2 Architettura a strati 2017 - Networking...

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Marco Listanti

Architettura a stratiArchitettura a strati

T st di if im nt :

DIET DeptTelecomunicazioni (Canale 2) - Prof. Marco Listanti - A.A. 2017/2018

Testo di riferimento:J. Kurose, K. Ross: “Reti di calcolatori e Internet (4a edizione)”. Pearson Addison Wesley

Livelli di protocollo2

Livelli di protocollo

Le reti sono sistemi complessiLe reti sono sistemi complessi

hosthostroutersvariate tipologie di mezzi trasmissivip gapplicazioniprotocollih d fhardware, software

DomandaIn che modo è possibileIn che modo è possibile organizzare l’architettura

delle reti ?


delle reti ?

Esempio: organizzazione di un viaggio aereo3

Es mp o organ zzaz on un agg o a r o

biglietto (acquisto) biglietto (lamentele)

b l ( d )bagaglio (check-in)

gate (imbarco)

bagaglio (ritardo)

gate (uscita)g ( )

pista di decollo

g

pista di atterraggio

rotta aerea rotta aerea

rotta aerea

Il processo complessivo è il prodotto di una sequenza di passi elementari


sequenza di passi elementari

Stratificazione delle funzionalità4

ticket (purchase)

baggage (check)

ticket (complain)

baggage (claim

biglietto

bagaglio

gates (load)

runway (takeoff)

airplane routing airplane routing airplane routing

gates (unload)

runway (land)

airplane routing

gate

decollo/atterraggio

rotta aereaairplane routing

aeroportodi partenza

aeroportodi arrivo

centri intermedidi controllo del traffico

airplane routing airplane routing airplane routing rotta aerea

Livelli: ciascun livello realizza un servizioeffettuando determinate azioni all’interno del livello stessoeffettuando determinate azioni all interno del livello stessoutilizzando i servizi del livello immediatamente inferiore


Perché la stratificazione ?5

Perché la stratificazione ?

Quando si ha a che fare con sistemi complessiUna struttura “esplicita” consente l’identificazione dei vari pcomponenti di un sistema complesso e delle loro possibili interazioni

d ll di if i imodello di riferimento a strati

La modularizzazione facilita la manutenzione e l’aggiornamento di un sistema

modifiche implementative al servizio di uno dei livelli risultano trasparenti al resto del sistema

es.: modifiche nelle procedure effettuate al gate non condizionano il resto del sistema


s stema

Perchè la stratificazione ?6

Perchè la stratificazione ?

P l dPartiziona il processo di comunicazioni in parti indipendentiS lifi il tt l li i d il t t d iSemplifica il progetto, la realizzazione ed il test dei sistemi di telecomunicazione I protocolliI protocolli

possono essere progettati separatamente ad ogni livelloff ttu n “chi m t ” i s i i ff ti d ll st t inf ieffettuano chiamate” ai servizi offerti dallo strato inferiore

Possono essere modificati senza cambiare i protocolli di altri strati sottostanti

Architetture monolitiche sono costose, scarsamente flessibili e sono soggette a rapida obsolescenza


Open Systems Interconnection (OSI)7

Open Systems Interconnection (OSI)

h dArchitettura di reteDefinizione dell’insieme degli strati Definizione dei protocolli di ogni strato

Dagli anni ’70 ogni produttore ha sviluppato la propriaDagli anni 70 ogni produttore ha sviluppato la propria architettura a strati ProblemaProblema

computers di “vendor” diversi non possono essere interconnessi

L’architettura OSI (Open Systems Interconnection) èL architettura OSI (Open Systems Interconnection) è stata creata per consentire l’interconnessione di sistemi “multivendor”


OSI Reference Model8

OSI Reference Model

Descrive un modello di riferimento a sette strati per l’architettura di una rete

Fornisce un riferimento per lo sviluppo dei protocolli di comunicazione

Il modlelo OSI definisce i concetti di strato, protocolloe servizio che hanno ancora oggi piena validità

Sono stati definiti gli standard dei protocolli per i sette strati, ma nel tempo sono stati abbandonati

Il modello a strati TCP/IP ha superato il modello OSI utilizzando esattamente gli stessi concetti


7-Layer OSI Reference Model9

7 Layer OSI Reference Model

Application ApplicationSistemi terminali(End Systems)

ApplicationLayer

ApplicationLayer

ppy

Protocolli End-to-End

PresentationLayer

PresentationLayer

Session SessionLayer

TransportLayer

LayerTransport

Layer

Nodi di rete

NetworkLayer

Data Link

NetworkLayer

Data Link

NetworkLayer

Data Link

NetworkLayer

Data LinkData LinkLayer

PhysicalLayer

Data LinkLayer

PhysicalLayer

Data LinkLayer

PhysicalLayer

Data LinkLayer

PhysicalLayer


y yLayer Layer

Physical Layer10

Physical Layer

Ha lo scopo di trasferire i bit informativi sui mezzi trasmissiviDefinizione degli caratteristiche fisiche di un link di comunicazione

Meccanichetipo di cavi, connettori (plug, pin, …)

Elettriche/ottichemodulazione, potenza dei segnali, livelli di tensione, temporizzazione, …

Funzionali/proceduraliProcedure per attivare, matenere e deattivare i link fisicip ,

Ethernet, xDSL, modem in banda fonica, …Coppie in rame, cavi coassiali, fibre ottiche, mezzi radio, infrarossi


infrarossi, …

Data Link Layer11

Data Link Layer

Ha lo scopo di realizzare il trasferimento affidabile delle informazioni in un link trasmissivo

Formazione di unità dati denominate trame (frame)Formazione di unità dati denominate trame (frame)

Rivelazione degli errori nelle trame ed eventuale loro correzione

Attivazione supervisione e deattivazione delle connessioni a livello diAttivazione, supervisione e deattivazione delle connessioni a livello di link

Funzioni MAC (Medium Access Control) in reti locali (LAN)

Controllo di flusso

trameData Link

Layer

Physical

Data LinkLayer

Physical

trame

bits


PhysicalLayer

PhysicalLayer

Network Layer12

Network Layer

f h d l kTrasferisce i pacchetti attraverso una serie di link o attraverso una serie di retiGestisce l’indirizzamento di reteGestisce l indirizzamento di reteDefinisce le procedure di instradamento (routing) eseguite dai nodi per la determinazione dei cammini di reteDefinisce le procedure di rilancio (forwarding) dei pachetti nei nodiDefinisce le funzioni di controllo di congestioneDefinisce le procedure di setup, gestione e teardown delel connessioni di rete (modalità connection-oriented)

NetworkLayer

NetworkLayer

pacchetti


Data LinkLayer

Data LinkLayer

trame

Internetworking13

Internetworking

Internetworking è una specifica funzione dello strato di rete, ha lo scopo di gestire il trasferimento dei pacchetti attraverso una serie di reti diverseattraverso una serie di reti diverse

I router rilanciano i pacchetti tra le reti

H

H

Net 1Net 3

HNet 3

R

RR

Net 1

R = router

Net 5Net 2H H

R

RR

R

Net 2 Net 4Net 5


R = routerH = host

H

Internetworking14

InternetworkingEthernet LAN

ATMS it h

ATMNetwork

H

Switch

ATMSwitch

ATMSwitch

Net 3H

Net 3

ATMSwitch

Net 1

Net 5

Net 3R

RR

R

Net 1

Net 5Net 5Net 2H H

RRNet 2 Net 4Net 5


Transport Layer15

Transport Layer

f d d d d l h lTrasferisce i dati end-to-end dal processo attivo in un host al processo residente nell’host remotoGarantisce l’affidabilità del trasferimento di stream di datiGarantisce l affidabilità del trasferimento di stream di datiOffre un trasferimento rapido e semplice di singoli blocchi di datiGestisce i “port numbers” (indirizzi interni ai sistemi terminali)Gestisce i port numbers (indirizzi interni ai sistemi terminali)Funzioni di segmentation and reassembly dei messaggiConnection setup, maintenance, and releaseConnection setup, maintenance, and release

Transport TransportpLayer

NetworkLayer

pLayer

NetworkLayer

NetworkLayer

NetworkLayer

DIET DeptTelecomunicazioni (Canale 2) - Prof. Marco Listanti - A.A. 2017/2018Communication Network

Layer LayerLayer Layer

Application & Upper Layers16

Application & Upper Layers

Application Layerfornisce i servizi richiesti dalle applicazioni ApplicazioneDNS, web acess, file transfer, email…

Presentation Layer ApplicationLayer

consente alle applicazioni di interpretare il significato dei dati (es. cifratura, compressione, convenzioni specifiche della macchina)

PresentationLayer

S imacchina)

Session Layersincronizzazione e controllo del dialogo

SessionLayer

Transportsincronizzazione e controllo del dialogo, recupero dei dati

Layer


Application & Upper Layers17

Application & Upper Layers

Application Layerfornisce i servizi richiesti dalle

l

Applicazione

applicazioni

DNS, web acess, file transfer, email…

P i L

ApplicationLayer

TransportPresentation Layerconsente alle applicazioni di interpretare il significato dei dati (es. cifratura,

TransportLayer

g f ( f ,compressione, convenzioni specifiche della macchina)

Session LayerIncorporati nello

strato diSession Layersincronizzazione e controllo del dialogo, recupero dei dati

strato di applicazione


Pila di protocolli Internet18

Pila di protocolli Internet

Applicazione: supporto le applicazioni di reteppl caz one supporto le appl caz on d reteFTP, SMTP, HTTP

Trasporto: trasferimento dei messaggi a li ll di li i t il m d l li t Applicazionelivello di applicazione tra il modulo client e server di un’applicazione

TCP, UDP

pp

Trasporto

Rete: trasferimento dei pacchetti dall’origine al destinatario

IP protocolli di instradamento

Rete

IP, protocolli di instradamentoLink (collegamento): trasferimento dei pacchetti all’interno di una sottorete

Link

Fi iPPP, EthernetFisico: trasferimento dei singoli bit

Fisico


Concetto astratto di protocollo19

Concetto astratto di protocollo

Lo strato n in un sistema interagisce con lo strato n in un altro sistema per fornire servizio allo strato n+1

Le entità che eseguono le funzioni di uno strato all’interno di diLe entità che eseguono le funzioni di uno strato all interno di di sistemi comunicanti sono dette peer processes

La cooperazione tra entità dello stesso strato è regolata dal p gprotocollo di strato n (layer-n protocol)

Le entità di strato n (Layer-n peer processes) si scambiano unità dati denominate Protocol Data Unit (PDU)dati denominate Protocol Data Unit (PDU)

n-PDU

nEntity

nEntity


Layer-n peer protocol

Concetto astratto di servizio20

Concetto astratto di servizio

La comunicazione tra due entità è virtuale ed indiretta

Lo strato n+1 trasferisce le prorpie informazioni invocando il servizio fornito dallo strato inferiore (strato n)servizio fornito dallo strato inferiore (strato n)

I servizi sono dello strato n sono disponibili all’interfaccia tra i due strati (Service Access Points - SAP)( )

Ogni strato passa dati e informazioni di controllo allo strato inferiore fino a che è raggunto lo strato fisico che si occupa dell’effettivo trasferimentodell effettivo trasferimento

I dati che sono ricevute da uno strato da quello superiore sono denominate Service Data Unit (SDU)m D ( D )

Le SDU sono incapsulate nelle PDU nelle quali sono anche aggiunte le informazioni di controllo per l’esecuzione delle funzioni di strato


Strati Servizi e Protocolli21

Strati, Servizi e Protocolli

n+1tit

n+1entityentity entity

DUn-SAP n-SAP

n-SDU n-SDU

n entity n entityn-SDU H

n entity n entityH n-SDU


n-PDU

Unità informative22

Unità informative

(N+1)-PDU

(N)-SAP (N+1)-Strato

(N)-SDU(N)-PCI(N)-Strato

(N)-PDU


Segmentation & Reassembly23

Segmentation & Reassembly

Uno strato può imporre un limite massimo alla dimensione del blocco dati che può essere n-SDU

Segmentation(a)

del blocco dati che può essere trasferito

Se le n-SDU superano questo n-PDU n-PDU n-PDUp qlimite non possono essere trasferite in un’unica n-PDU

L i l SDU è Reassembl(b)Lato emittente: la SDU è segmentata in PDU multiple

Lato ricevente: la SDU isn-SDU

Reassembly(b)

Lato ricevente: la SDU is riassemblata a partire dalla sequenza di PDU ricevute n-PDUn-PDU n-PDU


Headers & Trailers24

Headers & TrailersOgni protocollo usa un’intestazione (header) e un suffisso (trailer) che c nt n n l inf rm zi ni di c ntr ll n c ss ri p r l’ s cuzi ncontengono le informazioni di controllo necessarie per l esecuzione delle funzioni di strato

indirizzi, numeri di sequenza, flag, codici di controllo d’errore, ecc.

Applicazione ApplicazioneAPP DATA

ApplicationLayer

Transport

ApplicationLayer

Transport

AH APP DATA

TransportLayer

NetworkLayer

TransportLayer

NetworkLayer

TH AH APP DATA

NH TH AH APP DATALayer

Data LinkLayer

Layer

Data LinkLayer

NH TH AH APP DATA

DH NH TH AH APP DATA CRC


PhysicalLayer

PhysicalLayerbits

Esempio Incapsulamento25

Esempio Incapsulamento

originemessaggio

segmentopacchetto

gApplicazione

trasportoReteHH M

Ht MM

pacchettoframe

Retecollegamento

fisicoHtHnHl MHtHn M

HtHnHl M

Collegamentofisico

HtHnHl M

d i i

switch(commutatore)

destinatarioApplicazione

trasportoHt MM

ReteCollegamento

fisicoHtHnHl MHtHn M

HtHnHl MHtHn M

trasportoRete

collegamentofisico

HtHnHl MHtHn M

t M

router


Interazione tra strati26

Interazione tra strati

layerlayer

N+1 user N provider N provider N+1 user

System A System BSystem A System B

Primitive di servizio27

Primitive di servizio

(N)-utente (N)-utente

(N+1)-entità (N+1)-entità

(N) SAP (N) SAP (N+1)-strato

(N)-strato

(N)-SAP (N)-SAP

(N)-entità (N)-entità(N)-protocollo

(N)-fornitore


Multiplexing28

Multiplexing

Condivisione del servizio di strato n da utenti multipliCondivisione del servizio di strato n da utenti multipli

E’ necessaria l’utilizzazione di etichette in ogni PDU per identificare a quale utente appartiene la SDUa qua ut nt appart n a SDU

n+1entity

n+1entity

n+1entity

y

n+1entity

N-SAP N-SAP

n entity n entityn-SDU H


H n-SDUn-PDU

Modi di servizio29

Modi di servizio

Un servizio di strato dalle entità di strato superiore con o senza un’intesa preliminarep p

nel caso in cui l'intesa sussista si parla di servizio con connessione (connection oriented)connessione (connection oriented)

legame, almeno logico e in alcuni casi anche fisico, che viene stabilito tra le parti in comunicazione

nel caso contrario si tratta di un servizio senza connessione (connectionless)( )


Servizio con connessione30

Servizio con connessione

Servizio di strato con connessionestrutturazione in tre fasi temporalistrutturazione in tre fasi temporali

negoziazione dei parametri di trasferimento

indirizzamento con identificatori di connessione

legame logico tra i segmenti informativi scambiatilegame logico tra i segmenti informativi scambiati

Es. TCP, Telefonia


Connessione di strato31

Connessione di strato

Sistema A

(N+1)-Servizio (N+1)-Servizio

Sistema B

(N+1)-SAP

(N ) r z

(N+1)-SAP

(N+1)-Entità

(N)-Servizio

(N+1)-Entità

(N)-Servizio

(N+1)-Strato

(N)-SAP (N)-SAP

(N)-Connessione(N)-Strato

(N-1)-Strato


Corrispondenze tra connessioni32

Corrispondenze tra connessioni

Emettitore Ricevitore

N N

N-1 N-1

Multiplazionell t t N

Demultiplazionell t t Nallo strato N allo strato N


Servizio senza connessione33

Servizio senza connessione

Servizio di strato senza connessioneuna sola fase temporaleuna sola fase temporale

assenza di negoziazione

uso di indirizzi espliciti per l’origine e la destinazione

indipendenza e autoconsistenza dei segmenti p ginformativi scambiati

Es. IP, UDP


Architettura protocollare34

Architettura protocollare

Protocolli di utilizzazioneStrati di tili i

Strati di tili iutilizzazione

Strati ditrasferimento





utilizzazione

Apparecchioterminale

Apparecchioterminale

trasferimento trasferimentotrasferimentotrasferimento trasferimento

Nodo diaccesso

Nododi transito

Nodo diaccesso

Retedi accesso

Retedi trasporto

Retedi accesso

rete

rete

Bord

o di

r

Bord

o di

r

Protocollidi accesso

Protocollidi transito

Protocollidi accesso


di transitodi accesso

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