Appunti di Reti

RETI

Introduzione

Standard di rete

Le telecomunicazioni senza standard non hanno alcun senso di esistere: infatti se non ci si mette

d’accordo prima di avviare una qualsiasi tipo di comunicazione sui protocolli da seguire per

intraprenderla, sarà del tutto impossibile riuscire a comprendersi.

I principali standard per quanto riguarda il mondo delle reti informatiche sono definiti da:

ITU (International Telecomunication Union) => Ente di standardizzazione legalmente riconosciuto

(ONU) che regola il funzionamento delle reti di telecomunicazione. Gli standard ITU si chiamano

“recommendation”.

IETF (Internet Engineering Task Force) => Ente di standardizzazione di fatto (non legalmente

riconosciuto) che definisce i protocolli regolanti il funzionamento di internet. Gli standard IETF

sono chiamati RFC, “Request for comment”. Il motivo di tale nominativo è collegato a ragioni

storiche. Quando il lontano antenato dell’odierno Internet, ARPANET era in via di sviluppo, diversi

accademici americani stavano lavorando alla sua creazione. Nelle fasi iniziali del progetto si

inviavano tra loro delle proposte relative agli standard da utilizzare nelle comunicazioni chiedendo

agli altri di commentarle per sapere se potessero andare bene o meno. Ancora oggi gli ingegneri o

gli esperti informatici possono pubblicare dei memorandum, sotto forma di RFC, per esporre nuove

idee o semplicemente delle informazioni che una volta vagliati dall'IETF possono diventare degli

standard Internet.

NOTA: Un dispositivo, un protocollo o qualsiasi altro elemento fisico o di natura software che non

rispetta gli standard ITU non è a norma di legge ed il suo utilizzo rappresenta un reato, mentre gli

standard IETF possono essere violati da un punto di vista legale (anche se nella stragrande

maggioranza dei casi questo comporta che l’oggetto chiamato in causa non sia in grado di essere

parte attiva della rete).

Definizioni

Comunicazione → Trasferimento d’informazione secondo convenzioni prestabilite.

Telecomunicazione → Qualsiasi trasmissione e ricezione di segnali che rappresentano segni,

scrittura immagini e suono, informazioni di qualsiasi natura, attraverso cavi, radio o altri sistemi

ottici ed elettromagnetici (da questa def. sembra però che le telecomunicazioni finiscano a livello

fisico, così non è...).

ESEMPIO 1

Gli apparecchi telefonici sono terminali utente

collegati ad una rete (generalmente a commutazione di

circuito) che fornisce servizi di telecomunicazione. Il

servizio è la telefonia.

ESEMPIO 2

La rete internet opera invece a commutazione di pacchetto.

Commutazione di circuito VS commutazione di pacchetto

Fissato un determinato percorso fisico tra i due Ad ogni passo percorso dai singoli pacchetti di

end-point prima dell’inizio della comunicazione rete, il nodo della rete valuta dove inoltrare gli

esso viene mantenuto per tutta la durata della stessi al fine di raggiungere l’end point. Di

stessa. conseguenza il percorso virtuale da seguire

viene ricalcolato passo passo ed i pacchetti di

una stessa comunicazione fra due terminali

possono percorrere strade diverse per arrivare

alla stessa destinazione.

Per servizi e applicazioni intendiamo tutto ciò che vediamo della rete come utenti. La rete supporta

il servizio tramite opportune funzioni.

Servizio di telecomunicazione → ciò che viene offerto da un gestore pubblico o privato ai propri

clienti al fine di soddisfare una specifica esigenza di telecomunicazione.

Funzioni in una rete di telecomunicazione→ operazioni svolte nella rete al fine di offrire i servizi.

ESEMPI (funzioni di rete)

Sollevando il telefono (o schiacciando il tasto verde sul cellulare) si indica alla rete l’inizio

• di una procedura di chiamata;

Cliccando su un link in un browser si indica alle funzioni di rete del proprio host di scaricare

• un nuovo elemento (pagina web, video, immagine, documento,…);

Trasmissione → il trasferimento di segnali che supportano informazione da un punto a uno o più

altri punti.

Commutazione → il processo di interconnessione di unità funzionali, canali di trasmissione o

circuiti di telecomunicazione per il tempo necessario al trasferimento delle informazioni.

Segnalazione → lo scambio di informazioni che riguardano l’apertura, il controllo e la chiusura di

connessioni e la gestione di una rete di telecomunicazione.

I SERVIZI possono essere classificati in base a scelte “qualitative” (basata sulle caratteristiche

macroscopiche del servizio che vogliamo fornire):

orientati alla connessione o meno (se un servizio per sua natura in qualche modo ha bisogno

• prima dell’inizio della trasmissione di una connessione tra le parti che comunicheranno, la

telefonia è un es. di servizio orientato alla connessione perché prima di iniziare

effettivamente a fruire del servizio stabilisco una connessione con l’altro end-point; un

servizio NON orientato alla connessione invece prevede di inviare in rete dell’informazione

“non curante” del fatto che l’altro/gli altri terminali della comunicazione effettivamente lo

ricevano, la transazione in taluni casi ne è un esempio: se il DBMS risponde

all’interrogazione bene, altrimenti so che il servizio non è disponibile, ad ogni modo non ho

bisogno di stabilire una connessione prima);

diffusivi/interattivi (servizio diffusivo → servizio fornito a tutti e indipendente dal numero

• di utenti connessi al canale in uno specifico momento(TV), servizio interattivo → nel canale

di comunicazione c’è un’interazione fra le due parti, fra utente e servizio);

conversazionali o meno (servizio conversazionale ho bisogno di un canale di comunicazione

• almeno full duplex (altrimenti multicast) nella quale tutti gli utenti possono parlare tra di

loro contemporaneamente e l’informazione può scorrere in maniera multipla sui circuiti di

comunicazione con una latenza ridotta al minimo (nel caso della telefonia il messaggio

dovrebbe arrivare all’altro capo in 100-150ms) );

multimediali o monomediali (per definizione fortemente legato ai sensi utilizzati dalla

• persona per fruire del servizio offerto dalla rete, concetto andato un po’ perdendosi dal

momento che al giorno d’oggi le telecomunicazioni avvengono principalmente per mezzo di

dati binari trasferiti da un computer all’altro; in origine monomediale corrispondeva a solo

video o audio e multimediale la combinazione tra le due, la definizione si è evoluta al punto

tale che la telefonia su rete a pacchetti alcuni la chiamano multimediale e il banale

trasferimento di file monomediale → sunto classificazione mono/multimediale un po’

“fantasiosa” e non così significante);

servizi di base / aggiuntivi (es. servizio di base → telefonia, servizio aggiuntivo alla

• telefonia → segreteria, un servizio aggiuntivo quindi, per definizione, non avrebbe senso di

esistere senza il servizio di base); N.B.

Trasferimento di un file interattivo perché tradizionalmente viene prima selezionato il file e poi ne

viene richiesta la trasmissione.

N.B.(2) Radio e TV sono orientati alla connessione perché prima di fruire del servizio c’è bisogno

di stabilire una connessione fra le parti (per gli utenti corrisponde alla sintonizzazione al canale).

N.B.(3)TV On-Demand (contenuti accessibili “stile youtube”) non è più diffusiva ovviamente.

Allo stesso modo potremmo avere una caratterizzazione di carattere maggiormente “quantitativo”:

ritardo di consegna(per es. data una CPU che opera nell’ordine dei μs, inizia ad essere un

• problema se le periferiche ad essa collegati impiegano un tempo due o tre ordini superiori

per trasmettere i dati);

perdita d’informazione(maggiore è la compressione dell’informazione più si è sensibili alle

• perdite, all’opposto maggiore è la ridondanza, più flessibili si può essere riguardo ad esse);

quantità d’informazione da trasmettere;

• sincronizzazione tra sorgente e destinazione(ad es. comunicazioni telefoniche);

• dimensione delle unità dati;

• …

•

IN TEORIA DEI SEGNALI

Banda → ampiezza spettrale di un segnale o di un canale trasmissivo.

In teoria dei segnali, la trasformata di Fourièr si occupa di trasformare un segnale da funzione del

tempo a funzione della frequenza. In tal caso esso vive sempre tra una frequenza minima e una

massima ed è sempre simmetrico rispetto all’origine.

BANDA = Freq. Massima – Freq. Minima.

IN RETI DI TELECOMUNICAZIONE

Banda → con essa si intende la quantità di dati (bit) per unità di tempo (secondi).

Capacità di un canale → massima velocità trasmissiva (bit/s) del canale. Fortemente dipendente

dalla tecnologia con la quale sono stati realizzati trasmettitore, ricevitore e “mezzo” trasmissivo.

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.

NOTA Throughput <= capacità del canale

• Throughput <= traffico offerto

•

Canali, modalità di comunicazione e topologie

Rete → un insieme di nodi e canali che fornisce un collegamento tra due o più punti per permettere

la comunicazione tra di essi. → GRAFI

Si chiama nodo un punto in cui avviene la commutazione (un router in Internet).

Si chiama canale un mezzo di trasmissione oppure un collegamento logico, realizzato tramite

diversi mezzi di trasmissione (es. il collegamento a Internet da casa, una fibra ottica, il

collegamento tra smartphone e stazione radio base LTE).

Canale punto-punto Due soli nodi collegati agli estremi del canale. Un trasmettitore ed un

ricevitore messi in comunicazione tra loro, eventualmente in modalità

full-duplex.

Canale multi-punto

Più nodi collegati ad un unico canale: una modalità

tipica in questi casi si ha nel momento in cui si

presenta un nodo master (che ha il controllo del

canale e abilita i nodi a comunicare) e numerosi

nodi slave. Rispetto al canale punto-punto qui si

verificano problemi di indirizzamento per

identificare il destinatario del messaggio (nel caso esso sia uno specifico o un sottogruppo).

Canale broadcast

Un unico canale di comunicazione, condiviso da tutti i nodi.

L’informazione inviata da un nodo è ricevuta da tutti gli altri.

TOPOLOGIA DELLA RETE

Essa non è altro che la disposizione di nodi e canali della rete di telecomunicazione, rappresentabile

mediante un grafo G = (V,A), dove V è l’insieme dei vertici (ossia dei nodi, raffigurati mediante dei

cerchi) ed A è l’insieme degli archi (i canali, rappresentanti come dei segmenti).

Gli archi possono essere:

diretti (segmenti orientati – canali unidirezionali)

• non diretti (segmenti non orientati – canali bidirezionali)

•

Definiamo:

N = |V| (numero di nodi)

C = |A| (numero di archi)

Topologia a maglia completa

C = N(N-1)/2

Ogni nodo è collegato in maniera diretta a qualsiasi altro nodo della rete.

Vantaggi → tolleranza ai guasti (molti percorsi tra due nodi)

Svantaggi → elevato numero di canali

Note → Esistono molti percorsi alternativi, ma un solo percorso diretto (1 solo canale) che

rappresenta allo stesso tempo anche l’ovvio percorso a minima distanza.

Essa viene usata solo quando i nodi sono pochi oppure nelle reti logiche dove il “canale” non

implica l’uso di risorse fisiche (es. P2P). Per banalizzare le cose, a livello applicativo Internet può

considerarsi a maglia completa.

//NOTA STORICA: inizialmente per la rete telefonica era stata pensata una topologia a maglia

completa

Topologia ad albero

C = N-1

Ogni nodo ha unico padre e più figli, andando a comporre nel complesso quella che

è una struttura gerarchica.

Vantaggi → basso numero di canali

Svantaggi → vulnerabilità ai guasti (solo un unico percorso tra due nodi)

E’ usata per semplificare la stesura dei canali e ridurre i costi. Ovviamente da un punto di vista di

comunicazioni di rete, non è una tipologia particolarmente “felice”, ma nel contesto Ethernet (dove

non è ammesso più di un percorso valido di comunicazione) viene utilizzata perché mediante lo

switching viene costruita una struttura gerarchica.

Topologia a stella C = N (il centro della stella non è un nodo)

Vantaggi → basso numero di canali

Svantaggi → vulnerabilità ai guasti del centro stella

E’ usata per semplificare la stesura dei canali e ridurre i costi. Ogni nodo ha

un’unica scelta di percorso possibile. Tutta la complessità nella scelta dei percorsi è demandata al

centro della stella.

Essa viene usata nelle reti locali, nelle reti via satellite, nelle reti radio cellulari.

Topologia a maglia (mesh)

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

Vantaggi → tolleranza ai guasti e numero di canali selezionabile a piacere

Svantaggi → topologia non regolare e numero di canali variabile (quest’ultimo

causa difficoltà in termini d’instradamento)

E’ la più usata (Internet, telefonia).

Topologia ad anello

Può essere unidirezionale o bidirezionale:

C = N (anello unidirezionale)

C = N (anello bidirezionale)

E’ molto usata in reti locali e metropolitane

e per costruire topologie magliate realizzate come anelli giustapposti. Per ogni coppia di nodi esiste

un percorso possibile nell’anello unidirezionale, due in quello bidirezionale.

In caso di guasto l’anello bidirezionale

assicura la sopravvivenza della rete (a

capacità dimezzata): l’anello bidirezio-

nale è la più semplice topologia che

consente un instradamento alternativo

in caso di guasto.

Quando devo raccogliere il traffico da un insieme di punti locali (ad es. raccogliere il traffico

regionale), può venir utile la topologia ad anello.

Topologia a bus BUS PASSIVO

BUS ATTIVO

C = N-1 per il bus attivo (caso particolare di albero)

C = 1 per il bus passivo

Come si può notare esiste una sola scelta possibile di percorso tra ogni coppia di nodi. Una volta la

si poteva trovare ampiamente utilizzata nelle reti locali (ora sempre meno), ora continua ad esistere

a livello di bus di sistema.

Internet

Internet è la “rete delle reti”, l’interconnessione della stragrande maggioranza di reti pubbliche e

private diffuse nel mondo. Ai protocolli TCP/IP corrisponde un’architettura logica che va a definire

come diversi calcolatori possano comunicare tra di loro e vanno a comporre la rete internet. Ha una

struttura gerarchica che lo permette. Riescono a farlo grazie ad un insieme di protocolli che

definiscono il formato e l’ordine dei messaggi scambiati tra due o più entità in comunicazione.

Standard Internet → RFC definiti dall’IETF (vedi primo paragrafo).

Internet è un’immensa infrastruttura di comunicazione per applicazioni distribuite (Web, e-mail,

giochi, e-commerce, condivisione di file). Servizio affidabile dalla sorgente alla destinazione

(connection oriented)

Servizi forniti alle applicazioni Servizio ”best effort”, senza connessione

(non affidabile, connectionless)

Sistemi terminali → Dicasi anche host, sono situati alle estremità della rete Internet (sono le foglie

del nostro grafo). In essi girano i programmi applicativi che sfruttano i mezzi forniti dalla rete stessa

(Web, e-mail).

TIPI DI ARCHITETTURA

Client/server Peer to peer

L’host client richiede e riceve un servizio da un Uso limitato (o totalmente inesistente) di server

programma server in esecuzione su un altro dedicati. Ogni terminale si comporta sia da

terminale. client che da server.

Il server deve sempre essere collegato alla rete I sistemi peer to peer si possono definire più

e disponibile ad accettare e fornire una richiesta propriamente sistemi distribuiti da un punto di

di servizio. vista effettivo (vista l’achitettura fortemente

decentralizzata).

Il client accede alla rete e richiede i servizi

quando necessita. Es: Skype, Bit Torrent

Esempi: browser/server Web, client/server e-

mail

Nella periferia della rete troviamo.. Applicazioni e sistemi terminali, Reti private, dispositivi fisici,

collegamenti cablati e wireless;

Al centro (core) della rete invece…router interconnessi, rete delle reti;

NOTA NELLA RETE INTERNET → Terminali intelligenti, rete stupida

NELLA RETE TELEFONICA → Terminali stupidi, rete “intelligente”

Protocolli

Partiamo dai “protocolli umani”…“Che ore sono?”; “Ho una domanda”, Presentazioni

Invio di specifici messaggi.. ...quando il messaggio è ricevuto, vengono intraprese specifiche azioni,

o si verificano altri eventi.

Protocolli di rete

Sono coinvolti dispositivi hardware e software, non esseri umani. Tutta l’attività di comunicazione

in Internet è governata dai protocolli. Un protocollo definisce il formato e

l’ordine dei messaggi scambiati tra

due o più entità in comunicazione,

così come le azioni intraprese in

fase di trasmissione e/o ricezione di

un messaggio o di un altro evento.

Un protocollo è quindi un modo di

comunicare tra due entità astratte,

tipicamente due processi su un

calcolatore. Un protocollo viene definito tra due entità “pari” (o peer in inglese) in quanto entità che

“parlano la stessa lingua” (presumibilmente occupano

lo stesso livello nella struttura protocollare di cui fanno

parte).

COMPONENTI DI UN PROTOCOLLO

SINTASSI: Insieme dei formati (intestazioni, tag,…) che consentono il

riconoscimento di un messaggio.

A livello f