Note sulle reti

Elaborazione e trasmissione delle
informazioni
Elementi di Informatica e
Programmazione
Reti di
Telecomunicazione
Le Reti di Calcolatori
Corsi di Laurea in:
Hw e Sw dei
Calcolatori
Convergenza
dei due settori
Ingegneria Civile
Ingegneria per l’Ambiente e il Territorio
Università degli Studi di Brescia
Reti di Calcolatori
Rete di calcolatori: insieme di calcolatori tra loro
collegati mediante una rete di telecomunicazione
Docente: Daniela Fogli
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
Finalità di una rete di calcolatori
2
I mezzi di trasmissione
Mezzo fisico utilizzato come canale di trasmissione
Condivisione risorse
Comunicazione fra utenti
Miglioramento dell’affidabilità del sistema
Mezzi guidati: linee fisiche che portano il segnale
Mezzi non guidati: irradiazione di segnali elettromagnetici nello
spazio
complessivo (risorse alternative)
Risparmio attraverso decentramento
Accesso a informazioni e servizi remoti
I mezzi guidati trasmettono segnali elettrici oppure ottici
Doppino telefonico
Cavo coassiale
Fibra ottica
Le finalità variano a seconda che la rete sia di grandi
o piccole dimensioni (es. reti di calcolatori private
nelle aziende)
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
Il mezzo non guidato è lo spazio che permette la trasmissione di
onde radio
3
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
4
Caratteristiche dei mezzi di
trasmissione e del segnale
I mezzi guidati più diffusi
Doppino
Capacità del canale (larghezza di banda): grandezza che
misura il numero di bit che il canale è in grado di trasmettere
nell’unità di tempo (maggiore è la larghezza di banda, maggiore è
la velocità di trasmissione)
I segnali digitali vengono trasmessi sotto forma di segnali elettrici
Costituito da una o più coppie di fili di rame ricoperti di materiale isolante,
intrecciati per ridurre interferenze e isolati da una guaina
Ce ne sono varie classi
Grado di attenuazione del segnale: l’energia del segnale si
riduce anche in base alla distanza percorsa (necessità di
ripetitori)
Cladding
Fibra ottica
i segnali trasmessi su doppino telefonico subiscono
attenuazione maggiore di quelli trasmessi su cavi coassiale e
questo a sua volta determina attenuazione maggiore rispetto
alle fibre ottiche
Interferenza tra segnali: ad esempio interferenza fra segnali
che percorrono cavi adiacenti
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
Core
Guaina protettiva
opaca
I segnali digitali vengono trasmessi sotto forma di impulsi luminosi
Larghezza di banda molto elevata elevata velocità di trasmissione
Ridotta attenuazione del segnale
Immunità alle interferenze elettromagnetiche bassi tassi di errore
Cavi di dimensioni e peso ridotti
5
Trasmissione nei mezzi non guidati
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
6
Classificazione delle reti
I segnali sono trasmessi e ricevuti mediante antenne
L’antenna del trasmettitore irradia nello spazio onde
elettromagnetiche
L’antenna del ricevitore capta queste onde
Trasmissione direzionale (antenne allineate) o non direzionale
(irradiamento nello spazio di onde che più antenne possono
ricevere)
Onde radio [30 MHz, 1 GHz] – es. cellulari (900 Mhz, 1800
Mhz, 1900 Mhz)
Microonde [2 GHz, 40 GHz] – trasmissioni direzionali, punto-apunto, anche via satellite (che fa da ripetitore)
Infrarossi [300 GHz, 200 THz] – trasmettitore e ricevitore
devono essere visibili uno all’altro
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
Fonte di emissione
luminosa (laser)
Secondo due dimensioni:
La modalità di collegamento tra i calcolatori
L’estensione geografica della rete
7
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
8
Modalità di collegamento
“broadcast”
Modalità di collegamento
“punto-a-punto”
Reti broadcast: un unico mezzo di trasmissione condiviso da tutti
Nelle reti punto-a-punto sono presenti più linee di
comunicazione, ciascuna connette una coppia di nodi
i nodi
Per comunicare con un nodo occorre inviare un messaggio
contenente il suo indirizzo
Il messaggio raggiunge tutti i nodi della rete
Soltanto il nodo il cui indirizzo è uguale a quello nel messaggio lo
recepisce
E’ costoso connettere tutte le possibili coppie di nodi con canali
dedicati
Soluzione: solo alcune coppie di nodi sono connesse direttamente
e alcuni nodi della rete sono dedicati allo smistamento dei
messaggi
Si parla di reti commutate
Fra una coppia di nodi possono esistere più percorsi lungo la rete
mezzo di comunicazione
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
9
In una rete commutata i dati sono immessi nella rete da un
calcolatore host e instradati fino all’host di destinazione
passando da router a router
Reti a commutazione di circuito
Viene creato un circuito logico fra sorgente e destinazione
Tutti i dati seguono lo stesso percorso
Un possibile cammino dei dati da B a C
C
2
1
host
6
4
Reti a commutazione di pacchetto
Il messaggio è suddiviso in pacchetti
Ogni pacchetto può seguire un percorso diverso
3
5
B
10
Strategie di instradamento sulle
reti commutate
Rete commutata
A
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
D
nodo router
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
11
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
12
Reti a commutazione di circuito
Esempio di funzionamento
Creazione di un canale logico dedicato fra sorgente e
destinazione
Il canale logico è costituito da una successione di connessioni fra
nodi della rete
A ogni nodo i dati sono instradati lungo il canale predisposto in
uscita senza ritardo
Trasmissione costituita da
1. Fase di attivazione: viene stabilito il cammino fra
sorgente e destinazione
2. Fase di trasferimento dati
3. Fase di chiusura della comunicazione
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
canale
dedicato
A
Scelte in base a
disponibilità e costo
5
D
6
4
Vantaggi e svantaggi
- Tecnica efficiente per comunicazioni telefoniche
- Non efficiente per trasmissione dati tra calcolatori: periodi di
trasmissione si alternano a periodi di inattività
- Richiede che sorgente e destinatario si accordino sulla velocità di
trasferimento
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
13
Reti a commutazione di pacchetto
14
Esempio di funzionamento
2 1
1
Si basa sull’invio di pacchetti di dati di dimensioni ridotte
(dell’ordine dei Kbyte)
Il messaggio da trasmettere viene suddiviso in una serie di
A
2
1
pacchetti
Ogni pacchetto contiene:
Dati
Informazioni di controllo fra cui indirizzo del destinatario e
un numero progressivo
I pacchetti vengono spediti uno alla volta sulla rete
Quando un nodo riceve un pacchetto lo memorizza e lo accoda
per poterlo trasmettere al più presto
Ciascun pacchetto può seguire un percorso diverso
L’ordine di arrivo può essere diverso da quello di partenza
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
3
canale
dedicato
B
C
2
1
1
1
3
1
1 2
2
5
B
1 2
4
C
2
2
2
6
D
Scelte in base a disponibilità e costo
separatamente per ciascun pacchetto
Vantaggi e svantaggi
15
Migliore utilizzo delle risorse
Maggiore robustezza rispetto ai guasti
Minore prevedibilità, rischio di intasamenti
Necessità di riordino dei pacchetti da parte del destinatario
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
16
Commutazione di circuito vs.
commutazione di pacchetto
Estensione geografica della rete
Local Area Network (LAN) – reti locali
Nella commutazione di pacchetto le linee risultano utilizzate in
modo più efficiente
Trasmissione efficiente anche fra calcolatori con velocità differenti
In caso di traffico elevato nella commutazione di circuito alcune
comunicazioni devono essere bloccate, nell’altro caso no (vengono
solo ritardate)
Gestione di comunicazioni a priorità diverse (ulteriore informazione
che va nel pacchetto)
circoscritte ad un edificio o a edifici adiacenti
Metropolitan Area Network (MAN) – reti metropolitane
circoscritte all’area di una città, ad esempio le reti dei telefoni
cellulari
Wide Area Network (WAN) – reti geografiche
distribuite su aree molto vaste (connessioni su scala nazionale e
internazionale), ad esempio le reti telefoniche
Internetwork (o internet) – reti di reti
distribuite su tutto il pianeta, collegamento tra reti geografiche di
operatori diversi, ad esempio Internet
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
17
18
Diverse tipologie di LAN
dipendono da …
Le reti locali (LAN)
Mezzi di trasmissione utilizzati
Obiettivo: connettere dispositivi a distanza ridotta
doppino, cavo coassiale, fibra ottica, wireless
Sono proprietà della organizzazione che possiede i dispositivi
connessi scelta della rete e responsabilità di gestione a carico
della organizzazione
Topologia
Velocità di trasmissione molto maggiori rispetto alle reti
Metodi di accesso ai mezzi di trasmissione
Struttura e numero dell’insieme di connessioni
geografiche (dovuta ad ampia larghezza di banda)
Tecniche a contesa
Tecniche non a contesa
Ogni stazione include un trasmettitore/ricevitore che comunica su
un canale condiviso (modalità broadcast) una sola stazione
può trasmettere ad ogni istante
Sono affidabili, economiche e facilmente espandibili
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
19
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
20
Diverse topologie
di rete locale
Un caso particolare:
le LAN senza fili (wireless)
Bus
Reti Wi-Fi (Wireless Fidelity)
Le stazioni comunicano tramite segnali radio trasmessi da e verso
una stazione centrale (access point) collegata tipicamente ad una
rete cablata
Una rete wireless consente per esempio di spostare un computer
portatile all’interno di un edificio, eliminando il problema di
installare cavi in vecchi edifici
Anello
Tipicamente minori prestazioni e minore affidabilità rispetto a una
rete cablata
Stella
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
21
Metodi di accesso alle reti locali
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
22
Tecniche a contesa: CSMA/CD
CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access Collision Detection
Fase di ascolto (carrier sense): tutti i nodi esaminano lo stato
Problema: evitare sovrapposizioni di segnali (interferenze)
Metodo di accesso
della rete
Se la rete è libera i nodi provano a spedire i loro dati (multiple
access)
Se viene rilevata una collisione (collision detection) prima di
ritentare la trasmissione tutti i nodi rimangono in stato di attesa
per un breve intervallo di tempo casuale
Il nodo che effettuerà la trasmissione per primo acquisirà il
controllo della rete
algoritmo che ogni stazione utilizza per accedere al canale di
trasmissione e ottenere il diritto a trasmettere
Tecniche a contesa
Accesso in modo casuale
Se due o più stazioni cercano di trasmettere simultaneamente, il
conflitto viene risolto secondo alcune regole di mediazione
Tecniche non a contesa
I nodi non si contendono l’uso della rete ma devono prima ottenere
il permesso di trasmissione
Tecnica del gettone (token) circolante
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
23
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
24
Tecniche non a contesa:
Token ring e token bus
Esempio: Ethernet (su topologia a bus)
Token (gettone) = segnale che circola nella rete
Token ring (in reti con topologia ad anello)
(dal libro di Curtin et al. 2002)
Se una stazione deve inviare un messaggio, nel momento in cui riceve
il gettone pone a 0 un bit del token e vi aggancia il suo messaggio con
in testa l’indirizzo del destinatario
Il destinatario, quando viene raggiunto, controlla la correttezza del
messaggio e lo ritrasmette, aggiungendo un messaggio in coda che
indica la corretta o errata ricezione del messaggio
La stazione emittente, quando riceve nuovamente il suo messaggio,
esamina l’esito della ricezione e quindi rimette in circolazione il
gettone “libero” (riportando a 1 il bit messo a 0), eliminando il
messaggio se la ricezione è andata a buon fine
Token bus (in reti con topologia a bus) anello logico
Alcune versioni:
Ogni stazione deve conoscere l’identificatore del proprio predecessore
e del proprio successore nella successione
Gigabit Ethernet e Fast Ethernet
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
25
Una rete token ring
26
Dov’è il metodo di accesso?
In ogni calcolatore della rete è presente una scheda di
interfaccia verso la rete (NIC – Network Interface Card), detta
anche interfaccia di rete o scheda di rete
Dispositivo dotato di capacità di calcolo, comprende una memoria
e un processore dedicato all’elaborazione dei segnali
Ad ogni scheda di rete è associato un indirizzo fisico (detto
indirizzo MAC – Media Access Control): identificativo numerico di
48 bit scritto permanentemente nella sua ROM
E’ la scheda di rete che implementa il metodo di accesso alla
rete
(dal libro di Curtin et al. 2002)
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
27
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
28
Reti geografiche e reti di reti
Y
LAN
LAN, WAN e internet
B
Sono generalmente punto-a-punto, a commutazione di
circuito o di pacchetto
Sono il risultato dell’interconnessione di una molteplicità di reti,
normalmente gestite da soggetti diversi e basate su tecnologie
differenti internet (con la “i” minuscola)
Servono dispositivi appositi, detti bridge, per collegare fra loro
due reti locali
Servono dispositivi appositi, detti gateway, per collegare una rete
locale a una rete geografica o due reti geografiche: risolvono
problemi di incompatibilità qualora i sistemi hw/sw utilizzati siano
diversi
Internet (con la “I” maiuscola) è una specifica internet
LAN
LAN
LAN
B
X
G
G
G
G
WAN
WAN
G
LAN
G
B
LAN
(dal libro Sciuto et
al. 2005)
Z
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
29
30
Il modello a livelli
La comunicazione in rete: i problemi
Esempio: applicazione per scambio messaggi di testo tra due utenti
Il calcolatore A su cui gira l’applicazione del mittente deve poter
inviare pacchetti al calcolatore B su cui gira l’applicazione del
destinatario (indirizzo univoco)
Lungo il percorso possono esserci diversi sistemi di
comunicazione che possono usare diversi mezzi di trasmissione e
dar luogo a errori di trasmissione
I pacchetti possono fare percorsi diversi e arrivare in un ordine
diverso da come erano partiti
I pacchetti inviati al calcolatore B devono essere recapitati
Per risolvere i problemi suddetti le reti di calcolatori vengono
organizzate secondo un’architettura a livelli
Ciascun livello definisce un particolare aspetto della comunicazione
a un certo livello di astrazione
Ciascun livello fornisce servizi al livello immediatamente
superiore, mascherando il modo in cui questi sono realizzati
A tale scopo, ciascun livello sfrutta a sua volta i servizi forniti
dal livello inferiore (eccetto il livello più basso)
Ogni livello è caratterizzato dalla sua interfaccia verso il livello
superiore
all’applicazione a cui sono destinati
E’ impossibile delegare la risoluzione alle applicazioni:
La complessità delle applicazioni aumenterebbe (necessario
risolvere problemi di gestione della rete)
Soluzioni ad hoc, incompatibilità tra applicazioni diverse e tra
applicazioni e infrastrutture di rete
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
31
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
32
La metafora dei dirigenti d’azienda
Egregio dott. Tersili,
con la presente Le
segnalo la disponibilità
di un prodotto software
rivoluzionario sviluppato
dalla nostra azienda che…
Egregio dott. Tersili,
con la presente Le
segnalo la disponibilità
di un prodotto software
rivoluzionario sviluppato
dalla nostra azienda che…
Messaggio
Ad ogni livello i sono presenti due entità, dette peer, che realizzano il
servizio di competenza del livello i (a beneficio del livello superiore i+1)
Le entità realizzano il servizio interagendo tra loro (scambio di pacchetti –
o entità dati – del livello i).
Protocollo di comunicazione (del livello i): insieme di regole con cui
le entità devono comunicare. Specifica fra l’altro:
la struttura dei pacchetti (inclusa definizione delle informazioni di
controllo)
le modalità che regolano il dialogo
Tipologie di servizi offerti da un livello:
Dott. Tersili
UFF.
UFF.
POSTALE POSTALE
Dott. Tersili
I protocolli di comunicazione
Connection oriented vs. Connectionless
Reliable vs. Unreliable
SPECTRA
via…
SPECTRA
via…
Per utilizzare un servizio, è necessario conoscere solo l’interfaccia del
livello corrispondente
⇒ indipendenza tra i livelli!
(es. indipendenza dal mezzo fisico utilizzato!)
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
33
Protocollo di livello 5
Livello 5
Interfaccia livello 4/5
Livello 4
Protocollo di livello 4
E’ il modello adottato nella rete Internet
Livello 4
Insieme di protocolli basato su
TCP (Transmission Control Protocol)
IP (Internet Protocol)
Interfaccia livello 3/4
Livello 3
Protocollo di livello 3
Livello 3
Interfaccia livello 2/3
Livello 2
Protocollo di livello 2
Livello 2
Successo commerciale di TCP/IP: affidabilità,
efficienza, è diventato uno standard di fatto
Interfaccia livello 1/2
Livello 1
Protocollo di livello 1
34
Il modello TCP/IP
Livelli, protocolli e interfacce
Livello 5
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
Livello 1
TCP/IP è impostato su un’architettura a cinque
livelli. Nel seguito vengono esaminati “partendo
dall’alto”
Mezzo fisico
Architettura di rete:
stabilisce l’insieme dei livelli + i relativi protocolli
Esempi: ISO/OSI, TCP/IP
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
35
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
36
I livelli del modello TCP/IP (1)
I livelli del modello TCP/IP (2)
Livello trasporto
Livello applicazione
Fornisce un servizio di comunicazione fra processi applicativi eseguiti
su host diversi: trasporto di un messaggio da un processo applicativo in
un calcolatore ad un ben determinato processo applicativo ad un altro
calcolatore
Ciascun processo in esecuzione su un calcolatore che richieda servizi di
rete viene identificato da un numero di porta - numero a 16 bit,
assegnato dal livello di trasporto al processo stesso
Le unità dati trasmesse sono dette segmenti
Due protocolli:
a questo livello operano le applicazioni utilizzate dagli utenti per
inviare e ricevere messaggi
i protocolli di comunicazione da esse adottati fissano la tipologia,
la struttura e il significato dei messaggi e le regole secondo cui i
processi inviano e rispondono ai messaggi
esempi di protocolli: HTTP, SMTP, POP3, FTP
UDP: non affidabile e connectionless
TCP: affidabile e connection- oriented, usa un numero di sequenza e prevede
l’invio al mittente di un riscontro
E’ realizzato come modulo del sistema operativo
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
37
I livelli del modello TCP/IP (3)
38
Problema
host A
host B
protocollo di livello applicazione
APPLICAZIONE
Livello rete
Fornisce un servizio di comunicazione fra host, ovvero trasferisce i
segmenti consegnati dal livello trasporto da un host sorgente a un host
destinazione eventualmente attraverso uno o più router
TRASPORTO
Si occupa della determinazione del percorso e lo smistamento dei
pacchetti lungo la rete (mascheramento del problema
dell’instradamento)
APPLICAZIONE
protocollo di livello trasporto
TRASPORTO
router
router
RETE
RETE
RETE
RETE
DATALINK
DATALINK
DATALINK
DATALINK
FISICO
FISICO
FISICO
FISICO
Le unità dati trasmesse sono dette datagrammi
Il livello rete è anch’esso parte del sistema operativo
COME IDENTIFICARE I NODI A LIVELLO GLOBALE?
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
39
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
40
Indirizzi IP
Indirizzo IP
A questo livello i nodi della rete sono identificati dagli indirizzi
Un indirizzo IP (IP address) è lungo 32 bit (4 byte) = 232 possibili
indirizzi diversi
IP
Per ogni calcolatore, il suo indirizzo è contenuto in un file di
configurazione del sistema operativo (o comunque memorizzato
via sw) ed è indipendente dalla scheda di rete utilizzata: identifica
il nodo a livello globale
Rappresentati in genere in forma decimale
successione di quattro numeri (uno per byte), separati da un punto
(e.g. 192.167.20.224)
ognuno dei quattro numeri è compreso tra 0 e 255
L’unicità degli indirizzi IP è assicurata da un’autorità centrale:
ogni volta che viene installata una nuova rete locale è necessario
richiedere all’autorità centrale un nuovo insieme di indirizzi
nella pratica possono essere richiesti a un fornitore di servizi Internet
(Internet Service Provider): un’azienda privata o pubblica che offre
connettività alla rete a terze parti (aziende, enti pubblici, privati
cittadini)
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
41
Assegnamento indirizzi IP
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
42
Esempio nei sistemi Windows
Ad ogni host connesso alla rete locale viene attribuito uno degli
indirizzi attraverso una delle seguenti modalità:
IP Statico
IP Dinamico
IP Statico
L’indirizzo è assegnato ad un host in modo permanente
Si inserisce manualmente l’indirizzo in uno specifico file di
configurazione
Indirizzo riservato all’host anche quando questo non è effettivamente
collegato alla rete
Dinamico
Ogni volta che intende accedere alla rete, un host richiede un indirizzo
ad una specifica applicazione disponibile nella rete locale
L’interazione avviene tramite il protocollo DHCP (Dynamic Host
Configuration Protocol)
L’applicazione seleziona un indirizzo IP fra quelli disponibili
L’indirizzo torna disponibile una volta che l’host non è più connesso
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
43
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
44
Riassumendo: come è identificato un
processo applicativo in rete
Comunicazione attraverso TCP/IP
HOST A
Livello Applicazione
Schema di indirizzamento generale su due livelli: indirizzo IP
+ numero di porta ogni processo applicativo che usa la
rete può essere identificato da tale indirizzo
HOST B
Livello Applicazione
App. Y
App. Y
App. X
App. X
1
Indirizzo IP
Punti di accesso al
servizio (porte)
Livello TCP
indirizzo associato a ogni calcolatore collegato a una sottorete
è un indirizzo Internet globale unico, utilizzato dal livello rete per
l’instradamento e la consegna dei pacchetti
Livello IP
2
Connessione logica (TCP)
Livello TCP
Livello IP
Indirizzo di rete
(globale)
Numero di porta
Data Link
indirizzo unico all’interno dell’host che individua un processo attivo
sull’host
ROUTER
Livello IP
Livello IP
Datalink
Datalink
Livello Fisico
Livello Fisico
Livello Fisico
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
45
Riassumendo fin qui …
46
I livelli del modello TCP/IP (4)
Livello datalink
Nell’host sorgente, il livello di trasporto riceve dal livello applicazione un messaggio
da inviare ad un determinato processo applicativo in un determinato host
destinazione
Il servizio consiste nel trasportare datagrammi tra due nodi collegati da
una linea di comunicazione
Per identificare il nodo a cui spedire usa l’indirizzo MAC (Media Access
Control) – identificativo numerico a 48 bit scritto nella ROM della scheda
di rete
Nelle reti broadcast il livello datalink si occupa anche di gestire il
problema dell’accesso multiplo (es. usando protocollo CSMA/CD)
E’ realizzato nella scheda di rete del calcolatore
Crea un segmento con l’intestazione che include le coppie
<IP sorgente, #porta mittente> e <IP destinazione, #porta destinazione>
Il segmento viene inviato al livello rete host sorgente che crea datagramma, il cui
header contiene indirizzo IP sorgente + indirizzo IP destinazione
Il livello rete instrada il datagramma verso host destinazione attraverso indirizzo IP
destinazione
Alla fine il datagramma arriva all’host destinazione: il livello di rete estrae il
segmento dal datagramma e lo consegna al livello di trasporto
Datagramma
+ MAC address
Datagramma
+ MAC address
Il livello trasporto dell’host destinazione riceve il segmento, estrae il messaggio e,
grazie all’intestazione, è in grado di recapitarlo al processo applicativo destinazione
Il processo applicativo destinazione può conoscere <IP sorgente, #porta mittente>
per continuare la comunicazione
Scheda di rete
calcolatore
mittente
Il protocollo TCP, inoltre, usa un numero di sequenza e prevede l’invio al mittente
di un riscontro
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
ROUTER
Livello Fisico
utilizzato dal livello trasporto per consegnare i dati al processo giusto
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
Datalink
Livello data link
Livello data link
flusso di bit
flusso di bit
Livello fisico
47
Protocollo livello
data link
Scheda di rete
calcolatore
ricevente
Livello fisico
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
48
Realizzazione del servizio
I livelli del modello TCP/IP (5)
A partire dal datagramma da spedire e l’indirizzo MAC di
destinazione: creazione di un frame la cui intestazione (header)
include il MAC
Trasmissione del frame attraverso il livello fisico
All’arrivo: esame del MAC, se non coincide con quello della scheda
di rete il frame non viene considerato, altrimenti viene estratto il
datagramma e passato al livello superiore (di rete)
Livello
rete
Livello
data
link
Datagramma
Intestazione
(…MAC…)
Livello fisico
Il servizio consiste nella trasmissione e ricezione di un flusso di bit
attraverso una determinata linea di comunicazione;
E’ realizzato nella scheda di rete del calcolatore, nei modem e nei
mezzi di trasmissione
Protocollo di comunicazione: riguarda caratteristiche quali
codifica dei dati trasmessi, frequenza di trasmissione e specifica interfacce
Determina (insieme alle caratteristiche fisiche della linea): velocità di
trasmissione, ritardo di propagazione, tasso di errore
Datagramma
Datagramma
Protocollo livello Intestazione
data link
(…MAC…)
Unità dati a livello datalink
(frame)
Unità dati a livello datalink
(frame)
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
Livello fisico
Protocollo livello fisico
Livello fisico
Linea di comunicazione
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
49
Modem
50
Da un livello all’altro
Come visto, ogni livello attraversato aggiunge un’intestazione
(informazioni utili alle funzioni proprie di quel livello)… che
vengono poi man mano eliminate dai livelli di destinazione
attraversati in senso inverso
Dispositivo che permette di trasferire dati da un calcolatore a un
altro attraverso la linea telefonica
Effettua la conversione tra la modalità di codifica digitale adottata
all’interno del calcolatore e la modalità di codifica richiesta dalla
linea telefonica
Dati utente
A seconda della codifica (per sfruttare la banda messa a
disposizione dal doppino telefonico) diverse prestazioni:
Intestazione
TCP
Modem “classico”: velocità di trasmissione dei dati fino a 56Kbit/s
Modem xDSL (Digital Subscriber Loop): fino a qualche Mbit/s
Intestazione
IP
ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line): velocità di download
(teorica fino a 9Mbit/s) maggiore di quella di upload (teorica fino a
640kbit/s). Oggi anche ADSL2 e ADSL2+ con velocità di download fino a
24 Mbit/s e di upload fino a 3.5 Mbit/s
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
flusso di bit
flusso di bit
Datagramma
Unità dati a livello TCP
(segmento)
Unità dati a livello IP
(datagramma)
Unità dati a livello datalink
(frame)
Intestazione
datalink
51
Flusso dati proveniente
dall’applicazione
(messaggio)
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
52
Il quadro globale
Protocolli “end to end” e “point to point”
host A
host B
protocollo di livello applicazione
APPLICAZIONE
APPLICAZIONE
Direttamente
tra “host”
host A
host B
protocollo di livello applicazione
APPLICAZIONE
APPLICAZIONE
end to end
TRASPORTO
RETE
DATALINK
protocollo di livello trasporto
router
router
RETE
RETE
DATALINK
DATALINK
end to end
TRASPORTO
RETE
DATALINK
Tra nodi
della rete
direttamente
collegati
TRASPORTO
SIST.
OP.
protocollo di livello trasporto
TRASPORTO
router
router
RETE
RETE
RETE
RETE
DATALINK
DATALINK
DATALINK
DATALINK
FISICO
FISICO
FISICO
FISICO
point to point
point to point
HW
FISICO
FISICO
FISICO
FISICO
Quindi, i router hanno solo i livelli fisico, datalink e rete
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
53
Daniela Fogli – Elementi di Informatica e Programmazione
54