Capitolo 1 Introduzione ai Sistemi di Telecomunicazione ...infocom.uniroma1.it/~enzobac/tlc9cfu1.pdf · che cos’è Internet? che cos’è un protocollo? ... Un protocollo umano

Baccarelli, Cordeschi, Patriarca, Polli

1

Capitolo 1Introduzione ai Sistemi di

Telecomunicazione (TLC) e alle Reti di computer


2

Introduzione ai Sistemi di TLC e alleReti di Computer

Obiettivo:terminologiavisione d’insieme, dettagli nel seguito del corsoapproccio:o Internet come esempio

Sommario:che cos’è Internet?che cos’è un protocollo?Come è organizzata una rete di TLCStrati di protocollo, modelli di servizioOrgani di Standardizzazione


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Che cosa è un Sistema di TLC (1/3)Un Sistema di TLC è costituito da un insieme dinodi (elaboratori di dati) e di collegamenti (canalidi interconnessione tra nodi) che consentono ad una (o più) entità Sorgenti di inviare dati(informazioni) ad una (o più) entità Destinazioni

Le entità Sorgenti e Destinazioni sono chiamatenodi terminali (end-systems oppure hosts) del Sistema. Tutti gli altri nodi del sistema sonochiamati nodi di commutazione (switching nodes)

L’interconnessione dei nodi mediante i collegamenti costituisce, nel suo complesso, la Rete di TLC


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Che cosa è un Sistema di TLC (2/3)

Un Sistema di TLC ha lo scopo diconsentire il trasferimento di dati(informazioni) tra i nodi Sorgente e quelliDestinazione.

L’informazione generata dalle sorgentiviene trasferita alle Destinazioni sotto forma di Segnali. Quindi, il segnale èl’entità fisica che trasporta informazionedalle Sorgenti alle Destinazioni.


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Che cosa è un Sistema di TLC (3/3)

L’insieme di apparati e connessioni (canali) che permettono a due o più utenti di scambiarsi tra di loro informazioni.

UtenteA Utente

B

CANALE

CANALECANALE

CANALE

NODONODO

NODO

Rete di Accesso

Rete di Trasporto

Rete di Accesso

Rete TLC


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Sistemi di TLC cablati (wired)Sistemi di TLC wired (su filo o cablati):

Rete telefonica (commutata: PSTN, Public SwitchedTeleph. Network)Rete ISDN (Integrated System Data Network)Reti a larga banda (“core” networks)Reti locali (LAN, Local Area Networks)

Accesso wired alla linea telefonica:Doppino modem audio, ISDN, ADSL, HDSL, VDSLFibra otticaSistemi su linee di potenza: Power Line Carrier (PLC)


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Sistemi di TLC “radio” (wireless)Sistemi di TLC wireless (senza filo, via radio):

Broadcasting radio/televisione Cordless digitale (DECT), cordless analogicoReti cellulari terrestri: TACS, GSM, GPRS, UMTS e satellitariReti locali senza fili (WLAN, Wireless LAN): Bluetooth, IEEE802.11, HiperlanReti Satellitari

Accesso wireless alla linea telefonica:Wireless Local Loop (WLL)Internet satellitare (con ritorno via telefono o via satellite)


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Rete telefonica pubblica di tipo commutato

Mezzi trasmissivi:doppino telefonico, fibra ottica, etere (ponti radio)

commutatoreRete di Trasporto

Rete di Accesso

Rete di Accesso


9

Reti cablate in area locale (wiredLAN)

PSTN

Mezzi trasmissivi: cavo coassiale, doppino, fibra otticaRete Locale “WIRED”

Rete di Accesso

Rete di Trasporto


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Broadcasting terrestre

Mezzo trasmissivo: etere (collegamenti radio)Esempi: Servizi di Radio e Televisione- Televisione Diditale Terrestre (DVBT)


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Broadcasting satellitare

Mezzo trasmissivo: etere (collegamenti radio)Esempi: Televisione satellitare (analogica o digitale): SKY e simili

Utenti

Satellite

Trasmettitori


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Reti cellulari terrestri

Utentecellulare

Stazione base

Mezzo trasmissivo: etere (collegamenti radio)Esempi: TACS, GSM, UMTS,… (Reti cellulari terrestri)Iridium, Globalstar (reti cellulari satellitari)


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Reti locali senza fili (WLAN)

Mezzo trasmissivo: etere (collegamenti radio)

Modalità “SRUTTURATA” Modalità “AD HOC”


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Internet

PSTN Internet PSTN

Rete di Trasporto

Rete di Accesso

Rete di Accesso

Rete telefonica pubblica

Rete telefonica pubblica

Mezzi trasmissivi:doppino telefonico, fibra ottica


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Che cosa è InternetGeneralmente parlando, Internet è una particolareRete di TLC i cui nodi terminali (Sorgenti e Destinazioni) sono Computer, ossia sistemi in grado dielaborare datiInternet è costituita da un (grande) insieme di sotto-reti opportunamente interconnesse fra di loroPossiamo definire che cosa è Internet adottando due punti di vista tra di loro complementari, e cioè:

o descrivendo e definendo gli elementi (hardware e software) che compongono Internet;

o descrivendo e definendo i servizi che Internet fornisce agliutenti che si collegano ad essa.


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Che cosa è Internet- Elementicostitutivi (1/4)

Home network

Institutional network

Mobile network

Global ISP

Regional ISP


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I Sistemi Terminali sono connessi indirettamenteattraverso nodi di indirizzamento (instradamentodell’informazione) detti Commutatori di pacchetto (packet switches)A seconda del tipo di elaborazione svolto, i commutatori dipacchetto si suddividono in Router e BridgeLa sequenza ordinata di canali e commutatori di pacchettoche connette una (assegnata) sorgente S ad una assegnatadestinazione D è detta rotta tra S e D (o path tra S e D) I Sistemi terminali accedono ad Internet mediante sotto-reti di accesso note come Internet Service Providers (ISPs)Ciascun ISP è essa stessa costituita dalla (opportuna) interconnessone di canali e commutatori di pacchetto


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Per poter scambiare dati tra di loro, i nodi(Sistemi Terminali e Commutatori dipacchetto) di Internet eseguono programminoti come protocolli di ComunicazioneIl Transmission Control Protocol (TCP) e l’Internet Protocol (IP) sono i protocolli dibase che regolano il funzionamento diInternetGruppi di utenti che accedono ad Internet possono, a loro volta, essere organizzati in sotto-reti: queste ultime costituiscono le cosiddette Intranets.


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Protocolli di controlloper l’invio e la ricezionedi messaggi

o TCP, IP, HTTP, Skype, Ethernet

Internet: “rete di reti”o Gerarchia di retio Internet pubblico contro

intranet private

Home network

Institutional network

Mobile network

Global ISP

Regional ISP


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Che cosa è Internet- Servizi(1/3)

Per definizione, Internet è una infrastruttura(piattaforma tecnologica) che fornisce servizi dicomunicazione (ossia, permette di scambiare dati) alleapplicazioni che sono eseguite dagli Utenti Terminali.Poiché i sistemi terminali non sono (in genere) direttamente connessi tra di loro, le applicazioni daesse eseguite e che si devono scambiare informazionisi dicono di tipo distribuito.Esempi di applicazioni eseguite da Utenti Terminaliche comunicano tra di loro includono:

o Web surfing, instant messaging, audio/video streaming, VoIP, e-mail


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L’applicazione eseguita da un SistemaTerminale accede (invia i dati) ad Internet in accordo ad un programma (protocollo) notocome Application Programming Interface(API)L’API specifica l’insieme di regole (ossia, ilprotocollo) che l’applicazione deve seguire(rispettare) affinché Interet trasporti alladestinazione desiderata i dati generatidall’applicazione.


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Internet fornisce due tipi di servizi di base alle sue applicazioni:

i. un servizio affidabile orientato alla connessioneii. un servizio non affidabile privo di connessione

Informalmente, i. il servizio affidabile orientato alla connessione garantisce

che i dati trasmessi dall’applicazione-sorgente sarannoricevuti dall’applicazione-destinazione senza errori e nell’ordine corretto;

ii. il servizio non affidabile privo di connessione non garantiscené la correttezza (assenza di errori) né il correttoordinamento dei dati trasferiti alla destinazione.


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Che cosa è un protocollo

Informalmente, un protocollo è un insieme diregole e di azioni che due applicazioni chevogliono comunicare debbono applicare e seguire per poter scambiarsi i dati.Il protocollo specifica:

i. i messeggi che le applicazioni comunicantidebbono scambiarsi;

ii. le azioni che esse debbono intraprendere in risposta ai messaggi ricevuti per poter scambarsicorrettamente i dati.


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Che cosa è un protocollo- Alcuniesempi (1/2)

Protocolli umani:“Ho una domanda”“Che ora è?”Accordo tra le parti

… inviati messaggi specifici… intraprese azioni specifiche quando i messaggi sono

ricevuti, o altri eventiProtocolli di rete:

macchine invece di umanitutte le attività della comunicazione in Internet sonogovernate da protocolli


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Che cosa è un protocollo- Alcuni esempi(2/2)

Un protocollo umano e un protocollo in una retedi computer

Protocollo tra umani

Hi

HiGot thetime?2:00

TCP connectionrequest

TCP connectionresponseGet http://www.awl.com/kurose-ross

<file>time

Protocollo tra computer


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Che cosa è un protocollo-Definizione formale

Formalmente, un protocollo definisce il formato(ossia, la struttura) e l’ordine dei messaggi scambiatitra due applicazioni comunicanti, unitamente alleazioni che le applicazioni comunicanti debbonointraprendere in funzione dei messaggi trasmessi e/oricevutiIn Internet, differenti protocolli sono usati per permettere la corretta esecuzione di applicazionidifferenti. Ad esempio, il protocollo che regolal’accesso al Web non è uguale a quello che permettel’invio/ricezione di e-mail.


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Modi di ServizioSupponiamo che una applicazione A richieda un servizio (ad esempio, l’invio di dati) ad unaapplicazione B. Il servizio richiesto può essereerogato con o senza una intesa preliminare(handshaking) tra le due applicazioni coinvolte:

i. nel caso in cui l’intesa (handshaking) sussista, il servizio si dice orientato allaconnessione (connection-oriented)

ii. nel caso in cui l’intesa (handshaking) non sussista, il servizio si dice privo diconnessione (connection- less). In questocaso, lo scambio di dati tra le due applicazioni avviene senza che vi sia stato un prevetivo accordo (handshaking) tra le parti.


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Modi di Servizio – Servizio con connessione

Un servizio con connessione è caratterizzato da:i. una fase di accordo preventivo (handshaking)

tra le applicazioni coinvolte;ii. una negoziazione dei parametri di sistema (ad

esempio, la velocità di trasferimento) coinvoltinel trasferimento;

iii. una strutturazione in tre fasi temporali(instaurazione della connessione, trasferimentodei dati, abbattimento della connessione);

iv. un indirizzamento basato su identicatori diconnessione;

v. una numerazine progressiva dei datid’informazione scambiati.


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Modi di Servizio – Servizio privodi Connessione

Un servizio privo di connessione è caratterizzato da:i. la mancanza di un accordo preventivo (handshaking)

tra le applicazioni coinvolte;ii. un’assenza di negoziazione preventiva dei parametri di

sistema coinvolti nel trasferimento dei dati;iii. una strutturazione in un’unica fase temporale

(mancano le fasi di instaurazione e di abbattimentodella connessione);

iv. un indirizzamento basato sugli indirizzi delleapplicazioni coinvolte nella comunicazione;

v. indipendenza e autoconsistenza dei singoli datiscambiati.


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Componenti di un Modo diTrasferimento (1/2)

Supponiamo di avere due applicazioni chevogliono scambiarsi dati attraverso una retedi TLC interposta tra di loro.

Generalmente parlando, per Modo diTrasferimento si intendono le modalità(strategie) adottate dalla rete per permettere lo scambio di dati tra le due applicazioni.


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Componenti di un Modo diTrasferimento (2/2)

Un Modo di Trasferimento è individuatoquando sono specificate le tre seguenticomponenti:

i. la tecnica di multiplazione adottata dalla rete;ii. la tecnica di commutazione adottata dalla rete;iii. l’architettura protocollare della rete.I due Modi di Trasferimento di maggiorerilevanza sono:

i. il Modo di Trasferimento “a circuito”ii. il Modo di Trasferiento “a pacchetto”


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La Multiplazione - GeneralitàLo schema di Multiplazione definisce le modalità secondo cui i dati generati da piùapplicazioni distinte possono esseretrasmesse ordinatamente attraverso unostesso canale presente nella rete di TLC.

Ovvero, lo schema di Multiplazione definiscela modalità secondo cui più flussi informativigenerati da applicazioni distinte condividono le risorse di trasmissione (banda e tempo) messea disposizione da ciascun singolo canalecostituente la Rete di TLC.


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La Multiplazione - ClassificazioneLe tecniche di Multiplazione possono essere di tipoStatico oppure DinamicoNelle tecniche di multiplazione Statiche:

i. ogni canale è suddiviso in più sotto-canali;ii. un singolo sotto-canale è assegnato alla applicazione

che ne fa richiesta all’inizio del processo dicomunicazione;

iii. l‘assegnazione del sotto-canale è mantenuta per tuttala durata della comunicazione

Nelle tecniche di multiplazione Dinamiche, la capacitàtrasmissiva (banda, tempo) globale di ciascun canale ètrattata come una risorsa singola (ossia, indivisibile), allaquale le applicazioni richiedenti possono accedere surichiesta e nel rispetto di una opportuna procedura diassegnazione (procedure di controllo).


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La Multiplazione - Esempi

Fanno parte delle tecniche di multiplazioneStatiche:

i. La multiplazione a divisione di freqenza(Frequency Division Multiplexing: FDM);

ii. La multiplazione a divisione di tempo (Time Division Multiplexing: TDM).

Fa parte delle tecniche di multiplazionedinamiche:

i. La multiplazione statistica (Statistical Multiplexing).


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La Multiplazione a Divisione difrequenza (FDM)

La banda C (Hz) di ciascun canale è suddivisa in sottobande non sovrapponentisi di largezza ciascunapari a C/n (Hz).A ciascuna applicazione che lo richieda, è assegnato un sotto-canale di larghezza di banda C/n (Hz) per tuttala durata della comunicazione.

Frequenza (Hz)

Tempo (sec)Sottocanale 1Sottocanale 2

Sottocanale n

C/n

C/n

C/n

≥n 2


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La Multiplazione a Divisione ditempo (TDM)

L’asse dei Tempi è suddiviso in intervalli detti Frame. La duratadi un frame è indicata con TF (sec)Ciascun frame è, a sua volta, suddiviso in n ≥ 2 sotto-intervallichiamati “slot”. La durata TS (sec) di uno slot è pari a TS=TF/n.A ciascuna applicazione che lo richiede, il canale dedica uno slot in ogni frame per la trasmissione dei corrispondenti dati.

Tempo (sec)

Frequenza (Hz)

SLOT

1

SLOT

2

SLOT

n

SLOT

1

SLOT

2

SLOT

n

Frame 1 Frame 2

TF

TS


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FDM e TDM

FDM

Frequenza(Hz)

Tempo (sec)TDM

Frequenza(Hz)

Tempo (sec)

4 utentiEsempio:


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La Multiplazione Statistica (SM) (1/2)

Nella Multiplazione Statistica, ciascun canale dellarete è preceduto da almeno un buffer dimemorizzazione

I dati (pacchetti) generati da più applicazioni e chedebbono essere trasmessi attraverso un nodo o su un canale, vengono temporaneamente posti in coda nelbuffer e, poi, vengono immesse (trasmessi) uno allavolta nel canale.

Quindi, di volta in volta, l’intera capacità trasmissiva C del canale è messa a disposizione del pacchetto che ètrasmesso in quel momento.


39

La Multiplazione Statistica (SM) (2/2)

La sequenza di pacchetti A & B non ha una struttura(pattern) fissata; la banda è condivisa su base richiesta(on demand) Multiplazione Statistica.

A

B

C100 Mb/sEthernet

1.5 Mb/s

D E

Multiplazione Statistica

coda di pacchetti in attesa del canale di

uscita


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La Commutazione – Generalità(1/2)

Consideriamo un nodo di rete che abbia m ≥ 1 canali in ingresso e n ≥ 1 canali in uscita.

NODO

1

2

m

1

2

n

Canali di ingresso Canali di uscita


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La Commutazione – Generalità(2/2)

La commutazione definisce il modo (la strategia) secondo cui i dati provenienti daciascun specifico canale di ingresso al nodosono trasferiti ad uno specifico canale diuscita del nodo.

Lo scopo della commutazione è quello ditrasferire (inoltrare) i dati provenienti daciascun canale di ingresso al nodo verso unospecifico canale d’uscita, in modo che il datotrasferito possa procedere verso la destinazione finale.


42

La Commutazione – FunzioniComponenti

L’operazione di commutazione è attuata per mezzo delle due funzioni di:

i. InoltroE’ la funzione decisionale, che ha lo scopo distabilire il canale di uscita verso cui deve essereinoltrato il dato informativo che proviene da unospecifico canale di ingresso

ii. AttraversamentoÈ la funzione attuativa, che ha lo scopo ditrasferire il dato dal canale di ingresso allospecifico canale di uscita.


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La Commutazione – Nodi diCommutazione

In generale, indicheremo come nodo dicommutazione un qualsiasi nodo di rete cherealizzi l’operazione di commutazione.A secondo delle modalità con cui l’operazione di commutazione è effettuata, i nodi di commutazione si suddividono in:

i. Router ii. Bridge

Router Bridge


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Modo di trasferimento “a Circuito” (1/3)

Una rete che utilizza il modo di trasferimento “a circuito” mette a disposizione di ciascuna coppia di applicazioni comunicanti un circuito fisico che rimane ad esse dedicato per tutta la durata della comunicazione.

1

2A

E

BC

DApplicazione Sorgente

Applicazione Destinazione


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Un circuito è un canale trasmissivo tra l’applicazionesorgente e l’applicazione destinazione di capacità(bit/sec) sufficiente per il trasferiemtno dei dati trale due applicazioni.Un circuito è costituito da una sequenza ordinata disotto-canali, in cui ciascun sotto-canale èimplementato attuando una tecnica di multiplazione ditipo statico (TDM o FDM).La capacità di ciascun sotto-canale costituente ilcircuito è assegnata individualmente alla coppia diapplicazioni Sorgente-Destinazione che desideranocomunicare. Il circuito rimane permanentemente assegnato alleapplicazioni richiedenti per tutta la durata dellaconnessione.


46


Il modo di trasferimento “a Circuito” offre un servizio di trasferimento con una strategia di Multiplazione di tipo “Statico”.In ogni connessione, possono essere distinte le tre fasi caratteristiche di un servizio con connessione, e cioè:

i. Fase di INSTAURAZIONE della connessione;ii. Fase di TRASFERIMENTO dei dati;iii. Fase di ABBATTIMENTO della connessione.


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Modo di Trasferimento “a Pacchetto” (1/2)

Servizio di rete:o con o senza connessione

Multiplazione:o statistica


48

Modo di Trasferimento “a Pacchetto” (2/2)

Le unità di dati trasferite in rete sono detti PACCHETTI e sono composte da:i. un’intestazione (header) contenente informazioni di

controllo della comunicazione ed avente una lunghezza fissa (Lh)

ii. un campo informativo (payload) avente lunghezza variabile (Li) e contenente le informazioni (dati) da trasferire

Intestazione Campo informativo

Lh Li

( header ) ( payload )


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Modo di Trasferimento “a Pacchetto” – Multiplazione

StatisticaA

CC bit/s

CB bit/s

CA bit/s

B

C

MUX M

UX

CM bit/s

CM>CA+CB+CCβ

α

A1 A2

B1 B2

C1 C2

A1 B1 C1 A2 C2


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Modo do Trasferimento “a Pacchetto”- Code ai nodi di

commutazione.Un nodo a commutazione di pacchetto esegue la funzione di commutazione in accordo alla tecnica dell’accodamento.

Due componenti del ritardo di commutazione:i. FISSA, composta dai tempi di elaborazione e di propagazioneii. VARIABILE, composta dal tempo di memorizzazione in uscita

(tempi di coda)

1

2

Linee diingresso

Linee diuscitaBuffer di

ingressoBuffer di

uscita

3


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Confronto tra Commutazione diPacchetto e Commutazione di

Circuito (1/2)Confrontiamo i pro e i contro delle due tecniche di commutazione menzionateo La commutazione di pacchetto si basa sulla

multiplazione statistica; quindi, sin tanto che cisono pacchetti che aspettano di essere trasmessiin coda ad un nodo di rete, il canale in uscita al nodo è sempre utilizzato

o Per contro, la commutazione di pacchetto generacode ai nodi di commutazione. Le code introduconoritardi (variabili e spesso elevati) neltrasferimento dei dati attraverso la rete.


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Confronto tra Commutazione diPacchetto e Commutazione di

Circuito (2/2)o La commutazione di circuito si basa su

tecniche di multiplazione di tipo statiche(TDM o FDM). Quindi, non si generano maicode ai nodi di una rete a commutazione dicircuito e non si hanno ritardi di coda.

o Per contro, può accadere che il circuitoassegnato ad una particolare coppia Sorgente-Destinazione possa rimanere inutilizzato per più o meno lunghi periodi di tempo durante la durata della connessione.


53

Modo di Trasferimento a pacchetto-Classificazione

Le Reti con modo di Trasferimento a pacchetto sono anche dette “Reti a Commutazione di Pacchetto”(Packet Switching Networks).Le Reti a Commutazione di Pacchetto possono offrire servizi “orientati alla connessione” oppure servizi “privi di connessione”.Le Reti a Commutazione di Pacchetto con servizio privo di connessione sono dette Reti a Datagramma.Le Reti a Commutazione di Pacchetto con servizio orientato alla connessione sono dette Reti a Circuito Virtuale.Le Reti a Datagramma differiscono dalle reti a Circuito Virtuale nella modalità (strategia) impiegata per indirizzare un pacchetto.


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Tassonomia e Classificazione delle Reti di TLC sulla base del Modo di

Trasferimento adottatoReti di TLC

Reti a Commutazione di

Circuito

Reti a Commutazione di

Pacchetto

Reti TDM

Reti a Circuito Virtuale

Reti FDM

Reti a Datagramma


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Modo di Trasferimento “a Pacchetto”- Reti a DatagrammaIn una rete a commutazione di pacchetto con servizio di trasferimento di tipo a Datagramma, il trasferimento dei pacchetti avviene senza accertare preventivamente la disponibilità dell’applicazione chiamata (applicazione di destinazione) all’effettuazione dello scambio informativo.Non esistono le fasi di instaurazione e di abbattimento della connessione ed ogni pacchetto ègestito dalla rete indipendentemente dagli altri, anche se fanno parte dello stesso flusso: applicazione sorgente applicazione destinazione.L’indirizzamento adottato, nelle reti a Datagramma, consiste nell’indicare su ogni pacchetto l’indirizzo del programma Sorgente e l’indirizzo del programma Destinazione.


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Modo di Trasferimento “a Pacchetto”- Circuito Virtuale (1/2)

In una rete a commutazione di pacchetto a Circuito Virtuale, il servizio di trasferimento dei pacchetti èorientato alla connessione.Esistono quindi, oltre alla fase di trasferimento dei dati, anche le fasi di instaurazione ed abbattimento del Circuito Virtuale.Durante la fase di instaurazione viene:

i. indicato il cammino fisico che i pacchetti seguiranno in rete (funzione di instradamento);

ii. accertata la possibilità di instaurare la connessione (funzione di controllo di accettazione di chiamata);

iii. effettuata un’assegnazione delle risorse di rete;iv. assegnati opportuni identificatori della connessione che

saranno trasportati da tutti i pacchetti appartenenti alla connessione stessa


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Modo di Trasferimento “a Pacchetto”- Circuito Virtuale (2/2)Un Circuito Virtuale (Virtual Circuit-VC) differisce da un circuito fisico (quale quelli attuati nelle Reti a Commutazione di Circuito) in quanto più Circuiti Virtuali distinti possono condividere uno stesso circuito fisico.Le Reti a Pacchetto a Circuito Virtuale adottano ancora la multiplazione Statistica ai nodi di rete. Quindi, i nodi di rete possono presentare code, e i pacchetti trasferiti sono soggetti a ritardi di coda.


58

Reti a Datagramma e Reti a Circuito Virtuale- Confronto

Nelle Reti a Circuito Virtuale, tutti i pacchetti assegnati ad uno stesso Circuito Virtuale seguono una medesima rotta (path) per essere trasferiti dalla Sorgente alla Destinazione. Una stessa rotta può essere, però, condivisa (usata) da più Circuiti Virtuali.

Nelle Reti a Datagramma, ciascun nodo di rete instrada un pacchetto solo sulla base degli indirizzi di Sorgente e di Destinazione specificati nell’intestazione del pacchetto. Ciò implica che pacchetti con gli stessi indirizzi Sorgente-Destinazione possono essere trasferiti dalla Sorgente alla Destinazione seguendo rotte diverse.


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Modo di Trasferimento “a Pacchetto”- Datagramma vs

Circuito Virtuale

AE

BC

D

U

U

U

Datagramma

AE

BC

D

U

Circuito Virtuale


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Configurazione Generale della Rete Internet

Passiamo ad esaminare un po’ più da vicino la configurazione della Rete Internet. La Rete Internet è essenzialmente composta da tre parti (sezioni) principali :

i. La periferia della Rete (Network Edge)- E’ costituita dai Sistemi Terminali (End System o Hosts) che vogliono interconnetersi tramite la rete stessa.

ii. La Rete di Accesso (Access Network)- E’ costituita dai canali fisici (doppini telefonici, cavi coassiali, fibra ottica etc) che collegano ciascun Sistema Terminale al proprio Router d’Ingresso (Edge Router), che è il primo nodo di commutazione tra il Sistema Terminale e la Rete Internet.

iii. La rete di Trasporto (Core Network)- E’ costituita dai nodi di commutazione (Router e/o Bridge) e dai canali fisici che interconnettono tra di loro i Router d’Ingresso (EdgeRouter).


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La struttura della rete:Network Edge(Periferia della Rete):applicazioni e nodi terminaliRete d’accesso, canali fisici:collegamenti di comunicazione wired(cablati), wireless (senza fili)Network core (Cuore della Rete):

o Router interconnessio Rete di reti


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Periferia della Rete (Network Edge) (1/2)

Sistemi terminali (hosts):o Programmi applicativio Esempio: Web, email

Modello client / servero Le richieste dei sistemi

terminali (clienti) vengono soddisfatte da server sempre attivi (always-on)

o Esempio: Web browser / server; email client / server

Modello peer-to-peer:o Minimo (o nullo) impiego di

server dedicatio Esempio: Skype, BitTorrent

client/server

peer-to-peer


63

Periferia della Rete (Network Edge) (2/2)

Due applicazioni eseguite da due Sistemi Terminali non direttamente collegati comunicano tra di loro mediante una connessione.Informalmente, una connessione è costituita da una o più sequenze ordinate di canali e nodi di commutazione che Internet mette a disposizione delle applicazioni (programmi) che vogliono scambiarsi dati.In generale, due applicazioni che vogliono scambiarsi dati possono farlo in accordo all’uno o l’altro dei due seguenti modelli di interazione :

i. Il modello cliente/servente (client/server Model)ii. Il modello pari-a-pari (peer-to-peer Model)


64

Periferia della Rete: Modello Cliente/Servente

Per definizione, il modello cliente/servente prevede che una applicazione (programma) cliente eseguita da un sistema terminale richieda e riceva un servizio (delle informazioni o/e dei dati) da una applicazione servente che è eseguita da un altro sistema terminale.Poiché il programma cliente e il programma servente sono eseguiti da sistemi terminali distinti, le applicazioni cliente-servente sono, per definizione, esempi di applicazioni distribuite.I programmi cliente e servente si scambiano dati mediante la connessione messa a disposizione da Internet.Esempi di applicazioni cliente-servente: Web, e-mail, Trasferimento di Files (FTP)


65

Periferia della Rete: Modello Peer-to-Peer (P2P)

Per definizione, il modello di interazione Peer-to-Peer (P2P) prevede che le due applicazioni comunicanti ricoprano, a turno, il ruolo di programma servente e quello di programma cliente.

Esempi di applicazioni P2P:i. Condivisione di Files (Limewire, eDokey, Kazaa);ii. Telefonia via Internet (VoIP).

Anche le applicazioni P2P sono di tipo distribuito.


66

La Rete di accesso e i canali fisici- Classificazione

Come detto, la Rete di Accesso è costituita dai canali fisici che collegano ciascun sistema terminale al proprio Edge Router (primo nodo di commutazione)A seconda del tipo di canale fisico impiegato per il collegamento, le Reti di Accesso si suddividono in:

i. Reti di Accesso Cablate – i canali fisici sono costituiti da mezzi trasmissivi cablati, quali il doppino telefonico, la fibra ottica, il cavo coassiale;

ii. Reti di Accesso Radio – i canali fisici sono costituiti da porzioni dello spettro radio (WiFi, Wimax, Wireless LANs, Collegamenti Satellitari).


67

Utenza della Reti di AccessoChi accede ad Internet?

reti di accessoresidenzialireti di accessoistituzionali (scuole, compagnie)reti di accesso mobili

Importante: banda (bit al secondo) delle reti di accesso


68

Reti d’Accesso residenziali-Accesso punto-punto

Come accede ad Internet un utente residenziale?Dialup via modem

o fino a 56Kbps per l’accesso direttoal router (spesso meno)

o Impossibilità di navigare e telefonare allo stesso tempo: no “always on”

DSL: digital subscriber lineo compagnia telefonica (tipicamente)o fino a 1 Mbps in upstream (oggi tipicamente < 256 kbps)o fino a 8 Mbps in downstream (oggi tipicamente < 1 Mbps)

Edge Router


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Accesso ad Internet dicompagnie- Reti in Area localeCome accedono ad Internet le compagnie?Reti in area locale (Local Area Network) (LAN): connettono sistemiterminali agli edge routerEthernet:

o 10 Mbs, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps Ethernet

o configurazione: sistemiterminali connessi aicommutatori Ethernet

Internet


70

Reti di Accesso RadioReti di accesso radio condiviseconnettono i sistemi terminali airouter

o attraverso base station “access point” (stazioni base)

wireless LANs:o 802.11b/g (WiFi): 11 o 54 Mbps

accesso wireless a più ampiacopertura

o fornito dall’ operatore telcoo ~1Mbps su sistemi cellulario (EVDO, HSDPA)o fino a: WiMAX (10 Mbps) su

ampio raggio

basestation

mobilehosts

Edge router

Internet


71

I canali fisici della Rete diAccesso

Bit: trasferiti tra le coppietrasmettitore/ricevitore.Collegamento fisico: quello che sta tra iltrasmettitore e il ricevitore.mezzi guidati (cablati):o segnali propagati in mezzi solidi: doppino,

cavo, fibra.mezzi non guidati (radio):o segnali propagati liberamente


72

Capacità dei Canali FisiciIn generale, i canali fisici che costituiscono Internet trasportano dati sotto forma di sequenza di simboli binari (sequenza di bit).Per definizione, la capacità C di un canale fisico è il numero massimo di bit che il canale può trasferire nell’intervallo temporale di 1 sec.La capacità C di un canale fisico può equivalentemente misurarsi in:

i. bit/secii. Hz

Ogni canale fisico ha una sua propria capacità C non nulla. I canali “migliori” sono quelli con più altovalore di C.


73

Mezzi Fisici: cavo (1/2)

Cavo coassiale:

due conduttori concentrici di ramebidirezionale


74

Mezzi Fisici: fibra (2/2)

Fibra otticafibra di vetro che trasporta impulsi luminosi; ciascunimpulso un bitoperano ad alta velocità:o trasmissioni punto-punto ad alta velocità (e.g., 10-

100 Gb/sec).basso tasso d’errore: ripetitori molto spaziati l’unodall’altro; immune al rumore elettromagnetico


75

Mezzi Fisici: radioSegnale trasportato da onde elettromagneticheNessuna “guida” fisicaBidirezionale

Tipologie di collegamento radio:microonde terrestrio fino a 45 Mb/sec

LAN (e.g., Wifi)o 11Mb/s, 54 Mb/s

wide-area (cellulari)o cellulare 3G: ~ 1 Mb/s


76

La Rete di Trasporto di Internet (Core Network) (1/2)


77

La Rete di Trasporto di Internet (Core Network) (2/2)

Come detto, la Rete di Trasporto di Internet ècostituita dai Nodi di Commutazione (router) e dai canali fisici che interconnettono tra di loro gli Edge Router.La Rete Internet offre due tipi di servizi alle applicazioni eseguite dai sistemi terminali:

i. Servizio orientato alla connessione e affidabile;ii. Servizio non orientato alla connessione e non

affidabile.La Rete Internet è

i. una rete a commutazione di pacchetto;ii. che impiega il modo di Trasferimento a Datagramma.

La multiplazione effettuata dai router presenti nella Rete di Trasporto di Internet è statistica. Quindi, il trasferimento di pacchetti attraverso Internet èsoggetto a Ritardi di Coda.


78

La Struttura di Internet- Una rete di reti (1/5)

La Core Network di Internet è organizzata (strutturata) in sotto-reti di varia dimensione che sono interconnesse tra di loro.Ciò significa che la Rete Internet è, in realtà, una rete di reti interconnesse.Le reti che costituiscono Internet sono organizzate gerarchicamente in Internet Service Providers (ISPs) di livello 1, livello2 e livello 3.ISPs distinte comunicano tra di loro mediante Router. I punti nei quali un ISP si collega con altri ISPs sono detti Punti –di- Presenza ( Point-of-Presence: POP)


79


al centro: ISPs di Livello 1 (“Tier 1”) (Verizon, Sprint, AT&T), copertura nazionale/internazionale

L’insieme di Tier 1 ISPs costituisce la così detta“Internet backbone” ( dorsale di Internet)

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Providers diLivello 1 interconnessiprivatamente

POPPOPPOP


80


“Tier-2” ISPs: più piccoli (spesso regionali) ISPso Connessi a uno o più Tier-1 ISPs,

eventualmente ad altri Tier-2 ISPs

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier-2 ISPTier-2 ISP

Tier-2 ISP Tier-2 ISP

Tier-2 ISP

Tier-2 ISP pagano Tier-1 ISP per la connettività al resto di Internet

Tier-2 ISP ècliente del providerTier-1

Tier-2 ISPs sono ancheconnessiprivatamentecon altre reti.

POP

POPPOP


81


“Tier-3” ISPs o ISPs locali (local ISPs) o last hop network (“reti di accesso”) (le più vicine ai sistemi terminali)

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP



Tier-2 ISP

localISPlocal

ISPlocalISP

localISP

localISP Tier 3

ISP

localISP

localISP

localISP

Tier- 3 ISPs e ISPs localisono clientidegli ISPsdi livellosuperiore, cheli connettonoal resto diInternet

POP

POPPOP


82


un pacchetto passa attraverso molte sotto-reti costituite dadifferenti ISPs

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP



Tier-2 ISP

localISPlocal

ISPlocalISP

localISP

localISP Tier 3

ISP

localISP

localISP

localISP


83

Organizzazione “a strati” deiprotocolli di Rete

Le reti sono complesseMolte componenti:o Terminali d’utenteo Routero Canali di mezzi diversio Applicazionio Protocollio hardware, software

Domanda:C’è una speranza di organizzare la struttura di una

rete? O almeno la nostra discussione sulle reti?


84

Un esempio- Organizzazione di un viaggio in aereo

una serie di servizi/azioni svolti sequenzialmente

biglietto (acquisto)

bagagli (controllo)

gates (carico)

decollo

instradamento

biglietti (reclamo)

bagagli (ritiro)

gates (scarico)

atterraggio

instradamento

instradamento dell’aereo


85

biglietto (acquisto)

bagagli (controllo)

gates (carico)

decollo

instradamento

Partenza Arrivointermediate air-trafficcontrol centers

Instradamento dell’aereo

biglietto (reclamo)

bagagli (ritiro)

gates (scarico)

atterraggio

instradamento

biglietto

bagagli

gate

Decollo/atterraggio

Instradamento

Organizzazione “a strati” delle funzioni svolte per realizzare un

viaggio in aereo (1/2)


86

Organizzazione “a strati” delle funzioni svolte per realizzare un

viaggio in aereo (2/2)Nella Figura precedente, l’insieme dei servizi (funzioni) necessarie per effettuare un viaggio in aereo è partizionato (suddiviso) in strati organizzati gerarchicamente.Lo strato n offre un servizio allo strato (n+1) immediatamente superiore

i. effettuando certe azioni (funzioni) che sono specifiche dello strato n;

ii. avvalendosi del servizio (dati di input) offerto dallo strato (n-1) immediatamente inferiore .


87

Perché organizzare in strati le funzioni svolte dai Protocolli di rete?

Una architettura gerarchica a strati delle funzioni svolte dai vari protocolli di rete permette di esaminare separatamente una parte specifica di un sistema grande e complesso.Specificatamente, fin tanto che lo strato n fornisce lo stesso servizio allo strato (n+1) immediatamente superiore e usa lo stesso servizio fornitogli dallo strato (n-1) immediatamente inferiore, il resto dell’intero sistema non cambia quando viene (eventualmente) cambiato il modo in ciu lo strato n attua il suo servizio.La possibilità di cambiare il modo in cui un servizio èattuato da uno strato senza modificare nessuna altra componente del restante sistema costituisce il vantaggio principale dell’organizzazione gerarchica a strati dell’insieme dei protocolli di rete.


88

La stratificazione- Definizione formale (1/2)

Supponiamo che l’insieme J delle funzioni da svolgere per consentire l’attuazione di un processo di comunicazione:

i. sia partizionato in sottoinsiemi funzionali;ii. sia organizzato in modo che questi sottoinsiemi

funzionali operino in un ordine gerarchico.Coerentemente con queste ipotesi, ogni sottoinsieme è identificato da un numero crescente al crescere del livello gerarchico.


89

La stratificazione- Definizione formale (2/2)

Sotto le precedenti ipotesi, ogni sottoinsieme funzionale dell’architettura a strati:

i. riceve un “servizio” dal sottoinsieme che gli èimmediatamente inferiore nell’ordine gerarchico;

ii. arricchisce questo “servizio” con il valore derivante dallo svolgimento delle proprie funzioni;

iii. offre un nuovo “servizio” a valore aggiunto allo strato che gli è immediatamente superiore nell’ordine gerarchico.


90

Definizione di strato nell’organizzazione gerarchica dei

protocolli di una rete di TLC

Mezzi trasmissivi

Sottosistemi omologhi

Sistema A Sistema B

Strato più elevato

Strato di rango N

Strato più basso


91

Servizio di “strato”nell’organizzazione gerarchica dei

protocolli di una Rete di TLCRiassumendo,

ogni strato di rango N fornisce un servizio allo strato di rango N+1.

Per questo scopo utilizza il servizio fornito dallo strato di rango N-1.

Arricchisce tale servizio con lo svolgimento di particolari proprie funzioni.


92

Modello di architettura protocollare “Open System Interconnection” (Modello

OSI)Strati

Strato di Applicazione

Strato di Trasporto

Strato di Presentazione

Strato di Sessione

Strato di Rete

Strato di Collegamento

Strato Fisico

Fornisce ai processi applicativi i mezzi per accedere ad Internet(è costituito da programmi applicativi quali FTP, HTTP,SMTP).

Risolve problemi di compatibilità sulla rappresentazione dei dati da trasferire e offre servizi di cifratura.

Struttura e sincronizza lo scambio di dati in modo da poterlo sospendere, riprendere e terminare ordinatamente.

Colma le deficienze della qualità di servizio delle connessioni di livello rete. Funz. fondament.: multiplazione e frammentazione.

Instaura, mantiene e abbatte connessioni di rete. Funzioni fondamentali: instradamento e controllo di flusso.

Fronteggia malfunzionamenti del livello fisico (rivelazione e recupero degli errori di trasmissione, controllo di flusso).

Fornisce i mezzi meccanici, fisici, funzionali e procedurali perattivare, mantenere e disattivare le connessioni fisiche.

Mezzi fisici di trasmissione

Servizi offerti


93

Modello di architettura protocollare adottata da Internet (Modello Internet)

Corrisponde a parte dello strato di sessione e agli strati di presentazione e di apllicazione del modello OSI.

Corrisponde allo strato di trasporto e a parte dello strato di sessione del modello OSI. Offre un servizio di trasporto affidabile con connessione (TCP), ovvero un servizio più semplice, senza connessione (UDP).

Consente l’interconnessione delle varie reti componenti con funzionalitàche nel modello OSI sono collocate in un sottostrato di rete alto. Fornisce un servizio di trasferimento dati senza connessione (IP).

Include le funzioni che, nel modello OSI, sono comprese negli strati fisico, di collegamento e di rete,quest’ultimo almeno per ciò che riguarda gli aspetti connessi al funzionamento di ogni singola rete componente (sottostrato di rete basso). Il servizio offerto allo strato superiore (Strato Internet) può essere con o senza connessione.

Strati Servizi offerti

StratoApplicativo

Strato diTrasporto

Strato di Rete

Strato diCollegamento

Strato Fisico


94

Sorgente

HtHn M

segmento Ht

datagramma

Destinazione

HtHnHl M

Router

Bridge

Trasferimento deiDati nel Modello

Internetmessagio M

Ht M

Hntrama

ApplicativoTrasporto

ReteCollegamento

Fisico

Collegamento

Collegamento

Collegamento

Fisico

Fisico

Fisico

Rete

Rete

Trasporto

Applicativo

HtHnHl M

HtHnHl M

HtHnHl M

HtHn M

HtHn M

Ht M

M


95

Trasferimento dei Dati nel Modello Internet- Pile protocollari

La Figura precedente mostra il cammino fisico che i pacchetti generati dall’applicazione-sorgente seguono attraverso le pile protocollari per raggiungere l’applicazione-destinazione.La Figura si presta ad alcune osservazioni:

o Similmente ai sistemi terminali, anche i Router e i Bridge organizzano i loro protocolli in strati.

o I Router implementano solo i protocolli di Strato Fisico, di Collegamento e di Rete.

o I Bridge implementano solo i protocolli di Starto Fisico e di Collegamento.

o I terminali d’utente implementano i protocolli di tutti e 5 gli strati del modello Internet.


96

Trasferimento dei Dati nel Modello Internet- Messaggi, Segmenti,

Datagrammi e Trame

Inoltre, i. I pacchetti generati dallo Strato Applicativo

sono chiamati Messaggi ;ii. I pacchetti generati dallo Strato di Trasporto

sono chiamati Segmenti ;iii. I pacchetti generati dallo Strato di Rete sono

chiamati Datagrammi ;iv. I pacchetti generati dallo Strato di Collegamento

sono chiamati Trame (frame)


97

Trasferimento dei Dati nel Modello Internet- Il Principio

dell’ Incapsulamento (1/2)

La figura mostra anche che, al lato sorgente, il pacchetto generato da ciascuno strato n si ottiene aggiungendo un header Hn al pacchetto generato dallo Strato (n+1).Il contenuto dell’header è specifico dello strato al quale l’header viene aggiunto e contiene informazioni necessarie per svolgere le funzioni proprie dello strato.Ciò significa che, al lato sorgente, il pacchetto di strato n è ottenuto per incapsulamento del pacchetto di strato (n+1).


98

Trasferimento dei Dati nel Modello Internet- Il Principio

dell’Incapsulamento (2/2)Al lato Destinazione, i pacchetti subiscono la procedura (reciproca) del De-incapsulamento. Ovvero,

i. Lo strato n riceve il pacchetto che gli compete dallo strato (n-1);

ii. Lo strato n elabora il pacchetto;iii. Lo strato n elimina dal pacchetto l’Header specifico dello

strato n;iv. Lo strato n passa la parte rimanente del pacchetto allo

strato (n+1).Se non sono stati introdotti errori nel trasferimento dei dati del Terminale-Sorgente al Terminale-Destinazione, il messaggio M ricevuto allo strato applicativo del Terminale di Destinazione coincide col messaggio M generato dallo strato applicativo del Terminale Sorgente


99

La Normativa nelle TLC-Organismi Mondiali

International Telecommunication Union (ITU)

International Standard Organization (ISO)

International Electrotechnical Commission(IEC)

Internet Engineering Task Force (IETF)


100

La normativa nelle TLC- L’organismo ITU

È un’agenzia specializzata delle Nazioni Unite, con sede in Ginevra e con il compito di armonizzare tutte le iniziative mondiali e regionali nel settore delle Telecomunicazioni.Tiene tre tipi di conferenze amministrative tra cui si menziona:

i. WARC (World Administrative Radio Conference). -considera ed approva tutti i cambiamenti alle regolamentazioni sulle radio comunicazioni con particolare riferimento all’uso dello spettro delle frequenze radio.

Dagli inizi degli anni ’90 è organizzato in tre settori:i. Sviluppoii. Standardizzazioneiii. Radiocomunicazioni


101

La normativa nelle TLC- L’organismo ISO

Ente delle Nazioni Unite, creato con l’obiettivo di promuovere lo sviluppo della normativa internazionale per facilitare il commercio di beni e servizi nel mondo.

Relativamente alle Telecomunicazioni e alle aree collegate, opera tramite un comitato tecnico congiunto con l’IEC: Joint Technical Committee on Information Technology (JTC1).

L’ISO-IEC JTC1 è organizzato in Comitati Tecnici (TC), attualmente otre 170, e in Sotto-comitati (SC).


102

La normativa nelle TLC- L’organismo IETF

Coordina l’attività di standardizzazione nell’ambito della rete Internet.E’ organizzata in Working Group tematici.L’iter di standardizzazione prevede la produzione di:

i. Draft (documenti di lavoro)ii. RFC (standard)Tutti i documenti IEFT sono disponibili sul sito:

www.ieft.org


103

Organizzazione e Struttura del Corso (1/2)

In accordo al Modello protocollare Internet, il corso si articola nelle seguenti parti:

1. Strato Fisicoo Segnali analogici e numericio Elaborazione analogica e numerica dei segnalio Mezzi trasmissivi e canali di comunicazioneo Modulazioni analogiche e numericheo Codifica di canale

2. Strato di collegamentoo Accesso multiploo Reti in Area Locale (LANs)


104

Organizzazione e Struttura del Corso (2/2)

4. Strato di Reteo Il protocollo IPo Algoritmi e Protocolli di instradamento

5. Strato di Trasporto– I protocolli TCP e UDP

Documents

Capitolo 1 Introduzione ai Sistemi di Telecomunicazione ...infocom.uniroma1.it/~enzobac/tlc9cfu1.pdf · che cos’è Internet? che cos’è un protocollo? ... Un protocollo umano