1 Architettura e Progettazione delle Reti La tecnologia delle reti Mezzi trasmissivi e reti locali I...

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Architettura e Progettazione delle Reti

La tecnologia delle retiMezzi trasmissivi e reti localiI protocolli TCP/IP e le

tecnologie di Internet

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Servizi ed organizzazioni che si basano sull’esistenza di una rete:

Comunicazioni: tv, radio, telefono, servizio postale, internet;

Trasporti: sistema autostradale, sistema di traffico aereo;

Servizi: trasporto acqua e gas; Sociale: città, famiglie, amici e

associazioni; Biologico: ecosistemi, sistemi

neurologici.

La tecnologia delle reti 2

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Una rete informatica èun insieme di sistemi perl’elaborazione delle

informazioni messi in comunicazione tra

loro.


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Il termine Telematica indica il settore applicativo dell’Informatica in rete ed evidenzia l’integrazione tra tecnologie informatiche e tecnologie delle telecomunicazioni.


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Telematica

La telematica è una disciplina che nasce dai rapporti tra scienza delle telecomunicazioni e informatica .

Si occupa dell’elaborazione a distanza delle informazioni


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Mainframe-terminali sistemi concentrati

Anni 60


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Reti di calcolatori sistemi distribuiti

Autonomi e interconnessi


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L’interconnessione tra sistemi coinvolge elementi di tipo diverso:

Elettronici, per stabilire attraverso quali elementi si possono collegare due o più sistemi

Informatici, per disporre di un sistema operativo in grado di supportare la struttura hardware

Telematici, per tener conto delle caratteristiche di strumenti di comunicazione da utilizzare nelle reti


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Rete di elaboratori: vantaggi per le aziende

Condivisione di risorse ( HW e SW ).Comunicazione (posta elettronica, video

conferenza, ecc).Utilizzo di servizi (commercio elettronico,

telemedicina, ecc).Miglior rapporto prestazioni/costo.Estensione semplificata e graduale dei

sistemi hardware.Maggior affidabilità del sistema


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Classificazione delle reti in base al S.O. utilizzato:

Reti client/server Amministratore di rete, pw.

Vantaggi: condivisione di risorse costose, archivi centralizzati, maggior sicurezza rispetto alle intrusioni, perché ciascun utente ha un proprio dominio di directory.

Reti peer to peer Reti organizzate per gruppi di lavoro, con un livello di

sicurezza minimo, ottimizzate per condivisione di risorse. Non è richiesto un amministratore di rete.

Reti ibride


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Enti e organizzazioni che rilasciano standard nel campo delle reti LAN

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers ITU ( ex CCITT) (unione internazionale

telecomunicazioni) Comité Consultatif International de Telegraphie e

Telephonie ISO International Standard Organization


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Classificazione delle reti


Connessione Dimensioni Tipo di sistema o di rete

Scheda con processore 0,1 m Sistema multiprocessor

Personal Computer 1 m Scrivania

Singolo laboratorio 10 m LAN di laboratorio

Edificio 100 LAN della scuola

Campus scolastico 1 KM LAN estesa

Città 10 KM MAN

Nazione 100 KM WAN

Continente 1000 KM Interconnessione WAN

Terra 10000 KM GAN o Internet

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Classificazione architetture parallele

SISD Von NeumannSIMD Array ProcessorMISD pipelingMIMD multiprocessor


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Classificazione reti per estensione

Reti locali LAN (Local Area Network) Permette condivisione di hardware, archivi di dati

e connessione ad internet. Alto grado di affidabilità, basso tasso di errore nel trasferimento dei dati. Ridondanza. Velocità da 10 Mbps a 10 Gbps.

Reti metropolitane MAN Reti geografiche WAN e GAN

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Reti locali LAN


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Reti geografiche WAN


17La tecnologia delle reti 17

Reti multipunto (broadcast) Reti di tipo Ethernet - Multicasting

Reti punto a punto Connessione dedicata, per esempio da PC a fornitore di

servizi,attraverso il modem e la linea telefonica. Nelle reti WAN gli host non sono connessi direttamente tra loro, ma attraverso nodi intermedi (router) che svolgono funzione di instradamento.

Più in generale i collegamenti sono punto_multipunto: il router determina su quale canale inviare la comunicazione.

Modalità di diffusione dei dati sul canale trasmissivo

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Regole per il trasferimento dei dati

SimplexHalf-duplexFull-duplex


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Tecniche di commutazione

Commutazione di circuito


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•Commutazione di pacchetto


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Commutazione di pacchetto


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Velocità di trasmissione dati: bps.

Frequenza ( Hz) del segnale dipende dal mezzo trasmissivo.

Larghezza di banda (unità di misura della velocità di trasmissione)

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Mezzo trasm. Larg. Banda Max distanza

Cavo coassiale 10-100 Mbps 185 m

UTP cat. 6 100 Mbps - 1Gbps 100 m

Fibra ottica multimodale

100 Mbps – 1Gbps 2000 m

Fibra ottica monomodale

1 Gbps – 10 Gbps 3000 m

Wireless 11- 54 Mbps 100-500 m

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Tecnologie di trasmissione su linee commutate

Linee analogiche Segnale analogico e segnale digitale.

MODEM: modulatore/demodulatore.

Velocità di trasmissione 56 kbps.

Linee ISDN isdn (integrated service digital network)

standard internazionale, predisposto dalle società concessionarie del servizio telefonico per sistemi digitali, consente di integrare la trasmissione di messaggi vocali con quella di dati e immagini (comunicazione parallela su più canali). La linea telefonica ISDN ha una velocità max di128 kbps


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Tecnologie di trasmissione

Linee dedicate linee punto a punto, offerte in affitto da compagnie

telefoniche. La linea utilizza una connessione fisica diretta tra l’azienda o la filiale e la centrale di commutazione della compagnia telefonica e gli altri uffici dell’azienda.

DSL ( digital subscriver line)

modalità di accesso alla rete internet ad alta velocità

ADSL base 640 Kbps

ADSL fast 12 Mbps


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Tecnologia ADSL

ADSL (asymmetrical digital subscriver line)

tecnologia di modulazione che permette la trasmissione di informazioni multimediali su normale cavo telefonico.

I modem adsl permettono di trasmettere le informazioni dal centro servizi verso l’utente a una velocità che può variare da 8 Mbps a 24 Mbps (Download). Nella direzione opposta i dati viaggiano ad una velocità compresa tra 0,8 e 1 Mbps (Upload).


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Architettura di rete

Modello ISO-OSI e TCP/IP

Affinché sistemi diversi possano colloquiare per cooperare è necessario che utilizzino le

stesse regole procedurali per effettuare il trasferimento delle informazioni.

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Software di rete

Software per la gestione della comunicazione tra nodi di una rete.

Il software di rete è molto complesso; per ridurne la complessità è altamente strutturato, organizzato a strati o livelli, ognuno costruito su quello inferiore. Il numero di livelli , il nome e le funzioni di ciascun livello possono essere diversi da una rete all’altra. La tecnologia delle reti 28

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Software di rete

Lo scopo di ogni livello è di offrire servizi al livello superiore mascherando i dettagli su come i servizi sono realizzati.

Ogni livello può offrire diversi tipi di servizi. In pratica un servizio è un insieme di operazioni che un livello fornisce al livello superiore.

Il servizio definisce quali operazioni può eseguire ma non dice nulla su come tali operazioni sono implementate.


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Software di rete

Le regole e le convenzioni usate nel dialogo tra livelli omologhi (paritetici) sono chiamate protocolli.


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Un insieme di livelli e protocolli è chiamata

architettura di rete


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Il livello n su un host comunica con il livello n di un altro host. Le regole e le convenzioni che governano la comunicazione sono indicate con il termine protocollo di livello n.


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Le entità (processi) della conversazione si chiamano entità paritetiche.

Il dialogo fra due entità di livello n viene realizzato attraverso lo scambio di messaggi PDU (protocol data unit) composta dalla parte dati e dall’intestazione specifica del livello.


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Normalmente al posto di PDU si usano i termini:

Segmento (nel livello trasporto)Pacchetto (nel livello di rete)Frame (nel livello di data link)


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In realtà non c’è trasferimento diretto di dati dal livello n di host1 al livello n di host2.

Ogni livello di host1 passa i dati e le informazioni di controllo al livello sottostante.

Al livello 1 c’è il mezzo fisico, attraverso il quale i dati vengono trasferiti da host1 ad host2.

Quando arrivano a host2, i dati vengono passati da ogni livello (a partire dal livello 1) a quello superiore, fino a raggiungere il livello delle applicazioni.


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Ogni livello n comunica con quello direttamente superiore n+1 attraverso un’interfaccia, che definisce le operazioni primitive che possono essere richieste al livello sottostante.

SDU (service data unit) è il termine con cui si indicano i dati scambiati attraverso l’interfaccia.


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Il messaggio passato da un livello al sottostante viene chiamato PDU.

Lo stesso messaggio nel livello sottostante viene chiamato SDU.

Le informazioni aggiunte come intestazioni vengono chiamate PCI (protocol control information).

Il messaggio formato da PCI e SDU costituisce la PDU da passare al livello successivo.

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Analogia umana di un architettura di reteLa tecnologia delle reti 39

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Un servizio offerto da un livello a quello superiore può essere:

Orientato alla connessionePrivo di connessioneAffidabileNon affidabile (non confermato)


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Servizi

Orientato alla connessione, come una telefonata: dopo aver stabilito la connessione i dati seguono sempre lo stesso percorso e arrivano in ordine.

Privo di connessione, come una lettera: due lettere che devono raggiungere la stessa destinazione possono seguire percorsi diversi e arrivare in modo non ordinato; i servizi senza connessione sono chiamati datagram.

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Servizi

Affidabile, se non vengono mai persi i dati; i pacchetti sono numerati.

E’ chiamato anche confermato perché normalmente si realizza usando messaggi di conferma di avvenuta ricezione (ACK).

Non affidabile (o non confermato), se non è garantita la consegna dei dati.

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Si possono quindi avere servizi:

Orientati alla connessione e affidabile Orientati alla connessione e non

affidabile Privo di connessione e non confermato Privo di connessione e affidabile

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Servizio orientato alla connessione e affidabile.

Necessario per esempio per il trasferimento di un file: i dati devono arrivare tutti e in ordine.

Servizio orientato alla connessione e non affidabile.

Indicato per la trasmissione di voce o filmati in tempo reale; è preferibile un servizio inaffidabile per non subire ritardi dovuti alla conferma.

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Servizio non connesso non confermato

Utilizzabile quando non è importante se qualche messaggio si perde.

Servizio non connesso confermato.

Dopo l’invio si attende un messaggio di conferma della ricezione.

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Il modello ISO-OSI.

Il modello OSI (Open System Interconnection) è un modello di software di rete definito dalla ISO (International Standard Organization) nel 1984 per cercare di risolvere il problema delle grandi differenze esistenti tra sistemi di elaborazione diversi; il nome indica infatti il collegamento di sistemi aperti alla comunicazione con altri sistemi.

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Una rete si dice aperta quando ad essa ci si può collegare da qualsiasi punto geografico con un qualsiasi sistema tramite un mezzo di comunicazione e opportuni protocolli.

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Il modello ISO-OSI è stato creatoal fine di produrre uno standard a livello mondiale per guidare sia le attività di progettazione delle retidi comunicazione, che le attività di programmazione delle applicazioni di rete.

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Il modello ISO-OSI è basato su sette livelli:

Livello fisicoLivello data linkLivello di reteLivello di trasportoLivello di sessioneLivello di presentazioneLivello di applicazione

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1. Livello fisico

Il livello fisico definisce le specifiche elettriche, meccaniche, procedurali e funzionali per attivare, mantenere e disattivare il canale fisico fra sistemi. Le caratteristiche definite in questo livello riguardano i livelli di tensione, le velocità fisiche dei dati, le distanze massime di trasmissione, le caratteristiche dei

connettori fisici, e attributi simili.

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1. Livello fisico

Gli elementi che si trovano al livello 1 sono:

Le schede di rete o NIC (Network interface card).

Gli hub o ripetitori.

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NIC

Le schede di rete, spesso, sono direttamente integrate nella scheda madre e utilizzano la tipica presa RG45 verso l’esterno. Le connessioni di rete più comuni sono Ethernet 100/1000.

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HUBGli hub sono dispositivi di livello 1 che collegano tra loro gruppi di utenti.Sono caratterizzati dal numero di porte, generalmente 8, che limita il numero di host che possono essere connessi.È possibile collegare due o più hub in serie per aumentare il numero di connessioni possibili.

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Ogni pacchetto di dati trasmesso da un qualsiasi host viene ricevuto dall’ hub su una porta e trasmesso a tutte le altre.

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2. Livello di data link

Il livello data link si occupa di gestire in modo affidabile un transito di dati su un canale fisico. A questo livello vengono definiti gli aspetti relativi all’ indirizzamento fisico, alla topologia di rete, alla modalità di accesso al mezzo, alla notifica degli errori, all’invio ordinato dei frame e alcontrollo del flusso dei dati.

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Il livello data link riguarda i dispositivi che gestiscono il collegamento dati da un computer all’altro della stessa rete.

Un frame (trama) contiene, a livello di data link, l’indirizzo di destinazione e se richiesto da un livello superiore, anche l’indirizzo del mittente, e un codice per la correzione e rilevazione degli errori.

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I dispositivi di interconnessione della rete a livello 2 sono:

Gli switch

I bridge

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SWITCH

Gli switch sono dispositivi più intelligenti degli hub e si caratterizzano anch’essi per il numero di porte disponibili.

Uno switch invia i pacchetti di dati alle porte specifiche dei destinatari, sulla base delle informazioni contenute nell’ header di ogni pacchetto.

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SWITCH

Per isolare la trasmissione dalle altre porte , lo switch stabilisce una connessione temporanea tra la sorgente e il punto di destinazione, chiudendola al termine del collegamento.

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BRIDGE

I bridge sono dispositivi del tutto analoghi agli switch, ma hanno solo due porte e quindi sono gli elementi di interconnessione di due LAN.

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3. Livello di rete

Il livello di rete stabilisce la scelta del percorso migliore tra due sistemi host che possono trovarsi su reti geograficamente distanti.

Nel livello di rete i messaggi vengono suddivisi

in pacchetti che, una volta giunti a destinazione, vengono riassemblati nella loro forma originaria.

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3. Livello di rete

Il principale dispositivo di interconnessione della rete a livello 3 è il router.

Il livello di rete si fa carico di scegliere una strada tra quelle disponibili, tramite i

router che instradano i pacchetti verso il computer di destinazione.

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ROUTER

Ancora più intelligenti di hub e switch, i router utilizzano un indirizzo IP per determinare il nodo intermedio successivo che deve ricevere il pacchetto. Basandosi su una mappa di rete denominata tabella di routing, i router possono fare in modo

che i pacchetti raggiungano le loro destinazioni

attraverso i percorsi più idonei.

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4. Livello di trasporto

Il livello di trasporto ha il compito specifico

di assicurare il trasferimento dei dati tra livelli di sessione appartenenti a sistemi diversi, geograficamente separati, evitando che vi siano errori o duplicazioni.

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È in grado di identificare il destinatario, aprire o chiudere una connessione con il sistema corrispondente, suddividere o riassemblare un testo, controllare e recuperare gli errori, controllare la velocità con cui transitano le

informazioni.

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A questo livello l’esistenza dei livelli

inferiori è completamente ignorata: ciò

porta a identificare questo livello come il

primo che prescinde dal tipo e dalle

caratteristiche della rete utilizzata.

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5. Livello di sessione

Il livello di sessione stabilisce, gestisce e termina le sessioni fra due host

in comunicazione fra loro. Una sessione è un collegamento

logico e diretto tra due interlocutori.

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Il livello sessione fornisce i propri servizi a quello di presentazione , e sincronizza il dialogo fra i livelli di presentazione di due host, gestendo lo scambio dei dati.

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La modalità del dialogo può essere:

Full-duplex, le applicazioni possono sia

trasmettere che ricevere contemporaneamente,

Half-duplex, mentre una stazione trasmette l’altra

riceve o viceversa,

Simplex, una stazione può sempre e solo

trasmettere e l’altra sempre e solo ricevere.

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La sincronizzazione consiste nel mettere dei punti di controllo durante il processo di trasferimento dati tra due host, in modo che, se il trasferimento si interrompe, non sia

necessario ritrasferire tutti i dati, ma solo la parte inviata dopo l’ultimo punto di controllo.

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6. Livello di presentazione

Il livello di presentazione assicura che le informazioni provenienti dal livello applicazione di un sistema possano essere lette dal livello applicazione della controparte.

Se necessario, svolge una traduzione fra più formati di dati utilizzando un formato comune.

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6. Livello di presentazione

Si occupa della sintassi e della semantica delle informazioni da trasferire: se due interlocutori utilizzano linguaggi differenti è possibile che interpretino diversamente i dati sia nel tipo che nel formato.

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In sintesi le principali funzioni svolte dal livello presentazione sono:rappresentazione dei dati, la compressione e la cifratura.

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7. Livello di applicazione

Il livello di applicazione è il livello OSI più prossimo all’utente e fornisce i servizi di rete per le applicazioni.Comprende tutte le applicazioni comunemente note come applicazioni di rete (posta elettronica, trasferimento file, login remoto ecc) e altre applicazioni di supporto, come i servizi che permettono di individuare le risorse all’interno della rete.

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Incapsulamento

L’incapsulamento è l’operazione che si compie

quando i dati passano dal generico livello n al

livello inferiore n-1.

Ogni livello aggiunge infatti ai dati provenienti

dal livello superiore, che prendono il nome di

PDU (protocol data unit), un intestazione (header)

specifica del livello in cui i dati stanno transitando.

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Incapsulamento

Nell’ header sono presenti le Informazioni

del livello corrente destinate al livello omologo

dell’ host ricevitore.

Naturalmente i dati ricevuti dall’ host subiscono il

trattamento contrario all’incapsulamento,

cioè ogni livello toglie l’ header che interpreta e

passa la PDU al livello superiore.

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Incapsulamento

1. Costruzione dei dati (livelli 7, 6, 5).

Una qualsiasi generazione di informazioni

(per esempio un utente che genera un

messaggio di posta elettronica in formato

alfanumerico).

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Incapsulamento

2. Incapsulamento (livello 4). I dati da trasferire sono divisi in segmenti, numerati e spediti al destinatario. Il destinatario , alla ricezione dei segmenti, invia un segnale di avvenuta ricezione (ACK) se il protocollo è connesso. Nel caso di fallimento della ricezione di un segmento,

il destinatario può richiedere la ritrasmissione. In questo modo avviene il controllo degli errori a

livello di trasporto.

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Incapsulamento

3. Aggiunta dell’intestazione o header (livello 3).

I dati vengono inseriti in un pacchetto o datagramma che contiene un intestazione di rete, con indirizzi logici del mittente e del destinatario. Questi indirizzi servono ai dispositivi di rete (router) per scegliere il percorso su cui inoltrare i pacchetti sulla rete.

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Incapsulamento

4. Aggiunta dell’indirizzo locale di rete nel frame-header (Livello 2). Ogni dispositivo di rete inserisce i pacchetti in

un frame. Il frame viene spedito al dispositivo connesso direttamente.

Oltre all’intestazione (header) il livello 2 aggiunge anche un trailer, cioè una coda al frame costituita dal CRC (cyclic redundancy check) codice di rilevamento di errore.

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Incapsulamento

5. Conversione binaria (livello 1).

Il frame viene convertito in una struttura

a bit 0 e 1 per permettere la trasmissione

sul mezzo fisico , tipicamente un cavo.

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Livello ISO-OSI Nome PDU

7. Applicazione

6. Presentazione

5. Sessione

4. Trasporto

3. Rete

2. Data link

1. Fisico

Dati

Segmento

Pacchetto

Trama o frame

Bit

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De-incapsulamento

Quando il dispositivo remoto riceve una

sequenza di bit, il livello fisico passa i bit

al proprio livello data link, in modo che li

possa manipolare.

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De-incapsulamento

Il livello data link svolge le seguenti operazioni:

Verifica che l’indirizzo MAC di destinazione corrisponda al proprio indirizzo fisico o sia un indirizzo di tipo broadcast, altrimenti viene scartato.

Se i dati sona affetti da errore, possono essere scartati e il livello data link può richiederne la ritrasmissione. Se sono integri il livello data link legge e interpreta le informazioni di controllo contenute nell’ header.

Il livello data link elimina l’ header e la coda e passa i dati restanti al livello di rete.

Ogni livello successivo esegue un processo simile.

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ARCHITETTURA E PROGETTAZIONE DELLE RETI

MEZZI TRASMISSIVI

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L’informazione può essere trasmessa a distanza, variando una caratteristica fisica del mezzo trasmissivo.Tale variazione si propaga, con una certa velocità, lungo il mezzo trasmissivo e può essere rilevata all’altra estremità.

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I mezzi trasmissivi sono di tre tipi:

Elettrici: sfruttano la proprietà dei metalli di condurre energia elettrica.

Ottici: trasportano onde luminose.

Wireless: utilizzano onde radio o raggi infrarossi.

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Mezzi trasmissivi

Elettrici (cavi elettrici): la variazione del fenomeno fisico è connessa al trasporto di segnali elettrici, per esempio misurando una variazione di potenziale tra due conduttori.

Ottici (led, laser, fibra ottica): il fenomeno utilizzato è la luce e la sua propagazione.

Wireless (onde radio): il fenomeno fisico è la propagazione nello spazio delle onde elettromagnetiche, che inducono un segnale sull’antenna e la conseguente rilevazione da parte del ricevitore.

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Caratteristiche fisiche dei mezzi elettrici

Impedenza, espressa in ohm, sintetizza la resistenza, l’induttanza e la capacità presenti sul cavo, nei circuiti a corrente alternata. Il cavo risulta migliore quanto più l’impedenza è stabile al variare della frequenza

Velocità di propagazione, espressa come percentuale della velocità della luce nel vuoto. Nei cavi in rame varia dal 55% al 70%, per cui si considera essere di 200000 km/s.

Attenuazione espressa in dB, rapporto tra il valore del segnale in ingresso e il valore misurato in uscita. È proporzionale alla lunghezza dei cavi.

Diafonia o cross-talk, è una misura in dB di quanto un cavo disturba un cavo vicino.

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Mezzi elettrici

Cavo coassiale: era usato nel sistema telefonico per le tratte a lunga distanza, ora sostituito dalla fibra ottica; nelle reti locali come Ethernet e IEEE 802.3, anche qui sostituito da doppino o fibra ottica.

.

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Un cavo coassiale è formato da un conduttore centrale in rame circondato da uno strato isolante, a sua volta avvolto in una calza metallica che fa da schermo.Uno dei motivi che ha reso obsoleto l’uso dei cavi coassiali è il costo della messa in opera dovuto alla loro rigidità e spessore.

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Mezzi elettrici

Doppino : è formato da una coppia di conduttori in rame ricoperti da una guaina di materiale plastico e intrecciati tra loro a forma elicoidale o binati (detto anche TP twisted pair).

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Nati per la telefonia, cioè per una banda di frequenza limitata

(da 300 Hz a 3300 Hz), nel tempo hanno migliorato le

prestazioni tali da occupare i campi di applicazione dei cavi coassiali e

della fibra ottica.

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I doppini sono classificati in base alle seguenti categorie:

Cat.1: comunicazioni telefoniche, non adatti alla trasmissione dati. Cat.2: trasmissioni analogiche e digitali a bassa velocità. Cat.3: reti locali fino a 10 Mbps. Cat.4: reti locali fino a 16 Mbps. Cat.5: reti locali fino a 100 Mbps. Cat.6: reti fino a 1 Gbps Cat.7: reti fino a 10 Gbps.

100

I doppini possono essere classificati in:

UTP (unshield twisted pair) non schermati .FTP (foiled twisted pair) hanno un unico schermo per

tutte le coppie.STP (shielded twisted pair) hanno uno schermo per ogni

coppia più uno schermo globale.

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A seconda del tipo di cavo che si vuole realizzare, cambiano le

specifiche su come effettuare il collegamento delle coppie di un cavo UTP sul plug ai due estremi

del cavo.

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Cavo dritto. Si tratta di un cavo che mantiene la connessione dei pin fra un capo e l’altro.

Cavo incrociato (crossover). Si tratta di un cavo in cui due coppie vengono incrociate in modo da allineare la parte trasmittente da un lato con la parte ricevente dall’altro e viceversa.

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Si usano cavi dritti quando si connette dispositivi diversi tra loro:

Uno switch a un routerUno switch a un PC o a un

serverUn hub a un PC o a un server

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Si usano cavi crossover per connettere dispositivi simili tra loro:

Uno switch a uno switchUno switch a un hubUn hub a un hubUn router a un routerUn PC a un PC Un router a un PC

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ROLLOVER

Sono cavi che collegano l’adattatore RJ45 posto sulla porta seriale del PC alla porta console di un router o uno switch.

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Mezzi ottici

La fibra ottica si presenta come un filo sottile di materiale vetroso o

di plastica. La tecnologia si basa sul principio

della riflessione totale nella propagazione della luce.

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I vantaggi principali delle fibre ottiche rispetto ai cavi in rame sono:

Immunità ai disturbi elettromagnetici (sono insensibili alle interferenze e alla diafonia)Elevata capacità trasmissiva dell’ordine

dei GbpsBassa attenuazione del segnale.Costi contenuti.

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La fibra ottica è costituita da una parte interna

chiamata core (nucleo), rivestita da una guaina,

chiamata cladding (mantello).Le fibre di solito sono

raggruppate in fasci e protette da una guaina esterna.

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La luce si propaga nel core della fibra, a sezione circolare, per

ripetute riflessioni sulla superficie.

Il compito del cladding è di evitare la dispersione della luce

verso l’esterno.

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Le fibre ottiche sono caratterizzate dal rapporto tra

il diametro del core ed il diametro del cladding,

per esempio 10/125, 50/125,100/140 sono misure

in micron.

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Un sistema di trasmissione ottica ha tre componenti:

La sorgente luminosa che può essere un LED o un laser, dispositivi in grado di convertire segnali elettrici in segnali luminosi.

Il mezzo di trasmissione che è la fibra ottica.

Il fotodiodo ricevitore che converte gli impulsi ottici in segnali elettrici

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Le fibre sono adatte solo a collegamenti punto a punto; sono canali monodirezionali;per le trasmissioni bidirezionali (full duplex) sono richieste due fibre, una per la trasmissione e una per la ricezione (in genere i fasci contengono due o più coppie, fino a 24).

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Esistono due tipi di trasmissione:

Monomodale: le fibre monomodali sono molto più sottili, in esse la luce si propaga in linea retta, senza rimbalzare; sono più costose ma hanno elevata ampiezza di banda su distanze più lunghe. Come sorgente si usa un diodo laser a iniezione.

Coprono distanze maggiori.

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L’ampiezza di banda di un canale di comunicazione (o banda passante) è la differenza tra la frequenza massima e minima permessa dal mezzo trasmissivo; si misura in Hz e dà la capacità del canale, cioè la quantità massima di dati che può essere trasportata dal mezzo trasmissivo nell’unità di tempo.

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Multimodali: nelle fibre multimodali raggi diversi rimbalzano con angoli diversi,

il cavo è più grosso, la sorgente è un diodo a emissione di luce (LED),

la luce non è molto concentrata e quindi soggetta a dispersione.

Sono meno costose. Coprono distanze minori rispetto alle

monomodali.

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Wireless

Il termine wireless viene usato per indicare trasmissioni senza cavi.Un antenna trasmette onde elettromagnetiche che possono essere ricevute ad una certa distanza.

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Le onde si propagano eseguendo delle oscillazioni; il numero di oscillazioni al secondo si misura in hertz (Hz); la distanza tra due valori massimi dell’onda si chiama lunghezza d’onda, indicata dalla lettera greca λ (lambda).

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La velocità delle onde elettromagnetiche è costante e

uguale al prodotto tra la lunghezza d’onda e la

frequenza.

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La lunghezza d’onda è inversamente proporzionale alla frequenza:al crescere della frequenza diminuisce la lunghezza d’onda e viceversa.Le onde elettromagnetiche sono descritte dallo spettro elettromagnetico che rappresenta le onde al variare della frequenza.

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In base alle porzioni dello spettro elettromagnetico utilizzabili abbiamo:

Onde radio ( λ > 1m )

Microonde ( 1mm < λ< 1m )

Raggi infrarossi ( 700 nm < λ< 1mm )

Luce visibile (400 nm < λ < 700 nm )

Raggi ultravioletti ( 10 nm < λ < 400 nm)

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Mezzi wireless

Onde radio: sono facili da generare e possono viaggiare per lunghe distanze ma sono soggette a interferenze come motori e apparecchiature elettriche.

Alle frequenze più basse attraversano facilmente gli ostacoli e si propagano in tutte le direzioni ( Radio FM o AM ).

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Mezzi wireless

Microonde: sono radioonde ad alta frequenza. L’uso è regolato da appositi organismi che definisce le bande e le loro applicazioni per le comunicazioni.

Sono utilizzate anche per uso industriale, scientifico e medico.

Infrarossi: sono relativamente direzionali e non passano attraverso i solidi.

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In un sistema wireless la trasmissione avviene principalmente tramite radiofrequenza o infrarosso.

Per consentire questo tipo di trasmissione, ciascun dispositivo

deve possedere all’interno un chip integrato in grado di trasmettere e

ricevere informazioni.

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La tecnologia ad infrarosso permette collegamenti a distanze molto limitate (all’interno di un metro lineare) e quindi si presta per collegamenti tra PC e periferiche poste vicine, se la trasmissione è diretta (a vista).Se diffusa (riflessa) permette di collegare in rete più PC presenti in una stanza..

129

Le trasmissioni wireless sono nate con la telefonia cellulare e

successivamente si sono estese alla trasmissione dati: le due

tecnologie tendono a convergere e ad integrarsi.

130

Nel campo della telefonia l’evoluzione è stata caratterizzata da un susseguirsi di nuove tecnologie che hanno sfruttato sempre meglio le onde radio.Dalla telefonia analogica TACS si è passati al digitale GSM e allo standard UMTS.

131

I principali vantaggi della tecnologia wireless, oltre a quello di “liberarci” dai cavi, sono di:

Essere facilmente installabili; Essere facilmente configurabili; Essere economicamente più convenienti; Installare reti di calcolatori in palazzi che non

si possono cablare; Installare reti mobili, utili in ambienti

ospedalieri, bar, ristoranti, hotel, scuole, ecc. Collegarsi autonomamente in internet grazie

ai notebook e ai telefoni cellulari.

132

LIVELLO FISICO

133

Il livello fisico si occupa della trasmissione di un flusso di bit lungo un mezzo trasmissivo (in forma elettrica, ottica o

wireless).

134

Il livello fisico definisce tutte le caratteristiche

meccaniche, elettriche, funzionali e procedurali per la ricezione e la trasmissione

dei segnali.

135

Meccaniche: forma e tipologia di prese e spine, numero di contatti.

Elettriche: voltaggio e caratteristiche elettriche dei segnali associati all’interfaccia.

136

Funzionali: significato dei vari segnali.

Procedurali: combinazione e sequenze dei segnali per il corretto funzionamento dei dispositivi.

137

EIA/TIA Electronic Industries Alliance/Telecommunications Industry Association

( enti leader nello sviluppo di standard di ingegneria )

EIA/TIA-568 standard per il cablaggio di edifici commerciali)EIA/TIA-570 standard cablaggio edifici residenziali

138

CABLAGGIO

insieme di componenti passivi come cavi, prese, connettori, permutatori ecc, installati e predisposti per poter interconnettere i componenti attivi dei sistemi di elaborazione.

139

Il livello fisico deve codificare i dati per essere trasportati dal mezzo fisico di trasmissione

usato;per esempio su un filo di rame si modula una variabile fisica come

la tensione o la corrente.

140

SEGNALI

Per codificare e trasportare i dati vengono usate

le onde elettromagnetiche; la serie di oscillazioni usate

costituisce un segnale.

141

I dati possono essere trattati:

Segnale analogico varia con continuità nel tempo

Segnale digitale varia in modo discreto nel tempo

142

Le onde che costituiscono il segnale hanno una certa frequenza, da cui

dipendono le caratteristiche del segnale.

Al crescere della frequenza si possono trasportare più dati poiché per

codificare i dati si usano le variazioni di stato

che sono più frequenti alle frequenze più alte.

143

Per la trasmissione dei segnali sono importanti due valori:

Banda di frequenza del segnale.

Ampiezza di banda del mezzo trasmissivo.

144

La banda di frequenza di un segnale è l’intervallo di tutte le frequenze (delle sinusoidi)

che descrivono il segnale.

145

L’ampiezza di banda di un canale di comunicazione (o banda passante) è la differenza tra la frequenza massima e minima permessa dal mezzo trasmissivo; si misura in Hz e dà la capacità del canale, cioè la quantità massima di dati che può essere trasportata dal mezzo trasmissivo nell’unità di tempo.

146

La trasmissione su un mezzo di trasmissione può essere effettuata in:

Banda base un solo segnale occupa tutta la

banda (unico canale)Banda larga ampiezza di banda è divisa in più

canali, possono essere trasportati contemporaneamente più segnali.

147

THROUGHPUT

indice che identifica la quantità di dati trasmessi in un’unità di tempo, si esprime in bit/s.

148

Codifica del segnale

il metodo di codifica dei segnali dipende dal mezzo di trasmissione,il più semplice è la codifica binaria diretta.

149

Livello di data link

150

Topologie di rete

Con il termine topologia si fa riferimento alla disposizione degli oggetti fisici nello spazio.

Definire la topologia di una rete significa significa definire sia la posizione di tutti i nodi che fanno parte della rete, sia tutti i collegamenti fisici da realizzare per connettere i nodi.

151

I parametri più importanti da tenere in considerazione nello studio della topologia di rete sono:

Il numero dei nodi Il numero dei canali trasmissiviLa ridondanza, cioè la possibilità di

scegliere tra più strade alternative per raggiungere la destinazione

152

Una topologia di rete descrive sia

la disposizione fisica dei cavi e dei dispositivi sia i percorsi logici

utilizzati dalle trasmissioni dati.

153

Topologie di rete

Topologia fisica: indica la disposizione fisica dei dispositivi e dei mezzi trasmissivi.

Topologia logica: definisce il modo in cui gli host accedono al mezzo trasmissivo.

154

Le topologie fisiche più diffuse sono:

BusAnello Stella Stella estesaGerarchica (albero)A maglia

155

Reti a BUS

Una topologia fisica a bus connette tutti i dispositivi di rete mediante un singolo cavo.

Sono state le più utilizzate per LAN di tipo Ethernet

Non hanno tolleranza ai guasti e qualunque interruzione di canale comporta l’esclusione di una parte della rete.

Erano le più diffuse perché semplici da realizzare e poco costose.

Dal punto di vista logico sono reti di tipo broadcast.

156

Reti ad anello.

Il numero dei canali è uguale al numero dei nodi. Nella topologia ad anello ogni nodo e collegato con altri due in una disposizione circolare; per passare dal nodo mittente al nodo destinatario, un messaggio deve attraversare tutti i nodi intermedi. Tolleranza ai guasti inesistente.

157

Reti a stella.

Nella topologia a stella tutti i nodi sono collegati ad un dispositivo comune che assolve alle funzioni di concentratore di cavi e di segnali. Il centro stella può essere un hub o uno switch.In caso di guasto la rete a stella consente l’intervento di correzione del problema sullo specifico nodo, senza compromettere il funzionamento del reso della rete, mentre un guasto al centro stella provoca il blocco dell’intera rete.

158

Reti a stella estesa.

Una stella estesa è una topologia ad albero in cui le foglie sono costituite da stelle.

E’ la topologia più usata per le reti LAN di medie e grandi dimensioni.

159

Reti ad albero

La topologia gerarchica o ad albero è per certi versi simile ad una topologia a stella estesa; la differenza principale consiste nel fatto che non usa un nodo centrale, ma un nodo troncato da cui si diramano altri nodi.

160

Reti a maglia complete o parziali.

Sono reti tipicamente geografiche, in cui la tolleranza ai guasti dipende dal numero di canali implementati. Dato che le reti geografiche sono meno affidabili delle reti locali, è necessario trovare un compromesso tra il costo della rete, che dipende dal numero dei canali, e la tolleranza ai guasti.

161

La topologia a maglia completa connette tutti i nodi a tutti gli altri nodi, per garantire ridondanza e tolleranza ai guasti.In caso di guasti si trova sempre un cammino alternativo.L’implementazione di una rete a maglia completa è costosa e difficile; viene solitamente implementata nelle WAN fra i router.

162

In una topologia a maglia parziale, almeno un nodo mantiene più connessioni verso gli altri.Una topologia di questo tipo garantisce comunque un buon livello di ridondanza, perché crea diversi percorsi alternativi.La topologia a maglia parziale viene utilizzata su molte dorsali di telecomunicazioni, nonché su internet.

163

La topologia logica di una rete rappresenta il modo in cui gli host comunicano attraverso il mezzo trasmissivo.I due tipi più comuni di topologia logica sono:

BroadcastPassaggio di token

164

La topologia broadcast indica semplicemente che ciascun host invia i propri dati mediante una scheda di rete sul mezzo trasmissivo.Non c’è un ordine preciso che le stazioni debbano seguire per usare la rete: si usa la politica first come_ first served.

165

Il passaggio di token controlla l’accesso alla rete passando un token (gettone) elettronico sequenzialmente a ciascun host; quando un host riceve il token, può inviare i dati sulla rete.Se l’host non ha dati da inviare, passa il token all’host successivo e il processo si ripete.

166

Codifica dei dati nella trasmissione.

I dati binari per essere inviati sul mezzo trasmissivo devono essere codificati. Una delle codifiche più utilizzate nelle reti locali è la codifica Manchester.

167

La codifica Manchester usa due livelli di tensione per trasmettere ogni bit.Il tempo necessario per trasmettere ciascun bit (bit time) è diviso in due intervalli; tra un intervallo e l’altro c’e sempre una transizione tra due livelli diversi (codifica bifase). Una transizione da livello basso ad alto rappresenta un bit 0, da alto a basso un bit 1;.

Codifica Manchester

170

Codifica Manchester

L’assenza di variazione al centro del bit time indica una violazione della codifica e viene usata per delimitare il frame (fine frame).La codifica Manchester rispetto alla codifica binaria diretta, ha il vantaggio di facilitare la sincronizzazione col mittente ma richiede il doppio della larghezza di banda perché gli impulsi sono metà della larghezza del bit time.

171

Rilevamento e correzione degli errori.

I codici correttori permettono non solo di capire che si è verificato un errore, ma anche di individuare

172

Checksum

La tecnica del checksum (somma di controllo) consiste nell’elaborare, secondo algoritmi standard, i bit del messaggio e

trasmettere in coda al messaggio il blocco di controllo cosi ottenuto.

173

Un importante funzione del livello data link nelle reti è rappresentata dal rilevamento degli errori di trasmissione.

174

Nella trasmissione dati è fondamentale che il nodo che riceve il messaggio sia in grado di controllare l’integrità. Per fare questo il nodo che trasmette il messaggio aggiunge ai dati dei bit di controllo. Questi bit sono il risultato dell’applicazione di un operatore matematico alla stringa di bit che si vuole controllare.

175

Lo stesso operatore matematico viene applicato dal destinatario che confronta il risultato con quello ricevuto ed è in grado di determinare se il frame di dati è arrivato integro. In caso di errore chiede al mittente il reinvio del frame corrotto.

176

Reti locali

Standard IEEE 802

177

Lo standard 802 descrive il livello fisico e il livello data link.

Il livello fisico descrive i mezzi di trasmissione usati e la topologia della rete (cablaggio).Il livello data link è diviso in 2 livelli: - MAC (Medium Access Control) - LLC (Logical Link Control)

178

Il MAC si occupa del metodo di accesso al canale condiviso ed ha funzioni di framing e controllo degli errori, mentre l’LLC si occupa del controllo di flusso.Di solito il livello MAC è implementato nell’ HW della scheda di rete mentre LLC è realizzato SW.

179

Ogni tipo di rete locale è descritta da un proprio strato fisico e da un proprio MAC, questo permette di usare lo stesso metodo di accesso su cablaggi diversi.

Il livello LLC è comune a tutti i tipi di reti locali.

180

Sia il livello MAC sia il livello LLC utilizzano indirizzi per individuare le entità che stanno comunicando a quel livello.

L’indirizzo a livello MAC individua la scheda di rete del pc.

L’indirizzo a livello LLC individua il protocollo di rete usato per la comunicazione.

181

Lo standard 802 è suddiviso in:

802.1 definisce le caratteristiche generali degli standard per le LAN e MAN.

802.2 definisce il sottolivello LLC del livello data link , comune a tutte le LAN e MAN.

802.3 reti locali CSMA/CD 802.5 reti locali Token Ring 802.6 reti metropolitane 802.11 reti locali wireless.

182

802.2

Lo standard 802.2 definisce il sottolivello LLC (logical link control)

del livello di data link, comune a tutte le reti locali e metropolitane. Lo strato LLC è

indipendente dal metodo di accesso, dalla topologia e dai mezzi di

trasmissione usati.

183

LLC si occupa del controllo del flusso e offre tre tipi di servizi: non connesso non confermato, non connesso ma confermato e

connesso e confermato (il livello MAC invece offre solo

servizi non connessi non confermati)

184

Orientato alla connessione, come una telefonata: dopo aver stabilito la connessione i dati seguono sempre lo stesso percorso e arrivano in ordine.

Privo di connessione, come una lettera: due lettere che devono raggiungere la stessa destinazione possono seguire percorsi diversi e arrivare in modo non ordinato; i servizi senza connessione sono chiamati datagram.

185

Affidabile, se non vengono mai persi i dati; i pacchetti sono numerati. E’ chiamato anche confermato perché normalmente si realizza usando messaggi di conferma di avvenuta ricezione (ACK).

Non affidabile (o non confermato), se non è garantita la consegna dei dati.

186

La modalità non connessa non confermata è la più diffusa dato

che le LAN usano mezzi trasmissivi con basso tasso di

errore: è il livello fisico che garantisce la qualità della

trasmissione; eventuali errori vengono gestiti dal livello di

trasporto.

187

Il livello di rete passa un pacchetto allo strato LLC;

LLC aggiunge un intestazione e passa il tutto al livello MAC che lo inserisce nel

campo dati del frame.

header header pacchetto trailerMAC LLC MAC

188

Osservazioni sui livello fisico e MAC per gli standard da 802.3 in poi.

Livello fisicoIl livello fisico definisce il cablaggio

cioè i mezzi di trasmissione usati e la topologia della rete;

per ogni tipo di rete possono essere definiti diversi tipi di cablaggio, chiamati MDI (medium dependent interface).

189

•Livello fisico

Per ogni tipo di cablaggio descrive le distanze massime che possono

essere raggiunte per una certa ampiezza di banda per ogni tipo di

mezzo.

190

Definisce inoltre tutti i dettagli relativi alla trasmissione: connettori, metodo di codifica del segnale, sincronizzazione, livelli di tensione per la trasmissione dei segnali elettrici o livelli di lunghezza d’onda per la trasmissione su fibra ottica ecc.

191

•Livello MAC

Il livello MAC si occupa della suddivisione in frame, del controllo

degli errori e dei metodi di accesso al mezzo.

I servizi offerti dal livello MAC sono esclusivamente non connessi non

confermati.

192

Se un frame è danneggiato viene scartato, saranno i livelli superiori ad accorgersene e ripetere la trasmissione.Gli indirizzi a livello MAC identificano la scheda di rete che permette il collegamento della stazione alla rete.

193

•Scheda di rete

La scheda di rete è specifica per una certa LAN; nella parte posteriore

presenta una o più interfacce, ognuna per uno specifico tipo di connettore,

progettato per uno specifico mezzo di trasmissione.

194

La scheda di rete di solito implementa il livello fisico e MAC della rete. Alla scheda di rete è associato l’indirizzo MAC. La scheda di rete è anche chiamata NIC (Network Interface Card).

195

•Indirizzi MAC

Gli indirizzi MAC individuano a livello hw le stazioni, o più precisamente le

schede di rete. L’indirizzo è formato da 6 byte che identificano univocamente la scheda di rete a livello mondiale: 3byte per il produttore della scheda e 3 come

numero identificativo della scheda.

196

Gli indirizzi per convenzione vengono rappresentati da 6 valori esadecimali separati dal simbolo :A3:56:45:B9:F4:34

197

I frame contengono l’indirizzo di destinazione e l’indirizzo del

mittente. L’indirizzo di destinazione può anche essere

un indirizzo di broadcast (diretto a tutte le stazioni) o di

multicasting (diretto a un gruppo di stazioni).

L’indirizzo di broadcast è composto da tutti 1 (FF:FF:FF:FF:FF:FF)

198

Gli indirizzi di multicasting sono individuati da un 1 nel bit meno

significativo dell’indirizzo di destinazione (bit 0); tutte le

stazioni del gruppo ricevono il frame.

Gli indirizzi MAC sono scritti in una ROM della scheda dal costruttore della scheda.

199

Standard IEEE 802.3

La prima rete locale è stata una rete Ethernet sviluppata dalla Xerox a Palo

Alto.Era una rete a bus su cavo coassiale,

con modalità di trasmissione half duplex, metodo di accesso CSMA/CD e

velocità a 10 Mbps.Lo standard 802.3 deriva dallo standard Ethernet ed è ancora comunemente chiamato cosi.

200

Lo standard 802.3 descrive un’intera famiglia di sistemi che

usano il metodo di accesso CSMA/CD

a una velocità che varia da 10 a 100 Mbps (Fast Ethernet) con

diversi tipi di cablaggio. Esistono anche versioni a 1000

Mbps e a 10 Gbps.

201

Reti 802.3 a 10 Mbps

Livello fisico: la trasmissione è in banda base a 10 Mbps e

utilizza la codifica Manchester.

203

La codifica Manchester usa due livelli di tensione per trasmettere ogni bit.Il tempo necessario per trasmettere ciascun bit (bit time) è diviso in due intervalli; tra un intervallo e l’altro c’e sempre una transizione tra due livelli diversi (codifica bifase). Una transizione da livello basso ad alto rappresenta un bit 0, da alto a basso un bit 1;

.

205

Nella trasmissione in banda base tutte le stazioni trasmettono e ricevono sulla stessa banda di

frequenza; quando una stazione trasmette

occupa tutta la banda del mezzo e quindi occupa tutto il canale di

trasmissione; quindi può trasmettere una sola

stazione per volta in modalità half duplex.

206

Ogni stazione che deve trasmettere deve controllare se il canale è

disponibile altrimenti deve aspettare prima di riprovare

(metodo di accesso CSMA/CD)Carrier Sense Multiple access with

Collision Detection.

207

In pratica le stazioni della rete competono per usare il canale di comunicazione; l’insieme dei dispositivi che competono per l’uso del canale è chiamato dominio di collisione.

208

Cablaggi

10Base2 10Base5 10BaseT 10BaseF10: velocità 10MbpsBase: metodo di trasmissione in banda

base 2/5: tipo di cavo T/F: tipo di cavo. T: UTP cat5, F: fibra ottica.

209

10Base2 – 10Base5

Usano cavi coassiali con lunghezze massime di 185 m e 500 m, con

topologia a bus. Vale la regola del 5-4-3.

5 segmenti di cavo con 4 ripetitori e 3 segmenti popolati.

210

10BaseT

Usa di solito cavi UTP categoria 5, connettore RJ45, lunghezza massima di

cavo 100m. Topologia a stella, ogni stazione è

collegata mediante il cavo a un hub o uno switch (centro stella).

211

E’ il cablaggio più comunemente utilizzato. Per avere reti più efficienti si suddivide la rete usando bridge o router o creando reti commutate mediante switch (stella estesa).

212

•Livello MAC

IL metodo di accesso al mezzo è di tipo a contesa ed è chiamato CSMA/CD(carrier sense multiple access with

collision detection)

213

CSMA/CD

Una stazione che deve trasmettere controlla se il canale

è libero prima di iniziare la trasmissione;

se il canale è libero trasmette il frame; se il canale è occupato la stazione entra in una fase nota

come back-off e aspetta un tempo casuale prima di

riprovare.

214

Anche se il canale è libero non è detto che la trasmissione riesca; una

stazione può aver trovato la linea libera e inviato il frame, ma il

segnale non è stato individuato perché la trasmissione non è istantanea; in tal caso si può

verificare una collisione.

215

Quando una stazione si accorge di una collisione o trova il canale

occupato, la stazione entra in una fase di back-off e aspetta un tempo

casuale prima di riprovare.

216

L’algoritmo di calcolo del tempo casuale è noto come algoritmo di

back-off.

Si considera il tempo diviso in intervalli discreti (slot) di 51,2

microsecondi (lo slot time è il tempo impiegato dal protocollo per trasmettere 512 bit:

512 bit*10Mbps = 51,2 μs).

217

Il primo tentativo di ritrasmissione può essere fatto dopo 0 o 1

intervallo.Se il canale è occupato o si verifica una collisione il successivo tentativo può essere fatto dopo 0,1,2,3 slot di

tempo.Il terzo tentativo può essere fatto

dopo un numero di slot compreso tra 0 e 23-1.

218

In generale si può dire che per ogni tentativo

tempo di attesa = slot time * Rand(2k-1)

dove Rand(2k-1)è una funzione pseudocasuale che

restituisce un numero intero compreso tra 0 e 2k-1, dove k è il numero del tentativo, fino ad un

massimo di 10. Poi k non aumenta più ma si può provare fino ad un

massimo di 16 tentativi.

219

L’algoritmo è adattativo esponenziale

cioè la casualità aumenta con una potenza di 2 ogni volta che c’è una

collisione, più le collisioni aumentano e più le stazioni

differenziano i loro tempi di attesa.Dopo 16 tentativi di trasmissione

falliti il frame non viene trasmesso e il compito di provvedere spetta ai

livelli più alti.

220

Formato del frame:

7 byte di preambolo 10101010 di sincronizzazione

1 byte di inizio frame 6 byte di indirizzo MAC di destinazione 6 byte di indirizzo MAC del mittente 2 byte con la lunghezza del campo dati Un campo dati 4 byte di controllo CRC

221

Compiti del livello MAC:

Suddivisione in frameCalcolare CRC all’invio e controllare

la correttezza in ricezioneTrasmettere e ricevere il frameRilevare le collisioniCalcolare il tempo di attesa con

l’algoritmo di back-off

222

CRC (Controllo Ridondanza Ciclica)

223

IEEE 802.11

La comunicazione wireless Wi-Fiavviene in frequenza radio all’interno della banda ISM ( Industrial Scientific and Medical), disponibile liberamente e gratuitamente (aree private).

224

Dispositivi utilizzati nelle reti WLAN

Access Point (AP) bridge che collegano la sottorete wireless con rete cablata, o ripetitori.Wireless Terminal (WT) notebook, palmari, cellulari, etc con interfaccia standard IEEE 802.11

225

Le reti 802.11 possono avere 2 configurazioni differenti:

Ad –hoc ( stazioni paritarie WT) per connettività temporanea tipo

conferenze, gruppi all’aperto… Infrastruttura per aggregare su una LAN

preesistente e cablata uno o più gruppi di stazioni attraverso un AP.

226

Protocollo utilizzato per trasmettere

CSMA/CA (Carrier Sense Multiple

Access/Collision Avoidance) che evita le collisioni.

227

L’algoritmo di accesso al canale CSMA/CA, creato ad hoc per le reti wireless, non potendo rilevare le collisioni impedisce che avvengano.

228

Quando una stazione vuole trasmettere, si mette in ascolto del canale (carrier sense) e se

trova il canale occupato aspetta un tempo pseudocausale

(backoff) prima di rimettersi in ascolto.

229

Se il canale risulta libero, chiede all’Access Point, con cui vuole

mettersi in contatto, la disponibilità ed aspetta un

segnale di ACK prima di trasmettere.

230

I protocolli TCP/IP e

le Tecnologie di Internet.

231

Internetworking

TCP/IP è una suite di protocolli che prende il nome dai due più

importanti tra essi: Trasmission Control Protocol (TCP)

e Internet Protocol (IP).

232

ISO/OSI TCP/IP Applicazione Presentazione Applicazione Sessione Trasporto Trasporto Rete Rete Data link Fisico Data link + Fisico

233

Applicazione HTTP, SMTP, FTP, DNS, Telnet …

Trasporto TCP, UDP

Rete IP, ICMP, ARP, RARP, …

Vari standard per LAN, MAN e WAN ( IEEE 802)

234

L’obiettivo più importante raggiunto dal TCP/IP è stata l’interconnessione di reti,

chiamata internetworking, o internet, che fornisce servizi di

comunicazione planetaria su reti fisiche di tipo diverso.

235

La parola internet è la contrazione della frase “interconnected network”,

anche se nella terminologia comune Internet indica la rete

globale.

236

L’internetworking permette il collegamento

tra due host tra loro eterogenei, appartenenti a reti

diverse, separati anche da grandi distanze.

237

Internet è formata da diverse tipologie di reti:

Dorsali (backbone) per interconnettere altre reti.

Connessioni di reti regionali, per esempio, di università.

Reti commerciali che forniscono l’accesso alle dorsali per gli abbonati del servizio ad internet.

Reti locali, come aziende o organizzazioni.

238

Per connettere due reti WAN occorre un

dispositivo (router) connesso a entrambe le reti e che sia in grado di trasferire i pacchetti di

dati da una rete all’altra.

239

Il problema principale è trovare un percorso

che consenta ai pacchetti generati da un host sorgente di arrivare all’ host di destinazione.

240

Nel caso in cui gli host sorgente e destinazione siano connessi a

sottoreti diverse, i pacchetti devono attraversare un certo numero di nodi intermedi, che

connettono tra loro le varie sottoreti.

241

Il compito del router è:

Routing (instradamento): scegliere il dispositivo (nodo intermedio) successivo a cui consegnare il pacchetto, in modo che questo proceda verso la destinazione finale.

Forwarding (spedizione), inoltro vero e proprio del pacchetto verso la destinazione finale.

242

Breve storia di Internet.

1957- Gli Stati Uniti formano l’ ARPA (agenzia per i progetti di ricerca avanzata), un dipartimento della difesa incaricato di studiare applicazioni di scienza e tecnologia ad uso militare.

1962- Parte il progetto di realizzare una rete in grado di continuare a funzionare anche in caso di attacco nucleare. Il progetto finale sarà una rete a commutazione di pacchetto.

243

1968 – Nasce la rete ARPAnet con il

collegamento dei primi quattro siti

(quattro università che usavano

tutte sistemi diversi). 1972 – La rete ARPAnet collega 32 nodi

(università e strutture governative)

usando linee telefoniche, reti

satellitari e onde radio;

viene creato un programma per la posta

elettronica usato dai docenti

universitari per comunicare con i colleghi.

244

1982 – Protocollo TCP/IP.1983 – ARPAnet viene divisa separando la

parte pubblica (ARPAnet e poi

Internet) da quella militare (MILnet).1989 – Nasce il servizio Web al CERN, il

centro Europeo per la ricerca sulla

fisica nucleare.1990 – Linguaggio HTML

245

1991 – Il protocollo del CERN divenne il

WWW ( World Wide Web ), che si

basava sull’organizzazione dei

documenti mediante ipertesti.1993 – Browser Mosaico1994 – Netscape e Yahoo1997 – Commercio elettronico

246

Indirizzi IP

Gli indirizzi IP sono dei numeri che identificano in modo univoco ciascun nodo della rete ( computer, router ). Gli indirizzi IP sono numeri di 32 bit

scritti in notazione decimale puntata: 198.188.3.15

Quattro gruppi da 8 bit, per un valore massimo di 255.

247

Le reti TCP/IP usano un indirizzo IPv4 per identificare un computer host e la rete di appartenenza.

La struttura dell’indirizzo è:IP address

Indirizzo di rete indirizzo di host

248

Classe A: Rete (8 bit) Host (24 bit)

Utilizzata per reti di grandi dimensioni

Bit 0 = 0

Rete (7bit) = 126 reti (da 0 a 127)

Indirizzo locale (24 bit) =16 Mega host

Classi di indirizzi

249

Classe B: Rete (16 bit) Host (16 bit)

Utilizzata per reti di medie dimensioni

Bit 0 = 1, bit 1 = 0

Rete (14 bit) = 16.384 reti (da 128 a 191)

Indirizzo locale (16 bit) = 65.534 host

250

Classe C : Rete (24 bit) Host (8bit)

Utilizzata per reti di piccole dimensioni

Bit 0 = 1 bit 1 = 1 bit 2 = 0

Rete (21 bit) = 2 Mega (da 192 a 223)

Indirizzo locale (8 bit) = 254 hostClasse D : indirizzo multicast

bit 0123 = 1110 Rete (28 bit) (da 224 a 239)Classe E : sperimentale (da 240 a 255)

251

Sono stati riservati 3 gruppi di indirizzi che non vengono usati si Internet e che

possono essere usati arbitrariamente in una rete locale.

Da 10.0.0.0 a 255.255.255.255Da 172.16.0.0 a 172.31.255.255Da 192.168.0.0 a 192.168.255.255

Questi indirizzi possono essere usati anche per reti collegate a Internet attraverso un proxy server o un firewell.

252

Bisogna ricordare le seguenti regole:

Tutte le stazioni sullo stesso segmento di rete devono avere lo stesso indirizzo di rete (per collegare reti con indirizzi di rete diverso serve un router).

L’indirizzo della rete è:

classe A: w.0.0.0

classe B: w.x.0.0

classe C: w.x.y.0

253

L’indirizzo di rete 127 è riservato a funzioni di loopback; i pacchetti spediti a indirizzi del tipo 127.x.y.z sono trattati come pacchetti in arrivo; in questo modo non serve che il mittente conosca il proprio indirizzo: l’indirizzo 127.0.0.1 rappresenta la stazione di lavoro o localhost.

254

Gli indirizzi di rete o di stazione con tutti i bit a 0 o tutti i bit a 1 hanno significati speciali:

Un indirizzo in cui tutti i bit dell’indirizzo di rete sono 0 indica la rete corrente.

Un indirizzo con tutti i bit a 0 (0.0.0.0) indica la stazione corrente.

Un indirizzo con tutti i bit a 1 (255.255.255.255) rappresenta l’indirizzo di broadcast per la rete corrente; i router non inoltrano tale broadcast oltre il segmento di rete locale.

255

Un indirizzo di rete seguito da tutti 1 nella parte riservata alla stazione rappresenta l’indirizzo di broadcast di quella rete:

Classe A: w.255.255.255Classe B: w.x.255.255Classe C: w.x.y.255

256

Quindi:

La parte riservata alla rete non può mai essere costituita da tutti 0 (perché indica la rete corrente) e da 127 (che ha funzioni di loopback).

La parte riservata alla stazione non può mai essere costituita da tutti 0 (perché questo rappresenta l’indirizzo della rete), né da tutti 1 (perché questo rappresenta l’indirizzo di broadcast).

257

Le maschere di sottorete (subnet mask) indicano quali bit dell’indirizzo rappresentano la porzione della rete.

Classe A: 255.0.0.0Classe B: 255.255.0.0Classe C: 255.255.255.0

258

Quando una stazione mittente deve inviare un pacchetto

a una certa destinazione usa la maschera di sottorete

per determinare se il destinatario si trova sulla stessa rete locale o su una rete remota.

259

L’indirizzo IP del mittente e del destinatario (indicato nel pacchetto

IP)vengono confrontati con la

maschera di sottorete con un operazione di AND.

192.168.2.56 255.255.255.0

260

Se il mittente e il destinatario si trovano sulla stessa rete il

pacchetto può essere inviato direttamente

(utilizzando il protocollo ARP).

261

Se il destinatario si trova in una rete diversa

il mittente utilizza la tabella di routing per individuare a quale

router inviare il pacchetto.

262

Le tabelle di routing contengono una registrazione per ogni rete

conosciuta e riportano in corrispondenza il router da

utilizzare.Se la rete di destinazione non è presente nella tabella di routing il pacchetto viene inviato a un

router di default.

263

Indirizzi IPv6

La versione IPv6 offre indirizzi a 128 byte.

Gli indirizzi sono scritti con 8 gruppi di 4 cifre esadecimali separati dal carattere :

1079:0005:AB45:0000:34CD:87AB:0043:8000

Si calcola che IPv6 possa fornire più di un milione di indirizzi per ogni metro quadrato di

superficie del pianeta.

264

DNS (Domain Name System)

In una rete che usa il TCP/IP ogni stazione è identificata da un indirizzo IP; al posto degli indirizzi si possono

usare dei nomi. DNS è un sistema di risoluzione dei

nomi usato per associare nomi di host e destinazioni di posta elettronica a

indirizzi IP.

265

I nomi di dominio

Gli indirizzi simbolici sono di solito individuati da sigle

computer.sottorete.rete.zonaLa prima parte indica il nome del

computer. La parte restante (sottorete.rete.zona),detta dominio,

individua l’ente, l’azienda o l’organizzazione a cui il computer è

collegato.

266

Un indirizzo internet ha quindi una struttura gerarchica

di dominio e sottodominio, concatenati con il punto: ogni gruppo di caratteri indica un

livello inferiore rispetto a quello che sta alla sua destra dopo il

punto.

267

L’ultima parte a destra è detta dominio di livello alto (TLD) e può

essere geografico od organizzativo. I domini geografici sono identificati da due caratteri che identificano la

nazione: it per italia, uk per regno unito ecc. I domini di tipo organizzativo sono

categorie di enti o aziende, per esempio: com, org, edu, net

268

I domini al di sotto dei top level si chiamano sottodomini e devono

essere autorizzati da Enti internazionali di controllo. La definizione di eventuali altri

sottodomini a livello gerarchico è lasciata al gestore del dominio

locale.

269

TLD

.edu .com .net .org

mit.edu ariza.edu w3.org museo.org

270

Il DNS oltre a stabilire la corrispondenza tra indirizzo IP numerico e indirizzo simbolico,

usa un database di nomi simbolici distribuito sui vari server collegati a internet in

tutto il mondo.Il DNS è servizio fornito dal livello applicativo del TCP/IP

271

I domini vengono creati in base alle necessità dell’organizzazione,

non in base alla struttura fisica delle reti.

272

Protocolli del livello di rete

Protocolli routed: preparano i pacchetti incapsulando le informazioni che arrivano dai livelli superiori e trasportano i pacchetti a destinazione.

Protocolli routing: sono usati dai router per individuare i percorsi, scambiare le informazioni sui percorsi.

273

Protocolli di rete Protocolli ausiliari: - di controllo usati dai router per esempio per stabilire se la destinazione è attiva o per controllare la

congestione; - di neighbor greetings permettono ai pc di una rete locale di sapere

quali router sono collegati alla rete (e viceversa ai router di individuare i pc

presenti sulla rete)

274

Il protocollo IP

Il protocollo IP è un protocollo di livello di rete,

non connesso e non confermato, che riceve i dati dal livello trasporto e li

incapsula in pacchetti (o datagram). Il protocollo IP è un protocollo routed

(instradabile) che si occupa di portare a destinazione le informazioni.

275

Se il destinatario si trova sullo stesso segmento di rete del mittente

il pacchetto viene inviato direttamente (tramite ARP),

altrimenti bisogna esaminare la tabella di routing del mittente per

trovare il router a cui inviare il pacchetto; se la rete di destinazione

non è presente nella tabella il pacchetto viene inviato al router

predefinito.

276

I protocolli ARP e RARP

Il protocollo ARP (Address Resolution Protocol) è un

protocollo di livello 3 (rete) che consente di determinare

l’indirizzo fisico MAC noto l’indirizzo IP.

277

Il protocollo RARP(Reverse Address Resolution

Protocol) funziona in modo analogo

al protocollo ARP, ma procede nella direzione opposta.

278

Per essere realmente spedito ad un nodo il pacchetto IP

deve essere inserito in un frame del livello data link e

inviato sul mezzo fisico il frame deve contenere l’indirizzo

fisico (MAC) del destinatario.

279

Un host che deve spedire un pacchetto ad un’altro host sulla

stessa rete locale manda, in broadcast sulla rete, un

pacchetto contenente l’indirizzo IP del nodo destinatario;

tutte i nodi lo ricevono ma solo il nodo che ha quell’indirizzo IP risponde mandando il proprio

indirizzo MAC.

280

Normalmente si mantiene presso ogni host una tabella

(detta cache ARP), con tutte le coppie di indirizzi IP-MAC già conosciuti, e la si aggiorna

periodicamente per evitare che diventi obsoleta.

I meccanismi di broadcasting servono ad aggiornare tali

tabelle.

281

IL protocollo ICMP

ICMP (Internet Control Message Protocol) è un protocollo di controllo di

livello di rete usato dai router per segnalare eventuali guasti.

Viene usato anche per testare la rete, per esempio dal comando PING e

TRACEROUTE (o tracert ) per verificare se è possibile comunicare con una

stazione.

282

PING 192.168.3.54

TRACEROUTE 192.168.3.54

283

Algoritmi di routing

I router sono dispositivi di livello 3 il cui compito principale è

l’instradamento dei pacchetti. Quando il router riceve un pacchetto verifica l’indirizzo di destinazione: se l’indirizzo corrisponde ad un router, inizia il processo di forwarding per

stabilire su quale linea deve instradare il pacchetto.

284

Per poter scegliere tra linee differenti,

è necessario stabilire quale sia il percorso migliore

in base alla valutazione di alcuni

parametri.

285

Metrica

Un router può utilizzare una o più metriche per determinare

il percorso ottimale lungo il quale inoltrare il traffico di rete.

La metrica è un valore numerico utilizzato per pesare la bontà di una

via rispetto a un determinato criterio.

286

Le metriche più utilizzate si basano sugli hop count

(numero di nodi attraversati) oppure sulla misura di parametri

quali: banda disponibile, affidabilità, costo, carico e tempi

di ritardo.

287

Caratteristiche di un algoritmo di routing

Ottimizzazione: è la capacità di scegliere la via migliore in base ai parametri utilizzati.

Semplicità: deve essere efficiente con un software minimo e un basso utilizzo delle risorse hardware.

Robustezza: a fronte di guasti hardware e di alto traffico deve continuare a lavorare.

288

Rapidità di convergenza: si dice che una rete ha raggiunto la convergenza quando tutti i router raggiungono un consenso sulle vie da adoperare.

Flessibilità: capacità di adattarsi rapidamente a diversi possibili cambiamenti nelle reti.

289

Protocolli di routing interni ed esterni

Un sistema autonomo è una rete o un insieme di reti sotto il controllo

amministrativo di una singola entità o autorità.

Ogni sistema autonomo è identificato da un numero, attribuito da un Ente.

290

I protocolli che agiscono all’interno di un AS sono detti

IGP (Internal Gateway Protocol).

I protocolli che fanno routing tra diversi AS sono detti EGP

(External Gateway Protocol)

291

Gli algoritmi di routing possono essere classificati come statici e dinamici.

Negli algoritmi statici le tabelle di routing sono compilate manualmente da un amministratore di rete.

Negli algoritmi dinamici (o adattivi) le tabelle vengono continuamente aggiornate in automatico in funzione delle informazioni che arrivano al router sui cambiamenti della rete.

292

Classificazione dei protocolli di routing.

Link state. Tutti i nodi hanno una mappa aggiornata di

tutta la rete. Per ogni nodo si conoscono tutti i possibili percorsi, quindi si può facilmente calcolare il percorso a costo minore.

Distance vector. Ad ogni riga della tabella è associato un

vettore che contiene per ogni destinazione la migliore distanza conosciuta e la linea di uscita da utilizzare.

293

I principali protocolli di routing.

RIP (Routing Information Protocol). E’ un protocollo distance vector,usa come

metrica il numero dei salti (hops).

Prevede l’aggiornamento delle tabelle ogni 30 sec. Il limite di questo protocollo è che permette un numero massimo di salti pari a 15; ogni stazione più lontana di 15 salti viene considerata non raggiungibile; quindi è adatto solo per reti di piccole dimensioni.

294

OSPF (Open Shortest Path First). E’ un protocollo link state, che quindi

si adatta velocemente ai cambiamenti di topologia, supporta vari tipi di metrica

(hop, banda, ritardo, carico, affidabilità, costo).

295

IGRP (Interior Gateway Routing Protocol) E’ un protocollo sviluppato da CISCO, è considerato un evoluzione del RIP. Utilizza una metrica più articolata (banda,

ritardo, affidabilità e carico), è in grado di gestire più percorsi per la

stessa destinazione. Prevede l’aggiornamento delle tabelle ogni

90 sec.

296

EIGRP è la versione avanzata di IGRP. Archivia le informazioni utilizzando tre tabelle:1. Tabella dei vicini.2. Tabella della topologia, in cui sono

contenute informazioni di routing ricevute da altri nodi.

3. Tabella di routing che contiene informazioni sulle destinazioni conosciute.

297

Protocolli del livello di Trasporto

TCP ( Transfer Control Protocol )

UDP ( User Datagram Protocol )

298

Il TCP è un protocollo orientato alla connessione e affidabile, garantisce la consegna delle informazioni in modo ordinato.

Per stabilire la connessione, TCP esegue un processo di scambio di informazioni a tre vie (handshaking) tra il mittente ed il destinatario.

299

Per la consegna TCP usa il protocollo IP che è non connesso e non affidabile; quindi aggiunge i meccanismi per confermare il

ricevimento dei dati, ritrasmettere i dati perduti o danneggiati e per riordinare il

flusso dei dati.

300

L’indirizzo di destinazione nel livello di trasporto è chiamato

porta.La porta di destinazione indica l’applicazione con cui si vuole comunicare sulla stazione di

destinazione.

301

Il numero di porta corrisponde alla tabella delle Well Known Port, che associa un numero tipico di porta ai protocolli più noti.I numeri sono fissati a livello internazionale.

302

Well Known Port 20, 21 FTP (File Transfer Protocol) 23 TELNET 25 SMPT (Simple Mail Transfer Protocol) 53 DNS (Domain Name Sistem) 80 HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) 110 POP3 (Post Office Protocol)

303

L’utilizzo del concetto di porta permette di eseguire più

applicativi contemporaneamente,

come trasferire un file sulla rete mentre si usa il browser per

consultare pagine web.

304

L’UDP è un protocollo non orientato alla connessione, non viene stabilita alcuna sessione di comunicazione, l’UDP invia i pacchetti sulla rete senza richiesta di conferma.

305

È utilizzato da applicazioni che inviano piccole quantità di dati e che ripetono spesso l’invio nel tempo, oppure nello streaming audio e video dove è necessario un alta velocità di trasferimento.

306

TCP = posta raccomandata

UDP = posta ordinaria

307

Protocolli del livello Applicazione

TelnetFTP (File Transfer Protocol)TFTP (Trivial File Transfer Protocol)SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)POP3 (Post Office Protocol )SNMP (Simple Network Management Protocol )HTTP (Hyper Text Transfer Protocol)

308

Telnet è un protocollo che permette a un utente

di collegarsi, tramite l’elaboratore locale,

ad un qualsiasi altro elaboratore remoto, connesso alla rete.

309

L’host connesso in telnet è un terminale virtuale remoto che funziona come client in

un applicazione client/server

310

FTP

Il protocollo serve per trasferire file tra due host.

FTP ServerFTP Client

311

FTP usa due connessioni: controllo, serve al client per inviare comandi e ricevere risposte,connessioni dati per il trasferimento dei file .

312

Tre distinte fasi di una sessione FTP

Autenticazione del client

Trasferimento di file

Chiusura della connessione

313

TFTP

Il protocollo TFTP è una versione semplificata del FTP, serve per

trasferire file di inizializzazione a dispositivi programmabili quali

router e switch.

314

SMTP

E’ l’applicativo che permette di inviare posta elettronica (e-mail) agli

utenti della rete.E’ un protocollo monodirezionale,

dopo aver stabilito una connessione solo il client può inviare messaggi

mentre il server ha solo il compito di ricevere.

315

Ogni utente è identificato da un indirizzo di posta utente@gestoredelservizio

il procedimento di invio avviene in modalità batch, ritentando più volte l’invio, sino a quando il server non diventa raggiungibile.

316

Il POP3 è il protocollo di accesso alla posta con il principio della casella postale: la posta rimane in giacenza in uno spazio riservato (mailbox) finché non viene rimossa.

Il server che fornisce il protocollo POP3 utilizza la porta 110.

317

SNTP è un protocollo per la gestione degli apparati di rete

( computer, router, bridge ecc.), basato su UDP.

E’ stato progettato per inviare dati sullo stato della rete ad un centro

di gestione che li interpreta.

318

HTTP

Il protocollo definisce un metodo di interazione client/server ottimizzato per lo scambio di messaggi brevi e velici, necessari per la connessione tra un client web ed un server web.

319

Nel protocollo HTTP le risorse della rete sono identificate con un indirizzo simbolico detto URL (Uniform Resource Locator)

320

I documenti, organizzati in modo ipertestuale, sono scritti usando il linguaggio HTML (Hypertext Markup Language) che utilizza tag (marcatori) interpretabili da un programma visualizzatore (browser) per formare le pagine grafiche di internet.

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