisce un formato e l'ordine dello scambio dei messagi tra due o più entità comunicanti, così come le azioni che hanno luogo per trasmissione e/o ricezione di un messaggio o altri eventi. Internet - i componenti standard RFC (Request for Comment) IETF (Internet Engineering Task Force) W3C (WWW Consortium) di comunicazione mezzi trasmissivi cavi coassiali cavi rame fibre ottiche collegamento tra terminali router (dispositivi di commutazione) velocità di tramissione (banda) formato delle info è specificato attraverso il prot. IP percorso delle info (cammino, route, path) commutazione di pacchetto 33

34 Cos è Internet: visione dei servizi handshaking procedure solo il terminale si "ricorda" della connessione affidabile trasferimento dati (senza errori e nell'ordine giusto) efficace controllo di flusso (controlla la saturazione delle estremità per troppa velocità di Tx) efficace controllo della congestione (previene lo stato gridlock dovuto a router congestionato) - insieme ai servizi - senza handshake più veloce senza controllo flusso e congestione orientati alla connessione (TCP/IP) senza connessione (UDP) servizi Internet - i servizi applicazioni audio-video files file transfer WWW giochi login remoti Servizi forniti ed applicazioni distribuite sono offerti da applicazioni che girano sui terminali di Internet per scambiare dati tra le diverse unità 34