Corso di Tecnologie per la comunicazione

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1 Corso di Tecnologie per la comunicazione Reti TLC 2 Ing. Cesare Roseti, Ricercatore. Dipartimento di Ingegneria Elettronica Università di Roma Tor Vergata 1

2 Introduzione alle reti Tipi di informazione Trasmissione numerica Sorgenti di informazione Multiplazione 2

3 Unità informative Obiettivo della comunicazione è il trasferimento dell informazione tra due o più terminali/utenti L informazione può essere analogica o digitale Verrà considerata solo informazione digitale L informazione viene trasferita tramite Unità Informative (UI) singoli bit byte blocchi/sequenze di bit o byte a seconda dei casi, vengono chiamati: unità dati, pacchetti, messaggi, segmenti, trame, ecc. 3

4 Tipi di flussi di informazione Un terminale che emette informazione destinata ad uno o più terminali connessi alla rete è detto sorgente di informazione In una comunicazione bidirezionale entrambi i terminali sono sorgenti di informazione Le sorgenti possono essere classificate sulla base del tipo di informazione emessa in analogiche digitali 4

5 Sorgente analogica Una sorgente di informazione si dice analogica se emette segnali a tempo continuo e ad amipiezza continua

6 Sorgente digitale Una sorgente di informazione si dice digitale (numerica o discreta) se emette segnali a tempo discreto e ad ampiezza discreta con un numero finito di valori possibili

7 Tipi di flussi di informazione 7

8 Sorgente digitale (codifica ASCII) Ogni carattere associato ad un byte 2 8 associazioni possibili

9 La natura digitale dell informazione L informazione scambiata nelle moderne reti (numeriche) è in forma digitale, cioè come sequenza di cifre binarie 1 o 0 (bit=binary digit) L informazione trasmessa in forma digitale può provenire da sorgenti analogiche 9

10 Trasporto dell informazione (1/2) I segnali viaggiano in forma numerica le sorgenti numeriche potranno immettere direttamente i loro segnali nelle reti e i relativi ricevitori potranno estrarre le informazioni in modo diretto le sorgenti analogiche necessitano di elementi di adattamento tra segnali (analogici) e la rete (digitale) Convertitori analogico/digitali (A/D) posti tra la sorgente e la rete Convertitori digitale/analogico (D/A) posti tra la rete e i destinatari 10

11 Trasporto dell informazione (2/2) Considerazione: sui mezzi trasmissivi i flussi numerici vengono comunque convertiti in segnali elettrici, elettromagnetici o ottici a secondo del mezzo trasmissivo La conversione di un flusso numerico in un segnale viene detta modulazione numerica, la conversione opposta demodulazione gli apparati che effettuano tali operazioni vengono detti modem 11

12 Trasmissione numerica nei canali 12

13 Conversione analogicodigitale 13

14 Programma del corso Introduzione alle reti e ai servizi di telecomunicazione Architetture di comunicazione a strati Modello OSI e modello Internet Funzioni e protocolli di strato fisico L accesso al mezzo Lo strato fisico e di collegamento 14

15 Esigenza di modelli di riferimento (1/2) La comunicazione tra 2 o più parti richiede cooperazione, cioè collaborazione per il conseguimento di uno scopo comune Occorre svolgere una sequenza di funzioni che rendano possibile a una parte, non solo di essere fisicamente connessa con un altra parte, ma anche di comunicare con quest ultima nonostante impedimenti di natura varia, quali errori di origine fisica o logica, diversità di linguaggi, ecc. 15

16 Esigenza di modelli di riferimento (2/2) L identificazione del modello si svolge in due passi logici: Identificazione dell architettura (identificare blocchi funzionali e definire la loro posizione) Indentificare CHI trasmette, COSA si trasmette e COME si trasmette Definizione dettagliata delle procedure (protocolli) 16

17 Elementi architetturali (1/2) 17

18 Elementi architetturali (2/2) Elementi fondamentali di un architettura di comunicazione i sistemi: capaci di effettuare trattamento e trasferimento di informazione supportando specifiche applicazioni (CHI) i processi applicativi: risiedono nei sistemi ed eseguono l elaborazione dell informazione per una particolare applicazione. Vengono considerati in quanto sono coinvolti da esigenze di interazione con altri processi (COSA) i mezzi trasmissivi: rappresentano la struttura fisica di interconnessione tra sistemi (COME) 18

19 Descrizione dettagliata delle procedure operative L ultimo passo (per la definizione dell architettura) corrisponde al livello più basso di astrazione riguarda la descrizione dettagliata delle modalità di esecuzione delle funzioni identificate nel primo passo consente di specificare le procedure operative che debbono essere seguite per ognuna delle interazioni tra le parti in gioco nell architettura di comunicazione Tali procedure sono i protocolli di comunicazione 19

20 Funzioni e protocolli di comunicazione (1/3) La comunicazione tra due o più parti richiede lo svolgimento di una sequenza di funzioni, quali ad esempio: Indirizzamento dei terminali e/o degli applicativi es. tramite URL:// o indirizzo numerico scambio di messaggi applicativi quali ad esempio di richieste di trasferimento, risposte, dati, ecc. es. GET index.html controllo e recupero di errore e/o perdite necessario per far fronte ad eventuali errori nel trasferimento del messaggio attraverso la rete controllo di congestione della rete gestione di eventuali situazioni di sovraccarico della rete Controllo di flusso gestione di eventuali situazioni di sovraccarico del nodo di destinazione 20

21 Funzioni e protocolli di comunicazione (2/3) controllo della sequenza dei messaggi e eventuale riordino autenticazione delle parti autenticazione e/o cifratura dei dati instradamento dei dati attraverso eventuali nodi intermedi inoltro dei dati attraverso ogni ramo La realizzazione del collegamento tra un nodo terminale e un nodo intermedio o tra due nodi intermedi può a sua volta richiedere altre funzioni, quali: controllo e recupero di errore sul singolo link controllo di flusso instradamento attraverso eventuali nodi intermedi gestione della mobilità (nel caso di terminali mobili) 21

22 Funzioni e protocolli di comunicazione (2/3) delimitazione delle unità informative gestione dell accesso e della condivisione del mezzo (de)-codifica, (de)-modulazione trasmissione attraverso il mezzo fisico (fibra, rame, radio) Tali funzioni vengono in genere svolte in maniera collaborativa (interazione costante tra due o più parti) rispettando opportune regole procedurali (protocolli di comunicazioni) 22

23 Protocolli di comunicazione In senso lato, un protocollo di comunicazione è un accordo tra le parti interessate su come la comunicazione può e deve procedere regole della comunicazione Un protocollo include un insieme di funzioni e le rispettive regole procedurali evoluzione della comunicazione semantica dei messaggi sintassi dei messaggi algoritmi usati parametri timeout etc. 23

24 Esempio di protocollo di comunicazione 24

25 Architettura a strati (1/4) Si usano architetture stratificate per semplicità di progetto la complessità del processo di comunicazione può essere suddivisa in diversi sottoproblemi, che a loro volta possono essere risolti in maniera indipendente facilità di gestione Una funzione supportata da un certo strato opererà in modo indipendente dalle altre e potrà essere configurata e controllata in modo indipendente semplicità di standardizzazione Anche le procedure di standardizzazione possono essere gestite in maniera indipendente 25

26 Architettura a strati (2/4) Funzioni simili per logica e per tecnologia realizzativa sono raggruppate in sotto-insiemi funzionali omogenei Ogni sistema è visto come logicamente composto da una successione ordinata di questi sotto-sistemi (organizzati in livelli ) I sottosistemi operano in modo gerarchico in modo che: ciascuno di essi interagisca solo con i sottosistemi che gli sono gerarchicamente adiacenti (di ordine superiore o inferiore) tutti i sottosistemi di uguale livello appartenenti a qualunque sistema tra quelli interconnessi (sottosistemi omologhi) formano uno strato l insieme di funzioni di uno strato (di livello n) viene comunemente indicato con il termine protocollo (di strato n) 26

27 Architettura a strati (3/4) Ogni strato o protocollo riceve un servizio dallo strato che gli è immediatamente inferiore nell ordine gerarchico arricchisce questo servizio con il valore derivante dallo svolgimento delle proprie funzioni offre il nuovo servizio a valore aggiunto allo strato/protocollo che gli è immediatamente superiore nell ordine gerarchico 27

28 Architettura a strati (4/4) 28

29 Funzioni, protocolli e architettura a strati Comunicazione diretta tra 2 terminali 29

30 Funzioni, protocolli e architettura a strati Comunicazione tra 2 terminali con nodo intermedio 30

31 Programma del corso Introduzione alle reti e ai servizi di telecomunicazione Architetture di comunicazione a strati Modello OSI e modello Internet Funzioni e protocolli di strato fisico L accesso al mezzo Lo strato fisico e di collegamento 31

32 Architettura del modello OSI (1/2) 32

33 Architettura del modello OSI (2/2) 33

34 Relazioni tra unità di dati in strati adiacenti 34

35 Livello 1 - Fisico (PH) fornisce i mezzi meccanici, fisici e procedurali per attivare, mantenere e disattivare le connessioni fisiche ha il compito di effettuare il trasferimento delle UI (in genere cifre binarie o byte) scambiate dalle entità di livello di collegamento le unità dati sono bit o simboli principali funzioni: specifica dei mezzi trasmissivi adattamento meccanico e connettori adattamento dei segnali elettrici conversioni D/A e A/D codifica e decodifica 35

36 Livello 2 - Collegamento (Data Link, DL) fornisce i mezzi funzionali e procedurali per il trasferimento delle unità dati tra entità di livello di rete e per fronteggiare malfunzionamenti del livello fisico principali funzioni: delimitazione delle UI rivelazione e recupero degli errori di trasmissione controllo di flusso 36

37 Livello 3 - Rete (Network) fornisce i mezzi per instaurare, mantenere e abbattere le connessioni tra entità di livello di trasporto fornisce mezzi funzionali e procedurali per lo scambio di informazioni tra entità di livello di trasporto principali funzioni indirizzamento dei terminali e instradamento controllo di flusso 37

38 Livello 4 - Trasporto (T) fornisce alle entità di livello sessione le connessioni di livello trasporto integra i servizi mirati alla qualità di servizio delle connessione a livello di rete ottimizza il servizio di livello di rete è il livello più basso che utilizza il paradigma da estremo a estremo principali funzioni: multiplazione e suddivisione di connessionii frammentazione di messaggi in pacchetti controllo di flusso e di congestione recupero delle perdite 38

39 Livello 5 - Sessione controlla la comunicazione tra applicazioni: Instaurare, mantenere ed abbattere connessioni (sessioni) tra applicazioni cooperanti. Esso consente di aggiungere, ai servizi forniti dal livello di trasporto, servizi più avanzati, quali la gestione del dialogo (mono o bidirezionale) o la sincronizzazione (inserendo dei checkpoint in modo da ridurre la quantità di dati da ritrasmettere in caso di gravi malfunzionamenti). Si occupa anche di inserire dei punti di controllo nel flusso dati: in caso di errori nell'invio dei pacchetti, la comunicazione riprende dall'ultimo punto di controllo andato a buon fine. maschera le interruzioni del servizio di trasporto principali funzioni gestione del dialogo e sincronizzazione 39

40 Livello 6 - Presentazione risolve i problemi di compatibilità per quanto riguarda la rappresentazione dei dati da trasferire risolve i problemi relativi alla trasformazione della sintassi dei dati può fornire servizi di cifratura delle informazioni principali funzioni codec crittografia compressione 40

41 Livello 7 - Applicazione fornisce ai processi applicativi i mezzi per accedere all ambiente OSI interfacciare utente e macchina. Fornisce un insieme di protocolli che operano a stretto contatto con le applicazioni. È errato identificare un'applicazione utente come parte del livello applicazione. I protocolli delle applicazioni tipiche di questo livello realizzano operazioni come: trasferimento di file posta elettronica terminale virtuale audio/video streaming... 41

42 Strati del modello Internet Il modello Internet storicamente prevede 4 strati funzionali; in un ordine gerarchico decrescente: lo strato applicativo (Application Layer) lo strato di trasporto (End-to-end layer) lo strato di rete (Internet layer) lo strato di accesso alla rete (Network Access Layer) 42

43 Funzionalità degli strati Internet (1/2) Strato di Accesso in Rete (Strato di sotto rete) include le funzioni che, nel modello OSI, sono comprese negli strati fisico, di collegamento e di rete (per quanto riguarda gli aspetti relativi al funzionamento di ogni singola sottorete componente - sottostrato di rete basso) il servizio offerto allo strato superiore (strato IP) può essere con o senza connessione Strato Internet (IP, Internet Protocol) consente l interconnessione delle varie sottoreti fornisce un servizio di strato senza connessione 43

44 Funzionalità degli strati Internet (2/2) Strato di trasporto corrisponde allo strato di trasporto OSI e a parte dello strato di sessione offre due tipi di servizio: un servizio di trasporto affidabile con connessione (TCP) un servizio più semplice, senza connessione Strato applicativo corrisponde a parte dello strato di sessione e agli strati di presentazione e di applicazione del modello OSI Sebbene non venga spesso considerato come tale, può essere presente anche uno strato di sessione/presentazione supporto applicativi real-time (RTP/RTCP) sicurezza (TLS/SSL) 44

45 Architettura OSI e Internet 45