Principi fondamentali Elementi di base Definizione di rete di calcolatori Tipologia di connessioni Architettura di rete Prestazioni di una rete di calcolatori Conclusioni 1 1 Bit e Byte BIT = BInary digit -> è l unità elementare di informazione usata in informatica e può assumere i valori 1 e 0 Byte = una sequenza di 8 bit p. es. 10011011 con 8 bit si possono ottenere 256 combinazioni differenti e quindi un byte di conseguenza può acquisire 256 valori differenti p. es. da 0 a 255. 2 2
Rappresentazione esadecimale Spesso i byte per praticità vengono rappresentati in esadecimale (in base 16 anziché 2). Nel sistema binario le cifre usate sono solo 1 e 0 Nel sistema esadecimale le cifre usate vanno da 0 a 9 e continuano con A, B, C, D, E, F. Un byte in esadecimale è composto da solo 2 cifre: p. es. 128-10000000 - 80 3 3 Multipli del Byte I multipli del byte usano le stesse convenzioni delle altre unità di misura per quanto riguarda il loro nome: k (kilo), M (mega), G (giga), T (tera), P (peta), ecc... Al contrario delle altre unità di misura non si passa da un multiplo all altro secondo il fattore 1000 ovvero 10 3, ma secondo il fattore 1024 ovvero 2 10. 4 4
Multipli del Byte 1 Byte 1 KByte = 1.024 Byte 1 MByte = 1.024 KByte = 1.048.576 Byte 1 GByte = 1.024 MByte = 1.073.741.824 Byte 1 TByte = 1.024 GByte = 1.099.511.627.776 Byte 5 5 bps - bit per second Se il Byte e i suoi multipli vengono utilizzati per la misura della quantità di informazioni contenute all interno di un file, di una cartella o di un unità di memoria di massa, il bps (bit per secondo) è l unità di misura utilizzata per la misura della capacità di trasferimento dati di un determinato canale. I suoi multipli seguono le regole generali delle altre unità di misura (p. es. 1 kbps = 10 3 bit al secondo). Se una connessione di rete ha un throughput di 1 Mbps vuol dire che la connessione è in grado di far transitare 10 6 bit al secondo ovvero 122 KByte al secondo. 6 6
Cosa sono le reti informatiche - 1 Esistono vari tipi di reti : rete per mainframe, rete telefonica, rete per TV via cavo, ecc... Le reti di calcolatori si differenziano per la loro generalità: hardware programmabile per trasportare dati fra loro diversi, utilizzati per applicazioni molto variegate (navigazione Internet, video conferenze, posta elettronica, streaming video, ecc...) 7 7 Cosa sono le reti informatiche - 2 Un insieme di apparati in grado di svolgere funzioni indispensabili per il trasferimento dell informazione. Apparati utilizzati per le reti: host, server, switch, gateway, router, ecc... 8 8
Connessione punto-punto accesso multiplo rete a commutazione di circuito rete a commutazione di pacchetto 9 9 Rete commutata 10 10
Rete a commutazione di pacchetto 11 11 Instradamento - Routing L instradamento nelle reti a commutazione di pacchetto avviene sfruttando un identificativo univoco che caratterizza univocamente ogni elemento della rete: l indirizzo. unicast multicast broadcast 12 12
Condivisione di risorse efficiente multiplexing sincrono a divisione di tempo (STDM) multiplexing a divisione di frequenza (FDM) multiplexing statistico (FIFO-QOScongestione) 13 13 Quality of Service (QoS) 14 14
Tipi di canale di comunicazione richiesta/risposta (request/reply): usato per trasferimento di file (FTP) o per la navigazione in Internet (HTTP) - integrità dei dati - riservatezza - bidirezionalità flusso di messaggi (message stream): usato per video conferenza, VoIP - integrità dei dati - riservatezza - bidirezionalità - multicast - rispetto sequenza 15 15 Affidabilità Errori di bit nei dati: un valore 1 viene trasformato in 0 e viceversa: errori singoli o prolungati (burst). Perdita di pacchetti: pacchetti perduti o arrivati in ritardo per congestione. Nodo o linea guasti: una tratta o un dispositivo di rete è guasto o mal configurato. 16 16
Stratificazione e protocolli Ogni strato è un astrazione che serve a semplificare la problematica relativa alle reti di calcolatori. Ogni strato descrive aspetti funzionali che dipendono solo dallo strato superiore e da quello inferiore. In alcuni casi uno strato può presentare astrazioni multiple proponendo due o più tipologie di servizi. 17 17 Caratteristiche strati o livelli Gli oggetti astratti che compongono gli strati si chiamano protocolli Ciascun protocollo definisce due interfacce: interfaccia del servizio: comunicazione diretta interfaccia di livello (interfaccia tra pari): comunicazione indiretta tranne nel caso Hardware 18 18
Interfacce dei protocolli 19 19 Grafo di protocolli 20 20
Architettura di rete protocol stack: l insieme di protocolli utilizzati da un applicazione per la comunicazione in rete definizione del protocollo: regole, pseudo codice e diagrammi di stato o disegni che descrivono il funzionamento delle interfacce modulo: l implementazione di una interfaccia interoperabili: due diversi moduli che implementano la stessa interfaccia e che sono compatibili tra loro 21 21 Incapsulamento e Multiplexing Incapsulamento: quando un protocollo trasmette dei dati (body o payload) ad un livello inferiore vi aggiunge una propria intestazione (header) per comunicare alla propria controparte le necessarie informazioni di controllo. Multiplexing: quando in uno strato sono disponibili astrazioni multiple si rende necessario marchiare ogni pacchetto con una chiave di demux in modo che sia possibile smistare il messaggio alla corretta applicazione 22 22
Incapsulamento 23 23 L architettura ISO/OSI 24 24
25 25 L architettura Internet 26 26
L Architettura TCP/IP 27 27 Caratteristiche dell architettura Internet La stratificazione non è rigida come si può vedere dalla figura. Il grafo ha una forma a clessidra: IP è il fulcro che interconnette svariati protocolli di trasporto con molteplici tecnologie di rete. L architettura Internet si basa su implementazioni funzionanti e non solo teoriche. 28 28
Prestazione di una rete ampiezza di banda (bandwidth): numero di bit al secondo che possono essere teoricamente trasmessi attraverso una connessione di rete (p. es 100Mbit/s). throughput: numero di bit che possono essere effettivamente trasmessi. latenza (latency o delay): tempo necessario affinché un messaggio attraversi una rete da un capo all altro (p. es. 24 ms.). A volte si parla di RTT round-trip time ovvero tempo di percorrenza circolare. (dimensione pacchetto/ampiezza di banda) 29 29 La latenza si compone della somma di tre componenti: Latenza Propagazione: legata alla velocità delle radiazioni elettromagnetiche nel mezzo usato (distanza/velocità luce) Trasmissione: tempo necessario a trasmettere il dato Accodamento: ritardi dovuti alla presenza di code 30 30
Ritardo x Banda Il prodotto ritardo x ampiezza di banda permette di calcolare la quantità di dati che possono trovarsi nel canale di trasmissione ad un dato istante. Tipo di linea Linea telefonica rete locale wireless Satellitare Fibra ottica continentale Ritardo x Banda 5 bit 18 bit 10 Mb 400 Mb 31 31 Burst e Jitter In base al tipo di applicazioni che utilizzano le connessioni di rete possono essere importanti ai fini delle prestazioni anche i parametri burst e jitter. Burst: indica la massima velocità di picco, che viene mantenuta per un certo intervallo di tempo, richiesta dall applicazione; se è superiore alla capacità del canale è necessario disporre di un buffer di ricezione. Jitter: indica la variazione della latenza tra un pacchetto e l altro (distanza interpacchetto); una volta nota è possibile dimensionare il buffer di ricezione correttamente. 32 32
Conclusioni Rete di calcolatori = connettere in modo efficiente ed economico dei calcolatori in modo nidificato con l uso del multiplexing statistico. Architetture di rete = protocolli che descrivono il funzionamento di una rete Prestazioni = latenza e throughput ed il loro prodotto (ritardo x ampiezza di banda) sono i parametri critici nel funzionamento delle reti. 33 33