Capitolo 1 Introduzione Nota per lutilizzo Abbiamo preparato

Capitolo 1 Introduzione Nota per l’utilizzo: Abbiamo preparato queste slide con l’intenzione di renderle disponibili a tutti (professori, studenti, lettori). Sono in formato Power. Point in modo che voi possiate aggiungere e cancellare slide (compresa questa) o modificarne il contenuto in base alle vostre esigenze. Come potete facilmente immaginare, da parte nostra abbiamo fatto un sacco di lavoro. In cambio, vi chiediamo solo di rispettare le seguenti condizioni: q se utilizzate queste slide (ad esempio, in aula) in una forma sostanzialmente inalterata, fate riferimento alla fonte (dopo tutto, ci piacerebbe che la gente usasse il nostro libro!) q se rendete disponibili queste slide in una forma sostanzialmente inalterata su un sito web, indicate che si tratta di un adattamento (o di una copia) delle nostre slide, e inserite la nota relativa al copyright. Thanks and enjoy! JFK/KWR Reti di calcolatori e Internet: Un approccio top-down 3 a edizione Jim Kurose, Keith Ross Pearson Education Italia © 2005 All material copyright 1996 -2005 J. F Kurose and K. W. Ross, All Rights Reserved 1

Capitolo 1: Introduzione Obiettivi: Panoramica: q approccio: q ai confini della rete q introdurre la terminologia q cos’è Internet e i concetti di base q cos’è un protocollo? v usare Internet come fonte di esempi q il nucleo della rete q accesso alla rete, mezzi trasmissivi q ISP e dorsali internet q prestazioni: ritardi e perdite q livelli di protocollo, modelli di servizio q modellazione di rete 2

Capitolo 1: roadmap 1. 1 Cos’è Internet? 1. 2 Ai confini della rete 1. 3 Il nucleo della rete 1. 4 Accesso alla rete e mezzi trasmissivi 1. 5 ISP e dorsali Internet 1. 6 Ritardi e perdite nelle reti a commutazione di pacchetto 1. 7 Livelli di protocollo e loro modelli di servizio 1. 8 Storia del computer networking e di Internet 3

Che cos’è Internet? q Milioni di dispositivi collegati: host = sistema terminale q applicazioni di rete router server ISP locale host portatile ISP distrettuale q collegamenti v v rame, fibra ottica, onde elettromagnetiche, satellite Frequenza di trasmissione = ampiezza di banda q router: instrada i pacchetti verso la loro destinazione finale rete aziendale 4

Oggi Internet è anche. . . Tostapane Web + previsioni del tempo Cornice IP http: //www. ceiva. com/ Il web server più piccolo del mondo http: //www-ccs. umass. edu/~shri/i. Pic. html Telefonia Internet 5

Che cos’è Internet q Un protocollo definisce il formato e l’ordine dei messaggi scambiati fra due o più entità in comunicazione v es. : TCP, IP, HTTP, FTP, PPP q Internet: “rete delle reti” v struttura gerarchica v Internet pubblica e intranet private q Standard Internet v RFC: Request for comments v IETF: Internet Engineering Task Force router server sistema terminale portatile ISP locale ISP distrettuale rete aziendale 6

Cos’è Internet q Infrastruttura di comunicazione per applicazioni distribuite: v Web, e-mail, giochi, ecommerce, condivisione di file q Servizi forniti alle applicazioni: v v Servizio non affidabile senza connessione servizio affidabile orientato alla connessione 7

Cos’è un protocollo? Protocolli umani: q “Che ore sono? ” q “Ho una domanda” q Presentazioni … invio di specifici messaggi … quando il messaggio è ricevuto, vengono intraprese specifiche azioni, o si verificano altri eventi Protocolli di rete: q Dispositivi hardware e software, non umani q Tutta l’attività di comunicazione in Internet è governata dai protocolli Un protocollo definisce il formato e l’ordine dei messaggi scambiati tra due o più entità in comunicazione, così come le azioni intraprese in fase di trasmissione e/o ricezione di un messaggio o di un altro evento 8

Cos’è un protocollo? Protocollo umano e protocollo di rete Ciao Richiesta di connessione TCP Ciao Risposta di connessione TCP Sai l’ora? Get http: //www. awl. com/kurose-ross 2: 00 tempo <file> D: Conoscete altri protocolli umani? 9

Capitolo 1: roadmap 1. 1 Cos’è Internet? 1. 2 Ai confini della rete 1. 3 Il nucleo della rete 1. 4 Accesso alla rete e mezzi trasmissivi 1. 5 ISP e dorsali Internet 1. 6 Ritardi e perdite nelle reti a commutazione di pacchetto 1. 7 Livelli di protocollo e loro modelli di servizio 1. 8 Storia del computer networking e di Internet 10

Uno sguardo da vicino alla struttura di rete q ai confini della rete: applicazioni e sistemi terminali q al centro della rete: v router v la rete delle reti q reti, dispositivi fisici: collegamenti 11

Ai confini della rete q sistemi terminali (host) v v v fanno girare programmi applicativi es. : Web, e-mail situati alle estremità di Internet q architettura client/server v v L’host client richiede e riceve un servizio da un programma server in esecuzione su un altro terminale es. : browser/server Web ; client/server e-mail q architettura peer to peer v v uso limitato (o inesistente) di server dedicati es. : Gnutella, Ka. Za. A, Skype 12

Ai confini della rete: servizio orientato alla connessione Obiettivo: trasferimento dati tra sistemi terminali Servizio TCP [RFC 793] q handshaking: messaggi di “in ordine” del flusso di byte v in caso di perdita: ACK e ritrasmissioni preparazione all’invio di dati q TCP - Transmission Control Protocol v Il servizio orientato alla connessione di Internet q Trasporto affidabile, consegna q Controllo del flusso il mittente non sovraccarica il destinatario q Controllo di congestione v i mittenti rallentano il tasso di invio quando la rete è congestionata v 13

Ai confini della rete: servizio senza connessione Obiettivo: trasferimento dati tra sistemi terminali v Come nel caso precedente! q UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: v v senza connessione trasferimento dati non affidabile nessun controllo del flusso nessun controllo di congestione Applicazioni che usano TCP: q HTTP (Web), FTP (trasferimento file), Telnet (login remoto), SMTP (e-mail) Applicazioni che usano UDP: q streaming multimediale, videoconferenze, DNS, telefonia Internet 14

Capitolo 1: roadmap 1. 1 Cos’è Internet? 1. 2 Ai confini della rete 1. 3 Il nucleo della rete 1. 4 Accesso alla rete e mezzi trasmissivi 1. 5 ISP e dorsali Internet 1. 6 Ritardi e perdite nelle reti a commutazione di pacchetto 1. 7 Livelli di protocollo e loro modelli di servizio 1. 8 Storia del computer networking e di Internet 15

Il nucleo della rete q Rete magliata di router che interconnettono i sistemi terminali q il quesito fondamentale: come vengono trasferiti i dati attraverso la rete? v v commutazione di circuito: circuito dedicato per l’intera durata della sessione commutazione di pacchetto: i messaggi di una sessione utilizzano le risorse su richiesta, e di conseguenza potrebbero dover attendere per accedere a un collegamento 16

Il nucleo della rete: commutazione di circuito connessione punto dedicata q ciascun commutatore dispone di n circuiti, in modo da supportare n connessioni contemporanee q risorse dedicate: non c’è condivisione q necessaria l’impostazione della chiamata 17

Il nucleo della rete: commutazione di circuito Risorse di rete (ad es. larghezza di banda, bandwidth) suddivise in “pezzi” q ciascun “pezzo” viene allocato q suddivisione della banda in “pezzi” v divisione di frequenza v divisione di tempo ai vari collegamenti q le risorse rimangono inattive se non utilizzate (non c’è condivisione) 18

Commutazione di circuito: FDM e TDM Esempio: FDM 4 utenti frequenza tempo TDM frequenza tempo 19

Un esempio numerico q Quanto tempo occorre per inviare un file di 640. 000 bit dall’host A all’host B su una rete a commutazione di circuito? v v v Tutti i collegamenti presentano un bit rate di 1. 536 Mbps Ciascun collegamento utilizza TDM con 24 slot/sec Si impiegano 500 ms per stabilire un circuito punto-punto Provate a calcolarlo! 20

Un altro esempio numerico q Quanto tempo occorre per inviare un file di 640. 000 bit dall’host A all’host B su una rete a commutazione di circuito? v v v Tutti i collegamenti presentano un bit rate di 1. 536 Mbps Ciascun collegamento utilizza FDM con 24 canali/frequenze Si impiegano 500 ms per stabilire un circuito punto-punto Provate a calcolarlo! 21

Il nucleo della rete: commutazione di pacchetto Il flusso di dati punto-punto viene suddiviso in pacchetti I pacchetti degli utenti A e B condividono le risorse di rete q Ciascun pacchetto utilizza completamente il canale q Le risorse vengono usate a seconda delle q necessità Contesa per le risorse La richiesta di risorse può eccedere il quantitativo disponibile q congestione: accodamento dei pacchetti, attesa per l’utilizzo del collegamento q store and forward: il commutatore deve ricevere l’intero pacchetto prima di poter cominciare a trasmettere sul collegamento in uscita q Larghezza di banda suddivisa in pezzi” Allocazione dedicata Risorse riservate 22

Commutazione di pacchetto: multiplexing statistico Ethernet a 10 Mbps A Multiplexing statistico C 1, 5 Mbps B Coda dei pacchetti in attesa sul collegamento in uscita D E La sequenza dei pacchetti A e B non segue uno schema prefissato Condivisione di risorse su richiesta multiplexing statistico. TDM: ciascun host ottiene uno slot di tempo dedicato unicamente a quella connessione. 23

Confronto tra commutazione di pacchetto e commutazione di circuito La commutazione di pacchetto consente a più utenti di usare la rete! q 1 collegamento da 1 Mpbs q Ciascun utente: v v 100 kpbs quando è “attivo” attivo per il 10% del tempo q commutazione di circuito: v 10 utenti q commutazione di pacchetto: v con 35 utenti, la probabilità di averne > 10 attivi è inferiore allo 0, 0004 N utenti Collegamento da 1 Mbps D: come è stato ottenuto il valore 0, 0004? 24

Confronto tra commutazione di pacchetto e commutazione di circuito La commutazione di pacchetto è la “scelta vincente? ” q Ottima per i dati a raffica v v Condivisione delle risorse semplice, non necessita l’impostazione della chiamata q Eccessiva congestione: ritardo e perdita di pacchetti v Sono necessari protocolli per il trasferimento affidabile dei dati e per il controllo della congestione q D: Come ottenere un comportamento circuit-like? v v è necessario fornire garanzie di larghezza di banda per le applicazioni audio/video è ancora un problema irrisolto (cfr Capitolo 7) D: Vi vengono in mente analogie umane relative alle “risorse limitate” (commutazione di circuito) confrontate con “l’allocazione su richiesta” (commutazione di pacchetto)? 25

Commutazione di pacchetto: store-and-forward L R q Occorrono L/R secondi per R trasmettere (push out) un pacchetto di L bit su un collegamento in uscita da R bps q L’intero pacchetto deve arrivare al router prima che questo lo trasmetta sul link successivo: store and forward q ritardo = 3 L/R (supponendo che il ritardo di propagazione sia zero) R Esempio: q L = 7, 5 Mbits q R = 1, 5 Mbps q ritardo = 15 sec approfondiremo tra breve il ritardo … 26

Reti a commutazione di pacchetto q Obiettivo: instradare i pacchetti attraverso i router verso le loro destinazioni v nel Capitolo 4 vedremo numerosi algoritmi di selezione del percorso q rete a datagramma: v l’indirizzo di destinazione sul pacchetto determina il salto successivo v i percorsi possono cambiare durante una sessione v analogia: guidare, chiedendo indicazioni lungo il percorso q rete a circuito virtuale: v ciascun pacchetto è dotato di un identificatore (virtual circuit ID), che determina il salto successivo v il percorso viene determinato quando il circuito viene stabilito per la prima volta, e rimane fisso per tutta la durata del collegamento v un commutatore in una rete mantiene informazioni di stato per le proprie connessioni in corso 27

Tassonomia delle reti Reti di telecomunicazione Reti a commutazione di circuito FDM TDM Reti a commutazione di pacchetto Reti con circuiti virtuali Reti a datagramma • Internet fornisce alle applicazioni sia servizi connection-oriented che servizi connectionless. 28

Capitolo 1: roadmap 1. 1 Cos’è Internet? 1. 2 Ai confini della rete 1. 3 Il nucleo della rete 1. 4 Accesso alla rete e mezzi trasmissivi 1. 5 ISP e dorsali Internet 1. 6 Ritardi e perdite nelle reti a commutazione di pacchetto 1. 7 Livelli di protocollo e loro modelli di servizio 1. 8 Storia del computer networking e di Internet 29

Accesso alla rete e mezzi trasmissivi D: Come collegare sistemi terminali a edge router? Reti di accesso residenziale q Reti di accesso aziendale (scuole, società, istituzioni) q Reti di accesso wireless q Ricordate: ampiezza di banda (bit al secondo) della rete di accesso? q condivisa o dedicata? q 30

Accesso residenziale: punto-punto q Modem dial-up v v fino a 56 Kbps di accesso diretto al router (ma spesso è inferiore) non è possibile “navigare” e telefonare allo stesso momento q ADSL: asymmetric digital subscriber line v v v fino a 1 Mbps in upstream (attualmente, in genere < 256 kbps) fino a 8 Mbps downstream (attualmente, in genere < 1 Mbps) FDM: 50 k. Hz - 1 MHz per il downstream 4 k. Hz - 50 k. Hz per il canale di upstream 0 k. Hz - 4 k. Hz per il canale telefonico ordinario a due vie 31

Accesso residenziale: cable modem q HFC: hybrid fiber coax asimmetrico: fino a 30 Mbps in downstream, 2 Mbps in upstream q rete ibrida a fibra e cavo coassiale collega le case ai router degli ISP v HFC rappresenta un mezzo di trasmissione condiviso v 32

Accesso residenziale: cable modem Tratto da: http: //www. cabledatacomnews. com/cmic/diagram. html 33

Rete d’accesso ibrida: una visione d’insieme in genere da 500 a 5. 000 case terminazione principale rete di distribuzione via cavo (semplificata) casa 34

Rete d’accesso ibrida: una visione d’insieme terminazione principale rete di distribuzione via cavo (semplificata) casa 35

Rete d’accesso ibrida: una visione d’insieme server(s) terminazione principale rete di distribuzione via cavo (semplificata) casa 36

Rete d’accesso ibrida: una visione d’insieme FDM: V I D E O V I D E O D A T A C O N T R O L 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Canali terminazione principale rete di distribuzione via cavo (semplificata) casa 37

Accesso aziendale: reti locali (LAN) q Una LAN collega i sistemi terminali di aziende e università all’edge router q Ethernet: v un canale condiviso o dedicato collega i sistemi terminali ai router v 10 Mbs, 100 Mbps, Gigabit Ethernet q Le LAN: Capitolo 5 38

Accesso wireless q Una rete d’accesso wireless collega i sistemi terminali al router v attraverso la stazione base, detta anche “access point” q LAN wireless: v 802. 11 b (Wi. Fi): 11 Mbps q rete d’accesso wireless geografica v v v gestita da un provider di telecomunicazioni 3 G ~ 384 Kbps • Accadrà davvero? ? WAP/GPRS in Europe router stazione base host wireless 39

Reti da abitazione Componenti di una tipica rete da abitazione: q ADSL o cable modem q router/firewall/NAT q Ethernet q Punto d’accesso wireless cable modem router/ firewall Ethernet laptop wireless Punto d’accesso senza fili 40

Mezzi trasmissivi q Bit: viaggia da un sistema terminale a un altro, passando per una serie di coppie trasmittente-ricevente q Mezzo fisico: ciò che sta tra il trasmittente e il ricevente q Mezzi guidati: v i segnali si propagano in un mezzo fisico: fibra ottica, filo di rame o cavo coassiale Doppino intrecciato (TP) q due fili di rame distinti v v Categoria 3: tradizionale cavo telefonico, 10 Mbps Ethernet Categoria 5: 100 Mbps Ethernet q Mezzi a onda libera: v i segnali si propagano nell’atmosfera e nello spazio esterno 41

Mezzi trasmissivi: cavo coassiale e fibra ottica Cavo coassiale: Fibra ottica: concentrici q bidirezionale q banda base: conduce impulsi di luce (ciascun impulso rappresenta un bit) q Alta frequenze trasmissiva: q due conduttori in rame v v singolo canale sul cavo legacy Ethernet q banda larga: v più canali sul cavo v HFC q Mezzo sottile e flessibile che v Elevata velocità di trasmissione punto-punto (10’s-100’s Gps) q Basso tasso di errore, immune all’interferenza elettromagnetica 42

Mezzi trasmissivi: canali radio q trasportano segnali nello spettro elettromagnetico q non richiedono l’installazione fisica di cavi q bidirezionali q effetti dell’ambiente di propagazione: v riflessione v ostruzione da parte di ostacoli v interferenza Tipi di canali radio: q microonde terrestri v es. : canali fino a 45 Mbps q LAN (es. : Wifi) v 2 Mbps, 11 Mbps, 54 Mbps q wide-area (es. : cellulari) v es. : 3 G: centinaia di kbps q satellitari v v v canali fino a 45 Mbps channel (o sottomultipli) ritardo punto-punto di 270 msec geostazionari/a bassa quota 43

Capitolo 1: roadmap 1. 1 Cos’è Internet? 1. 2 Ai confini della rete 1. 3 Il nucleo della rete 1. 4 Accesso alla rete e mezzi trasmissivi 1. 5 ISP e dorsali Internet 1. 6 Ritardi e perdite nelle reti a commutazione di pacchetto 1. 7 Livelli di protocollo e loro modelli di servizio 1. 8 Storia del computer networking e di Internet 44

Struttura di Internet: la rete delle reti q fondamentalmente gerarchica q al centro: “ISP di livello 1” o “reti dorsali di Internet” (es. : MCI, Sprint, AT&T, Cable&Wireless), copertura nazionale/ internazionale Gli ISP di livello 1 sono direttamente connessi a ciascuno degli altri ISP di livello 1 Gli ISP di livello 1 si collegano anche alla rete pubblica tramite “punti di accesso alla rete” (NAP) NAP ISP di livello 1 45

ISP di livello 1 - Un esempio: Sprint La dorsale Sprint negli Stati Uniti DS 3 (45 Mbps) OC 3 (155 Mbps) OC 12 (622 Mbps) OC 48 (2. 4 Gbps) Seattle Tacoma Stockton San Jose Cheyenne Kansas City New York Pennsauken Relay Wash. DC Chicago Roachdale Anaheim Atlanta Fort Worth Orlando 46

Struttura di Internet: la rete delle reti q ISP di livello 2: ISP più piccoli (nazionali o distrettuali) v Si può connettere solo al alcuni ISP di livello 1, e possibilmente ad altri ISP di livello 2 Un ISP di livello 2 paga l’ISP di livello 1 che gli fornisce la connettività per il resto della rete ISP di livello 2 Tier-2 ISP di livello 1 NAP Quando due ISP sono direttamente interconnessi vengono detti pari grado (peer) q un ISP di livello 2 è cliente di un ISP di livello 1 ISP di livello 2 47

Struttura di Internet: la rete delle reti q ISP di livello 3 e ISP locali (ISP di accesso) ISP locale ISP locali e di livello 3 sono clienti degli ISP di livello superiore che li collegano all’intera Internet ISP di livello 3 ISP di livello 2 ISP di livello 1 ISP locale ISP di livello 2 ISP di livello 1 ISP di livello 2 ISP locale NAP ISP di livello 1 ISP di livello 2 ISP locale 48

Rete del Campus dell’UMass 49

Struttura di Internet: la rete delle reti q un pacchetto passa attraverso un sacco di reti! ISP locale ISP di livello 3 ISP locale ISP di livello 2 ISP di livello 1 ISP di livello 2 ISP locale NAP ISP di livello 1 ISP di livello 2 ISP locale 50

Situazione attuale in Italia? q Eunet, primo fornitore di accessi in Italia q Definizione di un backbone per le reti verso la fine degli anni ‘ 80 51

La rete Garr-B • Back bone • linee blu a 2. 5 Gbps • Linee rosse a 155 Mbps • Collegamenti Internazionali • MI-GEANT 2. 5 Gbps • MI-GX 2. 5 Gbps • RM-KQ 622 Mbps (in attivazione) • Collegamenti tra Backbone e POP di accesso • RM-AQ 2 x 34 Mbps 52

Collegamenti con la rete GARR Chieti-L’Aquila 4 Mbps (ora di piu!) L’Aquila-Roma 64 Mbps 53

Netiquette q Spirito collaborativo e regole di comportamento (netiquette) v v v v Non sprecare risorse (es. la banda di trasmissione) Non fare niente che possa danneggiare la rete (es. Virus) Rispetto della privatezza, della proprietà Non inviare propaganda non richiesta (spamming) Intercettare le comunicazioni (sniffing) Uso non autorizzato di risorse protette (cracking) Agire sotto mentite spoglie (spoofing) 54

Capitolo 1: roadmap 1. 1 Cos’è Internet? 1. 2 Ai confini della rete 1. 3 Il nucleo della rete 1. 4 Accesso alla rete e mezzi trasmissivi 1. 5 ISP e dorsali Internet 1. 6 Ritardi e perdite nelle reti a commutazione di pacchetto 1. 7 Livelli di protocollo e loro modelli di servizio 1. 8 Storia del computer networking e di Internet 55

Come si verificano ritardi e perdite? I pacchetti si accodano nei buffer dei router q il tasso di arrivo dei pacchetti sul collegamento eccede la capacità del collegamento di evaderli q i pacchetti si accodano, in attesa del proprio turno pacchetti in attesa di essere trasmessi (ritardo) A B pacchetti accodati (ritardo) buffer liberi (disponibili): se non ci sono buffer liberi i pacchetti in arrivo vengono scartati (perdita) 56

Quattro cause di ritardo per i pacchetti q 1. Ritardo di elaborazione q 2. Ritardo di accodamento del nodo: v v v controllo errori sui bit determinazione del canale di uscita v attesa di trasmissione livello di congestione del router trasmissione A propagazione B elaborazione di nodo accodamento 57

Ritardo nelle reti a commutazione di pacchetto 3. Ritardo di trasmissione (L/R): 4. Ritardo di propagazione (d/s) q R=frequenza di trasmissione del q d = lunghezza del collegamento (in bps) q L=lunghezza del pacchetto (in bit) q Ritardo di trasmissione = L/R trasmissione A fisico q s = velocità di propagazione del collegamento (~2 x 108 m/sec) q Ritardo di propagazione = d/s Nota s e R sono due quantità molto differenti! propagazione B elaborazione di nodo accodamento 58

L’analogia del casello autostradale 100 km dieci auto in carovana casello q Le automobili viaggiano (ossia “si propagano”) alla velocità di 100 km/h q Il casello serve (ossia “trasmette”) un’auto ogni 12 secondi q auto~bit; carovana ~ pacchetto q D: quanto tempo occorre perché le 10 auto in carovana si trovino di fronte al secondo casello? 100 km casello q Tempo richiesto al casello per trasmettere l’intera carovana sull’autostrada = 12*10 = 120 sec q Tempo richiesto a un’auto per viaggiare dall’uscita di un casello fino al casello successivo: 100 km/(100 km/h)= 1 hr q R: 62 minuti 59

L’analogia del casello autostradale 100 km dieci auto in carovana casello q Le auto ora “si propagano” alla velocità di 1000 km/h q Al casello adesso occorre 1 min per servire ciascuna auto q D: le prime auto arriveranno al secondo casello prima che le ultime auto della carovana lascino il primo? 100 km casello q Sì! Dopo 7 minuti, la prima auto sarà al secondo casello, e tre auto saranno ancora in coda davanti al primo casello. q Il primo bit di un pacchetto può arrivare al secondo router prima che il pacchetto sia stato interamente trasmesso dal primo router! 60

Ritardo di nodo q dproc = ritardo di elaborazione (processing delay) v in genere pochi microsecondi, o anche meno q dqueue = ritardo di accodamento (queuing delay) v dipende dalla congestione q dtrans = ritardo di trasmissione (transmission delay) v = L/R, significativo sui collegamenti a bassa velocità q dprop = ritardo di propagazione (propagation delay) v da pochi microsecondi a centinaia di millisecondi 61

Ritardo di accodamento q R=frequenza di trasmissione (bps) q L=lunghezza del pacchetto (bit) q a=tasso medio di arrivo dei pacchetti La/R = intensità di traffico q La/R ~ 0: poco ritardo q La/R -> 1: il ritardo si fa consistente q La/R > 1: più “lavoro” in arrivo di quanto possa essere effettivamente svolto, ritardo medio infinito! 62

Ritardi e percorsi in Internet q Ma cosa significano effettivamente ritardi e perdite nella “vera” Internet? q Traceroute: programma diagnostico che fornisce una misura del ritardo dalla sorgente al router lungo i percorsi Internet punto-punto verso la destinazione. v v v invia tre pacchetti che raggiungeranno il router i sul percorso verso la destinazione il router i restituirà i pacchetti al mittente il mittente calcola l’intervallo trasmissione e risposta 3 invii 63

Ritardi e percorsi in Internet traceroute: da gaia. cs. umass. edu a www. eurecom. fr Tre misure di ritardo da gaia. cs. umass. edu a cs-gw. cs. umass. edu 1 cs-gw (128. 119. 240. 254) 1 ms 2 border 1 -rt-fa 5 -1 -0. gw. umass. edu (128. 119. 3. 145) 1 ms 2 ms 3 cht-vbns. gw. umass. edu (128. 119. 3. 130) 6 ms 5 ms 4 jn 1 -at 1 -0 -0 -19. wor. vbns. net (204. 147. 132. 129) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn 1 -so 7 -0 -0 -0. wae. vbns. net (204. 147. 136) 21 ms 18 ms 6 abilene-vbns. abilene. ucaid. edu (198. 32. 11. 9) 22 ms 18 ms 22 ms 7 nycm-wash. abilene. ucaid. edu (198. 32. 8. 46) 22 ms collegamento 8 62. 40. 103. 253 (62. 40. 103. 253) 104 ms 109 ms 106 ms transoceanico 9 de 2 -1. de. geant. net (62. 40. 96. 129) 109 ms 102 ms 104 ms 10 de. fr 1. fr. geant. net (62. 40. 96. 50) 113 ms 121 ms 114 ms 11 renater-gw. fr 1. fr. geant. net (62. 40. 103. 54) 112 ms 114 ms 112 ms 12 nio-n 2. cssi. renater. fr (193. 51. 206. 13) 111 ms 114 ms 116 ms 13 nice. cssi. renater. fr (195. 220. 98. 102) 123 ms 125 ms 124 ms 14 r 3 t 2 -nice. cssi. renater. fr (195. 220. 98. 110) 126 ms 124 ms 15 eurecom-valbonne. r 3 t 2. ft. net (193. 48. 50. 54) 135 ms 128 ms 133 ms 16 194. 211. 25 (194. 211. 25) 126 ms 128 ms 126 ms 17 * * significa nessuna risposta (risposta persa, il router non risponde) 18 * * * 19 fantasia. eurecom. fr (193. 55. 113. 142) 132 ms 128 ms 136 ms 64

Perdita di pacchetti q una coda (detta anche buffer) ha capacità finita q quando il pacchetto trova la coda piena, viene scartato (e quindi va perso) q il pacchetto perso può essere ritrasmesso dal nodo precedente, dal sistema terminale che lo ha generato, o non essere ritrasmesso affatto 65

Capitolo 1: roadmap 1. 1 Cos’è Internet? 1. 2 Ai confini della rete 1. 3 Il nucleo della rete 1. 4 Accesso alla rete e mezzi trasmissivi 1. 5 ISP e dorsali Internet 1. 6 Ritardi e perdite nelle reti a commutazione di pacchetto 1. 7 Livelli di protocollo e loro modelli di servizio 1. 8 Storia del computer networking e di Internet 66

Livelli di protocollo Le reti sono complesse! q molti “pezzi”: v v v host router svariate tipologie di mezzi trasmissivi applicazioni protocolli hardware, software Domanda: C’è qualche speranza di organizzare l’architettura delle reti? O almeno la nostra trattazione sulle reti? 67

Organizzazione di un viaggio aereo biglietto (acquisto) biglietto(lamentele) bagaglio (check-in) bagaglio(ritardo) gate (imbarco) gate (uscita) pista di decollo pista di atterraggio rotta aerea q una serie di passi successivi 68

Layering of airline functionality ticket (purchase) ticket (complain) 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 centri intermedi di controllo del traffico biglietto aeroporto di arrivo Livelli: ciascun livello realizza un servizio v v effettuando determinate azioni all’interno del livello stesso utilizzando i servizi del livello immediatamente inferiore 69

Perché la stratificazione? Quando si ha a che fare con sistemi complessi: q Una struttura “esplicita” consente l’identificazione dei vari componenti di un sistema complesso e delle loro inter-relazioni v analisi del modello di riferimento a strati q La modularizzazione facilita la manutenzione e l’aggiornamento di un sistema v v 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 sistema q Il modello a strati può essere considerato dannoso? 70

Pila di protocolli Internet q applicazione: di supporto alle applicazioni di rete v FTP, SMTP, HTTP q trasporto: trasferimento dei messaggi a livello di applicazione tra il modulo client e server di un’applicazione v TCP, UDP q rete: instradamento dei datagrammi dall’origine al destinatario v IP, protocolli di instradamento q link (collegamento): instradamento dei datagrammi attaverso una serie di commutatori di pacchetto v applicazione trasporto rete link fisico PPP, Ethernet q fisico: trasferimento dei singoli bit 71

Incapsulamento origine messaggio segmento Ht M M datagramma Hn Ht M Hl Hn Ht M frame applicazione trasporto rete link fisico Hl Hn Ht M switch (commutatore) destinatario M Ht M Hn Ht Hl Hn Ht M M applicazione trasporto rete link fisico Hn Ht Hl Hn Ht M M router 72

Capitolo 1: roadmap 1. 1 Cos’è Internet? 1. 2 Ai confini della rete 1. 3 Il nucleo della rete 1. 4 Accesso alla rete e mezzi trasmissivi 1. 5 ISP e dorsali Internet 1. 6 Ritardi e perdite nelle reti a commutazione di pacchetto 1. 7 Livelli di protocollo e loro modelli di servizio 1. 8 Storia del computer networking e di Internet 73

Storia di Internet 1961 -1972: sviluppo della commutazione di pacchetto q 1961: Kleinrock - la teoria delle code dimostra l’efficacia dell’approccio a commutazione di pacchetto q 1964: Baran - uso della commutazione di pacchetto nelle reti militari q 1967: il progetto ARPAnet viene concepito dall’Advanced Research Projects Agency q 1969: primo nodo operativo ARPAnet q 1972: v v dimostrazione pubblica di ARPAnet NCP (Network Control Protocol), primo protocollo tra nodi Primo programma di posta elettronica ARPAnet ha 15 nodi 74

Storia di Internet 1972 -1980: Internetworking e reti proprietarie q 1970: rete satellitare q q ALOHAnet che collega le università delle Hawaii 1974: Cerf e Kahn architettura per l’interconnessione delle reti 1976: Ethernet allo Xerox PARC Fine anni ‘ 70: architetture proprietarie: DECnet, SNA, XNA 1979: ARPAnet ha 200 nodi Le linee guida di Cerf e Kahn sull’internetworking: v minimalismo, autonomia per collegare le varie reti non occorrono cambiamenti interni v modello di servizio best effort v router stateless v controllo decentralizzato definiscono l’attuale architettura di Internet 75

ARPANET q Settembre 1971 q Ottobre 1980 76

Storia di Internet 1980 -1990: nuovi protocolli, proliferazione delle reti q 1983: rilascio di TCP/IP q 1982: definizione del protocollo smtp per la posta elettronica q 1983: definizione del DNS per la traduzione degli indirizzi IP q 1985: definizione del protocollo ftp q 1988: controllo della congestione TCP q nuove reti nazionali: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel q 100. 000 host collegati 77

Miriade di *net. . . q usenet (1979) q 1981, v v v NSF costruisce CSNET, Computer Science Network rete del Department of Energy rete della NASA, National Aeronautics and Space Administration HEPNET, High Energy Physics Network che riuniva i ricercatori della fisica delle alte energie MFNET, Magnetic Fusion Energy Network BITNET, Because It's Time Network, una rete con tecnologia IBM per lo scambio di messaggi tra le università 78

Miriade di *net. . . q eunet (1982) q milnet, earnet, Fidonet (1983) q junet, janet (1984) q nsfnet = Internet Backbone (1986) 79

Gli anni ‘ 80: Nascita di NSFNET, la prima vera grande dorsale di Internet Connessioni con l’Europa Dorsale comune, con allacciate diverse reti regionali identificate in q seguito come Regional Network Provider JANET, Joint NORDUNET 1987: 64 kbps 1989: 128 kbps Nel 1987 connessione diretta con ARPANET con protocolli comuni Academic Network JVNCNET, John von Neumann Center Network q 15 giugno 1987 NSF pubblica un bando d’appalto per la realizzazione di una nuova dorsale con i protocolli TCP/IP 80

Gli anni ‘ 80: Nascita di NSFNET, la prima vera grande dorsale di Internet La. Appalto prima vera grande dorsale quinquennale di 57, 9 milioni di dollari concesso a: IBM, MCI e q Merit Network q Nuova dorsale o backbone con nome NSFNET, linee ad alta velocità T 1 (1, 5 Mbit per secondo) q Preclusa al traffico commerciale, come definito nel documento AUP, Accetable User Policy La rete entra fisicamente in funzione nel luglio 1988 e resta attiva fino al luglio 1989, rimpiazzata da una nuova dorsale q 1990, DOD dichiara ARPANET obsoleta e ufficialmente smantellata q 81

NSFNet q 1988: CA, DK, FI, FR, IS, NO, SE q 1989: AU, DE, IL, IT, JP, MX, NL, NZ, PR, UK q 1990: AR, AT, BE, BR, CL, GR, IN, IE, KR, ES, CH q 1991: HR, CZ, HK, HU, OL, PT, SG, ZA, TW, TN q 1992: AQ, CM, CY, EC, EE, KW, LV, LU, MY, SK, SI, TH, VE q 1993: BG, CR, EG, FJ, GH, GU, ID, KZ, KE, LI, PE, RO, RU, TR, UA, AE, VI q 1994: . . . 82

Storia di Internet 1990 -oggi: commercializzazione, il Web, nuove applicazioni q Primi anni ‘ 90: ARPAnet viene dismessa q 1991: NSF lascia decadere le restrizioni sull’uso commerciale di NSFnet q Primi anni ‘ 90: il Web v ipertestualità [Bush 1945, Nelson 1960’s] v HTML, HTTP: Berners-Lee v 1994: Mosaic, poi Netscape Fine anni ‘ 90 – 2005: q arrivano le “killer applications”: messaggistica istantanea, condivisione di file P 2 P q sicurezza di rete q 50 milioni di host, oltre 100 milioni di utenti q velocità nelle dorsali dell’ordine di Gbps q Fine ‘ 90 : commercializzazione del Web 83

Dal 1991. . . 84

… al 1997 85

Un po’ di numeri. . . 86

… e gli hosts. . . 87

Gli anni ‘ 90: il World Wide Web Il World Wide Web q 1992 istituita l’Internet Society con presidente Vinton Cerf q Il CERN di Ginevra, ovvero il Consiglio Europeo per la Ricerca Nucleare introduce il WWW, il world wide web q 1992, il NCSA, presso la University of Illinois, rilascia l’interfaccia utente Mosaic q Il linguaggio HTML e il protocollo HTTP q A partire dal 1994 il web trasforma Internet in un fenomeno di massa non più accessibile esclusivamente ad università ed enti di ricerca 88

NCSA Mosaic 89

Il www. . . 90

navigatori internet nel mondo 91

Lingua della popolazione on-line 92

Penetrazione Internet in Europa 93

Accessi Internet in Italia 19992004 94

Quota di web buyers nei paesi europei 95

L'E-commerce in Italia 96

97

Riassunto Abbiamo visto un sacco di argomenti! q Panoramica di Internet q Cos’è un protocollo? q Il vasto mondo delle reti v Commutazione di pacchetto e commutazione di circuito q Internet/struttura degli ISP q Prestazioni: perdite, ritardo q Stratificazioni e modello di servizio q Cenni storici Adesso siete in grado di: q contestualizzare, fornire una panoramica sulle reti, avere un’idea precisa di che cosa si intende per “networking” q maggiori approfondimenti e dettagli nei prossimi capitoli! 98