1 Intro Propedeutici

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  • 1 Intro Propedeutici

    1. 1. Infrastrutture e Protocolli per Internet - 061234 Prof. Antonio Capone
    2. 2. Il docente <ul><li>Prof. Antonio Capone </li></ul><ul><li>Ufficio: </li></ul><ul><ul><li>Dip. di Elettronica e Informazione </li></ul></ul><ul><ul><li>3° piano </li></ul></ul><ul><ul><li>stanza 335 </li></ul></ul><ul><li>Tel: (02 2399) 3449 </li></ul><ul><li>E-mail: capone@elet.polimi.it </li></ul><ul><li>Web page: http://home.dei.polimi.it/capone/ </li></ul><ul><li>Orario di ricevimento: </li></ul><ul><ul><li>Martedì 14.00-16.00 (fuori dai periodi di lez.) </li></ul></ul><ul><ul><li>Martedì 15.00-16.30 (durante lez. II sem.) </li></ul></ul>
    3. 3. Materiale didattico (1) <ul><li>Libro di riferimento: </li></ul><ul><ul><li>J. Kurose, K. Ross, Reti di calcolatori e Internet: un approccio top-down, Terza Edizione , Pearson Addison Wesley. </li></ul></ul><ul><li>Materiale addizionale disponibile sul sito web del libro: http://wps.pearsoned.it/ema_it_aw_kurose_network_3 </li></ul><ul><ul><li>Esercizi </li></ul></ul><ul><ul><li>Materiale di approfondimento </li></ul></ul>
    4. 4. Materiale didattico (2) <ul><li>Behrouz A. Forouzan, I protocolli TCP/IP, McGraw-Hill </li></ul><ul><li>Douglas E. Comer, Internetworking con TCP/IP , Volume 1, Seconda Edizione, Addison-Wesley, 2002. </li></ul><ul><li>Douglas E. Comer, Internet e Reti di Calcolatori, Addison-Wesley, 2003 </li></ul>
    5. 5. Materiale didattico (3) <ul><li>Lucidi del corso </li></ul><ul><li>Altro materiale suggerito durante il corso </li></ul><ul><li>Link disponibili sul sito web </li></ul>
    6. 6. Home page del corso
    7. 7. Laboratorio <ul><li>Tematiche </li></ul><ul><ul><li>Analizzatori di rete (Ethereal) </li></ul></ul><ul><ul><li>Configurazione di router CISCO (Packet Tracer) </li></ul></ul><ul><li>Squadra A: cognomi da A a CI </li></ul><ul><li>Squadra B: cognomi da CO a L </li></ul><ul><li>Lezioni in D32-D33, Giovedì 10.15-12.15 </li></ul>Squadra A Giovedì 26/3 Giovedì 16/4 Giovedì 30/4 Giovedì 21/5 Giovedì 04/6 Squadra B Giovedì 02/4 Giovedì 23/4 Giovedì 14/5 Giovedì 28/5 Giovedì 11/6
    8. 8. Progetto protocolli <ul><li>Il corso anche quest’anno prevede la possibilità di svolgere un piccolo progetto di sviluppo software in tecnologia .NET. </li></ul><ul><li>Tale progetto è facoltativo ma fortemente consigliato e contribuisce alla valutazione finale dell’esame. </li></ul><ul><li>I punteggi massimi dipendono dalla tipologia di progetto (2-3-4 punti) mentre il punteggio assegnati dipende ovviamente dalla valutazione finale del software prodotto. </li></ul><ul><li>Il progetto deve essere svolto singolarmente. </li></ul><ul><li>Responsabile: Roberto Freato ( [email_address] ) </li></ul>
    9. 9. Modalità d’esame <ul><li>Esame scritto </li></ul><ul><ul><li>Esercizi </li></ul></ul><ul><ul><li>Domande a risposta aperta </li></ul></ul><ul><ul><li>Quesiti di laboratorio </li></ul></ul><ul><li>Progetto di protocolli (facoltativo) </li></ul><ul><li>Normalmente non è previsto un esame orale ma può essere richiesto dal docente per casi particolari </li></ul><ul><li>Non sono previste prove intracorso </li></ul>
    10. 10. Scopo del corso <ul><li>Fornirvi le basi della tecnologia di </li></ul>INTERNET Nessun ingegnere dell’area della Information Tecnology può oggi fare a meno di queste conoscenze
    11. 11. Background <ul><li>Noi ci occuperemo: </li></ul><ul><ul><li>Dei protocolli usati per i colloqui a tutti i livelli </li></ul></ul><ul><ul><li>Delle infrastrutture di rete necessarie al funzionamento di INTERNET </li></ul></ul>Molti software applicativi colloquiano con software remoti Per colloquiare usano un rete: INTERNET I colloqui sono soggetti a regole (protocolli)
    12. 12. Agenda del Corso – Approccio Top-Down <ul><li>Evoluzione ed organizzazione delLa “Rete” </li></ul><ul><li>Concetti propedeutici: </li></ul><ul><ul><li>Protocolli </li></ul></ul><ul><ul><li>Servizi di comunicazione </li></ul></ul><ul><ul><li>Modelli a strati </li></ul></ul><ul><li>Livelli Applicativo </li></ul><ul><ul><li>Data base distribuiti (DNS) </li></ul></ul><ul><ul><li>Connesione remota (FTP, Telnet) </li></ul></ul><ul><ul><li>Web Browsing (HTTP) </li></ul></ul><ul><ul><li>E-mail (SMTP) </li></ul></ul><ul><ul><li>Cenni ad applicazioni Peer-To-Peer </li></ul></ul><ul><li>Il livello di trasporto </li></ul><ul><ul><li>Trasporto “inaffidabile” UDP </li></ul></ul><ul><ul><li>Trasporto “affidabile” TCP </li></ul></ul>
    13. 13. … Agenda del corso <ul><li>Il livello di Rete (Internet Protocol, IP) </li></ul><ul><ul><li>Politiche di indirizzamento </li></ul></ul><ul><ul><li>Politiche di inoltro e instradamento </li></ul></ul><ul><ul><li>Regole del protocollo </li></ul></ul><ul><ul><li>Protocolli di controllo (ARP, RARP, ICMP) </li></ul></ul><ul><li>I protocolli di routing : </li></ul><ul><ul><li>Definizione del problema ed algoritmi di routing </li></ul></ul><ul><ul><li>Routing unicast link state (OSPF) </li></ul></ul><ul><ul><li>Routing unicast distance vector (RIP) </li></ul></ul><ul><ul><li>Routing unicast path vector (BGP) </li></ul></ul><ul><ul><li>Multicast </li></ul></ul>
    14. 14. ... Agenda del Corso <ul><li>Tecnologie d’accesso </li></ul><ul><ul><li>Apparati e protocolli per l’accesso tramite LAN </li></ul></ul><ul><ul><li>Cenni all’accesso IEEE 802.11 </li></ul></ul><ul><li>Intranetting </li></ul><ul><ul><li>Cenni sulle procedure di Network Address Translation (NAT) </li></ul></ul><ul><ul><li>Cenni sulle Virtual Private Networks (VPN) </li></ul></ul><ul><li>Evoluzioni di Internet </li></ul><ul><ul><li>IPv6, MPLS </li></ul></ul>
    15. 15. Cenni Storici
    16. 16. Un po’ di storia
    17. 17. La nascita di Internet: anni ‘60 <ul><li>1961 : Kleinrock – dimostra l’efficacia della commutazione di pacchetto grazie alla teoria delle code </li></ul><ul><li>1967 : Lawrence Roberts progetta ARPAnet (Advanced Research Projects Agency) </li></ul><ul><li>1969 : primo nodo di IMP (Interface Message Processor) di ARPAnet a UCLA </li></ul>
    18. 18. La nascita di Internet: anni ‘70 <ul><li>1972: </li></ul><ul><ul><li>Nasce NCP (Network Control Protocol) il primo protocollo di Internet </li></ul></ul><ul><ul><li>Primo programma per la posta elettronica </li></ul></ul><ul><ul><li>ARPAnet ha 15 nodi </li></ul></ul><ul><li>1970: </li></ul><ul><ul><li>ALOHAnet rete radio a pacchetti al Univ. of Hawaii </li></ul></ul><ul><li>1974: </li></ul><ul><ul><li>Cerf and Kahn – definiscono i principi dell’internetworking (rete di reti) </li></ul></ul><ul><li>1976: </li></ul><ul><ul><li>Nasce Ethernet nei laboratori di Xerox </li></ul></ul><ul><li>1979: </li></ul><ul><ul><li>ARPAnet ha 200 nodi </li></ul></ul>
    19. 19. La nascita di Internet: anni ‘80 <ul><li>1982 : definizione del protocollo SMTP per la posta elettronica </li></ul><ul><li>1983 : rilascio di TCP/IP che sostituisce NCP </li></ul><ul><li>1983 : definizione del DNS per la traduzione degli indirizzi IP </li></ul><ul><li>1985 : definizione del protocollo FTP </li></ul><ul><li>1988 : controllo della congestione TCP </li></ul><ul><li>nuove reti nazionali: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel </li></ul><ul><li>100.000 host collegati </li></ul>
    20. 20. Le prime applicazioni <ul><li>Telnet </li></ul><ul><li>Email </li></ul><ul><li>FTP </li></ul>
    21. 21. La nascita di Internet: anni ‘90 <ul><li>1990 : ARPAnet viene dismessa </li></ul><ul><li>1991 : NSF lascia decadere le restrizioni sull’uso commerciale di NSFnet </li></ul><ul><li>Primi anni ‘90: Tim Berners-Lee inventa il web al Cern di Ginevra </li></ul><ul><li>1994 : Mosaic, poi Netscape </li></ul><ul><li>Fine ‘90 : commercializzazione del Web </li></ul>
    22. 22. La nascita di Internet: anni 2000 <ul><li>2000 – oggi: </li></ul><ul><li>arrivano le “killer applications”: messaggistica istantanea, condivisione di file P2P, IP Telephony </li></ul><ul><li>sicurezza di rete </li></ul><ul><li>centinaia di milioni di host, un miliardo di utenti </li></ul><ul><li>velocità nelle dorsali dell’ordine dei Gbps </li></ul>
    23. 23. http://www.caida.org
    24. 24. La crescita di internet Jan 2009 625,226,456
    25. 25. Cos’è Internet?
    26. 26. Cos’è Internet? <ul><li>Milioni di computer connessi alla rete chiamati host = terminali </li></ul><ul><li>Su cui girano applicazioni di rete </li></ul><ul><li>Collegamenti </li></ul><ul><li>fibra, cavo, radio, satellite </li></ul><ul><li>Nodi di rete chiamati router </li></ul>local ISP company network regional ISP router workstation server mobile
    27. 27. Cos’è Internet? …continua <ul><li>Infrastruttura di comunicazione consente le applicazioni distribuite: </li></ul><ul><ul><li>Web, email, games, e-commerce, file sharing </li></ul></ul><ul><li>Protocolli di comunicazione per inviare e ricevere messaggi </li></ul>
    28. 28. Cos’è un protocollo? <ul><li>Protocollo umano e protocollo di rete </li></ul>D: Conoscete altri protocolli umani? Ciao Ciao Richiesta di connessione TCP Browser Web Server Web Sai l’ora? 2:00 Risposta di connessione TCP Get http://www.awl.com/kurose-ross <file> tempo
    29. 29. Esempio: Il protocollo della posta elettronica <ul><li>S: 220 hamburger.edu C: HELO crepes.fr S: 250 Hello crepes.fr, pleased to meet you C: MAIL FROM: <alice@crepes.fr> S: 250 alice@crepes.fr... Sender ok C: RCPT TO: <bob@hamburger.edu> S: 250 bob@hamburger.edu ... Recipient ok C: DATA S: 354 Enter mail, end with &quot;.&quot; on a line by itself C: Do you like ketchup? C: How about pickles? C: . S: 250 Message accepted for delivery C: QUIT S: 221 hamburger.edu closing connection </li></ul>
    30. 30. Ai confini della rete <ul><li>Terminali (hosts): </li></ul><ul><ul><li>Eseguono il software applicativo (Web, email, ecc.). </li></ul></ul><ul><ul><li>Processi remoti scambiano informazioni </li></ul></ul><ul><li>Modello client/server </li></ul><ul><ul><li>client chiedono il servizio, i server lo forniscono </li></ul></ul><ul><ul><li>I client fanno domande, i server rispondono </li></ul></ul><ul><li>Modello peer-to-peer: </li></ul><ul><ul><li>Tutti i terminali collaborano senza distinzione di ruoli (o quasi) </li></ul></ul>
    31. 31. Le applicazioni usano la rete <ul><li>La rete fornisce un servizio di comunicazione alle applicazioni per il trasporto delle informazioni tra i processi remoti </li></ul><ul><li>Il servizio di trasporto offerto dalla rete alle applicazioni può essere di vari tipi </li></ul>_________________________ processo applicativo _________________________ processo applicativo La rete Trasporta l’informazione
    32. 32. Il trasporto delle informazioni <ul><li>Possono essere trasportati brevi messaggi in modo non affidabile (esempi: DNS, segnalazione, ecc.) </li></ul><ul><li>Possono essere trasportate sequenze anche lunghe di byte in modo affidabile (web, email, file transfer, ecc.) </li></ul>_________________________ processo applicativo _________________________ processo applicativo La rete Trasporta l’informazione
    33. 33. Nel cuore della rete <ul><li>Insieme di router interconnessi </li></ul><ul><li>La domanda fondamentale : come viene trasferita l’informazione in rete? </li></ul><ul><ul><li>Commutazione di circuito: circuito dedicato per chiamata </li></ul></ul><ul><ul><li>Commutazione di pachetto: dati inviati in rete con messaggi </li></ul></ul>
    34. 34. Commutazione di circuito <ul><li>Le risorse per la comunicazione sono riservate per la chiamata </li></ul><ul><li>Esempio rete telefonica </li></ul>
    35. 35. Commutazione di circuito 1122 3344 2) cerco un circuito 3) apro il circuito 5) conversazione 1) voglio parlare con il 3344! 4) ti cercano!
    36. 36. Commutazione di circuito <ul><li>Risorse di rete suddivise in “pezzi” </li></ul><ul><li>ciascun “pezzo” (= circuito) viene allocato ai vari collegamenti </li></ul><ul><li>le risorse rimangono inattive se non utilizzate (non c’è condivisione) </li></ul><ul><li>suddivisione della banda in “pezzi” </li></ul><ul><ul><li>divisione di frequenza </li></ul></ul><ul><ul><li>divisione di tempo </li></ul></ul>
    37. 37. Commutazione di pacchetto terminale router pacchetto informazione header
    38. 38. Commutazione di pacchetto A B R1 R2 R3 C Header Dati Indirizzo di destinazione: A tabella di instradamento indirizzo dest. Prossimo router A R2 R3 B
    39. 39. Commutazione di pacchetto <ul><li>Il flusso di dati viene suddiviso in pacchetti </li></ul><ul><li>I pacchetti di tutti gli utenti condividono le risorse di rete </li></ul><ul><li>Ciascun pacchetto utilizza completamente il canale </li></ul><ul><li>Le risorse vengono usate a seconda delle necessità </li></ul><ul><li>Contesa per le risorse </li></ul><ul><li>store and forward : il commutatore deve ricevere l’intero pacchetto prima di poter cominciare a trasmettere sul collegamento in uscita </li></ul><ul><li>Multiplazione statistica : accodamento dei pacchetti, attesa per l’utilizzo del collegamento </li></ul>
    40. 40. Store and forward T 0 =inizio trasmissione T 1 =fine trasmissione T 2 =arrivo primo bit T 3 =arrivo ultimo bit A B C L =lunghezza del pacchetto [bit] T = T 1 - T 0 = L/R R =velocità di trasm. [bit/s] Tempo di trasmissione:  = T 2 -T 0 = l/C C =velocità di prop. [m/s] Ritardo di propagazione: l =lunghezza del coll. [m]
    41. 41. Store and forward A B C
    42. 42. Store and forward <ul><li>Rappresentazione alternativa: </li></ul>A B C T 1 T 2  1  2
    43. 43. Multiplazione statistica <ul><li>La sequenza dei pacchetti A e B non segue uno schema prefissato. </li></ul><ul><li>Condivisione di risorse su richiesta </li></ul><ul><li> multiplazione statistica . </li></ul>A B C Ethernet a 10 Mbps 1,5 Mbps Multiplexing statistico Coda dei pacchetti in attesa sul collegamento in uscita D E
    44. 44. Il ritardo dei pacchetti <ul><li>Ogni pacchetto sperimenta un ritardo variabile </li></ul><ul><li>Elaborazione nel nodo </li></ul><ul><ul><li>Controllo errori </li></ul></ul><ul><ul><li>Determinazione link di uscita (table lookup) </li></ul></ul><ul><li>Tempo di attesa </li></ul><ul><ul><li>Tempo nella coda in attesa di poter essere trasmesso </li></ul></ul><ul><li>Tempo di trasmissione </li></ul><ul><li>Ritardo di propagazione </li></ul>A B propaga zione trasmissione elaborazione attesa
    45. 45. Fonti di ritardo <ul><li>Processing: </li></ul><ul><ul><li>Controllo d’errore </li></ul></ul><ul><ul><li>Scelta link in uscita </li></ul></ul><ul><li>Accodamento </li></ul><ul><ul><li>Tempo di attesa in coda </li></ul></ul><ul><ul><li>Dipende dal livello di congestione nel router </li></ul></ul>A B propagazione transmissione processing accodamento
    46. 46. <ul><li>3. Ritardo di trasmissione: </li></ul><ul><li>R =banda del link [bit/s] </li></ul><ul><li>L =lunghezza del pacchetto [bits] </li></ul><ul><li>Tempo per immettere i bit sul link T = L/R </li></ul><ul><li>4. Ritardo di propagazione: </li></ul><ul><li>l = lunghezza del link fisico [m] </li></ul><ul><li>C = velocità di propagazione nel mezzo (~2x10 8 [m/sec]) </li></ul><ul><li>Ritardo di propagazione  = l/C </li></ul>Ritardo nelle reti a pacchetto A B propagazione transmissione processing accodamento
    47. 47. Ritardo Complessivo <ul><li>d proc = ritardo di processing </li></ul><ul><ul><li>Dell’ordine di μ s (10 -6 s) </li></ul></ul><ul><li>d queue = ritardo di accodamento </li></ul><ul><ul><li>Dipende dalla congestione </li></ul></ul><ul><li>d trans = ritardo di trasmissione </li></ul><ul><ul><li>Dipende dalla lunghezza del pacchetto e dalla banda del link </li></ul></ul><ul><li>d prop = ritardo di propagazione </li></ul><ul><ul><li>Dipende dalle caratteristiche fisiche del link, da pochi μ s a centinaia di ms </li></ul></ul>
    48. 48. Architettura semplificata di un nodo Main Memory CPU NIC NIC NIC I/O Bus System Bus Fast Ethernet FDDI ATM DMA Xfer DMA Ctrl NIC = Network Interface Controller DMA = Direct Memory Access 1. Packet input 2. Header processing Routing table lookup DMA transaction 3. Packet output 3 2 1
    49. 49. Modello di un nodo Arrivo pacchetti dalle interfacce Elaborazione pacchetti e scelta dell’uscita Attesa per analisi pacchetto Attesa per trasmissione pacchetto Trasmissione sulle interfacce d’uscita
    50. 50. Ritardo di accodamento A B C A B C T 1 T 2  1  2 attesa I pacchetti possono attendere nella coda d’uscita di un’interfaccia Esempio 1
    51. 51. Ritardo di accodamento A B C A B C T 1 T 2  1  2 D Interfacce diverse hanno code d’uscita separate ed indipendenti Esempio 2
    52. 52. Ritardo di accodamento A B C A B D T 1 T 3  1  3 D T 1 Interfacce diverse hanno code d’uscita separate ed indipendenti Esempio 2
    53. 53. Ritardo di Accodamento <ul><li>R=banda del link [b/s] </li></ul><ul><li>L=lunghezza pacchetto (bits) </li></ul><ul><li>a=frequenza di arrivo dei pacchetti </li></ul>Intensità di traffico = La/R <ul><li>La/R ~ 0: ritardo in coda piccolo </li></ul><ul><li>La/R -> 1: il ritardo tende all’infinito </li></ul><ul><li>Del ritardo di accodamento si possono fare dei modelli statistici basati sulla teoria delle code: </li></ul>applet
    54. 54. Misurare i ritardi in Internet <ul><li>Traceroute: fornisce stime di ritardo dalla sorgente alla destinazione per ogni router I attraversato sul percorso </li></ul><ul><li>Per ogni i: </li></ul><ul><ul><li>Invia 3 pacchetti che raggiungeranno il router i </li></ul></ul><ul><ul><li>Il router i rimbalza i pacchetti alla sorgente </li></ul></ul><ul><ul><li>La sorgente può calcolare il ritardo tra l’invio e la ricezione </li></ul></ul>3 probes 3 probes 3 probes
    55. 55. Misure reali di ritardi 1 cs-gw (128.119.240.254) 1 ms 1 ms 2 ms 2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu (128.119.3.145) 1 ms 1 ms 2 ms 3 cht-vbns.gw.umass.edu (128.119.3.130) 6 ms 5 ms 5 ms 4 jn1-at1-0-0-19.wor.vbns.net (204.147.132.129) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn1-so7-0-0-0.wae.vbns.net (204.147.136.136) 21 ms 18 ms 18 ms 6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu (198.32.11.9) 22 ms 18 ms 22 ms 7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu (198.32.8.46) 22 ms 22 ms 22 ms 8 62.40.103.253 (62.40.103.253) 104 ms 109 ms 106 ms 9 de2-1.de1.de.geant.net (62.40.96.129) 109 ms 102 ms 104 ms 10 de.fr1.fr.geant.net (62.40.96.50) 113 ms 121 ms 114 ms 11 renater-gw.fr1.fr.geant.net (62.40.103.54) 112 ms 114 ms 112 ms 12 nio-n2.cssi.renater.fr (193.51.206.13) 111 ms 114 ms 116 ms 13 nice.cssi.renater.fr (195.220.98.102) 123 ms 125 ms 124 ms 14 r3t2-nice.cssi.renater.fr (195.220.98.110) 126 ms 126 ms 124 ms 15 eurecom-valbonne.r3t2.ft.net (193.48.50.54) 135 ms 128 ms 133 ms 16 194.214.211.25 (194.214.211.25) 126 ms 128 ms 126 ms 17 * * * 18 * * * 19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136 ms traceroute: gaia.cs.umass.edu to www.eurecom.fr Three delay measurements from gaia.cs.umass.edu to cs-gw.cs.umass.edu * means no response (probe lost, router not replying) trans-oceanic link
    56. 56. Perdite di pacchetti in Internet <ul><li>Le code hanno dimensioni limitate </li></ul><ul><li>In congestione (coda piena) i pacchetti che arrivano vengono scartati </li></ul><ul><li>I pacchetti persi possono essere ritrasmessi o meno a seconda del livello/protocollo che gestisce l’evento di perdita. </li></ul>
    57. 57. Confronto tra pacchetto e circuito <ul><li>1 collegamento da 2.048 Mpbs </li></ul><ul><li>Ciascun utente: </li></ul><ul><ul><li>Chiede pagine web di 50KB ogni 62.5s in media </li></ul></ul><ul><li>commutazione di circuito: </li></ul><ul><ul><li>1 canale 64 kbps per utente </li></ul></ul><ul><ul><li>Ritardo di trasferimento pagina web: 6.25s </li></ul></ul>32 utenti Collegamento da 2.048 Mbps <ul><li>commutazione di pacchetto: </li></ul><ul><ul><li>Ritardo di trasferimento medio pagina web: 0.22s </li></ul></ul>La commutazione di pacchetto consente di scaricare le informazioni più velocemente!
    58. 58. Confronto tra pacchetto e circuito <ul><li>1 collegamento da 1 Mpbs </li></ul><ul><li>Ciascun utente: </li></ul><ul><ul><li>100 kpbs quando è “attivo” </li></ul></ul><ul><ul><li>attivo per il 10% del tempo </li></ul></ul><ul><li>commutazione di circuito: </li></ul><ul><ul><li>10 utenti </li></ul></ul>N utenti Collegamento da 1 Mbps <ul><li>commutazione di pacchetto: </li></ul><ul><ul><li>con 35 utenti, la probabilità di averne > 10 attivi è inferiore allo 0,0004 </li></ul></ul>La commutazione di pacchetto consente a più utenti di usare la rete!
    59. 59. Confronto tra pacchetto e circuito <ul><li>Ottima per i dati intermittenti </li></ul><ul><ul><li>Condivisione delle risorse </li></ul></ul><ul><ul><li>semplice, non necessita l’impostazione della chiamata </li></ul></ul><ul><li>Il problema della coda: ritardo e perdita di pacchetti </li></ul><ul><ul><li>Sono necessari protocolli per il trasferimento affidabile dei dati e per il controllo della congestione </li></ul></ul><ul><li>La commutazione di pacchetto è la “scelta vincente?” </li></ul>
    60. 60. Rete telefonica e Internet Terminali intelligenti Router Subnetwork ‘ Pipe’ CLIENT-SERVER APPLICATIONS Rete stupida Terminali stupidi Switch Service Node Service Creation Environment Base Station Circuits Radio Circuits Signaling Network Rete Intelligente Subscriber Signaling Subscriber Signaling
    61. 61. Architettura di Internet e organizzazione
    62. 62. Architettura Generale <ul><li>La connettività è fornita da fornitori chiamati Internet Service Providers (ISP): AOL, MSN, TIN, TISCALI ecc.. </li></ul><ul><li>Gli ISP sono fra loro collegati </li></ul>ISP ISP
    63. 63. Archiettura Gerarchica Local ISP Regional ISP National ISP International ISP <ul><li>Tipicamente gli ISP hanno una organizzazione gerarchica </li></ul>
    64. 64. Architettura Fisica di Internet BSP ISP ISP ISP = Internet Service Provider BSP = Backbone Service Provider NAP = Network (Neutral) Access Point POP = Point of Presence CN = Customer Network ISP BSP BSP NAP NAP NAP POP POP POP POP POP POP POP CN CN CN CN CN CN CN CN
    65. 65. Architettura dei NAP ISP Backbone Operator ISP ISP Backbone Operator Backbone Operator ISP NAP Routers Routers High-Speed LAN (FDDI, ATM, GbE) Route Server Esempi: www.mix-it.net www.namex.it www.topix.it
    66. 66. Esempio Italiano: la rete GARR 2005 1999
    67. 67. Tassonomia dell’Internet <ul><li>La parte di rete IP gestita da una organizzazione è chiamata Autonomous System (AS) </li></ul><ul><li>Ad esempio la rete di un ISP è un AS </li></ul><ul><li>IP viene anche utilizzato spesso all’interno delle reti private aziendali o di campus dette Intranet </li></ul><ul><li>I router all’interno di un AS sono detti Interior Gateway (IG) mentre quelli di collegamento con altri AS sono detti Exterior Gateway (EG) </li></ul>IG IG IG EG sottorete rete
    68. 68. Accesso a Internet <ul><li>Dialup via modem </li></ul><ul><ul><li>Fino a 56Kbps </li></ul></ul><ul><ul><li>Accesso diretto al router del ISP mediante circuito telefonico </li></ul></ul><ul><li>ADSL: asymmetric digital subscriber line </li></ul><ul><ul><li>Fino a 1 Mbps upstream </li></ul></ul><ul><ul><li>Fino a 20 Mbps downstream </li></ul></ul><ul><ul><li>Condivisione del doppino con la rete telefonica fino alla centrale (divisione di frequenza) </li></ul></ul><ul><ul><li>Accesso al router del provider mediante rete dati ad alta velocità di Telecom </li></ul></ul>
    69. 69. Accesso a Internet <ul><li>Reti Locali </li></ul><ul><ul><li>Local Area Network (LAN) collegano i terminali ai router </li></ul></ul><ul><ul><li>Ethernet: 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet </li></ul></ul>Clients Servers LAN WAN Ethernet Router Internet
    70. 70. Accesso a Internet <ul><li>Reti radio </li></ul><ul><ul><li>Accesso condiviso radio ( wireless) per la connessione tra terminali e router </li></ul></ul><ul><ul><li>attraverso stazione base o punto d’accesso </li></ul></ul><ul><li>Wireless LAN: </li></ul><ul><ul><li>802.11b/g (WiFi): 11 or 54 Mbps </li></ul></ul><ul><li>Reti cellulari </li></ul><ul><ul><li>GPRS ~ 56 kbps </li></ul></ul><ul><ul><li>UMTS ~ 384 kbps </li></ul></ul>base station mobile hosts router
    71. 71. Internet pervasiva Mesh & Ad hoc Networks Ad-Hoc, Peer-to-Peer Wireless Network Backbone To Internet & Telephone Networks Distributed Networking Mobile User Devices Wireless Routers & Access Points
    72. 72. Internet pervasiva Reti di sensori <ul><li>Piccoli, leggeri, poco costosi, processori </li></ul><ul><ul><li>Negli oggetti della vita quotidiana („embedded computing“) </li></ul></ul><ul><ul><li>Sul nostro corpo („wearable computing“) </li></ul></ul><ul><ul><li>Nell’ambiente („ambient intelligence“) </li></ul></ul><ul><li>Un mondo di “smart objects” </li></ul><ul><li>Che possono: </li></ul><ul><ul><li>Ricordare </li></ul></ul><ul><ul><li>Misurare </li></ul></ul><ul><ul><li>Comunicare </li></ul></ul>Chip (IC) Antenna
    73. 73. INTERNET Management ISOC (Internet Society) IAB (Internet Architecture Board) IRTF (Internet Research Task Force) IETF (Internet Engineering Task Force) www.irtf.org www.ietf.org
    74. 74. Gli standard Internet <ul><li>Gli standard di Internet sono documenti pubblici denominati RFC ( Request For Comments ) </li></ul><ul><li>L’organismo che coordina la stesura degli RFC è l’ IETF ( Internet Engineering Task Force ) </li></ul>www.ietf.org internet draft proposta standard bozza standard Livello storico Livello sperimentale Livello informativo
    75. 75. Dove trovare uno Standard
    76. 76. Modelli funzionali
    77. 77. Il servizio di comunicazione <ul><li>Date due o più entità remote </li></ul><ul><li>Possiamo descrivere il servizio di comunicazione per scambio di messaggi come un </li></ul><ul><ul><li>“ fornitore del servizio di trasporto dell’informazione ” </li></ul></ul>Ente A Ente B servizio di comunicazione colloquio Nodo A Nodo B
    78. 78. Il servizio di comunicazione <ul><li>Gestisce lo scambio di informazione fra due “entità” </li></ul><ul><li>E’ in generale un servizio di trasferimento di unità informative: </li></ul><ul><ul><li>parole </li></ul></ul><ul><ul><li> bit </li></ul></ul><ul><ul><li>gruppi di bit (trame o pacchetti) </li></ul></ul><ul><ul><li>files </li></ul></ul><ul><ul><li>flussi multimediali </li></ul></ul>Ente A Ente B
    79. 79. Primitive di servizio <ul><li>il servizio di comunicazione può essere descritto mediante delle chiamate di servizio dette primitive di servizio </li></ul><ul><li>le primitive di servizio servono a descrivere il servizio, a richiederlo e a ricevere informazioni sul servizio dal fornitore </li></ul><ul><li>le primitive di servizio sono caratterizzate da parametri tra cui: </li></ul><ul><ul><li>informazione da trasferire </li></ul></ul><ul><ul><li>indicazione del destinatario </li></ul></ul><ul><ul><li>caratteristiche del servizio richiesto </li></ul></ul><ul><ul><li>ecc. </li></ul></ul>
    80. 80. Primitive di servizio Ente A Ente B canale bidirezionale primitive di servizio colloquio Nodo A Nodo B
    81. 81. Caratteristiche del servizio di comunicazione <ul><li>modalità a connessione </li></ul><ul><ul><li>instaurazione della connessione </li></ul></ul><ul><ul><li>trasferimento dell’informazione </li></ul></ul><ul><ul><li>rilascio delle connessione </li></ul></ul><ul><li>modalità senza connessione </li></ul><ul><ul><li>una sola fase </li></ul></ul>
    82. 82. Servizio a connessione Ente A Ente B Apertura della connessione Trasferimento informazione Chiusura della connessione
    83. 83. Servizio senza connessione <ul><li>Il trasferimento dati avviene in modo autonomo, senza preventivo accordo </li></ul><ul><li>non lega fra loro i diversi trasferimenti effettuati fra gli stessi utenti </li></ul><ul><li>non consente i servizi tipici del trasferimento a connessione (problemi VoIP) </li></ul>Ente A Ente B trasfer trasfer trasfer
    84. 84. Livelli <ul><li>Le entità che colloquiano in un servizio di telecomunicazione possono anche offrire un servizio di comunicazione a entità terze, dette di livello superiore </li></ul>Ente A1 Ente B1 canale bidirezionale Nodo A Nodo B colloquio Ente A2 Ente B2 colloquio heade r Dati PDU
    85. 85. Funzioni dei livelli <ul><li>Il servizio di comunicazione offerto al livello superiore è più ricco e complesso grazie alle funzioni implementate dal livello inferiore </li></ul>Ente A1 Ente B1 canale bidirezionale Nodo A Nodo B colloquio Ente A2 Ente B2 colloquio heade r Dati PDU
    86. 86. Protocolli di comunicazione <ul><li>le entità di un livello collaborano per fornire il servizio di comunicazione al livello superiore e si scambiano messaggi mediante il servizio offerto dal livello inferiore </li></ul><ul><li>Protocollo : </li></ul><ul><ul><li>Insieme delle regole che gestiscono il colloquio tra entità dello stesso livello </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>formato dei messaggi </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>informazioni di servizio </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>algoritmi di trasferimento </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>ecc. </li></ul></ul></ul>
    87. 87. Packet Data Units (PDU) <ul><li>un protocollo utilizza per il colloquio tra entità dello stesso livello delle unità di trasferimento dati dette PDU o anche trame del protocollo </li></ul><ul><li>Le PDU possono contenere: </li></ul>header dati <ul><ul><li>informazione vera e propria ricevuta dai livelli superiori </li></ul></ul><ul><ul><li>informazione di servizio necessaria al coordinamento tra le entità </li></ul></ul>
    88. 88. Architettura a strati <ul><li>I servizi di comunicazione complessi possono essere articolati a strati </li></ul><ul><ul><li>da un livello che garantisce solo il trasporto dei bit </li></ul></ul><ul><ul><li>a un livello dove sono definite complessi servizi caratterizzati da molti parametri e funzionalità </li></ul></ul>livello 5 livello 4 livello 3 livello 2 livello 1 livello 5 livello 4 livello 3 livello 2 livello 1
    89. 89. Vantaggi architettura a strati <ul><li>Riduce la complessità </li></ul><ul><li>Standardizza le interfacce </li></ul><ul><li>Favorisce l’interoperabilità di tecnologie </li></ul><ul><li>Utile a scopi didattici </li></ul><ul><li>Modello OSI </li></ul><ul><li>(1974) </li></ul>
    90. 90. Suite TCP/IP e modello OSI a confronto SMTP, FTP, TFTP, Telnet, Rlogin SNMP, DNS TCP, UDP IP, ARP, RARP, ICMP, IGMP
    91. 91. Relazioni tra i livelli <ul><li>Il servizio offerto da uno strato è rappresentato da un Service Access Point (SAP) </li></ul>PDU: Packet Data Unit SDU: Service Data Unit PCI: Protocol Control Information N - SDU N - PCI N-SAP Livello N+1 Livello N N+1 - PDU N-PDU
    92. 92. Relazioni tra i livelli 2 - PDU 1-SAP Livello 2 Livello fisico <ul><li>Al livello più basso c’è il livello fisico </li></ul><ul><li>Le PDU sono i flussi di bit </li></ul>bit 2 - PDU 2 - PDU 1-SAP è una porta fisica I livelli superiori arricchiscono il servizio di traferimento bit con funzionalità più complesse
    93. 93. Architettura completa livello 5 livello 4 livello 3 livello 2 livello 1 5 4 3 2 5 4 3 5 4 5 livello 5 livello 4 livello 3 livello 2 livello 1 5 5 4 5 4 3 5 4 3 2 5 4 3 2 1
    94. 94. Organizzazione del trasposto aereo <ul><li>Serie di operazioni </li></ul>Source: Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet , Jim Kurose, Keith Ross, Addison-Wesley, July 2004. All material copyright 1996-2004. J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved ticket (purchase) baggage (check) gates (load) runway takeoff airplane routing ticket (complain) baggage (claim) gates (unload) runway landing airplane routing airplane routing
    95. 95. Architettura a strati del trasporto aereo <ul><li>Layer: ogni livello implementa un servizio </li></ul><ul><ul><li>Tramite operazioni interne </li></ul></ul><ul><ul><li>Appoggiandosi ai servizi di livelli sottostanti </li></ul></ul>Source: Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet , Jim Kurose, Keith Ross, Addison-Wesley, July 2004. All material copyright 1996-2004. J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved ticket (purchase) baggage (check) gates (load) runway (takeoff) airplane routing departure airport arrival airport intermediate air-traffic control centers airplane routing airplane routing ticket (complain) baggage (claim gates (unload) runway (land) airplane routing ticket baggage gate takeoff/landing airplane routing
    96. 96. Perchè un’architettura a strati? <ul><li>Sistemi complessi: </li></ul><ul><li>Facile identificazione dei servizi (implementazione, discussione) </li></ul><ul><li>Facile gestione ed update </li></ul><ul><ul><li>Cambiamenti in un livello sono trasparenti agli altri </li></ul></ul><ul><li>Q: quando la suddivisione in livelli può essere pericolosa? </li></ul>Source: Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet , Jim Kurose, Keith Ross, Addison-Wesley, July 2004. All material copyright 1996-2004. J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved
    97. 97. Funzioni <ul><li>Molteplici sono le funzioni che possono essere svolte da uno strato </li></ul><ul><li>Possono essere divise in: </li></ul><ul><ul><li>funzioni di adattamento </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>esempi: </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>multiplazione </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>segmentazione </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><li>funzioni di arricchimento </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>esempi: </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>controllo d’errore </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>riordino trame </li></ul></ul></ul></ul>
    98. 98. Funzione Segmentazione N+1-PDU N-PDU N-SDU
    99. 99. Funzione Multiplazione entità liv. N
    100. 100. Funzione di rete <ul><li>Si parla di funzioni di rete implementata in un livello quando è possibile il colloquio tra più di due entità dello stesso livello </li></ul><ul><li>Viene introdotta la funzione di INSTRADAMENTO (scelta del SAP) </li></ul>Entità A deve instradare Entità C Entità B
    101. 101. Instradamento SAP che connettono enti diversi Entità N+1 Entità instradante <ul><li>Problema: individuare il partner nel colloquio </li></ul><ul><li>L’instradamento può essere </li></ul><ul><li>effettuato a un livello </li></ul><ul><li>inferiore se si introduce </li></ul><ul><li>l’ INDIRIZZAMENTO </li></ul>
    102. 102. Indirizzamento Entità N+1 Entità instradante Entità instradante Entità instradante <ul><li>Identifica il N-SAP di destinazione </li></ul>
    103. 103. Indirizzamento & Instradamento La PDU viene passata col parametro INDIRIZZO L’ INDIRIZZO viene usato per instradare (scegliere il SAP di uscita) e viene incapsulato perché possa essere instradato da altri nodi Entità N+1 Entità instradante PDU SDU
    104. 104. Indirizzamento <ul><li>Indirizzo: identificativo del SAP da cui raggiungere l’entità, univoco fra tutti i SAP delle stesso livello </li></ul><ul><li>Tipologie di indirizzamento </li></ul><ul><ul><ul><li>unicast: singolo SAP </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>multicast: gruppi di SAP </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>broadcast: tutti i SAP </li></ul></ul></ul>
    105. 105. Forwarding o commutazione <ul><li>E’ il servizio di inoltro che un’entità fornisce ad altre entità allo stesso livello </li></ul><ul><li>Il SAP è già scelto occorre ora effettuare il passaggio </li></ul>C B A
    106. 106. Tabelle di Instradamento <ul><li>scelta del SAP di uscita sulla base delle informazioni memorizzate </li></ul>tabella di instradamento destinaz. SAP uscita <ul><li>raccolta delle informazioni mediante scambio di dati con gli altri nodi </li></ul><ul><ul><li>protocolli di instradamento </li></ul></ul>
    107. 107. La via verso la destinazione <ul><li>è possibile attraversare molti nodi prima di giungere a destinazione </li></ul><ul><li>I nodi di rete svolgono solo la funzione di instradamento e non implementano i livelli superiori </li></ul>Esempio Router IP: Funzione di rete a livello 3!!! Router Terminale Application Transport Network Data Link Physical Network Data Link Physical Application Transport Network Data Link Physical Network Data Link Physical
    108. 108. La via verso la destinazione (2) <ul><li>Esistono altri dispositivi che implementano la funzione di instradamento in altri livelli </li></ul><ul><li>Vedremo più avanti: LAN Switch </li></ul>Data Link Physical Data Link Physical Esempio Switch: Funzione di rete a livello 2!!! Terminale Switch Application Transport Network Data Link Physical Application Transport Network Data Link Physical
    109. 109. La via verso la destinazione (3) <ul><li>Vedremo più avanti anche i proxy che implementano inoltro a livello applicativo </li></ul>Data Link Physical Application Transport Network Data Link Physical Esempio Proxy: Funzione di rete a livello 5!!! Application Transport Network Terminale Proxy Application Transport Network Data Link Physical

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