Riassunto esame Reti di Calcolatori

Definizioni

• Mezzo trasmissivo e canale
• Banda (Bit Rate)
• Capacità
• Traffico
• Topologia di una rete di telecomunicazione
• Tipi di canale
• Canale punto-punto
• Canale multi-punto
• Canale broadcast
• Topologie a maglia completa
• Topologia ad albero
• Topologia a stella attiva
• Topologia a stella passiva
• Topologia a maglia
• Topologia ad anello
• Topologia a bus
• Bus attivo
• Bus passivo
• Topologia fisica e logica
• Topologia fisica
• Topologia logica
• Topologie e prestazioni
• Trasmissione
• Processo di numerizzazione
• Modi di trasferimento
• Multiplazione
• Multiplazione statistica
• Accesso multiplo
• Condivisione di un nodo
• Commutazione di circuito
• Commutazione di pacchetto
• Ritardi subiti da un pacchetto
• Pacchetto
• Commutazione di pacchetto a circuito virtuale
• Circuiti permanenti e commutati
• Tecniche di segnalazione
• Qualità di servizio
• Sorgenti di informazione
• Sorgenti numeriche
• Sorgenti CBR
• Sorgenti VBR
• Indici di qualità
• Architetture e protocolli
• Protocolli
• Architetture: modello a strati
• Architetture: modello di riferimento OSI
• Architetture di rete
• Strati (o livelli)
• Strato 1: fisico (physical layer)
• Strato 2: collegamento (data link layer)
• Strato 3: rete (network layer)
• Strato 4: trasporto (transport layer)
• Strato 5: sessione (session layer)
• Strato 6: presentazione (presentation layer)
• Strato 7: applicazione (application layer)
• Servizi
• Service Access Point
• Protocolli
• Creazione PDU
• Sistemi
• Protocolli a finestra
• Protezione dagli errori di trasmissione
• Bit di parità
• Codice a ripetizione
• Parità di riga e colonna
• Intestazione pacchetti
• Correzione o recupero?
• ARQ
• Stop and wait
• Canale non sequenziale
• Go back N
• Selective repeat
• Semantica degli ACK
• Significato cumulativo
• Significato selettivo (o individuale)
• Significato negativo (NAK)
• Piggybacking
• Posizioni relative corrette tra WT e WR
• Numerazione PDU (Go-back-N)
• Numerazione PDU (Selective-repeat)
• Efficienza e throughput
• Strato fisico (1)
• Mezzi trasmissivi
• Mezzi trasmissivi elettrici
• Il doppino
• Cavo coassiale
• Mezzi trasmissivi ottici
• Fibra ottica
• Mezzi trasmissivi radio
• Canale radio (mobile)
• Codifiche
• Codifiche unipolari
• Codifiche polari
• Codifiche bipolari
• Codifiche nBmB
• Modulazioni digitali
• Reti di accesso
• DSL e ADSL
• Accesso DSL: il modem
• ADSL: apparati utente
• ADSL: apparati di centrale
• VDSL
• Distanza e velocità
• Passive Optical Networks (PON)
• Reti mobili a banda larga
• Architettura di una rete cellulare (LTE)
• Reti di trasporto
• Trasmissione su reti di trasporto
• Sincronizzazione
• PDH
• SONET/SDH
• Strato collegamento (2)
• Protocolli
• Strato 2 nelle reti pubbliche
• Caratteristiche comuni
• Trasparenza nel trasferimento dati
• Byte stuffing
• Protocollo PPP - RFC 1661
• Incapsulamento
• LCP - Link Control Protocol
• NCP - Network Control Protocol
• Protocollo ATM
• Formato cella ATM
• AAL: ATM Adaptation Layer
• Strato 2 nelle reti private/locali
• IEEE 802.2 LLC
• Formato PDU LLC
• SNAP PDU
• Intestazione SNAP PDU
• Caratteristiche reti locali
• Condivisione di un canale (protocolli per LAN)
• MAC - protocolli ad accesso casuale
• ALOHA
• Slotted ALOHA
• CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
• CSMA/CD (Collision Detection)
• CSMA/CA (Collision Avoidance)
• Standard IEEE 802
• Funzioni strato 2 in reti locali
• Indirizzi
• Indirizzi MAC
• Protocollo Ethernet
• Parametri di progetto
• Ethernet - livello fisico
• Le reti Ethernet oggi
• Hub
• Switch
• Instradamento mediante switch
• Transparent switching
• Address learning
• Frame forwarding
• Spanning tree
• Vantaggi interconnessione LAN
• VLAN: LAN virtuali
• Gigabit Ethernet
• Le reti WiFi
• Architettura 802.11
• Strato fisico
• Strato MAC
• DCF
• Velocità di trasmissione
• Problema: terminale nascosto
• Problema: anomalia delle velocità trasmissive
• Strato rete (3)
• Instradamento
• Algoritmi di instradamento
• Costo
• Algoritmi di instradamento semplici
• Algoritmi di instradamento complessi
• Algoritmi distribuiti - informazione
• Algoritmi link state
• Algoritmi distance vector
• Problema del count to infinity
• Confronto tra algoritmi LS e DV
• Protocollo IP
• IP fragmentation
• IP addressing
• Special addressing
• IP addressing: classful
• IP addressing: subnetting
• IP addressing: classless (CIDR)
• IP addressing: device config
• Funzionamento IP routing
• Longest prefix matching
• Tipi routing table
• Logical IP subnets (LIS)
• Physical network
• Subnets e physical networks
• ARP - Address Resolution Protocol
• ICMP (Internet Control Message Protocol)
• Strato trasporto (4)
• Multiplexing
• Demultiplexing
• Demultiplexing connectionless
• Demultiplexing connection-oriented
• Well-known ports
• TCP TCP sequence numbers
• TCP ACKs
• TCP open/close connection
• TCP flow control
• TCP congestion control
• AIMD (Additive Increase Multiplicative Decrease) o Congestion Avoidance
• TCP slow start
• TCP: reazione alle perdite
• Trasferimento affidabile
• Strato applicazione (7)
• DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
• DNS (Domain Name System)
• Tipi di record DNS
• App di rete
• Architetture delle applicazioni
• Comunicazione tra processi
• Tipi di servizi che può richiedere un'app
• HTTP (Hyper Text Transfer Protocol)
• HTTP request message
• HTTP response message
• Cookie
• Web caches (proxy server)
• Posta elettronica
• Formato mail
• Protocollo POP3

Mezzo trasmissivo e canale

Mezzo trasmissivo mezzo fisico in grado di trasportare segnali tra due o più punti. →

Canale singolo mezzo trasmissivo o concatenazione di mezzi trasmissivi. →

Banda (Bit Rate)

Secondo le:

• Teoria dei segnali ampiezza spettrale di un segnale o di un canale →
• Reti telematiche quantità di dati (bit) per unità di tempo (secondi) →

Capacità

La capacità di un mezzo trasmissivo è la massima velocità trasmissiva dipende dalla → tecnologia con cui sono realizzati trasmettitore e ricevitore.

La capacità di un canale è la capacità del mezzo trasmissivo a bit rate inferiore tra quelli che lo compongono (collo di bottiglia).

Traffico

• Traffico offerto quantità di dati per unità di tempo che una sorgente cerca di inviare in rete →
• Traffico smaltito (throughput) porzione di traffico offerto che riesce ad essere consegnata → correttamente alla destinazione

In generale:

• Throughput ≤ capacità del canale
• Throughput ≤ traffico offerto

Topologia di una rete di telecomunicazione

Definizione di topologia: un insieme di nodi e segmenti che fornisce un collegamento tra due o più punti per permettere la telecomunicazione tra essi.

Si chiama nodo un punto in cui avviene la commutazione.

Si chiama segmento un mezzo di trasmissione o un canale.

Tipi di canale

Canale punto-punto

Due soli nodi collegati agli estremi del canale che viene utilizzato in modo paritetico.

Canale multi-punto

Più nodi collegati ad un unico canale:

• Un nodo master
• Numerosi slave

Canale broadcast

Un unico canale di comunicazione, condiviso da tutti i nodi. L'informazione inviata da un nodo è ricevuta da tutti gli altri. Se i dati trasmessi contengono l'indirizzo del nodo destinazione, realizzo di fatto un punto-punto.

La disposizione di nodi e canali definisce la topologia della rete di telecomunicazione.

Una topologia di rete è definita da un grafo G=(V,A) dove:

• V insieme dei vertici →
• A insieme di archi →

Gli archi possono essere:

• Diretti orientati, unidirezionali →
• Indiretti non orientati, bidirezionali →

Definiamo:

• N = |V| cardinalità dell'insieme dei vertici (nodi) →
• C = |A| cardinalità dell'insieme canali (bidirezionali) (archi) →

Topologie a maglia completa

C = N(N-1)/2

Vantaggio: tolleranza ai guasti (molti percorsi tra i nodi).

Svantaggio: elevato numero di canali.

Viene usata solo quando i nodi sono pochi.

Topologia ad albero

C = N-1

Vantaggio: basso numero di canali.

Svantaggio: vulnerabilità ai guasti (solo un percorso tra due nodi).

È usata per ridurre i costi e semplificare la stesura dei canali.

Topologia a stella attiva

C = N (centro stella non è un nodo)

Vantaggio: basso numero di canali.

Svantaggio: vulnerabilità ai guasti del centro stella.

È usata per ridurre i costi e semplificare la stesura dei canali.

Il centro stella (intelligente) seleziona chi deve ricevere i dati.

Topologia a stella passiva

C = 1 (anche se ci sono N fili)

Vantaggio: basso numero di canali.

Svantaggio: potenzialmente vulnerabile ai guasti del centro stella.

È usata per ridurre i costi e semplificare la stesura dei canali.

Topologia a maglia

N-1 < C < N(N-1)/2

Vantaggio: tolleranza ai guasti e numero di canali selezionabili a piacere.

Svantaggio: topologia non regolare.

Esiste un elevato numero di percorsi alternativi.

È la più usata (internet, telefonia).

Topologia ad anello

Può essere unidirezionale o bidirezionale.

Unidirezionale: C = N/2

Bidirezionale: C = N

È molto usata in reti locali e metropolitane.

In caso di guasto, l'anello bidirezionale assicura la sopravvivenza della rete (a capacità dimezzata).

Topologia a bus

Bus attivo

È un caso particolare di topologia ad albero.

C = N-1

Bus passivo

Equivale ad una topologia a stella passiva senza centro stella.

C = 1

Esiste una sola scelta possibile di percorso tra ogni coppia di nodi. Veniva usata in reti locali e metropolitane. È ormai in disuso (obsoleta).

Topologia fisica e logica

Topologia fisica

Tiene conto del percorso dei mezzi trasmissivi.

(Come è effettivamente costruita)

Topologia logica

Definisce l'interconnessione tra nodi mediante canali.

(Come avviene effettivamente la comunicazione)

Topologie e prestazioni

La scelta della topologia ha ricadute sulle prestazioni di una rete. A pari capacità disponibile sui canali, la quantità di traffico smaltibile da una rete dipende: dalla media della distanza tra ogni coppia di nodi della rete, pesata dalla quantità di traffico scambiata tra i due nodi.

In particolare, per traffico uniforme e topologie regolari, il traffico smaltibile è inversamente proporzionale alla distanza media.

Trasmissione

Può essere di più tipi, comunemente:

• Analogica l'informazione viene trasferita per mezzo di un segnale elettrico continuo, limitato → e di infiniti possibili valori
• Numerica l'informazione viene trasferita per mezzo di un segnale elettrico discontinuo, → limitato e con un numero finito di possibili valori

Altri tipi di trasmissione:

• Parallela l'informazione è trasferita in parallelo (es. 1 byte alla volta) su bus di comunicazione → con segnali di dati e segnali di temporizzazione (clock)
• Seriale l'informazione viene prima serializzata e quindi trasmessa un bit alla volta →
• Asincrona ogni byte di informazioni è trasmesso separatamente dagli altri →
• Sincrona le informazioni da trasmettere sono strutturate in trame →

Processo di numerizzazione

Nelle reti telematiche, l'informazione è trasferita in forma digitale usando segnali:

• Analogici
• Digitali

Se l'informazione originale si presenta in forma analogica (audio, video, ecc.), prima del trasferimento viene convertita in forma digitale usando un processo di numerizzazione.

Il processo ha il seguente funzionamento: analogico → campionamento → quantizzazione → numerico.

Modi di trasferimento

• Condivisione di canale multiplazione e accesso multiplo →
• Condivisione di nodo commutazione →

Multiplazione

Tutti i flussi sono disponibili in un unico punto. →

|------------------------------------------| → →

| CANALE | → →

|------------------------------------------| →

Può essere di 4 tipi:

• Multiplazione di frequenza la separazione è ottenuta usando bande di frequenza diverse →
• Multiplazione di tempo la separazione tra i flussi avviene utilizzando intervalli di tempo diversi →
• Multiplazione di codice la separazione tra i flussi avviene mediante diverse codifiche →
• Multiplazione di spazio

Multiplazione statistica

Le multiplazioni sopra citate possono essere:

• Predeterminate (sulla scala temporale della dinamica delle connessioni)
• Statistica (funzione delle variazioni "istantanee" di traffico)

Accesso multiplo

Se i flussi accedono al canale da punti differenti.

↓ → |-------------- -------------------------| → →

| CANALE | → →

|---- -------------------------- -----| → ↑ ↑ ↑

Condivisione di un nodo

È il processo di allocazione delle risorse di rete necessarie per il trasferimento dell'informazione.

• Commutazione di circuito se i flussi sono continui (es. telefonia) →
• Commutazione di pacchetto e cella se i flussi sono intermittenti (es. trasmissione dati) →

Commutazione di circuito

Un circuito costituisce un collegamento fisico tra i due terminali di utente.

In particolare:

• Il circuito è di uso esclusivo dei due utenti per tutta la durata della comunicazione
• Le risorse sono rilasciate solo al termine della comunicazione, su indicazione degli utenti

Vantaggi:

• Banda costante garantita
• Ritardi di trasferimento costanti
• Trasparenza del circuito (formati, velocità, protocolli)
• Bassi ritardi nell'attraversamento dei nodi

Svantaggi:

• Risorse dedicate a una comunicazione
• Efficienza buona solo per sorgenti non intermittenti
• Tempo di apertura del circuito
• Nessuna conversione di formati, velocità, protocolli
• Tariffazione in base al tempo di esistenza del circuito

Commutazione di pacchetto

Non si allocano risorse per l'uso esclusivo di due o più utenti. È studiata espressamente per sorgenti intermittenti (es. chat).

L'informazione da trasferire è organizzata in unità dati (PDU) che comprendono informazione di utente e di controllo.

Terminologia:

• PDU protocol data unit (unità dati - pacchetto) →
• PCI protocol control information (controllo - header) →
• SDU service data unit (informazione di utente - dati) →

PCI + SDU = PDU

In questo tipo di commutazione:

• I pacchetti sono consegnati alla rete
• Ogni nodo **: →
• Memorizza il pacchetto (non per forza tutto, anche solo l'header per avere le informazioni di inoltro)
• Elabora il pacchetto e determina il canale su cui inoltrarlo
• Mette il pacchetto in coda per la trasmissione sul canale

Questa procedura (quella dei nodi **) viene definita store and forward. →

L'informazione dell'utente può dover essere frazionata in molti pacchetti (di dimensione fissa o variabile).

Vantaggi:

• Utilizzo efficiente delle risorse anche in presenza di traffico intermittente
• Possibilità di controllo di correttezza lungo il percorso
• Possibilità di conversioni di velocità, formati, protocolli
• Tariffazione in funzione del traffico trasmesso

Svantaggi:

• Difficile ottenere garanzie di banda
• Elaborazione di ogni pacchetto in ogni nodo
• Ritardo di trasferimento variabile

Ritardi subiti da un pacchetto

Durante il suo percorso tra sorgente e destinazione, un pacchetto può subire diversi ritardi:

Su ogni canale su cui è trasmesso:

• Ritardo di trasmissione (e di ricezione)
• Ritardo di propagazione

Su ogni nodo di commutazione:

• Ritardo di elaborazione
• Ritardo di accodamento

Esiste un altro ritardo, definito come ritardo di accesso, cioè il ritardo causato dal tempo che intercorre tra il momento in cui il pacchetto è pronto ad essere trasmesso e il momento in cui effettivamente inizia la trasmissione sulla rete.

Pacchetto

Dimensione P di un pacchetto:

• Misurata in bit o byte (PCI+SDU)

Tempo di trasmissione T di un pacchetto:

TX varia da canale a canale à.

Dimensione M (in metri) di un pacchetto su un canale:

M = (velocità della luce) x (tempo di trasmissione T) TX

Commutazione di pacchetto a circuito virtuale

La comunicazione è suddivisa in tre fasi:

• Apertura connessione (segnalazione)
• Trasferimento dati
• Chiusura connessione (segnalazione)

Esiste un accordo preliminare tra i due interlocutori e il fornitore del servizio.

Pacchetti diversi con uguale sorgente e destinazione seguono tutti lo stesso percorso.

Vantaggi rispetto al datagram:

• Mantenimento della sequenza
• Minor variabilità dei ritardi
• Instradamento solo in fase di apertura di connessione

Circuiti permanenti e commutati

PVC: creati tramite il sistema di gestione della rete, non in tempo reale definiscono una rete semi-statica.

SVC: creati su richiesta dell'utente tramite segnalazione della rete, in tempo reale.

Quiz 1

Il processo di store and forward:

• A. Non è MAI eseguito da nodi di una rete a commutazione di pacchetto datagram
• B. È eseg