B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Edizione italiana delle slide a cura di Gabriele D’Angelo e Gaia Maselli Traduzione

B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down

Edizione italiana delle slide a cura di Gabriele D’Angelo e Gaia MaselliTraduzione delle slide di Renato Cortinovis

Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl

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Capitolo 1

Introduzione

B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl

Capitolo 1: Indice

1.1 1.1 Internet: una panoramicaInternet: una panoramica

1.2 1.2 L’organizzazione dei L’organizzazione dei

protocolli in livelliprotocolli in livelli

1.3 1.3 La storia di InternetLa storia di Internet

1.4 1.4 Gli standard e Gli standard e

l’amministrazione dellal’amministrazione della

rete Internetrete Internet


Capitolo 1: Obiettivi Nella prima parte vi sono una definizione sintetica e una descrizione

introduttiva delle LAN (Local Area Networks) o reti locali, e WAN (Wide Area Networks) o reti geografiche. Si definisce una internet, o internetwork, come un insieme di LAN e WAN interconnesse.

La seconda parte presenta i concetti legati alle prestazioni di una rete a commutazione di pacchetto, spiegando quali fattori influenzano quella che viene comunemente chiamata velocità di rete o di un collegamento.

Nella terza parte si introduce il concetto di layering dei protocolli per illustrare come le operazioni di Internet siano suddivise in compiti di complessità inferiore. Si descrive l’architettura TCP/IP analizzando i compiti assegnati a ognuno dei cinque livelli di cui è composta.

La quarta parte presenta sinteticamente la storia dell’evoluzione di Internet.

Nell’ultima parte si descrivono l’amministrazione di Internet, gli standard e il loro ciclo di vita.


1.1 Internet: una panoramica1.1 Internet: una panoramica

Si inizia con la definizione di rete, per poi descrivere come sia possibile collegare più reti per formare delle internetwork.

Si presenta quindi la struttura di Internet ponendo le basi per il suo studio approfondito nei capitoli successivi.


1.1.1 Le reti

Una rete è un’interconnessione di dispositivi in grado di Una rete è un’interconnessione di dispositivi in grado di scambiarsi informazioni, quali sistemi terminali (end scambiarsi informazioni, quali sistemi terminali (end system), router, switch e modem. I sistemi terminali possono system), router, switch e modem. I sistemi terminali possono essere di due tipi: host o server. essere di due tipi: host o server.

Un host è una macchina in genere di proprietà degli utenti e Un host è una macchina in genere di proprietà degli utenti e dedicata ad eseguire applicazioni, quale un computer dedicata ad eseguire applicazioni, quale un computer desktop, un portatile, un cellulare o un tablet.desktop, un portatile, un cellulare o un tablet.

Un server è tipicamente un computer con elevate prestazioni Un server è tipicamente un computer con elevate prestazioni destinato a eseguire programmi che forniscono servizio a destinato a eseguire programmi che forniscono servizio a diverse applicazioni utente come, per esempio, la posta diverse applicazioni utente come, per esempio, la posta elettronica o il Web.elettronica o il Web.


1.1.1 Le reti (continuazione)

LAN – Local Area NetworkLAN – Local Area Network

WAN punto-puntoWAN punto-punto

WAN a commutazioneWAN a commutazione

WAN – Wide Area NetworkWAN – Wide Area Network

InternetworkInternetwork


Figura 1.1: Esempi di LAN isolate: nel passato e ai giorni d’oggi


Figura 1.2: Esempio di WAN punto-punto


Figura 1.3: Una WAN a commutazione


Figura 1.4: Internetwork composta da due LAN e una WAN

punto-punto


Figura 1.5: Rete eterogenea composta da quattro WAN e tre LAN


1.1.2 Switching

Si è affermato che una internet è una combinazione di link e Si è affermato che una internet è una combinazione di link e dispositivi capaci di scambiarsi informazioni.dispositivi capaci di scambiarsi informazioni.

In particolare i sistemi terminali appartenenti alla rete In particolare i sistemi terminali appartenenti alla rete comunicano tra di loro per mezzo di dispositivi come switch e comunicano tra di loro per mezzo di dispositivi come switch e router che si trovano nel percorso (o rotta) tra i sistemi router che si trovano nel percorso (o rotta) tra i sistemi sorgente e destinazione.sorgente e destinazione.

Circuit-Switched NetworkCircuit-Switched Network

Packet-Switched NetworkPacket-Switched Network


Figura 1.6: Rete a commutazione di circuito


Figura 1.7: Rete a commutazione di pacchetto


1.1.3 Internet

Si è detto che una internet (con i minuscola) è Si è detto che una internet (con i minuscola) è costituita da due o più reti interconnesse.costituita da due o più reti interconnesse.

L’internet più famosa è chiamata Internet (I L’internet più famosa è chiamata Internet (I maiuscola) ed è composta da migliaia di reti maiuscola) ed è composta da migliaia di reti interconnesse.interconnesse.

La Figura 1.8 rappresenta una visione concettuale La Figura 1.8 rappresenta una visione concettuale (non geografica) di Internet.(non geografica) di Internet.


Figura 1.8: Rappresentazione concettuale di Internet


1.1.4 L’accesso a Internet

Internet è una internetwork che consente a Internet è una internetwork che consente a qualsiasi utente di farne parte. qualsiasi utente di farne parte.

L’utente, tuttavia, deve essere fisicamente L’utente, tuttavia, deve essere fisicamente collegato a un ISP, solitamente mediante una collegato a un ISP, solitamente mediante una WAN punto-punto.WAN punto-punto.

Il collegamento che connette l’utente al primo Il collegamento che connette l’utente al primo router di Internet è detto rete di accesso. Nel router di Internet è detto rete di accesso. Nel seguito vedremo alcune tipologie di rete di seguito vedremo alcune tipologie di rete di accessoaccesso..


Accesso via rete telefonicaAccesso via rete telefonica Servizio dial-upServizio dial-up

Servizio DSL (Digital Subscriber Line)Servizio DSL (Digital Subscriber Line)

Accesso tramite reti wirelessAccesso tramite reti wireless

Collegamento direttoCollegamento diretto

1.1.4 L’accesso a Internet (continuazione)


Un argomento di cui si parla spesso nell’ambito delle reti è la Un argomento di cui si parla spesso nell’ambito delle reti è la velocità della rete o di un collegamento, ovvero quanto velocità della rete o di un collegamento, ovvero quanto velocemente si riesce a trasmettere e ricevere i dati. In realtà, velocemente si riesce a trasmettere e ricevere i dati. In realtà, il concetto di velocità è molto ampio e coinvolge vari fattori il concetto di velocità è molto ampio e coinvolge vari fattori che influiscono sulle prestazioni (performance) di una rete. che influiscono sulle prestazioni (performance) di una rete.

Nel caso di una rete a commutazione di pacchetto, le Nel caso di una rete a commutazione di pacchetto, le metriche che ne determinano le prestazioni si misurano in metriche che ne determinano le prestazioni si misurano in termini di: ampiezza di banda, bit rate, throughput, ritardi e termini di: ampiezza di banda, bit rate, throughput, ritardi e perdita di pacchetti.perdita di pacchetti.

1.1.5 Capacità e prestazioni delle reti


Ampiezza di banda e bit rateAmpiezza di banda e bit rate

ThroughputThroughput

Perdita di pacchettiPerdita di pacchetti

1.1.5 Capacità e prestazioni delle reti (continuazione)

Latenza (ritardo)Latenza (ritardo)


Figura 1.9: Throughput su un percorso di tre link


Figura 1.10: Un percorso attraverso il backbone Internet


Figura 1.11: Effetto del throughput nei link condivisi


Figura 1.12: Riempimento del link con i bit per i casi 1 e 2


Possiamo pensare al link tra due punti come a un tubo.

La sezione trasversale del tubo rappresenta il rate e la lunghezza rappresenta il ritardo.

Possiamo dire che il volume del tubo definisce il prodotto rate-ritardo, come mostrato nella Figura 1.13.

Esempio 1.1


Figura 1.13: Concetto del prodotto rate-ritardo


1.1.6 Hardware e software

Si è fornita una panoramica della struttura e delle prestazioni di Si è fornita una panoramica della struttura e delle prestazioni di Internet, che è costituita da numerose reti di varie dimensioni Internet, che è costituita da numerose reti di varie dimensioni interconnesse tramite opportuni dispositivi di comunicazione.interconnesse tramite opportuni dispositivi di comunicazione.

Tuttavia per poter comunicare non è sufficiente assicurare questi Tuttavia per poter comunicare non è sufficiente assicurare questi collegamenti, ma è necessario utilizzare sia dell’hardware che del collegamenti, ma è necessario utilizzare sia dell’hardware che del software, analogamente a quanto avviene per un calcolo complesso software, analogamente a quanto avviene per un calcolo complesso dove sono necessari sia l’hardware che un programma.dove sono necessari sia l’hardware che un programma.

Nel paragrafo successivo si descriverà come l’hardware e il software Nel paragrafo successivo si descriverà come l’hardware e il software vengano coordinati tramite l’impiego di protocolli organizzati in vengano coordinati tramite l’impiego di protocolli organizzati in livelli (layer).livelli (layer).


1.2 1.2 L’organizzazione dei protocolliL’organizzazione dei protocolliin livelliin livelli

Un termine che si utilizza frequentemente quando si parla di Internet è protocollo. Un protocollo definisce le regole che il mittente e il destinatario, così come tutti i sistemi intermedi coinvolti, devono rispettare per essere in grado di comunicare.

In situazioni particolarmente semplici potrebbe essere sufficiente un solo protocollo, in situazioni più complesse potrebbe essere opportuno suddividere i compiti fra più livelli (layer), nel qual caso è richiesto un protocollo per ciascun livello: si parla dunque di layering di protocolli.


1.2.1 Gli scenari

Si sviluppano due scenari per meglio Si sviluppano due scenari per meglio comprendere la necessità di organizzare i comprendere la necessità di organizzare i protocolli in livelliprotocolli in livelli..

Primo scenario (Figura 1.14)Primo scenario (Figura 1.14)

Secondo scenario (Figura 1.15)Secondo scenario (Figura 1.15)

I principi della strutturazione in livelliI principi della strutturazione in livelli

I collegamenti logiciI collegamenti logici


Figura 1.14: Organizzazione a un livello


Figura 1.15: Organizzazione a tre livelli


Figura 1.16: Collegamento logico fra i livelli


1.2.2 Lo stack protocollare TCP/IP

TCP/IP è una famiglia di protocolli attualmente TCP/IP è una famiglia di protocolli attualmente utilizzata in Internet. utilizzata in Internet. Si tratta di una gerarchia di Si tratta di una gerarchia di protocolli costituita da moduli interagenti, ciascuno dei protocolli costituita da moduli interagenti, ciascuno dei quali fornisce funzionalità specifiche.quali fornisce funzionalità specifiche.

Il termine gerarchia significa che ciascun protocollo di Il termine gerarchia significa che ciascun protocollo di livello superiore è supportato dai servizi forniti dai livello superiore è supportato dai servizi forniti dai protocolli di livello inferiore.protocolli di livello inferiore.

Definita in origine in termini di quattro livelli software Definita in origine in termini di quattro livelli software soprastanti a un livello hardware, la pila TCP/IP è oggi soprastanti a un livello hardware, la pila TCP/IP è oggi intesa come composta di cinque livelli.intesa come composta di cinque livelli.


Architettura a livelliArchitettura a livelli

I livelli nello stack protocollare TCP/IPI livelli nello stack protocollare TCP/IP

Descrizione di ciascun livelloDescrizione di ciascun livello

Livello applicazioneLivello applicazione

Livello di trasportoLivello di trasporto

Livello di reteLivello di rete

Livello di collegamentoLivello di collegamento

Livello fisicoLivello fisico

1.2.2 Lo stack protocollare TCP/IP (continuazione)


Incapsulamento e decapsulamentoIncapsulamento e decapsulamento

IndirizzamentoIndirizzamento

Multiplexing e demultiplexingMultiplexing e demultiplexing

Incapsulamento nell’host sorgenteIncapsulamento nell’host sorgente

Decapsulamento e incapsulamento nel routerDecapsulamento e incapsulamento nel router

Decaspulamento nell’host destinatarioDecaspulamento nell’host destinatario

1.2.2 Lo stack protocollare TCP/IP (continuazione)


Figura 1.17: I livelli nello stack protocollare TCP/IP


Figura 1.18: Comunicazione in una internet


Figura 1.19: Collegamenti logici fra i livelli dello stack

protocollare TCP/IP


Figura 1.20: Oggetti identici nello stack protocollare TCP/IP


Figura 1.21: Incapsulamento e decapsulamento


Figura 1.22: Indirizzamento nel modello TCP/IP


Figura 1.23: Multiplexing e demultiplexing


1.2.3 Il modello OSI

Sebbene nel contesto di Internet il modello TCP/IP sia Sebbene nel contesto di Internet il modello TCP/IP sia quello più diffuso, esso non è l’unico modello esistente. quello più diffuso, esso non è l’unico modello esistente. L’ISO (International Organization for L’ISO (International Organization for Standardization), fondata nel 1947, è un’organizzazione Standardization), fondata nel 1947, è un’organizzazione internazionale dedicata alla definizione di standard internazionale dedicata alla definizione di standard universalmente accettati, organizzazione di cui fanno universalmente accettati, organizzazione di cui fanno parte oltre tre quarti delle nazioni. parte oltre tre quarti delle nazioni.

Il modello OSI (Open Systems Interconnection) è uno Il modello OSI (Open Systems Interconnection) è uno standard ISO, introdotto alla fine degli anni ’70, che standard ISO, introdotto alla fine degli anni ’70, che concerne tutti gli aspetti delle reticoncerne tutti gli aspetti delle reti..

L’insuccesso del modello OSIL’insuccesso del modello OSI


Figura 1.24: Il modello OSI


Figura 1.25: TCP/IP e il modello OSI


1.3 La storia di Internet1.3 La storia di Internet

In seguito alla descrizione generale di Internet e dei suoi protocolli, si propongono ora alcuni cenni storici.

Si mostra come Internet sia evoluta da una rete privata a una rete globale in meno di quarant’anni.


1.3.1 La storia iniziale

Prima del 1960 esistevano già alcune reti di Prima del 1960 esistevano già alcune reti di telecomunicazione, come le reti telegrafiche e le reti telecomunicazione, come le reti telegrafiche e le reti telefoniche.telefoniche.

Queste reti erano adatte a un tipo di comunicazione a Queste reti erano adatte a un tipo di comunicazione a velocità costante: era necessario stabilire una velocità costante: era necessario stabilire una connessione fra due utenti prima di poter trasmettere il connessione fra due utenti prima di poter trasmettere il messaggio codificato (telegrafo) o la voce (telefonia).messaggio codificato (telegrafo) o la voce (telefonia).

ARPANETARPANET


1.3.2 Nascita della rete Internet

Nel 1972 Vint Cerf e Bob Kahn, entrambi parte del Nel 1972 Vint Cerf e Bob Kahn, entrambi parte del nucleo del gruppo ARPANET, collaborarono a ciò che nucleo del gruppo ARPANET, collaborarono a ciò che chiamarono l’Internetting Project.chiamarono l’Internetting Project.

Il loro scopo era quello di collegare diverse reti in modo Il loro scopo era quello di collegare diverse reti in modo che un host di una delle reti potesse comunicare con un che un host di una delle reti potesse comunicare con un altro host di un’altra rete.altro host di un’altra rete.

I problemi da risolvere furono numerosi: dimensione dei I problemi da risolvere furono numerosi: dimensione dei pacchetti, interfacce e frequenze di trasmissione diverse, pacchetti, interfacce e frequenze di trasmissione diverse, ma anche differenti requisiti di attendibilità.ma anche differenti requisiti di attendibilità.


Transmission Control Protocol/Internetworking Transmission Control Protocol/Internetworking Protocol (TCP/IP)Protocol (TCP/IP)

MILNETMILNET

CSNETCSNET

NSFNETNSFNET

ANSNETANSNET

1.3.2 Nascita della rete Internet (continuazione)


1.3.3 Internet oggi

Siamo tutti testimoni della rapidissima evoluzione sia Siamo tutti testimoni della rapidissima evoluzione sia dell’infrastruttura che delle applicazioni di Internet, dell’infrastruttura che delle applicazioni di Internet, divenuta oggi una rete che fornisce servizi a livello divenuta oggi una rete che fornisce servizi a livello mondiale.mondiale.

L’incessante sviluppo di nuove applicazioni è il motivo L’incessante sviluppo di nuove applicazioni è il motivo principale della sua diffusione.principale della sua diffusione.

World Wide WebWorld Wide Web Applicazioni multimedialiApplicazioni multimediali Applicazioni peer-to-peerApplicazioni peer-to-peer


1.4 1.4 Gli standard e Gli standard e l’amministrazionel’amministrazione

della rete Internetdella rete Internet

Nello studio di Internet e dei suoi protocolli si incontrano spesso riferimenti a standard o entità amministrative, che vengono descritti in questo paragrafo.

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1.4.1 Gli standard Internet

Uno standard Internet è una specifica che è stata Uno standard Internet è una specifica che è stata rigorosamente esaminata e controllata, utile e rigorosamente esaminata e controllata, utile e accettata da chi utilizza la rete Internet.accettata da chi utilizza la rete Internet.

È un insieme di regole formalizzate che devonoÈ un insieme di regole formalizzate che devononecessariamente essere seguite.necessariamente essere seguite.

Esiste una procedura rigorosa attraverso la quale Esiste una procedura rigorosa attraverso la quale una specifica diviene uno standard Internet. Il una specifica diviene uno standard Internet. Il primo stadio di una specifica è quello di bozza primo stadio di una specifica è quello di bozza Internet (Internet draft).Internet (Internet draft).


Stadi o livelli di maturitàStadi o livelli di maturità

Proposta di standardProposta di standard

Draft StandardDraft Standard

Standard InternetStandard Internet

Livello storicoLivello storico

Livello sperimentaleLivello sperimentale

Livello informativoLivello informativo

1.4.1 Gli standard Internet(continuazione)


Livelli di requisitiLivelli di requisiti

ObbligatorioObbligatorio

ConsigliatoConsigliato

FacoltativoFacoltativo

D’uso limitatoD’uso limitato

SconsigliatoSconsigliato

1.4.1 Gli standard Internet(continuazione)


Figura 1.26: Stadi di maturazione di una RFC


1.4.2 Amministrazione della rete Internet

La rete Internet, nata sostanzialmente nel mondo della La rete Internet, nata sostanzialmente nel mondo della ricerca, si è ampiamente sviluppata e ha raggiunto ricerca, si è ampiamente sviluppata e ha raggiunto una base di utenti molto vasta con significative attività una base di utenti molto vasta con significative attività commerciali.commerciali.

Numerosi gruppi che coordinano aspetti diversi della Numerosi gruppi che coordinano aspetti diversi della rete Internet hanno guidato la sua crescita e il suorete Internet hanno guidato la sua crescita e il suosviluppo.sviluppo.

Nella Figura 1.27 è illustrata l’organizzazione Nella Figura 1.27 è illustrata l’organizzazione generale dell’amministrazione della rete Internet.generale dell’amministrazione della rete Internet.


Internet Society (ISOC)Internet Society (ISOC)

Internet Architecture Board (IAB)Internet Architecture Board (IAB)

Internet Engineering Task Force (IETF)Internet Engineering Task Force (IETF)

Network Information Center (NIC)Network Information Center (NIC)

Internet Assigned Numbers Authority (IANA) Internet Assigned Numbers Authority (IANA) e Internet Corporation for Assigned Names and e Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (ICANN)Numbers (ICANN)

1.4.2 Amministrazione della rete Internet(continuazione)


Figura 1.27: Amministrazione della rete Internet

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