Reti di calcolatori: Introduzione

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1 Reti di calcolatori: Introduzione Vittorio Maniezzo Università di Bologna Reti di computer e Internet Rete: sistema di collegamento di più computer mediante una singola tecnologia di trasmissione Internet: insieme di reti collegate da router, che sono configurati per inoltrare traffico fra computer collegati a una qualsiasi rete dell'insieme Trasmissione di dati - mezzi trasmissivi, codifica dati Trasmissione di pacchetti - scambio di dati su una rete Internetworking - servizi completi di rete su un insieme di reti Applicazioni di rete - programmi che usano una internet Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 2/32 1

2 Hardware di Internet Milioni di dispositivi collegati: host, end-system PC, workstation, server Palmari, telefoni router server ISP locale workstation mobile Eseguono applic. di rete mezzi trasmissivi fibra, rame, radio, satellite router: inviano pacchetti di dati attraverso la rete Rete aziendale ISP regionale Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 3/32 Crescita esponenziale Le reti sono una parte importante delle attività quotidiane Lavoro Casa Governo Educazione Internet cresce esponenzialmente Inizialmente un progetto di ricerca con poche decine di siti Oggi, milioni di computer e migliaia di reti in tutto il mondo Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 4/32 2

3 Internet Derivata da ricerca in campo militare: Arpanet Elaborazione da centralizzata a distribuita Incorpora elementi di affidabililtà e robustezza Collegamenti multipli Routing distribuito Ethernet ha reso agevoli le connessioni locali TCP/IP ha reso agevole l'internetworking Sviluppato dopo Arpanet Adottato nel 1983 Crescita esponenziale: raddoppio ogni 18 mesi Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 5/32 Complessità Il collegamento di computer é complesso Molte tecnologie hardware diverse Molte tecnologie software diverse Tutte possono essere interconnesse in internet Nessuna teoria sottostante La terminologia può essere confusa Largo uso di acronomi L'industria ridefinisce o cambia la terminologia accademica Vengono introdotti spesso nuovi termini Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 6/32 3

4 Motivazioni storiche I primi computer erano costosi Molto grossi Centralizzati I programmi richiedevono lunghi tempi di elaborazione Non era possibile installare un computer ovunque ce ne fosse bisogno Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 7/32 ARPA Advanced Research Projects Agency iniziò un progetto per connettere i suoi ricercatori tramite computer. Nuove tecnologie: Packet switching Internetworking Il risultato fu un sistema per accesso remoto a risorse costose Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 8/32 4

5 Packet switching Dati trasmessi in piccoli frammenti indipendenti La sorgente suddivide i messaggi in pacchetti La destinazione ricostruisce i dati originali Ogni pacchetto viaggia indipendentemente dagli altri Contiene informazione sufficiente per la consegna Può seguire coammini diversi Può essere ritrasmesso se viene perso Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 9/32 Internetworking Molte tecnologie di rete mutuamente incompatibili. Nessuna tecnologia é adatta ad ogni situazione. L'internetworking collega reti di tecnologie diverse per mezzo di router. Il risultato é una rete virtuale i cui dettagli sono invisibili. Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 10/32 5

6 Storia e crescita ARPAnet attiva a fine anni '60 (senza TCP/IP). TCP/IP sviluppato a fine anni '70. ARPAnet passò a TCP/IP nei primi anni '80. Inizio di Internet: Poche centinaia di computer Poche decine di reti Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 11/32 Host internet Numeri in milioni Crescita dal 1991 Host internet italiani come % del totale mondiale Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 12/32 6

7 Internet: rete di reti Cosa è Internet Struttura parzialmente gerarchica Segmenti pubblici e intranet private Protocolli: regolano la comunicazione tra sistemi es., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP La rete di comunicazione permette di eseguire applicazioni: WWW, , giochi, e-commerce, basi di dati ecc. Comunicazioni: connectionless connection-oriented Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 13/32 Protocolli protocolli umani: che ora è? le 9.30 grazie Scambio strutturato di specifici messaggi in corrispondenza ai quali vengono prese opportune azioni protocolli di rete: Fra macchine. Tutte le comunicazioni in Internet sono governate da protocolli. I protocolli definiscono il formato, l ordine di invio e di ricezione dei messaggi tra i dispositivi e le azioni prese quando si riceve un messaggio Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 14/32 7

8 Protocolli Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 15/32 Caratteristiche della rete fisica Struttura Network edge: applicazioni e host Network core: router rete di reti Rete di accesso Mezzo fisico: caratteristiche dei link di comunicazione Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 16/32 8

9 Network edge: end system (host): eseguono applicazioni es., WWW, modello client/server host client richiede e riceve un servizio dal server es., WWW client (browser)/ server; client/server modello peer-to-peer : interazione simmetrica tra host Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 17/32 Network edge: servizio orientato alla connessione Obiettivo: trasferire dati tra end system. handshaking: scambio di informazione di controllo prima della comunicazione Es. hello, hello (protocollo umano) viene creato uno stato nei due host che comunicano TCP - Transmission Control Protocol Servizio orientato alla connessione in Internet Servizio TCP: trasferimento affidabile e in ordine di flussi di byte perdita: conferma (acknowledgement) e ritrasmissioni Controllo di flusso: il sender non inonda il receiver Controllo della congestione: Si diminuisce il ritmo (rate) di trasmissione se la rete è congestionata Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 18/32 9

10 Network edge: servizio connectionless Obiettivo: trasferimento dati tra host Lo stesso di prima! UDP - User Datagram Protocol: è il servizio connectionless di Internet trasferimento dati non affidabile no controllo di flusso no controllo della congestione Applicazioni che usano TCP: HTTP (WWW), FTP (file transfer), Telnet (remote login), SMTP ( ) Applicazioni che usano UDP: streaming audio/video teleconferenza, telefonia su Internet Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 19/32 Network Core Rete di router interconnessi Questione fondamentale : come avviene il trasferimento dei dati? circuit switching: circuito dedicato per ogni connessione: rete telefonica packet-switching: i dati sono trasferiti a blocchi, non viene preallocato un circuito Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 20/32 10

11 Network Core: Circuit Switching Pre-allocazione di risorse end-to-end per chiamata Vincolato da banda dei link e capacità degli switch. Risorse dedicate: nessuna condivisione. Prestazioni garantite per ogni connessione. Ogni chiamata richiede una fase di instaurazione. Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 21/32 Network Core: Circuit Switching Le risorse di rete non sono condivise. La risorsa non usata (idle) dalla chiamata a cui è allocata è sprecata. Si divide la banda: divisione di frequenza divisione di tempo Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 22/32 11

12 Network Core: Packet Switching Ogni messaggio è diviso in pacchetti (packets) i pacchetti di piu utenti condividono le risorse ogni pacchetto usa tutta la banda le risorse sono usate quando servono Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 23/32 Network Core: Packet Switching! #$ % ) " #&$ * '&$ ( % Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 24/32 12

13 Network Core: Packet Switching Esempio Messaggio di 7.5 Mbit Suddivisione in 5000 pacchetti da 1.5 Kbit Capacità dei link: 1.5 Mbps Tempi di elaborazione nei router trascurabili Esercizio: calcolare tempo di trasferimento se il messaggio non fosse diviso Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 25/32 Packet switching versus circuit switching Packet switching permette a più utenti di usare la rete! Link da 1 Mbit/s Per ogni utente: 100Kbps se attivo attivo 10% del tempo circuit-switching: + * #$ Max. 10 utenti attivi packet switching: con 35 utenti, Prob > 10 utenti attivi <.004 Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 26/32 13

14 Packet switching versus circuit switching Packet switching: ottimo per dati a raffica (bursty) Condivisione di risorse Nessuna instaurazione di chiamata MA: Possibilità di congestione: ritardo e perdita di pacchetti Servono protocolli per il trasporto affidabile e per gestire la congestione Come ottenere un comportamento di tipo circuit switched? Problema aperto. Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 27/32 Packet-switched networks: instradamento (routing) Obiettivo: trasferire i pacchetti da sorgente a destinazione seguendo un cammino nella rete Molti algoritmi di selezione dei cammini. Reti a datagramma (datagram networks): Prossimo salto (next hop) determinato dall indirizzo di destinazione Il percorso può mutare nel corso della sessione analogia: servizio postale Reti a circuito virtuale (virtual circuit networks): Ogni pacchetto contiene un identificatore che determina il prossimo salto Il cammino è fissato una volta per tutte in fase di instaurazione I router attraversati mantengono informazione su ogni chiamata Attenzione: circuito virtuale e circuit switching sono cose diverse!! Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 28/32 14

15 Utenze domestiche Reti di istituzioni (università, aziende) Reti mobili Aspetti importanti: banda (bit al secondo) della rete di accesso Condivisa o dedicata? Reti di accesso Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 29/32 Accesso da casa: point to point Modem Fino a 56Kbps, accesso diretto al router (conversione D/A A/D) ISDN: integrated services digital network: 128Kbps fino al router (digitale) ADSL: asymmetric digital subscriber line Capacità maggiori Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 30/32 15

16 Istituzioni: reti locali Rete locale (LAN) che connette end system a edge router Ethernet: Cavo condiviso che connette sistemi terminali a un router 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 31/32 Reti di accesso wireless Connettono sistemi terminali a un router mediante un mezzo condiviso Wireless LAN: Collegamento radio al posto del cavo Accesso wireless su aree più vaste Es. CDPD (Cellular Digital Packet Data): accesso wireless a router di ISP attraverso una rete cellulare Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 Introduzione 32/32 16