Università di Roma Tor Vergata Corso di Laurea triennale in Informatica Sistemi operativi e reti A.A Pietro Frasca. Parte II Lezione 4

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1 Università di Roma Tor Vergata Corso di Laurea triennale in Informatica Sistemi operativi e reti A.A Parte II Lezione 4 Martedì

2 Mezzi trasmissivi I mezzi trasmissivi si dividono in due categorie: mezzi trasmissivi guidati e mezzi trasmissivi non guidati. Esempi di mezzi trasmissivi guidati sono doppini in rame, cavi coassiali, cavi in fibra ottica. I mezzi trasmissivi non guidati sono le onde radio nella banda terrestre e satellitare. Nei mezzi trasmissivi non guidati le onde si propagano nello spazio, come in una wireless LAN o in un canale satellitare. 2

3 Doppino in rame Il mezzo trasmissivo più economico è il doppino in rame che consiste in due fili di rame isolati tra loro, avvolti a spirale e aventi diametro di circa 1 mm. L avvolgimento dei fili consente la riduzione di interferenze elettriche con altri doppini vicini. Generalmente, molti doppini sono impaccati in un cavo e protetti da guaina esterna. Il doppino telefonico è usato per l accesso residenziale a Internet, sia con i modem analogici che con ADSL. Gli UTP (Unshielded Twisted Pair) sono cavi costituiti da coppie di doppino non schermato e sono usati nelle reti locali. La velocità di trasmissione delle LAN attuali che usano i cavi UTP è di 10 Mbit/s (obsoleta), 100 Mbit/s e 1 Gbit/s. 3

4 Le LAN utilizzano vari tipi di UTP tra i quali categoria 3 e categoria 5. L UTP di categoria 3, è (sempre meno) usato per cablaggi di linee telefoniche e per dati. L Ethernet a 10 Mbit/s, una tipologia di rete LAN, utilizza i doppini UTP di categoria 3. L UTP di categoria 5 ha più avvolgimenti per centimetro di lunghezza e una guaina isolante in teflon, può arrivare a velocità di trasmissione fino a 1 Gbit/s. Questo tipo di cavo è usato principalmente nelle Ethernet a 100 Mbit/s. Cavo UTP categoria 5 Connettore RJ-45 4

5 Cavi coassiali I cavi coassiali consistono di due conduttori in rame concentrici. Consentono una velocità di trasmissione dati più elevata dei doppini. I cavi coassiali sono di due tipi: a) cavo coassiale in banda base; b) cavo coassiale in banda traslata. Nel cavo banda base il segnale digitale è inviato sul cavo, senza essere modulato su una diversa banda di frequenza. L Ethernet a 10 Mbit/s, che è ormai una tecnologia obsoleta, può usare sia l UTP sia il cavo coassiale in banda base. Il cavo coassiale in banda traslata, detto cavo a 75 ohm, è leggermente più spesso di quello in banda base. E usato negli impianti di TV via cavo. Nelle tecnologie che utilizzano il cavo coassiale in banda traslata, il trasmettitore modula il segnale digitale traslandolo su una specifica banda di frequenza; il segnale analogico risultante è inviato dal trasmettitore a uno o più ricevitori. I cavi coassiali, sia in banda base sia in banda traslata, possono essere usati come mezzi condivisi. 5

6 Di solito, molti host possono essere collegati direttamente al cavo, e tutti gli host ricevono tutti i segnali che vengono trasmessi dagli altri host. conduttore isolante calza (conduttore) isolante 6

7 Fibre ottiche Una fibra ottica è un sottile mezzo di vetro o plastica (sezione delle dimensioni di un capello) che conduce impulsi di luce. Una fibra ottica consente velocità di trasmissione superiori alle centinaia di Gbit/s. Le fibre ottiche sono immuni alle interferenze elettromagnetiche, provocano attenuazioni dei segnali molto ridotte e fino a 50 km possono essere usate senza un ripetitore (amplificatore di segnale) mentre doppini e cavi coassiali necessitano di un ripetitore ogni 5 Km. Queste caratteristiche rendono la fibra ottica il mezzo trasmissivo più adatto per le lunghe distanze. Le fibre ottiche sono utilizzate anche nelle rete dorsali (backbone) di Internet. Tuttavia, gli alti costi dei dispositivi ottici, come trasmettitori, ricevitori e commutatori, hanno limitato il loro uso per trasmissioni per brevi distanze, come nelle LAN o nelle reti di accesso residenziale. Segnale elettrico Modulatore Fibra ottica Ricevitore Segnale elettrico Sorgente ottica 7

8 c La velocità dei link OC (optical carrier) standard varia da 51.8 Mbps a 39.8 Gbps. Tali standard sono espressi con la notazione OC-n, dove la velocità del collegamento corrisponde a nx51.8 Mbps. Gli standard attuali comprendono OC-1, OC-3,OC-12, OC-96, OC-192, OC-448 e OC

9 Canali radio terrestri I canali radio trasportano segnali via onde elettromagnetiche. Le caratteristiche di un canale radio dipendono dall ambiente di propagazione e dalla distanza a cui un segnale deve arrivare. Il segnale è soggetto a vari problemi tra i quali attenuazione, zone d ombra e interferenze. I canali radio terrestri possono essere classificati a grandi linee in due gruppi: canali per reti in area locale, con copertura tipica da decine a poche centinaia di metri; canali in area geografica, con copertura di decine di chilometri. 9

10 Canali radio satellitari Un satellite per comunicazioni collega due o più trasmettitori/ricevitori a microonde situati sulla Terra, detti stazioni al suolo. Il satellite riceve le trasmissioni su una banda di frequenza e ritrasmette il segnale su un altra banda di frequenza per evitare interferenze. I satelliti possono fornire larghezze di banda dell ordine dei Gbit/s. Esistono vari tipi di satelliti per comunicazioni tra i quali: geostazionari (GEO, Geostationary Earth Orbit) e a orbita bassa (LEO, Low Earth Orbit). I satelliti geostazionari sono sempre visibili nella stessa posizione da un punto sulla Terra. Questa posizione stazionaria è ottenuta posizionando il satellite su un orbita di circa Km dalla superficie terrestre. Questa enorme distanza che va dalla stazione a terra al satellite e poi dal satellite all indietro, verso la stazione a terra, introduce un rilevante ritardo di propagazione del segnale di circa 240 millisecondi (36.000*2/ ). I collegamenti via satellite, con velocità di trasmissione di centinaia di Mbit/s, sono spesso usati nelle reti telefoniche e nelle reti dorsali di Internet. 10

11 I satelliti a orbita bassa sono posti su orbite più vicine alla Terra a distanze comprese tra 200 e 2000 Km. Non sono fissi in corrispondenza dello stesso luogo sulla Terra ma ruotano intorno alla Terra come fa la Luna. Per fornire una copertura continua di un area, devono essere posti in orbita molti satelliti (circa ). Introducono un ritardo di propagazione di ms. Attualmente sono in fase di sviluppo molti sistemi di comunicazione a orbita bassa. La tecnologia dei satelliti a orbita bassa potrebbe essere usata per l accesso a Internet in un prossimo futuro Km 11

12 Gli ISP e le reti dorsali di Internet Le reti di accesso di cui abbiamo parlato, sono connesse al resto di Internet attraverso una gerarchia a livelli di fornitori di servizi Internet (ISP, Internet Service Provider), come mostrato in figura. Gli ISP di livello 1 costituiscono la rete dorsale di Internet, sono un numero piuttosto piccolo (ne fanno parte UUNet, AT&T, Sprint ecc.). Hanno link che arrivano a velocità di trasmissione superiori ai 622 Mbit/s, e i più importanti hanno linee a velocità comprese tra i 2,4 Gbit/s e i 10 Gbit/s. Per ottenere queste elevate velocità utilizzano router ad alte prestazioni e fibre ottiche. Gli ISP di accesso residenziali e gli ISP aziendali che utilizzano le LAN costituiscono i livelli più esterni di questa gerarchia. 12

13 Interconnessione di ISP Livello 1 Livello 2 Livello 3 13

14 I punti nei quali un ISP si connette ad altri ISP prendono il nome di punti di presenza (POP, Points of Presence). Un POP è costituito da uno o più router. POP ISP livello i ISP livello i+1 La topologia di Internet è formata da decine di ISP di livello 1 e 2 e migliaia di ISP di livello inferiore. Gli ISP possono coprire zone che variano da superfici di piccole dimensioni a superfici relative a varie nazioni. Gli utenti sono clienti degli ISP di livello inferiore, e gli ISP di livello inferiore sono utenti degli ISP di livello superiore. 14

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16 La dorsale South East Asia Middle East Western Europe 4 16

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18 Ritardi e perdite nelle reti a commutazione di pacchetto Quando un pacchetto è trasmesso da un nodo (host o router) al nodo successivo lungo il suo percorso, subisce vari tipi di ritardo. I ritardi sono il ritardo di elaborazione, il ritardo di coda, il ritardo di trasmissione e il ritardo di propagazione. La somma di questi ritardi costituisce il ritardo totale. Tipi di ritardo In riferimento alla figura seguente, analizziamo i ritardi che si verificano al router A. Tale router è connesso al router B con un link. Nel router A è associata una coda (buffer di uscita) a tale link. Quando un pacchetto arriva al router A da un link d ingresso, il router A esamina la sua intestazione per determinare il link di uscita per il pacchetto, e quindi lo pone nella coda di uscita associata a quel link. 18

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20 La coda è gestita con politica FIFO. Il primo pacchetto della coda può essere trasmesso solo se il link è libero, cioè nessun altro pacchetto è in fase di trasmissione. Ritardo di elaborazione Il ritardo di elaborazione è dovuto principalmente a: Il tempo necessario per elaborare l intestazione del pacchetto e per determinare l uscita dove instradarlo. il tempo necessario per controllare eventuali errori nei bit del pacchetto. Il ritardo di elaborazione nei router ad alta velocità è genericamente dell ordine dei microsecondi. Dopo l elaborazione, il pacchetto viene posto nella coda associata al link di uscita. 20

21 Ritardo di coda Dopo essere memorizzato in un buffer di uscita, il pacchetto subisce un ritardo di coda in attesa di essere trasmesso. La coda generalmente è gestita con strategia FIFO. Il ritardo di coda è molto variabile giacché può assumere valori compresi tra i microsecondi e i millisecondi. Se la coda è vuota e la linea in uscita è libera, il pacchetto non subisce ritardo di coda. Se la coda non è vuota il ritardo di coda di uno specifico pacchetto dipende dal numero di pacchetti (e dalla loro dimensione) che lo precedono in coda. 21

22 Ritardo di trasmissione E il tempo necessario per trasmettere il pacchetto nel link di uscita. Se indichiamo con L (bit) la dimensione del pacchetto, con R la velocità di trasmissione (bit/s) del link in uscita, Il ritardo di trasmissione è dato da: RitardoTrasmissione = L/R. Per esempio, il ritardo di trasmissione per un pacchetto di lunghezza L=1000 bit che viene inviato su un link a tecnologia Ethernet 100baseT, che ha velocità R = 100 Mbit/s è dato da: Rt = 10 3 / 10 8 = 10-5 s = 10 μs Se il pacchetto venisse inviato su un link a tecnologia ethernet 10baseT, che ha una velocità di 10 Mbit/s il ritardo sarebbe: Rt = 10 3 / 10 7 = 10-4 s = 100 μs In pratica il ritardo di trasmissione è tipicamente dell ordine dai microsecondi ai millisecondi. 22

23 Ritardo di propagazione il ritardo di propagazione è dato dal tempo richiesto per la propagazione di un bit tra due nodi adiacenti connessi da un link. Il bit si propaga alla velocità di propagazione della linea che dipende dal tipo mezzo trasmissivo (ad esempio fibra ottica, cavo coassiale, doppino in rame, etc.) ed è compresa tra metri/s a poco meno di metri/s (velocità della luce). Il ritardo di propagazione è dato dalla distanza (D) tra due nodi adiacenti diviso la velocità di propagazione (V). RitardoPropagazione = D/V Nelle reti regionali, il ritardo di propagazione tipico è dell ordine dei millisecondi. 23

24 Ritardo totale del nodo Se indichiamo con Delab, Dcoda, Dtras, e Dprop i ritardi di elaborazione, di coda, di trasmissione e di propagazione, il ritardo totale del nodo è dato da Dnodo = Delab + Dcoda + Dtras + Dprop Il contributo dovuto a questi tipi di ritardo può variare in modo significativo. Per esempio, Dprop può essere trascurabile (pochi microsecondi) per un link che collega due router della stessa LAN; ma può essere di centinaia di millisecondi per due router collegati mediante un satellite geostazionario. In modo analogo, Dtras può variare molto. Il suo contributo è tipicamente trascurabile nelle LAN che hanno velocità di trasmissione di 100 Mbit/s o superiore; però può essere di centinaia di millisecondi per pacchetti inviati sul link da un modem a 56 kbit/s. Il ritardo di elaborazione, Delab, è spesso trascurabile. 24

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26 Ritardo da host a host (punto-punto) Abbiamo visto i ritardi che si verificano su un singolo router. Vediamo ora il ritardo dalla sorgente alla destinazione. Supponiamo che ci siano N link tra gli host sorgente e destinazione N-1 N L/R1 L/R2 L/Rn I ritardi dei nodi si sommano e forniscono il ritardo puntopunto, Dpunto-punto = (Delab i + Dtras i + Dprop i + Dcoda i ) E da notare che nel primo link, che unisce la sorgente al primo router, è solo presente il ritardo Dtras e Dprop 26

27 Ritardi e percorsi in Internet Per avere una misura del ritardo in una rete di calcolatori, possiamo utilizzare il programma di diagnostica traceroute (su unix) o tracert (su windows). Traceroute si lancia fornendogli come argomento il nome o il numero IP di un host di destinazione, ad esempio traceroute Quando un utente specifica un hostname di destinazione, il programma invia un certo numero di pacchetti speciali verso quella destinazione. I pacchetti per giungere a destinazione passano attraverso una serie di router, tracciando il percorso verso la destinazione. Quando un router riceve uno di questi pacchetti speciali, risponde alla sorgente con un breve messaggio che contiene l indirizzo IP ed eventualmente il nome del router. L applicazione calcola il tempo di andata e ritorno che i pacchetti speciali impiegano ad arrivare a ciascun router della sequenza e tornare indietro. 27

28 C:\Documents and Settings\pietro>tracert Rilevazione instradamento verso [ ] su un massimo di 30 punti di passaggio: 1 1 ms <1 ms 1 ms ms 2 ms 5 ms ms 5 ms 7 ms ru-uniromaii-rt-rm1.rm1.garr.net [ ] 4 4 ms 8 ms 7 ms rt-rm1-rt-rm2-l1.rm2.garr.net [ ] 5 32 ms 35 ms 38 ms so edge1.paris1.level3.net [ ] 6 45 ms 48 ms 44 ms ae ebr1.paris1.level3.net [ ] 7 56 ms 44 ms 38 ms ae-2.ebr1.london2.level3.net [ ] 8 49 ms 47 ms 54 ms ae ebr2.london2.level3.net [ ] 9 37 ms 39 ms 37 ms ae-2.ebr1.london1.level3.net [ ] ms 36 ms 41 ms ae ebr2.london1.level3.net [ ] ms 53 ms 58 ms ae-2.ebr2.amsterdam1.level3.net [ ] ms 44 ms 46 ms ae car1.amsterdam1.level3.net [ ] ms 50 ms 46 ms GOOGLE-INC.car1.Amsterdam1.Level3.net [ ] ms 56 ms 51 ms GOOGLE-INC.car1.Amsterdam1.Level3.net [ ] ms 53 ms 51 ms ms 51 ms 57 ms ms 54 ms 71 ms ms 55 ms 54 ms ms 54 ms 49 ms ey-in-f104.google.com [ ] Rilevazione completata. 28