Computer networks
LORENZO PARISI
CLASSE V LSA GARDASCUOLA
AS 2015-16
TIPOLOGIE DI SERVIZI
 Connection oriented: modello telefonico. Le
informazioni giungono a destinazione nell’ordine con
cui sono state spedite
1.
2.
3.
Viene stabilita una connessione tra mittente e destinatario
(canale di comunicazione che coinvolge vari nodi sul
percorso)
La connessione funge da «tubo digitale» attraverso il quale
passano le informazioni
La connessione viene chiusa al termine della comunicazione
 Connectionless: modello postale. Invio di singoli
pacchetti che possono seguire strade diverse ed
arrivare in ordine diverso
AFFIDABILITA’ DEI SERVIZI
 Affidabile (reliable): viene assicurata la ricezione di
tutti i dati inviati attraverso un opportuno segnale di
acknowledgment (ACK)
 Non affidabile (not reliable): non c’è garanzia che i
tutti i dati arrivino a destinazione
 Esistono varie combinazioni:




Reliable connection oriented (TCP)
Not reliable connection oriented
Not reliable connectionless (IP)
Reliable connectionless
STACK DI PROTOCOLLI
Peer entities
STACK DI PROTOCOLLI
 Ogni livello comunica con il suo pari (peer entity)
attraverso i livelli sottostanti ma in maniera
trasparente
 I livelli più bassi forniscono servizi ai livelli superiori
 Tra un livello e l’altro esiste un interfaccia (SAP)
 I dati trasferiti da un livello all’altro si chiamano
PDU (Protocol Data Unit) e vengono imbustati con
informazioni specifiche del singolo sottolivello
IMBUSTAMENTO
Il modello ISO/OSI e l’architettura TCP/IP
PHYSICAL LAYER (Liv. 1)
 Si occupa della trasformazione fisica dei bit e della
loro trasmissione sul canale di comunicazione
 Riguarda le caratteristiche elettriche, meccaniche e
procedurali delle interfacce di rete e del mezzo fisico





Tensioni scelte per rappresentare 0 e 1
Durata di un bit
Gestione del canale (1 o 2 direzioni)
Funzionamento e caratteristiche dei connettori
Modulazione e multiplazione
DATA LINK LAYER (Liv. 2)
 Fa in modo che il mezzo trasmissivo appaia al livello




superiore esente da errori, gestendoli
Spezzetta i dati dal livello superiore in frame
(delimitando i bit), li invia e aspetta un ACK per ogni
frame inviato
Regola il traffico per evitare perdite di dati e
sovraccarico della rete (uso di buffer)
Gestisce il collegamento punto a punto
Diviso in due sottolivelli:


LLC: fornisce un’interfaccia unica al livello 3
MAC: gestisce l’accesso al mezzo fisico in maniera specifica
NETWORK LAYER (Liv. 3)
 Gestisce la sottorete di comunicazione e ne consente




l’attraversamento per andare dal mittente al
destinatario
Routing (instradamento), basato su indirizzi IP
Gestione della congestione di rete
Accounting
Conversione di dati nel passaggio da una rete a
un’altra


Può spezzare i segmenti in pacchetti per poi ricomporli
Indirizzi da rimappare
TRANSPORT LAYER (Liv.4)
 Crea una connessione logica tra mittente e destinatario





(end to end)
Utilizza le porte logiche per distinguere i dati da e per
lo stesso host
Spezzetta i dati ricevuti dal livello superiore in segmenti e
li riassembla in ordine alla ricezione dai sottostanti
Gestisce le connessioni di livello 3 (upward e downward
multiplexing)
TCP: reliable connection oriented
UDP: not reliable connectionless
APPLICATION LAYER (Liv.7)
Livello che si interfaccia direttamente con l’utente.
Fanno parte di questo livello i seguenti protocolli e
servizi:
 HTTP/HTTPS
 VOIP
 FTP
 POP3/IMAP
 DNS
 P2P
Analisi di Fourier
Ogni segnale variabile nel tempo è equivalente alla
somma di funzioni sinusoidali e può essere
rappresentato con il suo spettro di frequenze
Fondamenti di trasmissione dati
 Ogni segnale ha un intervallo di frequenze delle
sinusoidi che lo descrivono (Banda di frequenza)
 I mezzi fisici sono caratterizzati da una banda
passante che dipende dalle loro caratteristiche.
 La banda passante rappresenta l’intervallo di
frequenze che il mezzo è in grado di trasmettere
senza alterare il segnale

L’attenuazione in proporzione alla distanza e alla frequenza
 Teorema di Nyquist: V[bps] = 2*h*log2(v)
Fibre ottiche
Banda passante di 1GHz (linea telefonica: 3KHz)
Modalità di accesso al canale
 Senza contesa (deterministico)
 A gettone (token ring e FDDI)
 FDM (Frequency Division Multiplexing) per segnali analogici
 TDM (Time Division Multiplexing) per segnali digitali
 A contesa: ogni stazione cerca di capire se può
trasmettere o no




Aloha
Slotted Aloha
CSMA/CA
CSMA/CD
CSMA/CA
CSMA/CD
TDM (Time Division Multiplexing)
FDM (Frequency Division Multiplexing)
MAC address
 Indirizzo della scheda di rete statico e univoco a
livello mondiale
 Utilizzato per la comunicazione a livello data
link
 Es: 01:23:45:67:89:ab
Rilevamento e correzione degli errori
 Si introducono dei bit di controllo, quindi il frame è
composto da: n bit = m + r e prende il nome di
parola di codice (codeword)


m = bit di messaggio
r = bit di controllo
 Distanza di Hamming tra due parole di codice:
numero di bit che cambiano tra una parola e l’altra
 Distanza di Hamming di un codice (d): distanza
minima tra tutte le parole che vi appartengono
 Per rilevare n errori: d = n+1
 Per correggere n errori: d = 2n+1
Controllo del flusso: stop & wait
Controllo del flusso: sliding window
 Go-back-n: ritrasmette tutto dall’ultimo buono
 Selective repeat: buffer in ricezione consente di
ritrasmettere solo il frame mancante
 http://www.ccs-labs.org/teaching/rn/animations/gbn_sr/
Hub, switch, router
 Hub (liv 1):
 Replicatore di segnale
 Aumenta traffico di rete
 Switch (liv 2):
 Indirizza i frame sulle porte corrette
 Switching table - autoapprendimento
 Router (liv 3):
 Fa comunicare reti diverse
 Routing table
https://www.youtube.com/watch?v=Ofjsh_E4HFY
IP packet header
Assegnazione degli indirizzi IP
 Manuale (statica)
 Laboriosa
 Necessaria in casi particolari
 Attenzione ai conflitti!
 Automatica (dinamica) – DHCP
 https://www.youtube.com/watch?v=RUZohsAxPxQ
 Indirizzo liberato dopo un tempo di inattività e riassegnato ad
un’altra macchina
 Possibilità di riservare degli indirizzi
Dall’IP address al MAC address: ARP
 ARP = Address Resolution Protocol
 L'host che vuole conoscere il MAC address di un altro host, di cui
conosce l'indirizzo IP, invia in broadcast (ff:ff:ff:ff:ff:ff) una richiesta
ARP (pacchetto di ARP Request) contenente il proprio indirizzo
MAC e l'indirizzo IP del destinatario di cui si vuole conoscere il MAC
Address. Tutti i calcolatori della sottorete ricevono la richiesta: in
ciascuno di essi il protocollo ARP verifica, confrontando l'IP proprio
con quello inviato, se viene richiesto il proprio indirizzo MAC. L'host
di destinazione che riconoscerà il proprio indirizzo IP nel pacchetto
di ARP-request, provvederà ad inviare una risposta (ARP Reply)
contenente il proprio MAC in unicast all'indirizzo MAC del
richiedente.
 Nel caso di indirizzi IP esterni alla rete il router risponde con il
proprio indirizzo MAC e farà da tramite per la comunicazione
 ARP table: contiene associazioni tra IP e MAC
 Per mostrare la ARP table: arp –a
Tabelle di routing
Tabelle di routing e netmask
Algoritmi di routing
 Spanning tree:
 Sink tree: insieme dei cammini ottimi da un certo router verso
tutti gli altri
 Gli algoritmi di routing ricostruiscono i sink tree dei router da
raggiungere e compilano le routing tables.


Routing statico: calcolato all’accensione del router o impostato
manualmente
Routing dinamico: i percorsi ottimi vengono aggiornati per rispondere
alle modifiche nella struttura della rete
 Strumenti per visualizzare il routing:
 comando shell tracert
 http://traceroute.monitis.com/
Transport layer
 TCP: connection oriented e reliable, è usato da
 HTTP
 FTP
 SMTP
 UDP: connectionless, not reliable
 DNS
 VOIP
 Streaming video
https://www.youtube.com/watch?v=Vdc8TCESIg8
TCP Header
Sliding window
Sliding window in TCP
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
L’applicazione produce i dati e attraverso la socket li passa al livello 4 per
la spedizione.
Il mittente invia un segmento da 2KB con il campo Sequence number a 0
Il destinatario riceve i dati, li salva nel buffer e invia un segmento con
flag ACK = 1, ACK number = 2048 (il prossimo byte che si aspetta) e
Window size = 2048 (spazio residuo nel buffer). Questo segmento va
inviato anche se WIN = 0 altrimenti il mittente penserebbe che il suo
dato non sia arrivato e lo reinvierebbe causando un inutile traffico sulla
rete
Alla ricezione del secondo segmento il buffer si riempie e quindi il
destinatario invia l’ACK per confermare la ricezione ma avvisa che il suo
buffer è pieno.
Il mittente è costretto ad aspettare perché sa che il destinatario non ha
spazio nel buffer
L’applicazione del dest. legge 2K dal buffer che quindi si libera e il
destinatario invia un messaggio per avvisare il mittente
Il mittente invia ulteriori 1024 byte
Il destinatario manderà un segmento di acknowledgment fatto così: flag
ACK = 1, ACK = 5120 (totale dei byte ricevuti), WIN = 1024