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DEI - Univ. Padova (Italia) Linee Commutate Comunicazione telefonica: –Un utente compone il numero del destinatario (richiesta di connessione) –Il centralino.

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Presentazione sul tema: "DEI - Univ. Padova (Italia) Linee Commutate Comunicazione telefonica: –Un utente compone il numero del destinatario (richiesta di connessione) –Il centralino."— Transcript della presentazione:

1 DEI - Univ. Padova (Italia) Linee Commutate Comunicazione telefonica: –Un utente compone il numero del destinatario (richiesta di connessione) –Il centralino (umano od elettronico), verifica se il numero desiderato esiste e se è libero, nel qual caso unisce fisicamente le linee in un circuito –Le comunicazioni dipendono al funzionamento di uno o più centralini Questo modo per collegare di utenti si chiama commutazione di linea (circuit switching), in quanto una linea deve essere attivata e poi disattivata per instaurare/finire una comunicazione

2 DEI - Univ. Padova (Italia) Internet: un po di storia Allinizio degli anni 60 un gruppo di scienziati del MIT immaginarono di interconnettere tra loro computer LARPA (Advanced Research Project Agency) era interessata a sviluppare dei sistemi di comunicazioni robusti a guasti NellOttobre del 69 il primo messagio fu inviato tra un computer della UCLA ed uno dello Stanford Research Institute.

3 DEI - Univ. Padova (Italia) Internet: un po di storia Nel 72 fu sviluppata la posta elettronica Si cominciano a creare reti scientifiche e proprietarie (HEPNet, CSNET, SNA di IBM e DECNet della DEC) Nasce il problema di dover interfacciare tra loro reti differenti: necessità di regole condivise (protocolli)

4 DEI - Univ. Padova (Italia) Trasmissione: linee commutate Nelle comunicazioni che utilizzano linee commutate, una volta che il circuito sia stabilito fra i due apparecchi (ad es. i telefoni), la linea è interamente ed esclusivamente dedicata a quella comunicazione, sia che ci sia un effettivo scambio di messaggi che non ci sia. Inefficienza nella gestione della occupazione delle risorse Se parte del messaggio viene persa o distorta durante a comunicazione, lintero messaggio deve essere ripetuto Scarsa robustezza dove n è un numero intero non negativo

5 DEI - Univ. Padova (Italia) Trasmissione: commutazione di pacchetti I messaggi digitali si prestano ad essere spezzettati in pacchetti, ognuno dei quali viene inviato al destinatario indipendentemente La risorsa scarsa (possibilità di utilizzare il mezzo di trasmissione) viene utilizzata solo quando è necessario Solo la parte del messaggio che non arriva al destinatario correttamente deve essere ritrasmessa Maggiore efficienza

6 DEI - Univ. Padova (Italia) Trasmissione Per poter trasmettere i pacchetti di dati (binari) su una linea telefonica, è necessario convertirli Il MODEM (MODulatore/DEModulatore) modula o altera un segnale standard, la portante, per codificare il messaggio in modo che possa essere trasmesso

7 DEI - Univ. Padova (Italia) Mezzi di trasmissione Per creare una rete è necessario stabilire un collegamento fra (almeno) due dispositivi) E possibile attuare il collegamento tramite: –Cavo telefonico –Fibra ottica –Cavo coassiale –Cavo Ethernet

8 DEI - Univ. Padova (Italia) Reti LAN Quando i dispositivi che sono connessi a formar una rete sono vicini tra loro i parla di rete locale (Local Area Network). In genere il proprietario dei dispositivi è anche proprietario dei mezzi (ad es. cavi) di comunicazione Le strategie di connessione per le LAN sono: bus, anello, stella

9 DEI - Univ. Padova (Italia) Topologie della rete: bus, anello, stella Nella topologia a bus tutti i dispositivi (nodi della rete) sono connessi ad una singola linea di comunicazione condivisa Lanello connette i nodi della rete in modo circolare Nella stella si ha un singolo nodo centrale a cui sono collegati tutti gli altri

10 DEI - Univ. Padova (Italia) Accesso alla trasmissione Come è possibile regolare laccesso alla trasmissione di messaggi senza che tutti i dispositivi cerchino di inviare messaggi contemporaneamente, rendendo impossibile ogni comunicazione? (Pensate a quado provate a parlare contemporaneamente durante una conversazione...) Strategie: –Round robin –Token ring –CSMA/CD

11 DEI - Univ. Padova (Italia) Round-robin Ad ogni dispositivo è assegnato un turno durante il quale può inviare una messaggio Al di fuori del proprio turno può solo ascoltare i messaggi che inviano gli altri dispositivi e leggere i messaggi indirizzati a sé stesso Uno dei dispositivi presenti nella rete funge da arbitro, assegnando equamente i turni

12 DEI - Univ. Padova (Italia) Token ring Un gettone (token), gira nella rete e deve essere catturato da un dispositivo che voglia trasmettere Una volta che sia catturato, il dispositivo accoda a tale gettone il messaggio: questo rende il gettone non cattuabile se non dal destinatario del mesaggio Il destinatario, dopo aver estratto dalla rete il token col messaggio, riniserisce nella rete il gettone, privato del messaggio. Questo lo rende disponibile alla cattura.

13 DEI - Univ. Padova (Italia) Token ring Il token gira nella rete ad anello segnalando che linvio di un messaggio è possibile

14 DEI - Univ. Padova (Italia) Token ring Il dispositivo 1 vuole inviare un messaggio a 4, e cattura il token quando gli arriva senza un messaggio allegato

15 DEI - Univ. Padova (Italia) Token ring Allega al token un messaggio, rendendolo occupato, e quindi lo riimmette nella rete Dati

16 DEI - Univ. Padova (Italia) Token ring Nessun dispositivo può catturare il token fino a che esso non raggiunga le destinazione Dati

17 DEI - Univ. Padova (Italia) Token ring Il dispositivo 4 è il destinatario del messaggio, lo estrae dalla rete e poi riimmette il token pronto per una nuova comunicazione Dati

18 DEI - Univ. Padova (Italia) CSMA/CD Nel caso di bus condiviso, la strategia di accesso è basato sulla competizione Sulla linea condivisa è presente un segnale di libero (carrier), che permette ai dispositivi di trasmettere Il dispositivo più veloce inserisce il messaggio sulla linea, rendendola occupata: nessun altro può trasmettere fino a che la linea non sia di nuovo libera Tutti i dispositivi sulla rete vedono il messaggio trasmesso, ma lo ignorano a meno di non esserne il destinatario

19 DEI - Univ. Padova (Italia) CSMA/CD Se due dispositivi che sono in attesa di trasmettere sono ugualmente veloci nel percepire il segnale di libero e trasmettere il loro messaggio si genera una collisione Tale evento deve essere identificato perchè rende entrambi i messaggi inintelleggibili In caso di collisione, il segnale torna libero ed i dispositivi che lhanno generata devono attendere un tempo casuale per provare a ri-trasmettere, in tal modo si cerca di minimizzare collisioni multiple successive

20 DEI - Univ. Padova (Italia) CSMA/CD I dispositivi devono essere in grado di: –Percepire il segnale di libero (Carrier Sense - CS) –Accedere contemporaneamente alla linea (Multiple Access - MA) –Identificare le collisioni (Collision Detection - CD) Il controllo è distribuito: –Ogni nodo decide quando ascoltare, quando inviare e quando attendere –Un problema ad un nodo non influenza le attività degli altri nodi

21 DEI - Univ. Padova (Italia) Ripetitori e bridge Ogni segnale trasmesso in un mezzo si attenua, si distorce, ed è soggetto a rumore mano a mano che si propaga sempre più lontano Limite fisico alla lunghezza massima dei cavi per avere trasmissioni affidabili Più tratte devono essere interconnesse

22 DEI - Univ. Padova (Italia) Ripetitori Un ripetitore inoltra un segnale (messaggio) tra due reti cercandi di ripristinare il segnale che presenta alla rete destinataria alla sua forma originale. Nel caso più semplice funziona da amplificatore Ripetitore

23 DEI - Univ. Padova (Italia) Bridge (o switch) Un bridge è un dispositivo che conosce quali nodi si trovino in ciascuna delle sotto-reti connesse ad esso, e inoltra solo i messaggi che devono andare da una rete allaltra Bridge LAN 1 LAN 2 Messaggio dalla LAN1 per un nodo nella LAN2 Messaggio dalla LAN1 per un nodo nella LAN1

24 DEI - Univ. Padova (Italia) Un primo protocollo: ARQ Una volta che si abbia accesso ad un mezzo di trasmissione, con delle regole per accedervi, è necessario fare in modo che il messaggio trasmesso arrivi correttamente a destinazione Non potendo eliminare gli errori, lidea è di rilevarli e ritrasmettere i messaggi che sono andat perduti o distorti. Lalgoritmo ARQ (Automatic Repeat reQuest), è la base di tutte le procedure (protocolli) di controllo del collegamento

25 DEI - Univ. Padova (Italia) Un primo protocollo: ARQ Lidea di base è che ogni volta che viene trasmesso un pacchetto, il destinatario deve inviare un avviso di ricezione (acknowlegement) al mittente una volta che labbia ricevuto Per fare ciò è necessario che: –Ogni pacchetto sia univocamente identificato, e questo avviene tramite un numero sequenziale –Ogni pacchetto abbia un codice per controllarne la correttezza –Linizio e la fine di ogni pacchetto sono delimitati da segnali speciali (Start of Packet - SOP, ed End of Packet - EOP)

26 DEI - Univ. Padova (Italia) Trasmissione con ARQ Mittente Destinatario Invia il pacchetto con numero sequenziale 1 X=1 ACK X+1 Riceve correttamente il pacchetto 1 ed invia lavviso di ricezione con numero sequenziale x+1 X=2 Riceve lACK per il pacchetto 1 ed invia il pacchetto con numero sequenziale 2 che non raggiunge il destinatario Dopo un periodo di attesa (timeout) dellACK per il pacchetto 2, lo assume perso e lo ri-invia X=2

27 DEI - Univ. Padova (Italia) Trasmissione con ARQ Mittente Destinatario Invia il pacchetto con numero sequenziale 2 è ri-inviato X=2 ACK X+1 Invia lavviso di ricezione con numero sequenziale x+1, ma lavviso non arriva Dopo un periodo di attesa (timeout) dellACK per il pacchetto 2, lo assume perso e lo ri-invia X=2 ACK X+1 Riceve lavviso di ricezione per il pacchetto 2 e invia il pacchetto 3 X=3 Riceve correttamente il pacchetto 2, ma si accorge di averlo già ricevuto. Lo scarta ed invia lavviso di ricezione con numero sequenziale x+1

28 DEI - Univ. Padova (Italia) Dalle applicazioni alla trasmissione La funzione fattoriale, molto usata nel calcolo combinatorio, è così definita dove n è un numero intero non negativo

29 DEI - Univ. Padova (Italia) Reti diverse: la soluzione nativa Quando si deve trasmettere un messaggio attraverso reti diverse, per il mezzo fisico, per il protocollo di accesso o altro, a che livello si colloca la procedura di traduzione da una regola (protocollo) allaltra? Una strategia potrebbe essere quella di affidare alle singole applicazioni lonere di capire attraverso quali reti stiano trasmettendo dati, e di far provvedere ad esse la compatibilità Questo provocherebbe un inutile difficoltà nel gestire le compatibilità e nel mantenere il codice delle applicazioni aggiornato

30 DEI - Univ. Padova (Italia) Il modello a livelli Si è scelto di organizzare i protocolli in una gerarchia a più livelli, in cui ciascun livello si occupa di un aspetto limitato delle comunicazioni complessive. Ogni livello comunica solo con il livello sovrastante e quello sottostante Questa organizzazione in livelli fa sì che una modifica ad un livello non influenzi gli altri, semplificando la gestione di Internet

31 DEI - Univ. Padova (Italia) Il modello OSI/ISO Il modello Open System Interconnect, dell International Standard Organization, una gerarchia di 7 livelli, di cui a noi interessano solo 4: Applicazione Controllo di Trasporto Rete Fisico

32 DEI - Univ. Padova (Italia) Livello di Applicazione I protocolli del livello di applicazione sono le regole per implementare i servizi allutente forniti da una rete (browsing di pagine web, posta elettronica, trasferimento file)

33 DEI - Univ. Padova (Italia) Transmission contro protocol: TCP Il livello del controllo del trasporto deve prendere i messaggi che il livello di applicazione richiede di inviare in rete e li deve preparare allinvio: –Divide il messaggio in pacchetti –Assegna un numero sequenziale ai pacchetti in modo da rendere possibile la ricostruzione del mesaggio originale –Gestisce il protocollo ARQ (invio, invio dellavviso di ricezione, ri- invio di pacchetti perduti) –Individua lapplicazione (porta) che ha richiesto ed a cui è destinato il messaggio

34 DEI - Univ. Padova (Italia) Transmission contro protocol: TCP Tutte quest informazioni vengono anteposte al pacchetto di dati in una intestazione (header) TCP Messaggio PacchettoTCP Header PacchettoTCP Header PacchettoTCP Header PacchettoTCP Header

35 DEI - Univ. Padova (Italia) Transmission contro protocol: TCP Porta destinazionePorta mittente Numero sequenziale del pacchetto Numero del ACK Altre informazioni opzionali Dati del pacchetto

36 DEI - Univ. Padova (Italia) TCP: three way handshake Il protocollo TCP fornisce anche le regole per instaurare una connessione, mandando dei messaggi di richiesta si sincronozzazione (SYN) al destinatario Mittente Destinatario SYN, SEQ=X SYN, ACK=x+1, SEQ=y SYN, ACK=y+1 Manda una richiesta di connessione (SYN), ed un pacchetto di dati con numero sequenzale SEQ=x Riceve la richiesta di connessione (SYN), ed un pacchetto di dati con numero sequenzale SEQ=x. Manda lavviso di ricezione del SYN, e del pacchetto SEQ=x+1, inoltre manda un pacchetto con numero SEQ=y Riceve lok alla connessione (SYN), ed un pacchetto di dati con numero sequenzale SEQ=y. Manda lavviso di ricezione del pacchetto SEQ=y+1 Riceve lavviso di ricezione del pacchetto SEQ=y, la connessione è stabilita

37 DEI - Univ. Padova (Italia) TCP: three way handshake Stabilire la connessione con lo scambio di strette di mano triplice serve in modo che i due dispositivi possano stimare i tempi di attesa (timeout) del riinvio dei pacchetti, a seconda della situazione della rete.

38 DEI - Univ. Padova (Italia) Internet Protocol: IP La funzione fattoriale, molto usata nel calcolo combinatorio, è così definita dove n è un numero intero non negativo

39 DEI - Univ. Padova (Italia) Indirizzi IP I livelli di applicazione e TCP della gerarchia di protocolli rendono possibile lo scambio di messaggi una volta che si sia in grado di identificare il destinatario I protocolli del livello di rete (IP – Internet Protocol) hanno il compito di recapitare il messaggio dal mittente la destinatario E necessario uno schema di indirizzamento valido per tutti i nodi della rete

40 DEI - Univ. Padova (Italia) Indirizzi IP Un indirizzo IP identifica univocamente ogni nodo della rete tramite un numero di 32 bit, spesso scritto come quattro numeri a 8 bit (0-255): un indirizzo può essere: che rappresenta uno dei computer del Dipartimento di Ingegneria dellInformazione

41 DEI - Univ. Padova (Italia) DNS Gli indirizzi IP a 32 bit non forniscono un sitema facile per associare un indirizzo ad una risorsa Lo Internet Domain Name System (DNS) fornisce un sistema di corrispondenza tra un sistema di indirizzi orientato allutente con quello utilizzato dal protocollo IP In tal modo un indirizzo simbolico come ironbark.bandigo.latrobe.edu.au si traduce in Il DNS è un enorme database distribuito su migliaia di computer che contiene le corrispondenze fra nomi simbolici e indirizzi IP

42 DEI - Univ. Padova (Italia) DNS La struttura del DNS è gerarchica ed organizzata in un albero. Ogni nodo dellalbero si chiama dominio Ogni dominio ha un server di nomi (nameserver) che fornisce la traduzione dominio-IP per i sottoalberi del suo dominio radice.com amazon.com google.com.edu princeton.edu washington.edu jpl.washington.edu.gov.it repubblica.it unipd.it scienze.unipd.it dei.unipd.it

43 DEI - Univ. Padova (Italia) DNS Se dalla rete dei.unipd.it voglio accedere a repubblica.it, la richiesta viene prima inoltrata al nameserver del dominio dei.unipd.it. Se tale dominio non conosce la traduzione del dominio richiesto nel corripondente IP, passa la richiesta al nameserver del livello superiore (unipd.it), ed eventualmente a quello del dominio.it, che conosce sicuramente lindirizzo IP di repubblica.it, essendo questultimo un suo sottoalbero. radice.com amazon.com google.com.edu princeton.edu washington.edu jpl.washington.edu.gov.it repubblica.it unipd.it scienze.unipd.it dei.unipd.it

44 DEI - Univ. Padova (Italia) Protocollo IP Una volta che sia noto linidirizzo IP del detinatario di un messaggio, ai vari pacchetti in arrivo dal livello del trasporto, il livello di rete aggiunge una intestazione (header) IP, contenete lindirizzo del mittente, del destinatario, e quello di eventuali nodi di scalo. Messaggio PacchettoTCP Header IP Header PacchettoTCP Header IP Header PacchettoTCP Header IP Header PacchettoTCP Header IP Header

45 DEI - Univ. Padova (Italia) IP routing In una rete spesso non si hanno tragitti diretti fra un nodo mittente ed il nodo destinatario, ma è necessario passare per nodi intermedi Inoltre è possibile che vi siano più tragitti posibili: quale scegliere? Il processo di scelta del percorso di ogni pacchetto è detto routing (da route = rotta)

46 DEI - Univ. Padova (Italia) IP routing: smistamento locale Quando si richiede la consegna di un pacchetto IP, per prima cosa si controlla se il destinatario è sulla rete a cui la richiesta di consegna è arrivata. In caso affermativo, il pacchetto è comsegnato alla rete fisica che gestisce la consegna diretta

47 DEI - Univ. Padova (Italia) IP routing: internet Se la destinazione è in una rete differente da quella in cui si trova il pacchetto, esso è consegnato ad un instradatore (router) connesso alla rete e da questo è inoltrato di router in router fino a che non raggiunge la rete desiderata. E la stessa cosa che avviene quando si compra un biglietto aereo per una destinazione per cui non è possibile avere un volo diretto. Ogni scalo è la sosta di un pacchetto in un router che lo indirizza verso la destinazione

48 DEI - Univ. Padova (Italia) Routing tables Ogni router mantiene al suo interno un database di percorsi ottimali (routing tables) per raggiungere determinate destinazioni,cosicché può inoltrare nel modo migliore ogni pacchetto che gli giunga da smistare La rete è dinamica, per cui la sua topologia si modifica continuamente. Alto volume di traffico locale o guasti possono compromettere quello che sembrava il percorso migliore per un pacchetto I router devono aggiornare continuamente le routing tables


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