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Politecnico di Milano
Scuola di Ingegneria Industriale e dell’Informazione
Reti di Comunicazione ed
Internet - 085894
Ilario Filippini
Il Docente
o  Ing. Ilario Filippini
o  Contatti
n 
n 
n 
n 
Mail: [email protected]
Tel.: 02 2399 3657
Web: http://home.dei.polimi.it/filippini
Ricevimento:
o  Dipartimento di Elettronica e Informazione
o  3° piano
o  Stanza 316
n  Orario ricevimento: GIO 14.30-16.30
o  Via mail per altri orari
2
Modalità D’Esame
o  1 Prove in Itinere
o  Esame tutto scritto
n  3 Esercizi strutturati
n  1 Esercizio sulla parte di Lab (~5 punti)
n  Set di domande o brevi esercizi (~12 punti)
n  (Orale a Discrezione del docente)
o  Divisione in moduli fino al secondo
appello di Febbraio, da Luglio in poi
esame completo
3
Materiale didattico (1)
o  Libro di riferimento:
n  A. S. Tanenbaum, D. J. Wetherall, “Reti
di calcolatori”, Quinta Edizione, Pearson
4
Materiale didattico (2)
o  Modulo 1
n  Tarek N. Saadawi, Mostafa H. Ammar, El
Hakeem Ahmed, “Fundamentals of
telecommunication networks”, Wiley
n  Fred Halsall, “Reti di calcolatori e sistemi
aperti” Addison-Wesley
o  Modulo 2
n  Behrouz A. Forouzan, “I protocolli TCP/IP”,
McGraw-Hill
n  Douglas E. Comer, “Internetworking con TCP/
IP”, Addison-Wesley
n  Douglas E. Comer, “Internet e Reti di
Calcolatori”, Addison-Wesley
5
Materiale didattico (3)
o  Slide
n  Lezioni ed esercitazioni sul sito
o  Letture
n  Dispense su primo modulo
n  Approfondimenti sul sito
o  Internet
n  Link suggeriti
n  Google it!
6
Home page del corso
antlab.elet.polimi.it à People à Ilario Filippini à Teaching
7
Organizzazione
o  Orario tipico:
n  Lun: LEZ 3h
o  14:30 – 17:05
n 
1h15m – 20m – 1h
n  Mar: LEZ 3h
o  14:30 – 17:05
n 
1h15m – 20m – 1h
n  Gio: ESE 2h
n 
8:45 – 10:15
o  ~6 settimane per modulo
o  Prima Prova in Itinere: settimana 24-28
Novembre
8
Laboratorio
o  Tematiche
n  Valutazione delle prestazioni di reti (ns2)
n  Configurazione di router CISCO (Packet Tracer)
n  Analizzatori di rete (Ethereal)
o  Orario:
n  Lunedì: 8.30-10.00 (da verificare)
n  5 sessioni per modulo
n  Inizio comunicato durante le prossime lezioni e
inserito sul sito web del corso
n 
Reminder: polling su laptop
o  Responsabile:
n  Ing. Vincenzo Sciancalepore
([email protected])
9
Scopo del corso
o  Fornirvi le basi per comprendere le
tecnologie di rete
o  Fornirvi una descrizione dei
componenti (“building blocks”) di rete
Nessun ingegnere
dell’area della
Information Tecnology
può oggi fare a meno di
queste conoscenze
10
Background
o  Strutture e apparati che consentono lo
scambio di informazione e/o servizi fra
due o più “utenti”
o  Gli utenti possono essere persone o
processi
Rete di TLC
11
Background
Per colloquiare
usano un rete:
INTERNET
Molti software
applicativi
colloquiano con
software remoti
I colloqui sono
soggetti a regole
(protocolli)
o  Noi ci occuperemo:
n  Delle problematiche per supportare i colloqui
n  Dei protocolli usati per i colloqui a tutti i livelli
n  Delle infrastrutture di rete necessarie
12
Agenda del Corso – Modulo 1
Fondamenti di Reti
o  Concetti propedeutici
n 
n 
n 
Protocolli
Servizi di comunicazione
Modelli a strati
o  Livello Fisico
n 
n 
n 
n 
Mezzi Trasmissivi
Cenni sulle tecniche di trasmissione
Multiplazione e de-multiplazione
Accesso Multiplo
o  Livello di Linea
n 
n 
n 
n 
n 
Tramatura
Tecniche per il controllo e recupero degli errori
Protocolli di ritrasmissione (Stop&Wait, Go-Back-N, Slective
Repeat)
Controllo di Flusso
Esempi di protocolli di linea (HDLC)
13
…Modulo 1
o  Reti LAN
n 
n 
n 
Problematica dell’accesso (casuale, ordinato)
Protocolli di accesso IEEE 802
Lo Standard Ethernet
o  Interconnessioni di reti locali
n 
Dispositivi e tecnologie per l’interconnessione
14
Modulo 2: Infrastrutture e
Protocolli per Internet
o  Architettura di Internet
o  Il livello di Rete (Internet Protocol, IP)
n 
n 
n 
n 
Politiche di indirizzamento
Politiche di inoltro e instradamento
Regole del protocollo
Protocolli di controllo (ARP, RARP, ICMP)
o  I protocolli di routing
n 
n 
n 
n 
n 
Definizione del problema ed algoritmi di routing
Routing unicast link state (OSPF)
Routing unicast distance vector (RIP)
Routing unicast path vector (BGP)
Multicast
15
…Modulo 2
o  Il livello di trasporto
n 
n 
Trasporto “inaffidabile” UDP
Trasporto “affidabile” TCP
o  Livelli Applicativo
n 
n 
n 
n 
n 
Data base distribuiti (DNS)
Connessione remota (FTP)
Web Browsing (HTTP)
E-mail (SMTP)
Cenni ad applicazioni Peer-To-Peer
o  Cenni di Intranetting
o  Evoluzioni di Internet
16
Ora iniziamo…
o  ma prima,
17
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Scuola di Ingegneria Industriale e dell’Informazione
Introduzione a ‘LA RETE’
Un po’ di storia
19
La nascita di Internet: anni ‘60
o  1961: Kleinrock – dimostra
l’efficacia della commutazione di
pacchetto grazie alla teoria delle
code
o  1967: Lawrence Roberts
progetta ARPAnet (Advanced
Research Projects Agency)
o  1969: primo nodo di IMP
(Interface Message Processor) di
ARPAnet a UCLA
20
La nascita di Internet: anni ‘70
o  1972:
n  Nasce NCP (Network
Control Protocol) il primo
protocollo di Internet
n  Primo programma per la
posta elettronica
n  ARPAnet ha 15 nodi
o  1976:
n  Nasce Ethernet nei
laboratori di Xerox
o  1979:
n 
ARPAnet ha 200 nodi
o  1970:
n  ALOHAnet rete radio a
pacchetti al Univ. of Hawaii
o  1974:
n  Cerf and Kahn –
definiscono i principi
dell’internetworking (rete
di reti)
21
La nascita di Internet: anni ‘80
o  1982: definizione del
protocollo SMTP per la
posta elettronica
o  nuove reti nazionali:
Csnet, BITnet,
NSFnet, Minitel
o  1983: rilascio di TCP/IP o  100.000 host
collegati
che sostituisce NCP
o  1983: definizione del
DNS per la traduzione
degli indirizzi IP
o  1985: definizione del
protocollo FTP
o  1988: controllo della
congestione TCP
22
Le prime applicazioni
o  Telnet
o  Email
o  FTP
23
La nascita di Internet: anni ‘90
o  1990: ARPAnet viene
dismessa
o  1991: NSF lascia
decadere le restrizioni
sull’uso commerciale di
NSFnet
o  Primi anni ‘90: Tim
Berners-Lee inventa il
web al Cern di Ginevra
o  1994: Mosaic, poi
Netscape
o  Fine ‘90 :
commercializzazione del
Web
24
La nascita di Internet: anni 2000
2000 – oggi:
o  arrivano le “killer
applications”:
messaggistica
istantanea, condivisione
di file P2P, IP Telephony,
social networks
o  sicurezza di rete
o  centinaia di milioni di
host, un miliardo di
utenti
o  velocità nelle dorsali Diffie-Hellman-Merkle
dell’ordine dei Gbps
Shawn
Fanning
Zuckerberg
25
Anni 2010 – L’esplosione
26
Perchè siamo qui?
o  Utente
n  Consegna
n  Correttezza
n  Robustezza ai
guasti
n  Puntualità
n  Costo
o  Ingegnere di rete
???
n  Topologia di rete
n  Protocolli di rete
n  Architettura di
rete
n  Dispositivi di rete
n  Mezzo trasmissivo
27
Topologia di Internet
28
Il mondo è piccolo
29
La crescita di internet
Jan 2014
1,010,251,829
30
Politecnico di Milano
Scuola di Ingegneria Industriale e dell’Informazione
Generalità sulle reti
Tassonomia delle Reti di
telecomunicazioni
o  Estensione di una rete di TLC
n 
n 
Geografica
Locale/metropolitana
o  Grado di Integrazione
n 
Reti dedicate
o  Telefonia
o  Dati
o  Video
n 
Reti integrate
o  Sviluppo molto recente
o  Migliori servizi forniti
o  Economie di scala
o  Topologia
n 
Grafo di Interconnessione (maglia, albero, stella, etc.)
32
Reti di telecomunicazioni
o  N nodi da interconnettere
o  Maglia
n 
n 
n 
n 
Numero rami, E, N<E<N(N-1)/2
Costo = o(N2-N)
Nodo generico può agire anche da smistatore
Caso particolare: Maglia completa
o 
o 
o 
o 
Tutti percorsi diretti
Costo = #rami = α(N(N-1)/2) = o(N2)
Rami dedicati alla coppia di nodi
Percorsi a lunghezza minima Lmin=1
o  Albero
n 
n 
n 
Costo = α(N-1) = o(N)
Percorsi a lunghezza variabile
Praticabile solo se dimensione limitata
o  Anello
n 
n 
Costo = αN = o(N)
Praticabile sia in area estesa sia in area limitata
33
Reti di telecomunicazioni
o  Stella
n 
n 
n 
n 
n 
N rami dedicati, uno per nodo
1 nodo di commutazione
Costo = αN + βnode = o(N)
Percorsi a lunghezza fissa L=2
Soluzione praticabile solo se nodi vicini
o  Bus
n 
n 
n 
n 
n 
Struttura centrale condivisa
Procedure di mutuo controllo
Costo = αN + βbus = o(N)
Percorsi a lunghezza fissa L=2
Praticabile solo se area limitata
o  Maglia + stella
n 
n 
K nodi più complessi: instradamento più difficile
Rami (giunzioni): risorse condivise ➟ alto fattore
di utilizzazione
34
Reti di telecomunicazioni
o  Tipi di rete
LAN: Local Area Network
o 
n 
MAN: Metropolitan Area Network
o 
n 
Impiegate in aree limitate (tipicamente edifici, campus)
Coprono estensioni fino ad alcune decine di km
WAN: Wide Area Network
o 
Hanno copertura ampia a piacere
10 10
Frequenza di cifra (bit/s)
n 
LAN ad alta
velocità
10 9
MAN ad alta
velocità
10 8
WAN ad alta
velocità
MAN a bassa
velocità
10 7
LAN a bassa
velocità
Connessioni
con modem
10 6
10 5
WAN a bassa
veloacità
10 4
10 1
10 2
10 3
10 4
Distanza (m)
10 5
10 6
10 7
35
Reti di Accesso e Reti di
Backbone
o  Rete di backbone (a
lunga distanza)
o  Rete di accesso o di
distribuzione
o  Criterio generale
dimensionamento di
rete
n  Condivisione max di
risorse
n  Limitazione max
risorse indivise
36
Reti di telecomunicazioni
o  La rete Internet realizza un’unica rete
planetaria che interconnette diverse
tipologie di rete
37
Politecnico di Milano
Scuola di Ingegneria Industriale e dell’Informazione
Cos’è Internet?
Cos’è Internet?
o  Milioni di computer
connessi alla rete
chiamati host =
terminali
router
server
workstation
mobile
local ISP
n  Su cui girano applicazioni
di rete
o  Collegamenti
regional ISP
n  Fibra, cavo, radio,
satellite
o  Nodi di rete chiamati
router
company
network
39
Cos’è Internet? …continua
o  Infrastruttura di
comunicazione consente
le applicazioni
distribuite:
n  Web, email, games, ecommerce, file sharing
o  Protocolli di
comunicazione per
inviare e ricevere
messaggi
40
Cos’è un protocollo?
Protocollo umano e protocollo di rete
Browser
Web
Ciao
Richiesta di
connessione TCP
Ciao
Server
Web
Risposta di
connessione TCP
Sai l’ora?
Get http://www.awl.com/kurose-ross!
2:00
tempo
<file>
D: Conoscete altri protocolli umani?
41
Esempio: Il protocollo della
posta elettronica
S: 220 hamburger.edu
C: HELO crepes.fr
S: 250 Hello crepes.fr, pleased to meet you
C: MAIL FROM: <[email protected]>
S: 250 [email protected]... Sender ok
C: RCPT TO: <[email protected]>
S: 250 [email protected] ... Recipient ok
C: DATA
S: 354 Enter mail, end with "." on a line by
itself
C: Do you like ketchup?
C: How about pickles?
C: .
S: 250 Message accepted for delivery
C: QUIT
S: 221 hamburger.edu closing connection
42
Ai confini della rete
o  Terminali (hosts):
n  Eseguono il software
applicativo (Web, email,
ecc.).
n  Processi remoti scambiano
informazioni
o  Modello client/server
n  Client chiedono il servizio, i
server lo forniscono
n  I client fanno domande, i
server rispondono
o  Modello peer-to-peer:
n  Tutti i terminali collaborano
senza distinzione di ruoli (o
quasi)
43
Le applicazioni usano la rete
o  La rete fornisce un servizio di comunicazione
alle applicazioni per il trasporto delle
informazioni tra i processi remoti
o  Il servizio di trasporto offerto dalla rete alle
applicazioni può essere di vari tipi
processo
applicativo
_____
_____
_____
_____
_____
_____
_____
_____
_____
_____
processo
applicativo
La rete
trasporta
l’informazione
44
Il trasporto delle
informazioni
o  Possono essere trasportati brevi messaggi in
modo non affidabile (esempi: DNS,
segnalazione, ecc.)
o  Possono essere trasportate sequenze anche
lunghe di byte in modo affidabile (web, email,
file transfer, ecc.)
processo
applicativo
_____
_____
_____
_____
_____
_____
_____
_____
_____
_____
processo
applicativo
La rete
trasporta
l’informazione
45
Nel cuore della rete
o  Insieme di router
interconnessi
o  La domanda fondamentale:
come viene trasferita
l’informazione in rete?
n  Commutazione di
circuito: circuito dedicato
per chiamata
n  Commutazione di
pachetto: dati inviati in
rete con messaggi
46
Commutazione di circuito
Le risorse per la
comunicazione
sono riservate per
la chiamata
o  Esempio rete
telefonica
47
4) ti cercano!
Commutazione di circuito
1) voglio parlare
con il 3344!
3344
5) conversazione
1122
2) cerco un circuito
3) apro il circuito
48
Commutazione di circuito
o  Risorse di rete
suddivise in “pezzi”
o  Ciascun “pezzo” (=
circuito) viene
allocato ai vari
collegamenti
o  Suddivisione della
banda in “pezzi”
n  divisione di
frequenza
n  divisione di tempo
o  Le risorse rimangono
inattive se non
utilizzate (non c’è
condivisione)
49
Commutazione di pacchetto
router
terminale
header
informazione
pacchetto
50
Commutazione di pacchetto
Header
Dati
Indirizzo di destinazione: A
tabella di instradamento
indirizzo dest. Prossimo router
A
R2
B
R3
R2
R1
A
C
R3
B
51
Commutazione di pacchetto
Il flusso di dati viene
suddiviso in
pacchetti
o  I pacchetti di tutti gli
utenti condividono le
risorse di rete
o  Ciascun pacchetto
utilizza completamente
il canale
o  Le risorse vengono
usate a seconda delle
necessità
Contesa per le risorse
o  Store & forward: il
commutatore deve
ricevere l’intero
pacchetto prima di
poter cominciare a
trasmettere sul
collegamento in uscita
o  Multiplazione
statistica:
accodamento dei
pacchetti, attesa per
l’utilizzo del
collegamento
52
Confronto tra pacchetto e circuito
La commutazione di pacchetto consente di scaricare le
informazioni più velocemente!
o  1 collegamento da
2.048 Mpbs
o  Ciascun utente:
n 
Chiede pagine web di
50KB ogni 62.5s in
media
o  Commutazione di
circuito:
n 
n 
32 utenti
1 canale 64 kbps per
utente
Ritardo di trasferimento
pagina web: 6.25s
Collegamento da 2.048 Mbps
o  Commutazione di
pacchetto:
n 
Ritardo di trasferimento
medio pagina web: 0.22s
53
Confronto tra pacchetto e circuito
La commutazione di pacchetto consente a più utenti di
usare la rete!
o  1 collegamento da 1
Mpbs
o  Ciascun utente:
n 
n 
100 kbps quando è “attivo”
Attivo per il 10% del tempo
o  Commutazione di
circuito:
n 
N utenti
10 utenti
Collegamento da 1 Mbps
o  Commutazione di
pacchetto:
n 
con 35 utenti, la probabilità
di averne > 10 attivi è
inferiore allo 0,0004
54
Confronto tra pacchetto e circuito
La commutazione di pacchetto è la “scelta
vincente” ?
o  Ottima per i dati intermittenti
n  Condivisione delle risorse
n  Semplice, non necessita l’impostazione della
chiamata
o  Il problema della coda: ritardo e perdita di
pacchetti
n  Sono necessari protocolli per il trasferimento
affidabile dei dati e per il controllo della congestione
55
Architettura Fisica di Internet
CN
NAP
POP
ISP
CN
CN
ISP
CN
BSP
POP
POP
POP
POP
NAP
BSP
CN
NAP
POP
CN
POP
CN
ISP
CN
BSP
ISP = Internet Service Provider
BSP = Backbone Service Provider
NAP = Network (Neutral) Access Point
POP = Point of Presence
CN = Customer Network
56
Architettura dei NAP
57
Accesso a Internet: Dialup
Rete
Telefonica
Modem
o  Dialup via modem
n  Fino a 56Kbps
n  Accesso diretto al router del ISP mediante circuito
telefonico
n  Trasmissione del segnale in banda fonica
58
Accesso a Internet: ADSL
o  ADSL: asymmetric digital subscriber line
n  Fino a 1 Mbps upstream
n  Fino a 20 Mbps downstream
n  Condivisione del doppino con la rete telefonica
fino alla centrale (divisione di frequenza)
n  Accesso al router del provider mediante rete dati
ad alta velocità
59
Next Generation Network
o  Rete d’accesso di nuova generazione ad alta
velocità
n  Sostituzione parziale o totale del doppino telefonico
con fibra ottica
n 
n 
n 
n 
Fiber
Fiber
Fiber
Fiber
To
To
To
To
The
The
The
The
Home
Basement
Curb
Neighborhood
60
Next Generation Network
o  Rete d’accesso di nuova generazione ad alta
velocità
n  Reti ottiche punto punto e reti ottiche
passive
61
Accesso WIRELESS a
Internet
o  Reti radio
n 
n 
Accesso condiviso radio (wireless)
per la connessione tra terminali e
router
Attraverso stazione base o punto
d’accesso
o  Reti cellulari
n 
n 
n 
n 
GPRS ~ 56 kbps
UMTS ~ 384 kbps
HSPA ~ 42 Mbps
LTE ~ 320 Mbps
o  Wireless LAN:
n 
802.11b/g/n (WiFi): 11/54/600
Mbps
router
base
station
mobile
hosts
62
Dove sono le reti?
The Cloud
63
Dove sono le reti?
64
Dove sono le reti?
65
Dove sono le reti?
MiWEBA Project
www.miweba.eu
Location specific application
66

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