INTERNET E RETI DI TELECOMUNICAZIONI

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1 Politecnico di Milano Facoltà di Ingegneria dell Informazione INTERNET E RETI DI TELECOMUNICAZIONI Matteo Cesana 1

2 Il docente o Ing. Matteo Cesana o Ufficio: Dip. di Elettronica e Informazione 3 piano stanza 335 o Tel: ( ) 3695 o matteo.cesana@polimi.it o Web page: o Orario di ricevimento: Martedì o su appuntamento 2

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

4 Materiale didattico (1) o Libro di riferimento: D. Comer, Computer Networks and Internets, Quinta Edizione, Pearson (versione in Italiano: Internet e Reti di Calcolatori, Terza edizione, Addison Wesley) 4

5 Materiale didattico (3) o Lucidi del corso o Altro materiale suggerito durante il corso o Link disponibili sul sito web 5

6 Home page del corso 6

7 Laboratorio o Tematiche Valutazione delle prestazioni di reti (ns2 o similari) Analizzatori di rete (WireShark) Configurazione di router CISCO (Packet Tracer) o Orario: Venerdì , Aula D32 o Responsabile: Ing. Vincenzo Sciancalepore (vincenzo.sciancalepore@polimi.it) 7

8 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 8

9 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

10 Background Molti software applicativi colloquiano con software remoti Per colloquiare usano un rete: INTERNET 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 10

11 Agenda del Corso o Concetti propedeutici Protocolli Servizi di comunicazione Modelli a strati o L Ultimo Miglio Il livello fisico Protocolli data link e servizi offerti o Switching dispositivi e tecnologie per l interconnessione di reti locali virtual switching soluzioni hardware/software per lo sviluppo di switch 11

12 Agenda del corso (2) o Internetworking Internet Protocol (IP) Instradamento in Internet o Il livello di trasporto UDP contro TCP o Le Applicazioni Data base distribuiti (DNS) Connessione remota (FTP) Web Browsing (HTTP) (SMTP) Cenni ad applicazioni Peer-To-Peer

13 Politecnico di Milano Facoltà di Ingegneria dell Informazione Introduzione a LA RETE 13

14 Un po di storia 14

15 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 15

16 o 1972: o 1970: 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 ALOHAnet rete radio a pacchetti al Univ. of Hawaii o 1974: Cerf and Kahn definiscono i principi dell internetworking (rete di reti) o 1976: o 1979: Nasce Ethernet nei laboratori di Xerox ARPAnet ha 200 nodi 16

17 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 1983: definizione del DNS per la traduzione degli indirizzi IP o 1985: definizione del protocollo FTP o 1988: controllo della congestione TCP o nuove reti nazionali: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel o host collegati 17

18 Le prime applicazioni o Telnet o o FTP 18

19 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 19

20 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 20

21 21

22 Il mondo è piccolo 22

23 La crescita di internet Jul ,869,781 23

24 Politecnico di Milano Facoltà di Ingegneria dell Informazione Cos è Internet? 24

25 Cos è Internet? o Milioni di computer connessi alla rete chiamati host = terminali o Su cui girano applicazioni di rete o Collegamenti o fibra, cavo, radio, satellite o Nodi di rete chiamati router router local ISP company network server workstation mobile regional ISP 25

26 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 26

27 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? 27

28 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 28

29 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) 29

30 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 30

31 Il trasporto delle informazioni 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 31

32 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 32

33 Commutazione di circuito Le risorse per la comunicazione sono riservate per la chiamata o Esempio rete telefonica 33

34 Commutazione di circuito 4) ti cercano! 1) voglio parlare con il 3344! ) conversazione 2) cerco un circuito 3) apro il circuito 34

35 Commutazione di circuito o Risorse di rete suddivise in pezzi o ciascun pezzo (= circuito) viene allocato ai vari collegamenti o le risorse rimangono inattive se non utilizzate (non c è condivisione) o suddivisione della banda in pezzi divisione di frequenza divisione di tempo 35

36 Commutazione di pacchetto terminale router header informazione pacchetto 36

37 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 37

38 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 and 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 38

39 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 39

40 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 kpbs quando è attivo attivo per il 10% del tempo o commutazione di circuito: 10 utenti N utenti Collegamento da 1 Mbps o commutazione di pacchetto: con 35 utenti, la probabilità di averne > 10 attivi è inferiore allo 0,0004

41 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

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

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

44 Reti di telecomunicazioni o N nodi da interconnettere o Maglia o Albero o Anello 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 Costo = α(n-1) = o(n) Percorsi a lunghezza variabile Praticabile solo se dimensione limitata Costo = αn = o(n) Praticabile sia in area estesa sia in area limitata

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

46 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)

47 Reti di Accesso e Reti di Backbone 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

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

49 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 49

50 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 50

51 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 51

52 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 52

53 Next Generation Network o Rete d accesso di nuova generazione ad alta velocità Reti ottiche punto punto e reti ottiche passive 53

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