E.Mumolo. DEEI mumolo@units.it

1. Reti di calcolatore e Applicazioni Telematiche - IntroduzioneLezioni di supporto al corso teledidattico E.Mumolo. DEEI mumolo@units.it

2. Cenni di storia delle reti di calcolatori • Anni 60: Collegamenti seriale su linea telefonica • applicazioni bancarie e aziendali • Problemi: 1.banda passante 2.collegamenti remoti • La soluzione richiede un aumento della complessità: • dai terminali  ai calcolatori Mainframe Linea telefonica (analogica) Terminali Unica applicazione

3. Cenni di storia delle reti di calcolatori • Spinta decisiva: applicazioni militari • 1957 – USSR lancia lo Sputnik I • Stati Uniti colpiti dal successo creano ARPA (Adv. Res. Project Agency) • Inizia lo sviluppo delle reti di calcolatori • rete: un sistema impiegato per connettere più calcolatori tramite una singola tecnologia di trasmissione • internet: insieme di reti connesse medianti sistemi che instradano il traffico tra i calcolatori collegati alle diverse reti

4. Storia delle reti di calcolatori • 1962 MIT: Leonard Kleinrock pubblica il primo articolo sulla teoria packet-switching (idea nuova) • 1965 – primo “wide area network” Collegamento tra Berkeley e MIT • 1967 – pubblicazione di progetti per ARPANET

5. Storia delle reti di calcolatori • 1969 – Interface Message Processor (IMP) – 4 computers (UCLA, SRI, UCSB and UTAH) • 1971 – 23 host computers -15 nodi • 1972 – ARPANET usata da utenti ‘pubblici’ • Primo programma di comunicazione personale: email • 1973: 75% del traffico ARPANET è email • 1973 - University College of London connesso a ARPAnet attraverso un collegamento con la Norvegia (satellite)

6. Storia delle reti di calcolatori • ARPAnet non era la sola rete • SATNET su satellite • Ethernet: reti locali • La vecchia ARPAnet non era adeguata a questo scenario • 1974 – TCP/IP (TransmissionControlProt./Internetwork Protocol) • Ogni rete lavoro in modo autonomo • Un gateway all’interno di ogni rete (grandi computer capaci di rasmettere e indirizzare grandi quantità di dati) • Pacchetti instradati lungo il percorso più veloce • Diversi anni di modifiche e riprogettazione

7. Storia delle reti di calcolatori • 1974/1982 – Si realizzano molte reti: • Telenet – prima versione commerciale di ARPANET • MFENet – ricercatori in MagneticFusion Energy • HEPNet – ricercatori in High Energy Physics • SPAN – ricercatori dello spazio • Usenet – sistema aperto su e-mail e newsgroups • Bitnet – universitari che usano computer IBM • CSNet – Computer Scientists in universities, industry and government • Eunet – versione Europea della rete Unix • EARN – versione Europea di Bitnet

8. Storia delle reti di calcolatori • 1974/1982 Situazione caotica • Tante reti diverse • Tecniche e protocolli diversi coesistono • ARPAnet rappresenta backbone • Il sistema si espande • Miglioramento prestazioni computer (memoria e velocità) • Aumento velocità di trasmissione (fibra ottica) • TCP/IP: • Standard : 1978-1981 • Incluso in Berkeley UNIX nel 1981. • Gennaio 1983: • ARPAnet passa a TCP/IP

9. Storia delle reti di calcolatori • NSFNet (rete ricerca negli Stati Uniti) • Aumento nell’uso di Internet • 1984 – 1,000 utenti … 1990 – 300,000 utenti • 1991: NSFNet permette l’accesso a privati (inizia lo sviluppo di Internet providers privati) • 1994: nasce Hotmail (primo provider di posta elettronica) • World Wide Web (1993...) • ricerca fra pagine con collegamenti ipertestuali • Altavista motore di ricerca per il WWW (Dec1995) • Peer-to-peer (2000...). • File sharing

10. Scopi delle reti di calcolatori • Obiettivi principali dei collegamenti tra calcolatori • Condividere informazione a diverse distanze • Condividere risorse hardware a diverse distanze • Condividere risorse software a diverse distanze • Altri obiettivi • Affidabilità della comunicazione nei confronti dei guasti • Aumentare la velocità di trasmissione • Basso costo • Consentire una facile espansione in distanza e numero di stazioni

11. Classificazione delle reti • Secondo la Tecnologia trasmissiva impiegata • Secondo la Scala dimensionale • Reti personali (PAN)  ordine di 1 m • Reti locali (LAN)  ordine di 10 – 1000 m • Reti metropolitane (MAN)  ordine di 10 Km • Reti geografiche (WAN)  ordine di 100 – 1000 Km • Internet  ordine di 10000 Km • Struttura gerarchica: WAN MAN MAN LAN LAN LAN LAN

12. Classificazione delle reti • Scala dimensionale geografica-planetaria Rete geografica: una sottorete che collega diverse LAN e MAN mediante sistemi di commutazione (Router) Internet: connessione tra reti geografiche diverse mediante Gateway

13. Classificazione delle reti • Secondo la Modalità di trasferimento dati • in una sola direzione (simplex connection) • in due direzioni ma non ontemporaneamente (half-duplex connection) • in due direzioni contemporaneamente (full-duplex connection) • Secondo il tipo di servizi • Orientati alla connessione (connection-oriented) • si stabilisce una connessione • si scambiano informazioni • si rilascia la connessione • Non orientati alla connessione (connection-less) • I dati viaggiano in modo indipendente • Non è detto che arrivino a destinazione • L’ordine di invio non è rispettato in ricezione • Ogni messaggio riporta l’indirizzo di destinazione

14. Ancora sulla Tipologia di servizio • Orientata alla connessione affidabile. Esempio FTP • Non orientata alla connessione affidabile • (acknowledgeddatagram service): si invia un breve messaggio e si vuole essere assolutamente sicuri che sia arrivato • Orientata alla connessione non affidabile: • es. nelle trasmissioni di voce e video sono accettate perdite di dati • Non orientata alla connessione non affidabile • (datagram service): es. distribuzione di posta elettronica pubblicitaria, • Richiesta/risposta: Es. interrogazione di una base di dati Datagramma di richiesta  messaggio di risposta (ack)

15. Classificazione delle reti • Secondo il tipo di Comunicazione Dati • Commutazione di circuito. Esempio: reti telefoniche • Prima di trasmettere dati è necessario stabilire una connessione: creazione di un canale tra chiamante e chiamato (circuito) • Il canale è usato esclusivamente da chi ha attivato la connessione • I commutatori sul percorso tra mittente e destinatario mantengono lo stato della connessione per tutta la durata della comunicazione • Commutazione di pacchetto. Esempio: Internet • il mittente spezza i messaggi in piccoli pacchetti. Ogni pacchetto viaggia alla massima velocità consentita dal canale fisico. • Problemi: • Dovuti ai buffer di trasmissione/ricezione: Ritardo – Congestione – Perdita di pacchetti • Dovuti al modo di trasmissione: ordina casuale di pacchetti • Vantaggi: efficienza (correzione d’errore, uso della banda)

16. Classificazione delle reti • Secondo la tecnologia trasmissiva • Broadcast • Le reti broadcast sono dotate di un unico "canale" di comunicazione che è condiviso da tutti gli elaboratori. • Il pacchetto trasmesso contiene l’indirizzo del destinatario • Indirizzo di broadcast : il pacchetto viene diretto a tutti • Punto a punto • Connessioni fra coppie di elaboratori. • I pacchetti non passano tra tutti i calcolatori ma attraverso sistemi intermedi • Wireless

17. Classificazione delle reti • Secondo la Topologia della rete. La Topologia determina: • Dimensione e forma della rete • Numero massimo di stazioni collegabili • Numero di linee e lunghezza del cavo • In definitiva: determina costi-affidabilità-espandibilità-complessità della rete • Topologia a stella • Modalità punto-punto: • Vantaggi: • Prestazioni (assenza di contesa) • Semplicità del protocollo • Facilità di controllo • Svantaggi: • Possibilità di sovraccarico nodo centrale • Affidabilità dipende dal nodo centrale • Lunghezza dei cavi

18. Classificazione delle reti-topologia • Topologia ad anello • Collegamento delle stazioni in una configurazione circolare • Collegamento punto-punto • Vantaggi: • Possibilità di coprire elevate distanze (ogni stazione rigenera il segnale) • Ideale per le fibre ottiche • Semplicità • Alto carico • Svantaggi: • Limitata flessibilità • Scarsa affidabilità • Aggiunta di una reteinterruzione della rete • Normalmente si usa la tecnica degli anelli controrotanti • Svantaggio: raddoppio della lunghezza dei cavi

19. Classificazione delle reti-topologia • Topologia a maglia (completamente connessa e non) • Pregi • Affidabilità delle trasmissioni • Difetti • Ridondanza

20. Classificazione delle reti-topologia • Topologia ad albero • Realizzata con dispositivi di interconnessione (tipicamente HUB) • Vantaggio: espandibilità • Svantaggi: lunghezza cavi- affidabilità • Topologia a bus • Pregi • un guasto ad un host non interrompe la trasmiss. • Semplice, economico, estendibile • Difetti • ogni computer può intercettare le comunicazioni altrui • Diminuzione delle prestazioni per elevato traffico

21. Topologia logica-fisica • La topologia fisica descrive la dislocazione spaziale • La topologia logica descrive come avviene il flusso di dati attraverso una determinata dislocazione spaziale • Topologia ad anello: richiede particolari cure per aumentare l’affidabilità • Fisicamente a stella ma logicamente ad anello • Fisicamente ad albero ma logicamente ad anello • Fisicamente a bus ma logicamente ad anello

22. Enti per la Standardizzazione • American National Standard Institute (ANSI) - privato • International Electromechanical Commission (IEC) - privato • International Telecommunications Union (ITU) - pubblico • Electronic Industries Association (EIA) - privato • Telecommunications Industry association (TIA) - privato • Internet Engineering Task Force (IETF) - privato • Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) - privato • International Organization for Standardization (ISO) - pubblico • National Institute for Standards and Technology (NIST) – pubblico • PPTT - pubblico

23. Struttura del software di rete • Organizzazione a livelli • Ogni livello si occupa di particolari compiti • Fornisce servizi ai livelli superiori • Protocolli di livello n

24. messaggio filosofo Informazione per il traduttore traduttore Informazione per la segretaria segretaria

25. Header, Trailer e frammentazione Aggiunta header Frammentazione

26. Relazione servizi-protocollo • L'insieme dei livelli e dei relativi protocolli è detto architettura di rete Servizio fornito dal livello k Protocollo

27. Interfacce • L’accesso ai servizi di un livello è realizzato attraverso i SAP (Service Access Point) • Ogni SAP ha un indirizzo attraverso il quale è possibile individuarlo • L’informazione passata attraverso i livelli: Protocol Data Unit (PDU). Per uno specifico livello n è detta n-PDU • Quando una n-PDU entra in un livello è detta SDU (Service Data Unit) • Ad essa viene aggiunta una PCI (Protocol Control Information) e diventa una (n-1)-PDU da passare al livello n-2

28. Interfacce Livello N+1 IDU=Service Data Unit dati oggetto del servizio PCI=Protocol Control Information aggiunta del protocollo PDU=Protocol Data Unit ICI=Interface Control Information parametri di controllo inerenti alla richiesta di servizio IDU=Interface Data Unit dati passati IDU PCI SDU ICI Livello N PDU ICI IDU PCI SDU ICI Livello N -1

29. Il modello di riferimento OSI

30. Il modello OSI vs. il modello TCP/IP Non presenti nel modello Non presenti nel modello

31. Esempio della architettura di Internet Utente

32. Ethernet • Architecture of the original Ethernet. Architettura originale di Ethernet

33. Overview del livello fisico • Compito di questo livello è quello di consentire la trasmissione di sequenze di bit su un canale di comunicazione (mezzo di trasmissione)

34. Overview del livello data link • Compito di questo livello è quello di far apparire, al livello superiore, il mezzo trasmissivo come una linea di trasmissione esente da errori di trasmissione. Aspetti importanti: • framing: aggiunta di delimitatori alla sequenza grezza di bit • scelta dei delimitatori • gestione di errori di trasmissione • controllo di flusso • controllo dell’accesso al mezzo di trasmissione condiviso • indirizzamento fisico

35. Overview del livello di rete • Compito di questo livello è garantire il corretto ed ottimale funzionamento della sottorete di comunicazione. Aspetti importanti: • Instradamento per ogni pacchetto • Gestione della congestione • Indirizzamento logico • Conversione dei dati nel passaggio fra una rete ed un'altra con diverse caratteristiche:

36. Overview del livello trasporto • Compito di questo livello è quello di suddividere i dati provenienti dal livello superiore in pacchetti (segmenti) e trasmetterli in modo efficiente usando il livello rete ed isolando da questo i livelli superiori. Aspetti importanti: • segmentazione e riassemblaggio • creazione di connessioni di livello rete • controllo del flusso end-to-end • gestione degli errori

37. Overview del livello sessione • Ha il compito di permettere il dialogo tra programmi applicativi in esecuzione su computer diversi attraverso la creazione di una sessione controllo del dialogo. • Aspetti importanti: • Instaurazione della connessione con la peerentity • Interruzione del dialogo e ripresa da un particolare punto di sincronizzazione • Abbattimento della connessione e determinazione del tipo di scambio (half o full duplex) • Determinazione di punti di sincronizzazione all’interno del flusso dei dati

38. Overview del livello presentazione • Consente lo scambio dei dati tra macchine diverse in modo intelligibile attraverso la definizione di un formato comune di rappresentazione dei dati. • Aspetti importanti: • Traduzione • Cifratura • Compressione

39. Overview del livello applicazione • Fornisce un insieme di protocolli che operano a stretto contatto con le applicazioni • Applicazioni comuni: • Trasferimento di file • Terminale virtuale • Scambio di messaggi di posta elettronica • Gestione remota dei processi • Recupero di informazioni multimediali

40. Interconnessione di reti