Reti di computer

Wikiversità
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il corso di Ingegneria informatica della facoltà di Ingegneria

Si definiscono reti di computer i sistemi formati da due o più elaboratori elettronici ed i mezzi per connetterli, affinché sia possibile lo scambio di informazioni tra questi.

Per costruire ed amministrare reti di computer occorre conoscere una serie di protocolli e tecniche di comunicazione atte ad un rapido, efficiente e corretto scambio dati tra le macchine:

Introduzione

Lo strumento attualmente più diffuso di telecomunicazione è il telefono, nelle sue diverse implementazioni. Ogni implementazione (telefono fisso, cellulare, satellitare) rappresenta un particolare modello tecnologico, con una sua storia e un suo background. Scopo di questo corso è osservare i modelli tecnologici e le implementazioni più diffuse delle reti di telecomunicazioni comunemente utilizzate nel mondo dell'informatica.

Storia

Le Origini - Comunicazioni uomo-uomo

Dalle origini del tempo l'uomo ha cercato di comunicare a distanza con i suoi simili. Le prime tecniche erano con specchi e trasmissione a distanza della luce delle fiaccole nel buio. Questa tecnologia non era prettamente digitale né analogica. Era semplicemente un'applicazione di una proprietà della luce. Le prime implementazioni di vere tecnologie avvennero fra il XVIII ed il XX secolo.

Telegrafia

Risalgono ai primi anni del XIX secolo le grandi scoperte scientifiche e tecnologiche che hanno portato al telefono. Si parte da Morse, con il suo codice di punti e segni, che divenne la parte fondamentale della telegrafia. Questa non faceva altro che trasmettere una corrente in un filo di rame nel caso in cui ci fosse un contatto tra pulsante e base. L'operatore (il marconista) aveva il compito di inviare e ricevere i codici. In origine era necessario avere un cavo tra mittente e ricevitore e questo cavo era la parte più costosa del sistema di comunicazione. Da un punto di vista tecnico, un cavo telegrafico non è che un collegamento punto-punto, con una codifica digitale (nel senso di fatta con le dita). Le velocità di un sistema mono-filo in rame non possono che essere bassissime e avere una frequenza di pochi, pochissimi Hz. La communtazione era a messaggio, ovviamente (il messaggio veniva ricevuto, letto e inoltrato), e avveniva attraverso un operatore umano. Vista la somiglianza alle poste, il sistema telegrafico usava un indirizzamento di tipo postale.

In un momento in cui le conoscenze tecnologiche non erano ancora arrivate all'elettronica, nel 1846, la Siemens mise in commercio (ad un prezzo spropositato) la prima telescrivente elettromeccanica. Per gestire le neonate telecomunicazioni, nel 1865 venne fondata la ITU, una organizzazione internazionale per gestire in modo super partes gli standard per le telecomunicazioni internazionali. Il primo grande conseguimento della ITU fu la posa del primo cavo transoceanico nel 1966.

Telefono

Nel 1876 Bell brevettò il telefono. Meucci aveva già depositato nel 1871 un brevetto simile, ma non fu considerato omologato. La tecnologia del telefono risentiva dell'esperienza in ambito telegrafico. Infatti era, almeno inizialmente, una rete Point2Point di doppini in rame che trasportavano dati a 4 kHz. La commutazione a circuito era inizialmente gestita da un operatore, poi da macchine

Modelli di rete

• Protocolli di comunicazione

• Strumenti fisici per connettere computer

Tipi di commutazione

	Telegrafo	Telefono	Rete di dati
Commutazione	A messaggio	A circuito	A pacchetto

I sette strati dell'OSI-RM

Strato	Caratteristiche
Strato 1 - fisico	forma di prese caratteristiche elettriche PDU: bit
Strato 2 - Linea	attivazione, mantenimento, chiusura delle connessioni dello strato 3 gestione trame, errori di trasmissione, flusso, sequenza PDU: trame
Strato 3 - Rete	gestione dei pacchetti si occupa della comutazione necessita di uno schema di indirizzi Oggi il più usato protocollo per lo strato 3 è l'IP PDU: pacchetto
Strato 4 - Trasporto	fornisce il primo vero collegamento end-to-end si occupa del fragmenting e del reassembling Può controlare errori, controllare il flusso, gestire dati prioritari
Strato 5 - Sessione	Divisione del messaggio in unità logiche Permette la chiusura ordinata di una comunicazione Introduce i punti di sincronizzazione PDU: messaggio
Strato 6 - Presentazione	Permette l'uso di una sintassi comune (che viene negoziata) Per la sintassi si usa la Abstract Sintax Notation 1
Strato 7 - Applicazione	Non può essere standardizzato

Le primitive, gli strati

Ogni strato ha quattro primitive:

• request
• indication
• response
• confirme

Ogni strato offre i suoi SAP. Ad ogni comunicazione il servizio di livello N+1 chiede di trasferire il suo PDU ad un certo elemento del livello corrispondente sulla macchina remota. I dati vengono passati al livello N attraverso un SAP sotto forma di SDU. Lo strato N aggiunge il suo header o comunque applica una encapsulation PDU, ottenendo un oggetto composto da na parte di PCI e da una parte di UserData.

HalfDuplex

• Data Terminal Ready impostato da A su ON.
• Ring Indicator indica a B che deve attivarsi.
• B accetta con DTR.
• Data Set Ready dice ad A e a B che tutto è a posto.
• Request to Send chiede di trasmettere dati da A a B.
• Data Carrier Detect avverte B che da ora non può più chiedere di trasmettere.
• Clear to send da finalmente ad A il permesso di trasmettere.
• i dati vengono consegnati da DTE a DCE sul Transmit Data e dal DCE al DTE remoto sul Receive Data.

FullDuplex

CTS e DCD non servono e sono ON di ufficio.

PIN

I pin sono 25 organizzati su un connettore Canon a barchetta (ISO 2110) in:

• 2 - massa
• 2 - segnale
• 6 - controllo
• 3 - sincronismo
• 5 - PIN del canale secondario
• 2 - non assegnati

HDLC - Curiosità

Stazioni

• primarie - comandano il collegamento
• secondarie - operano a fronte di comandi dalle stazioni primarie
• combinate - macchine che possono cambiare il loro stato da primarie a secondarie

Configurazioni

• sbilanciate - collegamenti punto-multipunto o punto-punto fra una stazione primaria e una o più stazioni secondarie
• bilanciate - collegamenti punto-punto fra due stazioni combinate

Trame

• 8 bit di FLAG
• 8*n bit di ADDRESS
• 8 (o 16) bit di CONTROL
• x bit di DATI
• 16 bit di FCS (CRC, codifica polinomiale)

CONTROL

• trame informative: 0[1 bit] - N(s)[3 bit] - P/F[1 bit] - N(R)[3 bit]
• trame di Supervisione: 10[2 bit] - S[2 bit] - P/F[1 bit] - N(R)[3 bit]
• trame non numerate: 11[2 bit] - M[2 bit] - P/F[1 bit] - M[3 bit]

S

• Receiver Ready - RR - S: 00
• Receiver not ready - RNR - S: 01
• Reject - REJ - S: 10
• Selective Reject - SRJ - S: 11

Trame non numerate

• Set Normal Response Mode - SNRM
• Set Asynchronous Balanced Mode - SAB
• Disconnect - DISC
• Unnumbered Acknowledge - UA

Errori

Limite di Hamming

$2^r\geq k+r+1$

ARQ

Questa è una particolare modalità per la correzione degli errori. Se si decide di non correggerli ma di rilevarli soltanto, può essere importante decidere come chiedere il reinvio dei dati. ARQ offre due possibili soluzioni:

Go Back ARQ

Si supponga di perdere la trama N. Il ricevitore scarta tutte le trame successive a quella errata. Il trasmettitore ritrasmette le trame dalla N in poi.

Selective Repeat ARQ

Si supponga di perdere la trama N. Il ricevitore scarta solo la trama errata e tiene in un buffer le altre. Il trasmettitore ritrasmette solo la trama errata.

Efficienza nello Stop and Wait (W=1)

Definiamo:

D = dimensione del campo dati (SDU) in bit

H = dimensione dell'header (PCI) in bit

In questo modo la lunghezza totale del frame (PDU) risulta F = D + H

A = lunghezza totale dell' ACK in bit

E = tempo di elaborazione e controllo del frame

R = tempo di propagazione

In questo modo il tempo totale di trasmissione risulta I = E + R

C = velocità del canale di trasmissione

A questo punto possiamo definire l' Overhead O come quantità di dati aggiuntivi aggiunti dal protocollo

$O=2H+2IC$

Come si vede l'Overhead considera anche il tempo non utilizzato dalla trasmissione a causa del protocollo

Il tempo trascorso tra due frame successivi risulta :

$T_0=\frac{F}{C}+ I + \frac{A}{C} + I$

Mentre il tempo necessario per trasmettere i dati :

$T_d=\frac{D}{C}$

L'efficienza ( bit utili / bit totali trasmessi ) diventa:

$\eta=\frac{T_d}{T_0}={{D}\over{T_0C}}={{D}\over{D+O}}$

Abbiamo posto A = H in quanto l'ACK contiene praticamente la sola PCI

$\eta_{Max}=\frac{D}{D+O+D^2P_e}$

$D_{ott}=\sqrt{\frac{O}{P_e}}$

$\eta_{ott}=\frac{D_{ott}}{D_{ott}+2O}$

$I=\tau \cdot d$

con $\tau$ = ritardo di propagazione e $d$ = distanza

Standard

ITU-T

• V10 = RS423
• V11 = RS422
• V24 = RS232
• V28 - sbilanciata
• V90 - VoiceModem
• V92 - Modem con riconoscimento di chiamate in arrivo

• X.21, X.21bis - Rete pubblica per dati a commutazione di circuito
• X.25 - Rete pubblica per dati a commutazione di pacchetto