Sistemi e Tecnologie della Comunicazione Lezione 1: introduzione e generalita’ sulle reti di trasmissione dati

2 Informazioni generali Docente: Alessandro Brunengo telefono: [ ] 6317 lab: Dipartimento di Fisica, PF1, L107 orario preferenziale: prendere appuntamento Sito del corso:

3 Informazioni generali Orario delle lezioni: mercoledi’ ore aula 505 venerdi’ ore 9-11 aula 505 Valutazione: prova orale minuti, 3 domande non e’ prevista una prova intermedia Esami in date da definire (appelli a giugno, luglio, settembre, gennaio, febbraio)

4 Testi di riferimento Lucidi delle lezioni (sul sito del corso) A. S. Tanenbaum, “Reti di calcolatori”, IV ed., Prentice Hall W. Stallings, “Trasmissione dati e reti di computer”, Jackson Note: i lucidi costituiscono solo una traccia; la lettura del testo di riferimento e’ essenziale

5 Programma Generalita’ sulle reti di comunicazione Architettura delle reti e modelli di riferimento (OSI, TCP/IP) Phisycal Layer Funzionalita’ del livello fisico Caratterizzazione di dati, segnali, trasmissione Serie e trasformate di Fourier Caratterizzazione del segnale in frequenza Caratterizzazione del canale Alterazione delle trasmissioni dati Trasmissione dei segnali e codifica dei dati Multiplexing Mezzi trasmissivi

6 Programma (2) Data Link Layer (connessioni punto-punto) Funzionalita’ del livello di data link Framing Checksum e controllo errori Gestione della trasmissione Controllo di flusso Esempi di protocolli Data Link Layer (connessioni broadcast) Protocolli di accesso al canale condiviso Protocolli Ethernet Protocolli senza collisioni LAN Wireless Bridging e switching Virtual LAN

7 Programma (4) Network Layer Funzionalita’ del livello di rete Algoritmi di routing Routing gerarchico Routing multicast e broadcast Controllo della congestione Tunneling Network Layer in TCP/IP IP: struttura del pacchetto ed indirizzamento ICMP Protocolli accessori: ARP, RARP, BOOTP Protocolli di routing (RIP/OSPF/BGP) IPV6 (cenni)

8 Programma (5) Transport Layer Funzionalita’ del livello di trasporto Indirizzamento Gestione della connessione Controllo di flusso Il trasporto in TCP/IP (protocolli TCP ed UDP)

9 Programma (6) Cenni sullo sviluppo di Internet Cenni sulla struttura della rete di Dipartimento e della rete Universitaria Cenni sulla struttura della rete di ricerca nazionale ed internazionale

10 Generalita’ sulle reti Esigenza emergente nel XX secolo: raccolta, trasferimento, archiviazione ed accesso ad informazioni (di tutti i tipi) Le reti di comunicazione telefono radio televisione Le reti di computer mainframe e terminali, workstation, personal computer distribuzione del calcolo e dei dati interconnessioni locali e geografiche Convergenza della rete di comunicazione verso le reti di computer digitalizzazione di voce e video

11 Scopi ed applicazioni delle reti di calcolatori Condivisione delle risorse stampanti, scanner, fax, programmi, dati Accesso a risorse centralizzate potenza di calcolo, database, area di storage, accesso alla rete esterna, modelli client-server Comunicazione tra collaboratori , chat, phono e videoconferenza, lavagna virtuale Affidabilita’ e performance ridondanza dei servizi condivisi distribuzione del carico su piu’ server Scalabilita’

12 Evoluzione verso i servizi Servizi bancari/economici/finanziari acquisti, fatturazione, operazioni bancarie Servizi di accesso ad informazioni riviste, giornali, biblioteche, World Wide Web Comunicazione tra individui posta elettronica, video conferenza, chat, newsgroup Intrattenimento video on demand, giochi distribuiti la rete arriva fino a casa

13 Reti e sistemi distribuiti Una rete di computer e’ un insieme di calcolatori interconnesso L’accesso ad una risorsa remota presuppone la connessione esplicita verso un applicativo specifico su un calcolatore della rete (es. terminale remoto, file transfer) Un sistema distribuito e’ l’insieme di un sistema di calcolatori (interconnesso) e di software, che appaiono all’utente come una unica risorsa L’esistenza di diversi calcolatori e’ resa trasparente all’utente tramite software (e hardware) opportuno (es. database, WWW)

14 Componenti di una rete Calcolatori dedicati alla esecuzione dei programmi utente (host o end system) Sistema di interconnessione degli host (sottorete), costituito da linee di trasmissione (canali) cavi in rame, fibre ottiche, canali radio, infrarossi elementi di commutazione (IMP: Interface Message Processor, Intermediate System) a seconda delle funzioni si indicheranno come hub, bridge, switch, router, gateway

15 Caratteristiche di una rete Velocita’ di trasmissione Affidabilita’ resistenza della rete a malfunzionamenti di parte dei suoi componenti Flessibilita’ adattabilita’ a nuove tecnologie o nuove esigenze Scalabilita’ capacita’ di evolvere al crescere delle esigenze in modo non discontinuo Costi

16 Unita’ di misura bit: quantita’ minima di informazione (0 o 1) byte: insieme di 8 bit carattere: gruppo di bit costituente una informazione unitaria (generalmente pari a 1 byte) velocita’ di trasmissione dei dati: b/s = 1 bit al secondo (anche bps) Kb/s = 1000 b/s (Kbps) Mb/s = 1000 Kb/s (Mbps) Gb/s = 1000 Mb/s (Gbps) velocita’ di trasmissione dei simboli: baud = 1 simbolo al secondo se 1 simbolo trasporta N bit di informazione, 1 baud = N b/s

17 Unita’ di misura (2) Misure di tempo secondo (s): misura base millisecondo (ms): s ( s) microsecondo (µs): ms ( s) nanosecondo (ns): µs ( s) picosecondo (ps): ns ( s) Misure di occupazione disco: kilobyte (KB): bytes (1.024 bytes) megabyte (MB): bytes ( bytes) gigabyte (GB): bytes ( bytes) terabyte (TB): bytes

18 Hardware di rete Le reti si possono classificare in categorie in funzione di: tecnologia trasmissiva: si distinguono reti broadcast, in cui gli oggetti connessi in rete condividono lo stesso mezzo trasmissivo (lo stesso canale) reti punto a punto, in cui ogni canale connette direttamente tra loro solo due oggetti per ciascuna tecnologia esistono diverse topologie, cioe’ diverse configurazioni di interconnessione tra gli apparati (host e IMP) dimensione: si distinguono LAN (Local Area Network): ufficio, edificio, campus MAN (Metropolitan Area Network): citta’, regione WAN (Wide Area Network): nazione, continente Internetwork: interconnessioni di reti diverse (copre l’intero pianeta)

19 Topologie broadcast

20 Reti broadcast La trasmissione dei dati di un host raggiunge sempre tutti gli altri. Sono possibili: trasmissioni unicast (verso un singolo host) trasmissioni multicast (verso gruppi di host) trasmissioni broadcast (per tutti gli host connessi) Protocolli semplici, alta affidabilita’ in alcuni casi pero’ una stazione puo’ bloccare l’intera rete Va gestito il problema della allocazione del canale Frequente nelle reti di piccole dimensioni (LAN)

21 Topologie per reti punto a punto

22 Reti punto a punto Fino a 20 anni fa, utilizzata solo nelle reti di grandi dimensioni; ora alcune topologie (albero) sono diffuse anche per reti di piccole dimensioni Nelle topologie non completamente interconnesse va gestito il recapito dei dati dalla sorgente alla destinazione tramite l’inoltro a nodi intermedi, eventualmente attraverso cammini multipli

23 Reti locali (LAN) Reti che coprono un edificio o un campus (fino a qualche Km), tipicamente di proprieta’ e gestite da una unica organizzazione (private) In passato quasi esclusivamente di tipo broadcast – ora realizzate anche con topologie a stella e ad albero Velocita’ trasmissive elevate (da 10 Mb/s a 10 Gb/s) a basso costo Bassa latenza Bassi tassi di errori trasmissivi Esempi di protocolli: Ethernet/Fast Ethernet/Gigabit Ethernet/10GE (bus ed albero) FDDI (anello e doppio anello) Token bus e token ring (bus ed anello) IEEE (wireless: trasmissione radio)

24 Reti metropolitane (MAN) Le reti metropolitane coprono distanze dell’ordine di decine di Km (tipicamente una citta’) Spesso sono una evoluzione in crescita di una o piu’ reti locali, con topologie tipiche di una rete geografica ma protocolli tipici di una rete locale generalmente di proprieta’ di una singola organizzazione a livello di gestione la MAN e’ controllata in modo omogeneo da una singola organizzazione (come le LAN)

25 Reti geografiche (WAN) Copertura di aree estese (una regione, una nazione, un continente, il pianeta) Topologie punto a punto Tassi di errore piu’ elevati (ma in calo con lo sviluppo della tecnologia) Velocita’ in passato piu’ basse che nelle LAN, ma lo sviluppo della tecnologia ha reso possibili velocita’ paragonabili o superiori (a costi elevati) Costituiscono spesso la sottorete di interconnessione tra reti locali Generalmente costituita da linee pubbliche

26 Interconnessione di reti Per interconnessione di reti (internet) si intende un insieme di reti (LAN, MAN, WAN) di diverse organizzazioni, potenzialmente differenti nella struttura e nelle tecnologie utilizzate, tra loro interconnesse. L’interconnessione e’ realizzata attraverso opportune apparecchiature (gateway) capaci di convertire all’occorrenza i protocolli di una rete nei protocolli dell’altra Il termine Internet definisce la internet globale che tutti conoscono

27 Standardizzazione Una tecnologia di interesse prima o poi viene prodotta a livello industriale L’esistenza di diversi produttori con implementazioni indipendenti ed incompatibili genera caos La definizione di standard e’ indispensabile: per poter far cooperare oggetti di produttori diversi perche’ aumenta il mercato dei prodotti che aderiscono allo standard Esistono standard de jure e de facto

28 ITU International Telecommunication Union Nasce come esigenza di definire uno standard per le telecomunicazioni tra i diversi paesi gia’ nel 1865 (prima telegrafia, poi telefonia) Nel 1947 diviene organismo delle Nazioni Unite Diviso in tre settori: ITU-R (comunicazioni radio) ITU-T (telecomunicazioni, noto fino al 1993 come CCITT) ITU-D (ricerca e sviluppo)

29 ITU (2) Costituito essenzialmente da governi nazionali e membri di settore (societa’ telefoniche, produttori di hardware, produttori di servizi nel settore) Ministreo delle Comunicazioni, FastWeb, Alcatel, TIM, Telecom Italia, Vodafone Omnitel, Wind Produce delle raccomandazioni (suggerimenti che i governi possono adottare o meno) ma spesso diventano standard riconosciuti Esempi: V.24 (EIA RS-232): comunicazione via porta seriale CCITT X.25: standard per la comunicazione dati di tipo circuit switching V.90: standard per la comunicazione via modem a 56 Kbps

30 ISO International Standard Organization Organizzazione che produce e pubblica gli standard internazionali (su tutto) Membri: gli organismi di standardizzazione nazionali dei paesi membri (89 nel 2004) ANSI (USA) uno dei membri principali UNI (Ente Nazionale Italiano di Unificazione) per l’Italia L’ISO e’ membro dell’ITU

31 IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers La piu’ grossa organizzazione professionale del mondo Sviluppa ricerca e produce standards nei settori di ingegneria elettrica e computers I suoi standard spesso vengono adottati come standard internazionali. Ad es., sulle reti locali: IEEE (Ethernet) ⇨ ISO IEEE (Token ring) ⇨ ISO IEEE (Comunicazione wireless) ⇨ ISO

32 Standard di Internet Molti degli standard adottati in Internet sono un esempio di standard de facto Alla creazione della prima rete embrionale Arpanet e’ stato creato un comitato per la sua supervisione (IAB: Internet Activities Board) In seguito all’ampliamento della rete si trasforma in organismo per “orientare gli sviluppatori” con nuovo acronimo (Internet Architecture Board) I rapporti tecnici che produce si chiamano RFC (Request For Comment), numerati sequenzialmente. Non hanno formalmente valore di standard, ma di fatto sono i documenti che definiscono le specifiche dei protocolli di Internet. Con la realizzazione di Internet l’informalita’ della gestione non regge piu’: vengono creati due organismi: IRTF (ricerca a lungo termine) IETF (soluzioni rapide a problemi specifici) Infine e’ stata creata la Internet Society, che elegge i membri di IAB. E’ piu’ una associazione di interessati che un organismo di standardizzazione.