Riassunto esame Reti I

Reti 1

Capitolo 1

Internet è il più grande sistema creato dall’uomo, composta da una rete pubblica di calcolatori 

Ingranaggi di internet.

Internet, interconnette milioni di dispositivi(computer, tablet, smartphone, ecc..) detti host ( o

sistemi periferici)  ora siamo a circa 2 miliardi. Questi possono esser client/server (es.dataCenter 

Google).

Collegati tramite una rete di collegamento e commutatori di pacchetti(switch)  (es. cavi coassiali,

fili rame, fibra ottica che trasmettano a grandi velocità che è differente in questi detta velocità di

trasmissione, misurata in bit/secondi.

Le informazioni vengono suddivise in pacchetti (con intestazione più l’informazione stessa). I due

commutatori di pacchetto principali sono:

• Router

• Commutatori a livello di collegamento

I pacchetti arrivano in questi e vengono mandati subito in uscita seguendo dei percorsi

(es.autostrade).

I sistemi periferici si connettono a internet tramite gli Internet service provider (ISP)  questi

possono essere aziendali, universitari, aeroporti, ecc…

Ogni ISP è gestita in mono indipendente, dai livelli superiori e/o inferiori (es. ognuno proprio

indirizzo IP).

I due principali protocolli utilizzati sono: TCP e IP  vengono descritti gli standard su documenti

detti request for comment (RFC).

Le applicazioni (es. posta, navigazione web, giochi, P2P, straming e altri sono distribuite perché

coinvolgono più sistemi periferici. Questi offronno delle API (che sono delle regole da seguire per

scambio messaggi).

Il protocollo definisce il formato e l’ordine dei messaggi scambiati tra due o più entità in

comunicazione, come le azioni ai fini della trasmissione. Un protocollo umano potrebbe essere per

esempio la richiesta dell’ora.

Le reti di accesso è la rete che connette fisicamente un sistema al suo edge router che è il primo

router sul percorso dal sistema d’origine a un qualsiasi altro sistema di destinazione collocato fuori

della stessa rete. Oggi più del 65% delle abitazione nei paesi sviluppati sono collegati ad internet

(in certi paesi anche l’80%). Oggigiorno i due accessi residenziali a larga banda più diffusi sono:

• Digital subscriber line (DSL)  spesso da chi già fornisce il servizio telefonico fisso

(compagnia telefonica ruolo di ISP, scambiati messaggi con DSLAMcollegati centinaia di

abitazioni, con certi valori);

• Via cavo (stessa della compagnia televisiva via cavo, fibre ottiche che connettono la

terminazioni (cavo coassiale) del cavo a giunzioni a livello di quartiere  detto hybrid fiber

coax(HFC) e utilizza modem speciali detti cable modem)  condiviso quindi velocità non è

la massima del canale se più persone lo utilizzano.

Cable modem (simile) DSLAM. Una tecnologia promettente che vanta di velocità elevate è detta

fiber to the home (FTTH) cioè fibra ottica fino alle abitazioni direttamente dalla centrale. Possono

essere AON (reti ottiche attive) o PON (reti ottiche passive). Le reti PON ogni abitazione ha un

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terminatore ottico connesso con un separatore ottico (splitter) che combina più abitazioni che si

collega con un terminatore nella centrale della compagnia telefonica. I pacchetti passano dalla

centrale allo splitter che replica tutti i messaggi.

Esistono anche delle connessioni satellitari .

Nelle aziende e nelle università, ma anche nelle abitazioni si utilizza una rete locale (LAN) che

può essere anche wirelles verso un access point wireless entro un raggio di una decina di metri

che ha dietro una rete cablata che è connessa ad Internet.

Accesso su scala geografica (3G o LTE) dove l’utente può permettersi di stare una decina di

chilometri di distanza dalla stazione base.

Mezzi trasmissivi

Il bit passa attraverso un mezzo fisico che possono essere vincolanti(onde contenute in un mezzo

fisico es. cavo coassiale o fibra ottica) o non vincolanti (onde si propagano nell’atmosfera e nello

spazio esterno es. LAN).

Doppino di rame intrecciato: è il mezzo vincolato meno costoso ma più lento ed è utilizzato già

dalle reti telefoniche. Costituito da due fili di rame distinti (1mm ciascuno) disposti a spirale

regolare; questi vengono intrecciati per ridurre l’interferenza generata da altri. Il doppino di rame

intrecciato non schermato viene spesso utilizzato per le reti LAN (a grandi velocità entro un

centinaio di metri).

Cavo coassiale: è costituito da due conduttori di rame che sono concentrici e paralleli e grazie a

uno speciale isolamento e schermatura possono raggiungere altre frequenze di trasmissione.

Utilizzati nei sistemi televisivi. Può essere utilizzato come mezzo condiviso vincolato, collegare

sistemi periferici.

Fibra ottica: è un mezzo sottile e flessibile che conduce impulsi di luce, ciascuno dei quali

rappresenta un bit. Può supportare enormi velocita , è immune all’interferenza elettromagnetica

(impulsi di luce), presenta attenuazioni molto basse su ampi spazi ed è difficile da intercettare. Ma

trasmettitori, ricevitori e commutatori hanno un alto costo.

Canali radio terrestri: trasportano segnali all’interno dello spettro elettromagnetico, non richiede

l’installazione di cavi ed è in grado di attraversare pareti, può anche connettere gli utenti mobili e

riesce a trasportare per lunghe distanze il segnale. Molto determinante per queste è l’ambiente

(es. perdita segnale per ostacoli o riflessioni o interferenza). Si dividono in tecnologie per aree

piccole, medie e vaste.

Canali radio satellitari: un satellite collega due o più trasmettitori a microonde terrestri (dette

stazioni a terra). Il satellite riceve su una banda di frequenza le rigenera e tramite ripetitore le

trasmette su un’altra frequenza. Possono essere geostazionari o a bassa quota. Quelli

geostazionari sono a distanza dalla terra in orbita sincronizzati con la rotazione della terra, ma

questa distanza crea ritardi. Invece quelli a bassa quota sono più vicini e ruotano esattamente

come la luna e possono comunicare tra loro e con le stazioni a terra, ma per coprire un’area è

necessario mandarne più in orbita.

Il nucleo della rete

Per eseguire i propri compiti le applicazioni si scambiano messaggi (secondo protocollo), questi

messaggi sono suddivisi in pacchetti, questi viaggiano attraverso collegamenti e commutatori di

pacchetto (router o switch). Un pacchetto di L bit su un canale con velocità R  velocità

trasmissione = L/R secondi. La maggior parte dei commutatori di pacchetto utilizza la trasmissione

store-and-forward. Significa quindi che il commutatori deve ricevere l’intero pacchetto prima di

poterlo ritrasmettere. d = N (L/R) con N collegamenti. Ogni commutatori ha un buffer in output

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(detto coda) per conservare i pacchetti che sta per inviare, se questa coda è occupata si verifica

una perdita di pacchetto, cioè viene eliminato il pacchetto.

Per capire che percorso deve fare un pacchetto i router hanno tutti una tabella di inoltro che

mette in relazione gli indirizzi di destinazione con i collegamenti in uscita. Per ogni pacchetto

consulta la propria tabella e lo rimanda in uscita. Della “formazione” di queste tabelle si parlerà nel

capitolo 4 ma utilizzano dei protocolli di instradamento per impostare automaticamente le tabelle

di inoltro.

Per spostare i dati nella rete di collegamenti e commutatori esistono due approcci fondamentali:

• Commutazione di circuito: le risorse per consentire la comunicazione sono riservate per

l’intera durata della comunicazione.  reti telefoniche e mantengono la connessione detta

cirucito.

• Commutazione di pacchetto: utilizzano le risorse quando necessario e quindi potrebbero

dover attendere potrebbero avere dei periodi di silenzio (dispendioso).

Un circuito all’interno di un collegamento è implementato tramite un multiplexing a divisone di

frequenza(FDM) o a divisione di tempo(TDM). Il collegamento dedica una banda di frequenza a

ciascuna connessione per la durata della connessione. La larghezza della banda viene detta

ampiezza di banda. Per un TDM il tempo viene suddiviso in frame di durata fissa a loro volta

ripartiti in slot.

Commutazione di pacchetto non adatti ai servizi in tempo reale a causa di ritardi (es. telefonia),

ma è più efficiente e meno costosa da implementare.

Una rete di reti

Gli ISP devono essere interconnessi con gli stessi ISP; ciò avviene creando una rete di reti: capire

questo concetto è la chiave per capire Internet. L’obbiettivo è interconnettere gli ISP in modo che i

sistemi periferici possano scambiarsi pacchetti. La prima struttura interconnette tutti gli ISP di

accesso(client) con un unico ISP globale (non tutti collegati con tutti non sarebbe “comodo”)

“immaginario”(provider). Se questo si facesse pagare creerebbe concorrenza e quindi la creazioni

di più ISP globali. Quindi abbiamo sempre molti ISP di accesso a cui collegati con più ISP globali di

transito. Così gli ISP di accesso potrebbero scegliere quale ISP globale scegliere in funzioni di

costi e servizi che offre, quindi visto che ogni ISP di accesso deve poter “utilizzare” uno qualunque

degli ISP globali(detti anche di primo livello) questi devono essere interconnessi tra loro (tutti gli

ISP globali). Questo in teoria perché non possono essere tutti collegati, non sono in tutte le città.

Gli ISP di accesso anche detti ISP regionali sono anch’essi in competizione tra loro, ce ne possono

essere anche di più grandi (che “contengono” gli altri) e di più piccoli. Questa è una gerarchia a

molti livelli, però a cui dobbiamo ancora aggiungere i PoP, il multi-homing, il peering e gli IXP. I

PoP ,esistono in tutti i livelli tranne negli ISP di accesso, ed è un gruppo di ruoter vicini tra loto

nella rete del provider tramite i quali i clienti si possono connettere al fornitore. Questi si connetto

utilizzando un collegamento ad alta velocità di terzi (affittando) che si collega direttamente ad un

ruoter del PoP. Tutti gli ISP tranne quelli di primo livello si possono connettere scegliendo le

modalità multi-homing(o multi-home) che consiste a connettersi a due o più ISP fornitori  questo

può permettere ad un ISP di continuare a ricevere/inviare pacchetti anche se uno dei suoi fornitori

è guasto. Per ridurre i costi due ISP dello stesso livello posso fare uso di peering, cioè che il loro

traffico passi da una connessione diretta (anche ISP di primo livello fanno peering). Ultima struttura

rete (Internet 2012) utilizzo DataCenter, che ospita dei server e sono tutti interconnessi tramite

una rete privata. 3

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Ritardi nelle reti a commutazione di paccheto

Le reti non sono in grado di spostare dei dati immediatamente e senza perdite, anzi hanno una

limitazione, il throughput(quantità di dati al secondo che può essere trasferita tra due sistemi) e

vengono introddi ritardi e la possibilità di perdita di pacchetti. Il pacchetto durante il suo viaggio

(hostvari routerdestinatario) ha dei ritardi, i principali sono: ritardo di elaborazione, di

accodamento, di trasmissione e di propagazione che formano il ritardo totale di nodo. Il tempo

richiesto per esaminare l’intestazione del pacchetto e determinare dove dirigerlo viene detto ritardo

di elaborazione, controlla anche errori a livello di bit, una volta fatto il ruoter dirige il pacchetto

verso la coda che precede il collegamento ad un altro router, qui subisce un ritardo di

accodamento mentre attende la trasmissione sul collegamento (dipende fai pacchetti

precedentemente arrivati), se la coda è vuota questo ritardo è nullo. Data L la lunghezza del

pacchetto in bit e R bps la velocità di trasmissione del circuito, il ritardo di trasmissione è L/R

(tempo per trasmettere tutti i bit a destinazione). Una volta nel collegamento un bit deve propagarsi

fino al prossimo router, il tempo impiegato è il ritardo di propagazione, è dato da d/v (d distanza tra

router e v velocità di propagazione che dipende dal mezzo utilizzato). Il ritardo di trasmissione

dipende dalla lunghezza del pacchetto e della velocità di trasmissione, ma non gli interessa la

distanza dei router, comprende il tempo che tutto il pacchetto “ci mette a passare in uscita”,

mentre il ritardo di propagazione dipende dalla distanza dei router ma non c’entra con la velocità di

trasmissione o la lunghezza del pacchetto (es. autostrada). Prendiamo a come velocità media di

arrivo dei pacchetti in coda: La/R è detto intensità di traffico, se >1 la velocità media supera la

velocità alla quale i bit vengono ritrasmessi, in questa situazione la coda crescerà senza limiti e il

ritardo tenderà all’infinito; se ≤ 1, qua ci sono due possibilità, se i pacchetti arrivano in cadenza

periodica e quindi troveranno sempre una coda vuota, se invece arrivano a raffiche potrebbero

esserci dei ritardi significativi.

Dobbiamo però contare che la coda dei router non è infinita, anzi , quindi se un pacchetto arriva e

trova la coda piena questo viene scartato, perché impossibile memorizzarlo, la perdita di pacchetti

aumenta in proporzione all’intensità di traffico. ¿

d +d +d

elab trasm ¿

Ritardo end-to-end ha un ritaro complessivo .

d =N ¿

tot

Traceroute invia 3 pacchetti memorizzando i tempi e le informazione dei router (poi lo vedremo

quando parleremo di algoritmi di inoltro Capitolo 4 a lezione).

Un altro ritardo presente nella applicazioni di telefonia su IP VoIP, il mittente deve prima di tutto

riempire un pacchetto con conservazione digitalizzata e codificata e poi inviarlo su Internet è viene

detto ritardo di pacchettizzazzione.

Il throughput istantaneo in ogni istante di tempo è la velocità in cui viene ricevuto il file, il

throughput medio è F/T (F numero di bit file, T tempo che venga ricevuto file). Se abbiamo due R

diversi per Server e Cliente la velocità di trasmissione sarà quella minore tra i due  collo di

bottiglia con N router la velocità sarà F/min (R1,…,Rn) se fatti più download e abbiamo Rc, Rs, R 

facciamo min (Rc,Rs,R/N (numero download)).

Architettura a livelli

Un’architettura a livelli consente di discutere una parte specifica del sistema (anche se articolato e

complesso); ogni livello può essere modificato indipendentemente se non ne modifica i dati(servizi)

in entrata e quelli in uscita, in grandi sistemi è un grande vantaggio. La struttura di rete è formata

su livelli o strati, e siamo su un modello di servizio , ogni livello fornisce il suo servizio dalle azioni

effettuate al proprio interno e utilizzando i servizi del livello sottostante. Possibile problema è che

un livello duplichi delle funzioni di un altro. I protocolli dei vari livelli sono detti pila di protocolli

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che consiste in cinque livelli: fisico, collegamento, rete, trasporto e applicazione ( ne parleremo

top-down da applicazione in giù)

Modello internet

Il livello di applicazione è la sede delle applicazioni di rete e dei protocolli. Include molti protocolli

quali HTTP (consente richiesta e trasferimento dei documenti web), SMTP (messaggi posta

elettronica) e FTP (trasferimento file tra due sistemi remoti). Determinate le funzioni di reti (nomi

host in indirizzi di rete )DNS. Distribuito su più sistemi periferici ( un app in un sistema periferico

scambia pacchetti con informazione con app in un sistema periferico) questi pacchetti (qui)

vengono chiamati messaggi.

Il livello di trasporto trasferisce i messaggi del livello di applicazioni  TCP e UDP. TCP fornisce

un servizio con connessione, con consegna garantita e il controllo di flusso, in più frazione i

messaggi lunghi in segmenti più brevi e ha un controllo congestione (regolata la velocità della

sorgente). UDP servizio senza connessione, senza affidabilità ne controlli. (segmenti sono i

pacchetti a livello di trasporto).

Il livello di rete si occupa di trasferire i pacchetti a livello di rete, detti datagrammi, da un host a

un altro. Il livello di trasporta si “appoggia” al livello sottostante (passa segmento e indirizzo

destinazione)  protocollo IP tutti gli apparati che presentato un livello di rete lo sanno leggere,

contengono svariati protocolli di instradamento che determinano i percorsi dei datagrammi che

devono seguire, spesso viene anche chiamato livello IP.

Il livello di collegamento ha come servizio il trasferimento di un pacchetto di uno nodo all’altro

(infatti livello di rete si “appoggia” a questo). Cioè il livello di rete passa il datagramma al livello

sotto che lo trasporta al nodo successivo e lo ripassa al livello superiore di rete. Il problema di

questo livello è che il pacchetto (frame in questo livello) passa attraverso diversi collegamenti e

quindi potrebbe essere gestito da diversi protocolli.

Il ruolo del livello fisico è trasferire i singoli bit del frame da un nodo a quello successivo. I

protocolli sono dipendenti dal collegamento e dipendo anche dal messo trasmissivo (doppino o

fibra), Ethernet presenta diversi protocolli, uno per il doppino, uno per la fibra e via cosi, quindi bit

trasferiti secondo differenti modalità.

Modello OSI

Venne creato quando i protocolli erano ai loro esordi, infatti non avevano in mente internet quando

lo crearono (modello vedi figura b.). I sette livelli sono: applicazione, presentazione, sessione,

trasporto, rete, collegamento e fisico. I livelli omonimi sono più o meno uguali alle controparte. Il

ruolo del livello presentazione è fornire servizi, che consentono alle app che vogliono comunicare,

di interpretare il significato dei dati scambiati (es. cifratura e compressione o la descrizione dei

dati), visto che i formati potrebbero essere differenti da un compu