Reti di Comunicazione ed Internet

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1 Politecnico di Milano Scuola di Ingegneria Industriale e dell Informazione Reti di Comunicazione ed Internet Ilario Filippini

2 2 Il Docente o Ing. Ilario Filippini o Contatti Mail: [email protected] Tel.: Web: Ricevimento: o Dipartimento di Elettronica e Informazione o 3 piano o Stanza 316 Orario ricevimento: GIO o Via mail per altri orari

3 3 Modalità D Esame o 1 Prove in Itinere o Esame tutto scritto 3 Esercizi strutturati 1 Esercizio sulla parte di Lab (~5 punti) Set di domande o brevi esercizi (~12 punti) (Orale a Discrezione del docente) o Divisione in moduli fino al secondo appello di Febbraio, da Luglio in poi esame completo

4 4 Materiale didattico (1) o Libro di riferimento: A. S. Tanenbaum, D. J. Wetherall, Reti di calcolatori, Quinta Edizione, Pearson

5 5 Materiale didattico (2) o Modulo 1 Tarek N. Saadawi, Mostafa H. Ammar, El Hakeem Ahmed, Fundamentals of telecommunication networks, Wiley Fred Halsall, Reti di calcolatori e sistemi aperti Addison-Wesley o Modulo 2 Behrouz A. Forouzan, I protocolli TCP/IP, McGraw-Hill Douglas E. Comer, Internetworking con TCP/ IP, Addison-Wesley Douglas E. Comer, Internet e Reti di Calcolatori, Addison-Wesley

6 6 Materiale didattico (3) o Slide Lezioni ed esercitazioni sul sito o Letture Dispense su primo modulo Approfondimenti sul sito o Internet Link suggeriti Google it!

7 7 Home page del corso antlab.elet.polimi.it à People à Ilario Filippini à Teaching

8 8 Organizzazione o Orario tipico: Lun: LEZ 3h o 14:30 17:05 1h15m 20m 1h Mar: LEZ 3h o 14:30 17:05 Gio: ESE 2h 1h15m 20m 1h 8:45 10:15 o ~6 settimane per modulo o Prima Prova in Itinere: settimana Novembre

9 9 Laboratorio o Tematiche Valutazione delle prestazioni di reti (ns2) Configurazione di router CISCO (Packet Tracer) Analizzatori di rete (Ethereal) o Orario: Lunedì: (da verificare) 5 sessioni per modulo Inizio comunicato durante le prossime lezioni e inserito sul sito web del corso Reminder: polling su laptop o Responsabile: Ing. Vincenzo Sciancalepore ([email protected])

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

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

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

13 Agenda del Corso Modulo 1 Fondamenti di Reti 13 o Concetti propedeutici Protocolli Servizi di comunicazione Modelli a strati o Livello Fisico Mezzi Trasmissivi Cenni sulle tecniche di trasmissione Multiplazione e de-multiplazione Accesso Multiplo o Livello di Linea 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)

14 14 Modulo 1 o Reti LAN Problematica dell accesso (casuale, ordinato) Protocolli di accesso IEEE 802 Lo Standard Ethernet o Interconnessioni di reti locali Dispositivi e tecnologie per l interconnessione

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

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

17 17 Ora iniziamo o ma prima,

18 Politecnico di Milano Scuola di Ingegneria Industriale e dell Informazione Introduzione a LA RETE

19 Un po di storia 19

20 20 La nascita di Internet: anni 60 o 1961: Kleinrock dimostra l efficacia della commutazione di pacchetto grazie alla teoria delle code o 1967: Lawrence Roberts progetta ARPAnet (Advanced Research Projects Agency) o 1969: primo nodo di IMP (Interface Message Processor) di ARPAnet a UCLA

21 21 La nascita di Internet: anni 70 o 1972: Nasce NCP (Network Control Protocol) il primo protocollo di Internet Primo programma per la posta elettronica ARPAnet ha 15 nodi o 1976: o 1979: Nasce Ethernet nei laboratori di Xerox ARPAnet ha 200 nodi o 1970: o 1974: ALOHAnet rete radio a pacchetti al Univ. of Hawaii Cerf and Kahn definiscono i principi dell internetworking (rete di reti)

22 22 La nascita di Internet: anni 80 o 1982: definizione del protocollo SMTP per la posta elettronica o 1983: rilascio di TCP/IP che sostituisce NCP o nuove reti nazionali: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel o host collegati o 1983: definizione del DNS per la traduzione degli indirizzi IP o 1985: definizione del protocollo FTP o 1988: controllo della congestione TCP

23 23 Le prime applicazioni o Telnet o o FTP

24 24 La nascita di Internet: anni 90 o 1990: ARPAnet viene dismessa o 1991: NSF lascia decadere le restrizioni sull uso commerciale di NSFnet o Primi anni 90: Tim Berners-Lee inventa il web al Cern di Ginevra o 1994: Mosaic, poi Netscape o Fine 90 : commercializzazione del Web

25 25 La nascita di Internet: anni oggi: o arrivano le killer applications : messaggistica istantanea, condivisione di file P2P, IP Telephony, social networks o sicurezza di rete o centinaia di milioni di host, un miliardo di utenti o velocità nelle dorsali dell ordine dei Gbps Diffie-Hellman-Merkle Shawn Fanning Zuckerberg

26 Anni 2010 L esplosione 26

27 Perchè siamo qui? o Utente Consegna Correttezza Robustezza ai guasti Puntualità Costo??? o Ingegnere di rete Topologia di rete Protocolli di rete Architettura di rete Dispositivi di rete Mezzo trasmissivo 27

28 Topologia di Internet 28

29 Il mondo è piccolo 29

30 30 La crescita di internet Jan ,010,251,829

31 Politecnico di Milano Scuola di Ingegneria Industriale e dell Informazione Generalità sulle reti

32 Tassonomia delle Reti di telecomunicazioni 32 o Estensione di una rete di TLC Geografica Locale/metropolitana o Grado di Integrazione Reti dedicate o o o Telefonia Dati Video Reti integrate o o o Sviluppo molto recente Migliori servizi forniti Economie di scala o Topologia Grafo di Interconnessione (maglia, albero, stella, etc.)

33 33 Reti di telecomunicazioni o o o o 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 o Tutti percorsi diretti o Costo = #rami = α(n(n-1)/2) = o(n 2 ) o Rami dedicati alla coppia di nodi o 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

34 34 Reti di telecomunicazioni o o o Stella N rami dedicati, uno per nodo 1 nodo di commutazione Costo = αn + β node = o(n) Percorsi a lunghezza fissa L=2 Bus Soluzione praticabile solo se nodi vicini Struttura centrale condivisa 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

35 Reti di telecomunicazioni o Tipi di rete LAN: Local Area Network o Impiegate in aree limitate (tipicamente edifici, campus) MAN: Metropolitan Area Network o Coprono estensioni fino ad alcune decine di km WAN: Wide Area Network o Hanno copertura ampia a piacere Frequenza di cifra (bit/s) LAN ad alta velocità LAN a bassa velocità Connessioni con modem MAN ad alta velocità MAN a bassa velocità WAN ad alta velocità WAN a bassa veloacità Distanza (m) 35

36 Reti di Accesso e Reti di Backbone 36 o Rete di backbone (a lunga distanza) o Rete di accesso o di distribuzione o Criterio generale dimensionamento di rete Condivisione max di risorse Limitazione max risorse indivise

37 37 Reti di telecomunicazioni o La rete Internet realizza un unica rete planetaria che interconnette diverse tipologie di rete

38 Politecnico di Milano Scuola di Ingegneria Industriale e dell Informazione Cos è Internet?

39 Cos è Internet? o Milioni di computer connessi alla rete chiamati host = terminali Su cui girano applicazioni di rete o Collegamenti Fibra, cavo, radio, satellite o Nodi di rete chiamati router router local ISP company network server workstation mobile regional ISP 39

40 40 Cos è Internet? continua o Infrastruttura di comunicazione consente le applicazioni distribuite: Web, , games, e- commerce, file sharing o Protocolli di comunicazione per inviare e ricevere messaggi

41 41 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 <file> D: Conoscete altri protocolli umani?

42 Esempio: Il protocollo della posta elettronica 42 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

43 43 Ai confini della rete o Terminali (hosts): Eseguono il software applicativo (Web, , ecc.). Processi remoti scambiano informazioni o Modello client/server Client chiedono il servizio, i server lo forniscono I client fanno domande, i server rispondono o Modello peer-to-peer: Tutti i terminali collaborano senza distinzione di ruoli (o quasi)

44 44 Le applicazioni usano la rete o La rete fornisce un servizio di comunicazione alle applicazioni per il trasporto delle informazioni tra i processi remoti o Il servizio di trasporto offerto dalla rete alle applicazioni può essere di vari tipi processo applicativo processo applicativo La rete trasporta l informazione

45 Il trasporto delle informazioni 45 o Possono essere trasportati brevi messaggi in modo non affidabile (esempi: DNS, segnalazione, ecc.) o Possono essere trasportate sequenze anche lunghe di byte in modo affidabile (web, , file transfer, ecc.) processo applicativo processo applicativo La rete trasporta l informazione

46 46 Nel cuore della rete o Insieme di router interconnessi o 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

47 47 Commutazione di circuito Le risorse per la comunicazione sono riservate per la chiamata o Esempio rete telefonica

48 48 Commutazione di circuito 4) ti cercano! 1) voglio parlare con il 3344! ) conversazione 2) cerco un circuito 3) apro il circuito

49 49 Commutazione di circuito o Risorse di rete suddivise in pezzi o Ciascun pezzo (= circuito) viene allocato ai vari collegamenti o Suddivisione della banda in pezzi divisione di frequenza divisione di tempo o Le risorse rimangono inattive se non utilizzate (non c è condivisione)

50 50 Commutazione di pacchetto router terminale header informazione pacchetto

51 51 Commutazione di pacchetto Header Dati Indirizzo di destinazione: A tabella di instradamento indirizzo dest. Prossimo router A R2 B R3 R2 R1 A C R3 B

52 52 Commutazione di pacchetto Il flusso di dati viene suddiviso in pacchetti o I pacchetti di tutti gli utenti condividono le risorse di rete o Ciascun pacchetto utilizza completamente il canale o Le risorse vengono usate a seconda delle necessità Contesa per le risorse o Store & forward: il commutatore deve ricevere l intero pacchetto prima di poter cominciare a trasmettere sul collegamento in uscita o Multiplazione statistica: accodamento dei pacchetti, attesa per l utilizzo del collegamento

53 53 Confronto tra pacchetto e circuito La commutazione di pacchetto consente di scaricare le informazioni più velocemente! o 1 collegamento da Mpbs o Ciascun utente: Chiede pagine web di 50KB ogni 62.5s in media o Commutazione di circuito: 1 canale 64 kbps per utente Ritardo di trasferimento pagina web: 6.25s 32 utenti Collegamento da Mbps o Commutazione di pacchetto: Ritardo di trasferimento medio pagina web: 0.22s

54 54 Confronto tra pacchetto e circuito La commutazione di pacchetto consente a più utenti di usare la rete! o 1 collegamento da 1 Mpbs o Ciascun utente: 100 kbps quando è attivo Attivo per il 10% del tempo N utenti Collegamento da 1 Mbps o Commutazione di circuito: 10 utenti o Commutazione di pacchetto: con 35 utenti, la probabilità di averne > 10 attivi è inferiore allo 0,0004

55 55 Confronto tra pacchetto e circuito La commutazione di pacchetto è la scelta vincente? o Ottima per i dati intermittenti Condivisione delle risorse Semplice, non necessita l impostazione della chiamata o Il problema della coda: ritardo e perdita di pacchetti Sono necessari protocolli per il trasferimento affidabile dei dati e per il controllo della congestione

56 56 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

57 Architettura dei NAP 57

58 58 Accesso a Internet: Dialup o Dialup via modem Fino a 56Kbps Accesso diretto al router del ISP mediante circuito telefonico Trasmissione del segnale in banda fonica Rete Telefonica Modem

59 59 Accesso a Internet: ADSL o 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

60 60 Next Generation Network o 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

61 61 Next Generation Network o Rete d accesso di nuova generazione ad alta velocità Reti ottiche punto punto e reti ottiche passive

62 Accesso WIRELESS a Internet o o o Reti radio Accesso condiviso radio (wireless) per la connessione tra terminali e router Attraverso stazione base o punto d accesso Reti cellulari GPRS ~ 56 kbps UMTS ~ 384 kbps HSPA ~ 42 Mbps LTE ~ 320 Mbps Wireless LAN: b/g/n (WiFi): 11/54/600 Mbps router base station mobile hosts 62

63 63 Dove sono le reti? The Cloud

64 Dove sono le reti? 64

65 Dove sono le reti? 65

66 Dove sono le reti? MiWEBA Project Location specific application 66