Cosa è Internet? Internet

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1 Cosa è Internet? 1 Internet ilioni di dispositivi computazionali connessi in rete: hosts, end-systems Pc, workstation, server PDA, cellulari, frigoriferi Collegamenti Fibre ottiche, ponti radio, satellite, router: compito di inoltrare pezzi di dati lungo la rete router : ilano Rete di Ateneo Pisa server workstation mobile : Catania 2 Internet Protocolli di comunicazione: meccanismi per la trasmissione dei messaggi TCP, IP, HTTP, FTP, PPP Internet: of s gerarchica Internet: standard RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering Task Force router ilano Rete di Ateneo Pisa server workstation mobile Catania 3 Internet: una visione a servizi Infrastruttura di comunicazione che permette l esecuzione di applicazioni distribuite: WWW, , e-commerce, Information Retrieval, sit, P2P, e-goverment altro? Servizi: connectionless connection-oriented cyberspazio 4 1

2 Protocolli di comunicazione? Comunicazione tra persone: Che tempo fa? i consenta Presentazione formale invio di determinati msg azioni di risposta alla recezione del msg Comunicazione di rete: Scambio di informazioni tra dispositivi computazionali Protocolli regolano il flusso delle comunicazioni Protocollo definisce: Formato Ordine dei msg Azioni di risposta 5 Protocolli di comunicazione Ciao TCP connection req. Ciao TCP connection Che ora è? reply. Get 2:30 <file> tempo Comunicazione tra persione vs comunicazione di rete: 6 La struttura di Internet: Applicazioni e Host Nucleo della rete: router of s Collegamenti fisici: 7 hosts: Applicazioni e servizi di rete e.g., WWW, odello client/server Host (client) host rinvia una richiesta di servizio, host (server) fornisce il servizio e.g., WWW client (browser)/ server; client/server peer2peer: Non ci sono server dedicati Interazione è simmetrica e.g.: FreeNet, GNUTELLA Internet: Servizi 8 2

3 Servizi orientati alla connessione Obiettivo: trasferimento di dati tra host handshaking: fase iniziale di inizializzazione set up dello stato TCP - Transmission Control Protocol Servizio orientato alla connessione di Internet TCP [RFC 793] Trasferimento di dati affidabile Ack+Ritrasmissione Controllo del flusso: Sender non deve trasmettere troppo velocemente Controllo della congestione control: Sender non deve congestionare il traffico di rete 9 Servizi non orientati alla connessione Obiettivo: trasferimento di dati tra host UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: Trasferimento non affidabile Non sono previsti meccanismi per il controllo del flusso e della congestione TCP: HTTP (WWW), FTP (file transfer), Telnet (remote login), STP ( ) UDP: Apps video/audio, teleconferenze, telefonia su Internet 10 Nucleo della rete Ragnatela di router La domanda fondamentale: Come avviene il trasferimento dei dati nelle reti? Commutazione di circuito: circuito dedicato per ogni chiamata (rete telefonica) Commutazione di pacchetto: i dati sono inviati in rete scomponendoli in pezzi Commutazione di circuito Allocazione delle risorse per la gestione della chiamata Banda di trasmissione Risorse dedicate Performance elevata Fase di inizializzazione

4 Commutazione di circuito Le risorse di comunicazione di rete (bandwidth) sono suddivise in parti allocate alle chiamate Una parte della risorsa rimane inattiva (idle) se non viene utilizzata (no sharing) Due soluzioni possibili frequency division (FD) time division (TD) Commutazione di circuito Banda di trasmissione viene suddivisa in parti FD: frequency division TD: time division FD frequency TD frequency FD -- TD : 4 users time Packet Switching Dati sono suddivisi in packets Packet degli utenti A e B condividono le risorse di rete ogni packet utilizza la banda al massimo della sua capacità resources used as needed. Non è necessaria una allocazione iniziale di tutte le risorse Problematiche: Richiesta di risorse può essere superiore della disponibilità congestione: code store and forward : packet fanno un passo alla volta Trasmissione su un Attesa al successivo time

5 Considerazioni finali Commutazione di pacchetto Condivisione delle risorse Non è necessaria la fase di inizializzazione Congestione: perdita dei pacchetti, ordine di trasmissione Necessità di meccanismi per garantire l affidabilità del trasferimento Cosa succede per le applicazioni video/audio? Ampiezza di banda elevata Problema aperto!! 17 Routing Obiettivo: Inviare i pacchetti Reti datagram: L indirizzo di destinazione determina il cammino tra i router Router non hanno informazioni di stato Circuiti virtuali: Ogni pacchetto è caratterizzato di un identificatore (virtual circuit ID), Cammino individuato nella fase di inizializzazione Router con informazioni di stato 18 FD Network Taxonomy Circuit-switched s Telecommunication s TD Packet-switched s Networks with VCs Datagram Networks Come si accede alla rete? Provider (eg tin.it) Company (e.g SERRA) Reti mobili (wireless) Internet: connection-oriented (TCP) e connectionless services (UDP) alle apps

6 Provider odem 56Kbps con accesso diretto ISDN: intergrated services digital : 128Kbps ADSL: asymmetric digital subscriber line 1 bps home-to-router 8 bps router-to-home Residential access: cable modems 21 Diagram: 22 Cable Network Architecture: Overview Cable Network Architecture: Overview Typically 500 to 5,000 homes cable headend cable headend cable distribution (simplified) home 23 cable distribution (simplified) home 24 6

7 Cable Network Architecture: Overview server(s) Cable Network Architecture: Overview FD: V I D E O V I D E O V I D E O V I D E O V I D E O C O V N I D D T D A A R E T T O O A A L Channels cable headend cable headend cable distribution home 25 cable distribution home 26 Rete e area (LAN) Ethernet: 10 bs, 100bps, Gigabit Ethernet Reti i Wireless Accesso tramite una base LAN wireless: Comunicazioni radio e.g., Lucent Wavelan 10 bps, BlueTooth wider-area wireless Rete dei cellulari E.g. GPRS, UTS router base station mobile hosts

8 Home s Componenti di base: ADSL oppure cable modem router/firewall Ethernet wireless access point to/from cable headend cable modem router/ firewall wireless laptops La struttura di Internet wireless access Ethernet point (switched) Internet structure: of s roughly hierarchical at center: tier-1 s (e.g., UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T), national/international coverage treat each other as equals Tier-1 providers interconnect (peer) privately Tier 1 Tier 1 NAP Tier 1 Tier-1 providers also interconnect at public access points (NAPs) Tier-1 : e.g., Sprint Sprint US backbone

9 Internet structure: of s Tier-2 s: smaller (often regional) s Connect to one or more tier-1 s, possibly other tier-2 s Tier-2 pays tier-1 for connectivity to rest of Internet tier-2 is customer of tier-1 provider Tier-2 Tier-2 Tier 1 NAP Tier 1 Tier-2 Tier 1 Tier-2 Tier-2 s also peer privately with each other, interconnect at NAP Tier Internet structure: of s Tier-3 s and s last hop ( access ) (closest to end systems) Internet structure: of s a packet passes through many s! Local and tier- 3 s are customers of higher tier s connecting them to rest of Internet Tier 3 Tier-2 Tier-2 Tier 1 NAP Tier 1 Tier-2 Tier 1 Tier-2 Tier-2 35 Tier 3 Tier-2 Tier-2 Tier 1 NAP Tier 1 Tier-2 Tier 1 Tier-2 Tier

10 37 38 Protocolli e servizi Reti sono complicate! Numerose entità host router collegamenti fisici diversi applicazioni servizi hardware, software Domanda: Siamo in grado di organizzare e gestire in modo coerente tutte queste entità?. perlomeno in questo corso? 39 Astrazione Soluzione informatica per affrontare il problema della complesita Astrazione porta ad una gerarchia di livelli funzionali Livello insieme di servizi omogenei Un livello fornisce servizi al livello superiore 40 10

11 Livelli: Perchè? Stratificazione dei servizi: meccanismo per la gestione della complessità eccanismo esplicito di strutturazione odello di riferimento odularità: facilita le modifiche odifica di un servizio è e Protocolli Struttura di base dell architettura di rete Ogni entita del protocollo e caratterizzata da due interfacce service interface: operations on this protocol peer-to-peer interface: messages exchanged with peer Interfaces Host 1 Service High-level object interface High-level object Host 2 Internet Architecture Internet Engineering Task Force (IETF) Application vs Application Protocol (FTP, HTTP) FTP HTTP NV TFTP TCP UDP Protocol Peer-to-peer interface Protocol IP NET 1 NET 2 NET n

12 Internet protocol stack : ftp, smtp, http : tcp, udp : routing dei datagrams ip, routing protocols : trasferimento dei dati ppp, ethernet : on the wire Stratificazione a livelli Ogni livello riceve i dati dal livello superiore Crea una nuova struttura dati (header) Invia i dati al livello inferiore Ht HnHt Hl HnHt source destination Ht HnHt Hl HnHt message segment datagram frame Caratteristiche: distribuito Componenti su ogni nodo che realizzano le funzionalità previste Scambio msg Stratificazione a livelli 47 Internet: comunicazione logica Transport Dati dalle Apps Crea il datagram con l indirizzo Invia il datagram Attende il riscontro di ricezione (ack) Trasporto = Ufficio Postale data data ack data 48 12

13 Layering: communication data data Web Pagina Web: Insieme di objects Indirizzo tramite URL. URL: Unifor Resource Locator è l indirizzo di rete di una risorsa (Network Reference) nome host + path: User agent = browser: S Internet Explorer Netscape Communicator Server = Web server: Apache (public domain) S Internet Information Server http: hypertext transfer protocol Protocollo del WEB odello client/server client: browser che richiede oggetti WEB server: Web server invia gli oggetti WEB http1.0: RFC 1945 http1.1: RFC 2068 HTTP PC running Explorer ac running Navigator http request http response http request http response Server running NCSA Web server http: basato su TCP: client attiva una connessione TCP (crea il socket) verso il server (porta 80) server accetta la richiesta TCP del client Avviene lo scambio di msg http (-layer protocol messages) tra il browser (http client) e il Web server (http server) Si chiude la connessione TCP. HTTP http è senza memoria stateless server non ha informazioni di stato sulle richieste passate problema Protocolli con stato sono complicati! Gestione dello stato Fallimenti

14 Connessioni HTTP Non Persistenti Un oggetto viene trasmesso su una connessione TCP. HTTP/1.0: nonpersistent HTTP Persistenti Un insieme di oggetti possono essere scambiati sulla stessa connessione TCP HTTP/1.1: persistent connections -- default mode 53 time HTTP: Esempi Supponiamo di voler aprire una pagina con indirizzo 1a. http (client) richiede una connessione TCP con il WEB server all indirizzo La porta 80 è la porta di default per I server http. 2. http (client) invia un messaggio di richiesta (con la URL) nella connessione TCP (testo e riferimenti a 10 oggetti JPEG) 1b. http (server) all indirizzo è in attesa sulla porta 80. Accetta la richiesta di connessione 3. http (server) riceve la richiesta e invia il messaggio di risposta con l informazione richiesta (la pagina WEB somedepartment/home.index), sulla connessione TCP 54 time Esempio (cont.) 4. http (server) chiude la connessione TCP. 5. http (client) riceve la risposta con il file html. Parsing del file html si trovano i 10 riferimenti agli oggetti jpeg 6. Si ripetono i passi 1-5 per tutti gli oggetti JPEG Connessioni persistenti e nonpersistenti Non-persistenti HTTP/1.0 Server: valutare la richiesta, inviare la risposta, chiudere la connessione TCP 2 RTT per scaricare un oggetto Persistenti default per la versione HTTP/1.1 Server utilizza la stessa connessione TCP per valutare la richiesta, inviare la risposta, chiudere la connessione Client invia le richieste subito dopo aver determinato l indirizzo (minore RTT)

15 Connessioni HTTP Nonpersistent HTTP: richiede 2 RTTs per oggetto Allocazione delle risorse per ogni connessione TCP a spesso I brower aprono connessioni parallele Persistent HTTP server lascia le connessioni aperte dopo aver inviato la risposta essaggi consecutivi utilizzano la stessa connessione Persistent without pipelining: client effettua una richiesta solamente dopo aver ricevuto la risposta della richieste precedente Persistent with pipelining: default -- HTTP/1.1 Il cliente invia una richiesta non appena incontra un riferimento 57 15

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