Sistemi e Tecnologie della Comunicazione Lezione 1 introduzione

Sistemi e Tecnologie della Comunicazione Lezione 1: introduzione e generalita’ sulle reti di trasmissione dati

Informazioni generali Docente: Alessandro Brunengo e-mail: alessandro. brunengo@ge. infn. it telefono: [353] 6317 lab: Dipartimento di Fisica, PF 1, L 107 orario preferenziale: prendere appuntamento Sito del corso: http: //www. ge. infn. it/~brunengo/STC 2

Informazioni generali n Orario delle lezioni: n n n Valutazione: n n 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 n n 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 n n n Generalita’ sulle reti di comunicazione Architettura delle reti e modelli di riferimento (OSI, TCP/IP) Phisycal Layer n n n n n 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) n Data Link Layer (connessioni punto-punto) n n n Funzionalita’ del livello di data link Framing Checksum e controllo errori Gestione della trasmissione Controllo di flusso Esempi di protocolli 6

Programma (3) n Data Link Layer (connessioni broadcast) n Protocolli di accesso al canale Protocolli Ethernet Altri protocolli LAN Wireless Bridging e switching n Virtual LAN n n 7

Programma (4) n Network Layer n n n Funzionalita’ del livello di rete Algoritmi di routing Routing gerarchico Routing multicast e broadcast Controllo congestione Tunneling 8

Programma (5) n Network Layer in TCP/IP n n n IP: struttura del pacchetto ed indirizzamento ICMP ARP/RARP/BOOTP Protocolli di routing (RIP/OSPF/BGP) IPV 6 (cenni) 9

Programma (8) n Transport Layer n n n Funzionalita’ del livello di trasporto Indirizzamento Connessione Controllo di flusso Il trasporto in TCP/IP (Protocolli TCP ed UDP) 10

Programma (9) n n n 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 n n Esigenza emergente nel XX secolo: raccolta, trasferimento, archiviazione ed accesso ad informazioni (di tutti i tipi) Le reti di comunicazione n n n 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 n Condivisione delle risorse n n Accesso a risorse centralizzate n n e-mail, chat, phono e videoconferenza, lavagna virtuale Affidabilita’ e performance n n n potenza di calcolo, database, area di storage, accesso alla rete esterna, modelli client-server Comunicazione tra collaboratori n n stampanti, scanner, fax, programmi, dati ridondanza dei servizi condivisi distribuzione del carico su piu’ server Scalabilita’ 13

Evoluzione verso i servizi n Servizi bancari/economici/finanziari n n Servizi di accesso ad informazioni n n riviste, giornali, biblioteche, World Wide Web Comunicazione tra individui n n acquisti, fatturazione, operazioni bancarie posta elettronica, video conferenza, chat, newsgroup Intrattenimento n video on demand, giochi distribuiti la rete arriva fino a casa 14

Reti e sistemi distribuiti n Una rete di computer e’ un insieme di calcolatori interconnesso n n 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 n L’esistenza di diversi calcolatori e’ resa trasparente all’utente tramite software (e hardware) opportuno (es. database, WWW) 15

Componenti di una rete n n Calcolatori dedicati alla esecuzione dei programmi utente (host o end system) Sistema di interconnessione degli host (sottorete), costituito da n n linee di trasmissione (canali) elementi di commutazione (IMP: Interface Message Processor, Intermediate System) 16

Caratteristiche di una rete n n n Velocita’ di trasmissione Affidabilita’ Flessibilita’ Scalabilita’ Costi 17

Unita’ di misura n n 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: n n n 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: n n baud = 1 simbolo al secondo se 1 simbolo trasporta N bit di informazione, 1 baud = N b/s 18

Unita’ di misura (2) n Misure di tempo n n n secondo (s): misura base millisecondo (ms): 0. 001 s ( s) microsecondo (µs): 0. 001 ms ( s) nanosecondo (ns): 0. 001 µs ( s) picosecondo (ps): 0. 001 ns ( s) Misure di occupazione disco: n n kilobyte (KB): megabyte (MB): gigabyte (GB): terabyte (TB): bytes (1. 024 bytes) bytes (1. 048. 576 bytes) bytes (1. 073. 741. 824 bytes) bytes 19

Hardware di rete n Le reti si possono classificare in categorie in funzione di: n tecnologia trasmissiva: si distinguono n n n 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 n n 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 n La trasmissione dei dati di un host raggiunge sempre tutti gli altri. Sono possibili: n n n 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 n n 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 24

Reti locali (LAN) n n n Reti che coprono un edificio o un campus (fino a qualche Km), tipicamente di proprieta’ e gestite da 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: n n n Ethernet/Fast Ethernet/Gigabit Ethernet/10 GE (bus ed albero) FDDI (anello e doppio anello) Token bus e token ring (bus ed anello) 25

Reti metropolitane (MAN) n n n 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) n n n 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 n n n 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 n n n 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: n n n 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 n Nasce come esigenza di definire uno standard per le telecomunicazioni tra i diversi paesi gia’ nel 1865 (prima telegrafia, poi telefonia) n Nel 1947 diviene organismo delle Nazioni Unite n Diviso in tre settori: n n n ITU-R (comunicazioni radio) ITU-T (telecomunicazioni, noto fino al 1993 come CCITT) ITU-D (ricerca e sviluppo) 30

ITU (2) n Costituito essenzialmente da governi nazionali e membri di settore (societa’ telefoniche, produttori di hardware, produttori di servizi nel settore) n n n Ministreo delle Comunicazioni, Fast. Web, Alcatel, TIM, Telecom Italia, Vodafone Omnitel, Wind Produce delle raccomandazioni (suggerimenti che i governi possono adottare o meno) ma spesso diventano standard riconosciuti Esempi: n n n 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 n Organizzazione che produce e pubblica gli standard internazionali (su tutto) n Membri: gli organismi di standardizzazione nazionali dei paesi membri (89 nel 2004) n n n 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 n La piu’ grossa organizzazione professionale del mondo n Sviluppa ricerca e produce standards nei settori di ingegneria elettrica e computers n I suoi standard spesso vengono adottati come standard internazionali. Ad es. , sulle reti locali: n n n IEEE 802. 3 (Ethernet) IEEE 802. 5 (Token ring) IEEE 802. 11 (Comunicazione wireless) 33

Standard di Internet n n n 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 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: n n n 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. 34