Telematica - daviderizzo.files.wordpress.com · Appunti di Telematica Davide Rizzo 2/99 GENERALITA’ Finalità e scopi, Circuiti di telecomunicazioni, Autocommutatori, PSTN, Commutazione

Appunti di Telematica Davide Rizzo

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TelematicaProf. L. Alcuri A.A. 2002/03

A cura di Davide Rizzo

GENERALITA’_________________________________________________________________ 2

MODELLI DI RIFERIMENTO (ARCHIT. PROT.) ___________________________________ 6

MEZZI TRASMISSIVI__________________________________________________________ 10

ALFABETI ___________________________________________________________________ 16

TEORIA DEI GRAFI E VALUTAZIONE DELLE PRESTAZIONI______________________ 18

PHYSICAL LAYER ____________________________________________________________ 21

DATA LINK LAYER____________________________________________________________ 27

LAN _________________________________________________________________________ 39

PROTEZIONE DAGLI ERRORI__________________________________________________ 52

CONGESTIONE NELLE RETI DATI _____________________________________________ 55

NETWORK LAYER ____________________________________________________________ 57

TRANSPORT LAYER __________________________________________________________ 62

SICUREZZA DELLE COMUNICAZIONI __________________________________________ 67

PRESENTATION LAYER _______________________________________________________ 69

RETI ATM____________________________________________________________________ 70

RETI X.25 ____________________________________________________________________ 73

ISDN ________________________________________________________________________ 75

INTERNET E TCP/IP __________________________________________________________ 77

INTERNETWORKING _________________________________________________________ 90

POSTA ELETTRONICA ________________________________________________________ 95

Esercizi_______________________________________________________________________ 97


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GENERALITA’ Finalità e scopi, Circuiti di telecomunicazioni, Autocommutatori, PSTN, Commutazione a circuito, Commutazione a pacchetto, Commutazione a messaggio, Sistemi wormhole, Multiplazione, Gerarchia plesiocrona e sincrona, Enti di normalizzazione.

Compiti della comunicazione

• Utilizzo dei sistemi di trasmissione (tecniche di multiplexing, controllo congestione)

• Generazione del segnale (segnale tale da propagarsi ed essere ricevuto correttamente)

• Gestione dello scambio (half duplex, full duplex, simplex) • Flow control (la sorgente non invia più dati di quanto il ricevitore

possa riceverne) WAN • Commutazione circuito

o sistema interconnesso di linee fisiche tra nodi o su ogni nodo i dati sono instradati senza introdurre ritardi o es: linea telefonica

• Commutazione pacchetto o dati inviati mediante pacchetti che sono memorizzati nei

buffer di ogni nodo o alto overhead

• Frame relay o sfrutta i bassi tassi di errore delle linee moderne o elimina l’overhead della commutazione a pacchetto o dimensione dei pacchetti (frame) variabile

• ATM (Asynchronous Transfer Mode) o detto anche Cell relay o evoluzione di frame relay o dimensione dei pacchetti (cell) fissa

• ISDN (Integrated Service Digital Network) o a 64Kbps sfrutta la commutazione di circuito o a 128Kbps sfrutta la commutazione di pacchetto

Enti di standardizzazione

• l’Internet Society è costituita da o Internet Architecture Board (IAB) o Internet Engineering Task Force (IETF) o Internet Engineering Steering Group (IESG) o IAB si occupa della definizione dell’architettura di Internet o IETF porta avanti lo sviluppo tecnologico di Internet o IESG si occupa della standardizzazione o ogni documento diventa prima Internet draft per un massimo

di 6 mesi, scaduti i quali può diventare Rfc (request for comments) oppure essere cancellato

• ISO o Organizzazione internazionale per la standardizzazione

• ITU-T o International Telecommunications Union, fa capo alle Nazioni

Unite o rimpiazza il CCITT o organo permanente dell’ITU

Gerarchia plesiocrona

• PDH (plesiochronous digital hierarchy) • più canali numerici vengono raggruppati per formare canali multipli


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più veloci mediante multiplazione TDM • in USA T1, in Europa E1 • T1 => 24 canali a 64 Kbps su canale a 1,544 Mbps • E1 => 32 canali a 64 Kbps su canale a 2,048 Mbps

Gerarchia sincrona • SDH (synchronous digital hierarchy) • un solo standard (a differenza di PDH) • posso inserire flussi a bassa velocità in flussi ad alta velocità senza

una completa demultiplazione/multiplazione grazie agli add/drop multiplexer

Multiplazione • per usare in modo più efficiente le linee di telecomunicazioni ad alta velocità si adoperano forme di multiplexing, che consentono a diverse sorgenti di condividere un’unica linea con una capacità elevata

• FDM (frequency division multiplexing) o trasporto un numero di segnali simultaneamente se ciascuno

modula una portante a frequenza diversa e se le frequenza delle portanti sono distanti abbastanza da non creare aliasing

• TDM (time division multiplexing) Commutazione di circuito

• usata nelle reti telefoniche pubbliche, ma anche per trasmissione dati • si stabilisce un circuito dedicato tra due stazioni • su ogni percorso fisico è riservato un canale logico


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• PSTN o la Public Switched Telephone Network è una rete pubblica di

telecomunicazioni formata da terminali d’utente (i telefoni o i modem) linee d’utente (subscriber loop o local loop, usano

tipicamente doppini e si estendono per qualche decina di Km)

centrali di commutazione (quelle che supportano direttamente gli utenti sono le stazioni di gruppo urbano)

linee dirette (interconnettono le centrali di commutazione e usano FDM o TDM)

o ogni telefono ha due fili di rame che escono e vanno direttamente al più vicino ufficio terminale (end office) della società telefonica (detto anche ufficio centrale locale); le connessioni fra ogni abbonato e l’ufficio terminale sono note come circuiti locali (local loop)

o se un abbonato chiama un altro abbonato collegato allo stesso ufficio terminale, si instaura una connessione elettrica diretta tra i due circuiti locali, altrimenti bisogna passare per una centrale di commutazione (ufficio di pedaggio) ed eventualmente per un ufficio di sezione regionale mediante dorsali di interpedaggio

• sistemi PBX (private branch exchange) o usati per collegare tra loro telefoni di un palazzo o di un

ufficio • commutatore numerico

o fornisce al segnale un percorso trasparente fra qualunque coppia di dispositivi collegati (cioè i dispositivi devono sembrare direttamente collegati)

• interfaccia di rete o rappresenta le funzioni e l’hw necessari a connettere alla rete i

dispositivi numerici, come i dispositivi di elaborazione ed i telefoni digitali

Commutazione di pacchetto

• progettata per trattare il traffico burst in modo efficiente • operazioni interne alla rete secondo due tecniche di commutazione:

datagram o virtual circuit • progettate originariamente per trattare il traffico fonico; con la

commutazione di circuito, in una trasmissione dati per la maggior parte del tempo la linea restava inutilizzata

• datagram o ogni pacchetto è trattato individualmente senza tenere conto di

quelli precedenti o consegna non ordinata o compito del ricevente richiedere la ritrasmissione o non ho bisogno di initial setup o in generale è più lento di VC perché devo scegliere

l’instradamento; se ho pochi pacchetti è comunque da preferire (la consegna risulta più veloce)

o più flessibile alla congestione della rete (se un nodo va in down, i pacchetti scelgono un’altra strada ed il flusso non si


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interrompe come nel virtual circuit) • virtual circuit

o si pianifica un percorso prima di inviare i pacchetti o innanzi tutto si invia un pacchetto speciale (call request) per

richiedere una connessione logica, e se viene restituito un pacchetto di conferma (call accept) si possono scambiare i dati lungo il percorso stabilito; alla fine verrà inviato un pacchetto per la chiusura della connessione (clear request)

o ogni pacchetto contiene un identificatore di virtual circuit o non sono richieste decisioni di instradamento


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MODELLI DI RIFERIMENTO (ARCHIT. PROT.) Modello ISO-OSI, Modello SNA, Modello AppleTalk, Modello TCP/IP. Architettura protocollare

• definizione = strutturazione stratificata di hardware e software per lo scambio di dati fra sistemi e applicazioni distribuite

• le reti sono organizzati come una serie di strati o livelli; lo scopo di ogn i livello è quello di offrire servizi al livello superiore, schermando quel livello dai dettagli di come i servizi offerti sono realizzati

Protocollo • diretto/indiretto o linea punto punto o rete di telecomunicazione di tipo commutato

• monolitico/strutturato • simmetrico/asimmetrico

o a seconda che la comunicazione avvenga solo tra entità di pari livello oppure no

• standard/non standard Funzioni di un protocollo

• Incapsulamento o aggiunta di informazioni di controllo (indirizzi, codici rivelatori di

errore …) ai dati per creare la PDU • Segmentazione e riassemblaggio

o pro dovuti a diverse convenzioni tra livelli per rendere più efficiente il controllo degli errori per avere buffer più piccoli

o contro maggiore overhead tempi di elaborazione maggiori

• Controllo della connessione o un’entità può trattare ogni PDU in modo dipendente o indipendente

dalle precedenti. A seconda dei casi avrò una connessione: connection oriented connection-less (datagram)

• Consegna ordinata • Controllo di flusso

o stop and wait o sliding windows

• Indirizzamento o in TCP/IP ho le “ports” o in ISO/OSI ho le “SAP” o l’indirizzo IP corrisponde all’NSAP della terminologia OSI o modalità di indirizzamento

unicast multicast broadcast

• Multiplexing o si può avere a livello fisico (FDM, TDM) o a livello logico (più

connessioni TCP, ciascuna con una diversa coppia di porte) o molti-in-uno = multiplexing in salita o uno-in-molti = multiplexing in discesa

ISO/OSI • Componenti dell’architettura


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o Layers o Entities o SAPs (Service Access Points) o Connections

• Un layer è composto da più entities • Layers adiacenti comunicano tramite interfaces • Il layer N fornisce servizi al layer N+1


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• Lo scambio dati avviene tra ES (end systems) mediante IS (intermediate systems) che fungono da relaying

o IS che funge da relaying a livello 1 = repeater o IS che funge da relaying a livello 2 = bridge o IS che funge da relaying a livello 3 = router o IS che funge da relaying a livello 7 = gateway

• Layers OSI o Application layer

supporto ad applicazioni distribuite Virtual terminal (VT) X.400 (email)

o Presentation layer si definisce il formato dei dati che devono essere scambiati

fra le applicazioni ed offre un insieme di servizi di conversione dati (compressione dati, crittografia)

ASCII EBCDIC ANS.1

o Session layer dialogo tra programmi applicativi, tra due ES inserisce checkpoints per il resuming si stabilisce una disciplina di dialogo (full duplex, half

duplex) o Transport layer

trasferimento dati affidabile frammentazione correzione errori controllo congestione ultimo livello a trascurare la topologia della rete primo livello end-to-end

o Network layer controlla le operazioni di sottorete stabilisce l’instradamento messaggi fault tolerance

o Data Link layer trasferimento affidabile di frame; trasforma una trasmissione

grezza in una linea per il livello superiore che appaia libera da errori di trasmissione non segnalati

aggiunge FCS ritrasmissione


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o Physical layer trasmissione di bit lungo il canale di comunicazione si occupa del trasferimento 0 e 1, di stabilire la tensione per

rappresentare i livelli logici, della direzione della trasmissione (full duplex ecc.)

• address o concatenazione di SAP necessari o ci vuole un name server per tradurre i nomi in indirizzi (servizio di

directory) o indirizzo applicativo = PSAP + SSAP + TSAP + NSAP

• tranne il livello Physical, tutti gli altri possono operare in modalità CONS (Connection Oriented Network Service) o CLNS (Connection-less Network Service)

• CONS o nell’initial setup due peer-entities concordano il formato delle PDU

e si scambiano i rispettivi indirizzi o Quando trasmettono non usano gli indirizzi ma solo un

identificativo di connessione TCP/IP • sviluppato nell’ambito della ricerca militare in USA finanziato dal DOD

(Department of Defense) • livelli dell’architettura

o application layer: rende possibile la comunicazione fra processi ed applicazioni su terminali separati

o transport layer: fornisce un servizio end-to-end di trasferimento dati. Vengono inclusi meccanismi per migliorare l’affidabilità e nascondere i dettagli della rete sottostante

o internet layer: instradamento dei dati dalla sorgente al terminale di destinazione attraverso reti collegate da routers

o data link layer: interfaccia logica fra un sistema terminale ed una rete

o physical layer: caratteristiche del mezzo trasmissivo, tasso di trasmissione e schemi di codifica

• IP è presente in tutti i sistemi terminali e nei router; esso agisce da ripetitore nel processo di trasferimento di un blocco di dati da un terminale ad un altro

• TCP è presente solo nei sistemi terminali e tiene conto dei blocchi dati per assicurarsi che vengano consegnati in modo affidabile


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MEZZI TRASMISSIVI Portanti di vario tipo, Coppie, Cavi coassiali, Fibre ottiche, Cablaggi strutturati. generalità • mezzi guidati (le onde sono condotte e confinate lungo il percorso fisico)

o doppino o coax o fibra ottica)

• mezzi non guidati (le onde non sono confinate) • modalità di funzionamento

o simplex o half duplex o full duplex

• unità di misura o capacità di canale = massimo tasso di trasmissione dati o tasso di trasmissione dati (data rate) = tasso con cui trasmetto i

dati, misurato in bps o lunghezza (durata) di 1 bit = tempo necessario al trasmettitore a

trasmettere un bit data rate R, durata bit tb = 1/R D = R/b D = tasso modulazione, R = tasso

trasmissione, b = numero bit per elemento di segnale • tasso di modulazione (per Manchester) = 2/ tb

o tasso di modulazione o segnalazione (in baud) tasso con cui cambia il livello del segnale baud = elementi di segnale al secondo

o frequenza = numero di variazioni del segnale necessarie a codificare un bit

o propagazione dati = movimento fisico dei segnali lungo la linea o trasmissione dati = propagazione dati + elaborazione

• attenuazione o costante (rispetto alla frequenza)

diminuzione dell’energia associata al segnale trasmesso; questo comporta una diminuzione del rapporto S/N avvicinando tra loro i livelli fisici corrispondenti ai livelli logici

o variabile (rispetto alla frequenza) provoca una diversità del segnale inviato rispetto a quello

ricevuto o riduzione intensità del segnale al crescere della distanza o cresce al crescere della frequenza o necessità di ripetitori e rigeneratori o soluzione = amplificatori di segnale con fattore amplificazione

grande per le alte frequenze e piccolo per le basse frequenze o attenuazione dB = 20 lg (Vin / Vout )

• distorsione di fase o tipica dei mezzi guidati perché la velocità di propagazione varia

con la frequenza o critica per trasmissione dati numerici

• rumore o sovrapposizione al segnale di energia esterna


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o tipi di rumore impulsivo termico (bianco) di intermodulazione (si genera un segnale con frequenza

pari alla somma algebrica delle frequenze di altri due segnali)

diafonia (accoppiamento induttivo non voluto) • NEXT (near end cross talk) o paradiafonia

o la misura del segnale indotto nel cavo vicino è effettuata dalla stessa parte del trasmettitore

o è la più importante

• FEXT (far end cross talk) o telediafonia o misura effettuata all’altro capo

• ACR o attenuation to cross talk ratio o rapporto segnale attenuato / segnale indotto dalla coppia vicina o ACR piccolo, errori di trasmissione

• Nyquist o canale esente da rumore o tasso trasmissione 2B bps ==> banda massima B Hz o per segnali con M livelli di tensione, banda B Hz ==> capacità C =

2B lg2 Mo r = lg2 M numero di bit per simbolo o tasso segnalazione Baud = C / r

• Shannon o dato un certo livello di rumore, se aumento tasso trasmissione

aumenta il tasso di errore


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o SNRdB = 10 lg10 (Potenza segnale / Potenza rumore) misurato al ricevitore

o SNRdB = 20 lg10 (VS / VN) S = signal, N = noise o SNR grande ==> buona qualità o C = B lg2 (1+SNR) considerando solo rumore bianco, SNR non

in dB, B banda o aumento B decresce SNR

Caratteristiche mezzi trasmissivi

• AWG (American Wire Gauge) o unità di misura usata per il diametro dei conduttori o scala a regressione geometrica

• materiali isolanti o espansi (migliori, infiammabili, voluminosi) o compatti (non tossici)

• cavi o plenum (non bruciano e non disperdono gas tossici) o non plenum (flame retardant, low smoke fume, zero halogen)

• tecniche trasmissive o SBILANCIATA

Si porta il Vref da Tx a Rx con un conduttore separato Il conduttore del segnale fa da antenna per quello che

veicola Vref, quindi devo usare il COAX che ha una certa schermatura

o BILANCIATA differential mode coppia di conduttori perfettamente simmetrici mando lo stesso segnale ma con fase opposta ricostruisco per differenza con Vref ritorco il doppino così il campo magnetico B si annulla

• efficacia schermatura core o bassa impedenza di trasferimento (rapporto caduta di tensione /

corrente di superficie), buona schermatura o impedenza stabile al varare della frequenza, buona schermatura

Doppino (twisted pair TP)

• 2 cavi isolati di rame che formano un intreccio • una coppia determina una linea di comunicazione singola • intreccio serve a eliminare interferenza di diafonia tra coppie adiacenti • attenuazione dipende fortemente dalla frequenza


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• impedenza caratteristica Zc = 100 Ω• UTP

o cat. 3 voice grade, fino a 16MHz, 26AWG o cat. 4 fino a 20MHz o cat. 5 data grade, fino a 100MHz

Cavo coassiale (COAX)

• conduttore esterno cilindrico vuoto che circonda un singolo filo più interno, sostenuto da dielettrico solido. Conduttore esterno ricoperto da guaina isolante

• meno sensibile del TP a interferenza e diafonia • usato in 802.3 prima della fibra ottica • costa maggiore del TP • ingombro maggiore del TP • meno flessibile del TP • cavo thick ethernet RG213

o costoso o ottima schermatura o difficile posa

• cavo thin ethernet RG58 • limiti dovuti a attenuazione, rumore bianco, intermodulazione

Fibra ottica (OF)

• trasmette raggio di luce mediante riflessione totale interna • lavora tra nella banda tra infrarosso e parte di luce visibile • tre parti concentriche: core, cladding e guaina. L’interfaccia tra core e

cladding ha proprietà ottiche diverse da quelle del core e confina la luce che altrimenti sfuggirebbe

• la luce proveniente da una sorgente (con LED o con Injection Laser Diode ILD) entra nel core; i raggi che incidono con angoli maggiori sono riflessi e propagati lungo la fibra, gli altri sono assorbiti. Così facendo realizzo la fibra step-index multimode. In alternativa ho la fibra single-mode.

• tre finestre di lunghezze d’onda usate, centrate su 850, 1300 e 1550 nm. Le lunghezze d’onda maggiori permettono attenuazioni minore e quindi maggiori tassi trasmissivi

• bassa attenuazione (pochi decimi di dB/Km) • rivestimenti

o tight o loose

• attenuazione 0.2 – 0.3 dB/Km • modo = soluzione delle eq. di Maxwell, l’energia si propaga con un

numero discreto di configurazioni


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Microonde satellitari

• un satellite (transponder) riceve le trasmissioni su una certa banda di frequenza (uplink), amplifica o rigenera il segnale ricevuto e lo ritrasmette su un’altra frequenza (downlink)

• il transponder deve avere una posizione fissa rispetto alla terra, cioè lo stesso periodo di rotazione, che si ottiene ad una quota di 35784 Km

Cablaggio strutturato

• sistema di telecomunicazione che attui e garantisca l’interconnessione di dispositivi tra loro eterogenei, assicurando servizi con elevate velocità di trasmissione

• in Italia CEI 306-2 • in USA EIA/TIA 568-B • topologia di una rete di cablaggio

o logica di interconnessione dei cavi o 2 tipi di distribuzione:

orizzontale = si sviluppa sul singolo piano con lo scopo di collegare le singole prese all’armadio di piano

verticale (backbone) = distinta in dorsali di edificio e dorsali di comprensorio

• cablaggio orizzontale o Floor distributor

le apparecchiature del Floor Distributor devono essere poste nelle Telecommunication Rooms o nelle Equipment Rooms ed hanno accesso diretto alla dorsale

uno per piano e ogni 1000 mq in ognuno ci sono più Telecommunication Closet (armadi

di piano) che racchiudono i Patch Panel (Pannelli di Permutazione) per il cablaggio fisico, dispositivi attivi come hub o switch, UPS ecc.

zero o più Transition Point per operare un cambio di cavo o collegamento permanente distanza max 90 m o cavi TP a 4 coppie da 100Ω di tipo STP o UTP o fibre ottiche multimodali 62.5/125 m

• cablaggio di dorsale d’edificio o si estende dal Building Distributor (BD) ai Floor Distributor o ogni edificio è connesso alla dorsale di comprensorio


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o max distanza tra CD e BD = 2000m (se uso OF posso andare oltre, ma non più di 3000m, anche se la fibra consentirebbe anche 60Km)

o max distanza tra BD e FD = 500m


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ALFABETI Principi di codifica, Codice Baudot, Codice Ascii, Codice EBCDIC. NRZ (o NRZ-L) • Non Return to Zero (Non Return to Level Zero)

• associo ad un bit un valore stabile per la sua intera durata • nel caso di sequenze costanti non ho transizione, quindi non posso

sincronizzare o per evitare ciò allungo la sequenza con 4B5B, 5B6B ecc.

• 1 bit occupa 1 semiciclo della fondamentale o es: trasmissione 1 Mbps o fondamentale 500 Hz

Manchester • combino clock trasmettitore + segnale per avere almeno una transizione per bit

• definizione Stallings: transizione al centro di ogni bit o transizione basso-alto => bit 1 o transizione alto-basso => bit 0

• definizione Gai: o clock inalterato = bit 0 o clock invertito = bit 1 o con una sequenza costante ho il max numero di transizioni

• pro: facile sincronizzazione • contro: banda richiesta doppia rispetto a NRZ

Manchester differenziale

• transizione all’inizio di un periodo di bit = 0 • assenza transizione all’inizio di un periodo di bit = 1 • manca la componente continua (che da problemi, perché richiede una

connessione fisica diretta tra i sistemi trasmissivi) • pro: facile sincronizzazione • contro: tasso modulazione doppio (una o due transizioni per ogni bit)

=> banda richiesta doppia NRZ-I • Non Return to Zero Inverted

• bit 0 => segnale uguale al precedente (nessuna transizione) • bit 1 => segnale precedente invertito (transizione a metà del bit) • 1 bit occupa 1 semiciclo della fondamentale • pro: basta un bit 1 per la sincronizzazione


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• contro: con una sequenza di 0 non ho transizione e quindi non posso sincronizzare

Codifiche • usate per garantire le transizioni necessarie alla sincronizzazione • 4B5B

o overhead 25% • 5B6B

o modo 2 o modo 4 o le due modalità differiscono per il numero di 1 presenti in un

sestetto • 8B6T

o simboli ternari “+”, “-“, “0” • scrambling

o con i metodi precedenti genero sequenze di transizioni uguali, che generano problemi elettromagnetici dovuti all’addensamento di determinate frequenze dello spettro

o funzione di scrambling da implementare in hardware Codifiche per segnali analogici e dati numerici

• ASK (amplitude – shift keying) • FSK (frequency – shift keying) • PSK (phase – shift keying) • in tutti i casi il segnale risultante occupa una banda centrata sulla

frequenza portante


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TEORIA DEI GRAFI E VALUTAZIONE DELLE PRESTAZIONI Definizioni di grafo, Cammino, Percorso, Albero, Ciclo. Modelli, Teoria delle code, Code M/M/1.

Definizioni • grafo o grafo non orientato G(V,E) con V = vertici, E = archi o sottografo indotto = sottografo del grafo di partenza compresi tutti

gli archi che congiungono due vertici appartenente al sottografo o rete = grafo al quale associo un valore intero ad ogni nodo

(positivo se il nodo è una sorgente, negativo se il nodo è un pozzo) e 3 valori interi ad ogni arco (un costo di collegamento, una capacità minima ed una capacità massima)

o rappresentazione mediante forward star, matrice di adiacenza o matrice di incidenza

• cammino o insieme ordinato di nodi (o archi)

• percorso o detto anche cammino elementare o particolare cammino tale che i nodi che lo compongono sono tutti

distinti • albero

o sottografo connesso aciclico o albero ricoprente (spanning tree) = foresta massimale connessa

• ciclo o detto anche circuito o è un cammino orientato semplice chiuso

• foresta o grafo parziale aciclico

Teoria delle code • una rete a commutazione di pacchetto o è rappresentabile come una rete di code variamente interconnesse,

poiché in ogni nodo i pacchetti vengono scritti in un buffer servito da una o più linee di uscita, e vi rimangono fino al loro turno di trasmissione (servizio )

o gli indici che caratterizzano le prestazioni sono throughput (flusso netto di dati che attraversa la rete) tempo di ritardo medio per pacchetto

• una rete a commutazione di circuito o è rappresentabile come una rete di code determinate dalle richieste

di connessione che competono per l'uso delle risorse trasmissive o in questo caso la mancanza della risorsa al momento della

richiesta non produce l’inserimento in un buffer della richiesta in corso, ma il suo rifiuto

o gli indici che caratterizzano le prestazioni sono probabilità di blocco ritardo medio per ristabilire la connessione

• una coda è caratterizzata da o un processo di arrivi (di cui si conosce una descr. statistica) o uno spazio di memoria (buffer) o uno o più servitori (server) o un processo di servizio (di cui si conosce una descr. statistica) o una disciplina di servizio


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• server o risorsa destinata ad elaborare il contenuto di una coda o i server sono rappresentati dalle linee e dagli apparati

• tempo di servizio o variabile aleatoria per cui l’oggetto del servizio rimane nel server o nelle reti a comm. di circuito rappresenta la durata della

connessione o nelle reti a comm. di pacchetto rappresenta il tempo di

trasmissione del pacchetto • teorema di Little

o il throughput per il tempo medio di attraversamento della coda è uguale al numero di clienti della coda

Code M/M/1 • λ tasso medio di arrivi in coda • µ capacità massima di servizio • intensità di traffico A = λ / µ• fattore di utilizzazione ρ = λ / mµ (m = numero di • si usa la notazione di Kendall

o campo 1 / campo 2 / campo 3 / campo 4 / campo 5 o campo 1 = distribuzione del tempo di interattivo (M =

Markoviana o esponenziale, D = deterministico o costante, G = generale)

o campo 2 = distribuzione del tempo di servizio (come sopra) o campo 3 = numero di server o campo 4 = spazio disponibile (buffer + numero di server) o campo 5 = numero massimo clienti ammessi o se i campi 3, 4 e 5 mancano, si considerano infiniti

• occupazione media ρρ−

=1

n

• tempo medio di attraversamento λµ −

= 1T

• probabilità che la coda superi un valor N fissato 1Pr +=> NNn ρ• in condizioni di carico non elevate un buffer non grandissimo si

comporta come se fosse infinito; viceversa, data una certa soglia, posso stabilire la dimensione del buffer che approssima quello infinito

• una coda M/M/1 può rappresentare una coda in una rete a commutazione di pacchetto con pacchetti di lunghezza variabile

Schematizzazione

• formula di Little Q = λT

Q = n° utenti λ = troughput

sourcequeue

sink server

T

λµ

λ


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T = tempo medio attesa in (attraversamento della) coda

• code M/M/1 λµ −

= 1T


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PHYSICAL LAYER Funzioni, Capacità di canale, Rumore, Codifica di linea, Modem, Microcom Networking Protocol, Insieme comandi Hayes, Standard ITU-T, Interfaccia RS-232, Interfaccia parallela Centronics, Interfaccia RS-422, Interfaccia USB. • il ricevitore deve conoscere il tasso con il quale arrivano i bit per sincronizzarsi • interfacce seriali

o DTE (data terminal equipment), tipicamente un calcolatore o DCE (data circuit-terminating equipment), tipicamente un modem o trasmissione asincrona

invece di trasmettere lunghe sequenze di bit trasmetto i dati un carattere alla volta, così la temporizzazione deve essere mantenuta solo all’interno della trasmissione di un carattere

ogni carattere 5-8 bit (incluso bit parità) funzionamento

• linea in idle (bit di stop 1) • mando start bit 0 • mando i bit per la codifica del carattere • mando stop bit 1 di lunghezza minima 1, 1.5 o 2 volte la durata di un bit

normale problema errori di campionamento per slittamento della sincronizzazione nelle

sequenze lunghe, perché la velocità del Tx è diversa dal quella di Rx o trasmissione sincrona

invio flusso continuo di bit (trama) per il sincronismo posso usare una linea distinta (solo per brevi distanze) o

codificare il segnale di sincronismo direttamente nella codifica dei dati ogni trama preceduta da uno o più caratteri di sincronismo (sequenze di bit

univoci) che generano su Rx il segnale di clock necessario a pilotare la ricezione oltre a mandare segnali di sincronizzazione direttamente codificati nei dati stessi,

per delimitare l’inizio e la fine di un blocco inviato aggiungo un preambolo (header) ed un postambolo (trailer) per delimitare inizio e fine di una trama

affidabile per grandi blocchi di dati • EIA RS-232 / ITU-T V.24

o interconnessione seriale sincrona o asincrona tra DTE e DCE o interfaccia sbilanciata (GND comune) o velocità 19600 bps o distanza max 25m o +3V ÷ +25V 0,space,ON o –3V ÷ –25V 1,mark,OFF o femmina DCE (modem), maschio DTE o uso NRZ o 25 piedini (alcuni inutilizzati a seconda della revisione); cavo a 25 pin o 9 pin o mandando segnali di controllo cambio lo stato dell’interfaccia o mandando dati NON cambio lo stato dell’interfaccia o 8 circuiti di controllo, 6 importanti => 64 stati possibili o vedi diagrammi di stati stazione answering e originating o i segnali di temporizzazione (DA, DB, DC) sono necessari per dispositivi sincroni e

assenti nei dispositivi asincroni (dove si usano bit di start e stop)


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o protective ground (AA) connesso al telaio

o signal ground (AB) non è la massa! È un riferimento comune per i segnali è obbligatorio! (mandatory)

o transmitted data (BA) quando non trasmetto mantengo in mark BA il DTE non trasmette a meno che ho

• request to send ON • clear to send ON • data set ready ON • data terminal ready ON

o received data (BB) mantengo in mark se received line signal detector è in OFF se ho un canale half duplex, mantengo in mark anche quando request to send è

ON o request to send (CA)

su half duplex • ON mantiene in modalità Tx, inibisce Rx • OFF mantiene in modalità Rx, inibisce Tx

trasmissione dati • DTE commuta in ON il request to send • DCE si prepara e poi commuta in ON il clear to send • DTE può inviare dati su transmitted data

termina trasmissione dati • DTE commuta in OFF il request to send • DCE completa la trasmissione dei dati posto precedentemente su

transmitted data • DCE commuta in OFF il clear to send

o clear to send (CB) la condizione ON si ha nel caso in cui

• data set ready ON • request to send ON

se il DCE non ha il clear to send, si assume che sia sempre ON o data set ready (CC)

indica lo stato del DCE locale la condizione ON si ha nel caso in cui

• DCE locale connesso su canale (off hook) • DCE locale non in modalità selection • DCE locale ha finito temporizzazione

la condizione OFF indica • DCE locale guasto • DCE non pronto a funzionare • richiesta sconnessione da DCE remoto

o data terminal ready (CD) la condizione ON prepara il DCE a connettersi al canale la condizione OFF provoca la disconnessione del DCE dal canale per avere risposta automatica ad una chiamata

• data terminal ready ON • ring indicator ON


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o ring indicator (CE) ON indica ricezione segnale di campanello (25Hz)

o received line signal detector (CF) ON indica che il DCE riceve sul canale un segnale di qualità accettabile se in condizione di OFF

• received data fissato dal DCE a OFF o signal quality detector (CG)

ON forse c’è stato un errore o data signal rate selector – DTE source (CH) e date signal rate selector – DCE source

(CI) nel caso di DCE sincrono a doppia velocità per settare una delle due velocità di

segnalazione ON velocità più alta

o transmitter signal element timing – DTE source (DA) segnale a onda quadra generato dal DTE per sincronizzare in trasmissione il DCE

sui segnali ricevuti dal DTE transizione da OFF a ON indica al DCE il centro dell’elemento di segnale

trasmesso dal DTE su transmitted data temporizzazione esterna

• DTE locale manda segnale temporizzazione a DCE locale tramite DA • DCE remoto manda segnale temporizzazione a DTE remoto tramite DD

o transmitter signal element timing – DCE source (DB) è il DCE a occuparsi del segnale di temporizzazione, che fornisce al proprio DTE transizione da OFF a ON indica al DTE l’istante in cui dovrà iniziare a

trasmettere l’elemento di segnale su transmitted data o receiver signal element timing – DCE source (DD)

fornisce al DTE la temporizzazione del segnale ricevuto che gli viene fornito dal DCE

transizione da OFF a ON indica al DTE il centro dell’elemento di segnale ricevuto su received data

il segnale è generato dal DCE finché received line signal detector è ON se contemporaneamente il DTE che riceve questi dati (DTE 2) deve trasmettere,

due modalità: • due fonti di timing (soluzione non ottimale) => 4 possibili configurazioni • una fonte di timing (che si trova nel lato 1 o 2) => 2 possibili

configurazioni o secondary transmitted data (SBA) o secondary received data (SBB) o secondary request to send (SCA) o secondary clear to send (SCB) o secondary received line signal detector (SCF) o local loopback (LL)

pin 18 che in RS-232-C era inutilizzato il DCE con LL in ON trasferisce l’uscita sulla propria entrata, per cui il DTE

riceverà su received data ciò che ha inviato su transmitted data il DCE pone test mode in ON non viene disabilitato ring indicator

o remote loopback (RL) ordina al DCE remoto di mettersi in condizione di remote loopback e di inviare

sul received data remoto i dai di received data remoto o test mode

stato di ON se ON di LL o di RL


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o per il collegamento diretto tramite cavo RS-232 uso il null-modem

• RS-422o uso la trasmissione bilanciata per coprire distanze maggiori a velocità superiori o riduce la distanza minima tra o logico e 1 logico da 6V a 0.4V o connettore 37 pin + connettore opzionale 9 pin per canale secondario o fino a 2Mbps

• Interfacce parallele o Centronics

invio di 8 bit (1 byte) o 4 bit (1 nibble) interfaccia specializzata per stampanti connettori a 36 pin trasmissione bilanciata l’host trasmette i dati alla stampante mandando prima un byte attraverso DATA

che, mantenendosi stabile, provoca la commutazione di STROBE in low; dopo 1.5 ms la stampante in base al valore di STROBE capisce che ci sono dati e deve immediatamente portare BUSY al valore high

gestione comunicazione mediante 3 segnali • STROBE (dati letti in corrispondenza a un valore low) • ACK (uno per ogni carattere) • BUSY (stampante riceve dati in corrispondenza a un valore low)

SPP Standard Parallel Port (o anche LPT) • Connettore DB25

o IEEE1284 connessione half duplex diversi transfer mode

• compatibility mode (per funzionare come Centronics), solo da DTE e DCE

• nibble mode • byte mode • EPP mode (enhanced parallel port) • ECP mode (extended capabilities port)

• Microcom Network Protocolo protocollo usato per i modem o si occupa dell’individuazione e correzione degli errori o corregge errori causati dalle interferenza della linea telefonica o uso pacchetto di dati con campi

header data frame check code


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o livelli di MNP livello 1 = invio half duplex a blocchi livello 2 = invio full duplex in stream livello 3 = formato pacchetto asincrono, senza bit start/stop (li mette il Rx) livello 4 = frame size incrementato per maggiore throughput livello 5 = compressione dei dati per ulteriore incremento throughput

o supporta modem V.34 a 28800 bps o data rates = 28800, 14400, 9600, 2400, 1200, 300 bps o data throughput = fino a 115200 bps o connettori RJ-11 e RJ-45 o interfaccia RS-232-D


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DATA LINK LAYER Tecniche ARQ, Protocolli Alternating bit, Selective repeat protocol e Go back n, DLL in SNA ed in Arpanet, Protocolli X-Modem e Kermit, HDLC. Controllo di flusso

• L’attenzione si sposta dal semplice invio di “segnali” su una linea di trasmissione verso l’invio di “dati” sulla stessa linea di trasmissione, stabilendo il controllo di linea

• Esigenze ed obiettivi di una trasmissione efficiente tra due stazioni direttamente connesse:

o Sincronizzazione della trama: devo potere riconoscere l’inizio e la fine delle trame

o Controllo di flusso: non devo inviare trame ad un tasso superiore a quello gestibile dal destinatario

o Controllo errore o Gestione della linea: inizializzazione e mantenimento dello scambio

dati • Controllo di flusso

o tecnica che permette di evitare che un’entità emittente sovraccarichi con i suoi dati un’entità ricevente

o tecniche di tipo PAR (positive ackowledgement retransmittion) o Sliding Window

o tempo trasmissione = tempo che una stazione impiega per emettere tutti i bit di una trama sul mezzo trasmissivo

o tempo propagazione = tempo che un bit impiega ad attraversare la linea tra sorgente e destinazione

o stop-and-wait la sorgente, per inviare la trama seguente, deve aspettare il

riscontro che la trama precedente sia arrivata a destinazione bassa efficienza della capacitò trasmissiva del mezzo per tassi

di trasmissione elevati e grandi distanze se la lunghezza in bit della linea è maggiore della lunghezza

della trama ho scarsa efficienza

m/s

mbps

prop vellinea lunghezza trasmtasso

linea dellabit inlunghezza⋅

=

buono per poche trame, di grandi dimensioni o sliding-window

se il rapporto T / Tt,p è elevato conviene trasmettere più pacchetti di seguito

2 metodi sliding-window • selective repeat • go-back-N

permetto a diverse trame di transitare sul collegamento caso simplex

• due stazioni A, B; B stabilisce la dimensione del proprio buffer che accetterà al massimo W trame; A può mandare W trame senza attendere ACK

• tengo traccia delle trame inviate con un numero di sequenza

• B comunica ad A l’ACK con il numero di sequenza della prossima trama che vuole ricevere

• A mantiene una lista (window) dei numeri di


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sequenza che è autorizzato ad inviare • B mantiene una lista (window) dei numeri di sequenza

che è autorizzato a ricevere • K bit per la finestra => numerazione sequenza modulo

2k

• Le trame tra la barra verticale e al zona ombreggiata sono quelle non ancora riscontrate, ed il mittente deve mantenerle in coda per una eventuale ritrasmissione

caso duplex • ogni stazione gestisce due finestre, una di

trasmissione ed una di ricezione • piggybacking: ogni trama dati che invio contiene

anche un campo relativo al numero di sequenza riscontrato, oltre al proprio numero di sequenza

• posso sempre inviare un riscontro senza alcuna trama


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dati • se devo mandare solo una trama dati, devo ripetere

comunque l’ultima trama riscontrata, che il destinatario ignorerà

• l’ARQ (Automatic Repeat Request) converte una linea dati non affidabile in una affidabile, cioè passo da una “unreliable bit pipe” ad un “reliable packet link”

• la dimensione W della finestra deve adattarsi alle condizioni del canale: in caso di comunicazioni satellitari si dovrà usare un valore di W molto grande che tenga conto degli alti valori del tempo di propagazione del pacchetto Tp

• in assenza di burst errors, per l’efficienza delle tecniche ARQ vale la relazione ),(),(),( pSRPpGBNpABP RTRT ηηη <<

ARQ stop-and-wait

• Trasmetto una singola trama e aspetto l’ACK • Dopo un certo tempo, se il mittente non riceve l’ACK, ritrasmette la trama • Se l’ACK non arriva, o arriva danneggiato, A comunque ritrasmette la trama

a B, che poi la scarterà guardando il numero di sequenza (0 o 1) • ACK0 => riscontra la trama 1 • ACK1 => riscontra la trama 0 • Efficienza di ABP

o T = tempo totale per la trasmissione di un pacchetto Np = bit in un pacchetto dati Na = bit un un pacchetto ACK l = lunghezza collegamento v = velocità propagazione r = bitrate Te = tempo elaborazione di ACK o pacchetto Tout = timeout di ritrasmissione Tt,p = Np / rTt,a = Na / rTp = l / v

o T = Tt,p + Tt,a + 2 Tp +2 Teo il sender potrebbe inviare r bit ma in T si inviano Np bit

=> reff = Np / T << r o in assenza di errori η(ABP,0) = 100 * Tt,p / To P[errore su dati o su ACK] = p

P[successo] = 1-p o usiamo un metodo rigenerativo:

definisco una variabile aleatoria Z in base ad una v.a. V e a 2

v.a. x e y stat. indipendententi V = 1 con prob. p ; 0 con prob. 1-p

[T,1-p]

successo stop

start

[Tout,p]

errore


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se V = 1 Z = x altrimenti Z = y

in definitiva Z = Vx + (1-V)y in val. medio E[Z] = E[Vx + (1-V)y] = E[Vx] + E[(1-V)y] =

p E[x] + (1-p) E[y] x = numero di prove necessarie per invio con successo

x = 1 con prob. 1-p ; 1+y con prob. p y = 1 con prob. 1-p ; 1+x con prob. p

=> E[x] = 1 / (1-p) τ = tempo necessario per la trasmissione con successo τ = T con prob. 1-p ; Tout + τ con prob. p

=> E[τ] = T + Tout (p / 1-p)

ppTT

TET

out

ptpt

−++

==

1][

,,

τη

out

pt

pTTpTp

pABP+−

−=

)1()1(

),( ,η

per massimizzare l’efficienza devo cercare di diminuire Tout (valore minimo = T), allora il valore ottimo dell’efficienza è

T

Tp ptopt

,)1( −=η

ARQ SRP • Selective repeat control • ritrasmissione non di tutti i pacchetti (come in go-back-N) ma solo di quelli

che non sono stati acknowledged entro un timeout • richiede full duplex per un corretto funzionamento • i numeri dei pacchetti unacknowledged devono differire per meno di W, se

W è la dimensione del buffer • il sender memorizza i pacchetti non confermati e li ritrasmette dopo un

timeout • il receiver memorizza i pacchetti ricevuti fuori ordine e conferma quelli in

ordine • numerazione modulo 2W (per non avere numeri troppo grandi)

TRANSP = coincide con Tt,p TRANSA = coincide con Tt,a

• numerazione modulo r e dimensione finestra W in modo tale che


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dunque in sostanza per non avere errori dovrà essere Wr 2≥• efficienza in assenza di errori

⋅= 1,min)0,(

STRANSPWSRPη

• efficienza in presenza di errori con W = ∞ (buffers dimensione infinita) o suppongo Tout > S cioè di ritrasmettere solo in caso di errore o ppSRP −=∞ 1),(η

• efficienza in presenza di errori con W ≠ ∞ (buffers dimensione finita) o assumo S = Tout = W Tt,p (round trip assumption)

o assumo che gli errori siano rari, cioè pW ≤ 0.1 ed in particolare di

non avere più di un pacchetto errato (in tali condizioni tale probabilità è molto bassa)

o)13(2)1(2),(

−+−+=

WpWppSRPRTη dove

ptTSW

,

= e 1.0≤⋅Wp

• note sul calcolo dell’efficienza: non si è tenuto conto dei burst errors (il rumore non si distribuisce come una gaussiana

• esempio (con p=0.01)

Tt,a

S

Tout

W Tt,p

Te

Tt,p Tp


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o 99.001.01)01.0,( =−=∞ SRPηo 91.0)01.0,( ≈SRPRTη con W = 10

ARQ go-back-N

• una stazione può inviare consecutivamente un certo numero di trame numerate senza attendere ACK’s

• numero di trame stabilito dalla dimensione della sliding-window • numerazione progressiva dei pacchetti mediante SN (segment number) • in ricezione si accettano pacchetti in ordine corretto • la destinazione riscontra le trame corrette con RR (receive ready) o in

piggybacking • se le trame sono errate invia un REJ (reject) che indica che quella ricevuta e

tutte le seguenti verranno scartate e dovranno essere ritrasmesse • buffer al sender e non al receiver • se prima del Tout il sender non riceve l’ACK ritrasmette il pacchetto i-simo e

tutti quelli successivi

• esempio o A manda trame a B e per ognuna imposta un timer per l’attesa di un

ACK


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o B ha ricevuto con successo la trama i-1 e A ha appena trasmesso la trama i. Si possono presentare i seguenti casi

Trama danneggiata • A invia la trama i+1 ma B la scarta perché fuori

sequenza (visto che i è danneggiata). B invia REJi • Oppure, scade il timeout di A e A trasmette un ACK

di tipo RR con un campo P posto a 1. Allora B capisce che deve inviare a sua volta un RR che indica ad A la trama successiva attesa. Quando A riceve questo RR, ritrasmette la trama

RR danneggiato • B riceve i e invia RR i+1 che però viene perduto • Oppure, scade il timeout di A, A ritrasmette un RR e

lancia un altro timer per l’attesa di P REJ danneggiato

• Come se la trama fosse danneggiata • ACK

• NACK (negative ACK)

• evoluzione del sistema ed efficienza

o stato n = inizio trasmissione n pacchetti

stato n-1 = inizio trasmissione n-1 pacchetti …

o assumo S = Tout = W Tt,p (round trip assumption)

[Tout,p]

n [Tt,p,1-p]

[Tout,p]

[Tt,p,1-p] n-1 n-2


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oW

pp

pGBNRT

−+

=

11

1),(η

o WppGBNRT ⋅−≈1),(η con 1.0≤⋅Wp (cioè pochi errori) HDLC • High level data link control

• è uno standard ISO • Tre tipi di stazioni

o Primaria = stazione responsabile del controllo del funzionamento della linea ed emette delle trame chiamate comandi

o Secondaria = emette trame chiamate risposte o Combinata

• Tipologie di linea o punto-punto o multipunto (multidrop)

• Configurazioni di linea o Sbilanciata = 1 primaria e più secondarie. Permette full duplex e half

duplex o Bilanciata = 2 combinate. Permette full duplex e half duplex

• Modalità di trasferimento dati o NRM (normal response mode) => usata con la configurazione

sbilanciata. La primaria può iniziare un trasferimento verso una secondaria, ma la secondaria può inviare solo in risposta ad un comando della primaria. Usata in linee multidrop (mediante polling della primaria ad ogni secondaria)

o ABM (asynchronous balanced mode) => usata con la configurazione bilanciata. Ogni combinata può iniziare la trasmissione senza dovere ricevere comandi di abilitazione da altre combinate. Usata in linee punto-punto

o ARM (asynchronous response mode) => usata con la configurazione sbilanciata. La secondaria può iniziare la trasmissione senza autorizzazione esplicita della primaria. La primaria è ancora responsabile della gestione della linea (più comune ed efficiente, no polling)

• 3 tipi di trame (diversi nel formato del campo control) o Information – frames

Trasportano dati che devono essere trasmessi all’utente (entità logica che sta sopra HDLC)

Informazioni di controllo errore Informazioni di controllo di flusso

o Supervisory – frames Supportano l’ARQ quando non si usa il piggybacking

o Unnumbered – frames Funzioni supplementari per il controllo di linea

• Struttura della trama HDLC o flag + indirizzo + controllo = header o FCS + flag = trailer o campi flag

delimitano la trama da entrambe gli estremi sequenza fissa 01111110 sia per inizio che per fine trama usati per la sincronizzazione bit stuffing


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• per evitare nel campo dati la sequenza fissa del flag • nella trasmissione dei campi compresi tra i due flag il

Tx inserisce sempre un bit 0 dopo ogni sequenza di cinque bit 1 consecutivi

• Rx legge cinque bit 11111 e poi 0 => ignora lo 0 e continua

• Rx legge cinque bit 11111 e poi 10 => si tratta di flag • Rx legge cinque bit 11111 e poi 11 => Tx vuole

interrompere • problema = 1 bit errato nel flag può unire due trame • problema = 1 bit errato nei dati può spezzare in due

una trama o campo address

identifica la secondaria che ha trasmesso o deve ricevere la trama

formato standard => lunghezza 8 bit formato esteso => lunghezza reale dell’indirizzo multiplo di

7, il bit più a sinistra di ogni ottetto vale 1 o 0 a seconda che si tratti dell’ultimo ottetto del campo indirizzo

otto bit 11111111 => indirizzo broadcast o campo control

il primo o i primi due bit per identificare il tipo di trama alla fine bit poll/final P/F dipendente dal contesto.

• Nelle trame di controllo è P ed è messo a 1 per sollecitare (poll) una risposta dall’entità HDLC paritetica

• Nelle trame di risposta è F ed è messo a 1 per indicare la risposta trasmessa a seguito di un comando P precedente


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o campo information presente solo nelle trame I ed in alcune U formato da multiplo intero di ottetti lunghezza variabile

o campo FCS calcolato sui bit della trama escludendo flag e FCS

• Funzionamento di HDLC

o 3 fasi una delle due stazioni inizializza la linea e si decidono le

opzioni da usare (NRM, ABM, ARM) e la lunghezza dei bit di sequenza (3 o 7 bit)

• se viene accettata quella che accetta invia UA (unnumbered acknoledge), altrimenti DM (disconnect mode)

scambio dati • N(S) e N(R) numeri di sequenza per il controllo di

flusso • numerazione nodulo 8 (campo 3 bit) o modulo 128

(campo 7 bit) • RR (received ready) riscontra l’ultima trama I

ricevuta; si usa quando non devo trasmettere qualcos’altro e quindi non posso fare piggybacking

• RNR (received not ready) riscontra una trama I e chiede di sospendere la trasmissione finché non si invii una successiva RR


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• REJ inizia l’ARQ go-back-N • SREJ inizia il selective reject

una delle due stazioni segnala il termine delle operazioni X-modem • protocollo di data link per comunicazioni mediante modem tra due pc o tra

un pc ed un mainframe; molto semplice ma primitivo • controllo di flusso di tipo ABP • pacchetti di lunghezza fissa • trasmissione half-duplex • pacchetto

o SOH (start of header) o NUM (packet number modulo 256) o CNUM (complemento a 2 di NUM, per motivi di sicurezza) o DATA o CKS (checksum)

• quando non riceve dati il receiver invia ogni 15 sec un carattere ASCII interpretato come NACK

• se il sender deve mandare dati attende il NACK e poi invia subito il pacchetto e ne conserva una copia

• il receiver controlla in CKS ed eventualmente invia l’ACK, altrimenti un NACK

Kermit • suite protocollare (non è un protocollo di data link) per il file transfer error-free tra pc, mainframes e workstations connessi con collegamenti punto-punto tramite modem

• è una suite monolitica, non modulare come OSI o TCP/IP • in pratica è molto simile ad un protocollo ABP con la possibilità di

supportare tecniche SRP • protocollo orientato al carattere • formato pacchetto

o MARK come SOH (start of header), uguale a ^A o SER numero di serie pacchetto numerazione modulo 64 o TYPE

S send initiation F file header D data E end of file Y acknowledgement N negative aknowledgement E fatal error

o fase di negoziazione invio da parte del sender di un pacchetto contenente

• MAXL lungh max dei pacchetti • TIME timeout • NPAD numero car. riempimento per pacchetto • PADC carattere usato per il padding

informazioni opzionali • sostituzione CKS con CRC

1 0-94 1111 char

MARK LENGTH SER CKS DATA TYPE


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• selective repeat il receiver risponde con un ACK con gli stessi parametri

o fase di trasferimento il receiver risponde ad ogni pacchetto con un ACK e un

NACK DLL in SNA • SNA è una rete store-and-forward

• ogni nodo di SNA contiene una o più NAU (network addressable unit) • le NAU sono raggruppate in domini • ogni dominio ha un SSCP (System Service Control Point) con funzioni di

supervisione • controllo di flusso di tipo go-back-N con ACK o NACK • pacchetto come HDLC • bit stuffing


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LAN Progetto 802, CSMA, MAC ed LLC, Aloha, Ethernet, Token ring, Token bus, FDDI, MAP e TOP, DQDB, Logical Link Control, Wireless LAN 802.11.

Architettura protocollare delle LAN

• dal livello Network in su (in termini OSI) i protocolli sono indipendenti dall’architettura della rete e sono utilizzabili per LAN, MAN e WAN

• sviluppata dal comitato IEEE 802 • utilizzo della rete di tipo burst

• i vari standard sono compatibili a livello LLC e differiscono per il livello MAC e fisico

• strato fisico o codifica/decodifica segnali o specifiche relative al mezzo trasmissivo ed alla topologia (in OSI

considerate al di sotto della pila) MAC (medium access control)

• sottolivello specifico per ogni LAN • assemblaggio dati in una trama con campi indirizzo e rilevazione errore • gestione dell’accesso al mezzo • approcci di tipo asincrono:

o round robin ad ogni stazione è data la possibilità di trasmettere a turno quando viene il proprio turno la stazione può rifiutarsi di

trasmettere o trasmettere fino ad un limite superiore specificato gestione centralizzata attraverso polling

o prenotazione chi vuole trasmettere prenota uno slot temporale futuro

o contesa • il MAC riceve il blocco dati dal LLC • trama MAC


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802.2 LLC • logical link control • gestione interfaccia verso i livelli più alti • controllo di flusso e di errore • specifica i meccanismi per indirizzare le stazioni sul mezzo e per controllare lo

scambio di dati tra due utenti • servizi simili a quelli di HDLC, in particolare ho i seguenti servizi

o non connesso, non riscontrato di tipo datagram senza controllo di flusso e di errore

o connesso stabilisco una connessione logica tra due utenti

o non connesso riscontrato via di mezzo riscontro i datagram

• da HDLC derivo o la modalità SABM per il servizio connesso o Unnumbered frames per il servizio non connesso

Hub • elemento centrale della stella di una LAN • è un elemento attivo • ogni stazione è collegata ad un hub mediante due linee (una per ricevere, una

per trasmettere) • funziona da ripetitore • struttura gerarchia di una LAN con

o HHUB (header HUB) o IHUB (Intermediate HUB)

802 • topologia a bus e anello • tecnica MAC di tipo CSMA/CD (carrier sense multiple acces with collision

detection) • sviluppata dalla Xerox come parte della LAN Ethernet • tecniche ad accesso casuale o a contesa • capostipite di CSMA/CD è ALOHA • CSMA

o se due trame collidono, il mezzo rimane inutilizzabile per tuta la durata della trasmissione

CSMA • CSMA non persistente o prima di spedire una stazione controlla se la portante è libera; in caso


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contrario smette di restare in ascolto aspettando che si liberi e aspetta un tempo casuale per poi ripetere il controllo

• CSMA 1-persistente o quando una stazione deve inviare dati prima ascolta il canale per sapere

se qualcuno sta trasmettendo: se il canale è occupato aspetta finchè non si libera, mentre se avviene una collisione aspetta un intervallo di tempo casuale e quindi ricomincia il ciclo

o il protocollo si chiama 1-persistente perché una stazione trasmette con probabilità 1 quando trova il canale libero

o il tempo di propagazione è molto importante, perché c’è la possibilità che quando una stazione ha appena iniziato a trasmettere, una seconda rilevi la portante ancora libera (i bit inviati dalla prima non si sono ancora propagati) e comincia a trasmettere anch’essa, generando una collisione

• CSMA p-persistente o quando il canale è libero trasmetto con probabilità p e con probabilità q

= 1-p aspetterò per trasmettere nello slot successivo CSMA/CD Ethernet 802.3

• topologia logica a bus, con cablaggio a bus o a stella • Funzionamento

1. se il mezzo è libero trasmetti, altrimenti vai a 2 2. se il mezzo è occupato aspetta, appena si libera trasmetti subito 3. se rilevi una collisione trasmetti un breve segnale di JAMMING

(disturbo) per farlo capire alle altre stazioni e interrompi la trasmissione 4. dopo avere trasmesso il JAMMING aspetta un tempo casuale e

ritrasmetti • NB: il tempo impiegato a rilevare una collisione non è mai maggiore del doppio

ritardo di propagazione più lungo • per mantenere stabilita si usa la tecnica binary exponential backoff, cioè

raddoppio il ritardo casuale dopo ogni collisione • trama MAC

• SFD = start frame delimiter, sequenza costante 10101011 • Transceiver

o elemento che permette la ricezione/trasmissione dei pacchetti tra l’interfaccia (controller Ethernet) e il mezzo trasmissivo (cavo coassiale)

o si collega al cavo coassiale mediante il tap, un accoppiamento meccanismo che perfora il cavo tramite una punta dorata e va a toccare il conduttore centrale (connessione a vampiro)

o il cavo traansceiver che collega l’interfaccia al mezzo si chiama cavo drop

• 10BASE5 o 10 Mbps o segmento max 500m senza ripetitori o max 4 ripetitori o coax thick ethernet a 50 ohm, RG213 o codifica Manchester

header SFD DA SA length dati LLC FCSpad

7 1 6 6 2 4

da 46 a 1500


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o connettore N o topologia a bus

• 10BASE2 o coax a 50 ohm o segmento max 185m o coax thin ethernet a 50 ohm, RG58 o connettore BNC o codifica Manchester o topologia a bus

• 10BASE-T o ammette connessione di due sole stazioni punto-punto o per connettere più stazioni uso topologia a stella o doppino non schermato UTP voice grade (cat. 3) o connettore RJ45 o massima distanza 100 m o minimo due coppie ritorte da 100 ohm (uno per Tx e uno per Rx)

• 10BASE-F (include le seguenti specifiche) o 10BASE-FB

fibra ottica massima distanza 2000m non per interconnettere utenti ma come metodo di rilegamento

o 10BASE-FL nata per soppiantare FOIRL massima distanza 1000m se usata con FOIRL massima distanza 2000m se usata senza FOIRL

o 10BASE-FP topologia a stella senza uso di ripetitori massima distanza 500m

• 10BROAD-36 o caso coax broadband o massima distanza 3600m

• 10BASE-FOIRL o segmento max 1000m o fibra ottica 62.5/125 o LED su finestra centrata su 850 nm

802.3u Fast Ethernet

• vengono usati hub invece di cavi a più salti con prese a vampiro • 100BASE-X

o usa un solo collegamento, sia per Rx che per Tx o 100BASE-TX

due coppie di doppini (STP o UTP cat 5) max lunghezza segmento 100m

o 100BASE-FX due fibre ottiche (una per Tx e una per Tx) max lunghezza segmento 100m (per alcuni anche 400m)

• 100BASE-T4 o 100 Mbps o UTP cat. 3 (4 doppini) o una specifica per la trasmissione, una per la ricezione

Token bus 802.4

• fisicamente si tratta di un bus lineare a cui le stazioni vengono collegate, logicamente vengono viste come in un anello (ogni stazione vede l’indirizzo delle due stazioni ad essa adiacenti)


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• il token viene propagato su tutto l’anello logico e solo chi lo possiede può trasmettere

• si usa coax da 75 ohm • sono definite 4 classi di priorità (0,2,4,6)

o mentre i dati arrivano dal livello superiore al sottolivello MAC, viene controllata la loro priorità ed essi vengono indirizzati verso una dell4 “sottostazioni” in cui si può pensare idealmente divisa una stazione (si tratta in verità di 4 code in uscita)

o quando il token arriva ad una stazione viene usato internamente per gestire la coda a priorità 6 che potrà iniziare a trasmettere, per poi passarlo (a trasmissione scaduta o a timer scaduto) alla coda a priorità 4 e così via

• pacchetto

o frame control indica la priorità del frame per i frame dati, ed il tipo per i

frame di controllo o campo data max 8182 byte per indirizzi di 2 byte, e max 8174 per

indirizzi di 6 byte • ogni tanto il possessore del token invia un frame SOLICIT_SUCCESSOR per

sollecitare le proposte delle stazioni che si vogliono aggiungere all’anello; tale frame contiene l’indirizzo del mittente e del suo successore. Se più stazioni contemporaneamente vogliono aggiungersi come successori della stessa stazione, questa userà un algoritmo di arbitraggio inviando in broadcast un frame RESOLVE_CONTENTION

Token ring 802.5

• la stazione che deve trasmettere raccoglie il token e lo trasforma, cambiando un bit, nel campo SD di una nuova trama MAC

• la trama fa il giro completo dell’anello e viene consegnata prima al destinatario e poi torna al mittente che rilascia il token

• a livello fisico è richiesto lo STP (doppino schermato) ed i segnali sono codificati mediante Manchester differenziale

• per evitare l’interruzione dell’anello in caso di errore di una stazione, si usa un concentratore di fili che in caso di guasto della stazione alla quale è connesso mantiene la continuazione fisica dell’anello mediante un relè

• quando non c’è traffico un token di 3 byte circola senza sosta finchè una stazione non lo cattura invertendo un particolare bit da 0 a 1, convertendolo così in una sequenza di inizio frame; la stazione emette quindi la normale parte di dati del frame. Alla fine della trasmissione la stazione rigenererà il token ponendolo sull’anello

• ETR (early token release) o se l’anello è più corto della trama, il token torna al mittente prima che la

trasmissione sia finita o allora il mittente emette il token nuovamente sull’anello appena ha finito

la sua trasmissione • specifiche fisiche

o Manchester differenziale o UTP o STP o fibra

• il token è formato dai tre bytes SD, AC e FC

preamble SFD FC DA SA dati LLC EFDCKS


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• trama MAC

o AC = access control; contiene il bit del token, il bit monitor, i bit priority e reservation

o FC = frame control; distingue i frame dei dati dai vari frame di controllo o ED = ending delimiter; contiene il bit E che può essere usato per rilevare

gli errori ed il bit I per impostare o meno l’ultimo frame di una sequenza o FS = frame status; contiene i bit A e C.

quando un frame arriva all’interfaccia di una stazione con l’indirizzo destinazione, l’interfaccia attiva il bit A (accepted) mentre questo passa; se l’interfaccia copia il frame nella stazione questa attiva anche il bit C (copied). Una stazione può fallire nel copiare un frame per mancanza di spazio nel buffer o per altri motivi.

quando la stazione mittente preleva il proprio frame (quello precedentemente immesso) dall’anello esamina il valore dei bit A e C e stabilisce se il frame è stato accettato ed eventualmente copiato nella destinazione

A e C sono presenti due volte per aumentare l’affidabilità (perché non sono inclusi nel CKS)

• priorità e prenotazione o meccanismo opzionale o quando una stazione vuole spedire un frame di priorità n deve aspettare

finchè non riesce a catturare un token con priorità ≤ n (bit priority P del campo AC); inoltre dopo avere trasmesso un frame di dati la stazione può tentare di riservare il token successivo scrivendo la priorità del token nei bit R (reservation) del campo AC

o quando la trasmissione del frame corrente termina il token successivo viene generato ad una priorità uguale a quella prenotata

• monitoring dell’anello o vi è una stazione monitor che sorveglia l’anello (in caso di guasto un

algoritmo di contesa assicura che un’altra stazione venga eletta monitor) FDDI • Fiber Distributed Data Interface

• è uno schema token ring per LAN e MAN


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• nasce per operare su fibra ottica e successivamente su doppini in rame • 4 elementi

o PMD Physicl Medium Dependent o PHY Physical Layer o MAC Medium Access Control o SMT Station Management

• PMD o è lo strato più basso del livello fisico della pila OSI o descrive le specifiche hw per la connessione delle stazioni FDDI o descrive i livelli di segnale e le caratteristiche dei connettori

• PHY o è lo strato più alto del livello fisico della pila OSI o codifica/decodifica pacchetti o sincronizzazione o compensazione differenze di clock tra stazioni adiacenti

• MAC o fornisce servizi di accesso all’anello o inizializzazione dell’anello o isolamento dei guasti

• SMT o fornisce servizi di monitoraggio e controllo di una stazione FDDI o inserzione/rimozione di una stazione dall’anello o inizializzazione di una stazione

• metodo di accesso Timed Token Passing o i dati vengono trasmessi serialmente come stringhe di simboli da una

stazione ad un’altra ed ogni stazione ripete le stringhe di simboli ricevute a quella successiva

o ogni simbolo è formato da 4 bit codificato in 5 bit in fase di trasmissione dal livello fisico (codifica 4B/5B)

o velocità trasmissione 100 Mbps al livello Data Link e 125 Mbps sul mezzo fisico (a causa della codifica 4B/5B)

• topologia o ad anello o logicamente costituita da anello monodirezionale o fisicamente ho un doppio anello controrotante formato da

primary ring per trasmettere i dati secondary ring percorso di backup, normalmente in idle

o in caso di guasto il secondary ring ripristina il loop

• trasmissione o sincrona / asincrona o quando una stazione cattura il token, trasmette prima eventuali


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trasmissioni sincrone e poi, se rimane tempo, eventuali trame asincrone o modalità asincrona simile a Early Token Release di 802.5 o la trasmissione deve completarsi entro un timer THT (token holding

timer) o in 802.5 THT è fisso, in FDDI è dinamico

• pacchetto FDDI

o 2 simboli = 1 ottetto o Preamble usato per la sincronizzazione o Frame Status error/address recognized/frame copied indicator

• esempio trasmissione e ricezione

o A deve trasmettere a C, attende il token T e quando passa lo cattura o A inizia a trasmettere F1; quando finisce riemette il token o Intanto il pacchetto F1 si è propagato sul ring ed ha raggiunto la

destinazione C o C riconosce che il pacchetto è per se e imposta il bit di copied nel campo

frame status di F1, rimettendolo nel ring o quando F1 tornerà ad A, A capirà che è stato ricevuto valutando il valore

del bit frame status ed il fatto che il pacchetto ha come source il proprio indirizzo

• Token claim o per richiedere il token si usa la procedura di token claim o le stazioni trasmettono continuamente pacchetti di claim attraverso i

quali propongono il proprio valore di TTRT (Target Token Rotation Timer)


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o le stazioni comparano i valori di TTRT ricevuti con il proprio: se il valore ricevuto è inferiore a quello proposto la stazione interrompe la generazione di pacchetti di claim e ripete quelli ricevuti

o alla fine solo una stazione vincerà ed avrà il token ed inizializza l’anello • beacon process

o usato per isolare i guasti in caso non si riesca a terminare con successo il token claim

o si inviano continuamente pacchetti di beacon finchè non si ricevono indietro pacchetti di beacon inviati da se stessi (in tal caso l’anello si è riparato)

DQDB 802.6

• Distributed Qued Dual Bus • usato per MAN (LAN DQDB interconnesse tramite routers o gateways) • quando una stazione deve trasmettere accoda la sua richiesta di trasmissione

sulla rete; la coda è gestita in modo distribuito ed è unica per tutti • realizzazione mediante due bus seriali con direzioni opposte • accessi alla rete mediante AU (Access Unit); gli AU agli estremi sono gli head-

of-bus • topologia open bus (come nella figura) o looped bus (buona tolleranza ai guasti

perché si trasforma automaticamente in un open bus)

• ogni nodo ha una AU che si collega ai due bus tramite due connessioni, una di read e una di write secondo lo schema

• l’unità base per il trasferimento di informazioni è lo slot; gli head-of-bus generano continuamente slot per essere utilizzati dalle AU

• i criteri per accedere al doppio bus sono o Queued arbitrated (QA)

fornisce accesso deterministico per il trasferimento dati il nodo che vuole trasmettere decide, in base alla destinazione, se

usare un bus o l’altro; per ogni trasmissione si configura quindi un forward bus ed un reverse bus

per trasmettere si usano gli slot QA liberi sul bus; il nodo prenota la trasmissione usando il reverse bus

quando saranno state servite le prenotazioni precedenti nella


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coda, il nodo potrà trasmettere. Il nodo mantiene un conteggio del numero di prenotazioni dei nodi successivi sul forward bus non ancora servite (come differenza tra numero di prenotazioni transitate sul reverse bus e numero di slot QA liberi sul forward bus)

la combinazione dei primi due bit stabilisce il tipo di slot (il primo è sempre il bit di Busy)

• 00 slot QA vuoto • 10 slot QA occupato • 11 slot PA

in ogni AU vengono gestite in verità tre code, in base ai tre livelli di priorità possibili

o Pre-arbitrated (PA) usa gli slot di tipo PA generati dagli head-of-bus più AU possono condividere l’accesso allo stesso slot l’head-of-bus assegna lo slot ad un canale virtuale mediante il

campo VCI BRAP • protocollo a mappa di bit

o protocollo di prenotazione o assumiamo di avere N stazioni con un indirizzo unico da 0 a N-1; ogni

periodo di contesa consiste di N slot: se la stazione 0 deve spedire un pacchetto essa trasmette un bit 1 nello slot 0. A nessun’altra stazione è permesso trasmettere in quello slot

o indipendentemente da quello che farà la stazione i, la stazione j avrà la possibilità di trasmettere durante lo slot j

o trascorsi N slot, ogni stazione sa esattamente quali stazioni vogliono trasmettere dando inizio alla trasmissione vera e propria in ordine di numero, così non vi saranno mai collisioni

o le stazioni con numeri più grandi hanno un servizio migliore o in condizioni di basso carico bisogna attendere la scansione completa

• Broadcast Recognition with Alternating Priorities o elimina i problemi del protocollo a mappa di bit o appena una stazione inserisce un bit 1 nel suo slot essa inizia

immediatamente a trasmettere il suo frame o inoltre invece di avviare la scansione di bit di prenotazione ogni volta a

partire dalla stazione 0, si comincia dalla stazione successiva a quella che ha appena iniziato una trasmissione

o in pratica il permesso di trasmettere passa da una stazione all’altra o l’efficienza è identica a quella del protocollo a mappa di bit, ma le

latenze medie sono inferiori, specialmente con carichi leggeri


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Wireless LAN 802.11

• il blocco base è il BSS (basic service set), che consiste di diverse stazioni che usano lo stesso protocollo MAC, il tutto collegato ad un sistema dorsale mediante access point

• più BBS connessi mediante AP (access point) formano un ESS (extended service set)

• 3 schemi di trasmissione o infrarosso (1÷2 Mbps, 850 nm)

78 hop di frequenza tra cui scegliere ed alle quali sintonizzarsi o spread spectrum a sequenza diretta (1÷2 Mbps, 2.4 GHz)

spettro diviso in 11 canali a 11Mhz intersecanti tra di loro o spread spectrum a salto di frequenza (1÷2 Mbps, 2.4 GHz)

• i terminali (sia mobili che non) comunicano direttamente fra loro creando una rete autoconfigurante (ad hoc). Uno o più terminali fissi fanno da gateway verso altre reti

• la rete vera e propria è in effetti una rete cablata, solo l’accesso è wireless • velocità 1-20Mbps (tipicamente 11 Mbps) • problema da risolvere: evitare le interferenze senza alcuna assegnazione delle

frequenze • CSMA/CA (collision avoidance) • meccanismo two-way handshaking per stabilire un’eventuale collisione, cioè Tx

manda pacchetti e Rx deve rispondere con ACK • una stazione può trasmettere solo se riceve il segnale di idle del canale per

almeno un tempo DIFS (distributed inter frame space) ed aspettarsi l’ACK dopo un tempo SIFS (short inter frame space)

• per evitare collisioni in verità si aspetta un tempo pari a DIFS più una quantità casuale (stabilita in modo backoff)

• l’uso di RTS/CTS (request to send / clear to send) migliora la gestione delle collisioni. Si stabilisce il tempo in cui la linea sarà occupata nella trasmissione e si rende nota tale informazione alle altre stazioni non coinvolte aggiornando il loro NAV (network allocation vector) che serve ad inibire eventuali trasmissioni anche se viene rilevata la linea in idle

• segmentazione quasi obbligatoria a causa dell’alta probabilità di errori al crescere della dimensione del pacchetto

• funzioni del MAC o operazioni di beacon per identificare stazioni danneggiate o nascoste o schema polling o power management = mette la stazione in sleeping mode o scanning degli access point o cambiamento dinamico dell’access point o sicurezza ed autenticazione


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ALOHA • capostipite di Ethernet • l’idea è lasciare che gli utenti trasmettano quando ne hanno necessità; in caso di

collisione si aspetta un tempo casuale e poi si ritrasmette • quando una stazione genera una trama la trasmette e rimane in ascolto per un

tempo pari al massimo ritardo di propagazione di andata e ritorno (round trip time) sulla rete più una costante

• se la stazione riceve un riscontro entro tale tempo considera la trasmissione conclusa, altrimenti ritrasmette

• interferenza tra due trame inviate nello stesso momento = collisione • utilizzazione del canale

o G = carico normalizzato, numero di pacchetti generati in T sec S = throughput normalizzato, numero di pacchetti consegnati in T sec r = numero di collisioni (ritrasmissioni) in T sec Pr(no collisioni) = S/G

o un pacchetto colliderà con ogni eventuale trasmissione iniziante nell’intervallo di ampiezza 2T centrato su t0

o supposta la distribuzione degli arrivi in 2T sec di tipo Poissoniano, la probabilità di non avere arrivi di pacchetti in 2T sec è GeP 2−=

o 184.021S

210 1

max2 ===⇒==⇒ −− eG

dGdSGeS G

o dunque l’utilizzazione del canale al max è del 18% • SLOTTED ALOHA

o divido il tempo in slot, la cui durata equivale al tempo di trasmissione di una trama

o i pacchetti ora sono esposti ad una probabile collisione per un tempo di T sec

o le stazioni devono sincronizzarsi o la trasmissione può iniziare solo all’inizio di uno slot o utilizzo del canale = max 37%, ma si allunga il tempo medio di

consegna o il valore del traffico nel sistema ALOHA a slot è funzione dell’intensità,

in particolare risulta GGeS −= , sostituendo il valore del ritmo dei tentativi di trasmissione G ottiene il ritmo di ritrasmissioni.

• non si tiene conto del fatto che i tempi di propagazione sono trascurabili rispetto ai tempi di trasmissione

LAN a stella

• sfrutta al meglio le (limitate) possibilità del doppino (specialmente quello non schermato)

• l’elemento centrale della stella è l’hub • hub

o dispositivo attivo, tipicamente fa da ripetitore o ogni stazione è connessa all’hub con due linee (Rx e Tx) o si può creare una gerarchia mediante gli HHUB (header hub) e più

IHUB (intermediate hub), utile per la cablatura verticale degli edifici o 2 tipi di hub

tempo t0 + Tt0t0 - T


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hub a condivisione del mezzo hub commutati nella LAN

o hub a mezzo condiviso HHUB posto nell’armadio di piano ogni trasmissione ricevuta da una stazione viene trasmessa su

tutte le linee uscenti per evitare collisioni, solo una stazione alla volta può trasmettere

o switching hub (hub commutato) l’hub si comporta come un commutatore di pacchetto possono essere effettuate più connessioni (purché su linee

diverse) due tipi in commercio

• switch store-and-forward (prima memorizzo la trama in un buffer e poi la instrado verso l’apposita linea d’uscita)

• switch cut-through (l’indirizzo di destinazione è chiaro all’inizio della trama MAC, quindi comincio ad inoltrare immediatamente la trama – non potendo controllare il CRC potrei però trasmettere trame errate!!!)

• connessione fisicamente a stella, logicamente a bus


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PROTEZIONE DAGLI ERRORI Classificazione dei codici, Codici lineari, Codici ciclici, Codici polinomiali, Parità orizzontale e verticale, CRC, Polinomi CCITT ed SDLC.

• Due tipi di errori previsti o Perdita di una trama o Alterazione di una trama

• Tecniche per il controllo degli errori o Rilevazione d’errore o Riscontro positivo o Ritrasmissione dopo un timeout o Riscontro negativo e ritrasmissione

• Rilevazione degli errori o Pb => Bit Error Rate BER, probabilità di errore su singolo bit o P1 => probabilità che una trama arrivi senza bit errati o P2 => probabilità che una trama arrivi con uno o più bit errati non rilevati o P3 => probabilità che una trama arrivi con uno o più bit errati rilevati e senza errori

non rilevati o F = numero di bit per ogni trama o Senza alcuna politica per la rilevazione degli errori

P3 = 0 P1 = (1- Pb)F P2 = 1- P1

• Controllo parità • Controllo a ridondanza ciclica CRC (Cyclic redundancy control)

o dato un blocco formato da k bit, il trasmettitore genera una sequenza di n bit, detta FCS (frame check sequence)

o la trama risultante è formata da k+n bit e deve risultare esattamente divisibile per un numero predefinito

o il ricevitore divide la trama in ingresso per quel numero e se il resto è nullo significa che on ci sono errori

o Aritmetica modulo 2 Uso la somma binaria senza riporti, cioè faccio lo XOR

T = numero di bit da trasmettere (k+n) M = messaggio formato dai primi k bit dei T F = FCS di n bit P = sequenza di n+1 bit, è il divisore predeterminato

Voglio che T%P = 0 T = 2n M + F (la moltiplicazione per 2n fa lo shift)

PRQ

PM2n

+= R = resto = usato come FCS

T = 2n M+R in ricezione divido T per P e se non ci sono errori il resto è nullo riepilogando:

• si divide 2n M per P e si usa il resto come FCS • in ricezione si divide T per P e, se non ottiene resto, non ci sono stati

errori o Polinomi

In alternativa all’aritmetica modulo 2 esprimo tutti i valori come polinomi in una variabile fittizia X con coefficienti binari

i coefficienti corrispondono ai bit del numero binario operazioni sempre in modulo 2


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)()()(

)()(

XPXRXQ

XPXMX n

+= , )()()( XRXMXXT n +=

P(X) usati frequentemente • CRC-CCITT X16+X12+X5+1 • CRC-32 • CRC-16

o Implementazione in hardware del CRC


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CONGESTIONE NELLE RETI DATI Effetti della congestione, Controllo della congestione, Gestione del traffico.

• Modello una rete tramite la teoria delle code per evidenziare i problemi relativi alla congestione

• Ogni nodo gestisce una coda di pacchetti per ogni canale (ingresso e uscita) • Quando i pacchetti arrivano il nodo li esamina e prende le decisioni relative al loro

instradamento – si stabilisce così un multiplexing statico a divisione di tempo • Prestazioni delle reti nel caso reale

o considero buffer di dimensione finita o strategie per l’instradamento richiedono un certo tempo non trascurabile o in condizioni normali il throughput aumenta con l’aumentare del carico offerto o nel punto A il throughput aumenta con minor rapidità rispetto al carico offerto o nel punto B sono in forte congestione

Controllo congestione

• backpressure o usata in reti orientate alla connessione

• pacchetto di segnalazione d’intasamento o il choke packet è un pacchetto di controllo generato da un nodo

congestionato e trasmesso ad un nodo sorgente per limitarne il flusso

o usato in ICMP • segnalazione implicita di congestione

o mi accorgo della congestione per l’innalzamento dei ritardi sugli ACK o per l’incremento degli errori di trasmissione

Traffico nelle internet

• traffico elastico o traffico che su intervalli di tempo lunghi può modificare i propri

parametri di ritardo e throughput in un’internet senza disattendere i requisiti richiesti dalle applicazioni che lo generano

o classico delle reti TCP/IP • traffico anelastico

o non si adatta facilmente alle variazioni di ritardo e throughput nella rete

o può essere utile fissare a priori un throughput minimo che le applicazioni necessitano

• ISA (Integrated Service Architecture) o provvede al supporto per la QoS su reti IP o stabilisce come condividere la capacità disponibile durante i periodi di

congestione della rete o normalmente in una rete IP gli unici meccanismi per controllare la

congestione sono implementati nei router sotto forma di


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algoritmi di instradamento scarto di pacchetti

o in ISA ogni pacchetto IP è associato ad un flusso definito come una sequenza distinguibile di pacchetti IP correlati che provengono dall’attività di un singolo utente e che richiedono la stessa QoS

o a differenza di una connessione TCP, un flusso ISA è unidirezionale e può avere più destinatari (multicast)


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NETWORK LAYER Nomi ed indirizzi, Datagram e Virtual Call, Routing, Rapporto tra congestione ed instradamento, Problema generale dell’instradamento, Algoritmi di routing, Metodi per il progetto di rete. instradamento o si applica allo stesso modo per le reti a commutazione di pacchetto e per

l’instradamento fra reti (internetworking) o indice di prestazioni

o si usa un criterio di costo, come il numero di hop o il tempo di attesa in coda

o istante e luogo di decisione o l’istante di decisione dipende dal fatto che si utilizza una strategia

basata su datagram o su circuito virtuale o per il datagram, la decisione d’instradamento è presa per ogni pacchetto o per il circuito virtuale, la decisione si prende quando si instaura il

circuito virtuale stesso o per il luogo d’instradamento, posso avere una gestione centralizzata,

una distribuita (ogni nodo sceglie il nodo successivo) o il source routine (la sorgente decide il percorso intero)

o sorgenti di informazioni e frequenza update o a seconda delle strategie di instradamento scelte è più o meno

complesso aggiornare le tabelle o strategie di instradamento

o instradamento fisso per ogni coppia destinazione-sorgente sulla rete si configura un

percorso singolo e permanente i percorsi cambiano solo se cambia la topologia della rete o per

guasti si usa una matrice di instradamento (memorizzata in qualche

centro di controllo della rete) con l’instradamento fisso non si fanno distinzioni tra datagram e

VC perché tutti i pacchetti seguono la stessa strada poca flessibilità alla congestione o ai guasti

o flooding non richiede alcuna informazione di rete invio ogni pacchetto a tutti i suoi vicini in ogni nodo, un pacchetto in arrivo viene ritrasmesso su tutte le

linee in uscita ad eccezione della linea dalla quale è arrivato ogni pacchetto deve avere un identificatore univoco ed un

numero di sequenza (o il numero del VC ed un numero di sequenza) in modo tale da scartare eventuali copie di uno stesso pacchetto arrivati in un nodo da sorgenti diverse

per limitare la crescita esponenziale dei pacchetti circolanti introduco un time to live, magari basato su hop

un pacchetto arriva sempre a destinazione almeno una copia del pacchetto avrà attraversato il percorso a

costo minimo (poiché si provano tutte le possibili vie) utile per conoscere la topologia della rete

o instradamento casuale genera meno carico del flooding trasmetto un pacchetto su una linea d’uscita a caso, escluso

quella dalla quale è giunto il pacchetto stesso fisso la probabilità di una linea trasmissiva in base a


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considerazioni sul tasso di trasmissione consentito o instradamento adattativo

le decisioni variano al variare delle condizioni della rete (guasti e congestione)

ottengo le informazioni sulle condizioni della rete da nodi locali / nodi adiacenti / tutti i nodi

Algoritmo di Dijkstra per percorsi minimi

o obiettivo: trovare i percorsi più brevi da un dato nodo sorgente verso tutti gli altri nodi, determinandoli per lunghezze crescenti

o l’osservazione è che un percorso da s a t che include un nodo intermedio i è ottimo solo se il sottopercorso da s a i è a sua volta percorso ottimo tra s e i

o ad ogni passo viene considerato un sottografo che ha un nodo in più rispetto al precedente. I percorsi ottimi in questo sottografo o coincidono con quelli del passo precedente o passano necessariamente per il nuovo nodo.

o fase k-sima ho determinato i percorsi più brevi verso i k nodi più vicini al (a minor

costo dal) nodo sorgente pongo tali nodi nell’insieme T

o fase (k+1)-sima aggiungo a T un nodo non già appartenente a T che ha percorso più

corto dal nodo di origine o N => insieme nodi della rete

s => nodo sorgente T => insieme nodi fin qui inseriti dall’algoritmo w(i,j) => costo linea dal nodo i al nodo j L(n) => costo del percorso da s a n con il costo più basso finora trovato

o algoritmo 1. [inizializzazione]

• T = s • L(n) = w(i,j) per n != s i costi iniziali sono i costi della linea

diretta 2. [prendi il prossimo nodo]

• trova il nodo adiacente non in T che ha il percorso a costo minimo da s e inserisci tale nodo in T e la linea corrispondente

• trova )(min)(| jLxLTxTj∈

=∉

• aggiungi x a T; aggiungi a T la linea verso x che contribuisce al valore di L(x) con l’elemento a costo più basso

3. [aggiorna i percorsi a costo minimo] • L(n)=min[L(n),L(x)+w(x,n)] Mn∉∀

o descrizione al passo 1 si pone come sottografo indotto il solo nodo origine e

si determinano i percorsi correntemente ottimi per i nodi non in T

al passo 2 si amplia T ed il sottografo indotto da T scegliendo tra i nodi non in T il nodo i’ che è congiunto da un percorso minimo tra tutti quelli correntemente ottimi per i nodi i non in T


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Passo s A B C D t 0 [0,nil]* [3,s] [5,A] [∞,nil] [∞,nil] [∞,nil] 1 [0,nil]* [3,s]* [5,A]* [8,A] [∞,nil] [∞,nil] 2 [0,nil]* [3,s]* [5,A]* [8,A] [12,B] [∞,nil] 3 [0,nil]* [3,s]* [5,A]* [8,A]* [10,C] [14,C] 4 [0,nil]* [3,s]* [5,A]* [8,A]* [10,C]* [13,D] 5 [0,nil]* [3,s]* [5,A]* [8,A]* [10,C]* [13,D]*

o l’algoritmo termina quando tutti i nodi sono stati inseriti in T o alla fine il valore di L(x) associato ad ogni nodo x è il costo del percorso a

costo minimo da s a x


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Algoritmo di Bellmann-Ford per percorsi minimi

• è il più generale degli algoritmi e può lavorare anche con grafi con pesi negativi

• serve a trovare il percorso minimo da un singolo vertice di partenza a tutti gli altri vertici in un grafo pesato

• per ogni nodo da raggiungere aggiungo l’edge che minimizza il cammino necessario a partire dal nodo di partenza

Algoritmo di Kruskal per MST (minimum spanning tree)

• non si parte da un nodo in particolare

• obiettivo: dato un grafo connesso G = (V,E) pesato, trovare un minimum spanning tree T

1. setta i=1 e Eo = 2. seleziona un edge ei a valore minimo non in Ei-1 e i relativi nodi 3. se l’edge non è stato già considerato e i < n-1 (n = numero edge)

aggiungi edge alla lista del MST incrementa il numero degli archi i

4. altrimenti passa a elemento successivo (passo 2) • un edge non viene comunque aggiunto se i nodi che congiunge sono già stati

raggiunti da altri edge selezionati • es:


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1. scegli u3 – u5 con peso 5 2. scegli u0 – u1 con peso 5 3. scegli u1 – u3 con peso 10 4. scegli u2 – u3 con peso 10 5. scarta u2 – u4 con peso 15 (u2 e u4 già raggiunti) 6. scegli u4 – u6 con peso 15 7. scarta u0 – u2 con peso 30 (u0 e u2 già raggiunti) 8. scarta u1 – u2 con peso 20 (u1 e u2 già raggiunti) 9. scarta u3 – u5 con peso 20 (u3 e u5 già raggiunti)


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TRANSPORT LAYER Sessione, Primitive di trasporto, Multiplexing, QoS, Protocolli di trasporto.. protocolli di trasporto

• servizio di trasporto di due tipi: orientato alla connessione o non orientato alla connessione

• è un protocollo end-to-end • utente TS = utente del Transport Service

protocollo trasporto su servizio di rete affidabile

• si presuppone che il servizio di rete mantenga l’ordine di consegna dei pacchetti e sia affidabile (ad esempio rete a comm. di pacchetto con X.25); allora dovrò occuparmi di:

• indirizzamento o se devo effettuare una connessione per trasferire dati da un utente ad un

altro utente di un’entità di trasporto, devo specificare ID dell’utente ID dell’entità di trasporto indirizzo dell’host numero della rete

o indirizzo utente = coppia (Host,Port) detta socket o Port = particolare utente del servizio di trasporto all’interno

dell’interfaccia specificata o Host = apparato connesso alla rete (nel caso di LAN) o un indirizzo

internet globale o per alcuni servizi si usano indirizzi noti o si può usare un name server: l’utente del servizio di trasporto richiede

un indirizzo dando come ingresso un nome generico o globale • multiplexing

o più utenti possono utilizzare lo stesso protocollo di trasporto ed ogni utente è distinto tramite un numero di porta p punto di accesso al servizio

• controllo di flusso o più complesso del corrispettivo nel livello data link perché i tempi di

ritardo sono di gran lunga maggiori o 4 schemi di gestione del controllo di flusso

non fare nulla! • i pacchetti che eccedono la capacità del buffer vengono

scartati, quindi l’entità di trasporto sorgente non ricevendo alcun ACK dovrà ritrasmettere

rifiutarsi di accettare altri segmenti dal servizio di rete • scarico il problema al servizio di rete • poco efficiente

utilizzare protocollo sliding-window con dimensione finestra fissa

utilizzare schema a crediti • instaurazione e chiusura connessione


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o 3 obiettivi nell’instaurazione di una connessione assicurarsi della presenza dell’altro terminale negoziazione parametri opzionali (dimensione segmenti,

dimensione finestra, QoS ecc) allocazione delle risorse nell’entità di trasporto (dimensione dei

buffer) o si attua mediante insieme di comandi d’utente e segmenti di controllo o scenario 1 – instaura connessione

utente TS apre connessione mediante comando Active Open che istruisce l’entità di trasporto a tentare l’instaurazione di una connessione con l’utente TS remoto e ad inviare segmento SYN per la sincronizzazione

utente TS ricevente interpreta SYN come richiesta di connessione verso una particolare porta

se utente TS ricevente si trova in LISTENING su quella porta stabilisce una connessione con le azioni

• segnala all’utente TS che è stata aperta una connessione • invia SYN di riscontro • si porta dallo stato LISTENING a ESTABLISHED

o scenario 2 – chiudi connessione chi richiede la chiusura della connessione

• in risposta ad un comando di chiusura dell’utente TS, l’entità di trasporto invia segmento FIN e si pone in FIN WAIT

• connessione nello stato FIN WAIT accetta dati finché non riceve FIN di risposta

chi riceve segnalazione di chiusura • appena riceve FIN informa l’utente TS e si pone in

CLOSE WAIT • quando utente TS fornisce un comando di Close entità

di trasporto invia FIN e chiude la connessione protocollo trasporto su

• un servizio di rete considerato inaffidabile potrebbe essere un’internet che usa IP oppure una LAN 802.3 con LLC non orientato alla connessione; dovrò


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servizio di rete non affidabile

occuparmi di: • inoltro ordinato

o invece di numerare sequenzialmente come in HDLC o in X.25, numero implicitamente ogni ottetto trasmesso quindi se il primo pacchetto da 100 ottetti ha numero di sequenza 0, il secondo avrà numero di sequenza 1000

• strategia di ritrasmissione o l’entità di trasporto trasmittente per sapere se un pacchetto è arrivato

oppure no, usa uno schema a riscontro positivo: il ricevitore deve riscontrare ogni segmento riscontrato con successo

o uso un riscontro cumulativo o ad ogni segmento è associato un timer per attendere il riscontro o timer pari al max round trip time

• individuazione duplicati o se si perde un ACK uno o più segmenti devono essere ritrasmessi e, se

arrivano correttamente, rappresentano dei duplicati o mi baso sul numero di sequenza per scartarli o intervallo dei numeri di sequenza deve essere grande abbastanza da

non “iterare” all’interno della durata di vita massima possibile del segmento

• controllo di flusso • instaurazione connessione

o procedura 2-way handshake o problemi derivanti da SYN o segmenti dati obsoleti


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o soluzione = 3-way handshake, cioè ogni parte deve mandare un riscontro esplicito del SYN dell’altro con il numero di sequenza; userò un diagramma di stato come il seguente, in cui lo stato SYN RECEIVED identifica lo stato in cui l’entità di trasporto rimane durante l’apertura della connessione


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• terminazione connessione o entità di trasporto richiede che vengano eseguiti i seguenti passi:

inviare un FIN i e ricevere un AN = i ricevere un FIN j e inviare un AN = j aspettare un tempo doppio rispetto al MSL (maximum segment

lifetime)


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SICUREZZA DELLE COMUNICAZIONI Introduzione, Sostituzioni e trasposizioni, Teorema di Fermat-Eulero, Sistemi a chiave privata e pubblica, DES, Autenticazione, Firma numerica, Sicurezza in Internet, Applicazioni sicure, Meccanismi di protezione delle reti, Firewall.

Teorema Fermat - Eulero

• dato p numero primo e a N∈paa p =⇒

• viene usato nell’algoritmo RSA DES • Data Encryption Standard, uso il DEA (Data Encryption Algorithm)

• è un algoritmo a trasposizione e sostituzione • il testo in ingresso deve essere lungo 64 bit (i testi più lunghi sono

frammentati in blocchi da 64 bit) • la chiave è di 56 bit • fase 1 = il testo iniziale subisce un permutazione iniziale che riordina i bit • fase 2 = 16 iterazioni della stessa funzione, in formule (K è una sottochiave)

),( 11

1

iiii

ii

KRfLRRL

−−

−

⊕==

L = left half, R = right half

• fase 3 = la metà sinistra e la metà destra sono scambiate e subiscono una permutazione inversa a quella della fase 1

Sicurezza in Internet mediante IPSec

• IPSec fornisce i mezzi per rendere sicure le comunicazioni tra LAN, WAN pubbliche e private ed Internet; può cifrare e/o autenticare tutto il traffico al livello IP

• AH (Authentication header) = funzionalità di sola autenticazione • ESP (Encapsulating Security Payload) = per lo scambio delle chiavi • AH e ESP possono essere inviati secondo due modalità

o trasporto o tunnel

Criptografia a chiave unica

• detta anche Criptografia simmetrica

• per forzare lo schema si usa la criptanalisi (conoscenza delle caratteristiche del testo in chiaro o campioni di trasformazione da testo in chiaro a testo cifrato) o la forza bruta (provo tutte le combinazioni)

Funzioni Hash

• usate per fornire un servizio di autenticazione del messaggio contro eventuali falsificazioni dei dati

• si potrebbe usare la crittografia per l’autenticazione (se si è certi che la chiave è posseduta solo da una sorgente, si è certi dell’autenticità del messaggio), ma è preferibile un semplice servizio di autenticazione

• viene generato un piccolo blocco dati, detto MAC (message authentication code), mediante una chiave segreta, ed allegato al messaggio stesso

• si presuppone che le parti comunicanti A e B conoscano la chiave segreta così da potere confrontare il MAC ricevuto con quello calcolato


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• in alternativa uso le funzioni Hash non invertibili o una funzione hash accetta in ingresso un messaggio M di dimensioni

variabili e produce un riassunto H(M) di lunghezza fissa, il message digest, inviato assieme al messaggio

o una funzione hash ha le seguenti proprietà H deve potere essere applicata ad un blocco di dimensione

qualsiasi H deve produrre un blocco di dimensione fissa H(x) deve essere computazionalmente leggero per ogni h dato, deve essere impossibile trovare la

controimmagine mediante H, cioè trovare x tale che H(x) = h per ogni blocco x dato, deve essere impossibile trovare y ≠ x

tale che H(y) = H(x) Criptografia a chiave pubblica

• è necessaria una coppia di chiavi, una pubblica, resa nota all’utenza affinché possa essere utilizzata, e quella privata, nota solo al suo proprietario

• viene usata la chiave pubblica per la cifratura ed una chiave diversa, ma legata alla prima, per la decifratura

• 1° passo: ogni utente genera una coppia di chiavi per la cifratura/decifratura dei messaggi

• 2° passo: la chiave pubblica viene collocata in un elenco pubblico; ogni utente conserva un insieme di chiavi pubbliche raccolte da altri utenti

• 3° passo: se Bob vuole inviare un messaggio privato ad Alice, Bob usa la chiave pubblica di Alice

• 4° passo: Alice usa la propria chiave privata per decifrare il messaggio inviatole da Bob; nessun’altro può decifrare il messaggio

• per usare uno schema di autenticazione (firma digitale) si può usare il seguente schema


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PRESENTATION LAYER Rappresentazione dei dati, Abstract Syntax Notation 1, Primitive. ASN.1 • usato per definire il formato delle PDU e le operazioni svolte sui dati

trasmessi • architettura di telecomunicazioni formata da

o componente di trasferimento delle informazioni (TCP o UDP in TCP/IP)

o componente di applicazione (SMTP, TELNET, FTP ecc) • moduli

o ogni struttura dati rappresenta un modulo o <nome_modulo> DEFINITIONS ::=

BEGIN EXPORTS IMPORTS lista_macro_e_assegnamenti END

• tipi di dati astratti o 4 categorie di tipi di dati

semplici strutturati (SEQUENCE, SEQUENCE OF, SET, SET OF) etichettati (tagged) altri (CHOICE e ANY)

o 4 classi di tipi di dati universali (definiti nello standard e indipendenti dall’appl.) relativi ad un’applicazione specifici di un contesto privati (definiti dall’utente)

• SEQUENCE è un una lista ordinata di tipi, un po’ come una struttura in C, mentre SEQUENCE OF è un array ad una dimensione di un singolo tipo. Lo stesso dicasi per SET e SET OF, con la differenza che in questo caso manca l’ordinamento degli elementi

generalità • fornisce le operazioni comuni sullo scambio delle strutture dati o conversioni sintattiche (ASN.1) o crittografia o compressione

• l’intento è quello di assicurare che i messaggi scambiati da due applicazioni abbiano un comune significato


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RETI ATM Generalità, Tipi di connessione, Modello di riferimento, Rete di trasporto ATM, ATM Adaptation Layer, Classi di servizio in ATM, CBR, DBR, ABR, UBR.. Architettura protocollare

• Interfaccia per la trasmissione di pacchetti molto efficiente • Pacchetti di dimensioni fisse (celle) • Per inviare le trame posso usare un flusso continuo mediante una

sincronizzazione su base cella, oppure ricorrere al multiplexing, appoggiandosi alla gerarchia sincrona SDH

• ATM (asynchronous transfer mode) • simile a X.25 e frame relay, permette di multipare più connessioni

logiche su singola interfaccia fisica • controllo di flusso controllo d’errore quasi inesistenti per ridurre

l’overhead • livello fisico

o tassi trasmissione 25 – 622 Mbps • livello ATM

o comune a tutti i servizi, riguarda la modalità di trasmissione dei pacchetti

• livello AAL (ATM adaptation layer) o dipende dal servizio offerto

Connessioni logiche ATM

• una connessione logica ATM è detta VCC (virtual channel connection)

• una VCC è analoga al VC di X.25 e costituisce l’unità base per la comunicazione in ATM

• una VCC si stabilisce tra due utenti terminali della rete ed è usata per scambiare un flusso a tasso variabile full-duplex di celle

• vi è un secondo sottolivello di elaborazione oltre le VCC, cioè l’uso del VPC (virtual path connection)

• un VPC è un fascio di VCC che hanno gli stessi punti terminali, e


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con tale uso si limita l’overhead per le funzioni di controllo • i punti terminali delle VCC possono essere due utenti terminali, due

entità di rete o un utente terminale e un’entità di rete • caratteristiche VCC

o QoS: l’utente ha una QoS assicurata specificata mediante parametri, quali il tasso di perdita di celle e la variazione del ritardo delle celle

o VCC commutate: attivo una VCC su richiesta, mediante instaurazione e rilascio connessione esplicita

o mantenimento sequenza di consegna cella o negoziazione parametri di traffico (burstiness ecc.)

• le segnalazioni avvengono su un canale separato Calle ATM • celle dimensione fissa

• header 5 byte (ottetti) • campo dati 48 byte

• campo GFC (generic flow control) o compare solo nell’interfaccia utente/rete e non nelle celle

interne alla rete; quindi posso usarlo per il controllo di flusso solo nella prima situazione

• campo VPI (virtual path identifier) o usato per l’instradamento nella rete o interfaccia utente/rete 8 bit o interfaccia rete/rete 12 bit

• campo VCI (virtual channel identifier) o indirizzamento da e verso l’utente terminale

• campo PT (payload type) o tipo di informazione contenuta nel campo dati (in base a

apposita tabella) • campo CLP (cell loss priority)

o indicazione su come comportarsi in caso di congestione (0 =


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una cella ad alta priorità non dovrebbe essere scartata tranne che in situazioni estreme, 1 = può essere scartata)

Classi di servizio • una rete ATM può gestire simultaneamente diverse topologie di traffico

• ogni tipo di traffico è trattato come flusso di celle da 53 ottetti che viaggia su un canale virtuale, ed è gestito in base alle caratteristiche del flusso stesso

• CBR (constant bit rate) o Usato per video conferenza, audio full duplex

• rt-VBR (real time – variable bit rate) o a differenza di CBR il flusso dati è di tipo impulsivo

• nrt-VBR (non real time – variable bit rate) • UBR (unspecified bit rate)

o sfrutta ciò che CBR e VBR lasciano in termini di banda o politica FIFO per l’invio delle celle o servizio best-effort

• ABR (available bit rate) o si specifica il PCR (peak cell rate) che si vorrebbe utilizzare

ed il MCR (minimum cell rate) che si richiede o usato per interconnettere i router di una LAN ad una rete

ATM AAL – ATM Adaptation Layer

• necessità di un livello di adattamento che supporti protocolli di trasferimento dati non basati su ATM, quali il sonoro PCM e il protocollo IP

• servizi forniti dall’AAL o gestione degli errori di trasmissione o segmentazione e riassemblaggio o gestione celle fuori sequenza o controllo di flusso e sincronizzazione

• organizzato logicamente in due sottolivelli o CS – convergence sublayer o SAR – segmentation and reassembly

• CS o fornisce le funzioni necessarie a supportare applicazioni

specifiche mediante l’impiego dell’AAL • SAR

o responsabile della suddivisione delle informazioni ricevute dal CS nelle parti da inserire nelle celle in trasmissione, nonché il riassemblaggio all’altra estremità


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RETI X.25 Raccomandazioni X.21 ed X.21 bis, Livello di Link e LAPB, Livello di rete. Generalità

• fornisce le specifiche per l’interfaccia tra un host ed una rete a commutazione di pacchetto

• è usato come interfaccia (quasi sempre) nelle reti a commutazione di pacchetto e in ISDN

• 3 livelli protocollari (corrispondono ai primi 3 di OSI) o livello fisico (si usa X.21, X.21 bis, V.24 e a volte RS-232) o livello di linea (si usa LAPB, un sottoinsieme di HDLC) o livello di pacchetto (primitive per creare virtual circuits)

• DTE (data terminal equipment) = apparati d’utente • DCE (data circuit-terminating equipment) = nodo a commutazione di

pacchetto a cui è collegato il DTE • X.25 fornisce due tipi di circuito virtuale:

o virtual call (circuito virtuale creato dinamicamente mediante una procedura di attivazione ed una di chiusura)

o permanent virtual circuit (circuito virtuale fisso assegnato dalla rete)• multiplexing

o il servizio più importante fornito da X.25 o un DTE permette di stabilire fino a 4095 circuiti virtuali simultanei

con altri DTE su singolo link fisico DTE-DCE o ogni pacchetto ha un identificatore di circuito virtuale da 12 bit per

distinguere a quale circuito appartiene • controllo di flusso

o identico a HDLC, si usa sliding window o numeri di sequenza da 3 bit (opzionalmente 7 bit o 15 bit) o riscontro o mancato riscontro con RR e RNR o controllo d’errore di tipo go-back N

• sequenze di pacchetti o capacità di identificare una sequenza contigua di pacchetti dati,

detta complete packet sequence


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• reset e restart o reset è usato per la re-inizializzazione del circuito virtuale e riporta i

numeri di sequenza a 0 (su entrambe le estremità) o per errori più gravi si ricorre al restart, cioè chiedo un reset di tutti i

circuiti virtuali aperti o entrambe sono primitive di tipo confermato

X.21 • trasmissione bilanciata come in RS-422 • connettore a 15 pin • trasmissione full duplex da 9600 bps fino a 64 Kbps


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ISDN Subscriber Digital Line, Canali B e D, BRA e PRA, Protocolli, Dispositivi e componenti. Generalità • Integrated services digital network

• protocollo per il supporto di applicazioni foniche e non, usando un insieme limitato di servizi standard

• supporto di applicazioni commutate e non • fondato su connessioni a 64 Kbps • varietà delle configurazioni • l’utente ha accesso all’ISDN tramite un’interfaccia locale verso un canale

con un certo bitrate (canali con diversi bitrate sono disponibili per esigenze diverse)

• canali ISDN o canale B

64 Kbps per trasferire dati o voce numerica codificata PCM

o canale D 16 o 64 Kbps canale per le informazioni di segnalazione o per la

telemetria a bassa velocità o canale H

fino a 1920 Kbps per elevati tassi di trasmissione mediante canali codificati

con TDM Interfaccia utente – rete

• BRA – accesso base ISDN o tasso trasmissivo 192 Kbps o 2 canali B da 64 Kbps e un canale D da 16 Kbps, multiplati in un

canale da 192 (la somma fa 144, il resto serve alla sincronizzazione) o schema di multiplexing TDM o ogni trama di 48 bit

• PRA – accesso primario ISDN o a differenza dell’accesso base (configurazione punto-punto), si usa

tipicamente un PBX o un altro concentratore o sono previsti due tassi trasmissivi:

1,544 Mbps (usata per servizio di trasmissione T1 americano)

2,048 Mbps (usata per servizio di trasmissione E1 europeo) Dispositivi e componenti

• NT1 – network termination 1 o comprende le funzionalità associate alla terminazione fisica ed

elettrica dell’ISDN nel sito dell’utente e corrisponde al livello 1 dell’OSI

o a livello fisico multipla insieme i flussi nei canali B, usando il multiplexing statico a divisione di tempo

• NT2 – network termination 2 o ad esempio un PBX numerico o una LAN o include funzionalità sino al livello 3 dell’OSI

• NT12 – network termination 1,2 • TE1 – terminal equipment type 1

o apparato di proprietà dell’utente di tipo telefono numerico • TE2 – terminal equipment type 2


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o apparato di proprietà dell’utente di tipo non ISDN o necessità di un terminal adapter per collegarsi all’interfaccia ISDN


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INTERNET E TCP/IP Protocollo IP, Indirizzi, DNS, Mapping IA - PA, Internet Protocol, Point-to-Point Protocol e suoi componenti, ICMP, UDP, TCP, TELNET, FTP, WWW, Cenni su IPv6.

IP Internet Protocol

• fa parte della suite protocollare TCP/IP; è un protocollo di internetworking • RFC 791 • due primitive di servizio (servizio non orientato alla connessione)

o SEND, per richiedere la trasmissione di unità dati o DELIVER, per avvertire un utente dell’arrivo di un’unità dati

Send Deliver source_address source_address destination_address destination_address protocol protocol type_of_service type_of_service identification no_fragment_flag time_to_live time_to_live options_data options_data data data

• formato del datagram IP (solo header, no data)

o IHL (internet header length) = specifica la lunghezza dell’header IP in parole da 32 bit (long word); il valore minimo è 5, per una lunghezza


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minima dell’header di 20 ottetti (5 x 32 bit = 5 x 4 byte = 20 byte) o TOS (type of service)

prima poco usato; molto diverso in IPv6 Precedence = 000 (routine), 001 (priority), 010 (immediate) ecc. bit 4 = normal/high delay bit 5 = normal/high throughput bit 6 = normal/high reliability

o Total Length = lunghezza totale del datagram (incluso data) espressa in ottetti

o Identification = numero che identifica univocamente il datagram o Flags = usato per frammentare e riassemblare e tenere traccia di tali

operazioni

può essere comodo settare Don’t Fragment se si sa a priori che la destinazione non sarebbe in grado di operare il riassemblaggio

se però Don’t fragment è settato e la rete non permette la dimensione della trama, questa verrebbe scartata, quindi è meglio usare tale impostazione assieme al source routing

o Fragment offset = posizione del fragment in unità da 64 bit (tranne eventualmente l’ultimo)


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o TTL = time to live, in hop o Protocol = protocollo di livello più alto che deve ricevere il pacchetto

(1=ICMP, 6=TCP, 17=UDP o Header checksum = calcolato ad ogni hop, poiché alcuni campi (come il

TTL e quelli relativi alla frammentazione) variano ad ogni nodo o Padding = per assicurare che l’intestazione del datagram abbia lunghezza

multipla di 32 bit o Data = multiplo di 8 bit e valore massimo (dati + header) pari a 65535

ottetti o Options

Record route option = tengo traccia dei routers attraversati Source route option = il sender decide la strada; percorso definito

tramite Pointer e List

• indirizzi IP

o indirizzo internet globale a 32 bit composta da un identificatore di rete e uno di host

o 127.0.0.0 indirizzo di loopback o indirizzi privati

10.x.y.z ∀ x, y, z 172.x.y.z con 16 ≤ x ≤ 31 192.168.y.z ∀ y, z

o sono definite 3 classi di reti (classful addressing) classe A = poche reti ognuna con molti host, max 126 reti classe B = max 16384 reti classe C = molte reti ognuna con pochi host la classe A viene detta classe /8 (dimensione del network address) la classe B viene detta classe /16 (dimensione del network address) la classe C viene detta classe /24 (dimensione del network address)


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• Subnetting – sottoreti e maschere di sottorete o per semplificare l’instradamento e permettere la complessità arbitraria ad

una struttura di LAN interconnesse, assegno un singolo indirizzo di rete a tutte le LAN di un sito

o assegno ad ogni LAN un numero di sottorete creando un secondo livello di indirizzamento

o i router Internet useranno solo il network address per indirizzare qualunque pacchetto verso una qualsiasi sottorete appartenente alla rete privata; i router interni invece useranno un indirizzo esteso formato dal network address e dal subnet number, creando la cosiddetta subnet mask

o in pratica una maschera cancella la porzione del campo host che si riferisce realmente all’host nella sottorete e rimane solo il numero della rete e quello della sottorete (eseguo un’operazione di and logico tra l’indirizzo di rete e la maschera); il altre parole un 1 nella maschera indica che il bit in corrispondenza nell’indirizzo IP fa parte del network address, mentre uno 0 indica un bit relativo all’host address

o si aggiunge un ulteriore livello di gerarchia alla precedente struttura a due livelli


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o maschera default classe A 255.0.0.0 o maschera default classe B 255.255.0.0 o maschere default classe C 255.255.255.0 o posso indicare un indirizzo assieme alla sua subnet mask oppure usare una

notazione più compatta mediante l’uso di / seguito dal numero di 1 che compongono la maschera (da sinistra a destra) 130.5.5.25 10000010.00000101.00000101.00011001 255.255.255.0 11111111.11111111.11111111.00000000 oppure 130.5.5.25/24 10000010.00000101.00000101.00011001

• internet header check routine o sono i controlli eseguiti da un router all’arrivo di un datagram o lunghezza dell’header IP valida o numero di versione IP corretto o lunghezza del messaggio IP valida o checksum dell’header corretto o campo TTL non nullo

CIDR • Classless Inter Domain Routing • elimina il concetto di reti di classe A, B e C introducendo un generico prefisso IP • può essere usato per generare aggregati di percorsi un cui un singolo percorso può

percorrere lo spazio di indirizzo di diverse reti con numeri di classe diversi • risparmia spazio nelle routing tables dei backbone routers • se voglio unire le 4 reti (in totale 1024 host) creo l’indirizzo di supernet e

rappresento la subnet mediante il numero di 1 che la compongono (in questo caso 22)

192.60.128.0 (11000000.00111100.10000000.00000000) Class C subnet address 192.60.129.0 (11000000.00111100.10000001.00000000) Class C subnet address 192.60.130.0 (11000000.00111100.10000010.00000000) Class C subnet address 192.60.131.0 (11000000.00111100.10000011.00000000) Class C subnet address -------------------------------------------------------- 192.60.128.0 (11000000.00111100.10000000.00000000) Supernetted Subnet address 255.255.252.0 (11111111.11111111.11111100.00000000) Subnet Mask 192.60.131.255 (11000000.00111100.10000011.11111111) Broadcast address

in sostanza l’indirizzo di rete sarà 192.60.128.0/22 • per identifica un indirizzo di rete di classe A in CIDR => /8 • per identifica un indirizzo di rete di classe B in CIDR => /16 • per identifica un indirizzo di rete di classe C in CIDR => /24

CIDR Block Prefix # Equivalent Class C # of Host Addresses

/27 1/8th of a Class C 32 hosts

/26 1/4th of a Class C 64 hosts

/25 1/2 of a Class C 128 hosts

/24 1 Class C 256 hosts

/23 2 Class C 512 hosts

/22 4 Class C 1,024 hosts


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/17 128 Class C 32,768 hosts

/16 256 Class C 65,536 hosts

(= 1 Class B)

/15 512 Class C 131,072 hosts

/14 1,024 Class C 262,144 hosts

/13 2,048 Class C 524,288 hosts Source routing

• strict source e record route

o 1° passo = IP usa Pointer per localizzare il prossimo indirizzo o 2° passo = IP mette il proprio indirizzo nel route data field o 3° passo = IP incrementa di 4 il valore di Pointer o ogni gateway ha 2 address, ma nel passaggio da un address all’altro ho un

solo hop • loose source e record route

o nel passaggio da un address al successivo possibili più hop ICMP • Internet Control Message Protocol

• una implementazione corretta di IP deve comprendere anche ICMP • applicazioni di ICMP: ping, traceroute, path MTU discovery … • 2 classi di messaggi = errore e richiesta • fornisce un mezzo per trasferire messaggi dai routers e da altri hosts ad un host

riguardanti i problemi dell’ambiente di comunicazione • ICMP è allo stesso livello di IP ma si configura come utente di IP perché un

messaggio ICMP viene incapsulato in un datagram IP (la cui consegna dunque, essendo connection-less, non è garantita)

• campi del datagram ICMP

o type (8 bit) = tipo del messaggio ICMP o code (8 bit) = parametri del messaggio o checksum (16 bit) = calcolato sull’intero datagram ICMP o parameters (32 bit)

• destination unreachable o restituito da un router se non sa come raggiungere la rete di destinazione

• time exceeded o inviato da un router se scade il time to live di un datagram

oppure o inviato da un host se non riesce a riassemblare un datagram entro un certo

limite di tempo

type code CKS parameters

1 1 2 4


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• parameter problem (errore semantico o sintattico nei parametri) • source quench

o forma rudimentale di controllo di flusso o un router o un host destinazione possono inviare questo messaggio ad un

host sorgente richiedendo di ridurre il tasso di trasmissione • redirect

o inviato da un router ad un host per suggerire un percorso migliore • echo e echo reply

o meccanismo per controllare che la comunicazione tra entità sia possibile o si usa un identificatore per associare un echo reply ad un precedente reply

• timestamp e timestamp reply o meccanismo per verificare le caratteristiche di ritardo dell’internet

• address mask request e address mask reply o utili in ambienti che includono sottoreti o permettono ad un host di conoscere la maschera d’indirizzo per la LAN

alla quale è connesso o host invia in broadcast un address mask request sulla LAN ed il router

risponde con un address mask reply • ping

o protocollo di eco • traceroute

o l’host invia un pacchetto UDP con TTL = 1 hop o il primo gateway scarta il pacchetto ed invia un messaggio ICMP “Time

exceeded” con il suo nome o l’host invia un pacchetto UDP con TTL = 2 hop o il secondo gateway scarta il pacchetto ed invia un messaggio ICMP “Time

exceeded” con il suo nome • path MTU discovery

o invio un lungo datagram IP con il bit “no fragment” settato o ricevo un messaggio “don’t fragment” o riduco la dimensione fino al successivo messaggio


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IPv6

• indirizzi a 128 bit • intestazione (PDU) 40 ottetti • In IPv4 non cera il concetto di utente mobile e c’era poca sicurezza • all’header da 40 ottetti se ne possono affiancare altri estesi (se sono presenti più

header estesi, si raccomanda una sequenza predefinita), mediante l’uso del campo Next Header, dei seguenti tipi:

o hop-by-hop option header = speciali operazioni da eseguire in ogni router attraversato

o routing header = simile al source routing di IPv4 o fragment header = informazioni di frammentazione e riassemblaggio o authentication header = garantisce l’integrità e l’autenticazione del

pacchetto o encapsulating security payload header o destination option header

• indirizzo IP o 3 tipi di indirizzi

• unicast • anycast • multicast

o 8 numeri esadecimali separati da : o 3 forme convenzionali per rappresentare un indirizzo

• 0:0:0:0:0:FFFF:129.144.52.38 • 1080::8:800:200C:417A • FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:3210

• Header o Traffic class = per distinguere differenti classi di priorità o Flow label = per segnalare i pacchetti che richiedono un trattamento

particolare nei router o Payload length = lunghezza totale delle intestazioni estese o Hop limit = numero di router ancora attraversabili

TCP • protocollo di livello transport usato nella suite TCP/IP (in alternativa a UDP) • non risiede nei router • IP non fornisce sequenziamento => lo deve fornire TCP • IP è connectionless => TCP deve fornire flow control • l’applicazione consegna a TCP quantità arbitrarie di dati come un flusso senza

confini; TCP deve dunque frammentarli ed adattarli a datagram IP • fornisce una comunicazione affidabile tra coppie di processi (utenti TCP)

attraverso un insieme di reti e internet affidabili e non


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• intestazione TCP

o per l’indirizzamento, in OSI ho le TSPA, in ho le seguenti convenzioni sui nomi (Socket = Port + IP address)

User application User names Internet application Ports Transport Protocol ID Network IP address LLC SAP EtherType MAC MAC address Physical

o una coppia di socket individua una connessione o l’intestazione è unica perché TCP tratta solo un tipo di PDU o lunghezza minima 20 ottetti o campi

source port = utente TCP sorgente destination port = utente TCP destinazione sequence number = numero di sequenza del primo ottetto dati in

questo segmento, tranne quando SYN è attivo, nel qual caso contiene l’ISN (initial sequence number) ed il primo ottetto dati è ISN+1

ackowledgement number = in piggybacking data offset = numero di parole di 32 bit nell’intestazione reserved = usi futuri flag

• URG = il campo urgent pointer è significativo • ACK = il campo ACK number è significativo • PSH = funzione push • RST = resetta la connessione • SYN = sincronizza i numeri di sequenza • FIN = nessun dato in più dal trasmettitore

window = allocazione di crediti del controllo di flusso, in ottetti checksum = complemento ad uno della somma modulo 216-1 di

tutte le parole a 16 bit nel segmento più una pseudo-intestazione (campi indirizzo sorgente, indirizzo destinazione, protocollo e lunghezza del segmento estratti da pacchetto IP)


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urgent pointer = indica l’ultimo ottetto nella sequenza di dati di tipo urgenti; così il ricevitore sa quanti sono i dati urgenti che stanno arrivando

• mantiene aperte due connessioni • instaurazione connessione

o usa un handshake a 3 vie o quando si attiva il flag SYN, il segmento diventa una richiesta di

connessione o per aprire una connessione un’entità invia un SYN con SN = x, dove x è il

numero di sequenza iniziale o il ricevitore risponde con SYN, SN = y e AN = x+1 attivando quindi sia il

flag di SYN che quello di ACK o da questo momento il ricevitore è pronto a ricevere un segmento che

comincia con l’ottetto dati x+1 che riscontra il SYN e che ha usato SN = x o chi ha iniziato la connessione risponde con AN = y+1

• trasferimento dati o logicamente vedo il trasferimento come un flusso di ottetti numerati

modulo 232 o ogni segmento contiene il numero di sequenza del primo ottetto nel campo

dati o il controllo di flusso è realizzato tramite schema a crediti o il flag PUSH è usato per forzare la trasmissione dei dati fino a quel

momento accumulati • opzioni per la configurazione di una realizzazione TCP

o strategia di trasmissione se manca una richiesta push o la finestra non è piena, TCP può

scegliere quando inviare materialmente i pacchetti o strategia di accettazione

in ordine = accetta solo i segmenti che arrivano in ordine e scarta gli altri

nella finestra = accetta solo i segmenti che rientrano nella finestra o strategia riscontro

immediata cumulativa

Controllo congestione TCP

• mutando le condizioni di congestione di una internet, è possibile che un timer di ritrasmissione risulti inadeguato

• si cerca di stimare il round-trip delay (tempo di andata e ritorno) corrente • media semplice

o faccio la media dei Round Trip Time (ARTT) su un certo numero di segmenti

)1(

11)(

1)1(

)(1

1)1(1

1

++

++

=+

⇒+

=+ ∑+

=

KRTTK

KARTTK

KKARTT

iRTTK

KARTTK

i

• media esponenziale o nella media semplice ad ogni termine della sommatoria viene dato lo stesso

peso, mentre dovrei dare peso maggiore ai valori più recenti o introduco lo Smoothed Round Trip Time (SRTT)

( )10

)1(1)()1(<<

+⋅++⋅=+α

αα KRTTKSRTTKSRTT


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o più piccolo è α, maggiore è il peso assegnato alle osservazioni più recenti (la media si adatta velocemente alle minime variazioni, però il valore calcolato potrebbe cambiare frequentemente!!!)

o il valore assegnato al timer di ritrasmissione (Round Trip Timeout – RTO)

può essere ∆++=+ )1()1( KSRTTKRTO o così però la costante ∆ non è proporzionale a SRTT, allora

)1(,max,min)1( +⋅=+ KSRTTLBUBKRTO βcon UB = upper bound, LB = lower bound, β = costantetipicamente α = 0.8 ÷ 0.9 e β = 1.3 ÷ 2.0

• backoff esponenziale del RTO o se scade il RTO e TCP deve ritrasmettere il segmento, non conviene

lasciare lo stesso valore di RTO per il segmento ritrasmesso (poiché probabilmente si tratta di congestione della rete e potrei eseguire una nuova ritrasmissione, ingenerando ulteriore traffico)

o ogni volta che ritrasmetto un segmento moltiplico il valore di RTO per una costante

o tipicamente si usa la costante 2 (backoff esponenziale binario) ottenendo RTO = 2 RTO

• algoritmo di Karn o non usare RTT, misurato su un segmento ritrasmesso, per aggiornare SRTT o quando ritrasmetto, calcolare RTO usando l a procedura di backoff o continuare ad usare backoff finchè non arriva l’ACK di un pacchetto non


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ritrasmesso neanche una volta • partenza lenta (slow start)

o se ho una finestra molto grande, all’inizio della trasmissione un’entità TCP è libera di inviare una grande quantità di pacchetti (al massimo un’intera finestra di pacchetti)

o awnd = finestra concessa in segmenti cwnd = finestra di congestione, usata all’inizio e nelle congestionecredito = rapporto finestra / dimensione_segmento

o all’avvio inizializzo cwnd = 1 o per ogni ACK ricevuto viene incrementato il valore di cwnd di 1 fino a un

certo valore massimo o in verità la crescita è esponenziale (quando cwnd = 2, ogni eventuale ACK

di entrambe i segmenti porterebbe cwnd a 4) o awnd = min credito, cwnd

UDP • protocollo di trasporto usato nella suite TCP/IP (alternativa a TCP) • fornisce servizio non orientato alla connessione alle procedure del livello di

applicazione • è un servizio inaffidabile ma riduce l’overhead del TCP • può essere utile per le applicazioni in tempo reale ed i messaggi broadcast • sostanzialmente aggiunge a IP la capacità di indirizzamento tramite porte • intestazione UDP

o il checksum è calcolato come in TCP ed è comunque opzionale DHCP • Dynamic Host Configuration Protocol

• abilita terminali su una rete IP a reperire informazioni attraverso un server DHCP sulla rete

• è come RARP, ma con maggiori funzionalità • quando un client DHCP viene attivato manda un pacchetto broadcast sulla rete con

una richiesta DHCP. Il server DHCP risponde assegnandogli un indirizzo IP • vengono aggiunte informazioni addizionali per stabilire da quale sottorete è

arrivata la richiesta • tipicamente l’assegnamento dell’indirizzo IP scade dopo 3 giorni

ARP • Address Resolution Protocol • meccanismo per il mapping tra indirizzi IP e indirizzi MAC • una stazione che voglia inviare pacchetti ad un’altra dee prima conoscerne

l’indirizzo fisico; invia dunque un pacchetto in broadcast che verrà letto da tutti ma al quale verrà data una risposta solo dalla stazione interessata

Telnet • protocollo per virtual terminal facente parte integrante della suite TCP/IP • consente di accedere a sistemi sulla rete provvisti di un server Telnet • 3 servizi basilari

o definisce un virtual terminal mediante un’interfaccia per i sistemi remoti o permette di negoziare opzioni a server e client o tratta entrambe i lati (server e client) allo stesso modo


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• si il client che il server si appoggiano ad una connessione TCP


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INTERNETWORKING Principi fondamentali, Incapsulamento, Risoluzione degli indirizzi, Segnalazioni, Bridges, Routers, Gateways. principi • un’Internet consiste in più reti separate, interconnesse da router

(instradatori) • tipicamente si usa una modalità di tipo datagram: un router opera come un

nodo a commutazione di pacchetto Internetworking CONS

• si presuppone che ogni rete fornisca un servizio orientato alla connessione (CONS)

• si stabilisce una connessione logica tra ogni coppia di DTE che debbano scambiarsi dati mediante degli IS

• poco usata nella pratica Internetworking CLNS

• instradamento o ogni router mantiene una tabella d’instradamento che elenca, per

ogni possibile rete di destinazione, il router successivo al quale il datagram dell’internet dovrebbe essere inviato

o tabella statica o dinamica o instradamento da sorgente opzionale, cioè la sorgente specifica

esplicitamente il percorso del datagram includendo una lista di router

• vita del datagram o un datagram potrebbe entrare in un ciclo infinito (percorso chiuso)

all’interno dell’internet, quindi si assegna un TTL (time to live) o TTL basato su hop (si decrementa un contatore ad ogni passaggio

da un router e la rete elimina il datagram quando il contatore è a zero) o su tempo

• frammentazione e riassemblaggio o in genere si preferisce riassemblare i datagram eventualmente

frammentati direttamente una volta giunti a destinazione o si sfruttano i campi ID, lunghezza e offset del protocollo IP

• controllo d’errore


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• controllo di flusso Protocolli di instradamento

• i router in una internet sono responsabili della ricezione e dell’inoltro dei pacchetti attraverso l’insieme delle reti interconnesse

• AS (autonomous system) o gruppo di router che si scambiano informazioni tramite un

protocollo d’instradamento comune o tipicamente un AS è un gruppo di router e reti controllati da una

singola organizzazione o solitamente un AS è connesso (a parte problemi di guasti ecc) o IRP = interior router protocol, usato per lo scambio di

informazioni d’instradamento tra i router all’interno di un AS o ERP = exterior router protocol, usato per lo scambio di

informazioni d’instradamento tra router di differenti AS o un IRP è più dettagliato i un ERP

• BGP Border Gateway Protocol o permette ai router (chiamati gateway) residenti in AS diversi di

cooperare nello scambio di informazioni di instradamento (si tratta dunque di un ERP)

o 4 tipi di connessioni TCP open → apre una relazione di vicinanza con un altro router update → per trasmettere un’informazione su un singolo

percorso o per indicare più percorsi da eliminare keepalive → per riscontrare un messaggio di open e per

confermare periodicamente la relazione di vicinanza notification → inviata in caso di errore

o 4 procedure funzionali acquisizione del router vicino

• un router invia all’altro un messaggio open e, se questi accetta, risponde con un messaggio keepalive

raggiungibilità del router vicino • i due router si inviano periodicamente informazioni

mediante messaggi keepalive raggiungibilità delle reti

• OSPF Open Shortest Path First o è un IGP (interior gateway protocol) sviluppato appositamente per

TCP/IP o ogni AS ha un’area detta backbone (identificata dall’indirizzo

0.0.0.0) o concetto di gerarchia degli AS

DNS • ai tempi di ARPANET esisteva il file hosts.txt che veniva scaricato regolarmente dall’unico sito dove era posto

• ogni host è identificabile in due modi diversi o indirizzo IP (127.63.112.3) o hostname (www.google.com)

• lo spazio dei nomi DNS è uno spazio gerarchico di domini alla cui vetta stanno i top level domains (.com, .it, .gov, .edu …)

• Name Server o processo che gestisce le informazioni di corrispondenza tra nomi

simbolici e indirizzi IP o per ogni host del dominio esiste un resource record – detto


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authoritative record – gestito dal DNS server responsabile del dominio

• il DNS (domain name system) realizza la traduzione da hostname a indirizzo IP e viceversa

• DNS è un’entità del livello Application • i nomi dei domini possono essere assoluti (terminati da un punto) o

relativi • max 255 caratteri, case insensitive • Si tratta di un database distribuito implementato in una gerarchia di name

server • i name server operano soprattutto su macchine Unix usando il sw BIND

(Berkeley Internet Name Domain) • DNS usa UDP sulla porta 53 • DNS fornisce

o alias degli hostname o distribuzione del carico (ripartisco il carico su repliche di uno

stesso server) • ogni ISP (Internet Service Provider) ha un local name server

o quando un local name server non riesce a soddisfare le richieste si comporta da client DNS e si appoggia ad un root name server

o se il root name server non possiede la traduzione risponde inviando l’indirizzo di un Authoritative Name Server che ha competenza per tradurre quell’hostname

• Authoritative Name Server o ogni host è registrato presso un authoritative name server o quando riceve una richiesta da un root name server, risponde con

la traduzione richiesta, che sarà poi inviata dal root name server al local name server che provvederà a mandarla all’host richiedente

• query iterative = ogni server può fornire l’indirizzo IP del prossimo server se non trova la corrispondenza richiesta

• caching = vengono mantenute le ultime richieste di traduzione • i file di zona costituiscono i file per i quali un server è authoritative • resource records

o ciascun dominio che sia radice o che includa un solo host può essere associato ad un insieme di resource records

o DNS in sostanza mappa nomi di dominio in resource records o sintassi = [dominio] [TTL] [classe] [tipo_dati_della_risorsa] o dominio = nome del dominio a cui appartiene il resource record o TTL = time to live, validità del resource record (tipicamente

86400 sec = 1 giorno) o tipo

SOA start of authority A indizizzo IP di un host MX mail exchange, indirizzo server SMTP NS name server CNAME canonical name PTR alias per indirizzo IP HINFO descrizione host (cpu, sistema operativo) TXT testo non interpretato il simbolo @ è usato per il dominio di origine SOA = informazioni sulla zona del name server, indirizzo


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email dell’amministratore, ID univoco o classe = IN per le reti Internet (TCP/IP) o es:

@ IN SOA timo.lai.reti.dist.unige.it. postmaster.lai. reti.dist.unige.it. (

2003022401 ; Serial number 86400 ; Refresh 1800 ; Retry 2592000 ; Empire 172800 ) ; Negative Cache TTL

o timo.lai.reti.dist.unige.it è il nome canonico dell'elaboratore che svolge la funzione di servente primario per il dominio indicato

o postmaster.lai.reti.dist.unige.it indica l'indirizzo di posta elettronica del responsabile della gestione del servizio di risoluzione dei nomi

o il numero seriale serve ai serventi secondari per riconoscere gli aggiornamenti del database

o il tempo di refresh indica l'intervallo di interrogazione da parte del DNS secondario

o il tempo di retry è intervallo tra successive interrogazione da parte del DNS secondario in caso di irraggiungibilità del server primario

o le informazioni nel servente secondario nel caso il primario non sia raggiungibile rimangono valide per un periodo di tempo indicato da expire

o le “risposte negative” da parte di serventi authoritative rimangono valide nei DNS in cui sono transitate per un periodo di tempo pari al negative cache TTL

• lo spazio dei nomi DNS è suddiviso in zone non sovrapposte • una zona avrà un name server principale (che prende le informazioni da

un proprio file) e uno o più server secondari • un authoritative record proviene dall’autorità che gestisce il record, ed è

quindi sempre corretto • dominio in-addr.arpa

o usato per associare un nome ad un indirizzo IP o le zone sono indicate con x.x.x.in-addr.arpa dove le cifre x

rappresentano un frammento dell’indirizzo IP rovesciato Bridge e routers • servono per interconnettere LAN e WAN

• il bridge è il dispositivo più semplice, e serve a interconnettere LAN simili, mentre il router è d’uso più generale

• Bridge o usato per interconnettere LAN che usano lo stesso protocollo di

livello fisico e di linea o alcuni bridge più evoluti possono trasformare un formato MAC in

un altro (per interconnettere ad esempio una Ethernet con una Token Ring)

o si comporta da filtro di indirizzi, prendendo da una LAN i pacchetti destinati ad un’altra LAN

o non effettua alcuna modifica al formato o al contenuto delle trame, né le incapsula con header aggiuntivi

o necessita di un ampio buffer per le situazioni di congestione sulle


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sottoreti o deve contenere funzionalità di instradamento e indirizzamento o un bridge che connette k LAN diverse in sostanza dovrà avere k

sottolivelli MAC diversi e K livelli fisici diversi o problema per interconnessione di LAN con velocità diverse =>

funzionalità di controllo di flusso e presenza di buffers all’interno dei bridge

• Router o …


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POSTA ELETTRONICA Generalità, Standard MIME ed RFC 1521, Standard 821. generalità • mail server

o ricevono i messaggi da consegnare o smistano la posta nelle mailbox degli utenti locali o inviano i messaggi dei propri utenti al server di destinazione corretto o consentono agli utenti di accedere alle proprie mailbox

• user agent o forniscono un’interfaccia agli utenti per le operazioni legate ai

messaggi (lettura, scrittura, ...) o interagiscono con i server di posta per inviare/ricevere messaggi e

gestire le mailbox • i protocolli usati sono

o SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): definisce le modalità di trasferimento del messaggio fra Server di posta.

o POP (Post Office Protocol), IMAP (Internet Message Access Protocol): due distinti protocolli che definiscono le modalità di accesso da parte degli user agent alle proprie mailbox.

• implementazione mediante i due servizi MUA (mail user agent) e MTA (mail transfer agent)

• usa la porta 25 del TCP • funzionalità

o filtri o demone per risposta automatica o forwarding su altra casella o mailing list (invio uno-a-molti)

• formato email della RFC 822 o intestazione

– nome del mittente – data di invio – priorità – server SMTP attraversati

o contenuto


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– messaggio vero e proprio codificato con ASCII 7 bit • POP3

o Post Office Protocol 3 o protocollo di accesso molto semplice ma limitato

• IMAP o più complesso di POP3

SMTP • Simple Mail Transfer Protocol, rfc 821 • è il protocollo standard per la posta elettronica nella suite TCP/IP • codifica ASCII a 7 bit per l’insieme dei caratteri da usare nel messaggio • inoltre aggiunge le informazioni all’inizio del messaggio che indicano il

percorso seguito dal messaggio

• le PDU scambiate sono di tipo testuale • ogni messaggio in coda è formato da

o un header SMTP che rappresenta la busta del messaggio e comprende l’indicazione dei destinatari

o il corpo del messaggio • il sender SMTP trasmette i messaggi in coda attraverso connessioni TCP sulla

porta 25 • SMTP si basa su una serie di comandi e risposte che si scambiano sender e

receiver SMTP • fase di handshake

o il client STMP invia comandi nel formato

MIME • Multipurpose Internet Mail Extension

• estensione della rfc 822 per risolvere i seguenti problemi o SMTP non può trasmettere direttamente file binari o mancanza supporto codifiche come Unicode ecc.

• sono stati definiti cinque nuovi campi per l’intestazione rfc 822 o MIME-version = settato a 1 per essere conforme a MIME o Content-type = descrive i dati contenuti o Context-transfer-encoding o Content-ID o Content-description = descrizione in testo del contenuto quando questo

non è leggibile


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Esercizi • Sia un protocollo Go Back N con w = 10 e p = 0,08 trovare l’efficienza.

L’efficienza η del protocollo GBN è data dalla relazione: w

pp−

+1

1

1

• Ad un router arrivano due flussi di pacchetti tutti di uguale lunghezza, il primo sincrono con frequenza di arriva λ1 = 0,25 e il secondo con distribuzione di tipo poissoniano con fmedia = 0,20; se il tempo medio di servizio è t = 1,88, qual è il numero medio di pacchetti nel sistema?

Il numero medio di pacchetti si ottiene moltiplicando il tempo medio di servizio alla somma delle frequenze:

( ) T*21 λλρ +=

• Sia un sistema costituito da due link operanti allo stesso bit rate che entrano in un nodo dal quale esce un solo link e che trasportano due flussi di pacchetti di uguale lunghezza con distribuzione poissoniana e frequenze λ1 = 0,16 e λ2 = 0,27 e per il quale l’inverso del tempo di servizio valga µ = 0,63. Quale è il valore del traffico sul link in uscita?

Il valore è dato, come nell’esercizio 6, dal prodotto del tempo medio di servizio per le somme delle frequenze:

T1 = µ per cui si ha: il

µλλ

ρ 21 += sostituendo i valori dati dal testo si ottiene risultato voluto

• In un sistema slotted ALOHA vi sono 100 stazioni per ognuna delle quali si ha una frequenza media richiesta di servizio 0,5 mentre il tempo di servizio è 0.005. Qual è l’intensità reale del traffico?

Il traffico sul canale è dato dal prodotto del tempo medio di servizio per la frequenza media di richiesta di servizio per il numero delle stazioni, in termini matematici: 100**Tλρ = dato che nel sistema ALOHA a

slot il valore del traffico è una funzione esponenziale dell’intensità secondo la relazione: GGe−=ρ , risolvendo

graficamente la relazione GGeT −=100**λ si ottiene il valore cercato. • Si abbia un protocollo ABP operante ad un ritmo di trasmissione r = 64 Kbps su una linea

lunga 300 Km avente velocità di fase v = 2,25 108 m e facente uso di frame dati di 1024 bit, frame ACK di 128 bit, nella quale i tempi di elaborazione dei segnali siano 0,005 s. Se la probabilità d’errore su frame dati passa da 0% a 15%, di quanto peggiora il rendimento?

Il valore del rendimento del protocollo è dato dalla relazione:

ppTT

tTt

OUT

tptp

−+

==

1*

η nel caso di

percentuale d’errore nulla la relazione si riduce a Tttp=η il valore del tempo totale T è dato da:

T = 2te + 2tp + tta + ttp. Il valore di te è dato direttamente nel testo ovvero il tempo di elaborazione: 0,005; il

valore del tempo di propagazione tp è dato dal rapporto: vct p = dove c è il valore della velocità di trasmissione

fisica del canale mentre v è la velocità di fase; il valore del tempo di trasporto del pacchetto ttp è dato dal rapporto


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della dimensione del pacchetto con la velocità della linea così come per il tempo di propagazione dell’ACK. Facendo i calcoli risulta:

ttp = 0,016 s tta = 2 * 10-3 s te = 0,005 s tp = 1,33 *10-3 s

Con questi valori si trova il tempo totale pari a T = 0,03066 s, con questo valore e con l’ipotesi di percentuale d’errore nullo si ottiene un rendimento di η = 0,523.

Con una percentuale d’errore non nulla e ipotizzando che TI fosse uguale a TOUT il rendimento diventa

OUT

tp

Tpt )1(* −

=η , sostituendo i valori η = 0,444, facendo la differenza fra i due valori di rendimento si ottiene

il valore cercato. • Qual è l’address CIDR di una rete costituita dagli IP address che vanno da 192.168.0.128 a

192.168.0.255 ? 192.168.0.128/25 • Da quanti IP address è formata una rete con designazione CIDR 147.163.25.192/26?

64. Il CIDR è il numero di 1 presenti nella maschera di rete, in questo caso 26, il numero massimo di numeri 1 presenti in una maschera è 32 sottraendo il valore dato a quest’ultimo si ottiene 6, calcolando il massimo numero di indirizzi ottenibili con 6 cifre binarie è 26 ovvero il valore cercato.

• Una macchina con IP address pari a 147.63.20.18 fa parte della subnet 147.163.20. Quale sarà la sua subnetmask?

255.255.255.0

• Se si trasmette un datagram con 4480 ottetti attraverso una rete 802.3 con campo dati di dimensione massima pari a 1500 ottetti, cosa è contenuto nel campi “Length” del terzo frammento?

05C8H • Quale tra le seguenti componenti del ritardo di attraversamento di un router da parte di

pacchetti IP è quella maggiormente variabile: quella dovuta all’elaborazione dell’intestazione dei pacchetti IP, quella dovuta ai tempi di accesso alla tabella di instradamento contenuta nel router o quella dovuta alla memorizzazione dei pacchetti prima del loro rilancio su una linea uscente?

Quella dovuta all’elaborazione dell’intestazione dei pacchetti IP • I protocolli dei driver NIC si trovano nel sub-layer MAC o LLC? MAC • Quale è il valore massimo del throughput per un protocollo Data Link di tipo stop and wait

sotto la ipotesi che: il frame dati sia formato da 1024 bit, il frame ACK sia formato da 128 bit, il ritmo di trasmissione sia 64 Kbps, la lunghezza del link sia 200 Km, la velocità di propagazione sia 2*108 m/s, il tasso d’errore sia 10-3 ed il tempo di elaborazione te per dati e ACK sia 1 ms?

46,50 Kbps Il valore del rendimento del protocollo è dato dalla relazione:


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ppTT

tTt

OUT

tptp

−+

==

1*

η ,

il valore del tempo totale T è dato da: T = 2te + 2tp + tta + ttp.

Il valore di te è dato direttamente nel testo ovvero il tempo di elaborazione: 1 ms; il valore del tempo di

propagazione tp è dato dal rapporto: vct p = dove c è il valore della velocità di trasmissione fisica del canale

mentre v è la velocità di fase; il valore del tempo di trasporto del pacchetto ttp è dato dal rapporto della dimensione del pacchetto con la velocità della linea così come per il tempo di propagazione dell’ACK. Facendo i calcoli risulta:

ttp = 0,016 s tta = 2 * 10-3 s te = 10-3 s tp = 10-3 s

Con questi valori si trova il tempo totale pari a T = 0,022 s, con questo valore, con una percentuale d’errore non

nulla e ipotizzando che TI fosse uguale a TOUT il rendimento diventa OUT

tp

Tpt )1(* −

=η , sostituendo i valori η

= 0,726, moltiplicando il valore del rendimento per il bit rate si ottiene il valore cercato.

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Telematica - daviderizzo.files.wordpress.com · Appunti di Telematica Davide Rizzo 2/99 GENERALITA’ Finalità e scopi, Circuiti di telecomunicazioni, Autocommutatori, PSTN, Commutazione