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B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Edizione italiana delle slide a cura di Gabriele D’Angelo e Gaia Maselli Traduzione.

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1 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Edizione italiana delle slide a cura di Gabriele D’Angelo e Gaia Maselli Traduzione delle slide di Renato Cortinovis Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl. Capitolo 1 Introduzione

2 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Capitolo 1: Indice 1.1 Internet: una panoramica 1.2 L’organizzazione dei protocolli in livelli 1.3 La storia di Internet 1.4 Gli standard e l’amministrazione della rete Internet

3 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Capitolo 1: Obiettivi  Nella prima parte vi sono una definizione sintetica e una descrizione introduttiva delle LAN (Local Area Networks) o reti locali, e WAN (Wide Area Networks) o reti geografiche. Si definisce una internet, o internetwork, come un insieme di LAN e WAN interconnesse.  La seconda parte presenta i concetti legati alle prestazioni di una rete a commutazione di pacchetto, spiegando quali fattori influenzano quella che viene comunemente chiamata velocità di rete o di un collegamento.  Nella terza parte si introduce il concetto di layering dei protocolli per illustrare come le operazioni di Internet siano suddivise in compiti di complessità inferiore. Si descrive l’architettura TCP/IP analizzando i compiti assegnati a ognuno dei cinque livelli di cui è composta.  La quarta parte presenta sinteticamente la storia dell’evoluzione di Internet.  Nell’ultima parte si descrivono l’amministrazione di Internet, gli standard e il loro ciclo di vita.

4 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl 1.1 Internet: una panoramica Si inizia con la definizione di rete, per poi descrivere come sia possibile collegare più reti per formare delle internetwork. Si presenta quindi la struttura di Internet ponendo le basi per il suo studio approfondito nei capitoli successivi.

5 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Le reti Una rete è un’interconnessione di dispositivi in grado di scambiarsi informazioni, quali sistemi terminali (end system), router, switch e modem. I sistemi terminali possono essere di due tipi: host o server. Un host è una macchina in genere di proprietà degli utenti e dedicata ad eseguire applicazioni, quale un computer desktop, un portatile, un cellulare o un tablet. Un server è tipicamente un computer con elevate prestazioni destinato a eseguire programmi che forniscono servizio a diverse applicazioni utente come, per esempio, la posta elettronica o il Web.

6 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Le reti (continuazione)  LAN – Local Area Network  WAN punto-punto  WAN a commutazione  WAN – Wide Area Network  Internetwork

7 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.1: Esempi di LAN isolate: nel passato e ai giorni d’oggi

8 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.2: Esempio di WAN punto-punto

9 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.3: Una WAN a commutazione

10 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.4: Internetwork composta da due LAN e una WAN punto-punto

11 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.5: Rete eterogenea composta da quattro WAN e tre LAN

12 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Switching Si è affermato che una internet è una combinazione di link e dispositivi capaci di scambiarsi informazioni. In particolare i sistemi terminali appartenenti alla rete comunicano tra di loro per mezzo di dispositivi come switch e router che si trovano nel percorso (o rotta) tra i sistemi sorgente e destinazione.  Circuit-Switched Network  Packet-Switched Network

13 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.6: Rete a commutazione di circuito

14 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.7: Rete a commutazione di pacchetto

15 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Internet Si è detto che una internet (con i minuscola) è costituita da due o più reti interconnesse. L’internet più famosa è chiamata Internet (I maiuscola) ed è composta da migliaia di reti interconnesse. La Figura 1.8 rappresenta una visione concettuale (non geografica) di Internet.

16 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.8: Rappresentazione concettuale di Internet

17 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl L’accesso a Internet Internet è una internetwork che consente a qualsiasi utente di farne parte. L’utente, tuttavia, deve essere fisicamente collegato a un ISP, solitamente mediante una WAN punto-punto. Il collegamento che connette l’utente al primo router di Internet è detto rete di accesso. Nel seguito vedremo alcune tipologie di rete di accesso.

18 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl  Accesso via rete telefonica  Servizio dial-up  Servizio DSL (Digital Subscriber Line)  Accesso tramite reti wireless  Collegamento diretto L’accesso a Internet (continuazione)

19 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Un argomento di cui si parla spesso nell’ambito delle reti è la velocità della rete o di un collegamento, ovvero quanto velocemente si riesce a trasmettere e ricevere i dati. In realtà, il concetto di velocità è molto ampio e coinvolge vari fattori che influiscono sulle prestazioni (performance) di una rete. Nel caso di una rete a commutazione di pacchetto, le metriche che ne determinano le prestazioni si misurano in termini di: ampiezza di banda, bit rate, throughput, ritardi e perdita di pacchetti Capacità e prestazioni delle reti

20 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl  Ampiezza di banda e bit rate  Throughput  Perdita di pacchetti Capacità e prestazioni delle reti (continuazione)  Latenza (ritardo)

21 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.9: Throughput su un percorso di tre link

22 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.10: Un percorso attraverso il backbone Internet

23 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.11: Effetto del throughput nei link condivisi

24 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.12: Riempimento del link con i bit per i casi 1 e 2

25 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Possiamo pensare al link tra due punti come a un tubo. La sezione trasversale del tubo rappresenta il rate e la lunghezza rappresenta il ritardo. Possiamo dire che il volume del tubo definisce il prodotto rate-ritardo, come mostrato nella Figura Esempio 1.1

26 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.13: Concetto del prodotto rate-ritardo

27 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Hardware e software Si è fornita una panoramica della struttura e delle prestazioni di Internet, che è costituita da numerose reti di varie dimensioni interconnesse tramite opportuni dispositivi di comunicazione. Tuttavia per poter comunicare non è sufficiente assicurare questi collegamenti, ma è necessario utilizzare sia dell’hardware che del software, analogamente a quanto avviene per un calcolo complesso dove sono necessari sia l’hardware che un programma. Nel paragrafo successivo si descriverà come l’hardware e il software vengano coordinati tramite l’impiego di protocolli organizzati in livelli (layer).

28 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl 1.2 L’organizzazione dei protocolli in livelli Un termine che si utilizza frequentemente quando si parla di Internet è protocollo. Un protocollo definisce le regole che il mittente e il destinatario, così come tutti i sistemi intermedi coinvolti, devono rispettare per essere in grado di comunicare. In situazioni particolarmente semplici potrebbe essere sufficiente un solo protocollo, in situazioni più complesse potrebbe essere opportuno suddividere i compiti fra più livelli (layer), nel qual caso è richiesto un protocollo per ciascun livello: si parla dunque di layering di protocolli.

29 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Gli scenari Si sviluppano due scenari per meglio comprendere la necessità di organizzare i protocolli in livelli.  Primo scenario (Figura 1.14)  Secondo scenario (Figura 1.15)  I principi della strutturazione in livelli  I collegamenti logici

30 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.14: Organizzazione a un livello

31 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.15: Organizzazione a tre livelli

32 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.16: Collegamento logico fra i livelli

33 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Lo stack protocollare TCP/IP TCP/IP è una famiglia di protocolli attualmente utilizzata in Internet. Si tratta di una gerarchia di protocolli costituita da moduli interagenti, ciascuno dei quali fornisce funzionalità specifiche. Il termine gerarchia significa che ciascun protocollo di livello superiore è supportato dai servizi forniti dai protocolli di livello inferiore. Definita in origine in termini di quattro livelli software soprastanti a un livello hardware, la pila TCP/IP è oggi intesa come composta di cinque livelli.

34 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl  Architettura a livelli  I livelli nello stack protocollare TCP/IP  Descrizione di ciascun livello  Livello applicazione  Livello di trasporto  Livello di rete  Livello di collegamento  Livello fisico Lo stack protocollare TCP/IP (continuazione)

35 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl  Incapsulamento e decapsulamento  Indirizzamento  Multiplexing e demultiplexing  Incapsulamento nell’host sorgente  Decapsulamento e incapsulamento nel router  Decaspulamento nell’host destinatario Lo stack protocollare TCP/IP (continuazione)

36 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.17: I livelli nello stack protocollare TCP/IP

37 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.18: Comunicazione in una internet

38 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.19: Collegamenti logici fra i livelli dello stack protocollare TCP/IP

39 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.20: Oggetti identici nello stack protocollare TCP/IP

40 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.21: Incapsulamento e decapsulamento

41 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.22: Indirizzamento nel modello TCP/IP

42 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.23: Multiplexing e demultiplexing

43 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Il modello OSI Sebbene nel contesto di Internet il modello TCP/IP sia quello più diffuso, esso non è l’unico modello esistente. L’ISO (International Organization for Standardization), fondata nel 1947, è un’organizzazione internazionale dedicata alla definizione di standard universalmente accettati, organizzazione di cui fanno parte oltre tre quarti delle nazioni. Il modello OSI (Open Systems Interconnection) è uno standard ISO, introdotto alla fine degli anni ’70, che concerne tutti gli aspetti delle reti.  L’insuccesso del modello OSI

44 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.24: Il modello OSI

45 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.25: TCP/IP e il modello OSI

46 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl 1.3 La storia di Internet In seguito alla descrizione generale di Internet e dei suoi protocolli, si propongono ora alcuni cenni storici. Si mostra come Internet sia evoluta da una rete privata a una rete globale in meno di quarant’anni.

47 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl La storia iniziale Prima del 1960 esistevano già alcune reti di telecomunicazione, come le reti telegrafiche e le reti telefoniche. Queste reti erano adatte a un tipo di comunicazione a velocità costante: era necessario stabilire una connessione fra due utenti prima di poter trasmettere il messaggio codificato (telegrafo) o la voce (telefonia).  ARPANET

48 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Nascita della rete Internet Nel 1972 Vint Cerf e Bob Kahn, entrambi parte del nucleo del gruppo ARPANET, collaborarono a ciò che chiamarono l’Internetting Project. Il loro scopo era quello di collegare diverse reti in modo che un host di una delle reti potesse comunicare con un altro host di un’altra rete. I problemi da risolvere furono numerosi: dimensione dei pacchetti, interfacce e frequenze di trasmissione diverse, ma anche differenti requisiti di attendibilità.

49 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl  Transmission Control Protocol/Internetworking Protocol (TCP/IP)  MILNET  CSNET  NSFNET  ANSNET Nascita della rete Internet (continuazione)

50 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Internet oggi Siamo tutti testimoni della rapidissima evoluzione sia dell’infrastruttura che delle applicazioni di Internet, divenuta oggi una rete che fornisce servizi a livello mondiale. L’incessante sviluppo di nuove applicazioni è il motivo principale della sua diffusione.  World Wide Web  Applicazioni multimediali  Applicazioni peer-to-peer

51 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl 1.4 Gli standard e l’amministrazione della rete Internet Nello studio di Internet e dei suoi protocolli si incontrano spesso riferimenti a standard o entità amministrative, che vengono descritti in questo paragrafo.

52 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Gli standard Internet Uno standard Internet è una specifica che è stata rigorosamente esaminata e controllata, utile e accettata da chi utilizza la rete Internet. È un insieme di regole formalizzate che devono necessariamente essere seguite. Esiste una procedura rigorosa attraverso la quale una specifica diviene uno standard Internet. Il primo stadio di una specifica è quello di bozza Internet (Internet draft).

53 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl  Stadi o livelli di maturità  Proposta di standard  Draft Standard  Standard Internet  Livello storico  Livello sperimentale  Livello informativo Gli standard Internet (continuazione)

54 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl  Livelli di requisiti  Obbligatorio  Consigliato  Facoltativo  D’uso limitato  Sconsigliato Gli standard Internet (continuazione)

55 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.26: Stadi di maturazione di una RFC

56 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Amministrazione della rete Internet La rete Internet, nata sostanzialmente nel mondo della ricerca, si è ampiamente sviluppata e ha raggiunto una base di utenti molto vasta con significative attività commerciali. Numerosi gruppi che coordinano aspetti diversi della rete Internet hanno guidato la sua crescita e il suo sviluppo. Nella Figura 1.27 è illustrata l’organizzazione generale dell’amministrazione della rete Internet.

57 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl  Internet Society (ISOC)  Internet Architecture Board (IAB)  Internet Engineering Task Force (IETF)  Network Information Center (NIC)  Internet Assigned Numbers Authority (IANA) e Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (ICANN) Amministrazione della rete Internet (continuazione)

58 B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down Copyright © 2013 McGraw-Hill Education Italy srl Figura 1.27: Amministrazione della rete Internet


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