Sistemi e Tecnologie della
Comunicazione
Lezione 1: introduzione e generalita’ sulle reti di trasmissione dati
Informazioni generali
Docente: Alessandro Brunengo
e-mail: [email protected]
telefono: [353] 6317
lab: Dipartimento di Fisica, PF1, L107
orario preferenziale: prendere appuntamento
Sito del corso:
http://www.ge.infn.it/~brunengo/STC
2
Informazioni generali

Orario delle lezioni:



Valutazione:




mercoledi’ ore 14-16 aula 711
venerdi’ ore 9-11 aula 711
prova orale
20-30 minuti, 3 domande
non e’ prevista una prova intermedia
Esami in date da definire (appelli a giugno, luglio,
settembre, gennaio, febbraio)
3
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
4
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
5
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
6
Programma (3)

Data Link Layer (connessioni broadcast)

Protocolli di accesso al canale
Protocolli Ethernet
Altri protocolli
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 congestione
Tunneling
8
Programma (5)

Network Layer in TCP/IP





IP: struttura del pacchetto ed indirizzamento
ICMP
ARP/RARP/BOOTP
Protocolli di routing (RIP/OSPF/BGP)
IPV6 (cenni)
9
Programma (8)

Transport Layer





Funzionalita’ del livello di trasporto
Indirizzamento
Connessione
Controllo di flusso
Il trasporto in TCP/IP (Protocolli TCP ed UDP)
10
Programma (9)



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
11
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
Convergenza della rete di comunicazione verso la
rete di computer
12
Scopi ed applicazioni delle reti di calcolatori

Condivisione delle risorse


Accesso a risorse centralizzate


e-mail, chat, phono e videoconferenza, lavagna virtuale
Affidabilita’ e performance



potenza di calcolo, database, area di storage, accesso alla rete
esterna, modelli client-server
Comunicazione tra collaboratori


stampanti, scanner, fax, programmi, dati
ridondanza dei servizi condivisi
distribuzione del carico su piu’ server
Scalabilita’
13
Evoluzione verso i servizi

Servizi bancari/economici/finanziari


Servizi di accesso ad informazioni


riviste, giornali, biblioteche, World Wide Web
Comunicazione tra individui


acquisti, fatturazione, operazioni bancarie
posta elettronica, video conferenza, chat, newsgroup
Intrattenimento

video on demand, giochi distribuiti
la rete arriva fino a casa
14
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 calcolatore della rete
(es. terminale remoto, file transfer)
Un sistema distribuito e’ un sistema di calcolatori
(interconnesso) e 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)
15
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)
elementi di commutazione (IMP: Interface
Message Processor, Intermediate System)
16
Caratteristiche di una rete





Velocita’ di trasmissione
Affidabilita’
Flessibilita’
Scalabilita’
Costi
17
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
18
Unita’ di misura (2)

Misure di tempo






secondo (s): misura base
millisecondo (ms): 0.001 s ( 103 s)
microsecondo (µs): 0.001 ms (106 s)
nanosecondo (ns): 0.001 µs (109 s)
picosecondo (ps): 0.001 ns (10 12 s)
Misure di occupazione disco:
10
 kilobyte (KB): 2
bytes (1.024 bytes)
20
 megabyte (MB): 2
bytes (1.048.576 bytes)
30
 gigabyte (GB): 2
bytes (1.073.741.824 bytes)
40
 terabyte (TB): 2
bytes
19
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: pianeta
20
Topologie broadcast
21
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’
Va gestito il problema della allocazione del canale
Frequente nelle reti di piccole dimensioni (LAN)
22
Topologie per reti punto a punto
23
Reti punto a punto


Fino ad alcuni 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
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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
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)
25
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
26
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
27
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 nei protocolli utilizzati, 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
28
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
29
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)
30
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
31
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
32
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 802.3 (Ethernet)
IEEE 802.5 (Token ring)
IEEE 802.11 (Comunicazione wireless)
33
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 lo sono.
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.
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