Corso Reti ed Applicazioni Mauro Campanella Como 2003cmp/CorsoReti/slides04/Cap1-2.pdf ·...

36
Capitolo 1 - parte 2 Corso Reti ed Applicazioni Mauro Campanella Como 2003

Transcript of Corso Reti ed Applicazioni Mauro Campanella Como 2003cmp/CorsoReti/slides04/Cap1-2.pdf ·...

Capitolo 1 - parte 2

Corso Reti ed ApplicazioniMauro Campanella

Como 2003

Cap1-2 pag. 2M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

Modello a strati

applicazione

trasporto

network

data link

fisico

Il modello che useremo prevede5 strati che svolgono serviziper gli altri strati attraverso interfacceutilizzando uno o più protocolli.

Gli strati parlano orizzontalmente fra loroutilizzando i protocolli interni.

Gli strati parlano verticalmente solo congli strati attigui attraverso interfacce.

5

4

3

2

1

Cap1-2 pag. 3M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

Internet

applicazione

trasporto

network

data link

fisico

smtp , http, dns, ftp, telnet, ...

Ethernet, Wireless, PPP, SDH...

Fibra ottica, Rame, Radio, ...

ICMPTCP UDP

IP

5

4

3

2

1

Cap1-2 pag. 4M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

L’impostazione del corso

Il corso seguirà un percorso dallo strato diapplicazione verso il basso (top-down)anziché quello classico dal basso (bottom-up)per:

- dare la giusta importanza e tempo allo strato di applicazione- motivare e rendere possibile da subito l’uso di Internet- dare centralità al modello di Internet ed ai suoi principi base

applicazione

trasporto

network

data link

fisico

5

4

3

2

1

Cap1-2 pag. 5M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

Capitolo 1 - indice della parte finale

• nomi e dimensioni delle reti• commutazione (switching) di pacchetto o di circuito• messaggi o pacchetti ?• il ritardo (delay)nelle reti• la perdita (loss) di pacchetti• accodamento e congestione

• la storia di Internet ed i principi base• chi è chi nelle reti

• data link e strato fisico: rimandati

Cap1-2 pag. 6M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

Nomi e dimensioni delle reti

Storicamente si è distinto fra:• WAN : wide area network - scala regionale o superiore• MAN : metropolitan area network - scala cittadina• LAN : local area network - zona ristretta - edificio/Campus

Questo anche perché le tecnologie trasmissive ed i data linkfino a 5/6 anni fa erano diversi a seconda delle distanzegeografiche da servire:

• WAN - PDH, SONET/SDH, HDLC• MAN - FDDI, DQDB• LAN - Ethernet, Token Ring

Cap1-2 pag. 7M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

La fibra ottica

Oggi la fibra ottica e losviluppo delle tecnologiehanno reso la distinzionenon necessaria, utile solologicamente.

Cap1-2 pag. 8M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

Sono possibili distanze didecine o centinaia dikilometri senza amplificazione(l’intera lombardia…).

Si può trasportare qualsiasidata link “sensato”, dandola massima libertà diprogettazione esemplificando la rete (unsolo data link !).

La fibra ottica

Cap1-2 pag. 9M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

La struttura di Internet

La struttura è moderatamentegerarchica:Dorsali (backbones)- nazionali/internazionali

– per es. BBN/GTE, Sprint,AT&T, IBM, UUNet, GARR,GÉANT, I2

– collegati (peer) l’un l’altrocon linee private, or in puntidi accesso neutri (NAPs)

- regionali- locali, casalinghe...

Dorsale A

Dorsale B

NAP NAP

ISP regionali

ISP regionale

ISPlocale

ISPlocale

Cap1-2 pag. 10M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

La struttura di Internet

I “tier-1” ISPs (ISP di livello 1) (e.g., UUNet, BBN/Genuity,Sprint, AT&T), pochi ed a copertura mondiale:

– accordi tra pari di scambio traffico– multipli punti di scambio (“peering”), al massimo un

paio fra gli stessi ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier-1con peering“privato”

NAP

Tier-1 si connettonofra loro anche inpunti “neutri” pereconomia di scala

Cap1-2 pag. 11M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

La struttura di Internet

“Tier-2” ISPs: più piccoli, spesso regionali– si collegano ad uno o più Tier-1 (per affidabilità) e

fanno peering con altri Tier-2

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

NAP

Tier-2 ISPTier-2 ISP

Tier-2 ISP Tier-2 ISP

Tier-2 ISP

Un Tier-2 ISPpaga (a volume) iTier-1 ISP per laconnettività alresto di InternetUn Tier-2 ISP ècliente dei Tier-1

Anche i Tier-2ISPs hanno peerprivati nei NAP

Cap1-2 pag. 12M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

La struttura di Internet

ISP locali (“Tier-3”)– l’ultimo livello prima degli utenti (rete di accesso)

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

NAP

Tier-2 ISPTier-2 ISP

Tier-2 ISP Tier-2 ISP

Tier-2 ISP

ISPlocale

ISPlocale

ISPlocale

ISPlocale

ISPlocale Tier-3

ISP

ISPlocale

ISPlocale

ISPlocale

ISP locali sono aloro volta clientidi quelli digerarchiasuperiore

Cap1-2 pag. 13M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

La struttura di Internet

Un pacchetto utente transita lungo l’intera struttura.

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

NAP

Tier-2 ISPTier-2 ISP

Tier-2 ISP Tier-2 ISP

Tier-2 ISP

ISPlocale

ISPlocale

ISPlocale

ISPlocale

ISPlocale Tier 3

ISP

ISPlocale

ISPlocale

ISPlocale

Cap1-2 pag. 14M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

Il modello “a cipolla”

L’architettura classica di una rete prevede che siagerarchica, a strati concentrici, con la parte interna(dorsale - backbone o core) che possieda una capacità ditrasporto pari o superiore alla somma degli strati esterni.

Questa architettura è tutt’ora la più diffusa, anche se staaumentando il livello di magliatura della rete.

La magliatura è indispensabile per offrire percorsialternativi in caso di guasto e per bilanciare al meglio iltraffico.

Cap1-2 pag. 15M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

Esempio: GARR-B

TELIA

Linee di dorsalea 2.5 Gb/s

Punto diaccesso alladorsale

Peering a10 Gb/s

Cap1-2 pag. 16M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

Indice

• nomi e dimensioni delle reti• commutazione (switching) di circuito o di pacchetto• messaggi o pacchetti ?• il ritardo (delay)nelle reti• la perdita (loss) di pacchetti• accodamento e congestione• la storia di Internet ed i principi base• chi è chi nelle reti

Cap1-2 pag. 17M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

L’instradamento nella rete

La rete, soprattutto nella partecentrale, è una serie di routerinterconnessi in modo magliato.

Esaminiamo come funziona ilsistema telefonico.

?

Cap1-2 pag. 18M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

L’instradamento nella telefonia

Il numero fornisce automaticamente il percorso geografico (da sinistra a destra: 0099-01-2345-67-89 cioè paese ⇒ distretto ⇒ area ⇒ sottocentrale ⇒ utente finale )

Durante la fase iniziale della telefonata, viene stabilita una seriedi connessioni da una centrale all’altra tramite segnalazioneinterna per creare un circuito dedicato.Viene riservato in ogni tratto un canale a capacità garantita per lacomunicazione (circa 64 Kb/s)

Se non ci sono problemi, viene fatto squillare il telefono remoto.

Cap1-2 pag. 19M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

L’instradamento nella telefonia

Viene quindi creato una “cavo virtuale” a livello 2 (data link) frala sorgente ed il destinatario.Ogni centrale telefonica lungo il percorso inoltre deve tenerememoria di ogni trattodi circuito creato.

Una volta creato, ilcircuito “blocca” lerisorse usate, anchese al suo interno nonpassa informazione.

Cap1-2 pag. 20M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

Commutazione di circuito nei dati

Prima della trasmissione deidati, la rete provvede arealizzare un “circuito”, alivello di data link, dallasorgente alla destinazione.

Delle risorse sono bloccate inogni nodo, non vi è possibilitàdi condivisione se nonutilizzate, ma il circuito puòfornire una garanzia sullaqualità della comunicazione.

Cap1-2 pag. 21M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

Vi sono due tecniche per dividere una capacitàtrasmissiva in circuiti a capacità garantita:

- multiplazione a divisione in tempo TDM- multiplazione a divisione di frequenza FDM che nella fibra diventa:- multiplazione a divisione di lunghezza d’onda WDM

Commutazione di circuito

Le risorse della rete, in caso di commutazione di circuito,devono poter essere divise in circuiti.

Cap1-2 pag. 22M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

FDM

capacità

tempo

TDM

capacità

tempo

4 circuiti

Esempio:

Commutazione di circuito: FDM / TDM

Cap1-2 pag. 23M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

Wave Division Multiplexing

Nelle fibre è possibile utilizzare più di una lunghezza d’onda,ciascuna che può trasportare ad una data velocità un datalink differente. Vedremo meglio quando parleremo dei mezzifisici.

Cap1-2 pag. 24M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

Instradamento: commutazione di pacchetto

Esiste un’alternativa alla commutazione di circuito lacommutazione di pacchetto.

Ogni “flusso” di dati è diviso in pacchetti, che sono inviatinella rete che provvede a smistarli, decidendo ad ogni salto ilpercorso migliore.

- gli utilizzatori condividono le risorse di rete- ogni pacchetto usa l’intera velocità della linea- le risorse sono usate secondo le necessità istantanee

ma...ma...

Cap1-2 pag. 25M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

Instradamento: commutazione di pacchetto

Vi é il fenomeno della contesa per la risorsa.

La richiesta totale istantanea può superare le risorseportando alla congestione:- i pacchetti vengono accodati nei router- i pacchetti possono venire scartati (persi)

Questo può avvenire ad ogni salto (router) nella rete.I router normalmente operano in modalità diimmagazzinamento ed inoltro (store and forward).Ricevono l’intero pacchetto da una linea, locontrollano per la correttezza e quindi lo inoltrano.

Cap1-2 pag. 26M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

Multiplexing statistico

I flussi di pacchetti provenienti da A e B in genere non hannoun sequenza temporale fissa ⇒ multiplexing statistico.

Per confronto, nel caso di TDM ogni utilizzatore aveva adisposizione uno “slot” solo a tempi fissati.

A

B

CEthernet10 Mb/s

1.5 Mbs

D E

multiplexing statistico

coda di pacchettiin attesa di inoltrosulla linea d’uscita

Cap1-2 pag. 27M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

Commutazione di circuito o di pacchetto ?

Per esempio: un linea ad 1 Mb/s in cui ogni utente:

- usi 100 kb/s, se “attivo” - sia attivo il 10% del tempo

commutazione di circuito: - 10 utenti contemporaneicommutazione di pacchetto: - con 35 utenti, probabilità che > 10 siano attivi è < di .0004

La commutazione di pacchetto permette un uso più efficentedelle risorse.

1 Mb/s

Cap1-2 pag. 28M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

Commutazione di circuito o di pacchetto ?

La commutazione di pacchetto è perfetta per sorgenti ditraffico a impulsi (burst), tipico dei dati, e permette

– una condivisione delle risorse– nessuno stato per flusso, nessuna inizializzazione

ma in caso di eccessive richieste comporta perdite di dati oalmeno ritardi dovuti ad accodamento.Perciò sono necessari dei protocolli di trasferimento chegarantiscano una trasmissione affidabile e che reagiscano incaso di congestione (segnalato dalla perdita di dati).

Fornire a flussi video e audio garanzie tipiche del circuitorimane un problema aperto (Qualità di Servizio - QoS)

Cap1-2 pag. 29M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

Esempio di store-and-forward

Sono necessari L/V secondi per inviare un messaggio di L bitsu una linea che trasmette a V b/s.Il tempo che un bit impiega ad andare da un nodo all’altrosia invece r secondi.Dato che l’intero messaggio deve arrivare al router prima diessere trasmesso, il ritardo del singolo salto è di (L/V+r).In totale il tempo impiegato sarà di 18 secondi.Nel caso di un solo router ed r=1,5 s è di 13 secondi.(provare invece con V = 1Gb/s !)

L = 7,5 MbitsV = 1,5 Mb/sr = 1 sV V V

L r r r

Cap1-2 pag. 30M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

Bidirezionale / unidirezionale

I circuiti, ma anche i flussi dipacchetti hanno un versopreciso. Se la comunicazionefra A e B è bidirezionale, la siconsidera composta da 2circuiti (o flussi),- uno da A a B- l’altro da B ad A

Cap1-2 pag. 31M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

Indice

• nomi e dimensioni delle reti• commutazione (switching) di circuito o di pacchetto• messaggi o pacchetti ?• il ritardo (delay)nelle reti• la perdita (loss) di pacchetti• accodamento e congestione• la storia di Internet ed i principi base• chi è chi nelle reti

Cap1-2 pag. 32M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

Divisione del messaggio in segmenti

Dividiamo ora il messaggio dell’esempio in 5000 pacchetti esupponiamo trascurabile il ritardo di linea (r=0).

Ogni pacchetto contenga 1.500 bits

1 millisecondo per trasmettere 1pacchetto sulla linea a 1,5 Mb/s, mama

su ogni linea possono fluirecontemporaneamente pacchetti(pipelining)Il ritardo totale si riduce da 15secondi a 5,002

Cap1-2 pag. 33M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

Messaggi, pacchetti e circuiti

tempo

commutazione di circuito messaggio pacchetto

Cap1-2 pag. 34M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

La decisione sul percorso

Ogni router usa dei protocolli di livello 3 per decidere ilpercorso per ogni pacchetto.In una rete a datagrammi:

– l’indirizzo di destinazione determina il prossimo nodo– la decisione sul percorso può cambiare nel tempo– ogni datagramma può seguire un percorso diverso

In una rete a circuiti virtuali:– in ogni datagramma vi è un marchio “tag” che

identifica il circuito virtuale su cui viaggiare– il percorso è stabilito all’atto della creazione ed in

genere rimane fissato per tutta la durata del flusso– routers mantengono informazioni per ogni circuito

Cap1-2 pag. 35M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

IP e pacchetti

applicazione

TCP UDP

IP

data link

fisico

5

4

3

2

1

IP è intrinsecamente una tecnologia ditrasmissione di blocchi di dati a pacchetti(datagrammi) che vengono inviati edinoltrati singolarmente nella rete.

IP non richiede che i pacchetti poiviaggino su circuiti prestabiliti o su unasemplice rete di linee interconnesse darouter a livello 2 !

Cap1-2 pag. 36M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004

Parziale tassonomia delle reti

Reti ditelecomunicazione

Reti a commutazionedi circuito

TDM

Reti a commutazionedi pacchetto

Reti a CircuitiVirtuali (VC)

Reti adatagrammi

• La rete a datagrammi non è connessa o senza connessione, ma un semplicesmistamento di pacchetti

• E’ lo strato di trasporto che deve fornire, indipendentemente dal tipo direte di smistamento, questi servizi (TCP e UDP per IP) alle applicazioni.

WDMFDM