Evoluzione delle architetture di rete e dei servizi di...
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Evoluzione delle architetture di rete e dei servizi di telecomunicazionedei servizi di telecomunicazione
P F dParte 1: Fondamenti
Slide adattate da:
DIET DeptTelecomunicazioni (Canale 2) - Prof. Marco Listanti - A.A. 2016/2017
Slide adattate da:J. Kurose, K. Ross: “Reti di calcolatori e Internet (4a edizione)”. Pearson Addison Wesley
Introduzione2
Introduzione
bObiettivi introdurre la terminologia e i concetti di base
Panoramicacos’è Internet ?i concetti di base
Internet come fonte di esempi
cos’è un protocollo ?
host reti di accesso mezzihost, reti di accesso, mezzi trasmissivi
commutazione di circuito e commutaz one d c rcu to ecommutazione di pacchetto
struttura di Internet
prestazioni: ritardi, perdite e throughput
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Che cos’è Internet ?3
Che cos è Internet ?
Host = sistema terminale
A li i i di t
Rete mobileISP nazionaleo internazionale
PC
serverApplicazioni di rete
Collegamentirame, fibra ottica, onde
Rete domestica
Portatile
Telefonocellulare rame, f bra ott ca, onde
elettromagnetiche, satellite
Frequenza di trasmissione = ampiezza di banda
ISP distrettualecellulare
P d Router = instrada i pacchetti verso la loro destinazione finale
Rete aziendaleCollegam.cablato
Punti diaccesso
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router
Che cos’è Internet ?4
Che cos è Internet ?
Un protocollo definisce il formato e l’ordine dei messaggi scambiati fra due o più entità in comunicazione
Rete mobile
ISP nazionaleo internazionalep m
es.: TCP, IP, HTTP, Skype, Ethernet
I “ t d ll ti”Rete domestica
o internazionale
Internet: “rete delle reti”struttura gerarchicaInternet pubblica e intranet
ISP regionale
Internet pubblica e intranet private
Standard InternetRete aziendale
RFC: Request for commentsIETF: Internet Engineering Task Force
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Force
Che cos’è Internet ?5
Che cos è Internet ?
Infrastruttura di comunicazioneper applicazioni distribuite
Social networks Web VoIP e-Social networks, Web, VoIP, email, giochi, e-commerce, condivisione di file
Servizi forniti alle applicazioniservizio affidabile dalla sorgente alla destinazioneServizio “best effort” (non affidabile) senza connessione)
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Cos’è un protocollo ?6
Cos è un protocollo ?
P lli i P lli diProtocolli umani:“Che ore sono?”“ d d ”
Protocolli di rete:Dispositivi hardware e
ft“Ho una domanda”Presentazioni
software
T tt l’ tti ità di… invio di specifici messaggi
quando il messaggio è
Tutta l’attività di comunicazione in Internet è governata… quando il messaggio è
ricevuto, vengono intraprese specifiche
i i i ifi
Internet è governata dai protocolli
azioni, o si verificano altri eventi
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Cos’è un protocollo ?7
Cos è un protocollo ?
Protocollo umano Protocollo di rete
Ciao Richiesta di connessione TCP
Ciao
Sai l’ora?Risposta diconnessione TCPSai l ora?
2:00Get http://www.awl.com/kurose-ross
<fil ><file>tempo
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Struttura di rete8
ai confini della reteppli i niapplicazioni
sistemi terminali
reti, dispositivi fisicicollegamenti cablatigwireless
al centro della reteal centro della reterouter interconnessila rete delle reti
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la rete delle reti
Ai confini della rete9
Ai confini della rete
sistemi terminali (host)fanno girare programmi applicativi
es.: Web, e-mail, m
situati all’estremità di Internet
architettura client/server’h l h d
peer to peer
L’host client richiede e riceve un servizio da un programma server in esecuzione su un altro terminale
es : browser/server Web ; client/server e- client/serveres.: browser/server Web ; client/server email
architettura peer to peeruso limitato (o inesistente) di server
client/server
uso limitato (o inesistente) di server dedicati
es.: Skype, Bit Torrent
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Reti d’accesso e mezzi fisiciReti d accesso e mezzi fisici
D: C me c lle are sistemiD: Come collegare sistemi terminali e router esterni?reti di accesso residenzialereti di accesso residenzialereti di accesso aziendale (università, istituzioni, aziende)...reti di accesso mobile
Ricordate: ampiezza di banda (bit al secondo)?
di i d di ?DIET Dept
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condivise o dedicate?
Accesso residenziale: punto-punto11
Accesso residenziale: punto punto
Modem dial-upfino a 56 Kbps di accesso diretto al
t ( è i f i )router (ma spesso è inferiore)
non è possibile “navigare” e telefonare allo stesso momentoallo stesso momento
DSL: digital subscriber linei t ll i i d tinstallazione: in genere da un operatore di rete
~ 2 Mbps in upstream 2 Mbps in upstream
~ 30 Mbps in downstream
linea dedicata
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linea dedicata
Accesso a Larga Banda di rete fissa12
Accesso a Larga Banda di rete fissa
PERFORMANCE EVOLUTION
ADSL2+
VDSL2
~10÷20 Mbps
~50÷100 Mbps
~2÷6Mbps
p
ADSL flat
~256÷640 kbps ADSL free
~64 kbpsTime
Dial Up
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Sistemi XDSL13
Sistemi XDSL
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Evoluzione della copertura a Larga Banda di rete fissa
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fissa
Il piano banda ultra larga si propone di raggiungere entro la fine del 2020 la copertura dell'85% del territorio italiano con
connessioni da almeno 100 Mbit/s e del restante 15% con connessioni da almeno 30 Mbit/s.
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Rete di Distribuzione Telefonica15
Rete di Distribuzione Telefonica
bObiettivoTrasporto e trattamento del segnale dalla centrale (SL) all’apparecchio del cliente
E’ costituita daPortanti fisiciAttestazioni e terminazioniApparati trasmissiviAltri dispostivi
Si suddivide nelle seguenti sezioni R t P i i ( 1 k )Rete Primaria (~ 1 km)Rete Secondaria (~ 200 m)Raccordo (~ 50 m)
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Raccordo (~ 50 m)
Architetture ibride rame-fibra (FTTx)16
Architetture ibride rame fibra (FTTx)
Fiber to the Exchangeg
Fiber to the Cabinet
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Fiber to the Curb
Architetture FTTx17
Architetture FTTx
Fiber to the Building
Fib t th H mFiber to the Home
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Concetti acquisiti (1)18
Concetti acquisiti (1)
P ll dProtocollo di reteStruttura generale di una rete
S i diSezione di accessoSezione dorsale (Backbone)
Tipologie di reti di accessoTipologie di reti di accessoFisse (wired)Mobili (wireless)Mobili (wireless)
Tipologie di risorseRisorse dedicateRisorse condivise
Banda di accesso
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Accesso aziendale: reti locali (LAN)19
Accesso aziendale: reti locali (LAN)
U LAN ll i i t iUna LAN collega i sistemi terminali di aziende e università ad un routeruniversità ad un router
EthernetEthernet
10 Mb/s, 100 Mb/s, 1 Gb/s, 10 Gb/10 Gb/s
Sistemi terminali collegati mediante uno switch
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Accesso wireless20
Accesso wireless
Una rete condivisa d’accesso wireless collega i sistemi terminali al router
Access Point (AP) RAccess Point (AP)
Wireless LAN802 11b/g (WiFi): 11 o 54 Mbps Access
Router
802.11b/g (WiFi): 11 o 54 Mbps
Rete d’accesso wireless geograficagestita da un provider di
AccessPoint
gestita da un provider di telecomunicazioni
~ 1 Mbps per i sistemi cellulari (HSDPA)(HSDPA)...
WiMax per aree più grandihost
wireless
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Reti domestiche21
Reti domestiche
Componenti di una tipica rete domestica DSL o modem via cavo
router/firewall/NAT
Ethernet
P d’ i lPunto d’accesso wireless
laptopwireless
router/modema/da
t i i
Access point
router/firewall
modemvia cavo
terminazionevia cavo
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Ethernet
Mezzi trasmissivi22
Mezzi trasmissivi
M f d P ( P)Mezzo fisicociò che sta tra il trasmittente e il ricevente
Twisted Pair (TP)due fili di rame distinti
trasmittente e il ricevente
Mezzi guidati i s n li si p p n in n
Categoria 3: tradizionale cavo telefonico, 10 Mbps EthernetCategoria 5: 100 Mbps Etherneti segnali si propagano in un
mezzo fisico: fibra ottica, filo di rame o cavo coassiale
100 Mbps Ethernet
coassiale
Mezzi a onda libera i segnali si propaganoi segnali si propagano nell’atmosfera e nello spazio esterno
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Mezzi trasmissivi:cavo coassiale e fibra ottica
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cavo coassiale e fibra ottica
Cavo coassiale Fibra otticaCavo coassialedue conduttori in rame concentrici
Fibra otticaMezzo sottile e flessibile che conduce impulsi di luce
bidirezionale
banda base:
p
Alta frequenze trasmissiva:Elevata velocità di trasmissione
(d 10 100 G )banda base
singolo canale sul cavo
legacy Ethernet
punto-punto (da 10 a 100 Gps)
Basso tasso di errore, immune all’interferenza
banda larga elettromagnetica
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Mezzi trasmissivi: canali radio24
Mezzi trasmissivi: canali radio
Trasportano segnali nello spettro elettromagnetico
non richiedono l’installazione
Tipi di canali radioMicroonde terrestri
li fi 45 Mbnon richiedono l installazione fisica di cavi
bidirezionali
es.: canali fino a 45 Mbps
LAN (es.: Wifi) 11 Mbps, 54 Mbps
effetti dell’ambiente di propagazione:
p , p
Wide-area (es.: cellulari)
es.: 3G: ~ 1 Mbpsriflessione
ostruzione da parte di ostacoli
p
Satellitaricanali fino a 45 Mbps (o sottomultipli)
interferenzasottomultipli)
ritardo punto-punto di 270 msec
geostazionari/a bassa quota
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Il nucleo della rete25
Il nucleo della rete
R l d hRete magliata di router che interconnettono i sistemi terminaliCome vengono trasferiti i dati attraverso la rete ?
Commutazione di circuito: circuito dedicato per l’intera durata della sessione (rete telefonica)( )Commutazione di pacchetto: i messaggi di una sessione utilizzano le risorse su richiesta e dirisorse su richiesta, e di conseguenza potrebbero dover attendere per accedere a un collegamento
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Commutazione di circuito(Circuit Switching – CS)
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(Circuit Switching CS)
Risorse punto-punto riservate alla “chiamata”
ampiezza di banda, capacità del commutatore
risorse dedicate: non c’è condivisione
i i d i i ( i )prestazioni da circuito (garantite)
necessaria l’impostazione della chiamatachiamata
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Commutazione di circuito27
Commutazione di circuito
Risorse di rete (banda) suddivise in “pezzi”
Suddivisione della banda in “pezzi”
ciascun “pezzo” viene allocato ai vari
divisione di frequenza
divisione di tempocollegamenti
le risorse rimangono
p
le r sorse r mangonoinattive se non utilizzate (non c’è condivisione)
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Commutazione di circuito: FDM e TDM28
Commutazione di circuito: FDM e TDM
Esempio:FDM 4 utenti
Esempio:
frequenza
tempoTDMTDM
frequenza
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tempo
Un esempio numerico29
Un esempio numerico
Quanto tempo occorre per inviare un file di 640.000 bit dall’host A all’host B su una rete a commutazione di circuito ?
Tutti i collegamenti presentano un bit rate di 2 048Tutti i collegamenti presentano un bit rate di 2.048 Mbps
Ci ll t tili TDM 32 l t/Ciascun collegamento utilizza TDM con 32 slot/sec
Si impiegano 500 ms per stabilire un circuito punto-punto
Provate a calcolarloDIET Dept
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Provate a calcolarlo
Concetti acquisiti (2)30
Concetti acquisiti (2)
l d l b kbTopologia del backbonestellamagliamagliagerarchica
Commutazione di circuitoCommutazione di circuitoCanale di comunicazione dedicato alla sessione
Multiplazione statica (es. TDM, FDM)
Sessione composta da tre fasiProtocollo di segnalazione
Efficienza bassaEfficienza bassaSolo contese di preassegnazioneRitardo di trasferimento basso
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Ritardo di trasferimento basso
Commutazione di pacchetto(Packet Switching – PS)
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(Packet Switching PS)
l fl d d lIl flusso di dati punto-punto viene suddiviso in pacchetti
I pacchetti condividono le
Contesa per le risorseLa richiesta di risorse può eccedere il quantitativo disponibilep
risorse di reteCiascun pacchetto utilizza completamente il canale
disponibilecongestione: accodamento dei pacchetti, attesa per l’utilizzo del collegamento
Le risorse vengono usate a seconda delle necessitàMULTIPLAZIONE
store and forward: il commutatore deve ricevere l’intero pacchetto prima di poter cominciare a trasmettere sul collegamento in MULTIPLAZIONE
STATISTICAtrasmettere sul collegamento nuscita
Larghezza di banda suddivisa in pezzi”Allocazione dedicata
Risorse riservate
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Risorse riservate
Multiplazione statistica32
Multiplazione statistica
CEthernetA CEthernet
a 10 Mbps Multiplazione statistica
B1,5 Mbps
Coda dei pacchettipin attesa
sul collegamentoin uscita
D E
La sequenza dei pacchetti A e B non segue uno schema prefissato Condivisione di risorse su richiesta: multiplazione statisticaTDM: ciascun host ottiene uno slot di tempo dedicato unicamente a quella
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TDM: ciascun host ottiene uno slot di tempo dedicato unicamente a quella connessione.
Store-and-forward33
Store and forward
R R RL
Occorrono L/R secondi per trasmettere un pacchetto di L bit su un collegamento in uscita da R bps
Esempio:L = 7,5 Mbituscita da R bps
store and forwardl’intero pacchetto deve
,R = 1,5 Mbpsritardo = 15 sec
l intero pacchetto deve arrivare al router prima che questo lo trasmetta sul link successivo
ritardo = 3L/R (supponendo che il ritardo di propagazione sia zero)
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Occore approfondire ……
Confronto CS e PS34
Confronto CS e PS
L c mmut zi n di p cch tt c ns nt più ut nti di us r l r t1 collegamento da 1 Mpbs
Ci t t
La commutazione di pacchetto consente a più utenti di usare la rete
Ciascun utente: 100 kpbs quando è “attivo”
tti il 10% d l t N utentiattivo per il 10% del tempo
C t i di i it
N utenti
CollegamentoCommutazione di circuito: 10 utenti
t i di h tt
Collegamentoda 1 Mbps
commutazione di pacchetto: con 35 utenti, la probabilità di averne > 10 attivi è inferiore allo D: come è stato ottenuto il valore 0,0004?
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0,0004,
Confronto CS e PS35
Confronto CS e PS
La commutazione di pacchetto è la “scelta vincente ?”
Ottima per i dati a “burst”C di i i d ll i
La commutazione di pacchetto è la scelta vincente ?
Condivisione delle risorsePiù semplice, non necessita l’impostazione della chiamata
Eccessiva congestione: ritardo e perdita di pacchettiEccessiva congestione: ritardo e perdita di pacchettiSono necessari protocolli per il trasferimento affidabile dei dati e per il controllo della congestione
D: Come ottenere un comportamento simile al circuito ?è necessario fornire garanzie di larghezza di banda per le applicazioni audio/videoaudio/videoè ancora un problema irrisolto
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Struttura di Internet: rete di reti36
Struttura di Internet: rete di reti
Fondamentalmente gerarchicaal centro: “ISP di livello 1”
Verizon, Sprint, AT&T, Cable&Wireless
copertura nazionale/internazionale
Comunicano tra di loro come “pari”
Gli ISP di livello 1 sono direttamente connessi a ciascuno degli altri ISP di livello 1
ISP di livello 1
ISP di livello 1 ISP di livello 1
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ISP di livello 1 - Un esempio: Sprint37
ISP di livello 1 - Un esempio: Sprint
a/dalla dorsale
POP: point-of-presence
…peering….
………
a/dai clienti
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Struttura di Internet38
Struttura di Internet
ISP di livello 2: ISP più piccoli (nazionali o distrettuali)ISP di livello 2: ISP più piccoli (nazionali o distrettuali)Si può connettere solo al alcuni ISP di livello 1, e possibilmente ad altri ISP di livello 2
Quando due ISP sono direttamente
ISP di livello 1
ISP di livello 2ISP di livello 2Un ISP di livello 2 paga l’ISP di livello 1 che gli fornisce la connettività per il
sono direttamente interconnessi vengono detti pari grado (peer)
d l ll
connettività per il resto della rete un ISP di livello 2 è cliente di un ISP di li ll 1
g p
ISP di livello 1 ISP di livello 1
ISP di livello 2 ISP di livello 2
ISP di livello 2livello 1
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Struttura di Internet39
Struttura di Internet
ISP di livello 3 e ISP locali (ISP di accesso)ISP di livello 3 e ISP locali (ISP di accesso)Reti “ultimo salto” (last hop network), le più vicine ai sistemi terminali
ISPlocaleISP
localeISP
locale
ISPlocale ISP
di livello 3
ISP l li di
ISP di livello 1
ISP di livello 2ISP di livello 2ISP locali e di livello 3 sono clienti degli ISP di livello superiore
d l ll
livello superioreche li collegano all’intera Internet
ISP di livello 1 ISP di livello 1
ISP di livello 2 ISP di livello 2
ISP di livello 2
ISPlocale
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ISPlocale
ISPlocale
ISPlocale
Struttura di Internet40
Struttura di Internet
U h tt tt hUn pacchetto attraversa un numero anche molto elvato di reti
ISPlocaleISP
localeISP
locale
ISPlocale ISP
di livello 3
ISP di livello 1NAP
ISP di livello 2ISP di livello 2
d l ll
NAP
ISP di livello 1 ISP di livello 1
ISP di livello 2 ISP di livello 2
ISP di livello 2
ISPlocale
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ISPlocale
ISPlocale
ISPlocale
Ritardi e perdita41
Ritardi e perdita
I pacchetti si accodano nei buffer dei router
Se il tasso di arrivo dei pacchetti eccede la capacità delSe il tasso di arrivo dei pacchetti eccede la capacità del collegamento i pacchetti si accodano, in attesa del proprio turno
Apacchetti in attesa di essere trasmessi (ritardo)
A
Bbuffer liberi (disponibili): se non ci sono buffer liberi
pacchetti accodati (ritardo)
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i pacchetti in arrivo vengono scartati (perdita)
Quattro cause di ritardo per i pacchetti42
Quattro cause di ritardo per i pacchetti
2. Ritardo di accodamentoattesa di trasmissione
1. Ritardo di elaborazione del nodo
livello di congestione del router
controllo errori sui bit
determinazione del canale di uscita (instradamento)
trasmissioneA propagazione
Belaborazione
di nodo accodamento
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di nodo accodamento
Ritardo nelle reti PS43
3. Ritardo di trasmissione (L/R)R=frequenza di trasmissione del collegamento (in bps)
4. Ritardo di propagazione (d/s)d = lunghezza del collegamento fisicoco egamento ( n ps)
L=lunghezza del pacchetto (in bit) Ritardo di trasmissione = L/R
fs = velocità di propagazione del collegamento (~2x108 m/sec) Ritardo di propagazione = d/sRitardo di propagazione = d/s
trasmissione 1/s = 5 µs/kmA propagazione
trasmissione 1/s = 5 µs/km
Belaborazione
di d d tNota: s e R sono due quantità
l d ff !DIET Dept
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di nodo accodamento molto differenti!
L’analogia del casello autostradale44
g
casellocasello10 auto
100 km 100 km
Le automobili viaggiano (ossia “si Tempo richiesto al casello per l’ l
casellocaselloin colonna
gg (propagano”) alla velocità di 100 km/hIl casello serve (ossia
trasmettere l’intera colonna sull’autostrada = 12*10 = 120 seccase o ser e (oss a
“trasmette”) un’auto ogni 12 secondiauto~bit; colonna ~ pacchetto
Tempo richiesto a un’auto per viaggiare dall’uscita di un casello fino al casello
100k /(100k /h)auto bit; colonna pacchettoD: quanto tempo occorre perché le 10 auto si trovino di fronte al secondo casello?
successivo: 100km/(100km/h)= 1 hrR: 62 minuti
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al secondo casello?
L’analogia del casello autostradale45
g
casellocasello10 auto i l
100 km 100 km
Le auto ora “si propagano” ll l ità di 1000 k /h
Sì! Dopo 7 minuti, la prima auto sarà l d ll t t
in colonna
alla velocità di 1000 km/hAl casello adesso occorre 1 min per servire ciascuna auto
al secondo casello, e tre auto saranno ancora in coda davanti al primo casello.Il i bi di h ò
pD: le prime auto arriveranno al secondo casello prima che le ultime auto della colonna
Il primo bit di un pacchetto può arrivare al secondo router prima che il pacchetto sia stato interamente t d l i tle ultime auto della colonna
lascino il primo?trasmesso dal primo router
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Ritardo di link46
Ritardo di link
proptrasmqueueelablink ddddd
delab = ritardo di elaborazione (processing delay) in genere pochi microsecondi o anche menoin genere pochi microsecondi, o anche meno
dqueue = ritardo di accodamento (queuing delay) dipende dalla congestionedipende dalla congestione
dtrasm = ritardo di trasmissione (transmission delay) = L/R significativo sui collegamenti a bassa velocità= L/R, significativo sui collegamenti a bassa velocità
dprop = ritardo di propagazione (propagation delay) da pochi microsecondi a centinaia di millisecondi
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da pochi microsecondi a centinaia di millisecondi
Ritardo di accodamento47
Ritardo di accodamento
R = frequenza di trasmissione (bps)R = frequenza di trasmissione (bps)L = lunghezza del pacchetto (bit) a = tasso medio di arrivo dei pacchetti
L.a/R = intensità di traffico
L.a/R ~ 0: ritardo molto limitato
L /R 1 il i d i d liL.a/R -> 1: il ritardo cresce in modo non lineare
L.a/R > 1: più “lavoro” in arrivo di quanto possa essere effettivamente svolto, ritardo medio infinito
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svolto, ritardo medio infinito
Perdita di pacchetti48
Perdita di pacchetti
Una coda (detta anche buffer) ha capacità finitaquando il pacchetto trova la coda piena, viene scartato (e quindi va q p p qperso)
un pacchetto perso può essere ritrasmesso dal nodo precedente, dal i i l h l h isistema terminale che lo ha generato, o non essere ritrasmesso
affatto
Apacchetto che sta per essere trasmesso
buffer (area di attesa)
Bi pacchetti che arrivano
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i pacchetti che arrivanoin un buffer pieno vanno persi
Throughput49
Throughput
Frequenza (bit/unità di tempo) alla quale i bit sono trasferiti tra mittente e ricevente
istantaneo: in un determinato istante
ùmedio: in un periodo di tempo più lungo
server, withfile of F bits
d li
link capacityRs bits/sec
link capacityRc bits/sec
tubo che può trasportare fluido a
R bi /
tubo che può trasportare fluido a
/
il server invia bit(fluido) nel tubo
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to send to client Rs bit/sec Rc bits/sec
50
Throughput (segue)Throughput (segue)
R < R Qual è il throughput medio end to end ?Rs < Rc Qual è il throughput medio end to end ?
Rs bit/sec Rc bit/sec
R R l è l h h d d d ?Rs > Rc Qual è il throughput medio end to end ?
Rs bit/sec Rc bit/sec
Collegamento su un percorso punto-punto che vincola un throughput end to
Collo di bottiglia (Bottleneck)
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g p p p g pend
Throughput: scenario Internet51
Throughput: scenario Internet
Throughput end to end per ciascuna connessione Rs
min(Rc,Rs,R/10)
In pratica Rc o Rs è
Rs Rs
In pratica Rc o Rs è spesso nel collo di bottiglia
R
R
Rc
Rc
Rc
10 collegamenti (equamente) condivisi
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10 collegamenti (equamente) condivisi collegamento collo di bottiglia R bit/sec
Elementi architetturali di unaComputer Network
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Computer Network
Trasmissioni digitali
Scambio di frames tra elementi di rete adiacentiScambio di frames tra elementi di rete adiacentiFraming e error control
Medium access control (MAC) regola l’accesso ai mezzi condivisi
Indirizzi identificano il punto di accesso alla rete (interfaccia)
Trasferimento dei pacchetti in rete
C lc l distribuit d ll t b ll di r utinDIET Dept
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Calcolo distribuito delle tabelle di routing
Elementi architetturali di unaComputer Network
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Computer Network
Congestion control all’interno della rete
Internetworking tra reti diverseInternetworking tra reti diverse
Segmentazione e riassemblaggio dei messaggi in pacchetti all’ingresso e all’uscita da una retepacchetti all ingresso e all uscita da una rete
Protocolli di trasporto end-to-end per comunicazioni tra iprocessi
Applicazioni che utilizzano le informazioni che ppattraversano la rete
Intelligenza ai bordi della reteDIET Dept
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Intelligenza ai bordi della rete
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Evoluzione delle architetture di rete e dei servizi di telecomunicazione
Parte 2: Evoluzione delle reti
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Trends nell’evoluzione della rete55
Trends nell evoluzione della rete
I servizi sono gli elementi trainantiCostruire una rete richiede notevoli investimenti
I servizi generano che ricavi guidano l’architettura della rete
Tendenze attualiTendenze attualiMultimedia applications
Segnalazione evoluta
Molti fornitori di servizi e reti overlay
Il networking è un business
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Applicazioni Multimediali56
Applicazioni Multimediali
D l d l dDigitalizzazione di qualsiasi mediaVoce digitale standard nei telefoni cellulariCassette musicali sostituite da CDs e MP3Macchine fotografiche sostituite da videocamere digitali
Video: digital storage and transmissionCassette video analogiche (VCR) sostituite da DVDTV broadcast analogica TV sostituita dalla TV digitaleVCR cameras/recorders sostituiti da digital video recorders and camerascameras
Possibilità di offrire applicazioni multimediali ad alta qualità in rete
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qualità in rete
Segnalazione evoluta57
Segnalazione evoluta
l dSegnalazione di reteLa commutazione di pacchetto connectionless mantiene la rete semplice e evita la complessità dovuta ai sistemi di segnalazionep gma..Grandi flussi di pacchetti possono essere trattati più efficinetemente mediante meccanismi circuit like che richiedono protocolli di segnalazionemediante meccanismi circuit-like che richiedono protocolli di segnalazioneLa gestione di cammini ottici richiedono protocolli di segnalazione Quindi devono essere definiti nuovi sistemi di segnalazioneQ f g
Segnalazione End-to-EndApplicazioni Session-oriented richiedono un protocollo di segnalazione tra
d ipp p g
endpointsSession Initiation Protocol (SIP)
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Servers & Services58
Servers & Services
Molte applicazioni Internet comportano interazioni tra client (host) e server (computer)
Client e server sono posti ai bordi di InternetClient e server sono posti ai bordi di Internet
SMTP, HTTP, DNS, …
Servizi telefonici avanzati richiedono l’utilizzo di serverServizi telefonici avanzati richiedono l utilizzo di serverCaller ID, voice mail, mobility, roaming, . . .
Questi server sono all’interno della rete telefonicaQuesti server sono all interno della rete telefonica
Internet-based servers ai bordi della rete possono fornire le stesse funzionalità
In futuro, coesisteranno sempre più service providers che serviranno gli stessi utenti
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P2P and Overlay Networks59
P2P and Overlay Networks
N l d ll l l d l lNel modello client-server le risorse dei client sono spesso sottoutilizzateLe applicazioni Peer-to-Peer (P2P) rendono possibile la condivisione delle risorse dei client
Napster, Gnutella, KazaaProcessing & storage (SETI@home)Information & files (MP3s)Information & files (MP3s)Creazione di server distribuiti virtuali
I sistemi P2P creano reti overlay di tipo dinamicoy pHost che sono online in un istante si connettono direttamente uno all’altro per permettere la condivisione delle proprie risorseProduzione di grandi volumi di trafficogProblemi di gestione delle reteNuove opportunità di businesses
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Operations, AdministrationMaintenance e Billing
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Maintenance e Billing
Reti di comunicazione come le reti di trasporto I flussi di traffico devono essere monitorati e controllati
I pedaggi devono essere raccolti
Le strade devono essere manutenuteLe strade devono essere manutenute
Deve essere prevista l’evoluzione del traffico per pianioficare la crescita della retecresc ta de a rete
Funzioni esistenti ed evolute nella rete telefonica
In via di sviluppo in reti IP
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Evoluzione delle architetture di rete e dei servizi di telecomunicazione
Parte 3: Fattori chiave nell’evoluzione delle retidelle reti
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Fattori di successo di un servizio62
Fattori di successo di un servizio
Il successo di un nuovo servizio non dipende solo dalla tecnologia
I fattori da considerare di comunicazione sono tre
Esist n Può essere realizzatoEsiste una domanda per il
servizio ?Nuovo
TecnologiaPuò essere realizzato
ad un costo competitivo ?
Mercato
Nuovo Servizio
Regolamentazione E’ consentito il servizio ?
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Tecnologia di trasmissione63
Tecnologia di trasmissione
Costante miglioramento delle tecniche trasmissive
Trasmissione ad alta velocità in coppie in rameppDSL Internet Access
Sempre maggiore capacità nelle reti cellulariSempre maggiore capacità nelle reti cellulariAbbassamento dei costi del servizio telefonico mobile
Capacità virtualmente illimitata nelle fibre otticheDrastica diminuzione dei costi dei servizi telefonici a lunga distdistanza
Possibilità di supporto di “information intensive applications”
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applications
Tecnologie di Elaborazione64
Tecnologie di Elaborazione
l d l l l d l bCostante miglioramento delel tecnologia di elaborazione e memorizzazioneMoore’s Law: raddoppio della densità di transistor per circuitoMoore s Law raddoppio della densità di transistor per circuito integrato ogni due anniRAM: tabelle più grandi, sistemi più grandiDigital signal processing: trasmissione, multiplazione, framing, error control, crittografiaNetwork processors: hardware dedicato per routing switchingNetwork processors: hardware dedicato per routing, switching, forwarding e traffic managementMicroprocessors: supporto di sofisticate applicazioni e protocolli applicativiapplicativiProtocolli e applicazioni di rete a maggiore velocità e throughput
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Moore’s Law65
Moore s Law
1.0E+08Pentium III
P4
1 0E+06
1.0E+07
486 DXPentium
Pentium Pro Pentium II
Pentium III
ount
Intel DX2
1.0E+05
1.0E+06
8086
80286
ansi
stor
co
1 0E 03
1.0E+04
4004
8080
8086Tra
1.0E+030 10 20 301972 1982 1992 2002
4004
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Tecnologia del Software66
Tecnologia del Software
Funzioninalità maggiori e sistemi più complessi
TCP/IP nei sistemi operativiTCP/IP nei sistemi operativi
Java and virtual machinesJava and virtual machines
New application software
Middleware to connect multiple applications
Adaptive distributed systems
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Mercato67
Mercato
Network effect: il vantaggio di un servizio aumenta con la dimensione della comunità che lo utilizza
èMetcalfe's Law: il vantaggio di un servizio è proporzionale al quadrato del numero di utenti
Ec n mi s f sc l : il c st p r ut nt diminuiscEconomies of scale: il costo per utente diminuisce all’aumentare del volume di produzione
Telefoni cellulari PDAs PCsTelefoni cellulari, PDAs, PCs
Efficienza dalla multiplazione
l’ l d èS-curve: l’evoluzione di un nuovo servizio è rappresentata da una “S-shaped curve”, il punto è raggiungere una massa critica
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raggiungere una massa critica
The S Curve68
The S Curve
Service Penetration & Network Effect
Telephone: T=30 years
city-wide & inter-city links
Automobile: T=30 yearsAutomobile 30 years
roads
OthersOthersFax
C ll l & dl hCellular & cordless phones
Internet & WWW
N d P2PDIET Dept
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Napster and P2PT
Regulation & Competition69
Regulation & Competition
Il servizio telefonico si è sviluppato in un regime di monopolioAltissimo costo dell’infrastruttura
Approccio vantaggioso, evoluzione prevedibile, ma lenta innovazione
La competizione è possibile con i progressi tecnologiciAbbassamento dei costi della trasmissione a lunga distanza mediante la tecnologia ottica
Architetture di accesso alternative wired e wirelessArchitetture di accesso alternative wired e wireless
Spettro Radio spectrum: asta vs. unlicensed
Basic connectivity vs. application providerBasic connectivity vs. application providerCompetizione per le parti che generano ritorni economici
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Standards70
Standards
L l hLe nuove tecnologie sono spesso costose e rischioseGli Standard permettono agli attori in gioco di
di id il i hi li t li b fi i dicondividere il rischio e gli eventuali benefici di un nuovo mercato
Costo ridotto d’entrataCosto ridotto d entrataInteroperabilità e “network effect”Competere nell’innovazioneCompetere nell innovazioneCompletamento della catena del valore
Chips, systems, equipment vendors, service providersp , y , q p , p
Esempio802 11 wireless LAN
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802.11 wireless LAN
Standards Bodies71
Standards Bodies
Internet Engineering Task ForceSviluppo degli Internet standardspp g
Request for Comments (RFCs): www.ietf.org
International Telecommunications UnionInternational Telecommunications UnionInternational telecom standards
IEEE 802 CommitteeLocal area and metropolitan area network standardsLocal area and metropolitan area network standards
Industry Organizations
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MPLS Forum, WiFi Alliance, World Wide Web Consortium