Parte I: Introduzione · umano) viene creato uno “stato” nei due host che comunicano TCP -...

1: Introduction 1

Parte I: Introduzione

Obiettivi:

Avere una visione diinsieme del contesto

Approccio:

descrittivo

Uso di Internetcome esempio

Rassegna prima lezione:

cosa è Internet

cosa è un protocollo?

network edge

network core

Rete di accesso, mezzi fisici

prestazioni: loss (perdita),delay (ritardo)

strati di un protocollo(protocol layers) ,modelli di servizio

1: Introduction 2

La diffusione di Internet

1: Introduction 3

Persone on-line

• Dic 2000: total world wide: 275.54 million• Source: http://www.nua.ie/surveys/

September 2002.

33.35

million

Latin

America

182.67

million

Canada &

USA

5.12 millionMiddle East

190.91

millionEurope

187.24

millionAsia/Pacific

6.31 millionAfrica

605.60

millionWorld Total

1: Introduction 4

Internet: rete di reti

Grossolanamente gerarchica

Backbone gestiti da providernazionali/internazionali (NBPs)

Es. Telecom

Interconnessi mediante punti diaccesso privati o pubblici(Network Access Point o NAP)

Internet Service Providerregionali

Connessi a NBP

Internet Service Providerlocali, compagnie

Connessi a ISP regionali

NBP A

NBP B

NAP NAP

ISP regionale

ISP regionale

ISP locale

ISP locale

1: Introduction 5

National Backbone Provider

e.g. BBN/GTE US backbone network

1: Introduction 6

Cosa è Internet: hardware \

milioni di dispositivicollegati: hosts, end-systems

PC, workstation, server

Palmari, telefoni

eseguono appl. di rete

mezzi trasmissivifibra, rame, radio, satellite

router: inviano pacchetti(packets) di datiattraverso la rete

local ISP

companynetwork

regional ISP

router workstation

servermobile

1: Introduction 7

Cosa è Internet

Internet: “rete di reti”Struttura parzialmentegerarchica

Segmenti pubblici e intranetprivate

protocolli: regolano lacomunicazione tra sistemi

e.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP

Standard InternetRFC: Request for comments

IETF: Internet EngineeringTask Force

http://www.ietf.org

local ISP

companynetwork

regional ISP

router workstation

servermobile

1: Introduction 8

Cosa è Internet : i servizi

la rete di comunicazionepermette di eseguireapplicazioni:

WWW, email, giochi, e-commerce, basi di dati ecc.

comunicazioni:connectionless

connection-oriented

cyberspace [Gibson]:“a consensual hallucination

experienced daily by billions ofoperators, in every nation, ...."

1: Introduction 9

Cosa è un protocollo?

protocolli umani:

“che ora è ?”

“Ho una domanda”

… invio di specificimessaggi

… in corrispondenza aiquali vengono preseopportune azioni

… anche altri eventi

protocolli di rete:

macchine

tutte le comunicazioniin Internet governateda protocolli

i protocolli definiscono ilformato, l’ordine di invio edi ricezione dei messaggitra i dispositivi e le azioniprese quando si riceve un

messaggio

1: Introduction 10

Cosa è un protocollo (cont.)?

due esempi :

ciao

ciao

sai l’ora?

2:00

richiesta di connessione TCP

risposta diconnessione TCP

get (prendi)http://era.dis.uniroma1.it/~impianti/programma

<file>

tempo

1: Introduction 11

Caratteristiche della rete fisica

StrutturaNetwork edge: applicazionie host

Network core:router

rete di reti

Rete di accesso

Mezzo fisico:caratteristiche dei link dicomunicazione

1: Introduction 12

Network edge:

end system (hosts):eseguono applicazionies., WWW, email“edge of network”

modello client/serverclient host requests, receivesservice from servere.g., WWW client (browser)/server; email client/server

modello peer-to-peer :interazione simmetrica trahostes.: teleconferenza, Gnutella

1: Introduction 13

Network edge: servizio orientato allaconnessione

Obiettivo: trasferire datitra end system.

handshaking: scambio diinformazione di controlloprima della comunicazione

Hello, hello ( protocolloumano)

viene creato uno “stato”nei due host checomunicano

TCP - Transmission ControlProtocol

Servizio orientato allaconnessione in Internet

Servizio TCP [RFC 793]trasferimento affidabile(reliable) e in ordine di flussi dibyte

perdita: conferma(acknowledgement) eritrasmissioni

controllo di flusso (flowcontrol):

il sender non “inonda” il receiver

Controllo della congestione(congestion control):

Si diminuisce il ritmo (rate) ditrasmissione se la rete ècongestionata

1: Introduction 14

Network edge: servizio connectionless

Obiettivo: trasferimentodati tra host

Lo stesso di prima!

UDP - User DatagramProtocol [RFC 768]: ilservizio connectionlessdi Internet

trasferimento datinon affidabileno controllo di flussono controllo dellacongestione

App’ni che usano TCP:HTTP (WWW), FTP(file transfer), Telnet(remote login), SMTP(email)

App’ni che usano UDP:streaming audio/videoteleconferenza,telefonia su Internet

1: Introduction 15

Network Core

Rete di routerinterconnessiQuestione fondamentale :come avviene iltrasferimento dei dati?

circuit switching:circuito dedicato perogni connessione: retetelefonicapacket-switching: idati sono trasferiti a“blocchi”, non vienepreallocato un circuito

1: Introduction 16

Network Core: Circuit Switching

Pre-allocazione dirisorse end-to-endper “chiamata”Banda dei link,capacità degli switchRisorse dedicate :nessuna condivisionePrestazioni garantiteper ogni connessioneOgni chiamata richiedeuna fase diinstaurazione

1: Introduction 17

Network Core: Circuit Switching

Le risorse di rete non sonocondivise

divisione della banda in“pezzi”

divisione di frequenza

divisione di tempo

la risorsa non usata (idle)dalla chiamata a cui èallocata è sprecata

1: Introduction 18

Network Core: Packet Switching

ogni messaggio è diviso inpacchetti (packets)

i pacchetti di piu’ utenticondividono le risorse

ogni pacchetto usa tutta labanda

le risorse sono usatequando servono

contesa per le risorse:

congestione:possibilità di eccederela capacità; i pacchettisono in coda

store and forward(memorizza e inoltra) :i pacchetti si muovonoun salto alla volta1. Attraversa un link

2. Aspetta il turno al prossimolink

Trasmissione in ordine di arrivo

1: Introduction 19

Network Core: Packet Switching

A

B

C10 MbsEthernet

1.5 Mbs

45 Mbs

D E

multiplexing statistico

Coda di pacchetti in attesa sul link di uscita

1: Introduction 20

Network Core: Packet SwitchingEsempio

Messaggio di 7.5 Mbit

Suddivisione in 5000pacchetti da 1.5 Kbit

Capacità dei link: 1.5 Mbps

Tempi di processamento neirouter trascurabili

Esercizio: calcolare tempo ditrasferimento se ilmessaggio non fosse diviso

Attenzione: 1 Mbit=1000 Kbit !!

1: Introduction 21

Packet switching versus circuit switching

Link da 1 Mbit/s

Per ogni utente:100Kbps se “attivo”

attivo 10% del tempo

circuit-switching:Max. 10 utenti attivi

packet switching:con 35 utenti, Prob > 10utenti attivi < .004

Packet switching permette a più utenti di usare la rete!

N utenti

link da 1 Mbps

1: Introduction 22

Packet switching versus circuit switching

Ottimo per dati a raffica (bursty)

Condivisione di risorse

Nessuna instaurazione di chiamataMA:

Possibilità di congestione: ritardo e perdita dipacchetti

Servono protocolli per il trasporto affidabile eper gestire la congestione

Come ottenere un comportamento di tipo circuitswitched?

Problema aperto (cap. 6)

1: Introduction 23

Packet-switched networks:instradamento (routing)

Obiettivo: trasferire i pacchetti da sorgente a destinazioneseguendo un cammino nella rete

Molti algoritmi di selezione dei cammini (cap. 4)

Reti a datagramma (datagram networks):Prossimo salto (hop) determinato dall’indirizzo di destinazione

Il percorso può mutare nel corso della sessione

analogia: servizio postale

Reti a circuito virtuale (virtual circuit networks):Ogni pacchetto contiene un identificatore che detetmina ilprossimo salto

Il cammino è fissato una volta per tutte in fase di instaurazione

I router attraversati mantengono informazione su ogni chiamata

Attenzione: circuito virtuale e circuit switching sono cose diverse!!

1: Introduction 24

Reti di accesso

Utenze domestiche

Reti di istituzioni(università, aziende)

Reti mobili

Aspetti importanti:

banda (bit al secondo)della rete di accesso

Condivisa o dedicata?

1: Introduction 25

Residential access: point to point access

Modem

Fino a 56Kbps, accessodiretto al router (conversioneD/A – A/D)

ISDN: integrated servicesdigital network: 128Kbps fino alrouter (digitale)

ADSL: asymmetric digitalsubscriber line

Capacità maggiori

1: Introduction 26

Istituzioni: reti locali

Rete locale (LAN) checonnette end system aedge router

Ethernet:

Cavo condiviso checonnette sistemiterminali a un router

10 Mbs, 100Mbps,Gigabit Ethernet

1: Introduction 27

Reti di accesso wireless

Connettono sistemi terminalia un router mediante unmezzo condiviso

wireless LAN:Collegamento radio al postodel cavo

es., Lucent Wavelan 10Mbps

Accesso wireless su aree piùvaste

Es. CDPD (Cellular DigitalPacket Data): accessowireless a router di ISPattraverso una retecellulare

Punto di accesso

Terminali mobili

router

1: Introduction 28

Physical Media

Bit: propagato tra lecoppietrasmettitore/riceventephysical link: cio’ checonnette trasmettitore ericeventeguided media:

I segnali si propagano inmedia solidi: rame, fibraottica, cavo coassiale

unguided media:I segnali si propaganoliberamente, e.g., radio

Doppino telefonicoTwisted Pair (TP)

Due fili di rame isolatiCategoria 3: cavotelefonico tradizionale,10 Mbps EthernetCategoria 5:100Mbps Ethernet

1: Introduction 29

Physical Media: coax, fiber

Coaxial cable:

Due conduttori concentriciin rame

bidirezionale

Banda fissa:

Cavi a canale singolo

legacy Ethernet

Broadband (banda larga):

Cavi a canale multiplo

HFC

Fiber optic cable:

Fibra ottica che conduceimpulsi luminosi, ogni impulso eun bit

Alata velocita’ operativa:

high-speed point-to-pointtransmission (e.g., 10’s-100’s Gps)

Bassa probabilita’ di errore:ripetitori molto lontani;immune da rumoreelectromagnetico

1: Introduction 30

Physical media: radio

Signale trasmesso nellospettroelettromagnetico

no “wire” cavo fisico

bidirezionale

Effetti di propagazionenell’ambiente:

riflessione

ostacolato dagli oggetti

interferenze

Radio link types:terrestrial microwave

e.g. up to 45 Mbps channels

LAN (e.g., Wifi)2Mbps, 11Mbps, 54 Mbps

wide-area (e.g., cellular)e.g. 3G: hundreds of kbps

satelliteKbps to 45Mbps channel (ormultiple smaller channels)

270 msec end-end delay

geosynchronous versus lowaltitude

1: Introduction 31

Ritardo di trasferimento nelle retia pacchetto

Quattro sorgenti diritardo ad ogni salto

1. Processamento al nodo:Correzione di errore suibit

calcolo link di uscita

2. Attesa in codaAttesa per latrasmissione

Dipende dalla congestionenel router

A

B

Propagazione

Trasmissione

Elaborazionenel nodo Accodamento

1: Introduction 32

Ritardo di trasferimento nelle retia pacchetto (2)

3. Ritardo di trasmissioneR= banda sul link (bps)

L=lunghezza pacchetto(bit)

Tempo per trasmetterepacchetto sul link = L/R

4. Ritardo di propagazione:

d = lunghezza link fisico

s = vel. propagazione nelmezzo (~2x108 m/sec)

Ritardo di propagazionenel mezzo = d/s

A

B

Propagazione

Trasmissione

Elaborazionenel nodo Accodamaento

Attenzione: 3 e 4 sonoquantità diverse!

1: Introduction 33

Ritardo di coda nelle reti apacchetto (3)

R=banda del link (bps)

L=lungh. pacchetto (bit)

a=frequenza (rate) diarrivo dei pacchetti(packets/sec)

Intensità del traffico = La/R

La/R ~ 0: ritardo medio di coda piccolo

La/R -> 1: ritardo medio di coda grande

La/R > 1: più pacchetti di quanti possanoessere smaltiti, il tempo di attesa in codatende a divenire infinito! (in realtà perdita)

1: Introduction 34

Stratificazione protocollare(Protocol “Layering”)Le reti sono complesse!

Molti elementi:

host

router

link fisici dallecaratteristichediverse

applicazioni

protocolli

hardware,software

Domanda:Come organizzare lastruttura della rete?

O almeno la suadiscussione?

1: Introduction 35

Esempio di stratificazione: serviziopostale

Una sequenza di passi

Lettera (consegna)

Controllo destinazione(ufficio postale diorigine)

Consegna a corriere

Consegna a dest.

Controllo destinazione (uff.postale di dest.)

Consegna a ufficiodi destinazione

Spedizione effettiva

1: Introduction 36

Servizio postale: una prospettiva diversa

Strati: ogni strato implementa un servizio

Mediante funzionalità interne

Usando i servizi messi a disposizione dagli strati inferiori

Lettera (consegna)

Controllo destinazione(consegna a corriere)

Corriere

Lettera (cons. a dest.)

Controllo destinazione(ric. da corriere)

Corriere (consegna)

Trasporto (aereo, treno...)

Sorgente Destinazione

1: Introduction 37

Stratificazione del servizio postale

Consegna da mittente a destinatario

Consegna da ufficio postale sorgente a ufficiopostale di destinazione

Trasferimento da sede locale a sededestinazione del corriere

Trasporto

1: Introduction 38

Perché la stratificazione?

I sistemi sono complessi:La stratificazione permette una più facileorganizzazione e individuazione delle funzionalità

La modularità facilita la manutenzione e lamodifica dei sistemi

La modifica dell’implementazione dei servizi resida uno strato è trasparente (non si modifical’interfaccia)

Es., cambiare il corriere non altera ilfunzionamento complessivo del servizio postale

1: Introduction 39

La stratificazione di Internet

application: supporto per le applicazioni direte

ftp, smtp, http

transport: trasferimento dati end-to-endtcp, udp

network: trasferimento di datagrammi dasorgente a destinazione (host-to-host)

ip, routing protocols

link: trasferimento di dati tra elementi direte adiacenti

ppp, ethernet

physical: bit “sul cavo”

application

transport

network

link

physical

1: Introduction 40

Stratificazione: comunicazione logica

applicationtransportnetwork

linkphysical


linkphysical


linkphysical


linkphysical

networklink

physical

Ogni strato:distribuito“entità”implementanole funzionalitàdi strato inogni nodoLe entitàeseguono azionie scambianomessaggi con leentità pari(peer entities)

1: Introduction 41

Layering: logical communication


linkphysical


linkphysical


linkphysical


linkphysical

networklink

physical

data

dataEs.: transport

Preleva dati daapp.Indirizzamento,crea datagrammaInvia ildatagrammaall’entità pari dellato destinazioneAttendi che il peerconfermi ilricevimentoanalogia: ufficiopostale

data

transport

transport

ack

1: Introduction 42

Layering: physical communication


linkphysical


linkphysical


linkphysical


linkphysical

networklink

physical

data

data

1: Introduction 43

Stratificazione e dati

Ogni strato riceve dati dallo strato superioreAggiunge header e crea nuova unità datiPassa nuova unità dati a strato inferiore


linkphysical


linkphysical

source destination

M

M

M

M

Ht

HtHn

HtHnHl

M

M

M

M

Ht

HtHn

HtHnHl

message

segment

datagram

frame

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