Reti di calcolatore e Applicazioni Telematiche - IntroduzioneLezioni di supporto al corso teledidattico E.Mumolo. DEEI

mumolo@units.it

Cenni di storia delle reti di calcolatori

Anni 60: Collegamenti seriale su linea telefonica applicazioni bancarie e aziendali

Problemi: 1.banda passante 2.collegamenti remoti La soluzione richiede un aumento della complessità:

dai terminali ai calcolatori

Linea telefonica (analogica)Mainframe

Unica applicazione

Terminali

Spinta decisiva: applicazioni militari 1957 – USSR lancia lo Sputnik I Stati Uniti colpiti dal successo creano ARPA

(Adv. Res. Project Agency)

Inizia lo sviluppo delle reti di calcolatori rete: un sistema impiegato per connettere più calcolatori

tramite una singola tecnologia di trasmissione internet: insieme di reti connesse medianti sistemi che

instradano il traffico tra i calcolatori collegati alle diverse reti

Cenni di storia delle reti di calcolatori

Storia delle reti di calcolatori

1962 MIT: Leonard Kleinrock pubblica il primo articolo sulla teoria packet-switching (idea nuova)

1965 – primo “wide area network” Collegamento tra Berkeley e MIT

1967 – pubblicazione di progetti per ARPANET

Storia delle reti di calcolatori

1969 – Interface Message Processor (IMP) – 4 computers (UCLA, SRI, UCSB and UTAH)

1971 – 23 host computers -15 nodi 1972 – ARPANET usata da utenti ‘pubblici’ Primo programma di comunicazione personale: email 1973: 75% del traffico ARPANET è email 1973 - University College of London connesso a

ARPAnet attraverso un collegamento con la Norvegia (satellite)

ARPAnet non era la sola rete SATNET su satellite Ethernet: reti locali

La vecchia ARPAnet non era adeguata a questo scenario

1974 – TCP/IP (Transmission Control Prot./Internetwork Protocol) Ogni rete lavoro in modo autonomo Un gateway all’interno di ogni rete (grandi computer capaci di

rasmettere e indirizzare grandi quantità di dati) Pacchetti instradati lungo il percorso più veloce Diversi anni di modifiche e riprogettazione

Storia delle reti di calcolatori

1974/1982 – Si realizzano molte reti: Telenet – prima versione commerciale di ARPANET MFENet – ricercatori in Magnetic Fusion Energy HEPNet – ricercatori in High Energy Physics SPAN – ricercatori dello spazio Usenet – sistema aperto su e-mail e newsgroups Bitnet – universitari che usano computer IBM CSNet – Computer Scientists in universities, industry and

government Eunet – versione Europea della rete Unix EARN – versione Europea di Bitnet

Storia delle reti di calcolatori

1974/1982 Situazione caotica Tante reti diverse Tecniche e protocolli diversi coesistono ARPAnet rappresenta backbone

Il sistema si espande Miglioramento prestazioni computer (memoria e velocità) Aumento velocità di trasmissione (fibra ottica)

TCP/IP: Standard : 1978-1981 Incluso in Berkeley UNIX nel 1981. Gennaio 1983: ARPAnet passa a TCP/IP

Storia delle reti di calcolatori

NSFNet (rete ricerca negli Stati Uniti) Aumento nell’uso di Internet

1984 – 1,000 utenti … 1990 – 300,000 utenti 1991: NSFNet permette l’accesso a privati (inizia lo sviluppo di

Internet providers privati) 1994: nasce Hotmail (primo provider di posta elettronica)

World Wide Web (1993...) ricerca fra pagine con collegamenti ipertestuali Altavista motore di ricerca per il WWW (Dec1995)

Peer-to-peer (2000...). File sharing

Storia delle reti di calcolatori

Scopi delle reti di calcolatori

Obiettivi principali dei collegamenti tra calcolatori Condividere informazione a diverse distanze Condividere risorse hardware a diverse distanze Condividere risorse software a diverse distanze

Altri obiettivi Affidabilità della comunicazione nei confronti dei guasti Aumentare la velocità di trasmissione Basso costo Consentire una facile espansione in distanza e numero di

stazioni

Classificazione delle reti

Secondo la Tecnologia trasmissiva impiegata Secondo la Scala dimensionale

Reti personali (PAN) ordine di 1 m Reti locali (LAN) ordine di 10 – 1000 m Reti metropolitane (MAN) ordine di 10 Km Reti geografiche (WAN) ordine di 100 – 1000 Km Internet ordine di 10000 Km Struttura gerarchica:

WAN

MAN MAN

LAN LAN LAN LAN

Classificazione delle reti

Scala dimensionale geografica-planetaria

Rete geografica: una sottorete che collega diverse LAN e MAN mediante sistemi di commutazione (Router)

Internet: connessione tra reti geografichediverse mediante Gateway

Classificazione delle reti Secondo la Modalità di trasferimento dati

in una sola direzione (simplex connection) in due direzioni ma non ontemporaneamente (half-duplex

connection) in due direzioni contemporaneamente (full-duplex connection)

Secondo il tipo di servizi Orientati alla connessione (connection-oriented)

si stabilisce una connessione si scambiano informazioni si rilascia la connessione

Non orientati alla connessione (connection-less) I dati viaggiano in modo indipendente Non è detto che arrivino a destinazione L’ordine di invio non è rispettato in ricezione Ogni messaggio riporta l’indirizzo di destinazione

Ancora sulla Tipologia di servizio Orientata alla connessione affidabile. Esempio FTP Non orientata alla connessione affidabile

(acknowledged datagram service): si invia un breve messaggio e si vuole essere assolutamente sicuri che sia arrivato

Orientata alla connessione non affidabile: es. nelle trasmissioni di voce e video sono accettate perdite di dati

Non orientata alla connessione non affidabile (datagram service): es. distribuzione di posta elettronica

pubblicitaria, Richiesta/risposta: Es. interrogazione di una base di dati

Datagramma di richiesta messaggio di risposta (ack)

Classificazione delle reti Secondo il tipo di Comunicazione Dati

Commutazione di circuito. Esempio: reti telefoniche Prima di trasmettere dati è necessario stabilire una connessione:

creazione di un canale tra chiamante e chiamato (circuito) Il canale è usato esclusivamente da chi ha attivato la connessione I commutatori sul percorso tra mittente e destinatario mantengono lo

stato della connessione per tutta la durata della comunicazione

Commutazione di pacchetto. Esempio: Internet il mittente spezza i messaggi in piccoli pacchetti. Ogni pacchetto

viaggia alla massima velocità consentita dal canale fisico. Problemi:

Dovuti ai buffer di trasmissione/ricezione: Ritardo – Congestione – Perdita di pacchetti

Dovuti al modo di trasmissione: ordina casuale di pacchetti Vantaggi: efficienza (correzione d’errore, uso della banda)

Classificazione delle reti

Secondo la tecnologia trasmissiva Broadcast

Le reti broadcast sono dotate di un unico "canale" di comunicazione che è condiviso da tutti gli elaboratori.

Il pacchetto trasmesso contiene l’indirizzo del destinatario Indirizzo di broadcast : il pacchetto viene diretto a tutti

Punto a punto Connessioni fra coppie di elaboratori. I pacchetti non passano tra tutti i calcolatori ma attraverso sistemi intermedi

Wireless

Classificazione delle reti Secondo la Topologia della rete. La Topologia determina:

Dimensione e forma della rete Numero massimo di stazioni collegabili Numero di linee e lunghezza del cavo In definitiva: determina costi-affidabilità-espandibilità-complessità

della rete

Topologia a stella Modalità punto-punto:

Vantaggi:Prestazioni (assenza di

contesa)Semplicità del protocolloFacilità di controllo

Svantaggi:Possibilità di sovraccarico nodo

centraleAffidabilità dipende dal nodo

centraleLunghezza dei cavi

Classificazione delle reti-topologia Topologia ad anello

Collegamento delle stazioni in una configurazione circolare Collegamento punto-punto Vantaggi:

Possibilità di coprire elevate distanze (ogni stazione rigenera il segnale) Ideale per le fibre ottiche Semplicità Alto carico

Svantaggi: Limitata flessibilità Scarsa affidabilità Aggiunta di una reteinterruzione della rete

Normalmente si usa la tecnica degli anelli controrotanti Svantaggio: raddoppio della lunghezza dei cavi

Classificazione delle reti-topologia Topologia a maglia (completamente connessa e non)

Pregi Affidabilità delle trasmissioni

Difetti Ridondanza

Classificazione delle reti-topologia Topologia ad albero

Realizzata con dispositivi di interconnessione (tipicamente HUB) Vantaggio: espandibilità Svantaggi: lunghezza cavi- affidabilità

Topologia a bus Pregi

un guasto ad un host non interrompe la trasmiss. Semplice, economico, estendibile

Difetti ogni computer può intercettare le comunicazioni altrui Diminuzione delle prestazioni per elevato traffico

Topologia logica-fisica

La topologia fisica descrive la dislocazione spaziale La topologia logica descrive come avviene il flusso di

dati attraverso una determinata dislocazione spaziale Topologia ad anello: richiede particolari cure per

aumentare l’affidabilità Fisicamente a stella

ma logicamente ad anello Fisicamente ad albero

ma logicamente ad anello Fisicamente a bus ma

logicamente ad anello

Enti per la Standardizzazione

American National Standard Institute (ANSI) - privato International Electromechanical Commission (IEC) - privato International Telecommunications Union (ITU) - pubblico Electronic Industries Association (EIA) - privato Telecommunications Industry association (TIA) - privato Internet Engineering Task Force (IETF) - privato Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) - privato International Organization for Standardization (ISO) - pubblico National Institute for Standards and Technology (NIST) –

pubblico PPTT - pubblico

Struttura del software di rete Organizzazione a livelli

Ogni livello si occupa di particolari compiti Fornisce servizi ai livelli superiori Protocolli di livello n

messaggio

Informazioneper il traduttore

Informazioneper la segretaria

filosofo

traduttore

segretaria

Header, Trailer e frammentazione

Aggiunta header

Frammentazione

Relazione servizi-protocollo

L'insieme dei livelli e dei relativi protocolli è detto architettura di rete

Servizio fornito dal livello k

Protocollo

Interfacce L’accesso ai servizi di un livello è realizzato attraverso i SAP

(Service Access Point) Ogni SAP ha un indirizzo attraverso il quale è possibile individuarlo

L’informazione passata attraverso i livelli: Protocol Data Unit (PDU). Per uno specifico livello n è detta n-PDU

Quando una n-PDU entra in un livello è detta SDU (Service Data Unit)

Ad essa viene aggiunta una PCI (Protocol Control Information) e diventa una (n-1)-PDU da passare al livello n-2

Interfacce

IDU

PCI SDU ICI

PDU ICI

IDU

PCI SDU ICI

IDU=Service Data Unitdati oggetto del servizio

PCI=Protocol Control Informationaggiunta del protocollo

PDU=Protocol Data Unit

ICI=Interface Control Informationparametri di controllo inerenti alla richiestadi servizio

IDU=Interface Data Unitdati passati

Livello N+1

Livello N

Livello N -1

Il modello di riferimento OSI

Il modello OSI vs. il modello TCP/IP

Non presenti nel modello

Non presentinel modello

Esempio della architettura di Internet

Utente

Ethernet

Architecture of the original Ethernet.Architettura originale di Ethernet

Overview del livello fisico

Compito di questo livello è quello di consentire la trasmissione di sequenze di bit su un canale di comunicazione (mezzo di trasmissione)

Overview del livello data link Compito di questo livello è quello di far apparire, al livello superiore,

il mezzo trasmissivo come una linea di trasmissione esente da errori di trasmissione. Aspetti importanti: framing: aggiunta di delimitatori alla sequenza grezza di bit scelta dei delimitatori gestione di errori di trasmissione controllo di flusso controllo dell’accesso al mezzo di trasmissione condiviso indirizzamento fisico

Overview del livello di rete

Compito di questo livello è garantire il corretto ed ottimale funzionamento della sottorete di comunicazione. Aspetti importanti: Instradamento per ogni pacchetto Gestione della congestione Indirizzamento logico Conversione dei dati nel passaggio fra una rete ed un'altra con diverse

caratteristiche:

Overview del livello trasporto

Compito di questo livello è quello di suddividere i dati provenienti dal livello superiore in pacchetti (segmenti) e trasmetterli in modo efficiente usando il livello rete ed isolando da questo i livelli superiori. Aspetti importanti: segmentazione e riassemblaggio creazione di connessioni di livello rete controllo del flusso end-to-end gestione degli errori

Overview del livello sessione

Ha il compito di permettere il dialogo tra programmi applicativi in esecuzione su computer diversi attraverso la creazione di una sessione controllo del dialogo.

Aspetti importanti: Instaurazione della connessione con la peer entity Interruzione del dialogo e ripresa da un particolare punto di

sincronizzazione Abbattimento della connessione e determinazione del tipo di

scambio (half o full duplex) Determinazione di punti di sincronizzazione all’interno del flusso

dei dati

Overview del livello presentazione Consente lo scambio dei dati tra macchine diverse in

modo intelligibile attraverso la definizione di un formato comune di rappresentazione dei dati.

Aspetti importanti: Traduzione Cifratura Compressione

Overview del livello applicazione Fornisce un insieme di protocolli che operano a stretto contatto con

le applicazioni Applicazioni comuni:

Trasferimento di file Terminale virtuale Scambio di messaggi di posta elettronica Gestione remota dei processi Recupero di informazioni multimediali

Interconnessione di reti