Teams Catalogo Didattico: Esame di Reti PDF

# Teams Catalogo Didattico ## Esame - Scritto + orale (30 minuti arco) - 2 provette - 3 esercizi + 2 domande - almeno 15 + media 2,18 => orale accett - orale (1 domanda) ±3 - **Date:** - **Jun 10 15-12 45** - **Ven 8 30-1000** - **Moodle:** RT2029 ## Argomenti - Introduzione...

# Teams Catalogo Didattico ## Esame - Scritto + orale (30 minuti arco) - 2 provette - 3 esercizi + 2 domande - almeno 15 + media 2,18 => orale accett - orale (1 domanda) ±3 - **Date:** - **Jun 10 15-12 45** - **Ven 8 30-1000** - **Moodle:** RT2029 ## Argomenti - Introduzione - Elementi di ingegneria del traffico - Rete telefonica - Fissa - Cellulare - Livello di collegamento - Controllo d'errore - Accesso al metodo trasmissivo - Livello di rete - Algoritmi di instradamento - ATM e Internet ## 1. INTRODUZIONE - **Rete di telecomunicazione:** sistema che ha il compito di trasferire informazioni da una sorgente a uno o più destinatari, secondo regole l’oggetto della normativa, mediante un insieme di risorse dette nodi e collegamenti. - **Obiettivo:** trasferire informazioni da una sorgente a uno o più destinatari, rispettando una qualità di servizio prefissata (QoS). - **Nodi:** elaboratori intermedi tra la sorgente e il destinatario, anche elementi di accesso. - **Collegamenti:** canali fisici o logici attraverso cui viene inviata l'informazione. - Simplex: informazioni in una sola direzione. - Half-duplex: informazioni in entrambe le direzioni, ma non simultaneamente (inversione). - Full-duplex: informazioni in entrambe le direzioni simultaneamente. ### Classificazione di una rete (copertura) | Raggio | Estensione | |---|---| | 1 m | Corpo (Body Area Network - BAN) | | 10 m | Stanza (Personal Area Network - PAN) | | 100 m | Edificio (Home Area Network - HAN)| | 1 km | Campus (Local Area Network - LAN)| | 10 km | Città (Metropolitan Area Network - MAN)| | 100 km | Nazione (Regional Area Network - RAN) | | 1000 km | Continente (Wide Area Network - WAN)| | 10000 km | Pianeta (Rete telefonica pubblica, Internet)| - **Core network:** insieme di nodi e collegamenti (rete di trasporto). - **Edge network:** modalità con cui gli utenti accedono alla core network (rete di accesso). ### Classificazione: - **Singolo utente:** - **Cavo:** - Rame - Telefonia - Dati (ADSL) - Fibra ottica - **Radio:** - Cellulare - 1G-TACS (Total Access Communications System): costo elevato, non più usato. - 2G-GSM (Global System for Mobile communications): costo accessibile, E = 27 G. - 3G-UMTS (Universal Mobile Telecommunications System): traffico Internet, H = 356 G. - 4G-LTE (Long Term Evolution) - 5G: per accessi multipli e trasparenti. - **Multi-utente:** - **Cavo:** - Centralino - LAN - Ethernet - **Radio:** - Wireless PAN (WPAN) - Bluetooth - ZigBee: reti di sensori con batterie che durano anni. - Wireless LAN (WLAN) - WiFi - Wireless HAN (WHAN) - WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) - **Servizio:** funzionalità offerta da un ente (livello, utente) ad un altro (motivo della comunicazione). - **Protocollo:** insieme di regole che disciplina lo scambio di informazioni (modalità della comunicazione). - specifica la sequenza delle operazioni da effettuare, il formato dei dati e la gestione delle eccezioni; - diversi requisiti di QoS implicano diversi protocolli. ## Classificazione del servizio - **In base alla direzione:** - **Unidirezionale:** senza richiesta o diffusivo (radio). - **Bidirezionale:** con richiesta. - **Simmetrico:** tutti gli utenti hanno le stesse opportunità di intervento (videoconferenza). - **Asimmetrico:** verso privilegiato per l'informazione (www). - **In base al numero di destinatari:** - **Punto-punto:** una sorgente e un destinatario (telefonia). - **Multicast:** una sorgente e almeno due destinatari, operazioni di filtraggio per selezionarli (mail) - **Broadcast:** una sorgente e tutti gli utenti della rete (televisione) ## Qualità del servizio - **Probabilità di blocco:** indisponibilità delle risorse in fase di assegnazione. - **Probabilità di perdita:** indisponibilità delle risorse precedentemente assegnate (congestione rete). - **Probabilità di errore:** errori sui bit a causa di disturbi (rumore, interferenze, affievolimento). - **Velocità di trasmissione:** tasso di invio del bit (bit rate). - **Ritardo:** di coda, di elaborazione, di trasmissione, di propagazione. ## Esempio | Parametro | Telefonia | Dati interattivi | E-Mail | Video on demand | |---|---|---|---|---| | Probabilità dì blocco | < 1% | ≈ 0 | ≈ 0 | ≈ 0 | | Probabilità di perdita | < 1% | ≈ 0 | ≈ 0 | < 1% | | Probabilità di errore | <1% | <1% | 0 | 0 | | Velocità di trasmissione | 64 kbit/s | ≤ 64 kbit/s | bit/s | Mbit/s | | Ritardo | < 500 ms | < 1 s | < 1 min | < 1 s | ## Gestione delle risorse - Domini di un mezzo trasmissivo: frequenza, tempo, spazio (sfruttati contemporaneamente). - **Multiplazione:** coesistenza su uno stesso dominio di diversi flussi informativi. - Deterministica: coordinata a priori dalla stazione base. - Statistica: ogni applicazione si contende il mezzo trasmissivo, bisogna controllare le collisioni. - **Accesso multiplo:** coesistenza su uno stesso dominio di diversi utenti. - **Banda:** - **FDH/FDHA (Frequency Division)** - flussi/utenti distinti in base a bande diverse - usato nel TACS - **Tempo** - **TDM/TDHA (Time Division)** - flussi/utenti distinti in base a diversi slot di tempo - usato nel GSM - **Codice** - **CDH/CDMA (Code Division)** - flussi/utenti distinti in base a codici diversi (ortogonali tra loro) - usato nell'UMTS - **Spazio** - **SDM/SDMA (Space Division)** - flussi/utenti distinti in base a settori diversi (antenne) - usato nel Gigabit-Wi-Fi ## Trasferimento dell'informazione - **Instradamento:** scelta del percorso. - **Commutazione:** scelta della risorsa sui singoli collegamenti. ### Commutazione di circuito - corrispondenza tra risorse in ingresso e in uscita è rigida (rete telefonica); - risorsa garantita per l'intera durata del trasferimento (multiplazione deterministica), ritardo limitato; - pochi bit di indirizzamento, percorso scelto a priori (consegna ordinata), tariffa a tempo. ### Commutazione di pacchetto - corrispondenza tra risorse in ingresso e in uscita non è rigida; - risorse non riservate ma allocate durante il trasferimento, ritardo non limitato; - circuito virtuale: percorso fisso. - più bit di indirizzamento, percorso scelto a priori (consegna ordinata), tariffa a traffico. - datagram: molti bit di indirizzamento (indirizzo completo), pacchetti instradati individualmente, consegna non ordinato (meccanismo di riordino), tariffa forfettaria. | Modalità | Prenotazione risorse | Ritardo | Overhead | Percorso | Tariffa | Arrivo in ordine | |---|---|---|---|---|---|---| | Commutazione di circuito | Si | Limitato | Basso | A priori | A tempo | Si | | Commutazione di pacchetto (circuito virtuale) | No | Non limitato | Moderato | A priori | A traffico | Si | | Commutazione di pacchetto (datagram) | No | Non limitato | Elevato | Durante il trasferimento | Forfettaria | No | ## Architettura di comunicazione a livelli - In una rete di telecomunicazioni si presentano una molteplicità di problemi: - Tipologia di servizio da soddisfare. - Formato di rappresentazione dell'informazione. - Modalità di attivazione della connessione. - Qualità richiesta dall'utente. - Percorso per raggiungere il destinatario. - Gestione delle risorse condivise. - Scelta dei parametri fisici. - Ogni problema viene risolto tramite protocolli. - Ci si basa sul modello Open System Interconnection (OSI) stabilito dall'ISO che definisce 7 livelli con protocolli diversi. - Non viene implementato. - Dividendo in più problemi, si ha uno sviluppo più semplice, permette aggiornamento e mangement agevole, ma si ha un software più voluminoso e 17 problemi possono non essere indipendenti. - Nella realtà si utilizzano diversi stack anche nelle stesse applicazioni. - Ogni stack si rifa al modello ISO. - Ci sono funzionalità ridondanti. | Livello | Funzione principale | Note | |---|---|---| | 7. Application | Specifica i servizi a disposizione dell'utente. | Può talvolta effettuare l'operazione di controllo della congestione.| | 6. Presentation | Specifica il formato dell'informazione da scambiare. | Nello stack Internet è incapsulato nel livello applicazione. | | 5. Session | Regola l'apertura, il ripristino, e la chiusura di una sessione. | Nello stack Internet è incapsulato nel livello applicazione. | | 4. Transport | Negozia la QoS con l'utente. | Verifica che la rete sia in grado di soddisfare la qualità concordata, e può talvolta effettuare le operazioni di controllo dell'errore e della congestione. | | 3. Network | Gestisce il percorso tra sorgente e destinatario. | Si occupa di instradare l'informazione attraverso i nodi intermedi. | | 2. Data Link | Gestisce l'accesso al mezzo ed effettua le operazioni di controllo dell'errore e del flusso. | Si occupa del trasferimento dell'informazione sulla singola tratta. | | 1. Physical | Gestisce la trasmissione sul canale. | Stabilisce i parametri trasmissivi (bit rate, livello di potenza, ...). | ## Primitive di servizio - È l'entità di un livello soprastante a richiedere un servizio all'entità del livello sottostante. - **request:** richiesta di un servizio all'entità del livello sottostante. - **indication:** avviso dell'arrivo della richiesta. - **response:** replica alla richiesta. - **confirm:** notifica dell'esito. ## Colloqui tra livelli - **Servizio confermato:** - Presenza di tutte e 4 le primitive. - **Servizio non confermato:** - Presenza delle sole prime 2 primitive. - **Servizio su iniziativa del fornitore:** - Segnala la presenza di guasti, unico che parte dal livello inferiore. ## Modalità di scambio dati - **Scambio orientato alla connessione (connection oriented):** - lo scambio di informazioni è preceduto da un colloquio che serve ad attivare lo scambio (negozazione) ed è seguito da un secondo colloquio che lo completa. | (N+1) - Entità | (N+1) - Entità | |---|---| | Connection. Request | Connection. Response: attivazione connessione | | Connection. Confirm | Connection. Indication | | Data. Request | Data. Confirm | | Data. Response | Data. Indication | | Disconnect. Request | Disconnect. Response: chiusura connessione | | Disconnect. Confirm | Disconnect. Indication | | | | - **Scambio dati:** - **Scambio non orientato alla connessione (connectionless):** - lo scambio di informazioni non è preceduto né seguito da un colloquio di apertura o chiusura della connessione. - **Solo scambio dati:** ## Scambio dati | Livello - N | Livello - N+1 | Sistema A | Sistema B | |---|---|---|---| | N - SAP | (N+1) - SAP | (N+1) - Entità | (N+1) - Entità | | N - Entità | N-protocollo | (N+1) - IDU | (N+1) - PDU (N+1)-ICI | | N-PDU | N-SDU N-PCI | interfaccia (N+1)-N | N-SAP | | (N-1) - SAP | N - Entità | N-PDU N-ICI | N-IDU | | | | (N-1) - SAP | N - protocollo | | | N- Entità | | N-Entità | | | | | (N-1) - SAP | - Ogni livello aggiunge ai dati ricevuti SDU (Service Data Unit) un header in testa o un coda PCI (Protocol Control Information) in modo da formare la PDU (Protocol Data Unit). - Alla PDU viene aggiunta l'ICl (Interface Control Information), che ha validità locale, in modo da formare la IDU (Interface Data Unit). - Il livello sottostante, elimina ICI dell'IDU, ricevendo la sua SDU (PDU livello sovrastante). ## Sistema analogico - Si trasmette xo e si riceve ro. Effetto da rumore. - Non si può ricavare esattamente ro in quanto al valore trasmesso può assumere un'infinito di valori. - Amplificando ro, si amplifica anche il rumore. ## Sistema numerico - Trasforma xo in una serie di bit e ad ogni bit associa una forma d'onda (modulazione). - Al valore trasmesso può assumere un numero finito di valori (al bit rate dipende dalla qualità del canale). - Se si sbaglia la scelta, si ha un errore. ## Dispositivi di interconnessione ### Primo livello - **Ripetitore:** amplifica il segnale analogico per prolungare la lunghezza del collegamento. - Si accumula rumore. - **Rigeneratore:** demodula e rimodula il segnale numerico per prolungare la lunghezza del collegamento. - Si accumula errore. - **Hub:** ripetitore/rigeneratore multi porta. ### Secondo livello (collegamento tra ricevitore e trasmettitore) - **Bridge:** - **Commutazione:** traduce l'informazione da un mezzo fisico ad un altro in una LAN. - **Riconosce** dati arrivati, trova sorgente e destinatario, e invia sul nuovo mezzo. - È un dispositivo plug and play, non ha bisogno di configurazione. - Si costruisce autonomamente una tabella di indirizzamento (self-learning). - Può fare filtraggio del traffico (forwarding selettivo). - **Store and forward:** attende ricezione dell'intero pacchetto prima di reinviarlo => controllo errori. - **Switch:** - **Commutazione:** traduce l'informazione da un mezzo fisico ad un altro in una LAN. - **Riconosce** dati arrivati, trova sorgente e destinatario, e invia sul nuovo mezzo. - È un dispositivo plug and play, non ha bisogno di configurazione. - Si costruisce autonomamente una tabella di indirizzamento (self-learning). - Può fare filtraggio del traffico (forwarding selettivo). - **Cut-through:** reinvia subito, bit => no controllo errori. - Meno affidabile ma più veloce. ### **Terzo livello** - **Router:** gestisce instradamento. - **Store and forward**. - Va configurato ### Terzo livello in por - **Gateway:** - Connessione di reti che utilizzano standard diversi. - Veicola pacchetti all'esterno di una LAN. - Ogni dispositivo di interconnessione deve implementare anche a livelli sottostanti. ## Topologia delle reti | Denominazione | Grafo | Caratteristiche | |---|---|---| | 1. Maglia completamente connessa | <center>immagine di un grafo</center> | Grande affidabilità. Semplice instradamento. Usata per connettere le centrali telefoniche compartimentali. | | 2. Maglia non completamente connessa | <center>immagine di un grafo</center> | Affidabilità. Instradamento non immediato (necessario un algoritmo di routing). Usata nella core network di internet. | | 3. Stella | <center>immagine di un grafo</center> | Affidabilità dipendente dal centro stella. Semplice instradamento. Usata nelle reti cellulari. | | 4. Albero | <center>immagine di un grafo</center> | Affidabilità critica (un link guasto porta ad un grafo sconnesso). Semplice instradamento. Usata nelle LAN attuali. | | 5. Anello | <center>immagine di un grafo</center> | Affidabilità dipendente dalla bidirezionalità dei collegamenti. Semplice instradamento. Usata per connettere le centrali telefoniche nazionali. | | 6. Bus</center> | <center>immagine di un grafo</center> | Affidabilità dipendente dal bus stesso. Necessarie procedure di accesso condiviso. Usata nelle prime LAN. | ## Esempi | Protocollo end-to-end (FTP) | Esempi | |---|---| | Applicazione | Applicazione | | Sessione | Sessione | | Presentazione | Presentazione | | Trasporto | Trasporto | | Rete | Rete | | Collegamento fisico | Collegamento | | Protocollo | |---|---| | (TCP) | (IP) | | Collegamento | Collegamento | | Collegamento fisico | |---|---| | Ethernet | WiFi | ## End terminal | Router/bridge | End terminal