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A cura di: Campi Aldo
Rif.PA. 2017-7220/RERBiennio 2017/2019
Progetto 1 Edizione 1
Modulo: Basi di programmazione e telecomunicazione
UF 05
FONDAZIONE ISTITUTO TECNICO SUPERIORE MECCANICA, MECCATRONICA, MOTORISTICA E PACKAGING
Sede di BOLOGNA
“TECNICO SUPERIORE DEI SISTEMI DI CONTROLLO NELLA FABBRICA DIGITALE”
In collaborazione con:
(Eventuale logo azienda
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Compiti dello strato di rete
• Trasportare informazioni da mittente a
destinatario
• Nodo di rete
– Apparato dotato di interfacce verso uno o più
collegamenti, in grado di trasportare uno o più canali
di comunicazione
• Commutazione
– Il nodo di rete reperisce le risorse (canali di
comunicazioni) necessarie al trasferimento
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Topologie di rete e commutazione
Rete a maglia completa•Collega – 1 a 1 tutti gli utenti
La commutazione viene svolta solamente nel nodo di accesso •(terminale)
Complessità eccessiva per reti di dimensioni medio/grandi•
Rete commutata•Terminali e nodi di transito–
Il terminale deve reperire il collegamento/canale verso il nodo •di transito
I nodi di transito devono concorrere a reperire risorse al fine •di realizzare il trasferimento dell’informazione fra sorgente e destinazione
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La commutazione
• Tipicamente i nodi di commutazione hanno più interfacce
di rete
– Dato un flusso informativo il loro compito è quello di scegliere
la/le interfacce di uscita su cui ritrasmettere le informazioni
• Commutazione = funzione di collegamento di una linea di
ingresso con una o più di uscita opportunamente scelte
• Le due tecniche di commutazione usate tradizionalmente
nelle reti e ora più diffuse sono
– Commutazione di circuito
– Commutazione di messaggio o di pacchetto
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Commutazione di circuito
La rete crea un canale di comunicazione •
dedicato fra due terminali che vogliono
colloquiare
Circuito di comunicazione–
Il circuito è riservato ad uso esclusivo dei •
terminali chiamante e chiamato
Esiste quindi un ritardo iniziale dovuto al tempo •
necessario per instaurare il circuito
dopo di ciò la rete è trasparente (è garantita la –
trasparenza temporale) per l'utente ed equivale ad un
collegamento fisico diretto
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Fasi della comunicazione
• Instaurazione del circuito
– Prima che i segnali di utente possano essere
trasmessi la rete deve instaurare un circuito fra
terminale chiamante e terminale chiamato (circuito
end-to-end).
– Richiede un’opportuna segnalazione.
• Dialogo
– I due terminali si scambiano informazioni utilizzando il
circuito dedicato.
• Disconnessione del circuito
– Al termine del dialogo il circuito deve essere rilasciato,
al fine di poter essere utilizzato per altre chiamate.
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Pro e contro
• Pro
– il circuito è dedicato e garantisce sicurezza ed
affidabilità
– è garantita la trasparenza temporale
– le procedure di controllo sono limitate ad inizio e fine
chiamata
• Contro
– se le sorgenti hanno un basso tasso di attività il
circuito è sottoutilizzato,
– la capacità del canale è fissata dalla capacità del
circuito e non si può variare.
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Commutazione di messaggio o pacchetto
• Trasporta informazioni in forma numerica
• Le informazioni di utente sono strutturate in messaggi
unitamente ad opportune informazioni di segnalazione
– indirizzamento,verifica della correttezza delle informazioni, ecc.
• Commutazione di Pacchetto:
– i messaggi vengono suddivisi in sotto-blocchi di lunghezza
massima prefissata detti pacchetti, per motivi
• Di linea: evitare frammenti troppo lunghi in relazione al rumore
• Di rete: limitare i tempi medi di attesa nei nodi
• I messaggi o i pacchetti vengono trasmessi da un nodo di
commutazione all'altro utilizzando in tempi diversi risorse
comuni
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Tecniche di commutazione di pacchetto
• Circuito virtuale (connection oriented)– scambio delle informazioni preceduto da una procedura di
segnalazione (apertura) durante la quale viene stabilito il percorso dei pacchetti da origine a destinazione
– a tale percorso viene associato un numero di circuito virtuale
– tutti i pacchetti di dati seguono lo stesso percorso,
– contengono solamente il numero di circuito virtuale.
• Datagramma (connectionless)– ogni pacchetto viene gestito e instradato in modo indipendente,
senza relazione con pacchetti precedenti o successivi, anche appartenenti alla stessa connessione
– ogni pacchetto porta tutte le informazioni di indirizzamentonecessarie per raggiungere la destinazione finale
– pacchetti diversi di una stessa connessione possono seguire percorsi diversi e quindi avere tempi di percorrenza diversi
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Pro e contro
• Pro
– L'efficienza nell'utilizzazione dei collegamenti è
maggiore, poiché la stessa linea è condivisa in modo
dinamico da più chiamate
– La rete può supportare diverse velocità ed effettuare
anche conversioni tramite memorizzazione.
– È facile implementare meccanismi per il controlo
dell’errore (trasparenza semantica)
• Contro
– È difficile garantire un predeterminato tempo di
transito, quindi è poco adatta per servizi di tipo real
time
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Modello del nodo di commutazione a pacchetto
Tabella di instradamento
Funzione
di instradamentoLinee di
ingresso
Linee di
uscita
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Store-and-Forward
Il pacchetto entrante è verificato e memorizzato•
Si estraggono le informazioni di instradamento •
dall’intestazione (indirizzo, priorità, classe di servizio)
Si confrontano queste informazioni con la tabella di •
instradamento
Identificando una o più uscite su cui inviare il pacchetto–
Il pacchetto è inserito in quella di uscita, in attesa della •
effettiva trasmissione
Il pacchetto viene prima memorizzato interamente nel
nodo e quindi ritrasmesso nella direzione opportuna
Deve esistere una base dati per il confronto che è la
tabella di instradamento o di routing
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Il trasferimento dei datagrammi IP
Il nodo di commutazione ha due componenti funzionali distinte
Instradamento (routing)
• Creazione di tabelle di instradamento tramite:
– scambio di informazioni tra router (protocolli di routing)
– elaborazione locale (algoritmi di routing)
Inoltro (forwarding)
• Algoritmo di forwarding
– lettura dell’intestazione IP ed estrazione dell’indirizzo di destinazione
– consultazione della tabella di instradamento (table look-up)
– identificazione dell’interfaccia di uscita su cui inviare il datagramma
• Commutazione vera e propria (Switching)
– trasferimento fisico dei datagrammi da ingresso a uscita
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Routing: implementazione
• L’implementazione della funzione di forwarding
dipende dal costruttore del router
La funzione di routing deve invece essere •
standard al fine di avere coerenza nel
comportamento dei router
La funzione di routing si avvale di:•
algoritmi di routing–
usati per il calcolo delle tabelle di instradamento note le •
informazioni sulla topologia della rete
protocolli di routing–
usati per lo scambio delle informazioni sulla topologia della •
rete necessarie per applicare l’algoritmo
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Routing: piano di utente e di controllo
• L’instradamento è una delle funzioni dello strato
di rete
– dal punto di vista dell’utilizzo della rete (piano di
utente) i router implementano le funzionalità fino allo
strato di rete
• I protocolli di routing si basano su uno scambio
di informazioni tra applicazioni
– dal punto di vista del controllo della rete (piano di
controllo) i router implementano anche funzionalità di
livello superiore (sono calcolatori specializzati)