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Sintesi generale de corso reti e internet
Tipologia: Schemi e mappe concettuali
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Applicazioni sulle reti di computer:
Segnali a banda limitata: Un segnale binario passa dalla rappresentazione di un’onda quadra a un forma di tipo sinusoidale e tramite le serie di Fourier possiamo descrivere il segnale e trasmetterlo nel canale dei trasmissione. Il canale attenua differentemente le armoniche: ampiezza passabanda. I segnali con frequenza fuori banda dal canale o a ritmi maggiori sono distorti (difficoltà su trasmissioni con cambi frequenti). Massimo Data Rate (quante informazioni possono essere immesse nel canale):
Tipi di satellite:
sono 10 persone che parlano contemporaneamente ma a coppie parlano lingue diverse quindi più probabilità di capirsi). Commutazione: La commutazione ha lo scopo di connettere una delle N linee di ingresso con una delle M linee di uscita, ha due funzionalità: decisionale (scelta delle linee di destinazione, routing), esecutiva (prende l’informazione della linea di ingresso e la invia nella linea di uscita selezionata, forwording). Si possono dividere per:
Descrizione dello strato di collegamento: Obbiettivi → scopo principale fornire una comunicazione efficiente ed affidabile tra due macchine, di unità intere di informazione chiamate trame o frames, creare un canale logico tra sorgente e destinatario (consegnare i bit allo strato superiore nello stesso ordine in cui sono stati trasmessi). Problemi: (il canale fisico introduce degli errori, le connessioni hanno un ritmo dati di trasferimento finito, il canale di comunicazione introduce ritardi di propagazione) Funzionalità → fornisce servizi allo strato di rete, incapsula il flusso di bit in trame (framing → la sua gestione è una funzionalità fondamentale nello strato di collegamento, relazione tra pacchetti e trame), gestisce gli errori di trasmissione (error control), regola il flusso dati (flow control) i ricevitori lenti non devono essere inondati da trasmettitori veloci. Servizi forniti:
Protocolli Sliding Window: In una situazione reale si ha la necessità di trasmettere dati in entrambe le direzioni, il canale è bidirezionale (duplex):
Scopo dello strato di rete: Trasportare i pacchetti dalla sorgente al destinatario lungo tutta la rete, conoscere la topologia della rete, scegliere il miglior percorso, evitare di sovraccaricare le linee e di lasciarne scariche altre, garantire una certa qualità se richiesta, gestire le connessioni se il mittente e il destinatario sono su reti differenti
Problematiche di progetto dello strato di rete:
uso della coppia [sender_ID, seq_num] per tenere traccia dei pacchetti inviati, per ogni pacchetto ricevuto: il router lo inoltra se il pacchetto è nuovo, il router lo scarta se il pacchetto è un duplicato, il router lo rigetta se il pacchetto ha un numero di sequenza inferiore (dati obsoleti). Problemi → Soluzioni: ▪ Numeri di seq ripetuti (wrapped) → Numeri di sequenza a 32 bit; ▪ Se un router si blocca (crash), perde traccia dei suoi numeri di sequenza, riiniziare con num_seq=0, il prossimo pacchetto che invia sarà rigettato come duplicato → L’età del pacchetto decresce ogni secondo (se il campo age=0, le informazioni del pacchetto sono scartate); ▪ Valore seq_num corrotto invece di ricevere 4, si riceve 65540, allora i pacchetti da 5 a 65540 sono considerati obsoleti → Età del pacchetto (scarta i dati del valore corrotto). Raffinamenti: ▪ Il pacchetto sullo stato dei collegamenti ricevuto è messo in un’area di attesa per un po' prima di essere inoltrato; ▪ ACK per i pacchetti ricevuti. o Calcolare il percorso minimo verso gli altri Router → non appena un router ha ricevuto un insieme completo di pacchetti sullo stato dei collegamenti, può costruire il grafo dell’intera sottorete l’algoritmo di Dijkstra può girare in locale e calcolare i percorsi minimi per tutte le possibili destinazioni. Problemi dovuti al Hardware/software: ▪ Per reti grandi, tempo di processamento elevato; ▪ Memoria richiesta per le tabelle di instradamento elevata; ▪ Se un router dichiara di avere un collegamento che non ha oppure non dichiara di avere un collegamento che ha ne consegue un grafo della rete non corretto; ▪ Se un router non riesce ad inoltrare i pacchetti o li corrompe durante l’inoltro, tale percorso non funzionerà come ci si aspetta; ▪ Se un router esaurisce la memoria o calcola in maniera errata le tabelle di instradamento; ▪ Prepararsi a limitare i danni. Una volta che il Router ha le informazioni della topologia completa della rete è in grado di calcolare il percorso più breve per ogni destinazione. Altri tipi di algoritmi di Routing: Per reti molto grandi non è possibile gestire lo scambio di dati tra Router (crescita delle tabelle, molta memoria, CPU consumata, molta banda per l’invio dei report), si attua quindi un Router gerarchico.
Se si ha la necessità di trasmettere ad una lista di nodi si usa il Multicast:
altri choke packet, ridurrà il suo traffico di un altro x2% (<x1), dopo un intervallo di tempo senza ricevere alcun choke packet, l’host può incrementare di nuovo il flusso. o Diversi tipi di feedback inviati ai router congestionati: ▪ Explicit Congestion Notification (ECN) → il router congestionato imposta un bit nell’intestazione dei pacchetti inoltrati, quando questi arrivano al destinatario, egli provvede a far ridurre la trasmissione della sorgente attraverso il protocollo di strato di trasporto; ▪ Choke packet hop-by-hop → per lunghe distanze, il choke packet non funziona. Il choke packet influenza solo la sorgente, finché il choke packet arriva alla sorgente, non ci sarà una riduzione del traffico immesso nella rete. Ad ogni router, che riceve il choke packet, si richiede di ridurre il traffico in uscita, si ha una riduzione immediata del traffico nella rete. Svantaggio per questo caso: ogni router intermedio ha bisogno di buffer extra per memorizzare il traffico che non può essere inviato al router successivo a causa della congestione (ad esempio dei choke packet ricevuti).
o Algoritmo del leaky bucket → Non importa il ritmo con cui entra l’acqua nel secchio (bucket), il flusso di uscita ha un ritmo costante R. Funzionamento: una coda finita è inserita in ogni host, i pacchetti da inviare sono messi nel buffer di capacità B, se si eccede la capacità (il secchio è pieno), gli altri pacchetti sono scartati (l’acqua fuoriesce dal secchio), i pacchetti nel secchio sono estratti per la trasmissione ad un ritmo costante R. Modalità di estrazione: a pacchetti di dimensione costante, ad un ciclo di clock. Cosi facendo un flusso bursty è trasformato in un flusso regolare ed i picchi sono ridotti; o Algoritmo del token bucket → Più flessibile dell’algoritmo del leaky bucket, cerca di non perdere i dati e di avere un output maggiore quando arrivano grandi burst. Funzionamento: un token è generato ad ogni intervallo di clock, un pacchetto per essere inviato deve prendere un “token”. Nei periodi di inattività, l’host può accumulare token da usare quando altri pacchetti sono pronti per essere inviati, traffico meno regolare rispetto al leaky bucket, la dimensione del secchio indica la massima capacità di trasmissione quindi i pacchetti non sono scartati. Il token e il leaky bucket usati per regolarizzare il traffico tra i server.
Servizio di trasporto: Obiettivo → fornire un servizio per la trasmissione di dati efficiente, affidabile e efficiente in termini di costi da un processo sulla macchina sorgente ad un processo sulla macchina del destinatario indipendentemente dalle reti fisiche usate. Servizi forniti agli strati superiori → per raggiungere il suo obbiettivo lo strato di trasporto usa i servizi forniti dallo strato di rete, vi sono delle similitudini con lo strato di rete: due servizi di trasporto (orientato alla connessione e senza connessione), indirizzamento e controllo di flusso. Vi è quindi la necessità di un ulteriore strato sopra quello di rete per i seguenti motivi:
Indirizzamento → Un processo applicativo deve specificare a quale processo remoto connettersi, gli indirizzi di trasporto identificano quali processi sono in grado di ascoltare le richieste di connessione, gli indirizzi di strato di trasporto sono chiamati Transport Service Access Point, TSAP (in Internet sono chiamati porte e in ATM AAL- SAP). Esempio di relazione tra TSAP e NSAP (Network SAP):
La Public Switched Telephone Network (PSTN) è la rete di grandi dimensioni dispiegata nel territorio nazionale del Network Service Provider (NSP). I suoi scopi sono: trasmettere la voce umana in una forma più o meno comprensibile e connettere molti computer posti a grande distanza in una vasta area. Struttura del Sistema Telefonico: L’architettura fisica del sistema telefonico ha subito un evoluzione passando da una rete completamente connessa, i dispositivi telefonici direttamente connessi da un filo (full mesh) successivamente si è passati a una struttura con commutatori (o switch) centralizzati, le connessioni passano tutte nello switch (a stella), infine siamo arrivati a una gerarchia a due livelli con necessità di connettere tutte le centrali locali di commutazione (local central office) nella nazione a centrali di commutazione di secondo livello. I principali componenti del sistema telefonico sono: