Elaborazione e trasmissione delle Elementi di Informatica ... · Elementi di Informatica e...
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Elementi di Informatica e Programmazione
Le Reti di Calcolatori
Corsi di Laurea in:
Ingegneria CivileIngegneria per l’Ambiente e il Territorio
Università degli Studi di Brescia
Docente: Daniela Fogli
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 22
Elaborazione e trasmissione delle informazioni
Reti di Reti di
TelecomunicazioneTelecomunicazione
HwHw e Sw dei e Sw dei
CalcolatoriCalcolatori
Reti di CalcolatoriReti di Calcolatori
Convergenza
dei due settori
Rete di calcolatori: insieme di calcolatori tra loro
collegati mediante una rete di telecomunicazione
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 33
Finalità di una rete di calcolatori
Condivisione risorse
Comunicazione fra utenti
Miglioramento dell’affidabilità del sistema complessivo (risorse alternative)
Risparmio attraverso decentramento
Accesso a informazioni e servizi remoti
�Le finalità variano a seconda che la rete sia di grandi o piccole dimensioni (es. reti di calcolatori private nelle aziende)
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 44
I mezzi di trasmissione
Mezzo fisico utilizzato come canale di trasmissione
Mezzi guidati: linee fisiche che portano il segnale
Mezzi non guidati: irradiazione di segnali elettromagnetici nello
spazio
I mezzi guidati trasmettono segnali elettrici oppure ottici
Doppino telefonico
Cavo coassiale
Fibra ottica
Il mezzo non guidato è lo spazio che permette la trasmissione di
onde radio
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 55
Caratteristiche dei mezzi di trasmissione e del segnale
Capacità del canale (larghezza di banda): grandezza che misura il numero di bit che il canale è in grado di trasmettere nell’unità di tempo (maggiore è la larghezza di banda, maggiore è la velocità di trasmissione)
Grado di attenuazione del segnale: l’energia del segnale si riduce anche in base alla distanza percorsa (necessità di ripetitori)
i segnali trasmessi su doppino telefonico subiscono attenuazione maggiore di quelli trasmessi su cavi coassiale e questo a sua volta determina attenuazione maggiore rispetto alle fibre ottiche
Interferenza tra segnali: ad esempio interferenza fra segnali che percorrono cavi adiacenti
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 66
I mezzi guidati più diffusi
I segnali digitali vengono trasmessi sotto forma di segnali elettrici
Costituito da una o più coppie di fili di rame ricoperti di materiale isolante, intrecciati per ridurre interferenze e isolati da una guaina
Ce ne sono varie classi
Doppino
Guaina protettivaopaca
Core
Cladding
Fonte di emissioneluminosa (laser)Fibra ottica
I segnali digitali vengono trasmessi sotto forma di impulsi luminosi
Larghezza di banda molto elevata � elevata velocità di trasmissione
Ridotta attenuazione del segnale
Immunità alle interferenze elettromagnetiche � bassi tassi di errore
Cavi di dimensioni e peso ridotti
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 77
I segnali sono trasmessi e ricevuti mediante antenne
L’antenna del trasmettitore irradia nello spazio onde elettromagnetiche
L’antenna del ricevitore capta queste onde
Trasmissione direzionale (antenne allineate) o non direzionale (irradiamento nello spazio di onde che più antenne possono ricevere)
Onde radio [30 MHz, 1 GHz] – es. cellulari (900 Mhz, 1800 Mhz, 1900 Mhz)
Microonde [2 GHz, 40 GHz] – trasmissioni direzionali, punto-a-punto, anche via satellite (che fa da ripetitore)
Infrarossi [300 GHz, 200 THz] – trasmettitore e ricevitore devono essere visibili uno all’altro
Trasmissione nei mezzi non guidati
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 88
Classificazione delle reti
Secondo due dimensioni:
La modalità di collegamento tra i calcolatori
L’estensione geografica della rete
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 99
Modalità di collegamento “broadcast”
Reti broadcast: un unico mezzo di trasmissione condiviso da tutti i nodi
Per comunicare con un nodo occorre inviare un messaggio contenente il suo indirizzo
Il messaggio raggiunge tutti i nodi della rete
Soltanto il nodo il cui indirizzo è uguale a quello nel messaggio lo recepisce
mezzo di comunicazione
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 1010
Modalità di collegamento “punto-a-punto”
Nelle reti punto-a-punto sono presenti più linee di
comunicazione, ciascuna connette una coppia di nodi
E’ costoso connettere tutte le possibili coppie di nodi con canali
dedicati
Soluzione: solo alcune coppie di nodi sono connesse direttamente
e alcuni nodi della rete sono dedicati allo smistamento dei
messaggi
Si parla di reti commutate
Fra una coppia di nodi possono esistere più percorsi lungo la rete
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 1111
Rete commutata
In una rete commutata i dati sono immessi nella rete da un
calcolatore host e instradati fino all’host di destinazione
passando da router a router
1
4
2
56
3
A
B
C
D
hostnodo router
Un possibile cammino dei dati da B a C
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 1212
Strategie di instradamento sulle reti commutate
Reti a commutazione di circuitoViene creato un circuito logico fra sorgente e destinazione
Tutti i dati seguono lo stesso percorso
Reti a commutazione di pacchettoIl messaggio è suddiviso in pacchetti
Ogni pacchetto può seguire un percorso diverso
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 1313
Reti a commutazione di circuito
Creazione di un canale logico dedicato fra sorgente e destinazione
Il canale logico è costituito da una successione di connessioni fra nodi della rete
A ogni nodo i dati sono instradati lungo il canale predisposto in uscita senza ritardo
Trasmissione costituita da
1. Fase di attivazione: viene stabilito il cammino fra sorgente e destinazione
2. Fase di trasferimento dati
3. Fase di chiusura della comunicazione
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 1414
Esempio di funzionamento
1
4
2
56
3
A
B
C
D
Vantaggi e svantaggi- Tecnica efficiente per comunicazioni telefoniche
- Non efficiente per trasmissione dati tra calcolatori: periodi di trasmissione si alternano a periodi di inattività
- Richiede che sorgente e destinatario si accordino sulla velocità di trasferimento
canale
dedicato
canale
dedicato
Scelte in base a
disponibilità e costo
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 1515
Si basa sull’invio di pacchetti di dati di dimensioni ridotte (dell’ordine dei Kbyte)
Il messaggio da trasmettere viene suddiviso in una serie di pacchetti
Ogni pacchetto contiene:
Dati
Informazioni di controllo fra cui indirizzo del destinatario e un numero progressivo
I pacchetti vengono spediti uno alla volta sulla rete
Quando un nodo riceve un pacchetto lo memorizza e lo accoda per poterlo trasmettere al più presto
Ciascun pacchetto può seguire un percorso diverso
L’ordine di arrivo può essere diverso da quello di partenza
Reti a commutazione di pacchetto
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 1616
1
4
2
56
3
A
B
C
D
Vantaggi e svantaggi- Migliore utilizzo delle risorse
- Maggiore robustezza rispetto ai guasti
- Minore prevedibilità, rischio di intasamenti
- Necessità di riordino dei pacchetti da parte del destinatario
Scelte in base a disponibilità e costo
separatamente per ciascun pacchetto
1 2
1
1
1
2
22
2
1 1
2 1
Esempio di funzionamento
2
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 1717
Commutazione di circuito vs. commutazione di pacchetto
Nella commutazione di pacchetto le linee risultano utilizzate inmodo più efficiente
Trasmissione efficiente anche fra calcolatori con velocità differenti
In caso di traffico elevato nella commutazione di circuito alcune comunicazioni devono essere bloccate, nell’altro caso no (vengono solo ritardate)
Gestione di comunicazioni a priorità diverse (ulteriore informazione che va nel pacchetto)
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 1818
Estensione geografica della rete
Local Area Network (LAN) – reti localicircoscritte ad un edificio o a edifici adiacenti
Metropolitan Area Network (MAN) – reti metropolitanecircoscritte all’area di una città, ad esempio le reti dei telefoni cellulari
Wide Area Network (WAN) – reti geografichedistribuite su aree molto vaste (connessioni su scala nazionale e internazionale), ad esempio le reti telefoniche
Internetwork (o internet) – reti di retidistribuite su tutto il pianeta, collegamento tra reti geografiche di operatori diversi, ad esempio Internet
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 1919
Le reti locali (LAN)
Obiettivo: connettere dispositivi a distanza ridotta
Sono proprietà della organizzazione che possiede i dispositivi connessi � scelta della rete e responsabilità di gestione a carico della organizzazione
Velocità di trasmissione molto maggiori rispetto alle reti geografiche (dovuta ad ampia larghezza di banda)
Ogni stazione include un trasmettitore/ricevitore che comunica su un canale condiviso (modalità broadcast)� una sola stazione può trasmettere ad ogni istante
Sono affidabili, economiche e facilmente espandibili
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 2020
Diverse tipologie di LAN dipendono da …
Mezzi di trasmissione utilizzatidoppino, cavo coassiale, fibra ottica, wireless
TopologiaStruttura e numero dell’insieme di connessioni
Metodi di accesso ai mezzi di trasmissioneTecniche a contesa
Tecniche non a contesa
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 2121
Diverse topologie di rete locale
Stella
Bus
Anello
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 2222
Un caso particolare: le LAN senza fili (wireless)
Reti Wi-Fi (Wireless Fidelity)
Le stazioni comunicano tramite segnali radio trasmessi da e verso
una stazione centrale (access point) collegata tipicamente ad una
rete cablata
Una rete wireless consente per esempio di spostare un computer
portatile all’interno di un edificio, eliminando il problema di
installare cavi in vecchi edifici
Tipicamente minori prestazioni e minore affidabilità rispetto a una
rete cablata
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 2323
Metodi di accesso alle reti locali
Problema: evitare sovrapposizioni di segnali (interferenze)
Metodo di accesso
algoritmo che ogni stazione utilizza per accedere al canale di trasmissione e ottenere il diritto a trasmettere
Tecniche a contesa
Accesso in modo casuale
Se due o più stazioni cercano di trasmettere simultaneamente, ilconflitto viene risolto secondo alcune regole di mediazione
Tecniche non a contesa
I nodi non si contendono l’uso della rete ma devono prima ottenere il permesso di trasmissione
Tecnica del gettone (token) circolante
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 2424
CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access Collision Detection
Fase di ascolto (carrier sense): tutti i nodi esaminano lo stato della rete
Se la rete è libera i nodi provano a spedire i loro dati (multiple access)
Se viene rilevata una collisione (collision detection) prima di ritentare la trasmissione tutti i nodi rimangono in stato di attesaper un breve intervallo di tempo casuale
Il nodo che effettuerà la trasmissione per primo acquisirà il controllo della rete
Tecniche a contesa: CSMA/CD
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 2525
Esempio: Ethernet (su topologia a bus)
Alcune versioni:
Gigabit Ethernet e Fast Ethernet
(dal libro di Curtin et al. 2002)
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 2626
Tecniche non a contesa:Token ring e token bus
Token (gettone) = segnale che circola nella rete
Token ring (in reti con topologia ad anello)
Se una stazione deve inviare un messaggio, nel momento in cui riceve il gettone pone a 0 un bit del token e vi aggancia il suo messaggio con in testa l’indirizzo del destinatario
Il destinatario, quando viene raggiunto, controlla la correttezza del messaggio e lo ritrasmette, aggiungendo un messaggio in coda cheindica la corretta o errata ricezione del messaggio
La stazione emittente, quando riceve nuovamente il suo messaggio, esamina l’esito della ricezione e quindi rimette in circolazione il gettone “libero” (riportando a 1 il bit messo a 0), eliminando il messaggio se la ricezione è andata a buon fine
Token bus (in reti con topologia a bus) � anello logico
Ogni stazione deve conoscere l’identificatore del proprio predecessore e del proprio successore nella successione
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 2727
Una rete token ring
(dal libro di Curtin et al. 2002)
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 2828
Dov’è il metodo di accesso?
In ogni calcolatore della rete è presente una scheda di interfaccia verso la rete (NIC – Network Interface Card), detta anche interfaccia di rete o scheda di rete
Dispositivo dotato di capacità di calcolo, comprende una memoriae un processore dedicato all’elaborazione dei segnali
Ad ogni scheda di rete è associato un indirizzo fisico (detto indirizzo MAC – Media Access Control): identificativo numerico di 48 bit scritto permanentemente nella sua ROM
E’ la scheda di rete che implementa il metodo di accesso alla rete
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 2929
Reti geografiche e reti di reti
Sono generalmente punto-a-punto, a commutazione di circuito o di pacchetto
Sono il risultato dell’interconnessione di una molteplicità di reti, normalmente gestite da soggetti diversi e basate su tecnologie differenti � internet (con la “i” minuscola)
Servono dispositivi appositi, detti bridge, per collegare fra loro due reti locali
Servono dispositivi appositi, detti gateway, per collegare una rete locale a una rete geografica o due reti geografiche: risolvono problemi di incompatibilità qualora i sistemi hw/sw utilizzati siano diversi
Internet (con la “I” maiuscola) è una specifica internet
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 3030
LAN, WAN e internet
(dal libro Sciuto et
al. 2005)
G
Z
G
BLAN LAN
B
Y
G
LAN
LAN
G
WAN
LANB
LAN
X
GG
WAN
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 3131
La comunicazione in rete: i problemi
Esempio: applicazione per scambio messaggi di testo tra due utenti
Il calcolatore A su cui gira l’applicazione del mittente deve poter inviare pacchetti al calcolatore B su cui gira l’applicazione del destinatario (indirizzo univoco)
Lungo il percorso possono esserci diversi sistemi di comunicazione che possono usare diversi mezzi di trasmissione e dar luogo a errori di trasmissione
I pacchetti possono fare percorsi diversi e arrivare in un ordine diverso da come erano partiti
I pacchetti inviati al calcolatore B devono essere recapitati all’applicazione a cui sono destinati
E’ impossibile delegare la risoluzione alle applicazioni:
La complessità delle applicazioni aumenterebbe (necessario risolvere problemi di gestione della rete)
Soluzioni ad hoc, incompatibilità tra applicazioni diverse e traapplicazioni e infrastrutture di rete
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 3232
Il modello a livelli
Per risolvere i problemi suddetti le reti di calcolatori vengonoorganizzate secondo un’architettura a livelli
Ciascun livello definisce un particolare aspetto della comunicazione a un certo livello di astrazione
Ciascun livello fornisce servizi al livello immediatamente superiore, mascherando il modo in cui questi sono realizzati
A tale scopo, ciascun livello sfrutta a sua volta i servizi forniti dal livello inferiore (eccetto il livello più basso)
Ogni livello è caratterizzato dalla sua interfaccia verso il livello superiore
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 3333
Egregio dott. Tersili,
con la presente Le
segnalo la disponibilità
di un prodotto software
rivoluzionario sviluppato
dalla nostra azienda che…
Egregio dott. Tersili,
con la presente Le
segnalo la disponibilità
di un prodotto software
rivoluzionario sviluppato
dalla nostra azienda che…
UFF.
POSTALE
UFF.
POSTALE
Messaggio
Dott. Tersili Dott. Tersili
SPECTRA
via…
SPECTRA
via…
La metafora dei dirigenti d’azienda
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 3434
I protocolli di comunicazione
Ad ogni livello i sono presenti due entità, dette peer, che realizzano il servizio di competenza del livello i (a beneficio del livello superiore i+1)
Le entità realizzano il servizio interagendo tra loro (scambio di pacchetti –o entità dati – del livello i).
Protocollo di comunicazione (del livello i): insieme di regole con cui le entità devono comunicare. Specifica fra l’altro:
la struttura dei pacchetti (inclusa definizione delle informazioni di controllo)le modalità che regolano il dialogo
Tipologie di servizi offerti da un livello:Connection oriented vs. ConnectionlessReliable vs. Unreliable
Per utilizzare un servizio, è necessario conoscere solo l’interfaccia del livello corrispondente
⇒ indipendenza tra i livelli!(es. indipendenza dal mezzo fisico utilizzato!)
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 3535
Architettura di rete:stabilisce l’insieme dei livelli + i relativi protocolliEsempi: ISO/OSI, TCP/IP
Livelli, protocolli e interfacce
Livello 5
Livello 4
Livello 3
Livello 2
Livello 1
Livello 5
Livello 4
Livello 3
Livello 2
Livello 1
Mezzo fisico
Interfaccia livello 4/5
Interfaccia livello 3/4
Interfaccia livello 2/3
Interfaccia livello 1/2
Protocollo di livello 5
Protocollo di livello 4
Protocollo di livello 3
Protocollo di livello 2
Protocollo di livello 1
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 3636
Il modello TCP/IP
E’ il modello adottato nella rete Internet
Insieme di protocolli basato su
TCP (Transmission Control Protocol)
IP (Internet Protocol)
Successo commerciale di TCP/IP: affidabilità,
efficienza, è diventato uno standard di fatto
TCP/IP è impostato su un’architettura a cinque livelli. Nel seguito vengono esaminati “partendo
dall’alto”
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 3737
Livello applicazionea questo livello operano le applicazioni utilizzate dagli utenti per inviare e ricevere messaggi
i protocolli di comunicazione da esse adottati fissano la tipologia, la struttura e il significato dei messaggi e le regole secondo cui i processi inviano e rispondono ai messaggi
esempi di protocolli: HTTP, SMTP, POP3, FTP
I livelli del modello TCP/IP (1)
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 3838
Livello trasporto Fornisce un servizio di comunicazione fra processi applicativi eseguiti su host diversi: trasporto di un messaggio da un processo applicativo in un calcolatore ad un ben determinato processo applicativo ad un altro calcolatore
Ciascun processo in esecuzione su un calcolatore che richieda servizi di rete viene identificato da un numero di porta - numero a 16 bit, assegnato dal livello di trasporto al processo stesso
Le unità dati trasmesse sono dette segmenti
Due protocolli: UDP: non affidabile e connectionless
TCP: affidabile e connection- oriented, usa un numero di sequenza e prevede l’invio al mittente di un riscontro
E’ realizzato come modulo del sistema operativo
I livelli del modello TCP/IP (2)
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 3939
Livello reteFornisce un servizio di comunicazione fra host, ovvero trasferisce i segmenti consegnati dal livello trasporto da un host sorgente a un hostdestinazione eventualmente attraverso uno o più router
Si occupa della determinazione del percorso e lo smistamento deipacchetti lungo la rete (mascheramento del problema dell’instradamento)
Le unità dati trasmesse sono dette datagrammi
Il livello rete è anch’esso parte del sistema operativo
I livelli del modello TCP/IP (3)
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 4040
Problema
APPLICAZIONE
TRASPORTO
RETE
FISICO
protocollo di livello applicazione
host A host B
DATALINK
protocollo di livello trasporto
router router
APPLICAZIONE
TRASPORTO
RETE
FISICO
DATALINK
RETE
FISICO
DATALINK
RETE
FISICO
DATALINK
COME IDENTIFICARE I NODI A LIVELLO GLOBALE?
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 4141
Indirizzi IP
A questo livello i nodi della rete sono identificati dagli indirizzi
IP
Per ogni calcolatore, il suo indirizzo è contenuto in un file di
configurazione del sistema operativo (o comunque memorizzato
via sw) ed è indipendente dalla scheda di rete utilizzata: identifica
il nodo a livello globale
L’unicità degli indirizzi IP è assicurata da un’autorità centrale:
ogni volta che viene installata una nuova rete locale è necessario richiedere all’autorità centrale un nuovo insieme di indirizzi
nella pratica possono essere richiesti a un fornitore di servizi Internet (Internet Service Provider): un’azienda privata o pubblica che offre connettività alla rete a terze parti (aziende, enti pubblici, privati cittadini)
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 4242
Indirizzo IP
Un indirizzo IP (IP address) è lungo 32 bit (4 byte) = 232 possibili
indirizzi diversi
Rappresentati in genere in forma decimale
successione di quattro numeri (uno per byte), separati da un punto(e.g. 192.167.20.224)
ognuno dei quattro numeri è compreso tra 0 e 255
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 4343
Assegnamento indirizzi IP
Ad ogni host connesso alla rete locale viene attribuito uno degli
indirizzi attraverso una delle seguenti modalità:
IP Statico
IP Dinamico
IP StaticoL’indirizzo è assegnato ad un host in modo permanenteSi inserisce manualmente l’indirizzo in uno specifico file di configurazioneIndirizzo riservato all’host anche quando questo non è effettivamente collegato alla rete
DinamicoOgni volta che intende accedere alla rete, un host richiede un indirizzo ad una specifica applicazione disponibile nella rete localeL’interazione avviene tramite il protocollo DHCP (Dynamic HostConfiguration Protocol)L’applicazione seleziona un indirizzo IP fra quelli disponibili L’indirizzo torna disponibile una volta che l’host non è più connesso
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 4444
Esempio nei sistemi Windows
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 4545
Schema di indirizzamento generale su due livelli: indirizzo IP + numero di porta � ogni processo applicativo che usa la rete può essere identificato da tale indirizzo
Indirizzo IP
indirizzo associato a ogni calcolatore collegato a una sottorete
è un indirizzo Internet globale unico, utilizzato dal livello rete per l’instradamento e la consegna dei pacchetti
Numero di porta
indirizzo unico all’interno dell’host che individua un processo attivo sull’host
utilizzato dal livello trasporto per consegnare i dati al processo giusto
Riassumendo: come è identificato un processo applicativo in rete
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 4646
Comunicazione attraverso TCP/IP
Data Link
Livello Fisico
Livello IP
Livello TCP
Livello Applicazione
App. X
App. Y
HOST A
Indirizzo di rete(globale)
Punti di accesso al servizio (porte)
Datalink
Livello Fisico
Livello IP
ROUTER
Datalink
Livello Fisico
Livello IP
Livello TCP
Livello Applicazione
App. X
App. Y
HOST B
Connessione logica (TCP)
1 2
Datalink
Livello Fisico
Livello IP
ROUTER
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 4747
Riassumendo fin qui …
Nell’host sorgente, il livello di trasporto riceve dal livello applicazione un messaggio da inviare ad un determinato processo applicativo in un determinato hostdestinazione
Crea un segmento con l’intestazione che include le coppie <IP sorgente, #porta mittente> e <IP destinazione, #porta destinazione>
Il segmento viene inviato al livello rete host sorgente che crea datagramma, il cui header contiene indirizzo IP sorgente + indirizzo IP destinazione
Il livello rete instrada il datagramma verso host destinazione attraverso indirizzo IP destinazione
Alla fine il datagramma arriva all’host destinazione: il livello di rete estrae il segmento dal datagramma e lo consegna al livello di trasporto
Il livello trasporto dell’host destinazione riceve il segmento, estrae il messaggio e, grazie all’intestazione, è in grado di recapitarlo al processo applicativo destinazione
Il processo applicativo destinazione può conoscere <IP sorgente, #porta mittente> per continuare la comunicazione
Il protocollo TCP, inoltre, usa un numero di sequenza e prevede l’invio al mittente di un riscontro
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 4848
Livello datalinkIl servizio consiste nel trasportare datagrammi tra due nodi collegati da una linea di comunicazione
Per identificare il nodo a cui spedire usa l’indirizzo MAC (Media Access Control) – identificativo numerico a 48 bit scritto nella ROM della schedadi rete
Nelle reti broadcast il livello datalink si occupa anche di gestire il problema dell’accesso multiplo (es. usando protocollo CSMA/CD)
E’ realizzato nella scheda di rete del calcolatore
I livelli del modello TCP/IP (4)
Livello fisico Livello fisico
flusso di bit flusso di bit
Livello data link Livello data link
Datagramma
+ MAC address
Protocollo livello
data linkScheda di retecalcolatoremittente
Scheda di retecalcolatorericevente
Datagramma
+ MAC address
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 4949
Realizzazione del servizio
A partire dal datagramma da spedire e l’indirizzo MAC di destinazione: creazione di un frame la cui intestazione (header) include il MAC
Trasmissione del frame attraverso il livello fisico
All’arrivo: esame del MAC, se non coincide con quello della scheda di rete il frame non viene considerato, altrimenti viene estratto il datagramma e passato al livello superiore (di rete)
DatagrammaIntestazione
(…MAC…)
Unità dati a livello datalink
(frame)
Datagramma
Livello
data
link
DatagrammaIntestazione
(…MAC…)
Unità dati a livello datalink
(frame)
Datagramma
Protocollo livello
data link
Livello
rete
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 5050
Livello fisicoIl servizio consiste nella trasmissione e ricezione di un flusso di bitattraverso una determinata linea di comunicazione;
E’ realizzato nella scheda di rete del calcolatore, nei modem e neimezzi di trasmissione
Protocollo di comunicazione: riguarda caratteristiche qualicodifica dei dati trasmessi, frequenza di trasmissione e specifica interfacce
Determina (insieme alle caratteristiche fisiche della linea): velocità di trasmissione, ritardo di propagazione, tasso di errore
I livelli del modello TCP/IP (5)
Livello fisico
Linea di comunicazione
Livello fisicoProtocollo livello fisico
flusso di bit flusso di bit
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 5151
Modem
Dispositivo che permette di trasferire dati da un calcolatore a un
altro attraverso la linea telefonica
Effettua la conversione tra la modalità di codifica digitale adottata
all’interno del calcolatore e la modalità di codifica richiesta dalla
linea telefonica
A seconda della codifica (per sfruttare la banda messa a
disposizione dal doppino telefonico) diverse prestazioni:
Modem “classico”: velocità di trasmissione dei dati fino a 56Kbit/s
Modem xDSL (Digital Subscriber Loop): fino a qualche Mbit/s
ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line): velocità di download
(teorica fino a 9Mbit/s) maggiore di quella di upload (teorica fino a
640kbit/s). Oggi anche ADSL2 e ADSL2+ con velocità di download fino a
24 Mbit/s e di upload fino a 3.5 Mbit/s
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 5252
Da un livello all’altro
Come visto, ogni livello attraversato aggiunge un’intestazione
(informazioni utili alle funzioni proprie di quel livello)… che
vengono poi man mano eliminate dai livelli di destinazione
attraversati in senso inverso
Dati utente
Intestazione
TCP
Intestazione
IP
Intestazione
datalink
Flusso dati proveniente
dall’applicazione
(messaggio)
Unità dati a livello TCP
(segmento)
Unità dati a livello IP
(datagramma)
Unità dati a livello datalink
(frame)
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 5353
APPLICAZIONE
TRASPORTO
RETE
FISICO
protocollo di livello applicazione
host A host B
DATALINK
protocollo di livello trasporto
router router
APPLICAZIONE
TRASPORTO
RETE
FISICO
DATALINK
RETE
FISICO
DATALINK
RETE
FISICO
DATALINK
end to end
point to point
Direttamente tra “host”
Tra nodi della rete direttamente collegati
Protocolli “end to end” e “point to point”
Quindi, i router hanno solo i livelli fisico, datalink e rete
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione 5454
APPLICAZIONE
TRASPORTO
RETE
FISICO
protocollo di livello applicazione
host A host B
DATALINK
protocollo di livello trasporto
router router
APPLICAZIONE
TRASPORTO
RETE
FISICO
DATALINK
RETE
FISICO
DATALINK
RETE
FISICO
DATALINK
end to end
point to point
SIST.
OP.
HW
Il quadro globale