Capitolo 1 Introduzione ai Sistemi di Telecomunicazione ... - InfoCom
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Capitolo 1 Introduzione ai Sistemi di Telecomunicazione (TLC) e alle Reti di computer 1
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<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