architettura delle reti di calcolatori (2009)

Modulo 1

Modulo 2

Modulo 3

Modulo 4

Modulo 5

Modulo 6

Modulo 1

Introduzione alle reti di calcolatori

Architetture e componenti di rete

Standard ISO/OSI e TCP/IP

Progetto IEEE 802.x

Mezzi trasmissivi e cablaggio strutturato

17/05/2009 Architetture di Rete dei Calcolatori 3

18 maggio 2009

•Storia•Classificazioni per

•Tecnologia / Estensione / Topologia•Modalità di trasmissione•Tecniche di Multiplexing•Tecniche di Commutazione


Una rete di calcolatori è un insieme di sistemi di elaborazione autonomi collegati tra loro mediante una rete di comunicazione

17/05/2009 5Architetture di Rete dei Calcolatori

917/05/2009 Architetture di Rete dei Calcolatori

Condivisione delle risorse Comunicazione tra utenti degli elaboratori Maggiore Affidabilità Abbattimento dei costi di manutenzione Aggiornamento delle strutture di calcolo Maggiore scalabilità


Per tecnologia trasmissiva Broadcast Punto-punto

Per estensione geografica LAN MAN WAN

Per topologia Bus Ring


Una rete punto-punto è costituita da un insieme di connessioni dirette tra coppie di elaboratori

Ogni linea è ad uso esclusivo dei due nodi terminali

Il collegamento tra due nodi richiede in generale la definizione di un percorso (path o route)


Una rete in cui l’informazione viene trasmessa da un elaboratore mittente ad uno destinatario utilizzando un canale di comunicazione (link) condiviso da tutti gli elaboratori della rete

Tutti gli elaboratori ricevono l’informazione Nell’informazione è riportato l’indirizzo del

destinatario che quindi lo riconosce ed elabora il pacchetto

Tutti gli altri semplicemente lo ignorano17/05/2009 Architetture di Rete dei Calcolatori 14

Essendo il canale condiviso è necessario pertanto stabilire un meccanismo di contesa (ad accesso casuale oppure ordinato) per evitare che due o più utenti della rete tentino di trasmettere contemporaneamente, generando una collisione

Poiché la linea broadcast collega tutti gli utenti, non occorre stabilire un percorso prima di effettuare una trasmissione


Reti punto - punto Reti Broadcast

Coppie di link ad uso esclusivo dei nodi

Unico canale condiviso

Richiede un protocollo di routing

Richiede un protocollo di accesso multiplo


Distanza tra gli host Ambito Tipo di rete

10 metri Stanza, ufficio Rete locale LAN

100 metri Edificio Rete locale LAN

1 km Campus Rete locale LAN

10 km Città Rete metropolitana MAN

100 km-1000 km Nazione Rete geografica WAN

10000 km Intero pianeta Internet


Le reti locali LAN (Local Area Network) appartengono ad una organizzazione

Hanno estensione limitata Edificio Campus

In genere adottano la tecnologia trasmissione broadcast


Le velocità di trasmissione 10 Mbps /100 Mbps 1 Gbps / 10 Gbps

Basso tasso di errore di trasmissione È noto a priori il tempo di trasmissione nel caso

peggiore ~10 microsecondi

Topologia ben definita Bus Anello


Le reti metropolitane MAN (Metropolitan Area Network) sono generalmente pubbliche

Hanno estensione urbana Standard: IEEE 802.6 DQDB (Distributed Queue Dual Bus) FDDI


Le reti geografiche WAN (Wide Area Network) hanno estensione Nazione Continente

Composta da Insieme degli end system Communication subnet▪ Linee di trasmissione▪ Elementi di commutazione


L’interconnessione di più reti distribuite in tutto il mondo

Internet è una federazione di reti che condividono un insieme di protocolli (o protocol suite), noti come TCP/IP.


Una rete può essere rappresentata da un grafo costituito da nodi e rami: i nodi sono le sorgenti e le destinazioni delle unità

informative e i punti in cui vengono smistate i rami che costituiscono il sistema trasmissivo

fisico che consente il trasporto delle unità informative


17/05/2009 25

1 3

Architetture di Rete dei Calcolatori

2 1=+=

LbaNC

17/05/2009 26

6

5 3

2

1

4


≤≤

==

21 NL

aNaEC

17/05/2009 27

5

43

2

6

1


2=+=

LbaNC

17/05/2009 28

6

2

1

54

3


12

)1(

min =

−=

L

NNaC

Simplex o Unidirezionale se la trasmissione di informazioni è consentita solo

in una direzione: un nodo agisce sempre come sorgente e l’altro da destinazione


Half-duplex o Bidirezionale alternato quando il collegamento consente la trasmissione in

entrambe le direzioni ma non contemporaneamente entrambe i nodi possono fungere da sorgente e

destinazione


Full-Duplex o Bidirezionale contemporaneo quando il collegamento consente la trasmissione di

informazioni in entrambe le direzioni contemporaneamente i nodi possono svolgono nello stesso istante sia la

funzione di sorgente che di destinazione


Il mezzo trasmissivo viene suddiviso in più canali in modo tale da ospitare, senza creare conflitti, flussi provenienti da più sorgenti indipendenti (multiplexing)

Le tecniche di multiplazione più frequentemente utilizzate sono: FDM (Frequency Division Multiplexing) TDM (Time Division Multiplexing)


La banda a disposizione è suddivisa in sottobande (canali) separate da una banda di guardia necessaria per la loro separazione mediante dei filtri passa-banda


L’intera banda viene assegnata, a turno, ai vari canali per un tempo finito

Il tempo può essere suddiviso in intervalli di lunghezza fissa (time-slot) o variabile

Eventualmente più intervalli possono formare una trama o frame



tUnslotted

t

Unframedslotted

slot

Framedslotted


t

Framedhybridslotted-unslotted

t

frame

slotted unslotted

L’associazione è statica ed implicita È applicabile solo nel caso framed & slotted o

framed hybrid nella sezione slotted L’associazione è stabilita dalla posizione dello slot

nel frame La banda è garantita!

Tende a sprecare banda se la sorgente non emette in modo continuativo (sorgente bursty)


t

1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6

S-TDM

22 51 4

L’associazione è dinamica ed esplicita E’ sempre applicabile È stabilita da un’etichetta memorizzata nel blocco di

dati (intestazione) Consentendo un utilizzo della linea su domanda,

tende a massimizzarne l’utilizzo La banda non è garantita!

Possibile ritardo di trasferimento variabile e perdita


1 431

t

A-TDM

Le tecniche di commutazione sono di 3 tipi: commutazione di circuito commutazione di messaggio commutazione di pacchetto▪ datagramma ▪ a circuito virtuale


In una rete a commutazione di circuito ad ogni connessione, effettuata su domanda o in modo semi-permanente, vengono assegnate stabilmente delle risorse di rete in modo tale da creare un circuito che connette i due utenti terminali


La trasmissione non richiede una preliminare fase di set up: non appena un utente ha un messaggio da spedire lo invia al nodo più vicino.

Presso il nodo il messaggio viene processato con una tecnica detta “store-and-forward” viene prima completamente memorizzato (store) poi ispezionato per individuare la sua destinazione infine inoltrato (forward) al nodo successivo non

appena la linea d’uscita necessaria si rende disponibile


Architetture di Rete dei Calcolatori 4317/05/2009

Anch’essa basata sulla tecnica store-and-forward

Un messaggio viene infatti suddiviso prima della trasmissione in piccole unità informative in pacchetti ad esempio di 1500 byte


Ogni pacchetto contiene un’intestazione (header) che specifica l’indirizzo del destinatario informazioni di controllo i dati utili (carico o payload)

Due approcci di instradamento A datagramma A circuito virtuale


Ogni pacchetto (datagramma) è instradato indipendentemente dagli altri pacchetti

Pacchetti diversi possono seguire percorsi diversi

I pacchetti possono giungere a destinazione fuori ordine

Ogni nodo decide il percorso ottimale su cui instradare il pacchetto (packet routing)


Tutti i pacchetti di uno stesso messaggio vengono instradati allo stesso modo

Prima che i pacchetti vengano spediti viene stabilito il circuito virtuale

L’header specifica solamente il VC identifier


Datagram Virtual CircuitFase di set-up NO SI

Ogni pacchetto segue lostesso percorso

NO SI

I pacchetti vengono ricevuti in sequenza

NO SI

Indirizzamento Completo Identificatore

Tempo di transito Maggiore Minore

Effetto di un guasto Pochi pacchetti persi Tutti i VC coinvolti terminati

Controllo delle congestioni

Possibile ma complesso

Prenotazione risorse

Architetture di Rete dei Calcolatori 4817/05/2009

18 maggio 2009

Struttura a strati (layer)InterfacceProtocolliModelli di riferimentoISO/OSITCP/IP


I protocolli di comunicazione definiscono l’insieme di regole con cui interagiscono sistemi in rete.

L’architettura dei protocolli è organizzata su un modello a strati: si raggruppano funzioni simili per logica o

tecnologia in strati (layer) si organizzano gerarchicamente in livelli per

identificare le regole di interazione (interfacce)


Architetture di Rete dei Calcolatori 51

Mezzo trasmissivo

Sistema A

Sottosistema

Sistema B

NN+1

N-1

1

N-Entità

17/05/2009


N-entitàN-strato

N-SAP

(N-1)-SAP

(N+1)-entità(N+1)-strato

(N+1)-SAP


N-entitàN-strato

N-SAP

(N-1)-SAP

(N+1)-entità(N+1)-strato

(N+1)-SAP

N-entità

N-SAP

(N-1)-SAP

(N+1)-entità(N+1)-protocollo

(N+1)-SAP

N-protocollo

(N-1)-connessione

Richiesta una (N+1)-entità richiede un servizio a una N-entità dello stesso

sistema Indicazione una N-entità invia informazioni a una (N+1)-entità dello stesso

sistema Risposta una (N+1)-entità del sistema locale risponde alla richiesta

emessa da un sistema utilizzando il servizio reso dalla N-entitàdel sistema locale

Conferma una N-entità del sistema locale informa la (N+1)-entità dello

stesso sistema di una risposta pervenuta attraverso la rete da un sistema remoto



(N+1)-entità

Sistema A

N-entità

richiesta

conferma

(N+1)-entità

N-entità

indicazione

risposta

N-SAP

N-protocollo

Sistema B

Servizio confermato1. la (N+1)-entità del sistema A emette una primitiva di

richiesta alla N-entità richiedendo di interagire con una (N+1)-entità nel sistema B

2. dopo l’attraversamento della rete questa richiesta ha come risultato l’emissione di una primitiva di indicazionedalla N-entità del sistema B alla (N+1)-entità dello stesso sistema

3. questa entità, opportunamente istruita dalle entità di livello superiore, emette alla sottostante N-entità una primitiva di risposta

4. dopo l’attraversamento della rete questa risposta genera l’emissione di una primitiva di conferma da parte dell’N-entità alla (N+1)-entità nel sistema A


Servizio non confermato è costituito soltanto dalla sequenza dei primi due

passi del servizio confermato e utilizza le primitive richiesta e indicazione

Servizio iniziato dal fornitore si ha la sola emissione della primitiva di

indicazione con cui una N-entità segnala di propria iniziativa a una (N+1)-entità dello stesso sistema la disponibilità di un servizio al N-SAP



N-SAP

Segmentazione Riassemblaggio(N+1)-PDU(N+1)-H

N-PDUN-H N-PDUN-H N-PDUN-H


N+1 -SAP

N -SAP

(N+1)-entità (N+1)-entità


Strati di trasferimento

Strati di utilizzazione


Strati di utilizzazione


Protocolli di utilizzazione

Protocolli di accesso

Protocollidi trasporto

Rete di accesso Rete di trasporto Rete di accesso



Protocollidi trasporto

Protocolli di accesso

Nodo di accesso Nodo di transito Nodo di accesso

Nel 1980 la International Organization forStandardization (ISO) comprese la necessità di definire il modello “aperto” OSI (Open System Interconnection) rete che favorisse i costruttori (vendors) nella realizzazione di dispositivi di rete compatibili.

Oggi esistono numerosi modelli architetturali, spesso proprietari, ma tutti possono essere ricondotti in modo più o meno diretto al modello OSI


http://www.iso.org/�

17/05/2009 62

Presentation Layer

Application Layer

Session Layer

Transport Layer

Network Layer

Datalink Layer

Physical Layer

6

7

5

4

3

2

1


Lo strato applicativo offre all’utente, tramite un processo o una applicazione, l’interfaccia ai sistemi informativi distribuiti

Servizi tipici: Terminale virtuale telnet▪ consente l’interazione con un elaboratore remoto

Posta elettronica SMTP▪ consente di inviare messaggi ad utenti remoti

Trasferimento file FTP Gestione di base di dati


Lo strato di presentazione consente la comunicazione tra applicazioni che rappresentano i dati con formati diversi

I dati possono essere scambiati con una sintassi differente o intermedia (standard) Traduzione di codice alfanumerici Compressione di dati Dati criptati Codici e password


Lo strato di sessione gestisce le modalità di dialogo e il flusso dei dati tra entità di presentazione Per esempio il dialogo tra un terminale half-

duplex con un applicazione remota full-duplex Segmentazione di unità informative Il recupero del dialogo seguente un’interruzione

del sottostante servizio di trasporto ▪ mantiene lo stato della sessione per poter riprendere


Lo strato di trasporto è l’ultimo strato di utilizzazione

Rende disponibili diverse classi di servizio che dipendono dalla tecnologia sottostante multiplazione indirizzamento delle PDU all’applicazione richiesta

(porta socket) segmentazione / riassemblaggio gestione qualità del servizio QoS▪ Controllo d’errore▪ Controllo di flusso


Lo strato network sovraintende al trasferimento di informazioni lungo la sequenza di nodi attraverso la rete

Maschera al livello trasporto la tecnica di commutazione utilizzata

Le unità informative a questo livello si chiamano pacchetti


Funzioni svolte: algoritmi di instradamento dei pacchetti in base

all’indirizzo di destinazione modifica dei pacchetti tra reti eterogenee▪ transcodifica di indirizzi di rete▪ operazioni di assemblaggio e segmentazione

controllo di flusso dei pacchetti per prevenire fenomeni di congestione multiplazione di più connessioni di rete su un

unico collegamento dati


Lo strato Data Link svolge la funzione di trasferimento dati privo di errori tra due nodi adiacenti

Le unità trasmissive a questo livello sono trame (frame) rilevazione errori sulle trame trasferite recupero trame perse controllo di flusso per evitare perdita in ricezione controllo di accesso nel caso di accesso condiviso


Lo strato più basso della pila OSI svolge le funzioni necessarie all’interfaccia con il mezzo fisico

Tiene conto dei dettagli e caratteristiche tecniche per il trasferimento di sequenze di bit sul mezzo trasmissivo gestione della interfacce sul mezzo gestione delle procedure di trasmissione codifica dei bit



P-H

P-H

P-H

P-H

S-H

S-HT-H

S-HT-HN-H

P-HS-HT-HN-HDL-H DL-T

101001011001010111010101000111000111001010

P-H

P-H

P-H

P-H

S-H

S-HT-H

S-HT-HN-H

P-HS-HT-HN-HDL-H DL-T


Presentation Layer

Application Layer

Session Layer

Transport Layer

Network Layer

Datalink Layer

Physical Layer

6

7

5

4

3

2

1

Network Layer

Datalink Layer

Physical Layer

Presentation Layer

Application Layer

Session Layer

Transport Layer

Network Layer

Datalink Layer

Physical Layer

6

7

5

4

3

2

1

N-PDU

DL-PDU

001000101011010 bit 0110111010111

T-PDU

La rete Internet si basa sulla pila di protocolli basati sul modello di riferimento TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol)

Il TCP/IP nato negli anni ’60 per volontà dell'agenzia americana DARPA si è imposto come standard de-facto per l'interconnessione di reti a livello mondiale.



Application Layer

Transport Layer

Internet Layer

Network Access Layer

TCP UDP

IP

TCP (Transmission Control Protocol) è il protocollo di trasporto connection-oriented il trasferimento dei pacchetti nell’ordine

sequenziale il trasferimento completo del flusso privo di errori il controllo del flusso

UDP (User Datagram Protocol) è il protocollo di trasporto connection-less non garantisce la sequenzialità, il controllo di

flusso e di errore


L’IP (Internet Protocol) ha il compito di consegnare pacchetti a una specifica destinazione attraverso i nodi di rete

Il livello è pensato per connettere reti eterogenee

L’indirizzamento è di tipo globale nell’ambito delle rete mondiale Internet

È connection-less non garantisce la sequenzialità e il trasferimento

corretto dei pacchetti


20 maggio 2009

Standard reti locali LANLivello LLCLivello MACLivello fisicoRete Ethernet - IEEE 802.3Rete Token Ring - IEEE 802.5


• L'IEEE 802 LAN/MAN Standards Committee(LMSC) è una commissione dell'IEEE preposta a sviluppare standard per le reti locali LAN e MAN.

• LMSC mantiene tutta una famiglia di standard IEEE 802.x

• La commissione definisce gli obiettivi di molti gruppi che hanno sviluppato standard famosi come l'Ethernet, il Token Ring, le WLAN


IEEE 802.1 Protocolli LAN di più alto livello

IEEE 802.2 Logical Link Control IEEE 802.3 Ethernet CSMA/CD IEEE 802.4 Token bus † IEEE 802.5 Token Ring IEEE 802.6 DQDB - Distributed

Queue Dual Bus † IEEE 802.7 Broadband TAG † IEEE 802.8 Fiber Optic TAG † IEEE 802.9 Integrated Services LAN † IEEE 802.10 Interoperable LAN

Security IEEE 802.11 Wireless local area

network

† dismesso17/05/2009 79Architetture di Rete dei Calcolatori

IEEE 802.12 demand priority IEEE 802.13 (non utilizzato) IEEE 802.14 Cable modem † IEEE 802.15 Wireless personal area

network (in via di sviluppo) IEEE 802.16 WiMAX - Broadband

wireless access IEEE 802.17 Resilient packet ring IEEE 802.18 Radio Regulatory TAG IEEE 802.19 Coexistence TAG IEEE 802.20 Mobile Broadband Wireless

Access IEEE 802.21 Media Independent

Handoff IEEE 802.22 Wireless Regional Area

Network

http://it.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.1�


http://it.wikipedia.org/wiki/Logical_Link_Control�


http://it.wikipedia.org/wiki/Ethernet�

http://it.wikipedia.org/w/index.php?title=IEEE_802.4&action=edit&redlink=1�

http://it.wikipedia.org/wiki/Token_bus�


http://it.wikipedia.org/wiki/Token_Ring�


http://it.wikipedia.org/w/index.php?title=DQDB_-_Distributed_Queue_Dual_Bus&action=edit&redlink=1�










http://it.wikipedia.org/wiki/Wireless_local_area_network�

http://it.wikipedia.org/wiki/Wireless_local_area_network�



http://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Cable_modem&action=edit&redlink=1�


http://it.wikipedia.org/wiki/Wireless_personal_area_network�

http://it.wikipedia.org/wiki/Wireless_personal_area_network�


http://it.wikipedia.org/wiki/WiMAX�

http://it.wikipedia.org/wiki/WiMAX�








802.2 Logical Link control

802.3CSMA/CD

UTP, STP, fibra, radio, ecc.

802.5 Token Ring

802.11 Wireless

LAN

Altre LAN

LLC

MAC

Fisico

IEEE 802

Strati 3-7

Datalink

Fisico

OSI

Il Logical Link Control fornisce un interfaccia unificata al livello di rete e maschera i livelli superiori dal protocollo MAC utilizzato per accedere al mezzo. Fornisce i servizi: Servizio connection-less senza riscontro Servizio connection-oriented Servizio connection-less con riscontro


Il livello MAC provvede alla consegna delle unità informative del livello LLC tra stazioni

L’unità informativa è fisicamente ricevuta da tutte le stazioni della rete in quanto il mezzo trasmissivo è condiviso

L’indirizzo MAC di destinazione consente alla stazione di destinazione di riconoscere il proprio MAC address ed elaborare l’unità informativa

La modalità di trasmissione broadcast sul mezzo trasmissivo consente comunicazioni multi-punto e broadcast

Il livello MAC deve garantire il successo del trasferimento, in caso di contesa di accesso al mezzo deve provvedere alla ritrasmissione delle PDU



LLC DA LLC SA Control Layer 3 PDU

1 1 1 o 2 variabileByte

MAC DA MAC SA LLC PDUControl FCS

6 6 4

architettura delle reti di calcolatori (2009)

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