Capitolo 1
Introduzione
B.A. Forouzan, F. Mosharraf – Reti di calcolatori. Un approccio top-down
Edizione italiana delle slide a cura di Gabriele D’Angelo e Gaia Maselli
Traduzione delle slide di Renato Cortinovis
.
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Capitolo 1: Indice
1.1 Internet: una panoramica
1.2 L’organizzazione dei protocolli in livelli
1.3 La storia di Internet
1.4 Gli standard e l’amministrazione della
rete Internet
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Capitolo 1: Obiettivi
 Nella prima parte vi sono una definizione sintetica e una descrizione
introduttiva delle LAN (Local Area Networks) o reti locali, e WAN (Wide Area
Networks) o reti geografiche. Si definisce una internet, o internetwork, come
un insieme di LAN e WAN interconnesse.
 La seconda parte presenta i concetti legati alle prestazioni di una rete a
commutazione di pacchetto, spiegando quali fattori influenzano quella che
viene comunemente chiamata velocità di rete o di un collegamento.
 Nella terza parte si introduce il concetto di layering dei protocolli per illustrare
come le operazioni di Internet siano suddivise in compiti di complessità
inferiore. Si descrive l’architettura TCP/IP analizzando i compiti assegnati a
ognuno dei cinque livelli di cui è composta.
 La quarta parte presenta sinteticamente la storia dell’evoluzione di Internet.
 Nell’ultima parte si descrivono l’amministrazione di Internet, gli standard e il
loro ciclo di vita.
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1.1 Internet: una panoramica
Si inizia con la definizione di rete, per
poi descrivere come sia possibile
collegare più reti per formare delle
internetwork.
Si presenta quindi la struttura di Internet
ponendo le basi per il suo studio
approfondito nei capitoli successivi.
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1.1.1 Le reti
Una rete è un’interconnessione di dispositivi in grado di
scambiarsi informazioni, quali sistemi terminali (end system),
router, switch e modem. I sistemi terminali possono essere di
due tipi: host o server.
Un host è una macchina in genere di proprietà degli utenti e
dedicata ad eseguire applicazioni, quale un computer
desktop, un portatile, un cellulare o un tablet.
Un server è tipicamente un computer con elevate prestazioni
destinato a eseguire programmi che forniscono servizio a
diverse applicazioni utente come, per esempio, la posta
elettronica o il Web.
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1.1.1 Le reti (continuazione)
 LAN – Local Area Network
 WAN – Wide Area Network
 WAN punto-punto
 WAN a commutazione
 Internetwork
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Figura 1.1: Esempi di LAN isolate: nel passato e ai giorni d’oggi
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Figura 1.2: Esempio di WAN punto-punto
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Figura 1.3: Una WAN a commutazione
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Figura 1.4: Internetwork composta da due LAN e una WAN
punto-punto
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Figura 1.5: Rete eterogenea composta da quattro WAN e tre LAN
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1.1.2 Switching
Si è affermato che una internet è una combinazione di link e
dispositivi capaci di scambiarsi informazioni.
In particolare i sistemi terminali appartenenti alla rete
comunicano tra di loro per mezzo di dispositivi come switch e
router che si trovano nel percorso (o rotta) tra i sistemi
sorgente e destinazione.
 Circuit-Switched Network
 Packet-Switched Network
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Figura 1.6: Rete a commutazione di circuito
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Figura 1.7: Rete a commutazione di pacchetto
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1.1.3 Internet
Si è detto che una internet (con i minuscola) è
costituita da due o più reti interconnesse.
L’internet più famosa è chiamata Internet (I
maiuscola) ed è composta da migliaia di reti
interconnesse.
La Figura 1.8 rappresenta una visione concettuale
(non geografica) di Internet.
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Figura 1.8: Rappresentazione concettuale di Internet
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1.1.4 L’accesso a Internet
Internet è una internetwork che consente a
qualsiasi utente di farne parte.
L’utente, tuttavia, deve essere fisicamente
collegato a un ISP, solitamente mediante una
WAN punto-punto.
Il collegamento che connette l’utente al primo
router di Internet è detto rete di accesso. Nel
seguito vedremo alcune tipologie di rete di
accesso.
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1.1.4 L’accesso a Internet (continuazione)
 Accesso via rete telefonica
 Servizio dial-up
 Servizio DSL (Digital Subscriber Line)
 Accesso tramite reti wireless
 Collegamento diretto
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1.1.5 Capacità e prestazioni delle reti
Un argomento di cui si parla spesso nell’ambito delle reti è la
velocità della rete o di un collegamento, ovvero quanto
velocemente si riesce a trasmettere e ricevere i dati. In realtà,
il concetto di velocità è molto ampio e coinvolge vari fattori
che influiscono sulle prestazioni (performance) di una rete.
Nel caso di una rete a commutazione di pacchetto, le
metriche che ne determinano le prestazioni si misurano in
termini di: ampiezza di banda, bit rate, throughput, ritardi e
perdita di pacchetti.
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1.1.5 Capacità e prestazioni delle reti
(continuazione)
 Ampiezza di banda e bit rate
 Throughput
 Latenza (ritardo)
 Perdita di pacchetti
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Figura 1.9: Throughput su un percorso di tre link
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Figura 1.10: Un percorso attraverso il backbone Internet
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Figura 1.11: Effetto del throughput nei link condivisi
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Figura 1.12: Riempimento del link con i bit per i casi 1 e 2
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Esempio 1.1
Possiamo pensare al link tra due punti come a un tubo.
La sezione trasversale del tubo rappresenta il rate e la
lunghezza rappresenta il ritardo.
Possiamo dire che il volume del tubo definisce il prodotto
rate-ritardo, come mostrato nella Figura 1.13.
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Figura 1.13: Concetto del prodotto rate-ritardo
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1.1.6 Hardware e software
Si è fornita una panoramica della struttura e delle prestazioni di
Internet, che è costituita da numerose reti di varie dimensioni
interconnesse tramite opportuni dispositivi di comunicazione.
Tuttavia per poter comunicare non è sufficiente assicurare questi
collegamenti, ma è necessario utilizzare sia dell’hardware che del
software, analogamente a quanto avviene per un calcolo complesso
dove sono necessari sia l’hardware che un programma.
Nel paragrafo successivo si descriverà come l’hardware e il software
vengano coordinati tramite l’impiego di protocolli organizzati in
livelli (layer).
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1.2 L’organizzazione dei protocolli
in livelli
Un termine che si utilizza frequentemente quando si parla
di Internet è protocollo. Un protocollo definisce le regole
che il mittente e il destinatario, così come tutti i sistemi
intermedi coinvolti, devono rispettare per essere in grado
di comunicare.
In situazioni particolarmente semplici potrebbe essere
sufficiente un solo protocollo, in situazioni più complesse
potrebbe essere opportuno suddividere i compiti fra più
livelli (layer), nel qual caso è richiesto un protocollo per
ciascun livello: si parla dunque di layering di protocolli.
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1.2.1 Gli scenari
Si sviluppano due scenari per meglio
comprendere la necessità di organizzare i
protocolli in livelli.
 Primo scenario (Figura 1.14)
 Secondo scenario (Figura 1.15)
 I principi della strutturazione in livelli
 I collegamenti logici
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Figura 1.14: Organizzazione a un livello
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Figura 1.15: Organizzazione a tre livelli
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Figura 1.16: Collegamento logico fra i livelli
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1.2.2 Lo stack protocollare TCP/IP
TCP/IP è una famiglia di protocolli attualmente utilizzata
in Internet. Si tratta di una gerarchia di protocolli
costituita da moduli interagenti, ciascuno dei quali
fornisce funzionalità specifiche.
Il termine gerarchia significa che ciascun protocollo di
livello superiore è supportato dai servizi forniti dai
protocolli di livello inferiore.
Definita in origine in termini di quattro livelli software
soprastanti a un livello hardware, la pila TCP/IP è oggi
intesa come composta di cinque livelli.
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1.2.2 Lo stack protocollare TCP/IP
(continuazione)
 Architettura a livelli
 I livelli nello stack protocollare TCP/IP
 Descrizione di ciascun livello
 Livello applicazione
 Livello di trasporto
 Livello di rete
 Livello di collegamento
 Livello fisico
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1.2.2 Lo stack protocollare TCP/IP
(continuazione)
 Incapsulamento e decapsulamento
 Incapsulamento nell’host sorgente
 Decapsulamento e incapsulamento nel router
 Decaspulamento nell’host destinatario
 Indirizzamento
 Multiplexing e demultiplexing
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Figura 1.17: I livelli nello stack protocollare TCP/IP
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Figura 1.18: Comunicazione in una internet
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Figura 1.19: Collegamenti logici fra i livelli dello stack
protocollare TCP/IP
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Figura 1.20: Oggetti identici nello stack protocollare TCP/IP
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Figura 1.21: Incapsulamento e decapsulamento
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Figura 1.22: Indirizzamento nel modello TCP/IP
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Figura 1.23: Multiplexing e demultiplexing
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1.2.3 Il modello OSI
Sebbene nel contesto di Internet il modello TCP/IP sia
quello più diffuso, esso non è l’unico modello esistente.
L’ISO (International Organization for Standardization),
fondata nel 1947, è un’organizzazione internazionale
dedicata alla definizione di standard universalmente
accettati, organizzazione di cui fanno parte oltre tre
quarti delle nazioni.
Il modello OSI (Open Systems Interconnection) è uno
standard ISO, introdotto alla fine degli anni ’70, che
concerne tutti gli aspetti delle reti.
 L’insuccesso del modello OSI
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Figura 1.24: Il modello OSI
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Figura 1.25: TCP/IP e il modello OSI
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1.3 La storia di Internet
In seguito alla descrizione generale di
Internet e dei suoi protocolli, si
propongono ora alcuni cenni storici.
Si mostra come Internet sia evoluta da
una rete privata a una rete globale in
meno di quarant’anni.
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1.3.1 La storia iniziale
Prima del 1960 esistevano già alcune reti di
telecomunicazione, come le reti telegrafiche e le reti
telefoniche.
Queste reti erano adatte a un tipo di comunicazione a
velocità costante: era necessario stabilire una
connessione fra due utenti prima di poter trasmettere il
messaggio codificato (telegrafo) o la voce (telefonia).
 ARPANET
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1.3.2 Nascita della rete Internet
Nel 1972 Vint Cerf e Bob Kahn, entrambi parte del
nucleo del gruppo ARPANET, collaborarono a ciò che
chiamarono l’Internetting Project.
Il loro scopo era quello di collegare diverse reti in modo
che un host di una delle reti potesse comunicare con un
altro host di un’altra rete.
I problemi da risolvere furono numerosi: dimensione dei
pacchetti, interfacce e frequenze di trasmissione diverse,
ma anche differenti requisiti di attendibilità.
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1.3.2 Nascita della rete Internet
(continuazione)
 Transmission Control Protocol/Internetworking
Protocol (TCP/IP)
 MILNET
 CSNET
 NSFNET
 ANSNET
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1.3.3 Internet oggi
Siamo tutti testimoni della rapidissima evoluzione sia
dell’infrastruttura che delle applicazioni di Internet,
divenuta oggi una rete che fornisce servizi a livello
mondiale.
L’incessante sviluppo di nuove applicazioni è il motivo
principale della sua diffusione.
 World Wide Web
 Applicazioni multimediali
 Applicazioni peer-to-peer
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1.4 Gli standard e l’amministrazione
della rete Internet
Nello studio di Internet e dei suoi protocolli si
incontrano spesso riferimenti a standard o
entità amministrative, che vengono descritti in
questo paragrafo.
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1.4.1 Gli standard Internet
Uno standard Internet è una specifica che è stata
rigorosamente esaminata e controllata, utile e
accettata da chi utilizza la rete Internet.
È un insieme di regole formalizzate che devono
necessariamente essere seguite.
Esiste una procedura rigorosa attraverso la quale
una specifica diviene uno standard Internet. Il
primo stadio di una specifica è quello di bozza
Internet (Internet draft).
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1.4.1 Gli standard Internet
(continuazione)
 Stadi o livelli di maturità
 Proposta di standard
 Draft Standard
 Standard Internet
 Livello storico
 Livello sperimentale
 Livello informativo
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1.4.1 Gli standard Internet
(continuazione)
 Livelli di requisiti
 Obbligatorio
 Consigliato
 Facoltativo
 D’uso limitato
 Sconsigliato
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Figura 1.26: Stadi di maturazione di una RFC
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1.4.2 Amministrazione della rete Internet
La rete Internet, nata sostanzialmente nel mondo della
ricerca, si è ampiamente sviluppata e ha raggiunto
una base di utenti molto vasta con significative attività
commerciali.
Numerosi gruppi che coordinano aspetti diversi della
rete Internet hanno guidato la sua crescita e il suo
sviluppo.
Nella Figura 1.27 è illustrata l’organizzazione
generale dell’amministrazione della rete Internet.
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1.4.2 Amministrazione della rete Internet
(continuazione)
 Internet Society (ISOC)
 Internet Architecture Board (IAB)
 Internet Engineering Task Force (IETF)
 Internet Assigned Numbers Authority (IANA) e
Internet Corporation for Assigned Names and
Numbers (ICANN)
 Network Information Center (NIC)
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Figura 1.27: Amministrazione della rete Internet
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