Î Ripasso degli argomenti del primo corso:

(1)

Introduzione (parte III)

(2)

Argomenti della lezione Argomenti della lezione

Î Ripasso degli argomenti del primo corso:

il livello di trasporto, il

meccanismo di controllo delle congestioni e le applicazioni

Î Ripasso degli argomenti del primo corso:

il livello di trasporto, il

meccanismo di controllo delle

congestioni e le applicazioni

(3)

Il livello di trasporto Il livello di trasporto

Î Supera alcuni dei limiti della sottorete di comunicazione Î Î Supera alcuni dei limiti Supera alcuni dei limiti

della sottorete di comunicazione della sottorete di comunicazione

Ruolo cruciale per la realizzazione

ed il funzionamento delle applicazioni Ruolo cruciale per la realizzazione

Ruolo cruciale per la realizzazione

ed il funzionamento delle applicazioni ed il funzionamento delle applicazioni

Î Fornisce un’interfaccia

software per le applicazioni Î Î Fornisce un’interfaccia Fornisce un’interfaccia

software per le applicazioni software per le applicazioni

Î Utilizza indirizzi (porte) per il multiplexing delle connessioni

Î Î Utilizza indirizzi (porte) per Utilizza indirizzi (porte) per

il il multiplexing multiplexing delle connessioni delle connessioni

(4)

L’interfaccia socket di Berkeley L’interfaccia socket di Berkeley

Processo server Processo server

ÆÆ socketsocket

ÆÆ bind (indirizzo X)bind (indirizzo X)

ÆÆ send/receivesend/receive ÆÆ closeclose

ÆÆ listenlisten ÆÆ acceptaccept

ÆÆ (connessione)(connessione)

Processo client Processo client

ÆÆ socketsocket

ÆÆ send/receivesend/receive ÆÆ closeclose

ÆÆ connectconnect

(indirizzo X) (indirizzo X)

(5)

Indirizzi TCP Indirizzi TCP

Applicazioni Applicazioni Applicazioni

Livello di trasportoLivello diLivello di trasporto trasporto

Livelli 1, 2 e 3LivelliLivelli 1, 2 e 3 1, 2 e 3

(porte TCP)TSAPTSAP (porte TCP) processo processo

server server telnet telnet processo

processo client client (telnet) (telnet)

2323

server server

FTPFTP 2121

(6)

Alcune “well known” ports Alcune “well known” ports

FTP: 21

Telnet: 23 SMTP: 25 DNS: 53 WWW-HTTP: 80

POP3: 110

IMAP2: 143

SNMP: 161

FTP: 21

Telnet: 23 SMTP: 25 DNS: 53 WWW-HTTP: 80

POP3: 110

IMAP2: 143

SNMP: 161

(7)

Il livello di trasporto Il livello di trasporto

La sottorete di comunicazione può non essere affidabile

La sottorete di comunicazione La sottorete di comunicazione

può non essere affidabile può non essere affidabile

Î I pacchetti IP sono datagram (senza connessione né riscontro)

Î Î I pacchetti IP sono datagram I pacchetti IP sono datagram (senza connessione né riscontro)

(senza connessione né riscontro) Î È quasi sempre necessario

garantire la corretta ricezione di tutti i dati, nell’ordine giusto Î Î È quasi sempre necessario È quasi sempre necessario

garantire la corretta ricezione garantire la corretta ricezione

di tutti i dati, nell’ordine giusto

(8)

Î La numerazione non è orientata ai segmenti, ma al byte

Î Il numero di sequenza

di un segmento è sempre il numero di sequenza del primo byte

contenuto nel campo dati Î Il numero di sequenza

di un segmento è sempre il numero di sequenza del primo byte

contenuto nel campo dati

Î Nei messaggi di riscontro viene sempre indicato il numero

di sequenza del byte successivo che il ricevitore sta aspettando (rispetto all’ultimo

ricevuto in ordine)

Î Nei messaggi di riscontro viene sempre indicato il numero

di sequenza del byte successivo che il ricevitore sta aspettando (rispetto all’ultimo

ricevuto in ordine)

TCP: numeri di sequenza

(9)

TCP: numeri di sequenza TCP: numeri di sequenza

tempo tempo tempo tempo

invio di 10 by

te + riscontro prec.

(seq=48,

ack=162 )

invio di 10 by

te + riscontro prec.

(seq=48,

ack=162 )

invio di 3 byte + riscontro (seq=162, ack=59)

invio di 5 byte

(seq=59,

+ riscontro

ack=165)

invio di 5 byte

(seq=59,

+ riscontro

ack=165)

host B host B host A

host A

(10)

TCP: numeri di sequenza TCP: numeri di sequenza

Nei messaggi di riscontro

Nei messaggi di riscontro del del protocollo protocollo TCP TCP viene sempre indicato il prossimo viene sempre indicato il prossimo

numero di sequenza numero di sequenza

che il ricevitore si aspetta che il ricevitore si aspetta Quindi

Quindi, se la , se la sequenza inizia da sequenza inizia da 7200, 7200,

per per confermare l’avvenuta ricezione confermare l’avvenuta ricezione dei primi

dei primi 350 byte 350 byte il ricevitore invia il ricevitore invia un acknowledge con

un acknowledge con numero numero di sequenza

di sequenza 7551 ( 7551 ( cioè cioè 7200+350+1) 7200+350+1)

(11)

Il client conferma la ricezione del segmento SYN del server: SYN=1, seq=client_isn+1,

ack=server_isn+1

Il client conferma la ricezione del segmento SYN del server: SYN=1, seq=client_isn+1,

ack=server_isn+1

TCP: apertura della connessione (handshake a tre vie)

Il client spedisce un segmento SYN

(flag SYN=1) notificando il suo numero iniziale di sequenza (client_isn)

Il client spedisce un segmento SYN

(flag SYN=1) notificando il suo numero iniziale di sequenza (client_isn)

Il server risponde autorizzando

la connessione: SYN=1, notifica il proprio

numero iniziale di sequenza (server_isn) e conferma il segmento SYN del client

(ack=client_isn+1)

Il server risponde autorizzando

la connessione: SYN=1, notifica il proprio

numero iniziale di sequenza (server_isn) e conferma il segmento SYN del client

(ack=client_isn+1) 1.1.

2.2.

3.3.

(12)

server server

tempo tempo

richiesta di connessione

(SYN=1, seq=clie nt_isn)

richiesta di connessione

(SYN=1, seq=clie nt_isn)

autorizzazione alla conness.

(SYN=1, seq=s erver_ isn, a ck=cli ent_is n)

autorizzazione alla conness.

(SYN=1, seq=s erver_ isn, a ck=cli ent_is n)

tempo tempo

client client

ACK

(SYN=0,

seq=clie

nt_isn+1 , ack=serv

er_isn+1 )

ACK

(SYN=0,

seq=clie

nt_isn+1 , ack=serv

er_isn+1 )

TCP: apertura della connessione

(13)

TCP: chiusura della connessione (handshake a quattro vie)

L’host A spedisce all’host B un segmento FIN (flag FIN=1) notificando l’intenzione di chiudere la connessione

1.1.

L’host B invia un riscontro e la connessione viene chiusa in un verso; B può continuare a inviare dati

2.2.

Quando l’host B termina la trasmissione invia un segmento FIN

3.3.

L’host A invia un messaggio di riscontro

4.4.

(14)

TCP: chiusura della connessione TCP: chiusura della connessione

notifica di ch

(FIN=1, seq=x)

iusura notifica di ch

(FIN=1, seq=x)

iusura

ACK

(ack= x+1)

ACK

(ack= x+1)

notifica di chiusura

(FIN= 1, se q=y)

notifica di chiusura

(FIN= 1, se q=y) (ack=

ACK

y+1) (ack=

ACK

y+1)

server server

tempo tempo tempo tempo

client

(15)

Header TCP Header TCP

32 bit

hlen window size

sequence number

options

(0 o più parole da 32 bit)

source port destination port

acknowledgment number (unused) ^R^S

T SY N

FI N PS

H AC K UR G

checksum urgent pointer

(16)

Controllo della congestione del TCP

Î Controllo della congestione Î Î Controllo della congestione Controllo della congestione

Stesso meccanismo per:

Î Controllo di flusso Î Î Controllo di flusso Controllo di flusso

Î Gestione dei pacchetti danneggiati Î Î Gestione dei pacchetti danneggiati Gestione dei pacchetti danneggiati

Protocollo

Protocollo sliding sliding window window

(17)

Î Permettono la trasmissione di più segmenti in successione, anche

prima di aver ricevuto i riscontri dei precedenti

Î Permettono la trasmissione di più segmenti in successione, anche

prima di aver ricevuto i riscontri dei precedenti

Î Ogni segmento spedito è numerato con un numero progressivo

su n bit (da 0 a 2

ⁿ

-1)

Î Ogni segmento spedito è numerato con un numero progressivo

su n bit (da 0 a 2

ⁿ

-1)

Î La numerazione è legata ai buffer di memoria di trasmettitore

e ricevitore

Î La numerazione è legata ai buffer di memoria di trasmettitore

e ricevitore

Protocolli “sliding window”

(18)

Protocolli “sliding window”

Il trasmettitore mantiene

una finestra di trasmissione Il trasmettitore mantiene

una finestra di trasmissione

Î I segmenti appartenenti alla finestra vengono memorizzati per

eventuali ritrasmissioni

Î I segmenti appartenenti alla finestra vengono memorizzati per

eventuali ritrasmissioni

Î Numeri di sequenza dei segmenti che può spedire

Î Indica i segmenti che possono essere spediti prima di aver ricevuto

i riscontri dei precedenti

Î Indica i segmenti che possono essere spediti prima di aver ricevuto

i riscontri dei precedenti

(19)

Protocolli “sliding window”

Il ricevitore mantiene

una finestra di ricezione Il ricevitore mantiene

una finestra di ricezione

Î Segmenti appartenenti alla finestra vengono memorizzati per

eventuali ritrasmissioni

Î Segmenti appartenenti alla finestra vengono memorizzati per

eventuali ritrasmissioni

Î Numeri di sequenza dei segmenti che può ricevere

Î Permette di accettare frame fuori ordine e memorizzarli nell’attesa dei segmenti precedenti mancanti Î Permette di accettare frame fuori

ordine e memorizzarli nell’attesa

dei segmenti precedenti mancanti

(20)

Protocolli “sliding window”

Î Il limite superiore viene fatto avanzare quando si spedisce un nuovo frame

11 22 55

66

00

33 44

77

TRASMETTITORE TRASMETTITORE

Î Il limite inferiore viene fatto avanzare quando si riceve il riscontro del frame il cui numero progressivo corrisponde all’estremità inferiore

Î Il limite inferiore viene fatto avanzare

quando si riceve il riscontro del frame

il cui numero progressivo corrisponde

all’estremità inferiore

(21)

Protocolli “sliding window”

11 22 55

66

00

33 44

77

RICEVITORE RICEVITORE

Î La dimensione della finestra è fissa Î La dimensione della finestra è fissa

Î L’intera finestra viene fatta avanzare quando si riceve un frame il cui

numero progressivo corrisponde all’estremità inferiore

Î L’intera finestra viene fatta avanzare quando si riceve un frame il cui

numero progressivo corrisponde

all’estremità inferiore

(22)

Î Il TCP non usa messaggi espliciti di NACK

Î Se riceve un segmento fuori ordine (buco nella sequenza di dati) invia un duplicato dell’ACK per l’ultimo

segmento in ordine ricevuto

Î Se riceve un segmento fuori ordine (buco nella sequenza di dati) invia un duplicato dell’ACK per l’ultimo

segmento in ordine ricevuto

Î Il trasmettitore, quando riceve tre ACK duplicati, li interpreta come

NACK per il segmento seguente (“ritrasmissione veloce”,

RFC 2581)

Î Il trasmettitore, quando riceve tre ACK duplicati, li interpreta come

NACK per il segmento seguente (“ritrasmissione veloce”,

RFC 2581)

TCP: segmenti ricevuti fuori ordine

TCP: segmenti ricevuti

fuori ordine

(23)

Ripetizione selettiva:

trasmettitore

Ripetizione selettiva:

trasmettitore

next_seq_num next_seq_num

riscontrato riscontrato

inviato, non riscontrato inviato, non

riscontrato non disponibile non disponibile disponibile, non ancora spedito disponibile, non ancora spedito

dimensione finestra

(24)

next_seq_num next_seq_num

fuori ordine ma già riscontrato fuori ordine ma già riscontrato

atteso, non

ancora ricevuto atteso, non

ancora ricevuto già accettato o non accettabile già accettato o non accettabile

accettabile accettabile

Ripetizione selettiva:

ricevitore

Ripetizione selettiva:

ricevitore

dimensione finestra

(25)

Î La dimensione della finestra di ricezione varia in funzione

della dimensione del buffer (fissa) e dei dati ricevuti ma non ancora

prelevati dal processo applicativo Î La dimensione della finestra

di ricezione varia in funzione

della dimensione del buffer (fissa) e dei dati ricevuti ma non ancora

prelevati dal processo applicativo Î La dimensione della finestra

di ricezione viene comunicata al trasmettitore nel campo

“window size” dei segmenti inviati Î La dimensione della finestra

di ricezione viene comunicata al trasmettitore nel campo

“window size” dei segmenti inviati

TCP: finestra di ricezione

(26)

Î La dimensione della finestra

di trasmissione viene modificata dinamicamente in funzione della capacità della rete e del ricevitore Î La dimensione della finestra

di trasmissione viene modificata dinamicamente in funzione della capacità della rete e del ricevitore

TCP: finestra di trasmissione TCP: finestra di trasmissione

finestra di trasmissione =

min (finestra di ricezione,

finestra di congestione)

(27)

Î Inizialmente a 1, man mano che arrivano riscontri cresce esponenzialmente fino ad un valore di soglia predefinito, poi linearmente

Î Se un riscontro non arriva entro

il timeout, il valore di soglia viene abbassato alla metà dell’attuale

valore della finestra di congestione e questa riparte da 1

Î Se un riscontro non arriva entro

il timeout, il valore di soglia viene abbassato alla metà dell’attuale

valore della finestra di congestione e questa riparte da 1

TCP: finestra di congestione

(28)

numero di trasmissioni numero di trasmissioni dimensione della finestra di congestionedimensione della finestra di congestione

11 22 33 44 55 66 77 88 991010111112121313141415151616 11

22 33 44 55 66 77 88 99 1010 1111

soglia soglia

TCP: finestra di congestione

(29)

UDP: protocollo non connesso UDP: protocollo non connesso

Î Porte Î Î Porte Porte

Î Limitato controllo di errori Î Î Limitato controllo di errori Limitato controllo di errori

Aggiunge al pacchetto IP:

Î Nessun ritardo di setup Î Î Nessun ritardo di Nessun ritardo di setup setup

Î Basso overhead Î Î Basso Basso overhead overhead

Vantaggi e svantaggi Vantaggi e svantaggi

Î Non controlla né corregge errori né perdite di pacchetti

Î Î Non controlla né corregge errori Non controlla né corregge errori né perdite di pacchetti

né perdite di pacchetti Î Nessun controllo

di congestione

Î Î Nessun controllo Nessun controllo di congestione

di congestione

(30)

Header UDP Header UDP

32 bit

source port destination port UDP length UDP checksum

(31)

UDP: protocollo non connesso UDP: protocollo non connesso

Î Ritardi costanti e possibilmente contenuti

Î Î Ritardi costanti e possibilmente R contenuti

Î (Spesso) elevata banda trasmissiva Î Î (Spesso) elevata banda trasmissiva

Le applicazioni multimediali richiedono

Non richiedono correzione di errori Non richiedono correzione di errori

Problema:

molte applicazioni multimediali UDP molte applicazioni multimediali UDP

possono saturare la rete!

(32)

Modelli per l’analisi e il dimensionamento

delle reti

Modelli per l’analisi e il dimensionamento

delle reti

(33)

Commutazione di pacchetto Commutazione di pacchetto

multiplexing statistico

accodamento in attesa di trasmissione

A A B B

I ritardi indicati determinano il ritardo totale al router A I ritardi indicati determinano

il ritardo totale al router A

(34)

Ritardi e perdite nelle reti a commutazione di pacchetto Ritardi e perdite nelle reti a commutazione di pacchetto

Î Ritardo di elaborazione Î Ritardo di elaborazione

Il ritardo totale introdotto da un nodo è dovuto a:

Î Ritardo di coda Î Ritardo di coda

Î Ritardo di trasmissione Î Ritardo di trasmissione

Î Ritardo di propagazione Î Ritardo di propagazione

Questi ritardi determinano

la probabilità di perdere pacchetti Questi ritardi determinano

la probabilità di perdere pacchetti

(35)

Ritardi Ritardi

elaborazione elaborazione

codacoda

propagazione propagazione

trasmissione trasmissione

A A B B

Questi ritardi determinano

il ritardo totale al router A

Questi ritardi determinano

il ritardo totale al router A

(36)

Ritardo di elaborazione Ritardo di elaborazione

Î Tempo necessario ad esaminare il pacchetto e a determinarne

l’instradamento

Î Tempo necessario ad esaminare il pacchetto e a determinarne

l’instradamento

Î Comprende anche il controllo degli errori

Î Il pacchetto viene poi inviato alla coda di trasmissione

Î Ordine di grandezza:

microsecondi (o inferiore) Î Ordine di grandezza:

microsecondi (o inferiore)

(37)

Î Tempo di attesa prima della trasmissione

Î Dipende da quanto pacchetti precedenti sono già in coda Î Dipende da quanto pacchetti

precedenti sono già in coda

Î È zero se non ci sono pacchetti né in coda né in trasmissione

Î Dipende dall’intensità e dalla natura del traffico

Î Ordine di grandezza:

dai microsecondi ai millisecondi

Î Ordine di grandezza:

dai microsecondi ai millisecondi

Ritardo di coda

(38)

Î Tempo necessario a trasmettere tutti i bit del pacchetto

Î Dipende dalla velocità R del link e dalla lunghezza L del pacchetto Î Dipende dalla velocità R del link

e dalla lunghezza L del pacchetto

Esempio:

L = 1500 byte = 12000 bit L = 1500 byte = 12000 bit

R = 100 Mb/s R = 100 Mb/s

d

_tras

= L/R = 120 ms d

_tras

= L/R = 120 ms

Ritardo di trasmissione

(39)

Î Tempo necessario al segnale per transitare lungo l’intera lunghezza del link fisico

Î Dipende dalla lunghezza l del link e dalla velocità di propagazione s sul mezzo (circa 2 ·10

⁸

m/s)

Î Dipende dalla lunghezza l del link e dalla velocità di propagazione s sul mezzo (circa 2 ·10

⁸

m/s)

l = 1 km (LAN), s = 2 ·10

⁸

m/s l = 1 km (LAN), s = 2 ·10

⁸

m/s

d

_prop

= l/s = 5 ms d

_prop

= l/s = 5 ms

l = 72000 km (satellite), l = 72000 km (satellite),

s = 3 ·10

⁸

m/s s = 3 ·10

⁸

m/s

d

_prop

= l/s = 0.24 s d

_prop

= l/s = 0.24 s

Ritardo di propagazione Ritardo di propagazione

Esempio:

(40)

Ritardo totale al nodo Ritardo totale al nodo

A seconda del tipo di collegamento alcuni valori possono essere

trascurabili

A seconda del tipo di collegamento alcuni valori possono essere

trascurabili

d d

nodo_nodo

= = d d

elab_elab

+ + d d

coda_coda

+ d + d

tras_tras

+ + d d

prop_prop

(41)

Î d

coda

non è costante:

varia da pacchetto a pacchetto Î d

coda

non è costante:

varia da pacchetto a pacchetto Î A causa della lunghezza finita

dei buffer di memoria può

determinare la perdita di pacchetti Î A causa della lunghezza finita

dei buffer di memoria può

determinare la perdita di pacchetti

Ritardo di coda

e perdita dei pacchetti Ritardo di coda

e perdita dei pacchetti

(42)

Ritardo di coda

e intensità di traffico Ritardo di coda

e intensità di traffico

a a = velocità media di arrivo = velocità media di arrivo

dei pacchetti (pacchetti/s) dei pacchetti (pacchetti/s)

L L = lunghezza dei pacchetti (in bit) = lunghezza dei pacchetti (in bit) Si accodano L · a bit/s

Si accodano L · a bit/s

(43)

Ritardo di coda

e intensità di traffico Ritardo di coda

e intensità di traffico

R R = velocità di trasmissione (b/s) = velocità di trasmissione (b/s)

L · a/R = intensità di traffico se L · a/R>1 la lunghezza

della coda cresce senza limiti ed il ritardo tende ad infinito L · a/R = intensità di traffico se L · a/R>1 la lunghezza

della coda cresce senza limiti

ed il ritardo tende ad infinito

(44)

Anche se L · a/R<1 è possibile

la perdita

di pacchetti perché la distribuzione dei tempi di arrivo

è casuale

(possono arrivare a gruppi)

Anche se L · a/R<1 è possibile

la perdita

di pacchetti perché la distribuzione dei tempi di arrivo

è casuale

(possono arrivare

a gruppi) L · a/R L · a/R ritardo media di coda

ritardo media di coda

11

Ritardo di coda

e intensità di traffico Ritardo di coda

e intensità di traffico

(45)