1: Introduction 1

Informazioni generali

! Luca Becchetti

• Tel.: 06 49918335

• Email: Luca.Becchetti@dis.uniroma1.it

• URL: www.dis.uniroma1.it/~becchett

! Ricevimento:

• Latina: martedì e giovedì,ore 8.30-9.30, Studio n. 5

" Previo appuntamento:martedi’, ore 12.00-13.00

• Roma: venerdì, ore 11.00-13.00, Dip. Informatica eSistemistica, via Salaria 113II piano, stanza 227, Roma

! Testo adottato: James F.Kurose, Keith W. Ross.Internet e reti. McGraw-Hill.

! Testi consigliati:

• A. Tanenbaum. ComputerNetworks. Prentice-Hall

• P. Niemeyer, J. Knudsen.Learning JAVA. O’ REILLY

! Altro materiale:documentazione su Javadisponibile in rete

1: Introduction 2

Parte I: Introduzione

Obiettivi:

! Avere una visione diinsieme delcontesto

! I dettagli più avantinel corso

! approccio:

• descrittivo

• Uso di Internetcome esempio

Rassegna prima lezione:

! cosa è Internet

! cosa è un protocollo?

! network edge

! network core

! Rete di accesso, mezzi fisici

! prestazioni: loss (perdita), delay(ritardo)

! strati di un protocollo

(protocol layers) , modelli di servizio

! backbone, NAP, ISP

1: Introduction 3

Cosa è Internet: hardware

! milioni di dispositivicollegati: host, end-system• PC, workstation, server

• Palmari, telefoni

eseguono appl. di rete

! mezzi trasmissivi• fibra, rame, radio,

satellite

! router: inviano pacchetti(packets) di datiattraverso la rete

local ISP

company

network

regional ISP

router workstation

servermobile

1: Introduction 4

Cosa è Internet

! Internet: “rete di reti”• Struttura parzialmente

gerarchica

• Segmenti pubblici e intranetprivate

! protocolli: regolano lacomunicazione tra sistemi• e.g., TCP, IP, HTTP, FTP,

PPP

! Standard Internet• RFC: Request for comments

• IETF: Internet EngineeringTask Force

http://www.ietf.org

local ISP

company

network

regional ISP

router workstation

servermobile

1: Introduction 5

Cosa è Internet : i servizi

! la rete di comunicazionepermette di eseguireapplicazioni:• WWW, email, giochi, e-

commerce, basi di datiecc.

! comunicazioni:• connectionless

• connection-oriented

! cyberspace [Gibson]:“a consensual hallucination

experienced daily by billions ofoperators, in every nation, ...."

1: Introduction 6

Cosa è un protocollo?

protocolli umani:

! “che ora è ?”

! “Ho una domanda”

… invio di specificimessaggi

… in corrispondenzaai quali vengonoprese opportuneazioni

… anche altri eventi

protocolli di rete:

! macchine

! tutte lecomunicazioni inInternet governate daprotocolli

i protocolli definiscono il

formato, l’ordine di invio e

di ricezione dei messaggi

tra i dispositivi e le azioni

prese quando si riceve un

messaggio

1: Introduction 7

Cosa è un protocollo (cont.)?

due esempi :

ciao

ciao

sai l’ora?

2:00

richiesta di

connessione TCP

risposta di

connessione TCPget (prendi)

http://era.dis.uniroma1.it/~impianti/programma

<file>

tempo

1: Introduction 8

Caratteristiche della rete fisica

! Struttura

• Network edge:applicazioni e host

• Network core:

" router

" rete di reti

• Rete di accesso

! Mezzo fisico:caratteristiche dei linkdi comunicazione

1: Introduction 9

Network edge:

! end system (host):• eseguono applicazioni

• es., WWW, email

• “edge of network”

! modello client/server• Il client richiede e riceve servizi

dal server

• e.g., WWW client (browser)/server; email client/server

• Server e client sono end system

! modello peer-to-peer :• interazione simmetrica tra host

• es.: teleconferenza, Gnutella

1: Introduction 10

Network edge: servizio orientato allaconnessione

Obiettivo: trasferire dati traend system.

! handshaking: scambio diinformazione di controlloprima dellacomunicazione• Hello, hello ( protocollo

umano)

• viene creato uno “stato”nei due host checomunicano

! TCP - TransmissionControl Protocol• Servizio orientato alla

connessione in Internet

Servizio TCP [RFC 793]

! trasferimento affidabile(reliable) e in ordine di flussidi byte• perdita: conferma

(acknowledgement) eritrasmissioni

! controllo di flusso (flowcontrol):• il sender non “inonda” il

receiver

! Controllo della congestione(congestion control):• Si diminuisce il ritmo (rate) di

trasmissione se la rete ècongestionata

1: Introduction 11

Network edge: servizio connectionless

Obiettivo: trasferimento dati

tra host

• Lo stesso di prima!

! UDP - User DatagramProtocol [RFC 768]: ilservizio connectionless diInternet

• trasferimento dati nonaffidabile

• no controllo di flusso

• no controllo dellacongestione

App’ni che usanoTCP:

! HTTP (WWW), FTP (filetransfer), Telnet(remote login), SMTP(email)

App’ni che usanoUDP:

! streaming audio/videoteleconferenza,telefonia su Internet

1: Introduction 12

Network Core

! Rete di router interconnessi

! Questione fondamentale :come avviene il trasferimentodei dati?

• circuit switching: circuitodedicato per ogniconnessione: retetelefonica

• packet-switching: i datisono trasferiti a “blocchi”,non viene preallocato uncircuito

1: Introduction 13

Network Core: Circuit Switching

Pre-allocazione dirisorse end-to-endper “chiamata”

! Banda dei link, capacitàdegli switch

! Risorse dedicate : nessunacondivisione

! Prestazioni garantite perogni connessione

! Ogni chiamata richiedeuna fase di instaurazione

1: Introduction 14

Network Core: Circuit Switching

Le risorse di rete non sonocondivise

! divisione della banda in“pezzi”

• divisione di frequenza

• divisione di tempo

! la risorsa non usata (idle)dalla chiamata a cui èallocata è sprecata

1: Introduction 15

Network Core: Packet Switching

ogni messaggio è diviso inpacchetti (packets)

! i pacchetti di piu’ utenticondividono le risorse

! ogni pacchetto usa tuttala banda

! le risorse sono usatequando servono

contesa per le risorse:

! congestione:possibilità dieccedere la capacità;i pacchetti sono incoda

! store and forward(memorizza e inoltra): i pacchetti simuovono un saltoalla volta1. Attraversa un link

2. Aspetta il turno al prossimolink

Trasmissione in ordine di arrivo

1: Introduction 16

Network Core: Packet Switching

! Packet-switching versus circuit switching: analogia delristorante

! Router store - and - forward

A

B

C10 Mbs

Ethernet

1.5 Mbs

45 Mbs

D E

multiplexing statistico

Coda di pacchetti in attesa

sul link di uscita

1: Introduction 17

Network Core: Packet Switching

Esempio

! Messaggio di 7.5 Mbit

! Suddivisione in 5000pacchetti da 1.5 Kbit

! Capacità dei link: 1.5 Mbps

! Tempi di processamentonei router trascurabili

! Esercizio: calcolare tempodi trasferimento se ilmessaggio non fosse diviso

Attenzione: 1 Mbit=1000 Kbit!!

1: Introduction 18

Packet switching versus circuitswitching

! Link da 1 Mbit/s

! Per ogni utente:• 100Kbps se “attivo”

• attivo 10% del tempo

! circuit-switching:• Max. 10 utenti attivi

! packet switching:• con 35 utenti, Prob >

10 utenti attivi < .004

Packet switching permette a più utenti di usare la rete!

N utenti

link da 1 Mbps

1: Introduction 19

Packet switching versus circuitswitching

! Ottimo per dati a raffica (bursty)

• Condivisione di risorse

• Nessuna instaurazione di chiamataMA:

! Possibilità di congestione: ritardo e perdita dipacchetti

• Servono protocolli per il trasporto affidabile eper gestire la congestione

! Come ottenere un comportamento di tipo circuitswitched?

Problema in parte aperto (cap. 6)

1: Introduction 20

Packet-switched networks:instradamento (routing)

! Obiettivo: trasferire i pacchetti da sorgente a destinazioneseguendo un cammino nella rete

• Molti algoritmi di selezione dei cammini (cap. 4)

! Reti a datagramma (datagram networks):

• Prossimo salto (hop) determinato dall’indirizzo di destinazione

• Il percorso può mutare nel corso della sessione

• analogia: servizio postale

! Reti a circuito virtuale (virtual circuit networks):

• Ogni pacchetto contiene un identificatore che detetmina ilprossimo salto

• Il cammino è fissato una volta per tutte in fase di instaurazione

• I router attraversati mantengono informazione su ognichiamata

Attenzione: circuito virtuale e circuit switching sono cose diverse!!

1: Introduction 21

Reti di accesso

! Utenze domestiche

! Reti di istituzioni(università, aziende)

! Reti mobili

Aspetti importanti:

! banda (bit al secondo)della rete di accesso

! Condivisa o dedicata?

1: Introduction 22

Residential access: point to point access

! Modem

• Fino a 56Kbps, accessodiretto al router(conversione D/A – A/D)

! ISDN: integrated servicesdigital network: 128Kbps finoal router (digitale)

! ADSL: asymmetric digitalsubscriber line

• Capacità maggiori

1: Introduction 23

Residential access: cable modems

! HFC: hybrid fiber coax• asymmetric: up to 10Mbps

upstream, 1 Mbpsdownstream

! network of cable andfiber attaches homes toISP router• shared access to router

among home

• issues: congestion,dimensioning

! deployment: available viacable companies, e.g.,MediaOne

1: Introduction 24

Istituzioni: reti locali

! Rete locale (LAN) checonnette end system aedge router

! Ethernet:

• Cavo condiviso checonnette sistemiterminali a un router

• 10 Mbs, 100Mbps,Gigabit Ethernet

! LAN: cap. 5

1: Introduction 25

Reti di accesso wireless

! Connettono sistemi terminalia un router mediante unmezzo condiviso

! wireless LAN:

• Collegamento radio alposto del cavo

• es., Lucent Wavelan 10Mbps

! Accesso wireless su aree piùvaste

• Es. CDPD (Cellular DigitalPacket Data): accessowireless a router di ISPattraverso una retecellulare

Punto di

accesso

Terminali mobili

router

1: Introduction 26

Mezzi fisici

! Link fisico: I bit di dati sono trasmessi lungo un link fisico

! Mezzi guidati: Propagazione in una guida solida (es. cavo)

• Doppino di rame: fino a 100 Mbps (Ethernet)

• Cavo coassiale. Uso tipico: ethernet a 10 Mbps

• Fibra ottica: adatta per ethernet a 100 Mbps (fino a 5 Gbps)

! Mezzi non guidati: Il segnale si propaga nell’etere (es. radio)

• Wireless LAN

• Reti cellulari

• Reti di accesso satellitari

• ….

1: Introduction 27

Physical Media: coax, fiber

Coaxial cable:

! wire (signal carrier)within a wire (shield)• baseband: single

channel on cable

• broadband: multiplechannel on cable

! bidirectional

! common use in 10MbsEthernet

Fiber optic cable:

! glass fiber carryinglight pulses

! high-speed operation:• 100Mbps Ethernet

• high-speed point-to-point transmission (e.g.,5 Gps)

! low error rate

1: Introduction 28

Physical media: radio

! signal carried inelectromagneticspectrum

! no physical “wire”

! bidirectional

! propagationenvironment effects:• reflection

• obstruction by objects

• interference

Radio link types:

! microwave• e.g. up to 45 Mbps

channels

! LAN (e.g., waveLAN)• 2Mbps, 11Mbps

! wide-area (e.g., cellular)• e.g. CDPD, 10’s Kbps

! satellite• up to 50Mbps channel (or

multiple smaller channels)

• 270 Msec end-end delay

• geosynchronous versusLEOS

1: Introduction 29

Ritardo di trasferimento nelle retia pacchetto

! Quattro sorgenti diritardo ad ogni salto

! Quali?

1. Processamento al nodo:

• Correzione di errore suibit

• calcolo link di uscita

2. Attesa in coda

• Attesa per latrasmissione

• Dipende dallacongestione nel router

A

B

Propagazione

Trasmissione

Elaborazione

nel nodo Accodamento

1: Introduction 30

Ritardo di trasferimento nelle retia pacchetto (2)

3. Ritardo di trasmissione

• R= banda sul link (bps)

• L=lunghezza pacchetto(bit)

• Tempo per trasmetterepacchetto sul link = L/R

4. Ritardo di propagazione:

• d = lunghezza link fisico

• s = vel. propagazionenel mezzo (~2x108

m/sec)

• Ritardo di propagazionenel mezzo = d/s

A

B

Propagazione

Trasmissione

Elaborazione

nel nodo Accodamaento

Attenzione: 3 e 4 sonoquantità diverse!

1: Introduction 31

Ritardo di coda nelle reti apacchetto (3)

! R=banda del link (bps)

! L=lungh. pacchetto (bit)

! a=frequenza (rate) diarrivo dei pacchetti(packets/sec)

Intensità del traffico = La/R

! La/R ~ 0: ritardo medio di coda piccolo

! La/R -> 1: ritardo medio di coda grande

! La/R > 1: più pacchetti di quanti possanoessere smaltiti, il tempo di attesa in codatende a divenire infinito! (in realtà perdita)