1: Introduction 1
Parte I: Introduzione
Obiettivi:
Avere una visione diinsieme del contesto
Approccio:
descrittivo
Uso di Internetcome esempio
Rassegna prima lezione:
cosa è Internet
cosa è un protocollo?
network edge
network core
Rete di accesso, mezzi fisici
prestazioni: loss (perdita),delay (ritardo)
strati di un protocollo(protocol layers) ,modelli di servizio
1: Introduction 2
La diffusione di Internet
1: Introduction 3
Persone on-line
• Dic 2000: total world wide: 275.54 million• Source: http://www.nua.ie/surveys/
September 2002.
33.35
million
Latin
America
182.67
million
Canada &
USA
5.12 millionMiddle East
190.91
millionEurope
187.24
millionAsia/Pacific
6.31 millionAfrica
605.60
millionWorld Total
1: Introduction 4
Internet: rete di reti
Grossolanamente gerarchica
Backbone gestiti da providernazionali/internazionali (NBPs)
Es. Telecom
Interconnessi mediante punti diaccesso privati o pubblici(Network Access Point o NAP)
Internet Service Providerregionali
Connessi a NBP
Internet Service Providerlocali, compagnie
Connessi a ISP regionali
NBP A
NBP B
NAP NAP
ISP regionale
ISP regionale
ISP locale
ISP locale
1: Introduction 5
National Backbone Provider
e.g. BBN/GTE US backbone network
1: Introduction 6
Cosa è Internet: hardware \
milioni di dispositivicollegati: hosts, end-systems
PC, workstation, server
Palmari, telefoni
eseguono appl. di rete
mezzi trasmissivifibra, rame, radio, satellite
router: inviano pacchetti(packets) di datiattraverso la rete
local ISP
companynetwork
regional ISP
router workstation
servermobile
1: Introduction 7
Cosa è Internet
Internet: “rete di reti”Struttura parzialmentegerarchica
Segmenti pubblici e intranetprivate
protocolli: regolano lacomunicazione tra sistemi
e.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP
Standard InternetRFC: Request for comments
IETF: Internet EngineeringTask Force
http://www.ietf.org
local ISP
companynetwork
regional ISP
router workstation
servermobile
1: Introduction 8
Cosa è Internet : i servizi
la rete di comunicazionepermette di eseguireapplicazioni:
WWW, email, giochi, e-commerce, basi di dati ecc.
comunicazioni:connectionless
connection-oriented
cyberspace [Gibson]:“a consensual hallucination
experienced daily by billions ofoperators, in every nation, ...."
1: Introduction 9
Cosa è un protocollo?
protocolli umani:
“che ora è ?”
“Ho una domanda”
… invio di specificimessaggi
… in corrispondenza aiquali vengono preseopportune azioni
… anche altri eventi
protocolli di rete:
macchine
tutte le comunicazioniin Internet governateda protocolli
i protocolli definiscono ilformato, l’ordine di invio edi ricezione dei messaggitra i dispositivi e le azioniprese quando si riceve un
messaggio
1: Introduction 10
Cosa è un protocollo (cont.)?
due esempi :
ciao
ciao
sai l’ora?
2:00
richiesta di connessione TCP
risposta diconnessione TCP
get (prendi)http://era.dis.uniroma1.it/~impianti/programma
<file>
tempo
1: Introduction 11
Caratteristiche della rete fisica
StrutturaNetwork edge: applicazionie host
Network core:router
rete di reti
Rete di accesso
Mezzo fisico:caratteristiche dei link dicomunicazione
1: Introduction 12
Network edge:
end system (hosts):eseguono applicazionies., WWW, email“edge of network”
modello client/serverclient host requests, receivesservice from servere.g., WWW client (browser)/server; email client/server
modello peer-to-peer :interazione simmetrica trahostes.: teleconferenza, Gnutella
1: Introduction 13
Network edge: servizio orientato allaconnessione
Obiettivo: trasferire datitra end system.
handshaking: scambio diinformazione di controlloprima della comunicazione
Hello, hello ( protocolloumano)
viene creato uno “stato”nei due host checomunicano
TCP - Transmission ControlProtocol
Servizio orientato allaconnessione in Internet
Servizio TCP [RFC 793]trasferimento affidabile(reliable) e in ordine di flussi dibyte
perdita: conferma(acknowledgement) eritrasmissioni
controllo di flusso (flowcontrol):
il sender non “inonda” il receiver
Controllo della congestione(congestion control):
Si diminuisce il ritmo (rate) ditrasmissione se la rete ècongestionata
1: Introduction 14
Network edge: servizio connectionless
Obiettivo: trasferimentodati tra host
Lo stesso di prima!
UDP - User DatagramProtocol [RFC 768]: ilservizio connectionlessdi Internet
trasferimento datinon affidabileno controllo di flussono controllo dellacongestione
App’ni che usano TCP:HTTP (WWW), FTP(file transfer), Telnet(remote login), SMTP(email)
App’ni che usano UDP:streaming audio/videoteleconferenza,telefonia su Internet
1: Introduction 15
Network Core
Rete di routerinterconnessiQuestione fondamentale :come avviene iltrasferimento dei dati?
circuit switching:circuito dedicato perogni connessione: retetelefonicapacket-switching: idati sono trasferiti a“blocchi”, non vienepreallocato un circuito
1: Introduction 16
Network Core: Circuit Switching
Pre-allocazione dirisorse end-to-endper “chiamata”Banda dei link,capacità degli switchRisorse dedicate :nessuna condivisionePrestazioni garantiteper ogni connessioneOgni chiamata richiedeuna fase diinstaurazione
1: Introduction 17
Network Core: Circuit Switching
Le risorse di rete non sonocondivise
divisione della banda in“pezzi”
divisione di frequenza
divisione di tempo
la risorsa non usata (idle)dalla chiamata a cui èallocata è sprecata
1: Introduction 18
Network Core: Packet Switching
ogni messaggio è diviso inpacchetti (packets)
i pacchetti di piu’ utenticondividono le risorse
ogni pacchetto usa tutta labanda
le risorse sono usatequando servono
contesa per le risorse:
congestione:possibilità di eccederela capacità; i pacchettisono in coda
store and forward(memorizza e inoltra) :i pacchetti si muovonoun salto alla volta1. Attraversa un link
2. Aspetta il turno al prossimolink
Trasmissione in ordine di arrivo
1: Introduction 19
Network Core: Packet Switching
A
B
C10 MbsEthernet
1.5 Mbs
45 Mbs
D E
multiplexing statistico
Coda di pacchetti in attesa sul link di uscita
1: Introduction 20
Network Core: Packet SwitchingEsempio
Messaggio di 7.5 Mbit
Suddivisione in 5000pacchetti da 1.5 Kbit
Capacità dei link: 1.5 Mbps
Tempi di processamento neirouter trascurabili
Esercizio: calcolare tempo ditrasferimento se ilmessaggio non fosse diviso
Attenzione: 1 Mbit=1000 Kbit !!
1: Introduction 21
Packet switching versus circuit switching
Link da 1 Mbit/s
Per ogni utente:100Kbps se “attivo”
attivo 10% del tempo
circuit-switching:Max. 10 utenti attivi
packet switching:con 35 utenti, Prob > 10utenti attivi < .004
Packet switching permette a più utenti di usare la rete!
N utenti
link da 1 Mbps
1: Introduction 22
Packet switching versus circuit switching
Ottimo per dati a raffica (bursty)
Condivisione di risorse
Nessuna instaurazione di chiamataMA:
Possibilità di congestione: ritardo e perdita dipacchetti
Servono protocolli per il trasporto affidabile eper gestire la congestione
Come ottenere un comportamento di tipo circuitswitched?
Problema aperto (cap. 6)
1: Introduction 23
Packet-switched networks:instradamento (routing)
Obiettivo: trasferire i pacchetti da sorgente a destinazioneseguendo un cammino nella rete
Molti algoritmi di selezione dei cammini (cap. 4)
Reti a datagramma (datagram networks):Prossimo salto (hop) determinato dall’indirizzo di destinazione
Il percorso può mutare nel corso della sessione
analogia: servizio postale
Reti a circuito virtuale (virtual circuit networks):Ogni pacchetto contiene un identificatore che detetmina ilprossimo salto
Il cammino è fissato una volta per tutte in fase di instaurazione
I router attraversati mantengono informazione su ogni chiamata
Attenzione: circuito virtuale e circuit switching sono cose diverse!!
1: Introduction 24
Reti di accesso
Utenze domestiche
Reti di istituzioni(università, aziende)
Reti mobili
Aspetti importanti:
banda (bit al secondo)della rete di accesso
Condivisa o dedicata?
1: Introduction 25
Residential access: point to point access
Modem
Fino a 56Kbps, accessodiretto al router (conversioneD/A – A/D)
ISDN: integrated servicesdigital network: 128Kbps fino alrouter (digitale)
ADSL: asymmetric digitalsubscriber line
Capacità maggiori
1: Introduction 26
Istituzioni: reti locali
Rete locale (LAN) checonnette end system aedge router
Ethernet:
Cavo condiviso checonnette sistemiterminali a un router
10 Mbs, 100Mbps,Gigabit Ethernet
1: Introduction 27
Reti di accesso wireless
Connettono sistemi terminalia un router mediante unmezzo condiviso
wireless LAN:Collegamento radio al postodel cavo
es., Lucent Wavelan 10Mbps
Accesso wireless su aree piùvaste
Es. CDPD (Cellular DigitalPacket Data): accessowireless a router di ISPattraverso una retecellulare
Punto di accesso
Terminali mobili
router
1: Introduction 28
Physical Media
Bit: propagato tra lecoppietrasmettitore/riceventephysical link: cio’ checonnette trasmettitore ericeventeguided media:
I segnali si propagano inmedia solidi: rame, fibraottica, cavo coassiale
unguided media:I segnali si propaganoliberamente, e.g., radio
Doppino telefonicoTwisted Pair (TP)
Due fili di rame isolatiCategoria 3: cavotelefonico tradizionale,10 Mbps EthernetCategoria 5:100Mbps Ethernet
1: Introduction 29
Physical Media: coax, fiber
Coaxial cable:
Due conduttori concentriciin rame
bidirezionale
Banda fissa:
Cavi a canale singolo
legacy Ethernet
Broadband (banda larga):
Cavi a canale multiplo
HFC
Fiber optic cable:
Fibra ottica che conduceimpulsi luminosi, ogni impulso eun bit
Alata velocita’ operativa:
high-speed point-to-pointtransmission (e.g., 10’s-100’s Gps)
Bassa probabilita’ di errore:ripetitori molto lontani;immune da rumoreelectromagnetico
1: Introduction 30
Physical media: radio
Signale trasmesso nellospettroelettromagnetico
no “wire” cavo fisico
bidirezionale
Effetti di propagazionenell’ambiente:
riflessione
ostacolato dagli oggetti
interferenze
Radio link types:terrestrial microwave
e.g. up to 45 Mbps channels
LAN (e.g., Wifi)2Mbps, 11Mbps, 54 Mbps
wide-area (e.g., cellular)e.g. 3G: hundreds of kbps
satelliteKbps to 45Mbps channel (ormultiple smaller channels)
270 msec end-end delay
geosynchronous versus lowaltitude
1: Introduction 31
Ritardo di trasferimento nelle retia pacchetto
Quattro sorgenti diritardo ad ogni salto
1. Processamento al nodo:Correzione di errore suibit
calcolo link di uscita
2. Attesa in codaAttesa per latrasmissione
Dipende dalla congestionenel router
A
B
Propagazione
Trasmissione
Elaborazionenel nodo Accodamento
1: Introduction 32
Ritardo di trasferimento nelle retia pacchetto (2)
3. Ritardo di trasmissioneR= banda sul link (bps)
L=lunghezza pacchetto(bit)
Tempo per trasmetterepacchetto sul link = L/R
4. Ritardo di propagazione:
d = lunghezza link fisico
s = vel. propagazione nelmezzo (~2x108 m/sec)
Ritardo di propagazionenel mezzo = d/s
A
B
Propagazione
Trasmissione
Elaborazionenel nodo Accodamaento
Attenzione: 3 e 4 sonoquantità diverse!
1: Introduction 33
Ritardo di coda nelle reti apacchetto (3)
R=banda del link (bps)
L=lungh. pacchetto (bit)
a=frequenza (rate) diarrivo dei pacchetti(packets/sec)
Intensità del traffico = La/R
La/R ~ 0: ritardo medio di coda piccolo
La/R -> 1: ritardo medio di coda grande
La/R > 1: più pacchetti di quanti possanoessere smaltiti, il tempo di attesa in codatende a divenire infinito! (in realtà perdita)
1: Introduction 34
Stratificazione protocollare(Protocol “Layering”)Le reti sono complesse!
Molti elementi:
host
router
link fisici dallecaratteristichediverse
applicazioni
protocolli
hardware,software
Domanda:Come organizzare lastruttura della rete?
O almeno la suadiscussione?
1: Introduction 35
Esempio di stratificazione: serviziopostale
Una sequenza di passi
Lettera (consegna)
Controllo destinazione(ufficio postale diorigine)
Consegna a corriere
Consegna a dest.
Controllo destinazione (uff.postale di dest.)
Consegna a ufficiodi destinazione
Spedizione effettiva
1: Introduction 36
Servizio postale: una prospettiva diversa
Strati: ogni strato implementa un servizio
Mediante funzionalità interne
Usando i servizi messi a disposizione dagli strati inferiori
Lettera (consegna)
Controllo destinazione(consegna a corriere)
Corriere
Lettera (cons. a dest.)
Controllo destinazione(ric. da corriere)
Corriere (consegna)
Trasporto (aereo, treno...)
Sorgente Destinazione
1: Introduction 37
Stratificazione del servizio postale
Consegna da mittente a destinatario
Consegna da ufficio postale sorgente a ufficiopostale di destinazione
Trasferimento da sede locale a sededestinazione del corriere
Trasporto
1: Introduction 38
Perché la stratificazione?
I sistemi sono complessi:La stratificazione permette una più facileorganizzazione e individuazione delle funzionalità
La modularità facilita la manutenzione e lamodifica dei sistemi
La modifica dell’implementazione dei servizi resida uno strato è trasparente (non si modifical’interfaccia)
Es., cambiare il corriere non altera ilfunzionamento complessivo del servizio postale
1: Introduction 39
La stratificazione di Internet
application: supporto per le applicazioni direte
ftp, smtp, http
transport: trasferimento dati end-to-endtcp, udp
network: trasferimento di datagrammi dasorgente a destinazione (host-to-host)
ip, routing protocols
link: trasferimento di dati tra elementi direte adiacenti
ppp, ethernet
physical: bit “sul cavo”
application
transport
network
link
physical
1: Introduction 40
Stratificazione: comunicazione logica
applicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
networklink
physical
Ogni strato:distribuito“entità”implementanole funzionalitàdi strato inogni nodoLe entitàeseguono azionie scambianomessaggi con leentità pari(peer entities)
1: Introduction 41
Layering: logical communication
applicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
networklink
physical
data
dataEs.: transport
Preleva dati daapp.Indirizzamento,crea datagrammaInvia ildatagrammaall’entità pari dellato destinazioneAttendi che il peerconfermi ilricevimentoanalogia: ufficiopostale
data
transport
transport
ack
1: Introduction 42
Layering: physical communication
applicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
networklink
physical
data
data
1: Introduction 43
Stratificazione e dati
Ogni strato riceve dati dallo strato superioreAggiunge header e crea nuova unità datiPassa nuova unità dati a strato inferiore
applicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
source destination
M
M
M
M
Ht
HtHn
HtHnHl
M
M
M
M
Ht
HtHn
HtHnHl
message
segment
datagram
frame