Sistemi e Tecnologie della Comunicazione

1. Sistemi e Tecnologie della Comunicazione Lezione 1: introduzione e generalita’ sulle reti di trasmissione dati

2. Informazioni generali Docente: Alessandro Brunengo e-mail: alessandro.brunengo@ge.infn.it telefono: [010-353] 6317 lab: Dipartimento di Fisica, PF1, L107 orario preferenziale: prendere appuntamento Sito del corso: http://www.ge.infn.it/~brunengo/STC

3. Informazioni generali • Orario delle lezioni: • mercoledi’ ore 14-16 aula 711 • venerdi’ ore 9-11 aula 711 • Valutazione: • prova orale • 20-30 minuti, 3 domande • non e’ prevista una prova intermedia • Esami in date da definire (appelli a giugno, luglio, settembre, gennaio, febbraio)

4. Testi di riferimento • Lucidi delle lezioni (sul sito del corso) • A. S. Tanenbaum, “Reti di calcolatori”, IV ed., Prentice Hall • W. Stallings, “Trasmissione dati e reti di computer”, Jackson • Note: i lucidi costituiscono solo una traccia; la lettura del testo di riferimento e’ essenziale

5. Programma • Generalita’ sulle reti di comunicazione • Architettura delle reti e modelli di riferimento (OSI, TCP/IP) • Phisycal Layer • Funzionalita’ del livello fisico • Caratterizzazione di dati, segnali, trasmissione • Serie e trasformate di Fourier • Caratterizzazione del segnale in frequenza • Caratterizzazione del canale • Alterazione delle trasmissioni dati • Trasmissione dei segnali e codifica dei dati • Multiplexing • Mezzi trasmissivi

6. Programma (2) • Data Link Layer (connessioni punto-punto) • Funzionalita’ del livello di data link • Framing • Checksum e controllo errori • Gestione della trasmissione • Controllo di flusso • Esempi di protocolli

7. Programma (3) • Data Link Layer (connessioni broadcast) • Protocolli di accesso al canale • Protocolli Ethernet • Altri protocolli • LAN Wireless • Bridging e switching • Virtual LAN

8. Programma (4) • Network Layer • Funzionalita’ del livello di rete • Algoritmi di routing • Routing gerarchico • Routing multicast e broadcast • Controllo congestione • Tunneling • Network Layer in TCP/IP • IP: struttura del pacchetto ed indirizzamento • ICMP • ARP/RARP/BOOTP • Protocolli di routing (RIP/OSPF/BGP) • IPV6 (cenni)

9. Programma (5) • Transport Layer • Funzionalita’ del livello di trasporto • Indirizzamento • Connessione • Controllo di flusso • Il trasporto in TCP/IP (Protocolli TCP ed UDP)

10. Programma (6) • Cenni sullo sviluppo di Internet • Cenni sulla struttura della rete di Dipartimento e della rete Universitaria • Cenni sulla struttura della rete di ricerca nazionale ed internazionale

11. Generalita’ sulle reti • Esigenza emergente nel XX secolo: raccolta, trasferimento, archiviazione ed accesso ad informazioni (di tutti i tipi) • Le reti di comunicazione • telefono • radio • televisione • Le reti di computer • mainframe e terminali, workstation, personal computer • distribuzione del calcolo e dei dati • interconnessioni locali e geografiche • Convergenza della rete di comunicazione verso la rete di computer • digitalizzazione di voce e video

12. Scopi ed applicazioni delle reti di calcolatori • Condivisione delle risorse • stampanti, scanner, fax, programmi, dati • Accesso a risorse centralizzate • potenza di calcolo, database, area di storage, accesso alla rete esterna, modelli client-server • Comunicazione tra collaboratori • e-mail, chat, phono e videoconferenza, lavagna virtuale • Affidabilita’ e performance • ridondanza dei servizi condivisi • distribuzione del carico su piu’ server • Scalabilita’

13. Evoluzione verso i servizi • Servizi bancari/economici/finanziari • acquisti, fatturazione, operazioni bancarie • Servizi di accesso ad informazioni • riviste, giornali, biblioteche, World Wide Web • Comunicazione tra individui • posta elettronica, video conferenza, chat, newsgroup • Intrattenimento • video on demand, giochi distribuiti la rete arriva fino a casa

14. Reti e sistemi distribuiti • Una rete di computer e’ un insieme di calcolatori interconnesso • L’accesso ad una risorsa remota presuppone la connessione esplicita verso un applicativo specifico su un calcolatore della rete (es. terminale remoto, file transfer) • Un sistema distribuito e’ un sistema di calcolatori (interconnesso) e software, che appaiono all’utente come una unica risorsa • L’esistenza di diversi calcolatori e’ resa trasparente all’utente tramite software (e hardware) opportuno (es. database, WWW)

15. Componenti di una rete • Calcolatori dedicati alla esecuzione dei programmi utente (host o end system) • Sistema di interconnessione degli host (sottorete), costituito da • linee di trasmissione (canali) • cavi in rame, fibre ottiche, canali radio, infrarossi • elementi di commutazione (IMP:Interface Message Processor, Intermediate System) • a seconda delle funzioni si indicheranno come hub, bridge, router, gateway

16. Caratteristiche di una rete • Velocita’ di trasmissione • Affidabilita’ • Flessibilita’ • Scalabilita’ • Costi

17. Unita’ di misura • bit: quantita’ minima di informazione (0 o 1) • byte: insieme di 8 bit • carattere: gruppo di bit costituente una informazione unitaria (generalmente pari a 1 byte) • velocita’ di trasmissione dei dati: • b/s = 1 bit al secondo (anche bps) • Kb/s = 1000 b/s (Kbps) • Mb/s = 1000 Kb/s (Mbps) • Gb/s = 1000 Mb/s (Gbps) • velocita’ di trasmissione dei simboli: • baud = 1 simbolo al secondo • se 1 simbolo trasporta N bit di informazione, 1 baud = N b/s

18. Unita’ di misura (2) • Misure di tempo • secondo (s): misura base • millisecondo (ms): 0.001 s ( s) • microsecondo (µs): 0.001 ms ( s) • nanosecondo (ns): 0.001 µs ( s) • picosecondo (ps): 0.001 ns ( s) • Misure di occupazione disco: • kilobyte (KB): bytes (1.024 bytes) • megabyte (MB): bytes (1.048.576 bytes) • gigabyte (GB): bytes (1.073.741.824 bytes) • terabyte (TB): bytes

19. Hardware di rete • Le reti si possono classificare in categorie in funzione di: • tecnologia trasmissiva: si distinguono • reti broadcast, in cui gli oggetti connessi in rete condividono lo stesso mezzo trasmissivo (lo stesso canale) • reti punto a punto, in cui ogni canale connette direttamente tra loro solo due oggetti per ciascuna tecnologia esistono diverse topologie, cioe’ diverse configurazioni di interconnessione tra gli apparati (host e IMP) • dimensione: si distinguono • LAN (Local Area Network): ufficio, edificio, campus • MAN (Metropolitan Area Network): citta’, regione • WAN (Wide Area Network): nazione, continente • Internetwork: interconnessioni di reti diverse (copre l’intero pianeta)

20. Topologie broadcast

21. Reti broadcast • La trasmissione dei dati di un host raggiunge sempretutti gli altri. Sono possibili: • trasmissioni unicast (verso un singolo host) • trasmissioni multicast (verso gruppi di host) • trasmissioni broadcast (per tutti gli host connessi) • Protocolli semplici, alta affidabilita’ • in alcuni casi pero’ una stazione puo’ bloccare l’intera rete • Va gestito il problema della allocazione del canale • Frequente nelle reti di piccole dimensioni (LAN)

22. Topologie per reti punto a punto

23. Reti punto a punto • Fino ad alcuni anni fa, utilizzata solo nelle reti di grandi dimensioni; ora alcune topologie (albero) sono diffuse anche per reti di piccole dimensioni • Nelle topologie non completamente interconnesse va gestito il recapito dei dati dalla sorgente alla destinazione tramite l’inoltro a nodi intermedi, eventualmente attraverso cammini multipli

24. Reti locali (LAN) • Reti che coprono un edificio o un campus (fino a qualche Km), tipicamente di proprieta’ e gestite da una unica organizzazione (private) • In passato quasi esclusivamente di tipo broadcast – ora realizzate anche con topologie a stella e ad albero • Velocita’ trasmissive elevate (da 10 Mb/s a 10 Gb/s) a basso costo • Bassi tassi di errori trasmissivi • Esempi di protocolli: • Ethernet/Fast Ethernet/Gigabit Ethernet/10GE (bus ed albero) • FDDI (anello e doppio anello) • Token bus e token ring (bus ed anello) • IEEE 802.11 (wireless: trasmissione radio)

25. Reti metropolitane (MAN) • Le reti metropolitane coprono distanze dell’ordine di decine di Km (tipicamente una citta’) • Spesso sono una evoluzione in crescita di una o piu’ reti locali, con topologie tipiche di una rete geografica ma protocolli tipici di una rete locale • generalmente di proprieta’ di una singola organizzazione • a livello di gestione la MAN e’ controllata in modo omogeneo da una singola organizzazione (come le LAN)

26. Reti geografiche (WAN) • Copertura di aree estese (una regione, una nazione, un continente, il pianeta) • Topologie punto a punto • Tassi di errore piu’ elevati (ma in calo con lo sviluppo della tecnologia) • Velocita’ in passato piu’ basse che nelle LAN, ma lo sviluppo della tecnologia ha reso possibili velocita’ paragonabili o superiori (a costi elevati) • Costituiscono spesso la sottorete di interconnessione tra reti locali • Generalmente costituita da linee pubbliche

27. Interconnessione di reti • Per interconnessione di reti (internet) si intende un insieme di reti (LAN, MAN, WAN) di diverse organizzazioni, potenzialmente differenti nella struttura e nelle tecnologie utilizzate, tra loro interconnesse. • L’interconnessione e’ realizzata attraverso opportune apparecchiature (gateway) capaci di convertire all’occorrenza i protocolli di una rete nei protocolli dell’altra • Il termine Internet definisce la internet globale che tutti conoscono

28. Standardizzazione • Una tecnologia di interesse prima o poi viene prodotta a livello industriale • L’esistenza di diversi produttori con implementazioni indipendenti ed incompatibili genera caos • La definizione di standard e’ indispensabile: • per poter far cooperare oggetti di produttori diversi • perche’ aumenta il mercato dei prodotti che aderiscono allo standard • Esistono standard de jure e de facto

29. ITU International Telecommunication Union • Nasce come esigenza di definire uno standard per le telecomunicazioni tra i diversi paesi gia’ nel 1865 (prima telegrafia, poi telefonia) • Nel 1947 diviene organismo delle Nazioni Unite • Diviso in tre settori: • ITU-R (comunicazioni radio) • ITU-T (telecomunicazioni, noto fino al 1993 come CCITT) • ITU-D (ricerca e sviluppo)

30. ITU (2) • Costituito essenzialmente da governi nazionali e membri di settore (societa’ telefoniche, produttoridi hardware, produttori di servizi nel settore) • Ministreo delle Comunicazioni, FastWeb, Alcatel, TIM, Telecom Italia, Vodafone Omnitel, Wind • Produce delle raccomandazioni (suggerimenti che i governi possono adottare o meno) ma spesso diventano standard riconosciuti • Esempi: • V.24 (EIA RS-232): comunicazione via porta seriale • CCITT X.25: standard per la comunicazione dati di tipo circuit switching • V.90: standard per la comunicazione via modem a 56 Kbps

31. ISO International Standard Organization • Organizzazione che produce e pubblica gli standard internazionali (su tutto) • Membri: gli organismi di standardizzazione nazionali dei paesi membri (89 nel 2004) • ANSI (USA) uno dei membri principali • UNI (Ente Nazionale Italiano di Unificazione) per l’Italia • L’ISO e’ membro dell’ITU

32. IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers • La piu’ grossa organizzazione professionale del mondo • Sviluppa ricerca e produce standards nei settori di ingegneria elettrica e computers • I suoi standard spesso vengono adottati come standard internazionali. Ad es., sulle reti locali: • IEEE 802.3 (Ethernet) ⇨ ISO 8802-3 • IEEE 802.5 (Token ring) ⇨ ISO 8802-5 • IEEE 802.11 (Comunicazione wireless) ⇨ ISO 8802-11

33. Standard di Internet • Molti degli standard adottati in Internet sono un esempio di standard de facto • Alla creazione della prima rete embrionale Arpanet e’ stato creato un comitato per la sua supervisione (IAB: Internet Activities Board) • In seguito all’ampliamento della rete si trasforma in organismo per “orientare gli sviluppatori” con nuovo acronimo (Internet Architecture Board) • I rapporti tecnici che produce si chiamano RFC (Request For Comment), numerati sequenzialmente. Non hanno formalmente valore di standard, ma di fatto lo sono. • Con la realizzazione di Internet l’informalita’ della gestione non regge piu’: vengono creati due organismi: • IRTF (ricerca a lungo termine) • IETF (soluzioni rapide a problemi specifici) • Infine e’ stata creata la Internet Society, che elegge i membri di IAB. E’ piu’ una associazione di interessati che un organismo di standardizzazione.