Introduzione alle Architetture di Rete Enrica Antonioli Universita degli Studi di Ferrara

Presentazione sul tema: "Introduzione alle Architetture di Rete Enrica Antonioli Universita degli Studi di Ferrara"— Transcript della presentazione:

1 Introduzione alle Architetture di Rete Enrica Antonioli Universita degli Studi di Ferrara E-mail: antonioli@fe.infn.it

2 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Reti di calcolatori Rete di calcolatori: connessione di (migliaia di) computer che condividono servizi di sistema, permette la comunicazione e la distribuzione del carico, e permette di continuare il funzionamento in casi di guasti locali Nodi: calcolatori con memoria e dischi privati Connessioni: cavi, router, bridge, gateway,… SCOPI delle Reti: Condivisione dellinformazione Condivisione delle risorse Comunicazione Accesso a risorse remote

3 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Aspetti hardware delle reti Due parametri utili per definire caratteristiche di una rete, anche se non esiste una tassonomia universalmente accettata: tecnologia trasmissiva scala dimensionale

4 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Tecnologia trasmissiva e Broadcast Due tipologie per quanto riguarda la tecnologia trasmissiva reti broadcast reti punto a punto Le reti broadcast sono dotate di un unico "canale" di comunicazione che è condiviso da tutti gli elaboratori. Brevi messaggi, chiamati pacchetti, inviati da un elaboratore sono ricevuti da tutti gli altri elaboratori. Un indirizzo all'interno del pacchetto specifica il destinatario. Quando un elaboratore riceve un pacchetto, esamina l'indirizzo di destinazione; se questo coincide col proprio indirizzo il pacchetto viene elaborato, altrimenti viene ignorato

5 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Esempio di rete broadcast

6 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Reti punto a punto Le reti punto a punto consistono invece di un insieme di connessioni fra coppie di elaboratori. Per arrivare dalla sorgente alla destinazione, un pacchetto può dover attraversare uno o più elaboratori intermedi. Spesso esistono più cammini alternativi, per cui gli algoritmi di instradamento (routing) hanno un ruolo molto importante.

7 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Dove vengono usate? In generale: Le reti geograficamente localizzate tendono ad essere broadcast Le reti geograficamente molto estese tendono ad essere punto a punto Fa eccezione: Rete geografica realizzata via satellite (broadcast)

8 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Reti e scala dimensionale Tre tipologie di scala dimensionale LAN - Local Area Networks MAN - Metropolitan Area Networks WAN - Wide Area Networks

9 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 LAN - Definizione Le reti Local Area Network, in genere: Sono possedute da una organizzazione (reti private) Hanno un'estensione che arriva fino a qualche km Si distendono nell'ambito di un singolo edificio o campus (non si possono, di norma, posare cavi sul suolo pubblico) Sono usatissime per connettere PC o workstation

10 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 LAN - Caratteristiche La dimensione non può andare oltre un certo limite, per cui è noto a priori il tempo di trasmissione nel caso peggiore. Questa conoscenza permette di utilizzare delle tecniche particolari per la gestione del canale di comunicazione Sono in generale reti broadcast con velocità di trasmissione tipiche tra da 10 a 100 Mbps (megabit al secondo, cioè milioni di bit al secondo), con basso ritardo di propagazione del segnale da un capo all'altro del canale (qualche decina di microsecondi) e basso tasso di errore Sono possibili diverse topologie, le più diffuse sono il bus ed il ring

11 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 LAN - Caratteristiche

12 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 LAN - Topologia bus In ogni istante solo un elaboratore può trasmettere, gli altri devono astenersi. E necessario un meccanismo di arbitraggio per risolvere i conflitti quando due o più elaboratori vogliono trasmettere contemporaneamente. Lo standard IEEE 802.3 (chiamato impropriamente Ethernet) è per una rete broadcast, basata su un bus, operante a 10 oppure 100 Mbps. Gli elaboratori trasmettono quando vogliono; se c'è una collisione aspettano un tempo casuale e riprovano.

13 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 LAN - Topologia ring Ogni bit circumnaviga l'anello in un tempo inferiore a quello di trasmissione di un pacchetto. E necessario un meccanismo di arbitraggio (spesso basato sul possesso di un gettone (token) che abilita alla trasmissione). Lo standard IEEE 802.5 è una rete broadcast basata su ring, operante a 4 o 16 Mbps.

14 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 MAN - Definizione Le Metropolitan Area Network, MAN, hanno un'estensione tipicamente urbana (molto superiore a quella di una LAN) e sono generalmente pubbliche. Basate essenzialmente sulle tecnologie delle reti geografiche, utilizzate su scala urbana. Recentemente è stato definito un apposito standard, lo IEEE 802.6 o DQDB (Distributed Queue Dual Bus), che è utilizzato in varie realizzazioni, molto più vicino alla tecnologia LAN che WAN. Esiste un mezzo trasmissivo di tipo broadcast (due bus in 802.6) a cui tutti i computer sono attaccati. Ogni bus (cavo coassiale o fibra ottica) e' unidirezionale.

15 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 WAN - Definizione Le Wide Area Network, WAN, si estendono a livello di una nazione, di un continente o dell'intero pianeta ed è costituita di due componenti distinte: Un insieme di elaboratori (host oppure end system) sui quali girano i programmi usati dagli utenti Una communication subnet (o subnet), che connette gli end system fra loro. Il suo compito è trasportare messaggi da un end system all'altro, così come il sistema telefonico trasporta parole da chi parla a chi ascolta

16 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 WAN - Definizione Di norma la subnet consiste, a sua volta, di due componenti: Linee di trasmissione (dette anche circuiti, canali, trunk) Switching element (elementi di commutazione): gli elementi di commutazione sono elaboratori specializzati utilizzati per connettere fra loro due o più linee di trasmissione. Quando arrivano dati su una linea, l'elemento di commutazione deve scegliere una linea in uscita sul quale instradarli Non esiste una terminologia standard per identificare gli elementi di commutazione, termini usati sono: Sistemi intermedi Nodi di commutazione pacchetti Router (quello che utilizzeremo noi)

17 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 WAN - Esempio

18 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 WAN - Caratteristiche Ogni router, in generale, deve: Ricevere un pacchetto da una linea in ingresso Memorizzarlo per intero in un buffer interno Appena la necessaria linea in uscita è libera, instradare il pacchetto su essa Una subnet basata su questo principio si chiama: Punto a punto Store and forward A commutazione di pacchetto (packet switched)

19 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Struttura delle Reti Elementi terminali: end system (host) che eseguono le applicazioni (Web browser, programmi di posta). Interno della rete: router e reti di reti. Mezzi fisici, reti di accesso: collegamenti per la comunicazione.

20 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Reti periferiche e di transito A B C i1 i2 i3 network1 network2 network3 Rete di transito per il traffico da A a B Rete periferica: e attraversata soltanto dal traffico destinato a nodi locali (B e C)

21 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Topologie di rete (1/4) Dorsale della rete Reti periferiche Rete di transito 1. Backbone ( rete a dorsale): esiste un collegamento principale condiviso, ovvero con accessi multipli, è adatta per il collegamento di apparati allinterno di un unico edificio (LAN, Local Area Network).

22 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Topologie di rete (2/4) 2. Rete a stella: rete di campus, cioè che collega diversi edifici oppure rete cittadina (MAN, Metropolitan Area Network). Intranet: rete privata non collegata ad Internet, per esempio per ragioni di sicurezza, come le reti bancarie, di industrie etc.

23 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Topologie di rete (3/4) 3. Rete gerarchica: struttura logica o fisica tipica di una rete geografica (per esempio a copertura nazionale) di una singola organizzazione distribuita, per esempio dellINFN, del CNR (WAN, Wide Area Network). core Rete regionale Istituto periferica transito

24 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Topologie di rete (4/4) 4. Rete magliata: tipica struttura di collegamento fra reti nazionali, ogni singola rete possiede molteplici punti di connessione con altri reti (WAN, Wide Area Network). ISP di transito ISP di transit o ISP: Internet Service Provider Rete periferica (cliente) ISP di transito ISP di transito ISP di transito Internet contiene tutte e quattro le tipologie di rete

25 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 La sezione interna della Rete Maglia di router che collega i terminali Internet Come sono trasferiti i dati allinterno di una rete? Commutazione di circuito (Circuit Switching): le risorse necessarie lungo un percorso per fornire la comunicazione tra 2 terminali sono riservate per la durata della sessione. Es: comunicazioni telefoniche. Commutazione di pacchetto (Packet Switching): le risorse non sono riservate, ma vengono usate a richiesta (si puo verificare attesa). Es: Internet.

26 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Commutazione di circuito Quando due host vogliono comunicare, la rete stabilisce un circuito dedicato end-to-end (circuito), per tutta la durata della comunicazione. Possono esserci piu linee di connessione attive in ogni canale di comunicazione (link). La larghezza di banda di trasmissione disponibile ad ogni comunicazione e quindi una frazione di quella totale.

27 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Commutazione di pacchetto Il flusso di dati da un host allaltro viene suddiviso in pacchetti. I pacchetti inviati possono essere messi in coda nei router che attraversano per raggiungere la destinazione. Ogni pacchetto ha un utilizzo pieno della banda trasmissiva. Le risorse vengono utilizzate solo quando sono necessarie. Sorgente Packet Switch Destinazione Packet Switch

28 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Confronto tra commutazione di pacchetto e di circuito Commutazione di pacchetto: non adatta a chiamate telefoniche e videoconferenze (puo presentare ritardi nelle trasmissioni), ma offre un miglior utilizzo della banda rispetto alla commutazione di circuito. Le moderne reti di telecomunicazione tendono a preferire la commutazione di pacchetto.

29 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Reti a commutazione di pacchetto – Routing Reti datagram: rete che invia pacchetti in base allindirizzo dellhost di destinazione (protocollo IP di Internet). Il percorso per raggiungere la stessa destinazione puo non essere uguale tra pacchetto e pacchetto. Reti a circuito virtuale: rete che invia pacchetti in base alla numerazione dei circuiti virtuali (percorsi fra terminali sorgente e desitinazione, ad es. tecnologie ATM). Il percorso e fisso.

30 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Reti di accesso Si definisce cosi il link fisico che collega un terminale al router di confine, che lo collega al mondo esterno. Reti di accesso domestiche. Reti di accesso istituzionali. Reti di accesso per terminali mobili.

31 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Reti di accesso domestiche Utilizzo di un modem nella linea telefonica che a richiesta compone il numero di un Internet Service Provider (ISP), e converte il segnale numerico in uscita dal PC in un segnale analogico (56kbit/s max). Nuove tecnologie: ISDN (Integral Service Digital Network), permette la trasmissione completamente numerica dei dati. ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), utilizza il doppino telefonico normale, e detta asimmetrica perche la velocita di ricezione dati dal router verso il pc di casa e superiore a quella di invio (lutente preleva piu dati di quelli che trasmette).

32 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Reti di accesso istituzionale Una rete locale (LAN) di unazienda o di ununiversita collega i terminali a un router di confine. Tecnologie Ethernet: Connessioni tra host e router tramite doppino in rame o cavo coassiale. 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet.

33 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Reti di accesso wireless (per terminali mobili) Rete di accesso wireless connette gli end system al router di confine. LAN wireless: Lo spettro delle onde radio rimpiazza i cavi. WAN wireless: CDPD (Cellular Digital Package Data): accesso a router ISP attraverso lo spettro radio usato dai cellulari. base station mobile hosts router

34 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Mezzi fisici di trasmissione Collegamenti fisici: i bit dei dati sono propagati attraverso mezzi di trasmissione. Mezzi guidati: Il segnale viene propagato attraverso mezzi solidi (cavo a fibra ottica, doppino in rame…). Mezzi non guidati: Il segnale viene propagato nellatmosfera.

35 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Doppino Intrecciato (Twisted Pair – TP) Due fili di rame isolati singolarmente e intrecciati tra loro (per ridurre le interferenze con altri doppini). Categoria 3: cavi telefonici tradizionali, reti Ethernet a 10 Mbps. Categoria 5: reti Ethernet a 100Mbps.

36 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Cavo coassiale Consiste di due conduttori in rame concentrici e da una guaina. Baseband: un singolo canale nel cavo. Broadband: canale multiplo nel cavo. Bidirezionale. Usato per reti Ethernet 10Mbs.

37 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Fibra ottica Cavo a fibra ottica Cilindro di vetro che conduce impulsi di luce (1 impulso=1 bit). Alta velocita di trasmissione: 100Mbps Ethernet 1-10 Gbps Basso tasso di errore.

38 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Mezzi wireless – onde radio (1/2) Il segnale e propagato nello spettro elettromagnetico. Non ci sono cavi fisici. Bidirezionale. Effetti dellambiente sulla propagazione: Riflessione Ostruzioni provocate da oggetti Interferenze

39 Introduzione alle Reti di Calcolatori 1 Giugno 2003 Mezzi wireless - onde radio (2/2) Tipi di collegamento radio: Microonde Canali fino a 45 Mbps. LAN (es: waveLAN) 2Mbps, 11Mbps. Wide-area (es: cellulari) Ad es: CDPD, 10 Kbps. Satelliti Canali fino a 50Mbps. Ritardi di propagazione del segnale 270 millisec.