Domanda di Reti di telecomunicazioni

1. Descrivere le tecniche di accesso ad un mezzo comune della famiglia ALOHA e ricavare la relazione

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analitica tra throughput e traffico offerto al canale. Cos’è il periodo di vulnerabilità e perché è importante?

Le tecniche di accesso ad un mezzo comune della famiglia ALOHA sono casuali. Sono state inventate dall’università

delle Hawaii per collegare le varie sedi collocate sulle isole dell’arcipelago. Non ci sono vincoli all’invio di

informazioni. È una tecnica molto semplice ma poco efficiente in quanto se avvengono collisioni si perde il contenuto

dei dati inviati. Le tecniche ALOHA sono adeguate se in sistemi semplici si vogliono inviare dati velocemente e al

contempo contenere i costi. Nel Pure Aloha possono avvenire collisioni totali o parziali. Le prime sono preferibili in

quanto impiegano meno tempo ad avvenire.

le M stazioni generano un traffico descrivibile attraverso un processo stocastico poissoniano di parametro Λ frame/s.

la distribuzione di Poisson si adatta bene a modellizzare eventi indipendenti, come la trasmissione di frame. I frame

hanno tutti dimensione costante pari a l bit.Il tempo di frame è indicato con ti.

canale​​

Definizione di traffico offerto al : numero medio di frame offerti al canale in un tempo di frame.

Per le proprietà dei processi di Poisson, il traffico offerto al canale è G = Λ * ti

throughput​​

Definizione di : numero medio di frame trasmessi con successo

in un tempo di frame. S compreso tra 0 e 1.

(tv)​​

Il periodo di vulnerabilità indica l’arco temporale in cui un frame può collidere con altri frame.

Throughput max(G=0,5)=1/2e circa 0,18

I punti di lavoro compresi nell’intervallo [0; 0,5) sono punti di lavoro stabile, in quanto se per qualche motivo il traffico

offerto al canale aumenta, allora anche il throughput aumenta e si ritorna in un punto di equilibrio.

Viceversa, i punti di lavoro compresi nell’intervallo [0,5, +infinito) sono punti di lavoro instabile, in quanto se il traffico

offerto aumenta, il throughput diminuisce; ciò significa un numero maggiore di pacchetti da ritrasmettere, quindi il

traffico offerto al canale aumenta ed il throughput continua a ridursi indefinitamente fino a 0.

Essendo il S del Pure ALOHA basso (al max 0,18 quando G=0,5) lo si può migliorare con la tecnica Slotted Aloha

dove avviene la suddivisione in intervalli di tempo (slot) e i frame possono essere inviati soltanto quando inizia uno

slot. ​ ​ ​

2. Descrivere le caratteristiche funzionali dei dispositivi di rete hub e switch​

. Riportare un esempio di rete

e/o di comunicazione che evidenzi le differenti prestazioni di hub e switch.

Hub e switch sono i principali dispositivi di rete. L’hub è un ripetitore multiporta che ha il compito di rilevare le collisioni dei

frame e trasmettere un’opportuna sequenza di jamming su tutte le porte quando viene rilevata una collisione, così da

garantire che ogni stazione della stella ne sia venuta a conoscenza. Lo switch invece è un dispositivo che opera a livello di

dati: ha un throughput più alto perché riesce a ridurre il numero di collisioni ed ha una gestione dei broadcast più veloce ed

efficace. Generalmente, però, lo switch è soggetto ad alcune problematiche (compatibilità tra dispositivi diversi, costi

nascosti, colli di bottiglia…) di cui l’hub non soffre.

La rete virtual LAN (VLAN) evidenza la differenza di prestazioni tra hub e switch. Si ha un obiettivo, cioè, come gestire la

rete in modo migliore rispetto alle LAN non virtuali: bisognerà suddividere la rete in segmenti logici anziché fisici. Per

questa motivazione, una rete switch di tipo logico, sarà preferibile ad un hub di tipo fisico: ne guadagnerà velocità ed

efficienza nella comunicazione.

2. Descrivere le caratteristiche funzionali dei dispositivi di rete hub, switch e router. Per ciascun

dispositivo, riportare un esempio di impiego in una rete di comunicazione dati che ne evidenzi le

caratteristiche fondamentali.

​ Hub, router e switch sono i principali dispositivi di rete.

L’hub è un ripetitore multiporta che ha il compito di rilevare le collisioni dei frame e trasmettere un’opportuna sequenza di

jamming su tutte le porte quando viene rilevata una collisione, così da garantire che ogni stazione della stella ne sia venuta

a conoscenza. Grazie al ripetitore multiporta, di fatto si implementa una rete di topologia logica a bus. Questo permette a

due dispositivi di comunicare attraverso l'hub come se questo non ci fosse, a parte un piccolo ritardo aggiuntivo ne​ lla

trasmissione​ ol​ tre a quello standard di propagazione.

Lo switch invece è un dispositivo che opera a livello di dati: ha un throughput più alto perché riesce a ridurre il numero di

collisioni ed ha una gestione dei broadcast più veloce ed efficace. Generalmente, però, lo switch è soggetto ad alcune

problematiche (compatibilità tra dispositivi diversi perché è di tipo proprietario, costi nascosti di manutenzione e

programmazione, non rimedia al collo di bottiglia nel prendere i dati dal server…).

Gli switch hanno il ruolo di centro stella come gli hub ma sono molto più complessi e incrementano notevolmente il

throughput rispetto agli hub.Ne esistono di due tipi:

· store-and-forward

· cut-through

Lo Switch store-and-forward (store: immagazzina, forward: inoltra) predilige la correttezza perché solo dopo aver verificato

la correttezza del frame lo invia alla destinazione. Lo Switch cut-through riduce i tempi di latenza perché se la destinazione

è libera, il frame, anche se corrotto, viene inviato.

Gli switch:

· Ripetono i frame

· Evitano le collisioni grazie ai buffer (=memoria switch) e a allo scheduling adeguato (=algoritmo non noto, perché di

tipo proprietario).

Le VLAN sono basate sull’uso di switch.

Il router separa sia fisicamente che logicamente le stazioni a cui è connesso. Separano fisicamente: ci sono comunicazioni

punto-punto, senza collisioni. Si occupa dell’instradamento dei pacchetti e viene pertanto utilizzato nelle reti in area

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geografica (​ Wide Area Network

, WAN). Opera a livello di rete e organizza gerarchicamente la rete. Gestiscono la

congestione della rete. Possono frammentare e riassemblare i pacchetti che attraversano le varie reti. Opera su

indirizzi logici (ad esempio gli indirizzi IP). Nella maggior parte del mondo si usa il protocollo IP. Lavora su topologie

magliate. Devono essere opportunamente configurati e manutenuti da personale qualificato.Non hanno limiti nel

numero massimo di stazioni che si possono collegare. Possono inglobare degli strumenti di sicurezza informatica,

come ad esempio i “firewalls”. I firewall evitano che file malevoli arrivino al router. Sono più costosi degli switch. Posso

comprare un router switch ovvero un dispositivo che fa le funzioni di entrambi. Switch (comunicazioni in area locale),

router (comunicazioni in area geografica).

1. Spiegare quali sono le necessità che portano all’utilizzo di: (a) numerazione dei frame; (b) frame di

acknowledgement; (c) timer; (d) buffer di trasmissione e ricezione.

Nel Data Link Layer vengono effettuate: la divisione del flusso informativo in frame, il controllo d’errore e la gestione

d’errore. Per effettuare il controllo d’errore si usano tre mezzi: la numerazione dei frame, i frame di

acknowledgement (ACK) e not acknowledgement (NAK) e l’utilizzo dei timer.

(a) Quando un ricevitore riceve due frame identici deve capire se si tratta dello stesso frame che ha già ricevuto,

ovvero di un duplicato ritardato, oppure di un nuovo frame. Per fare ciò vengono numerati i frame a scanso di

equivoci.

(b) Quando il trasmettitore invia un frame al ricevitore attende un feedback ovvero un frame ACK o NAK. Se riceve

un ACK significa che il frame è stato ricevuto con successo ed è privo di errori. Invece, in caso riceva un NAK

significa che il frame contiene errori e quindi deve essere ritrasmesso.

c) Può succedere che il trasmettitore attenda un ACK o NAK e che il ricevitore aspetti un frame. Si viene a generare

una situazione di dead-lock ovvero che il trasmettitore e il ricevitore attendano entrambi senza fare nulla. Per

evitare questo problema si utilizza un timer. Il trasmettitore aspetta un ACK o NAK fino allo scadere del timer,

dopodiché ritrasmette il frame.

d) Inoltre, nel Data Link Layer viene effettuata la gestione degli errori tramite buffer di trasmissione e ricezione che

funzionano in maniera diversa a seconda dell’ARQ (automatic repeat request) scelta.

Nello Stop-and-wait i buffer di trasmissione e ricezione memorizzano un solo frame alla volta. Il buffer di

trasmissione, che indicherò con A, invia un frame al buffer di ricezione, che chiamerò B. Mentre attende un

ACK o NAK, mantiene nel buffer (memoria temporanea) il frame. In caso riceva un ACK libera il buffer,

altrimenti lo rinvia. Quando B riceve il frame lo mantiene in memoria e verifica se contiene errori. Se è privo di

errori usa i dati, lo passa allo strato di rete successivo e invia un ACK ad A. Altrimenti invia un NAK e lo

rimuove dal buffer. Si procede in questo modo per ogni frame.

Nel Go-back-n A possiede più buffer dove memorizzare molteplici frame. Li invia in ordine al ricevitore uno dopo

l’altro. Se il frame è corretto invia ACK ad A e lo passa allo strato di rete successivo. Altrimenti, invia un NAK

relativo al frame in questione e rifiuta tutti i successivi, inclusi quelli corretti. A rinvia il frame, B manda un ACK,

invia il frame allo strato di rete e successivamente può ricevere gli altri frame. Questo avviene perché il

ricevitore, riceve i frame in ordine. C’è una bassa efficienza in quanto si usano le risorse in maniera non

ottimale perché si rinviano frame corretti.

Nel selective-repeat A e B hanno le stesse dimensioni perché B deve essere in grado di riordinare i frame poiché li

riceve in disordine da A. A invia i frame uno dopo l’altro. Per quelli per cui riceve un ACK cancella il frame dal

buffer e ne memorizza uno nuovo. Quando riceve un NAK rinvia il frame in questione senza cancellare i

successivi come avveniva nel Go-back-n. In questa ARQ ho una maggiore efficienza perché sfrutto meglio le

risorse ma è più complesso. B può commettere errori nel riordinare i frame e per questo è meno utilizzato

come metodo.

2. Mostrare come viene effettuato il controllo di flusso nel protocollo HDLC e nel protocollo TCP. Quali

sono le differenze fondamentali ?

Il protocollo HDLC è un protocollo per comunicazioni punto-punto a livello di linea sviluppato dal ISO. E’ un protocollo

connection oriented, orientato al bit. in HDLC esistono tre diversi tipi di frame: tipo I (information), tipo U

(unnumbered), tipo S (Supervisory).

Nel control field nel HDLC il controllo di flusso avviene in N(R) nei frame I e S dove vengono trasportati gli ACK/NAK

in modalità piggy-backing. Essi riguardano il frame N(R)-1 e i frame precedenti per cui non erano ancora stati

ricevuti ACK/NAK.

Nel TCP il controllo di flusso avviene tramite meccanismo sliding windows dove gestisco i buffer di ricezione e

trasmissione. La rappresentazione è diversa rispetto al livello di linea del HDLC. Il destinatario specifica la

dimensione della finestra scorrevole (in byte) che il mittente può usare. Ho dei byte che sono stati trasmessi

con successo e hanno ricevuto l’ ACK. Poi ho l’offered window composta dai byte spediti per cui si attende l’

ACK e dalla usable window che contiene i byte che devono essere spediti il prima possibile. Nel caso in cui

l’offered window sia molto grande posso mandare tanti byte in sequenza. Infine, ci sono i byte che possono

essere spediti soltanto quando si muoverà la finestra. Essa infatti scorre durante il processo verso destra.

1. Descrivere i mezzi di propagazione su cavo in rame e le rispettive caratteristiche. Da cosa è limitata la

velocità trasmissiva dei sistemi di comunicazione su cavo in rame ?

(a) Il mezzo di propagazione ideale ha bassa resistenza, capacità e induttanza.

Il mezzo di propagazione è definito dalla velocità trasmissiva, l’impedenza e le dimensioni del cavo.

La velocità di propagazione viene espressa come frazione della velocità della luce nel vuoto (3*10^8 m/s).

Tipicamente assume valori tra 0,5 e 0,8. Inferiori a 0,5 il cavo ha prestazioni scadenti, superiore a 0,8 diventa

antieconomico.

Inoltre, i cavi devono avere la stessa impedenza altrimenti si verificherebbe una grande perdita di potenza (verrebbe

generata un’onda riflessa) e quindi una prestazione decisamente inferiore a quella desiderata.

Infine, le prestazioni sono influenzate dal materiale e le dimensioni del cavo poiché determinano le sue proprietà

fisiche.

I mezzi di propagazione sul cavo in rame sono: il cavo coassiale e il doppino binato.

Nel cavo coassiale c’è un filo caldo, un isolante, gli schermi e un ulteriore isolante (grafico). Gli schermi possono

essere di tre tipologie:

foglio (foil) ricopre il cavo interamente con un foglio di alluminio

calza (braid) il cavo è coperto