Capitolo 1 Introduzione ai Sistemi di Telecomunicazione ... - InfoCom

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02.08.2013 Views

Capitolo 1 Introduzione ai Sistemi di Telecomunicazione (TLC) e alle Reti di computer 1

<strong>Capitolo</strong> 1<br />

<strong>Introduzione</strong> <strong>ai</strong> <strong>Sistemi</strong> <strong>di</strong><br />

<strong>Telecomunicazione</strong> (TLC) e alle<br />

Reti <strong>di</strong> computer<br />

1


<strong>Introduzione</strong> <strong>ai</strong> <strong>Sistemi</strong> <strong>di</strong> TLC e alle<br />

Obiettivo:<br />

terminologia<br />

Reti <strong>di</strong> Computer<br />

visione d’insieme, dettagli nel seguito del corso<br />

approccio:<br />

o Internet come esempio<br />

Sommario:<br />

che cos’è Internet?<br />

che cos’è un protocollo?<br />

Come è organizzata una rete <strong>di</strong> TLC<br />

Strati <strong>di</strong> protocollo, modelli <strong>di</strong> servizio<br />

Organi <strong>di</strong> Standar<strong>di</strong>zzazione<br />

2


Che cosa è un Sistema <strong>di</strong> TLC (1/3)<br />

Un Sistema <strong>di</strong> TLC è costituito da un insieme <strong>di</strong><br />

no<strong>di</strong> (elaboratori <strong>di</strong> dati) e <strong>di</strong> collegamenti (canali<br />

<strong>di</strong> interconnessione tra no<strong>di</strong>) che consentono ad<br />

una (o più) entità Sorgenti <strong>di</strong> inviare dati<br />

(informazioni) ad una (o più) entità Destinazioni<br />

Le entità Sorgenti e Destinazioni sono chiamate<br />

no<strong>di</strong> terminali (end-systems oppure hosts) del<br />

Sistema. Tutti gli altri no<strong>di</strong> del sistema sono<br />

chiamati no<strong>di</strong> <strong>di</strong> commutazione (switching nodes)<br />

L’interconnessione dei no<strong>di</strong> me<strong>di</strong>ante i<br />

collegamenti costituisce, nel suo complesso, la<br />

Rete <strong>di</strong> TLC<br />

3


Che cosa è un Sistema <strong>di</strong> TLC<br />

(2/3)<br />

Un Sistema <strong>di</strong> TLC ha lo scopo <strong>di</strong><br />

consentire il trasferimento <strong>di</strong> dati<br />

(informazioni) tra i no<strong>di</strong> Sorgente e quelli<br />

Destinazione.<br />

L’informazione generata dalle sorgenti<br />

viene trasferita alle Destinazioni sotto<br />

forma <strong>di</strong> Segnali. Quin<strong>di</strong>, il segnale è<br />

l’entità fisica che trasporta informazione<br />

dalle Sorgenti alle Destinazioni.<br />

4


Che cosa è un Sistema <strong>di</strong> TLC<br />

(3/3)<br />

L’insieme <strong>di</strong> apparati e connessioni (canali) che<br />

permettono a due o più utenti <strong>di</strong> scambiarsi<br />

tra <strong>di</strong> loro informazioni.<br />

CANALE<br />

Utente<br />

CANALE<br />

A NODO<br />

CANALE<br />

Utente<br />

NODO<br />

NODO<br />

B<br />

Rete <strong>di</strong><br />

Accesso<br />

Rete <strong>di</strong> Trasporto<br />

Rete TLC<br />

Rete <strong>di</strong><br />

Accesso<br />

5


<strong>Sistemi</strong> <strong>di</strong> TLC cablati (wired)<br />

<strong>Sistemi</strong> <strong>di</strong> TLC wired (su filo o cablati):<br />

Rete telefonica (commutata: PSTN, Public Switched<br />

Teleph. Network)<br />

Rete ISDN (Integrated System Data Network)<br />

Reti a larga banda (“core” networks)<br />

Reti locali (LAN, Local Area Networks)<br />

Accesso wired alla linea telefonica:<br />

Doppino modem au<strong>di</strong>o, ISDN, ADSL, HDSL, VDSL<br />

Fibra ottica<br />

<strong>Sistemi</strong> su linee <strong>di</strong> potenza: Power Line Carrier (PLC)<br />

6


<strong>Sistemi</strong> <strong>di</strong> TLC “ra<strong>di</strong>o” (wireless)<br />

<strong>Sistemi</strong> <strong>di</strong> TLC wireless (senza filo, via ra<strong>di</strong>o):<br />

Broadcasting ra<strong>di</strong>o/televisione<br />

Cordless <strong>di</strong>gitale (DECT), cordless analogico<br />

Reti cellulari terrestri: TACS, GSM, GPRS, UMTS<br />

e satellitari<br />

Reti locali senza fili (WLAN, Wireless LAN):<br />

Bluetooth, IEEE802.11, Hiperlan<br />

Reti Satellitari<br />

Accesso wireless alla linea telefonica:<br />

Wireless Local Loop (WLL)<br />

Internet satellitare (con ritorno via telefono o via<br />

satellite)<br />

7


Rete <strong>di</strong><br />

Accesso<br />

Rete telefonica pubblica <strong>di</strong> tipo<br />

commutato<br />

Rete <strong>di</strong><br />

Trasporto<br />

commutatore<br />

Mezzi trasmissivi:<br />

doppino telefonico, fibra ottica, etere (ponti ra<strong>di</strong>o)<br />

Rete <strong>di</strong><br />

Accesso<br />

8


Reti cablate in area locale (wired<br />

Rete Locale “WIRED”<br />

LAN)<br />

Rete <strong>di</strong><br />

Accesso<br />

PSTN<br />

Rete <strong>di</strong><br />

Trasporto<br />

Mezzi trasmissivi: cavo coassiale, doppino, fibra ottica<br />

9


Broadcasting terrestre<br />

Mezzo trasmissivo: etere (collegamenti ra<strong>di</strong>o)<br />

Esempi: Servizi <strong>di</strong> Ra<strong>di</strong>o e Televisione- Televisione Di<strong>di</strong>tale Terrestre (DVBT)<br />

10


Utenti<br />

Broadcasting satellitare<br />

Satellite<br />

Mezzo trasmissivo: etere (collegamenti ra<strong>di</strong>o)<br />

Trasmettitori<br />

Esempi: Televisione satellitare (analogica o <strong>di</strong>gitale): SKY e simili<br />

11


Reti cellulari terrestri<br />

Utente<br />

cellulare<br />

Mezzo trasmissivo: etere (collegamenti ra<strong>di</strong>o)<br />

Esempi: TACS, GSM, UMTS,… (Reti cellulari terrestri)<br />

Iri<strong>di</strong>um, Globalstar (reti cellulari satellitari)<br />

Stazione base<br />

12


Reti locali senza fili (WLAN)<br />

Modalità “SRUTTURATA”<br />

Mezzo trasmissivo: etere (collegamenti ra<strong>di</strong>o)<br />

Modalità “AD HOC”<br />

13


Rete <strong>di</strong><br />

Accesso<br />

Rete<br />

telefonica<br />

pubblica<br />

Internet<br />

PSTN Internet PSTN<br />

Rete <strong>di</strong> Trasporto<br />

Mezzi trasmissivi:<br />

doppino telefonico, fibra ottica<br />

Rete<br />

telefonica<br />

pubblica<br />

Rete <strong>di</strong><br />

Accesso<br />

14


Che cosa è Internet<br />

Generalmente parlando, Internet è una particolare<br />

Rete <strong>di</strong> TLC i cui no<strong>di</strong> terminali (Sorgenti e<br />

Destinazioni) sono Computer, ossia sistemi in grado <strong>di</strong><br />

elaborare dati<br />

Internet è costituita da un (grande) insieme <strong>di</strong> sottoreti<br />

opportunamente interconnesse fra <strong>di</strong> loro<br />

Possiamo definire che cosa è Internet adottando due<br />

punti <strong>di</strong> vista tra <strong>di</strong> loro complementari, e cioè:<br />

o descrivendo e de finendo gli elementi (hardware e<br />

software) che compongono Internet;<br />

o descrivendo e definendo i servizi che Internet fornisce agli<br />

utenti che si collegano ad essa.<br />

15


Che cosa è Internet- Elementi<br />

costitutivi (1/4)<br />

Mobile network<br />

Home network<br />

Global ISP<br />

Regional ISP<br />

Institutional network<br />

16


Che cosa è Internet- Elementi<br />

costitutivi (2/4)<br />

I <strong>Sistemi</strong> Terminali sono connessi in<strong>di</strong>rettamente<br />

attraverso no<strong>di</strong> <strong>di</strong> in<strong>di</strong>rizzamento (instradamento<br />

dell’informazione) detti Commutatori <strong>di</strong> pacchetto (packet<br />

switches)<br />

A seconda del tipo <strong>di</strong> elaborazione svolto, i commutatori <strong>di</strong><br />

pacchetto si sud<strong>di</strong>vidono in Router e Bridge<br />

La sequenza or<strong>di</strong>nata <strong>di</strong> canali e commutatori <strong>di</strong> pacchetto<br />

che connette una (assegnata) sorgente S ad una assegnata<br />

destinazione D è detta rotta tra S e D (o path tra S e D)<br />

I <strong>Sistemi</strong> terminali accedono ad Internet me<strong>di</strong>ante sottoreti<br />

<strong>di</strong> accesso note come Internet Service Providers<br />

(ISPs)<br />

Ciascun ISP è essa stessa costituita dalla (opportuna)<br />

interconnessone <strong>di</strong> canali e commutatori <strong>di</strong> pacchetto<br />

17


Che cosa è Internet- Elementi<br />

costitutivi (3/4)<br />

Per poter scambiare dati tra <strong>di</strong> loro, i no<strong>di</strong><br />

(<strong>Sistemi</strong> Terminali e Commutatori <strong>di</strong><br />

pacchetto) <strong>di</strong> Internet eseguono programmi<br />

noti come protocolli <strong>di</strong> Comunicazione<br />

Il Transmission Control Protocol (TCP) e<br />

l’Internet Protocol (IP) sono i protocolli <strong>di</strong><br />

base che regolano il funzionamento <strong>di</strong><br />

Internet<br />

Gruppi <strong>di</strong> utenti che accedono ad Internet<br />

possono, a loro volta, essere organizzati in<br />

sotto-reti: queste ultime costituiscono le<br />

cosiddette Intranets.<br />

18


Che cosa è Internet- Elementi<br />

Protocolli <strong>di</strong> controllo<br />

per l’invio e la ricezione<br />

<strong>di</strong> messaggi<br />

o TCP, IP, HTTP, Skype,<br />

Ethernet<br />

Internet: “rete <strong>di</strong> reti”<br />

o Gerarchia <strong>di</strong> reti<br />

o Internet pubblico contro<br />

intranet private<br />

costitutivi (4/4)<br />

Mobile network<br />

Home network<br />

Global ISP<br />

Regional ISP<br />

Institutional network<br />

19


Che cosa è Internet- Servizi<br />

(1/3)<br />

Per definizione, Internet è una infrastruttura<br />

(piattaforma tecnologica) che fornisce servizi <strong>di</strong><br />

comunicazione (ossia, permette <strong>di</strong> scambiare dati) alle<br />

applicazioni che sono eseguite dagli Utenti Terminali.<br />

Poiché i sistemi terminali non sono (in genere)<br />

<strong>di</strong>rettamente connessi tra <strong>di</strong> loro, le applicazioni da<br />

esse eseguite e che si devono scambiare informazioni<br />

si <strong>di</strong>cono <strong>di</strong> tipo <strong>di</strong>stribuito.<br />

Esempi <strong>di</strong> applicazioni eseguite da Utenti Terminali<br />

che comunicano tra <strong>di</strong> loro includono:<br />

o Web surfing, instant messaging, au<strong>di</strong>o/video streaming, VoIP,<br />

e-m<strong>ai</strong>l<br />

20


Che cosa è Internet- Servizi<br />

(2/3)<br />

L’applicazione eseguita da un Sistema<br />

Terminale accede (invia i dati) ad Internet in<br />

accordo ad un programma (protocollo) noto<br />

come Application Programming Interface<br />

(API)<br />

L’API specifica l’insieme <strong>di</strong> regole (ossia, il<br />

protocollo) che l’applicazione deve seguire<br />

(rispettare) affinché Interet trasporti alla<br />

destinazione desiderata i dati generati<br />

dall’applicazione.<br />

21


Che cosa è Internet- Servizi<br />

(3/3)<br />

Internet fornisce due tipi <strong>di</strong> servizi <strong>di</strong> base alle sue<br />

applicazioni:<br />

i. un servizio affidabile orientato alla connessione<br />

ii. un servizio non affidabile privo <strong>di</strong> connessione<br />

Informalmente,<br />

i. il servizio affidabile orientato alla connessione garantisce<br />

che i dati trasmessi dall’applicazione-sorgente saranno<br />

ricevuti dall’applicazione-destinazione senza errori e<br />

nell’or<strong>di</strong>ne corretto;<br />

ii. il servizio non affidabile privo <strong>di</strong> connessione non garantisce<br />

né la correttezza (assenza <strong>di</strong> errori) né il corretto<br />

or<strong>di</strong>namento dei dati trasferiti alla destinazione.<br />

22


Che cosa è un protocollo<br />

Informalmente, un protocollo è un insieme <strong>di</strong><br />

regole e <strong>di</strong> azioni che due applicazioni che<br />

vogliono comunicare debbono applicare e<br />

seguire per poter scambiarsi i dati.<br />

Il protocollo specifica:<br />

i. i messeggi che le applicazioni comunicanti<br />

debbono scambiarsi;<br />

ii. le azioni che esse debbono intraprendere in<br />

risposta <strong>ai</strong> messaggi ricevuti per poter scambarsi<br />

correttamente i dati.<br />

23


Che cosa è un protocollo- Alcuni<br />

esempi (1/2)<br />

Protocolli umani:<br />

“Ho una domanda”<br />

“Che ora è?”<br />

Accordo tra le parti<br />

… inviati messaggi specifici<br />

… intraprese azioni specifiche quando i messaggi sono<br />

ricevuti, o altri eventi<br />

Protocolli <strong>di</strong> rete:<br />

macchine invece <strong>di</strong> umani<br />

tutte le attività della comunicazione in Internet sono<br />

governate da protocolli<br />

24


Che cosa è un protocollo- Alcuni esempi<br />

(2/2)<br />

Un protocollo umano e un protocollo in una rete<br />

<strong>di</strong> computer<br />

Hi<br />

Hi<br />

Got the<br />

time?<br />

2:00<br />

Protocollo tra umani<br />

time<br />

TCP connection<br />

request<br />

TCP connection<br />

response<br />

Get http://www.awl.com/kurose-ross<br />

<br />

Protocollo tra computer<br />

25


Che cosa è un protocollo-<br />

Definizione formale<br />

Formalmente, un protocollo definisce il formato<br />

(ossia, la struttura) e l’or<strong>di</strong>ne dei messaggi scambiati<br />

tra due applicazioni comunicanti, unitamente alle<br />

azioni che le applicazioni comunicanti debbono<br />

intraprendere in funzione dei messaggi trasmessi e/o<br />

ricevuti<br />

In Internet, <strong>di</strong>fferenti protocolli sono usati per<br />

permettere la corretta esecuzione <strong>di</strong> applicazioni<br />

<strong>di</strong>fferenti. Ad esempio, il protocollo che regola<br />

l’accesso al Web non è uguale a quello che permette<br />

l’invio/ricezione <strong>di</strong> e-m<strong>ai</strong>l.<br />

26


Mo<strong>di</strong> <strong>di</strong> Servizio<br />

Supponiamo che una applicazione A richieda un<br />

servizio (ad esempio, l’invio <strong>di</strong> dati) ad una<br />

applicazione B. Il servizio richiesto può essere<br />

erogato con o senza una intesa preliminare<br />

(handshaking) tra le due applicazioni coinvolte:<br />

i. nel caso in cui l’intesa (handshaking)<br />

sussista, il servizio si <strong>di</strong>ce orientato alla<br />

connessione (connection-oriented)<br />

ii. nel caso in cui l’intesa (handshaking) non<br />

sussista, il servizio si <strong>di</strong>ce privo <strong>di</strong><br />

connessione (connection- less). In questo<br />

caso, lo scambio <strong>di</strong> dati tra le due<br />

applicazioni avviene senza che vi sia stato un<br />

prevetivo accordo (handshaking) tra le parti.<br />

27


Mo<strong>di</strong> <strong>di</strong> Servizio – Servizio con<br />

connessione<br />

Un servizio con connessione è caratterizzato da:<br />

i. una fase <strong>di</strong> accordo preventivo (handshaking)<br />

tra le applicazioni coinvolte;<br />

ii. una negoziazione dei parametri <strong>di</strong> sistema (ad<br />

esempio, la velocità <strong>di</strong> trasferimento) coinvolti<br />

nel trasferimento;<br />

iii. una strutturazione in tre fasi temporali<br />

(instaurazione della connessione, trasferimento<br />

dei dati, abbattimento della connessione);<br />

iv. un in<strong>di</strong>rizzamento basato su identicatori <strong>di</strong><br />

connessione;<br />

v. una numerazine progressiva dei dati<br />

d’informazione scambiati.<br />

28


Mo<strong>di</strong> <strong>di</strong> Servizio – Servizio privo<br />

<strong>di</strong> Connessione<br />

Un servizio privo <strong>di</strong> connessione è caratterizzato da:<br />

i. la mancanza <strong>di</strong> un accordo preventivo (handshaking)<br />

tra le applicazioni coinvolte;<br />

ii. un’assenza <strong>di</strong> negoziazione preventiva dei parametri <strong>di</strong><br />

sistema coinvolti nel trasferimento dei dati;<br />

iii. una strutturazione in un’unica fase temporale (mancano<br />

le fasi <strong>di</strong> instaurazione e <strong>di</strong> abbattimento della<br />

connessione);<br />

iv. un in<strong>di</strong>rizzamento basato sugli in<strong>di</strong>rizzi delle<br />

applicazioni coinvolte nella comunicazione;<br />

v. in<strong>di</strong>pendenza e autoconsistenza dei singoli dati<br />

scambiati.<br />

29


Componenti <strong>di</strong> un Modo <strong>di</strong><br />

Trasferimento (1/2)<br />

Supponiamo <strong>di</strong> avere due applicazioni che<br />

vogliono scambiarsi dati attraverso una rete<br />

<strong>di</strong> TLC interposta tra <strong>di</strong> loro.<br />

Generalmente parlando, per Modo <strong>di</strong><br />

Trasferimento si intendono le modalità<br />

(strategie) adottate dalla rete per<br />

permettere lo scambio <strong>di</strong> dati tra le due<br />

applicazioni.<br />

30


Componenti <strong>di</strong> un Modo <strong>di</strong><br />

Trasferimento (2/2)<br />

Un Modo <strong>di</strong> Trasferimento è in<strong>di</strong>viduato<br />

quando sono specificate le tre seguenti<br />

componenti:<br />

i. la tecnica <strong>di</strong> multiplazione adottata dalla rete;<br />

ii. la tecnica <strong>di</strong> commutazione adottata dalla rete;<br />

iii. l’architettura protocollare della rete.<br />

I due Mo<strong>di</strong> <strong>di</strong> Trasferimento <strong>di</strong> maggiore<br />

rilevanza sono:<br />

i. il Modo <strong>di</strong> Trasferimento “a circuito”<br />

ii. il Modo <strong>di</strong> Trasferiento “a pacchetto”<br />

31


La Multiplazione - Generalità<br />

Lo schema <strong>di</strong> Multiplazione definisce le<br />

modalità secondo cui i dati generati da più<br />

applicazioni <strong>di</strong>stinte possono essere trasmesse<br />

or<strong>di</strong>natamente attraverso uno stesso canale<br />

presente nella rete <strong>di</strong> TLC.<br />

Ovvero, lo schema <strong>di</strong> Multiplazione definisce<br />

la modalità secondo cui più flussi informativi<br />

generati da applicazioni <strong>di</strong>stinte con<strong>di</strong>vidono le<br />

risorse <strong>di</strong> trasmissione (banda e tempo) messe<br />

a <strong>di</strong>sposizione da ciascun singolo canale<br />

costituente la Rete <strong>di</strong> TLC.<br />

32


La Multiplazione - Classificazione<br />

Le tecniche <strong>di</strong> Multiplazione possono essere <strong>di</strong> tipo<br />

Statico oppure Dinamico<br />

Nelle tecniche <strong>di</strong> multiplazione Statiche:<br />

i. ogni canale è sud<strong>di</strong>viso in più sotto-canali;<br />

ii. un singolo sotto-canale è assegnato alla applicazione<br />

che ne fa richiesta all’inizio del processo <strong>di</strong><br />

comunicazione;<br />

iii. l‘assegnazione del sotto-canale è mantenuta per tutta<br />

la durata della comunicazione<br />

Nelle tecniche <strong>di</strong> multiplazione Dinamiche, la capacità<br />

trasmissiva (banda, tempo) globale <strong>di</strong> ciascun canale è<br />

trattata come una risorsa singola (ossia, in<strong>di</strong>visibile), alla<br />

quale le applicazioni richiedenti possono accedere su<br />

richiesta e nel rispetto <strong>di</strong> una opportuna procedura <strong>di</strong><br />

assegnazione (procedure <strong>di</strong> controllo).<br />

33


La Multiplazione - Esempi<br />

Fanno parte delle tecniche <strong>di</strong> multiplazione<br />

Statiche:<br />

i. La multiplazione a <strong>di</strong>visione <strong>di</strong> freqenza<br />

(Frequency Division Multiplexing: FDM);<br />

ii. La multiplazione a <strong>di</strong>visione <strong>di</strong> tempo (Time<br />

Division Multiplexing: TDM).<br />

Fa parte delle tecniche <strong>di</strong> multiplazione<br />

<strong>di</strong>namiche:<br />

i. La multiplazione statistica (Statistical<br />

Multiplexing).<br />

34


La Multiplazione a Divisione <strong>di</strong><br />

frequenza (FDM)<br />

La banda C (Hz) <strong>di</strong> ciascun canale è sud<strong>di</strong>visa in<br />

sottobande non sovrapponentisi <strong>di</strong> largezza ciascuna<br />

pari a C/n (Hz).<br />

A ciascuna applicazione che lo richieda, è assegnato un<br />

sotto-canale <strong>di</strong> larghezza <strong>di</strong> banda C/n (Hz) per tutta<br />

la durata della comunicazione.<br />

Frequenza (Hz)<br />

Sottocanale n<br />

Sottocanale 2<br />

Sottocanale 1<br />

C/n<br />

C/n<br />

C/n<br />

Tempo (sec)<br />

35


La Multiplazione a Divisione <strong>di</strong><br />

tempo (TDM)<br />

L’asse dei Tempi è sud<strong>di</strong>viso in intervalli detti Frame. La durata<br />

<strong>di</strong> un frame è in<strong>di</strong>cata con T F (sec)<br />

Ciascun frame è, a sua volta, sud<strong>di</strong>viso in n ≥ 2 sotto-intervalli<br />

chiamati “slot”. La durata T S (sec) <strong>di</strong> uno slot è pari a T S =T F /n.<br />

A ciascuna applicazione che lo richiede, il canale de<strong>di</strong>ca uno slot<br />

in ogni frame per la trasmissione dei corrispondenti dati.<br />

Frequenza (Hz)<br />

S<br />

L<br />

O<br />

T<br />

1<br />

Frame 1 Frame 2<br />

S<br />

L<br />

O<br />

T<br />

2<br />

T S<br />

T F<br />

S<br />

L<br />

O<br />

T<br />

n<br />

S<br />

L<br />

O<br />

T<br />

1<br />

S<br />

L<br />

O<br />

T<br />

2<br />

S<br />

L<br />

O<br />

T<br />

n<br />

Tempo (sec)<br />

36


FDM<br />

TDM<br />

Frequenza<br />

(Hz)<br />

Frequenza<br />

(Hz)<br />

FDM e TDM<br />

Esempio:<br />

4 utenti<br />

Tempo (sec)<br />

Tempo (sec)<br />

37


La Multiplazione Statistica (SM)<br />

(1/2)<br />

Nella Multiplazione Statistica, ciascun canale della<br />

rete è preceduto da almeno un buffer <strong>di</strong><br />

memorizzazione<br />

I dati (pacchetti) generati da più applicazioni e che<br />

debbono essere trasmessi attraverso un nodo o su un<br />

canale, vengono temporaneamente posti in coda nel<br />

buffer e, poi, vengono immesse (trasmessi) uno alla<br />

volta nel canale.<br />

Quin<strong>di</strong>, <strong>di</strong> volta in volta, l’intera capacità trasmissiva C<br />

del canale è messa a <strong>di</strong>sposizione del pacchetto che è<br />

trasmesso in quel momento.<br />

38


A<br />

La Multiplazione Statistica (SM)<br />

B<br />

100 Mb/s<br />

Ethernet<br />

coda <strong>di</strong> pacchetti in<br />

attesa del canale <strong>di</strong><br />

uscita<br />

(2/2)<br />

Multiplazione Statistica<br />

1.5 Mb/s<br />

D E<br />

La sequenza <strong>di</strong> pacchetti A & B non ha una struttura<br />

(pattern) fissata; la banda è con<strong>di</strong>visa su base richiesta<br />

(on demand) Multiplazione Statistica.<br />

C<br />

39


La Commutazione – Generalità<br />

(1/2)<br />

Consideriamo un nodo <strong>di</strong> rete che abbia m ≥ 1<br />

canali in ingresso e n ≥ 1 canali in uscita.<br />

1<br />

2<br />

m<br />

NODO<br />

Canali <strong>di</strong> ingresso Canali <strong>di</strong> uscita<br />

1<br />

2<br />

n<br />

40


La Commutazione – Generalità<br />

(2/2)<br />

La commutazione definisce il modo (la<br />

strategia) secondo cui i dati provenienti da<br />

ciascun specifico canale <strong>di</strong> ingresso al nodo<br />

sono trasferiti ad uno specifico canale <strong>di</strong><br />

uscita del nodo.<br />

Lo scopo della commutazione è quello <strong>di</strong><br />

trasferire (inoltrare) i dati provenienti da<br />

ciascun canale <strong>di</strong> ingresso al nodo verso uno<br />

specifico canale d’uscita, in modo che il dato<br />

trasferito possa procedere verso la<br />

destinazione finale.<br />

41


La Commutazione – Funzioni<br />

Componenti<br />

L’operazione <strong>di</strong> commutazione è attuata per<br />

mezzo delle due funzioni <strong>di</strong>:<br />

i. Inoltro<br />

E’ la funzione decisionale, che ha lo scopo <strong>di</strong><br />

stabilire il canale <strong>di</strong> uscita verso cui deve essere<br />

inoltrato il dato informativo che proviene da uno<br />

specifico canale <strong>di</strong> ingresso<br />

iii. Attraversamento<br />

È la funzione attuativa, che ha lo scopo <strong>di</strong><br />

trasferire il dato dal canale <strong>di</strong> ingresso allo<br />

specifico canale <strong>di</strong> uscita.<br />

42


La Commutazione – No<strong>di</strong> <strong>di</strong><br />

Commutazione<br />

In generale, in<strong>di</strong>cheremo come nodo <strong>di</strong><br />

commutazione un qualsiasi nodo <strong>di</strong> rete che<br />

realizzi l’operazione <strong>di</strong> commutazione.<br />

A secondo delle modalità con cui l’operazione<br />

<strong>di</strong> commutazione è effettuata, i no<strong>di</strong> <strong>di</strong><br />

commutazione si sud<strong>di</strong>vidono in:<br />

i. Router<br />

ii. Bridge<br />

Router<br />

Bridge<br />

43


Modo <strong>di</strong> trasferimento “a<br />

Circuito” (1/3)<br />

Una rete che utilizza il modo <strong>di</strong> trasferimento “a<br />

circuito” mette a <strong>di</strong>sposizione <strong>di</strong> ciascuna coppia <strong>di</strong><br />

applicazioni comunicanti un circuito fisico che rimane<br />

ad esse de<strong>di</strong>cato per tutta la durata della<br />

comunicazione.<br />

1<br />

Applicazione<br />

Sorgente<br />

B<br />

A<br />

C<br />

E<br />

D<br />

2<br />

Applicazione<br />

Destinazione<br />

44


Modo <strong>di</strong> trasferimento “a<br />

Circuito” (2/3)<br />

Un circuito è un canale trasmissivo tra l’applicazione<br />

sorgente e l’applicazione destinazione <strong>di</strong> capacità (bit/<br />

sec) sufficiente per il trasferiemtno dei dati tra le<br />

due applicazioni.<br />

Un circuito è costituito da una sequenza or<strong>di</strong>nata <strong>di</strong><br />

sotto-canali, in cui ciascun sotto-canale è<br />

implementato attuando una tecnica <strong>di</strong> multiplazione <strong>di</strong><br />

tipo statico (TDM o FDM).<br />

La capacità <strong>di</strong> ciascun sotto-canale costituente il<br />

circuito è assegnata in<strong>di</strong>vidualmente alla coppia <strong>di</strong><br />

applicazioni Sorgente-Destinazione che desiderano<br />

comunicare.<br />

Il circuito rimane permanentemente assegnato alle<br />

applicazioni richiedenti per tutta la durata della<br />

connessione.<br />

45


Modo <strong>di</strong> trasferimento “a<br />

Circuito” (3/3)<br />

Il modo <strong>di</strong> trasferimento “a Circuito” offre<br />

un servizio <strong>di</strong> trasferimento con una<br />

strategia <strong>di</strong> Multiplazione <strong>di</strong> tipo “Statico”.<br />

In ogni connessione, possono essere <strong>di</strong>stinte<br />

le tre fasi caratteristiche <strong>di</strong> un servizio con<br />

connessione, e cioè:<br />

i. Fase <strong>di</strong> INSTAURAZIONE della connessione;<br />

ii. Fase <strong>di</strong> TRASFERIMENTO dei dati;<br />

iii. Fase <strong>di</strong> ABBATTIMENTO della connessione.<br />

46


Modo <strong>di</strong> Trasferimento “a<br />

Servizio <strong>di</strong> rete:<br />

Pacchetto” (1/2)<br />

o con o senza connessione<br />

Multiplazione:<br />

o statistica<br />

47


Modo <strong>di</strong> Trasferimento “a<br />

Pacchetto” (2/2)<br />

Le unità <strong>di</strong> dati trasferite in rete sono detti<br />

PACCHETTI e sono composte da:<br />

i. un’intestazione (header) contenente informazioni <strong>di</strong><br />

controllo della comunicazione ed avente una lunghezza fissa<br />

(L h )<br />

ii. un campo informativo (payload) avente lunghezza variabile<br />

(L i ) e contenente le informazioni (dati) da trasferire<br />

L h<br />

Intestazione Campo informativo<br />

( header ) ( payload )<br />

L i<br />

48


Modo <strong>di</strong> Trasferimento “a<br />

Pacchetto” – Multiplazione<br />

A<br />

CB bit/s<br />

B<br />

C A bit/s<br />

C CC bit/s<br />

A1 A2<br />

MUX<br />

Statistica<br />

C M bit/s<br />

C M >C A +C B +C C<br />

MUX<br />

B1 B2<br />

C1 C2<br />

A1 B1 C1 A2 C2<br />

α<br />

β<br />

49


Modo do Trasferimento “a<br />

Pacchetto”- Code <strong>ai</strong> no<strong>di</strong> <strong>di</strong><br />

commutazione.<br />

Un nodo a commutazione <strong>di</strong> pacchetto esegue la funzione <strong>di</strong><br />

commutazione in accordo alla tecnica dell’accodamento.<br />

Linee <strong>di</strong><br />

ingresso<br />

Buffer <strong>di</strong><br />

ingresso<br />

Buffer <strong>di</strong><br />

uscita<br />

Due componenti del ritardo <strong>di</strong> commutazione:<br />

i. FISSA, composta d<strong>ai</strong> tempi <strong>di</strong> elaborazione e <strong>di</strong> propagazione<br />

ii. VARIABILE, composta dal tempo <strong>di</strong> memorizzazione in uscita<br />

(tempi <strong>di</strong> coda)<br />

1<br />

2<br />

3<br />

Linee <strong>di</strong><br />

uscita<br />

50


Confronto tra Commutazione <strong>di</strong><br />

Pacchetto e Commutazione <strong>di</strong><br />

Circuito (1/2)<br />

Confrontiamo i pro e i contro delle due<br />

tecniche <strong>di</strong> commutazione menzionate<br />

o La commutazione <strong>di</strong> pacchetto si basa sulla<br />

multiplazione statistica; quin<strong>di</strong>, sin tanto che ci<br />

sono pacchetti che aspettano <strong>di</strong> essere trasmessi<br />

in coda ad un nodo <strong>di</strong> rete, il canale in uscita al<br />

nodo è sempre utilizzato<br />

o Per contro, la commutazione <strong>di</strong> pacchetto genera<br />

code <strong>ai</strong> no<strong>di</strong> <strong>di</strong> commutazione. Le code introducono<br />

ritar<strong>di</strong> (variabili e spesso elevati) nel<br />

trasferimento dei dati attraverso la rete.<br />

51


Confronto tra Commutazione <strong>di</strong><br />

Pacchetto e Commutazione <strong>di</strong><br />

Circuito (2/2)<br />

o La commutazione <strong>di</strong> circuito si basa su<br />

tecniche <strong>di</strong> multiplazione <strong>di</strong> tipo statiche<br />

(TDM o FDM). Quin<strong>di</strong>, non si generano m<strong>ai</strong><br />

code <strong>ai</strong> no<strong>di</strong> <strong>di</strong> una rete a commutazione <strong>di</strong><br />

circuito e non si hanno ritar<strong>di</strong> <strong>di</strong> coda.<br />

o Per contro, può accadere che il circuito<br />

assegnato ad una particolare coppia Sorgente-<br />

Destinazione possa rimanere inutilizzato per<br />

più o meno lunghi perio<strong>di</strong> <strong>di</strong> tempo durante la<br />

durata della connessione.<br />

52


Modo <strong>di</strong> Trasferimento a pacchetto-<br />

Classificazione<br />

Le Reti con modo <strong>di</strong> Trasferimento a pacchetto sono<br />

anche dette “Reti a Commutazione <strong>di</strong><br />

Pacchetto” (Packet Switching Networks).<br />

Le Reti a Commutazione <strong>di</strong> Pacchetto possono offrire<br />

servizi “orientati alla connessione” oppure servizi<br />

“privi <strong>di</strong> connessione”.<br />

Le Reti a Commutazione <strong>di</strong> Pacchetto con servizio<br />

privo <strong>di</strong> connessione sono dette Reti a Datagramma.<br />

Le Reti a Commutazione <strong>di</strong> Pacchetto con servizio<br />

orientato alla connessione sono dette Reti a Circuito<br />

Virtuale.<br />

Le Reti a Datagramma <strong>di</strong>fferiscono dalle reti a<br />

Circuito Virtuale nella modalità (strategia) impiegata<br />

per in<strong>di</strong>rizzare un pacchetto.<br />

53


Reti<br />

TDM<br />

Tassonomia e Classificazione delle<br />

Reti <strong>di</strong> TLC sulla base del Modo <strong>di</strong><br />

Reti a<br />

Commutazione <strong>di</strong><br />

Circuito<br />

Trasferimento adottato<br />

Reti<br />

FDM<br />

Reti <strong>di</strong> TLC<br />

Reti a<br />

Circuito<br />

Virtuale<br />

Reti a<br />

Commutazione <strong>di</strong><br />

Pacchetto<br />

Reti a<br />

Datagramma<br />

54


Modo <strong>di</strong> Trasferimento “a<br />

Pacchetto”- Reti a Datagramma<br />

In una rete a commutazione <strong>di</strong> pacchetto con servizio<br />

<strong>di</strong> trasferimento <strong>di</strong> tipo a Datagramma, il<br />

trasferimento dei pacchetti avviene senza accertare<br />

preventivamente la <strong>di</strong>sponibilità dell’applicazione<br />

chiamata (applicazione <strong>di</strong> destinazione)<br />

all’effettuazione dello scambio informativo.<br />

Non esistono le fasi <strong>di</strong> instaurazione e <strong>di</strong><br />

abbattimento della connessione ed ogni pacchetto è<br />

gestito dalla rete in<strong>di</strong>pendentemente dagli altri, anche<br />

se fanno parte dello stesso flusso: applicazione<br />

sorgenteapplicazione destinazione.<br />

L’in<strong>di</strong>rizzamento adottato, nelle reti a Datagramma,<br />

consiste nell’in<strong>di</strong>care su ogni pacchetto l’in<strong>di</strong>rizzo del<br />

programma Sorgente e l’in<strong>di</strong>rizzo del programma<br />

Destinazione.<br />

55


Modo <strong>di</strong> Trasferimento “a<br />

Pacchetto”- Circuito Virtuale (1/2)<br />

In una rete a commutazione <strong>di</strong> pacchetto a Circuito<br />

Virtuale, il servizio <strong>di</strong> trasferimento dei pacchetti è<br />

orientato alla connessione.<br />

Esistono quin<strong>di</strong>, oltre alla fase <strong>di</strong> trasferimento dei<br />

dati, anche le fasi <strong>di</strong> instaurazione ed abbattimento<br />

del Circuito Virtuale.<br />

Durante la fase <strong>di</strong> instaurazione viene:<br />

i. in<strong>di</strong>cato il cammino fisico che i pacchetti seguiranno in rete<br />

(funzione <strong>di</strong> instradamento);<br />

ii. accertata la possibilità <strong>di</strong> instaurare la connessione<br />

(funzione <strong>di</strong> controllo <strong>di</strong> accettazione <strong>di</strong> chiamata);<br />

iii. effettuata un’assegnazione delle risorse <strong>di</strong> rete;<br />

iv. assegnati opportuni identificatori della connessione che<br />

saranno trasportati da tutti i pacchetti appartenenti alla<br />

connessione stessa<br />

56


Modo <strong>di</strong> Trasferimento “a<br />

Pacchetto”- Circuito Virtuale (2/2)<br />

Un Circuito Virtuale (Virtual Circuit-VC)<br />

<strong>di</strong>fferisce da un circuito fisico (quale quelli<br />

attuati nelle Reti a Commutazione <strong>di</strong> Circuito)<br />

in quanto più Circuiti Virtuali <strong>di</strong>stinti possono<br />

con<strong>di</strong>videre uno stesso circuito fisico.<br />

Le Reti a Pacchetto a Circuito Virtuale<br />

adottano ancora la multiplazione Statistica <strong>ai</strong><br />

no<strong>di</strong> <strong>di</strong> rete. Quin<strong>di</strong>, i no<strong>di</strong> <strong>di</strong> rete possono<br />

presentare code, e i pacchetti trasferiti sono<br />

soggetti a ritar<strong>di</strong> <strong>di</strong> coda.<br />

57


Reti a Datagramma e Reti a<br />

Circuito Virtuale- Confronto<br />

Nelle Reti a Circuito Virtuale, tutti i pacchetti<br />

assegnati ad uno stesso Circuito Virtuale seguono una<br />

medesima rotta (path) per essere trasferiti dalla<br />

Sorgente alla Destinazione. Una stessa rotta può<br />

essere, però, con<strong>di</strong>visa (usata) da più Circuiti Virtuali.<br />

Nelle Reti a Datagramma, ciascun nodo <strong>di</strong> rete<br />

instrada un pacchetto solo sulla base degli in<strong>di</strong>rizzi <strong>di</strong><br />

Sorgente e <strong>di</strong> Destinazione specificati<br />

nell’intestazione del pacchetto. Ciò implica che<br />

pacchetti con gli stessi in<strong>di</strong>rizzi Sorgente-<br />

Destinazione possono essere trasferiti dalla Sorgente<br />

alla Destinazione seguendo rotte <strong>di</strong>verse.<br />

58


U<br />

B<br />

Modo <strong>di</strong> Trasferimento “a<br />

Pacchetto”- Datagramma vs<br />

A<br />

Circuito Virtuale<br />

C<br />

Datagramma<br />

E<br />

U<br />

U<br />

D<br />

B<br />

A<br />

Circuito Virtuale<br />

C<br />

E<br />

U<br />

59<br />

D


Configurazione Generale della<br />

Rete Internet<br />

Passiamo ad esaminare un po’ più da vicino la configurazione<br />

della Rete Internet. La Rete Internet è essenzialmente<br />

composta da tre parti (sezioni) principali :<br />

i. La periferia della Rete (Network Edge)- E’ costituita d<strong>ai</strong><br />

<strong>Sistemi</strong> Terminali (End System o Hosts) che vogliono<br />

interconnetersi tramite la rete stessa.<br />

ii. La Rete <strong>di</strong> Accesso (Access Network)- E’ costituita d<strong>ai</strong><br />

canali fisici (doppini telefonici, cavi coassiali, fibra ottica<br />

etc) che collegano ciascun Sistema Terminale al proprio<br />

Router d’Ingresso (Edge Router), che è il primo nodo <strong>di</strong><br />

commutazione tra il Sistema Terminale e la Rete Internet.<br />

iii. La rete <strong>di</strong> Trasporto (Core Network)- E’ costituita d<strong>ai</strong> no<strong>di</strong><br />

<strong>di</strong> commutazione (Router e/o Bridge) e d<strong>ai</strong> canali fisici che<br />

interconnettono tra <strong>di</strong> loro i Router d’Ingresso (Edge<br />

Router).<br />

60


La struttura della rete:<br />

Network Edge<br />

(Periferia della Rete):<br />

applicazioni e no<strong>di</strong><br />

terminali<br />

Rete d’accesso, canali<br />

fisici:<br />

collegamenti <strong>di</strong><br />

comunicazione wired<br />

(cablati), wireless<br />

(senza fili)<br />

Network core (Cuore<br />

della Rete):<br />

o Router interconnessi<br />

o Rete <strong>di</strong> reti<br />

61


Periferia della Rete (Network<br />

<strong>Sistemi</strong> terminali (hosts):<br />

o Programmi applicativi<br />

o Esempio: Web, em<strong>ai</strong>l<br />

Modello client / server<br />

o Le richieste dei sistemi<br />

terminali (clienti) vengono<br />

sod<strong>di</strong>sfatte da server<br />

sempre attivi (always-on)<br />

o Esempio: Web browser /<br />

server; em<strong>ai</strong>l client / server<br />

Modello peer-to-peer:<br />

o Minimo (o nullo) impiego <strong>di</strong><br />

server de<strong>di</strong>cati<br />

o Esempio: Skype, BitTorrent<br />

Edge) (1/2)<br />

peer-to-peer<br />

client/server<br />

62


Periferia della Rete (Network Edge)<br />

(2/2)<br />

Due applicazioni eseguite da due <strong>Sistemi</strong> Terminali<br />

non <strong>di</strong>rettamente collegati comunicano tra <strong>di</strong> loro<br />

me<strong>di</strong>ante una connessione.<br />

Informalmente, una connessione è costituita da una<br />

o più sequenze or<strong>di</strong>nate <strong>di</strong> canali e no<strong>di</strong> <strong>di</strong><br />

commutazione che Internet mette a <strong>di</strong>sposizione<br />

delle applicazioni (programmi) che vogliono<br />

scambiarsi dati.<br />

In generale, due applicazioni che vogliono scambiarsi<br />

dati possono farlo in accordo all’uno o l’altro dei due<br />

seguenti modelli <strong>di</strong> interazione :<br />

i. Il modello cliente/servente (client/server Model)<br />

ii. Il modello pari-a-pari (peer-to-peer Model)<br />

63


Periferia della Rete: Modello<br />

Cliente/Servente<br />

Per definizione, il modello cliente/servente prevede<br />

che una applicazione (programma) cliente eseguita da<br />

un sistema terminale richieda e riceva un servizio<br />

(delle informazioni o/e dei dati) da una applicazione<br />

servente che è eseguita da un altro sistema terminale.<br />

Poiché il programma cliente e il programma servente<br />

sono eseguiti da sistemi terminali <strong>di</strong>stinti, le<br />

applicazioni cliente-servente sono, per definizione,<br />

esempi <strong>di</strong> applicazioni <strong>di</strong>stribuite.<br />

I programmi cliente e servente si scambiano dati<br />

me<strong>di</strong>ante la connessione messa a <strong>di</strong>sposizione da<br />

Internet.<br />

Esempi <strong>di</strong> applicazioni cliente-servente: Web, e-m<strong>ai</strong>l,<br />

Trasferimento <strong>di</strong> Files (FTP)<br />

64


Periferia della Rete: Modello<br />

Peer-to-Peer (P2P)<br />

Per definizione, il modello <strong>di</strong> interazione Peer-to-<br />

Peer (P2P) prevede che le due applicazioni<br />

comunicanti ricoprano, a turno, il ruolo <strong>di</strong><br />

programma servente e quello <strong>di</strong> programma cliente.<br />

Esempi <strong>di</strong> applicazioni P2P:<br />

i. Con<strong>di</strong>visione <strong>di</strong> Files (Limewire, eDokey, Kazaa);<br />

ii. Telefonia via Internet (VoIP).<br />

Anche le applicazioni P2P sono <strong>di</strong> tipo <strong>di</strong>stribuito.<br />

65


La Rete <strong>di</strong> accesso e i canali<br />

fisici- Classificazione<br />

Come detto, la Rete <strong>di</strong> Accesso è costituita d<strong>ai</strong><br />

canali fisici che collegano ciascun sistema terminale<br />

al proprio Edge Router (primo nodo <strong>di</strong><br />

commutazione)<br />

A seconda del tipo <strong>di</strong> canale fisico impiegato per il<br />

collegamento, le Reti <strong>di</strong> Accesso si sud<strong>di</strong>vidono in:<br />

i. Reti <strong>di</strong> Accesso Cablate – i canali fisici sono<br />

costituiti da mezzi trasmissivi cablati, quali il<br />

doppino telefonico, la fibra ottica, il cavo<br />

coassiale;<br />

ii. Reti <strong>di</strong> Accesso Ra<strong>di</strong>o – i canali fisici sono<br />

costituiti da porzioni dello spettro ra<strong>di</strong>o (WiFi,<br />

Wimax, Wireless LANs, Collegamenti Satellitari).<br />

66


Utenza della Reti <strong>di</strong> Accesso<br />

Chi accede ad Internet?<br />

reti <strong>di</strong> accesso<br />

residenziali<br />

reti <strong>di</strong> accesso<br />

istituzionali (scuole,<br />

compagnie)<br />

reti <strong>di</strong> accesso mobili<br />

Importante:<br />

banda (bit al secondo)<br />

delle reti <strong>di</strong> accesso<br />

67


Reti d’Accesso residenziali-<br />

Accesso punto-punto<br />

Come accede ad Internet un<br />

utente residenziale?<br />

Dialup via modem<br />

o fino a 56Kbps per l’accesso <strong>di</strong>retto<br />

al router (spesso meno)<br />

o Impossibilità <strong>di</strong> navigare e<br />

telefonare allo stesso tempo: no<br />

“always on”<br />

DSL: <strong>di</strong>gital subscriber line<br />

o compagnia telefonica (tipicamente)<br />

o fino a 1 Mbps in upstream (oggi tipicamente < 256 kbps)<br />

o fino a 8 Mbps in downstream (oggi tipicamente < 1 Mbps)<br />

Edge Router<br />

68


Accesso ad Internet <strong>di</strong><br />

compagnie- Reti in Area locale<br />

Come accedono ad<br />

Internet le compagnie?<br />

Reti in area locale (Local<br />

Area Network) (LAN):<br />

connettono sistemi<br />

terminali agli edge router<br />

Ethernet:<br />

o 10 Mbs, 100Mbps, 1Gbps,<br />

10Gbps Ethernet<br />

o configurazione: sistemi<br />

terminali connessi <strong>ai</strong><br />

commutatori Ethernet<br />

Internet<br />

69


Reti <strong>di</strong> Accesso Ra<strong>di</strong>o<br />

Reti <strong>di</strong> accesso ra<strong>di</strong>o con<strong>di</strong>vise<br />

connettono i sistemi terminali <strong>ai</strong><br />

router<br />

o attraverso base station “access<br />

point” (stazioni base)<br />

wireless LANs:<br />

o 802.11b/g (WiFi): 11 o 54 Mbps<br />

accesso wireless a più ampia<br />

copertura<br />

o fornito dall’ operatore telco<br />

o ~1Mbps su sistemi cellulari<br />

o (EVDO, HSDPA)<br />

o fino a: WiMAX (10 Mbps) su<br />

ampio raggio<br />

Edge router<br />

base<br />

station<br />

Internet<br />

mobile<br />

hosts<br />

70


I canali fisici della Rete <strong>di</strong><br />

Accesso<br />

Bit: trasferiti tra le coppie trasmettitore/<br />

ricevitore.<br />

Collegamento fisico: quello che sta tra il<br />

trasmettitore e il ricevitore.<br />

mezzi guidati (cablati):<br />

o segnali propagati in mezzi soli<strong>di</strong>: doppino,<br />

cavo, fibra.<br />

mezzi non guidati (ra<strong>di</strong>o):<br />

o segnali propagati liberamente<br />

71


Capacità dei Canali Fisici<br />

In generale, i canali fisici che costituiscono<br />

Internet trasportano dati sotto forma <strong>di</strong> sequenza<br />

<strong>di</strong> simboli binari (sequenza <strong>di</strong> bit).<br />

Per definizione, la capacità C <strong>di</strong> un canale fisico è il<br />

numero massimo <strong>di</strong> bit che il canale può trasferire<br />

nell’intervallo temporale <strong>di</strong> 1 sec.<br />

La capacità C <strong>di</strong> un canale fisico può<br />

equivalentemente misurarsi in:<br />

i. bit/sec<br />

ii. Hz<br />

Ogni canale fisico ha una sua propria capacità C non<br />

nulla. I canali “migliori” sono quelli con più alto<br />

valore <strong>di</strong> C.<br />

72


Cavo coassiale:<br />

Mezzi Fisici: cavo (1/2)<br />

due conduttori concentrici <strong>di</strong> rame<br />

bi<strong>di</strong>rezionale<br />

73


Fibra ottica<br />

Mezzi Fisici: fibra (2/2)<br />

fibra <strong>di</strong> vetro che trasporta impulsi luminosi; ciascun<br />

impulso un bit<br />

operano ad alta velocità:<br />

o trasmissioni punto-punto ad alta velocità (e.g.,<br />

10-100 Gb/sec).<br />

basso tasso d’errore: ripetitori molto spaziati l’uno<br />

dall’altro; immune al rumore elettromagnetico<br />

74


Mezzi Fisici: ra<strong>di</strong>o<br />

Segnale trasportato da onde elettromagnetiche<br />

Nessuna “guida” fisica<br />

Bi<strong>di</strong>rezionale<br />

Tipologie <strong>di</strong> collegamento ra<strong>di</strong>o:<br />

microonde terrestri<br />

o fino a 45 Mb/sec<br />

LAN (e.g., Wifi)<br />

o 11Mb/s, 54 Mb/s<br />

wide-area (cellulari)<br />

o cellulare 3G: ~ 1 Mb/s<br />

75


La Rete <strong>di</strong> Trasporto <strong>di</strong> Internet<br />

(Core Network) (1/2)<br />

76


La Rete <strong>di</strong> Trasporto <strong>di</strong> Internet<br />

(Core Network) (2/2)<br />

Come detto, la Rete <strong>di</strong> Trasporto <strong>di</strong> Internet è<br />

costituita d<strong>ai</strong> No<strong>di</strong> <strong>di</strong> Commutazione (router) e d<strong>ai</strong> canali<br />

fisici che interconnettono tra <strong>di</strong> loro gli Edge Router.<br />

La Rete Internet offre due tipi <strong>di</strong> servizi alle<br />

applicazioni eseguite d<strong>ai</strong> sistemi terminali:<br />

i. Servizio orientato alla connessione e affidabile;<br />

ii. Servizio non orientato alla connessione e non<br />

affidabile.<br />

La Rete Internet è<br />

i. una rete a commutazione <strong>di</strong> pacchetto;<br />

ii. che impiega il modo <strong>di</strong> Trasferimento a Datagramma.<br />

La multiplazione effettuata d<strong>ai</strong> router presenti nella<br />

Rete <strong>di</strong> Trasporto <strong>di</strong> Internet è statistica. Quin<strong>di</strong>, il<br />

trasferimento <strong>di</strong> pacchetti attraverso Internet è<br />

soggetto a Ritar<strong>di</strong> <strong>di</strong> Coda.<br />

77


La Struttura <strong>di</strong> Internet- Una<br />

rete <strong>di</strong> reti (1/5)<br />

La Core Network <strong>di</strong> Internet è organizzata<br />

(strutturata) in sotto-reti <strong>di</strong> varia <strong>di</strong>mensione che<br />

sono interconnesse tra <strong>di</strong> loro.<br />

Ciò significa che la Rete Internet è, in realtà, una<br />

rete <strong>di</strong> reti interconnesse.<br />

Le reti che costituiscono Internet sono organizzate<br />

gerarchicamente in Internet Service Providers (ISPs)<br />

<strong>di</strong> livello 1, livello2 e livello 3.<br />

ISPs <strong>di</strong>stinte comunicano tra <strong>di</strong> loro me<strong>di</strong>ante Router.<br />

I punti nei quali un ISP si collega con altri ISPs sono<br />

detti Punti –<strong>di</strong>- Presenza ( Point-of-Presence: POP)<br />

78


La Struttura <strong>di</strong> Internet- Una<br />

rete <strong>di</strong> reti (2/5)<br />

al centro: ISPs <strong>di</strong> Livello 1 (“Tier 1”) (Verizon, Sprint,<br />

AT&T), copertura nazionale/internazionale<br />

Providers <strong>di</strong><br />

Livello 1<br />

interconnessi<br />

privatamente<br />

POP<br />

Tier 1 ISP<br />

Tier 1 ISP<br />

POP<br />

POP<br />

Tier 1 ISP<br />

L’insieme <strong>di</strong> Tier 1 ISPs costituisce la così detta<br />

“Internet backbone” ( dorsale <strong>di</strong> Internet)<br />

79


La Struttura <strong>di</strong> Internet- Una<br />

rete <strong>di</strong> reti (3/5)<br />

“Tier-2” ISPs: più piccoli (spesso regionali)<br />

ISPs<br />

o Connessi a uno o più Tier-1 ISPs,<br />

eventualmente ad altri Tier-2 ISPs<br />

Tier-2 ISP<br />

pagano Tier-1<br />

ISP per la<br />

connettività al<br />

resto <strong>di</strong> Internet<br />

Tier-2 ISP è<br />

cliente del<br />

provider<br />

Tier-1<br />

Tier-2 ISP<br />

Tier 1 ISP<br />

Tier 1 ISP<br />

Tier-2 ISP<br />

POP<br />

Tier-2 ISP Tier-2 ISP<br />

Tier 1 ISP<br />

POP<br />

Tier-2 ISPs<br />

sono anche<br />

connessi<br />

privatamente<br />

con altre reti.<br />

POP<br />

Tier-2 ISP<br />

80


La Struttura <strong>di</strong> Internet- Una<br />

rete <strong>di</strong> reti (4/5)<br />

“Tier-3” ISPs o ISPs locali (local ISPs)<br />

o last hop network (“reti <strong>di</strong> accesso”) (le più vicine <strong>ai</strong> sistemi terminali)<br />

Tier- 3 ISPs e<br />

ISPs locali<br />

sono clienti<br />

degli ISPs<br />

<strong>di</strong> livello<br />

superiore, che<br />

li connettono<br />

al resto <strong>di</strong><br />

Internet<br />

local<br />

ISP<br />

local<br />

ISP Tier 3<br />

ISP<br />

Tier-2 ISP<br />

Tier 1 ISP<br />

Tier 1 ISP<br />

Tier-2 ISP Tier-2 ISP<br />

local<br />

ISP<br />

local<br />

ISP<br />

local<br />

ISP<br />

Tier-2 ISP<br />

Tier 1 ISP<br />

local<br />

ISP<br />

POP<br />

local<br />

ISP<br />

POP<br />

POP<br />

Tier-2 ISP<br />

local<br />

ISP<br />

81


La Struttura <strong>di</strong> Internet- Una<br />

rete <strong>di</strong> reti (5/5)<br />

un pacchetto passa attraverso molte sotto-reti costituite da<br />

<strong>di</strong>fferenti ISPs<br />

local<br />

ISP<br />

local<br />

ISP Tier 3<br />

ISP<br />

Tier-2 ISP<br />

Tier 1 ISP<br />

local<br />

ISP<br />

Tier 1 ISP<br />

local<br />

ISP<br />

Tier-2 ISP<br />

Tier 1 ISP<br />

Tier-2 ISP Tier-2 ISP<br />

local<br />

ISP<br />

local<br />

Baccarelli, ISP<br />

Cordeschi, Patriarca, Polli<br />

local<br />

ISP<br />

Tier-2 ISP<br />

local<br />

ISP<br />

82


Organizzazione “a strati” dei<br />

Le reti sono complesse<br />

Molte componenti:<br />

o Terminali d’utente<br />

o Router<br />

o Canali <strong>di</strong> mezzi <strong>di</strong>versi<br />

o Applicazioni<br />

o Protocolli<br />

o hardware, software<br />

protocolli <strong>di</strong> Rete<br />

Domanda:<br />

C’è una speranza <strong>di</strong> organizzare la struttura <strong>di</strong> una<br />

rete? O almeno la nostra <strong>di</strong>scussione sulle reti?<br />

83


Un esempio- Organizzazione <strong>di</strong> un<br />

biglietto (acquisto)<br />

bagagli (controllo)<br />

gates (carico)<br />

decollo<br />

instradamento<br />

viaggio in aereo<br />

instradamento dell’aereo<br />

una serie <strong>di</strong> servizi/azioni svolti sequenzialmente<br />

Baccarelli,<br />

Cordeschi, Patriarca, Polli<br />

biglietti (reclamo)<br />

bagagli (ritiro)<br />

gates (scarico)<br />

atterraggio<br />

instradamento<br />

84


Organizzazione “a strati” delle<br />

funzioni svolte per realizzare un<br />

biglietto (acquisto)<br />

bagagli (controllo)<br />

gates (carico)<br />

decollo<br />

instradamento<br />

viaggio in aereo (1/2)<br />

Instradamento dell’aereo<br />

biglietto (reclamo)<br />

bagagli (ritiro)<br />

gates (scarico)<br />

atterraggio<br />

instradamento<br />

Partenza interme<strong>di</strong>ate <strong>ai</strong>r-traffic<br />

control centers<br />

Arrivo<br />

biglietto<br />

bagagli<br />

gate<br />

Decollo/atterraggio<br />

Instradamento<br />

85


Organizzazione “a strati” delle<br />

funzioni svolte per realizzare un<br />

viaggio in aereo (2/2)<br />

Nella Figura precedente, l’insieme dei servizi<br />

(funzioni) necessarie per effettuare un viaggio in<br />

aereo è partizionato (sud<strong>di</strong>viso) in strati<br />

organizzati gerarchicamente.<br />

Lo strato n offre un servizio allo strato (n+1)<br />

imme<strong>di</strong>atamente superiore<br />

i. effettuando certe azioni (funzioni) che sono<br />

specifiche dello strato n;<br />

ii. avvalendosi del servizio (dati <strong>di</strong> input) offerto<br />

dallo strato (n-1) imme<strong>di</strong>atamente inferiore .<br />

86


Perché organizzare in strati le funzioni<br />

svolte d<strong>ai</strong> Protocolli <strong>di</strong> rete?<br />

Una architettura gerarchica a strati delle funzioni svolte<br />

d<strong>ai</strong> vari protocolli <strong>di</strong> rete permette <strong>di</strong> esaminare<br />

separatamente una parte specifica <strong>di</strong> un sistema grande e<br />

complesso.<br />

Specificatamente, fin tanto che lo strato n fornisce lo<br />

stesso servizio allo strato (n+1) imme<strong>di</strong>atamente superiore<br />

e usa lo stesso servizio fornitogli dallo strato (n-1)<br />

imme<strong>di</strong>atamente inferiore, il resto dell’intero sistema non<br />

cambia quando viene (eventualmente) cambiato il modo in<br />

ciu lo strato n attua il suo servizio.<br />

La possibilità <strong>di</strong> cambiare il modo in cui un servizio è<br />

attuato da uno strato senza mo<strong>di</strong>ficare nessuna altra<br />

componente del restante sistema costituisce il vantaggio<br />

principale dell’organizzazione gerarchica a strati<br />

dell’insieme dei protocolli <strong>di</strong> rete.<br />

87


La stratificazione- Definizione<br />

formale (1/2)<br />

Supponiamo che l’insieme J delle funzioni da<br />

svolgere per consentire l’attuazione <strong>di</strong> un<br />

processo <strong>di</strong> comunicazione:<br />

i. sia partizionato in sottoinsiemi funzionali;<br />

ii. sia organizzato in modo che questi sottoinsiemi<br />

funzionali operino in un or<strong>di</strong>ne gerarchico.<br />

Coerentemente con queste ipotesi, ogni<br />

sottoinsieme è identificato da un numero<br />

crescente al crescere del livello gerarchico.<br />

88


La stratificazione- Definizione<br />

formale (2/2)<br />

Sotto le precedenti ipotesi, ogni<br />

sottoinsieme funzionale dell’architettura a<br />

strati:<br />

i. riceve un “servizio” dal sottoinsieme che gli è<br />

imme<strong>di</strong>atamente inferiore nell’or<strong>di</strong>ne gerarchico;<br />

ii. arricchisce questo “servizio” con il valore<br />

derivante dallo svolgimento delle proprie funzioni;<br />

iii. offre un nuovo “servizio” a valore aggiunto allo<br />

strato che gli è imme<strong>di</strong>atamente superiore<br />

nell’or<strong>di</strong>ne gerarchico.<br />

89


Strato più elevato<br />

Strato <strong>di</strong> rango N<br />

Strato più basso<br />

Definizione <strong>di</strong> strato<br />

nell’organizzazione gerarchica dei<br />

protocolli <strong>di</strong> una rete <strong>di</strong> TLC<br />

Sistema A Sistema B<br />

Sottosistemi omologhi<br />

Mezzi trasmissivi<br />

90


Servizio <strong>di</strong> “strato”<br />

nell’organizzazione gerarchica dei<br />

protocolli <strong>di</strong> una Rete <strong>di</strong> TLC<br />

Riassumendo,<br />

ogni strato <strong>di</strong> rango N fornisce un servizio allo<br />

strato <strong>di</strong> rango N+1.<br />

Per questo scopo utilizza il servizio fornito<br />

dallo strato <strong>di</strong> rango N-1.<br />

Arricchisce tale servizio con lo svolgimento <strong>di</strong><br />

particolari proprie funzioni.<br />

Baccarelli,<br />

Cordeschi, Patriarca, Polli<br />

91


Modello <strong>di</strong> architettura protocollare<br />

“Open System Interconnection” (Modello<br />

OSI)<br />

Strati<br />

Strato <strong>di</strong><br />

Applicazione<br />

Strato <strong>di</strong><br />

Presentazione<br />

Strato <strong>di</strong><br />

Sessione<br />

Strato <strong>di</strong><br />

Trasporto<br />

Strato <strong>di</strong> Rete<br />

Strato <strong>di</strong><br />

Collegamento<br />

Strato Fisico<br />

Fornisce <strong>ai</strong> processi applicativi i mezzi per accedere ad Internet<br />

(è costituito da programmi applicativi quali FTP, HTTP,SMTP).<br />

Risolve problemi <strong>di</strong> compatibilità sulla rappresentazione dei dati<br />

da trasferire e offre servizi <strong>di</strong> cifratura.<br />

Struttura e sincronizza lo scambio <strong>di</strong> dati in modo da poterlo<br />

sospendere, riprendere e terminare or<strong>di</strong>natamente.<br />

Colma le deficienze della qualità <strong>di</strong> servizio delle connessioni <strong>di</strong><br />

livello rete. Funz. fondament.: multiplazione e frammentazione.<br />

Instaura, mantiene e abbatte connessioni <strong>di</strong> rete. Funzioni<br />

fondamentali: instradamento e controllo <strong>di</strong> flusso.<br />

Fronteggia malfunzionamenti del livello fisico (rivelazione e<br />

recupero degli errori <strong>di</strong> trasmissione, controllo <strong>di</strong> flusso).<br />

Fornisce i mezzi meccanici, fisici, funzionali e procedurali per<br />

attivare, mantenere e <strong>di</strong>sattivare le connessioni fisiche.<br />

Mezzi fisici <strong>di</strong> trasmissione<br />

Baccarelli,<br />

Cordeschi, Patriarca, Polli<br />

Servizi offerti<br />

92


Modello <strong>di</strong> architettura protocollare<br />

adottata da Internet (Modello Internet)<br />

Strati Servizi offerti<br />

Strato<br />

Applicativo<br />

Strato <strong>di</strong><br />

Trasporto<br />

Strato <strong>di</strong><br />

Rete<br />

Strato <strong>di</strong><br />

Collegamento<br />

Corrisponde a parte dello strato <strong>di</strong> sessione e agli strati <strong>di</strong> presentazione<br />

e <strong>di</strong> apllicazione del modello OSI.<br />

Corrisponde allo strato <strong>di</strong> trasporto e a parte dello strato <strong>di</strong> sessione del<br />

modello OSI. Offre un servizio <strong>di</strong> trasporto affidabile con connessione<br />

(TCP), ovvero un servizio più semplice, senza connessione (UDP).<br />

Consente l’interconnessione delle varie reti componenti con funzionalità<br />

che nel modello OSI sono collocate in un sottostrato <strong>di</strong> rete alto.<br />

Fornisce un servizio <strong>di</strong> trasferimento dati senza connessione (IP).<br />

Include le funzioni che, nel modello OSI, sono comprese negli strati<br />

fisico, <strong>di</strong> collegamento e <strong>di</strong> rete,quest’ultimo almeno per ciò che riguarda<br />

gli aspetti connessi al funzionamento <strong>di</strong> ogni singola rete componente<br />

(sottostrato <strong>di</strong> rete basso). Il servizio offerto allo strato superiore<br />

(Strato Internet) può essere con o senza connessione.<br />

Strato Fisico<br />

Baccarelli,<br />

Cordeschi, Patriarca, Polli<br />

93


segmento H t t M<br />

datagramma<br />

trama<br />

H l<br />

H n<br />

H n<br />

messagio M<br />

H t<br />

H t<br />

H l<br />

M<br />

H t M<br />

H n<br />

M<br />

H n<br />

M<br />

H t<br />

H t<br />

M<br />

M<br />

Destinazione<br />

Applicativo<br />

Trasporto<br />

Rete<br />

Collegamento<br />

Fisico<br />

Sorgente<br />

Applicativo<br />

Trasporto<br />

Rete<br />

Collegamento<br />

Fisico<br />

H l<br />

H n<br />

H n<br />

H t<br />

H t<br />

M<br />

M<br />

Trasferimento dei<br />

Dati nel Modello<br />

Internet<br />

Collegamento<br />

Fisico<br />

Rete<br />

Collegamento<br />

Fisico<br />

H l<br />

H n<br />

H t<br />

M<br />

Bridge<br />

Router<br />

94


Trasferimento dei Dati nel Modello<br />

Internet- Pile protocollari<br />

La Figura precedente mostra il cammino fisico che i pacchetti<br />

generati dall’applicazione-sorgente seguono attraverso le pile<br />

protocollari per raggiungere l’applicazione-destinazione.<br />

La Figura si presta ad alcune osservazioni:<br />

o Similmente <strong>ai</strong> sistemi terminali, anche i Router e i<br />

Bridge organizzano i loro protocolli in strati.<br />

o I Router implementano solo i protocolli <strong>di</strong> Strato Fisico,<br />

<strong>di</strong> Collegamento e <strong>di</strong> Rete.<br />

o I Bridge implementano solo i protocolli <strong>di</strong> Starto Fisico<br />

e <strong>di</strong> Collegamento.<br />

o I terminali d’utente implementano i protocolli <strong>di</strong> tutti e<br />

5 gli strati del modello Internet.<br />

95


Trasferimento dei Dati nel Modello<br />

Internet- Messaggi, Segmenti,<br />

Inoltre,<br />

Datagrammi e Trame<br />

i. I pacchetti generati dallo Strato Applicativo<br />

sono chiamati Messaggi ;<br />

ii. I pacchetti generati dallo Strato <strong>di</strong> Trasporto<br />

sono chiamati Segmenti ;<br />

iii. I pacchetti generati dallo Strato <strong>di</strong> Rete sono<br />

chiamati Datagrammi ;<br />

iv. I pacchetti generati dallo Strato <strong>di</strong> Collegamento<br />

sono chiamati Trame (frame)<br />

96


Trasferimento dei Dati nel Modello<br />

Internet- Il Principio<br />

dell’ Incapsulamento (1/2)<br />

La figura mostra anche che, al lato sorgente, il<br />

pacchetto generato da ciascuno strato n si ottiene<br />

aggiungendo un header H n al pacchetto generato dallo<br />

Strato (n+1).<br />

Il contenuto dell’header è specifico dello strato al<br />

quale l’header viene aggiunto e contiene informazioni<br />

necessarie per svolgere le funzioni proprie dello<br />

strato.<br />

Ciò significa che, al lato sorgente, il pacchetto <strong>di</strong><br />

strato n è ottenuto per incapsulamento del pacchetto<br />

<strong>di</strong> strato (n+1).<br />

97


Trasferimento dei Dati nel Modello<br />

Internet- Il Principio<br />

dell’Incapsulamento (2/2)<br />

Al lato Destinazione, i pacchetti subiscono la procedura<br />

(reciproca) del De-incapsulamento. Ovvero,<br />

i. Lo strato n riceve il pacchetto che gli compete dallo strato<br />

(n-1);<br />

ii. Lo strato n elabora il pacchetto;<br />

iii. Lo strato n elimina dal pacchetto l’Header specifico dello<br />

strato n;<br />

iv. Lo strato n passa la parte rimanente del pacchetto allo<br />

strato (n+1).<br />

Se non sono stati introdotti errori nel trasferimento dei dati<br />

del Terminale-Sorgente al Terminale-Destinazione, il<br />

messaggio M ricevuto allo strato applicativo del Terminale <strong>di</strong><br />

Destinazione coincide col messaggio M generato dallo strato<br />

applicativo del Terminale Sorgente<br />

98


La Normativa nelle TLC-<br />

Organismi Mon<strong>di</strong>ali<br />

International Telecommunication Union (ITU)<br />

International Standard Organization (ISO)<br />

International Electrotechnical Commission<br />

(IEC)<br />

Internet Engineering Task Force (IETF)<br />

99


La normativa nelle TLC- L’organismo<br />

ITU<br />

È un’agenzia specializzata delle Nazioni Unite, con sede in<br />

Ginevra e con il compito <strong>di</strong> armonizzare tutte le iniziative<br />

mon<strong>di</strong>ali e regionali nel settore delle Telecomunicazioni.<br />

Tiene tre tipi <strong>di</strong> conferenze amministrative tra cui si<br />

menziona:<br />

i. WARC (World Administrative Ra<strong>di</strong>o Conference). -<br />

considera ed approva tutti i cambiamenti alle<br />

regolamentazioni sulle ra<strong>di</strong>o comunicazioni con particolare<br />

riferimento all’uso dello spettro delle frequenze ra<strong>di</strong>o.<br />

Dagli inizi degli anni ’90 è organizzato in tre settori:<br />

i. Sviluppo<br />

ii. Standar<strong>di</strong>zzazione<br />

iii. Ra<strong>di</strong>ocomunicazioni<br />

100


La normativa nelle TLC- L’organismo<br />

ISO<br />

Ente delle Nazioni Unite, creato con l’obiettivo <strong>di</strong><br />

promuovere lo sviluppo della normativa internazionale<br />

per facilitare il commercio <strong>di</strong> beni e servizi nel mondo.<br />

Relativamente alle Telecomunicazioni e alle aree<br />

collegate, opera tramite un comitato tecnico<br />

congiunto con l’IEC: Joint Technical Committee on<br />

Information Technology (JTC1).<br />

L’ISO-IEC JTC1 è organizzato in Comitati Tecnici<br />

(TC), attualmente otre 170, e in Sotto-comitati (SC).<br />

101


La normativa nelle TLC- L’organismo<br />

IETF<br />

Coor<strong>di</strong>na l’attività <strong>di</strong> standar<strong>di</strong>zzazione<br />

nell’ambito della rete Internet.<br />

E’ organizzata in Working Group tematici.<br />

L’iter <strong>di</strong> standar<strong>di</strong>zzazione prevede la<br />

produzione <strong>di</strong>:<br />

i. Draft (documenti <strong>di</strong> lavoro)<br />

ii. RFC (standard)<br />

Tutti i documenti IEFT sono <strong>di</strong>sponibili sul<br />

sito:<br />

www.ieft.org<br />

102


Organizzazione e Struttura del Corso<br />

(1/2)<br />

In accordo al Modello protocollare Internet, il<br />

corso si articola nelle seguenti parti:<br />

1. Strato Fisico<br />

o Segnali analogici e numerici<br />

o Elaborazione analogica e numerica dei segnali<br />

o Mezzi trasmissivi e canali <strong>di</strong> comunicazione<br />

o Modulazioni analogiche e numeriche<br />

o Co<strong>di</strong>fica <strong>di</strong> canale<br />

2. Strato <strong>di</strong> collegamento<br />

o Accesso multiplo<br />

o Reti in Area Locale (LANs)<br />

103


Organizzazione e Struttura del Corso<br />

4. Strato <strong>di</strong> Rete<br />

o Il protocollo IP<br />

(2/2)<br />

o Algoritmi e Protocolli <strong>di</strong> instradamento<br />

6. Strato <strong>di</strong> Trasporto<br />

– I protocolli TCP e UDP<br />

104

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