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Architettura a strati
Marco Listanti Architettura a strati Testo T st di riferimento: rif rim nt : J. Kurose, K. Ross: “Reti di calcolatori e Internet (4a edizione)”. Pearson Addison Wesley Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 DIET Livelli di protocollo Le reti sono sistemi complessi host router svariate tipologie p g di mezzi trasmissivi applicazioni protocolli h d hardware, software f Domanda In che modo è possibile organizzare l’architettura delle reti ? Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 DIET Esempio: Es mp o organizzazione organ zzaz on di un viaggio agg o aereo a r o biglietto (acquisto) biglietto (lamentele) bagaglio l (check-in) ( ) b bagaglio l ((ritardo) d ) gate (imbarco) g ( ) gate (uscita) g pista di decollo pista di atterraggio rotta aerea rotta aerea rotta aerea Il processo complessivo è il prodotto di una sequenza di passi elementari Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 DIET Stratificazione delle funzionalità ticket (purchase) ticket (complain) biglietto baggage (check) baggage (claim bagaglio gates (load) gates (unload) gate runway (takeoff) runway (land) decollo/atterraggio airplane routing rotta aerea airplane routing aeroporto di partenza airplane routing airplane routing centri intermedi di controllo del traffico aeroporto di arrivo Livelli: ciascun livello realizza un servizio effettuando determinate azioni all’interno all interno del livello stesso utilizzando i servizi del livello immediatamente inferiore Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 DIET Perché la stratificazione ? Quando si ha a che fare con sistemi complessi Una struttura “esplicita” p consente l’identificazione dei vari componenti di un sistema complesso e delle loro possibili interazioni modello d ll di riferimento if i a stratii La modularizzazione facilita la manutenzione e l’aggiornamento di un sistema modifiche implementative al servizio di uno dei livelli risultano trasparenti al resto del sistema es.: modifiche nelle procedure effettuate al gate non condizionano il resto del ssistema stema Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 DIET Perchè la stratificazione ? Partiziona ill processo di P d comunicazioni in parti indipendenti Semplifica S lifi il progetto, tt la l realizzazione li i ed d il ttestt d deii sistemi di telecomunicazione I protocolli possono essere progettati separatamente ad ogni livello ff ttu n “chi m t ” aii servizi s rvizi offerti ff rti d ll str t effettuano chiamate” dallo strato inferiore Possono essere modificati senza cambiare i p protocolli di altri strati sottostanti Architetture monolitiche sono costose, scarsamente flessibili e sono soggette a rapida obsolescenza Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 DIET Open Systems Interconnection (OSI) Architettura h di d rete Definizione dell’insieme degli strati Definizione dei protocolli di ogni strato Dagli anni ’70 70 ogni produttore ha sviluppato la propria architettura a strati Problema computers di “vendor” diversi non possono essere interconnessi L’architettura OSI (Open Systems Interconnection) è stata creata per consentire l’interconnessione di sistemi “multivendor” multivendor Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 DIET OSI Reference Model Descrive un modello di riferimento a sette strati per l’architettura di una rete Fornisce un riferimento per lo sviluppo dei protocolli di comunicazione Il modlelo OSI definisce i concetti di strato, protocollo e servizio che hanno ancora oggi piena validità Sono stati definiti gli standard dei protocolli per i sette strati, strati ma nel tempo sono stati abbandonati Il modello a strati TCP/IP ha superato il modello OSI utilizzando esattamente gli stessi concetti Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 DIET 7-Layer 7 Layer OSI Reference Model Application Application Layer Presentatio n Layer Session Layer Transport Layer Sistemi terminali (End Systems) y Protocolli End-to-End Nodi di rete pp Application Application Layer Presentatio n Layer Session Layer Transport Layer Network Layer Network Layer Network Layer Network Layer Data Link Layer Data Link Layer Data Link Layer Data Link Layer Physical Layer y Physical Layer Physical Layer Physical Layer y Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 DIET Physical Layer Ha lo scopo di trasferire i bit informativi sui mezzi trasmissivi Definizione degli caratteristiche fisiche di un link di comunicazione Meccaniche tipo di cavi, connettori (plug, pin, …) Elettriche/ottiche modulazione, potenza dei segnali, livelli di tensione, temporizzazione, … Funzionali/procedurali Procedure p per attivare,, matenere e deattivare i link fisici Ethernet, xDSL, modem in banda fonica, … Coppie in rame, cavi coassiali, fibre ottiche, mezzi radio infrarossi radio, infrarossi, … Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 DIET Data Link Layer Ha lo scopo di realizzare il trasferimento affidabile delle informazioni in un link trasmissivo Formazione di unità dati denominate trame (frame) Rivelazione degli errori nelle trame ed eventuale loro correzione Attivazione, supervisione e deattivazione delle connessioni a livello Attivazione di link Funzioni MAC (Medium Access Control) in reti locali (LAN) Controllo di flusso Data Link Layer Physical Layer Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 trame bits Data Link Layer Phys cal Physical Layer DIET Network Layer Trasferisce f i pacchetti h attraverso una serie di d link l k o attraverso una serie di reti Gestisce ll’indirizzamento indirizzamento di rete Definisce le procedure di instradamento (routing) eseguite dai nodi per la determinazione dei cammini di rete Definisce le procedure di rilancio (forwarding) dei pachetti nei nodi Definisce le funzioni di controllo di congestione Definisce le procedure di setup, gestione e teardown delel connessioni di rete (modalità connection-oriented) Network Layer Data Link Layer pacchetti trame Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 Network Layer Data Link Layer DIET Internetworking Internetworking è una specifica funzione dello strato di rete, ha lo scopo di gestire il trasferimento dei pacchetti attraverso una serie di reti diverse I router rilanciano i pacchetti tra le reti H H R Net Net 11 R R R R = router H Net Net 33 Net 2 Net55 Net R Net 4 R H H = host Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 DIET Internetworking Ethernet LAN ATM Network ATM S it h Switch ATM H Switch ATM Switch ATM Switch H Net Net 33 R Net Net 11 R R R H Net 2 Net55 Net R Net 4 Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 R H DIET Transport Layer Trasferisce f i dati d end-to-end d d d dall processo attivo in un host h all processo residente nell’host remoto Garantisce ll’affidabilità affidabilità del trasferimento di stream di dati Offre un trasferimento rapido e semplice di singoli blocchi di dati Gestisce i “port numbers” (indirizzi interni ai sistemi terminali) Funzioni di segmentation and reassembly dei messaggi Connection setup, maintenance, and release Transport p Layer Network Layer Transport p Layer Network Layer Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 Communication Network Network Layer Network Layer DIET Application & Upper Layers Application Layer fornisce i servizi richiesti dalle applicazioni DNS, web acess, file transfer, email… Presentation Layer consente alle applicazioni di interpretare il significato dei dati (es. cifratura compressione, compressione convenzioni cifratura, specifiche della macchina) Session Layer sincronizzazione e controllo del dialogo, recupero dei dati Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 Applicazione Application Layer Presentation Layer S i Session Layer Transport Layer DIET Application & Upper Layers Application Layer fornisce i servizi richiesti dalle applicazioni l DNS, web acess, file transfer, email… P Presentation i Layer L consente alle applicazioni di interpretare p il significato g f dei dati (es. ( cifratura, compressione, convenzioni specifiche della macchina) Session Layer sincronizzazione e controllo del dialogo, recupero dei dati Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 Applicazione Application Layer Transport Layer Incorporati nello strato di applicazione DIET Pila di protocolli Internet Applicazione: ppl caz one supporto le applicazioni appl caz on di d rete FTP, SMTP, HTTP Trasporto: T t : ttrasferimento f im t d deii m messaggii a livello di applicazione tra il modulo client e server di un’applicazione TCP, UDP Rete: trasferimento dei pacchetti dall’origine dall origine al destinatario IP, protocolli di instradamento Link (collegamento): trasferimento dei pacchetti h tti all’interno ll’i t di una sottorete tt t PPP, Ethernet Applicazione pp Trasporto Rete Link Fi i Fisico Fisico: trasferimento dei singoli bit Fisico Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 DIET Concetto astratto di protocollo Lo strato n in un sistema interagisce con lo strato n in un altro sistema per fornire servizio allo strato n+1 Le entità che eseguono le funzioni di uno strato all all’interno interno di di sistemi comunicanti sono dette peer processes La cooperazione p tra entità dello stesso strato è regolata g dal protocollo di strato n (layer-n protocol) Le entità di strato n (Layer-n peer processes) si scambiano unità dati denominate Protocol Data Unit (PDU) n-PDU n Entity n Entity Layer-n peer protocol Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 DIET Concetto astratto di servizio La comunicazione tra due entità è virtuale ed indiretta Lo strato n+1 trasferisce le prorpie informazioni invocando il servizio fornito dallo strato inferiore (strato n) I servizi sono dello strato n sono disponibili all’interfaccia tra i due strati (Service Access Points - SAP)) Ogni strato passa dati e informazioni di controllo allo strato inferiore fino a che è raggunto lo strato fisico che si occupa dell’effettivo dell effettivo trasferimento I dati che sono ricevute da uno strato da quello superiore sono m Service D Data Unit (SDU D ) denominate Le SDU sono incapsulate nelle PDU nelle quali sono anche aggiunte le informazioni di controllo per l’esecuzione delle funzioni di strato Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 DIET Strati Servizi e Protocolli Strati, n+1 entity n+1 entity tit n-SAP n-SDU DU n-SDU n-SDU n-SAP H n entity n entity H n-SDU n-PDU Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 DIET Unità informative (N+1)-PDU (N)-SAP (N+1)-Strato (N)-Strato (N)-PCI (N)-SDU (N)-PDU Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 DIET Headers & Trailers Ogni protocollo usa un’intestazione (header) e un suffisso (tr il r) ch (trailer) che contengono c nt n n lle inf informazioni rm zi ni di c controllo ntr ll n necessarie c ss ri per l’esecuzione delle funzioni di strato indirizzi, numeri di sequenza, flag, codici di controllo d’errore, ecc. Applicazione Application Layer Transport Layer Network Layer Data Link Layer Physical Layer APP DATA Applicazione AH APP DATA Application Layer TH AH APP DATA Transport Layer NH TH AH APP DATA Network Layer DH NH TH AH APP DATA CRC bits Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 Data Link Layer Physical Layer DIET Modi di servizio Un servizio di strato dalle entità di strato superiore p con o senza un’intesa preliminare p nel caso in cui l'intesa sussista si parla di servizio con connessione (connection oriented) legame, almeno logico e in alcuni casi anche fisico, che viene stabilito tra le parti in comunicazione nel caso contrario si tratta di un servizio senza connessione (connectionless) ( ) Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 DIET Servizio con connessione Servizio di strato con connessione strutturazione in tre fasi temporali negoziazione dei parametri di trasferimento indirizzamento con identificatori di connessione legame logico tra i segmenti informativi scambiati Es. TCP, Telefonia Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 DIET Servizio senza connessione Servizio di strato senza connessione una sola fase temporale assenza di negoziazione uso di indirizzi espliciti per l’origine e la destinazione indipendenza e autoconsistenza dei segmenti informativi scambiati Es IP Es. IP, UDP Telecomunicazioni per l’aerospazio - Prof. Marco Listanti - A.A. 2014/2015 DIET
