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Capitolo 1 - parte 1

Corso Reti ed ApplicazioniMauro Campanella

Como 2005

M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap1-2 pag. 2

Precisazione

Noi ci occuperemo solo dellatrasmissione di informazione informato digitale.

Un segnale analogico è basato suuna variazione continua, mentreun segnale digitale può assumeresolo valori discreti di un insiemefinito.

Ma molto di quanto diremo èapplicabile anche a retianalogiche


Elementi della comunicazione

Salve

- Sorgente ed una destinazione

- Mezzo trasmissivo

- linguaggio comune

- Sistema di emissione e ricezione compatibili


La complessità

Le reti sono apparentementecomplesse, cioè composte dimolti “mattoni”:

– linee su mezzi diversi– calcolatori ai bordi– routers “nella” rete– applicazioni– software di trasmissione

router workstationserver

portatile


Problema

Come trovare un modo di trovareuna struttura logica in una rete ?

Come trovare una astrazione che aiuti aprogettare e discutere delle reti ?


Un esempio diverso:acquisto e consegna merci fra ditte

Ufficio Vendite Una serie di passi abbastanzaprecisi e ben distinti, dalmomento dell’ordine almomento in cui la merceviene consegnata.

Scendiamo ancora più neldettaglio

Magazzino

Ditta di trasporti

Mezzo di Trasporto

Consegna


Acquisto e consegna merci: i dipartimenti

Ditta di trasporti

Ufficio Vendite 1

Magazzino

Camion

Ogni “strato” ha un compito precisoe fornisce “un servizio”

Ha procedure interne che non sononote (ne hanno interesse) agli altristrati

La comunicazione fra strati avvienesecondo precise regole

Non avvengono comunicazioni frastrati non contigui (di solito…)

Ogni strato si affida ai servizi diquello sottostante


La sequenza completa è:

Ditta di trasporti

Ufficio Vendite 1

Magazzino

Camion

Strade

Ufficio Acquisti 2

Camioncino

Ditta di trasporti 2

Magazzino 2


La struttura logica è orizzontale !

Ditta di trasporti

Ufficio Vendite 1

Magazzino

Camion

Strade

Ufficio Acquisti 2

Camioncino

Ditta di trasporti 2

Magazzino 2


La struttura logica

Ogni strato (layer in inglese) parla solo con lo stratocorrispondente nell’altra ditta, con un linguaggio(protocollo) specifico, che l’altro strato remoto capisceperfettamente.

Ogni strato si affida ai servizi dei propri strati sottostanti,che a loro volta parlano orizzontalmente con un proprioprotocollo diverso.

Le due ditte trasporti, per esempio, possono decidere discambiarsi la merce a metà strada, senza neancheconoscere il contenuto dei pacchi, ma conoscendo bene lestrade.


Pile di strati o gerarchie di protocolli

Diamo una definizionepiù precisa di:

- protocollo- servizio (interfaccia)


Protocollo

Un esempio di protocollo umano ed uno legato a TCP:

Ciao

Ciao

Che ore sonoper favore ?

le 14:00

TCP SYN

SYN ACKACK +

ACK +

tempo


Protocollo

Un protocollo definisce il formato e l’ordine di messaggiscambiati tra due o più entità comunicanti e definisce anchele azioni da intraprendere all’atto della ricezione otrasmissione di un messaggio o di un altro evento

Interfaccia e Servizi

L’interfaccia specifica quali operazioni primitive e servizi unostrato mette a disposizione. Un servizio è formalmentedefinita come un insieme di primitive (system calls in unsistema operativo)


La differenza tra Protocollo e Servizio

Un servizio equivale alla definizione delle operazioni che unostrato è in grado di compiere per un altro strato, ma nondefinisce come queste operazioni verranno eseguite.

Il protocollo definisce la realizzazione dei servizi.

Un protocollo è interno ad uno strato e potrebbe esseremodificato senza che i servizi che lo strato offre cambino esenza che lo strato che li usa se ne accorga


Perché usare gli strati ?

Permette di ridurre la complessità dei sistemi, permettendol’identificazione delle parti e delle relazioni fra di essi.

Permette di rendere modulare la realizzazione e lamanutenzione del sistema, sganciando le parti unadall’altra.

Nel caso delle reti, l’insieme degli strati e dei protocolli èl’architettura della rete, mentre l’insieme dei protocolli èdetta la pila dei protocolli della rete


Semplicità

Nella progettazione di una architettura basata su strati èimportante:- definire un numero di strati limitato e ciscun strato deve fornire un “salto” nell’astrazione del servizio- semplificare le interfacce- avere un passaggio minimo di informazione fra gli strati- non mescolarne le funzioni- ogni strato svolge un funzione precisa

“La perfezione non è quando non c’e più nulla daaggiungere, ma quando non vi è più nulla da togliere”


I modelli a strati per le reti

Vi sono due modelli principali di riferimento perl’architettura di una rete:

• Il modello ISO/OSI (International Organisationfor Standardisation / Open Systems Interconnection)

• Internet


Il modello OSI

7 strati, sviluppato dalleditte di telecomunicazione(ITU-T)

Non definisce i servizi ed iprotocolli, ma solo lefunzioni (lo scopo) di ognistrato


Il modello OSI

Protocolli per scambio di file, login remota, postaelettronica, applicazioni che usano la rete

Relativo alla sintassi ed alla semantica dell’informazionetrasmessa

Controlla la creazione delle sessioni fra hosts, la lorosincronizzazione e gestione dell’interazione

Accetta dati dal livello superiore, eventualmente li riducein pacchetti (con / senza garanzia / “multicast”) e2e

Smista i pacchetti fino a destinazione

Fornisce una struttura da una sequenza di bit e negarantisce la consegna. In caso frammenta i pacchetti

Si occupa solo di come trasmettere segnali in forma disequenza di bit su un mezzo di comunicazione


Il modello originale Internet

application

transport

internet

host tonetwork

Le applicazioni: login remota (telnet), posta elettronica(smtp), trasferimento di files (ftp), la risoluzione di nomiin indirizzi (DNS), HTTP per trasferimento dati web, ...

Fornisce il trasporto dei dati. Sono definiti TCP ed UDP

Internet Protocol (IP) si occupa della consegna deipacchetti (routing)

Non definito, viene solo richiesto che si occupi dellaspedizione dei pacchetti IP verso il mezzo trasmissivo


Il confronto

Entrambi sono basati su pile di strati e protocolliindipendenti e le funzionalità sono simili nei due modelli.

In entrambi lo strato di trasporto fornisce un servizio dallasorgente alla destinazione (end to end o e2e in breve),mentre gli altri sono relativi solo al primo tratto delcollegamento.

OSI ha contribuito a chiarire la distinzione fra protocollo eservizio ed il modello è stato ideato prima della creazionedei protocolli, creando problemi di confronto con la realtà.Inoltre è basato su una visione “telefonica” delle reti.

Internet ha prima creato i protocolli e quindi il modello, maè semplice !


Il modello che useremo

applicazione

trasporto

network

data link

fisico

Unisce i punti forti di entrambi imodelli e si adatta molto benealla comprensione, progettazionee gestione della maggior partedelle reti moderne di trasmissionedati.


Esempi:

applicazione

trasporto

network

data link

fisico

HTTP

TCP

IP

Ethernet

Fibra ottica

disk sharing

Appletalk

Localtalk

cavo seriale

Appletalk


Applichiamo il modello ad Internet

applicationtransportnetwork

linkphysical


linkphysical


linkphysical


linkphysical

networklink

physical

Un sistema altamentodistribuito, fatto di“entità” indipendenti.

Ogni “entità”implementa le funzionidei vari strati, anchenon tutte.

Ogni strato scambiamessaggi con lo stratoanalogo di un’altraentità utilizzando unprotocollo.


La comunicazione “logica”


linkphysical


linkphysical


linkphysical


linkphysical

networklink

physical

datiPer esempio lo strato diTrasporto:

riceve dati daun’applicazione,l’indirizzo di destinazionee forma in “datagramma”da inviare al destinatario.

Sceglie un trasporto ditipo affidabile, che negarantisca la consegna

dati

transport

transport

dati

ack


Il percorso fisico dei dati


linkphysical


linkphysical


linkphysical


linkphysical

networklink

physical

dati

dati


Gli strati ed i datiOgni strato riceve dei dati da spedire dallo strato adiacente.Aggiunge (toglie) informazione specifica nella forma di un“header” e crea una nuova unità di informazione da trasmettereallo strato successivo (bamboline russe…)

applicazionetrasporto

retedata link

fisico

applicazionetrasporto

retedata link

fisico

sorgente destinazione

M

M

M

M

H tH tH nH tH nH l

M

M

M

M

HtHtHnHtHnHl

messaggio

segmento

datagramma

frame


Gli strati ed i dati

La frammentazione e de-frammentazione sono possibili fra strati


Messaggi interi o pacchetti?

Perché spezzare un blocco di dati in pacchetti ?

- si trasmette più velocemente il blocco (vedi esercizi nel libro)- in caso di ritrasmissione, se ne ritrasmette solo il frammento andato perso (livello di trasporto)- si possono instradare i pacchetti su strade diverse in caso di emergenza (rete)- si semplifica l’operazione di “store and forward” delle apparecchiature nel cuore della rete (rete e data link)- si garantisce una minor probabilità di errore in trasmissione sull’intero blocco (fisico)


Servizi fra strati

I servizi di inoltro che uno strato può offrire a quello superioresono essenzialmente due:

- orientato alla connessione, simile al sistema telefonico, in cui prima di far transitare la voce viene creato un canale fra le due entità

- senza connessione, simile al sistema postale, in cui una lettera viene inviata senza certezza che sia recapitata o del tempo necessario


Servizio orientato alla connessione

Scopo: Trasferire in modoaffidabile dati fra sistemi

Richiede una fase di handshaking(accordo) iniziale, in cui

- vengono definiti dal protocollo i parametri della connessione se necessario

- viene creato uno “stato” per la connessione in entrambi i nodi

TCP [RFC 793]fornisce un trasferimento affidabile diuna sequenza (stream) di bytes

– per eliminare le perdita:acknowledgements eritrasmissioni

controllo di flusso:– il mittente è in grado di modulare

la velocità di emissionecontrollo di congestione:

– mittente diminuisce la velocità ditrasmissione se si accorge di unaperdita di pachetti


Servizio senza connessione

Scopo: trasferire dati fra sistemi

UDPUser Datagram Protocol [RFC 768]:

– non stabilisce una connessione(ovviamente)

– non garantisce il trasferimentosenza perdita di dati

– non ha controllo di flusso– non ha controllo della

congestione

Applicazioni che usano TCP:HTTP (Web), FTP (file transfer),Telnet (terminale alfanumericoremoto), SMTP (e-mail)

Applicazioni che usano UDP:video e streaming media,teleconferenza, DNS, Voce su IP(Internet telephony)


L’indirizzamento fra strati

Ogni strato deve avere unmeccanismo per identificare(gli strati corrispondenti dei)mittenti e riceventi.

Dato che una rete è compostada molti nodi, è necessarioavere una forma diindirizzamento. Tale indirizzopuò essere specifico di unsingolo strato e a volte deveessere univoco a livellomondiale.

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Rossi

Filippo

Pianeta Terra...


Indirizzamento - Esempio

HTTP

TCP

IP

Ethernet

Fibra ottica

Corrisponde ad una numero preciso di porta (80) delservizio, ma puo’ sceglierne anche una diversa. Usaanche il nome del destinatario o l’indirizzo IP numerico

L’header specifico indica che è TCP (non UDP)

L’indirizzo univoco a livello mondiale dell’interfaccia,(intero, 32 bit, unsigned) scritto nella forma 111.22.333.4

Un indirizzo univoco a livello locale per il data link, dettoMAC (per Medium Access Control) nella forma08:00:2B:AF:2C:16 (esadecimale - 6 bytes)

Nulla, non ha semantica !

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