Reti di calcolatori: Introduzione Reti di computer e Internet
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Reti di calcolatori: Introduzione Reti di computer e Internet
Reti di calcolatori: Introduzione Vittorio Maniezzo Università di Bologna Reti di computer e Internet Rete: sistema di collegamento di più computer mediante una singola tecnologia di trasmissione Internet: insieme di reti collegate da router, che sono configurati per inoltrare traffico fra computer collegati a una qualsiasi rete dell'insieme Trasmissione di dati - mezzi trasmissivi, codifica dati Trasmissione di pacchetti - scambio di dati su una rete Internetworking - servizi completi di rete su un insieme di reti Applicazioni di rete - programmi che usano una internet Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 2/32 1 Hardware di Internet Milioni di dispositivi collegati: host, end-system – PC, workstation, server – Palmari, telefoni router workstation server mobile ISP locale Eseguono applic. di rete mezzi trasmissivi ISP regionale – fibra, rame, radio, satellite router: inviano pacchetti di dati attraverso la rete Vittorio Maniezzo - Università di Bologna Rete aziendale 01 – Introduzione 3/32 Crescita esponenziale Le reti sono una parte importante delle attività quotidiane • Lavoro • Casa • Governo • Educazione Internet cresce esponenzialmente Inizialmente un progetto di ricerca con poche decine di siti Oggi, milioni di computer e migliaia di reti in tutto il mondo Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 4/32 2 Internet Derivata da ricerca in campo militare: Arpanet Elaborazione da centralizzata a distribuita Incorpora elementi di affidabililtà e robustezza • Collegamenti multipli • Routing distribuito Ethernet ha reso agevoli le connessioni locali TCP/IP ha reso agevole l'internetworking • Sviluppato dopo Arpanet • Adottato nel 1983 Crescita esponenziale: raddoppio ogni 18 mesi Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 5/32 Complessità Il collegamento di computer é complesso Molte tecnologie hardware diverse Molte tecnologie software diverse Tutte possono essere interconnesse in internet Nessuna teoria sottostante La terminologia può essere confusa Largo uso di acronomi L'industria ridefinisce o cambia la terminologia accademica Vengono introdotti spesso nuovi termini Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 6/32 3 Motivazioni storiche I primi computer erano costosi Molto grossi Centralizzati I programmi richiedevono lunghi tempi di elaborazione Non era possibile installare un computer ovunque ce ne fosse bisogno 01 – Introduzione 7/32 Vittorio Maniezzo - Università di Bologna ARPA Advanced Research Projects Agency iniziò un progetto per connettere i suoi ricercatori tramite computer. Nuove tecnologie: • Packet switching • Internetworking Il risultato fu un sistema per accesso remoto a risorse costose Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 8/32 4 Packet switching Dati trasmessi in piccoli frammenti indipendenti • La sorgente suddivide i messaggi in pacchetti • La destinazione ricostruisce i dati originali Ogni pacchetto viaggia indipendentemente dagli altri • Contiene informazione sufficiente per la consegna • Può seguire coammini diversi • Può essere ritrasmesso se viene perso Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 9/32 Internetworking • Molte tecnologie di rete mutuamente incompatibili. • Nessuna tecnologia é adatta ad ogni situazione. • L'internetworking collega reti di tecnologie diverse per mezzo di router. • Il risultato é una rete virtuale i cui dettagli sono invisibili. Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 10/32 5 Storia e crescita ARPAnet attiva a fine anni '60 (senza TCP/IP). TCP/IP sviluppato a fine anni '70. ARPAnet passò a TCP/IP nei primi anni '80. Inizio di Internet: • Poche centinaia di computer • Poche decine di reti Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 11/32 Crescita dal 1991 Host internet 1991-2002 Numeri in milioni Host internet italiani come % del totale mondiale 1993-2002 Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 12/32 6 Cosa è Internet Internet: “rete di reti” – Struttura parzialmente gerarchica – Segmenti pubblici e intranet private Protocolli: regolano la comunicazione tra sistemi – es., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP La rete di comunicazione permette di eseguire applicazioni: – WWW, email, giochi, e-commerce, basi di dati ecc. Comunicazioni: – connectionless – connection-oriented 01 – Introduzione 13/32 Vittorio Maniezzo - Università di Bologna Protocolli protocolli umani: “che ora è?” “le 9.30” “grazie” protocolli di rete: Fra macchine. Tutte le comunicazioni in Internet sono governate da protocolli. Scambio strutturato di specifici messaggi in corrispondenza ai quali vengono prese opportune azioni I protocolli definiscono il formato, l’ordine di invio e di ricezione dei messaggi tra i dispositivi e le azioni prese quando si riceve un messaggio Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 14/32 7 Protocolli Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 15/32 Caratteristiche della rete fisica Struttura – Network edge: applicazioni e host – Network core: router rete di reti – Rete di accesso Mezzo fisico: caratteristiche dei link di comunicazione Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 16/32 8 Network edge: end system (host): – eseguono applicazioni – es., WWW, email modello client/server – host client richiede e riceve un servizio dal server – es., WWW client (browser)/ server; email client/server modello peer-to-peer : – interazione simmetrica tra host Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 17/32 Network edge: servizio orientato alla connessione Obiettivo: trasferire dati tra end system. handshaking: scambio di informazione di controllo prima della comunicazione – Es. “hello, hello” (protocollo umano) – viene creato uno “stato” nei due host che comunicano TCP - Transmission Control Protocol – Servizio orientato alla connessione in Internet Servizio TCP: trasferimento affidabile e in ordine di flussi di byte – perdita: conferma (acknowledgement) e ritrasmissioni Controllo di flusso: – il sender non “inonda” il receiver Controllo della congestione: – Si diminuisce il ritmo (rate) di trasmissione se la rete è congestionata Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 18/32 9 Network edge: servizio connectionless Obiettivo: trasferimento dati tra host – Lo stesso di prima! UDP - User Datagram Protocol: è il servizio connectionless di Internet – trasferimento dati non affidabile – no controllo di flusso – no controllo della congestione Applicazioni che usano TCP: HTTP (WWW), FTP (file transfer), Telnet (remote login), SMTP (email) Applicazioni che usano UDP: streaming audio/video teleconferenza, telefonia su Internet Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 19/32 Network Core Rete di router interconnessi Questione fondamentale : come avviene il trasferimento dei dati? – circuit switching: circuito dedicato per ogni connessione: rete telefonica – packet-switching: i dati sono trasferiti a “blocchi”, non viene preallocato un circuito Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 20/32 10 Network Core: Circuit Switching Pre-allocazione di risorse end-to-end per “chiamata” Vincolato da banda dei link e capacità degli switch. Risorse dedicate: nessuna condivisione. Prestazioni garantite per ogni connessione. Ogni chiamata richiede una fase di instaurazione. Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 21/32 Network Core: Circuit Switching Le risorse di rete non sono condivise. La risorsa non usata (idle) dalla chiamata a cui è allocata è sprecata. Si divide la banda: – divisione di frequenza – divisione di tempo Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 22/32 11 Network Core: Packet Switching Ogni messaggio è diviso in pacchetti (packets) • i pacchetti di piu’ utenti condividono le risorse • ogni pacchetto usa tutta la banda • le risorse sono usate quando servono 01 – Introduzione 23/32 Vittorio Maniezzo - Università di Bologna Network Core: Packet Switching # $ % ! ) #& $ " '& $ * ( Vittorio Maniezzo - Università di Bologna % 01 – Introduzione 24/32 12 Network Core: Packet Switching Esempio Messaggio di 7.5 Mbit Suddivisione in 5000 pacchetti da 1.5 Kbit Capacità dei link: 1.5 Mbps Tempi di elaborazione nei router trascurabili Esercizio: calcolare tempo di trasferimento se il messaggio non fosse diviso Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 25/32 Packet switching versus circuit switching Packet switching permette a più utenti di usare la rete! Link da 1 Mbit/s Per ogni utente: – 100Kbps se “attivo” – attivo 10% del tempo + circuit-switching: * – Max. 10 utenti attivi packet switching: – con 35 utenti, Prob > 10 utenti attivi < .004 Vittorio Maniezzo - Università di Bologna #$ 01 – Introduzione 26/32 13 Packet switching versus circuit switching Packet switching: ottimo per dati a raffica (bursty) – Condivisione di risorse – Nessuna instaurazione di chiamata MA: Possibilità di congestione: ritardo e perdita di pacchetti – Servono protocolli per il trasporto affidabile e per gestire la congestione Come ottenere un comportamento di tipo circuit switched? Problema aperto. Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 27/32 Packet-switched networks: instradamento (routing) Obiettivo: trasferire i pacchetti da sorgente a destinazione seguendo un cammino nella rete – Molti algoritmi di selezione dei cammini. Reti a datagramma (datagram networks): – Prossimo salto (next hop) determinato dall’indirizzo di destinazione – Il percorso può mutare nel corso della sessione – analogia: servizio postale Reti a circuito virtuale (virtual circuit networks): – Ogni pacchetto contiene un identificatore che determina il prossimo salto – Il cammino è fissato una volta per tutte in fase di instaurazione – I router attraversati mantengono informazione su ogni chiamata Attenzione: circuito virtuale e circuit switching sono cose diverse!! Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 28/32 14 Reti di accesso Utenze domestiche Reti di istituzioni (università, aziende) Reti mobili Aspetti importanti: banda (bit al secondo) della rete di accesso Condivisa o dedicata? Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 29/32 Accesso da casa: point to point Modem – Fino a 56Kbps, accesso diretto al router (conversione D/A – A/D) ISDN: integrated services digital network: 128Kbps fino al router (digitale) ADSL: asymmetric digital subscriber line – Capacità maggiori Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 30/32 15 Istituzioni: reti locali Rete locale (LAN) che connette end system a edge router Ethernet: – Cavo condiviso che connette sistemi terminali a un router – 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 31/32 Reti di accesso wireless Connettono sistemi terminali a un router mediante un mezzo condiviso Wireless LAN: – Collegamento radio al posto del cavo Accesso wireless su aree più vaste – Es. CDPD (Cellular Digital Packet Data): accesso wireless a router di ISP attraverso una rete cellulare Vittorio Maniezzo - Università di Bologna 01 – Introduzione 32/32 16