3 architettura a strati 2010infocom.uniroma1.it/rrsn/wiki/uploads... · 2011. 11. 23. · livelli...
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Marco Listanti
Architettura a stratiArchitettura a strati
T st di rif rim nt :
INFOCOM DeptTelecomunicazioni e Telerilevamento - Prof. Marco Listanti - A.A. 2010/2011
Testo di riferimento:J. Kurose, K. Ross: “Reti di calcolatori e Internet (4a edizione)”. Pearson Addison Wesley
Livelli di protocolloLivelli di protocollo
Le reti sono sistemi complessiLe reti sono sistemi complessi
hosthostroutersvariate tipologie di mezzi trasmissivip gapplicazioniprotocollih d fhardware, software
DomandaIn che modo è possibile In che modo è possibile organizzare l’architettura
delle reti ?
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delle reti ?
Esempio: organizzazione di un viaggio aereoEs mp o organ zzaz on un agg o a r o
biglietto (acquisto)
l ( )
biglietto (lamentele)
b l ( d )bagaglio (check-in)
gate (imbarco)
bagaglio (ritardo)
gate (uscita)g ( )
pista di decollo
g
pista di atterraggio
rotta aerea rotta aerea
rotta aerea
Il processo complessivo è il prodotto di una sequenza di passi elementari
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sequenza di passi elementari
Stratificazione delle funzionalità
ticket (purchase)
baggage (check)
ticket (complain)
baggage (claim
biglietto
bagaglio
gates (load)
runway (takeoff)
airplane routing airplane routing airplane routing
gates (unload)
runway (land)
airplane routing
gate
decollo/atterraggio
rotta aereaairplane routing
aeroportodi partenza
aeroportodi arrivo
centri intermedidi controllo del traffico
airplane routing airplane routing airplane routing rotta aerea
Livelli: ciascun livello realizza un servizioeffettuando determinate azioni all’interno del livello stessoeffettuando determinate azioni all interno del livello stessoutilizzando i servizi del livello immediatamente inferiore
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Perché la stratificazione ?Perché la stratificazione ?
Quando si ha a che fare con sistemi complessiUna struttura “esplicita” consente l’identificazione dei vari pcomponenti di un sistema complesso e delle loro possibili interazioni
d ll di if i imodello di riferimento a strati
La modularizzazione facilita la manutenzione e l’aggiornamento di un sistema
modifiche implementative al servizio di uno dei livelli risultano trasparenti al resto del sistema
es.: modifiche nelle procedure effettuate al gate non condizionano il resto del sistema
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resto del s stema
Perchè la stratificazione ?Perchè la stratificazione ?
P l d Partiziona il processo di comunicazioni in parti indipendentiS lifi il tt l li i d il t t d i Semplifica il progetto, la realizzazione ed il test dei sistemi di telecomunicazione I protocolliI protocolli
possono essere progettati separatamente ad ogni livelloff ttu n “chi m t ” i s rvizi ff rti d ll str t effettuano chiamate” ai servizi offerti dallo strato
inferiorePossono essere modificati senza cambiare i protocolli di altri
p
strati sottostanti
Architetture monolitiche sono costose, scarsamente flessibili e sono soggette a rapida obsolescenza
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flessibili e sono soggette a rapida obsolescenza
Open Systems Interconnection (OSI)Open Systems Interconnection (OSI)
h d Architettura di reteDefinizione dell’insieme degli strati Definizione dei protocolli di ogni strato
Dagli anni ’70 ogni produttore ha sviluppato la Dagli anni 70 ogni produttore ha sviluppato la propria architettura a strati ProblemaProblema
computers di “vendor” diversi non possono essere interconnessi
L’architettura OSI (Open Systems Interconnection) è stata creata per consentire l’interconnessione di sistemi “multivendor”
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sistemi multivendor
OSI Reference ModelOSI Reference Model
Descrive un modello di riferimento a sette strati per l’architettura di una rete
Fornisce un riferimento per lo sviluppo dei protocolli di comunicazione
Il modlelo OSI definisce i concetti di strato, protocollo e servizio che hanno ancora oggi piena validitàvalidità
Sono stati definiti gli standard dei protocolli per i sette strati ma nel tempo sono stati abbandonatisette strati, ma nel tempo sono stati abbandonati
Il modello a strati TCP/IP ha superato il modello OSI utilizzando esattamente gli stessi concetti
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OSI utilizzando esattamente gli stessi concetti
7-Layer OSI Reference Model7 Layer OSI Reference Model
Application ApplicationSistemi terminali(End Systems)
ApplicationLayer
ApplicationLayer
ppy
Protocolli End-to-End
Presentation
Layer
Presentation
LayerSession SessionLayer
TransportLayer
LayerTransport
Layer
Nodi di rete
NetworkLayer
Data Link
NetworkLayer
Data Link
NetworkLayer
Data Link
NetworkLayer
Data LinkData LinkLayer
PhysicalLayer
Data LinkLayer
PhysicalLayer
Data LinkLayer
PhysicalLayer
Data LinkLayer
PhysicalLayer
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y yLayer Layer
Physical LayerPhysical Layer
Ha lo scopo di trasferire i bit informativi sui mezzi trasmissiviDefinizione degli caratteristiche fisiche di un link di comunicazione
Meccanichetipo di cavi, connettori (plug, pin, …)
Elettriche/ottichemodulazione, potenza dei segnali, livelli di tensione, temporizzazione, …
Funzionali/proceduraliProcedure per attivare, matenere e deattivare i link fisicip ,
Ethernet, xDSL, modem in banda fonica, …Coppie in rame, cavi coassiali, fibre ottiche, mezzi radio infrarossi
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radio, infrarossi, …
Data Link LayerData Link Layer
Ha lo scopo di realizzare il trasferimento affidabile delle informazioni in un link trasmissivo
Formazione di unità dati denominate trame (frame)Formazione di unità dati denominate trame (frame)
Rivelazione degli errori nelle trame ed eventuale loro correzione
Attivazione supervisione e deattivazione delle connessioni a livello Attivazione, supervisione e deattivazione delle connessioni a livello di link
Funzioni MAC (Medium Access Control) in reti locali (LAN)
Controllo di flusso
trameData Link
Layer
Physical
Data LinkLayer
Physical
trame
bits
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PhysicalLayer
Phys calLayer
Network LayerNetwork Layer
f h d l k Trasferisce i pacchetti attraverso una serie di link o attraverso una serie di retiGestisce l’indirizzamento di reteGestisce l indirizzamento di reteDefinisce le procedure di instradamento (routing) eseguite dai nodi per la determinazione dei cammini di reteDefinisce le procedure di rilancio (forwarding) dei pachetti nei nodiDefinisce le funzioni di controllo di congestioneDefinisce le funzioni di controllo di congestioneDefinisce le procedure di setup, gestione e teardown delel connessioni di rete (modalità connection-oriented)
NetworkLayer
NetworkLayer
pacchetti
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Data LinkLayer
Data LinkLayer
trame
InternetworkingInternetworking
Internetworking è una specifica funzione dello strato di rete, ha lo scopo di gestire il trasferimento dei pacchetti attraverso una serie di reti diversepacchetti attraverso una serie di reti diverse
I router rilanciano i pacchetti tra le reti
H
H
Net 1Net 3
HNet 3
R
RR
Net 1
R = router
Net 5Net 2H H
R
RR
R
Net 2 Net 4Net 5
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R = routerH = host
H
InternetworkingInternetworkingEthernet LAN
ATMS it h
ATMNetwork
H
Switch
ATMSwitch
ATMSwitch
Net 3H
Net 3
ATMSwitch
Net 1
Net 5
Net 3R
RR
R
Net 1
Net 5Net 5Net 2H H
RRNet 2 Net 4Net 5
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Transport LayerTransport Layer
f d d d d l h l Trasferisce i dati end-to-end dal processo attivo in un host al processo residente nell’host remotoGarantisce l’affidabilità del trasferimento di stream di datiGarantisce l affidabilità del trasferimento di stream di datiOffre un trasferimento rapido e semplice di singoli blocchi di datiGestisce i “port numbers” (indirizzi interni ai sistemi terminali)Funzioni di segmentation and reassembly dei messaggiConnection setup, maintenance, and release
Transport TransportpLayer
NetworkLayer
pLayer
NetworkLayer
NetworkLayer
NetworkLayer
INFOCOM DeptTelecomunicazioni e Telerilevamento - Prof. Marco Listanti - A.A. 2010/2011Communication Network
Layer LayerLayer Layer
Application & Upper LayersApplication & Upper Layers
Application Layerfornisce i servizi richiesti dalle applicazioni
Applicazioneapplicazioni
DNS, web acess, file transfer, email…
Presentation LayerApplication
LayerPresentation Layerconsente alle applicazioni di interpretare il significato dei dati (es. cifratura compressione convenzioni
PresentationLayer
S icifratura, compressione, convenzioni specifiche della macchina)
Session Layer
SessionLayer
Transport
sincronizzazione e controllo del dialogo, recupero dei dati
Layer
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Application & Upper LayersApplication & Upper Layers
ApplicazioneApplication Layerfornisce i servizi richiesti dalle
lApplication
Layer
Transport
applicazioni
DNS, web acess, file transfer, email…
P i L TransportLayer
Presentation Layerconsente alle applicazioni di interpretare il significato dei dati (es.
Incorporati nello strato di
p g f (cifratura, compressione, convenzioni specifiche della macchina)
Session Layer strato di applicazione
Session Layersincronizzazione e controllo del dialogo, recupero dei dati
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Pila di protocolli InternetPila di protocolli Internet
Applicazione: supporto le applicazioni di ppl caz one supporto le appl caz on d rete
FTP, SMTP, HTTPT t : t f im t d i m i ApplicazioneTrasporto: trasferimento dei messaggi a livello di applicazione tra il modulo client e server di un’applicazione
pp
Trasporto
TCP, UDPRete: trasferimento dei pacchetti dall’origine al destinatario
Rete
dall origine al destinatarioIP, protocolli di instradamento
Link (collegamento): trasferimento dei h tti ll’i t di tt t
Link
Fi ipacchetti all’interno di una sottoretePPP, Ethernet
Fisico: trasferimento dei singoli bit
Fisico
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Fisico trasferimento dei singoli bit
Concetto astratto di protocolloConcetto astratto di protocollo
Lo strato n in un sistema interagisce con lo strato n in un altro sistema per fornire servizio allo strato n+1
Le entità che eseguono le funzioni di uno strato all’interno di Le entità che eseguono le funzioni di uno strato all interno di di sistemi comunicanti sono dette peer processesLa cooperazione tra entità dello stesso strato è regolata dal p gprotocollo di strato n (layer-n protocol)Le entità di strato n (Layer-n peer processes) si scambiano unità dati denominate Protocol Data Unit (PDU)unità dati denominate Protocol Data Unit (PDU)
n-PDU
nEntity
nEntity
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Layer-n peer protocol
Concetto astratto di servizioConcetto astratto di servizio
La comunicazione tra due entità è virtuale ed indiretta
Lo strato n+1 trasferisce le prorpie informazioni invocando il servizio fornito dallo strato inferiore (strato n)servizio fornito dallo strato inferiore (strato n)
I servizi sono dello strato n sono disponibili all’interfaccia tra i due strati (Service Access Points - SAP)( )
Ogni strato passa dati e informazioni di controllo allo strato inferiore fino a che è raggunto lo strato fisico che si occupa dell’effettivo trasferimentodell effettivo trasferimento
I dati che sono ricevute da uno strato da quello superiore sono denominate Service Data Unit (SDU)m D ( D )
Le SDU sono incapsulate nelle PDU nelle quali sono anche aggiunte le informazioni di controllo per l’esecuzione delle funzioni di strato
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strato
Strati Servizi e ProtocolliStrati, Servizi e Protocolli
n+1tit
n+1entityentity entity
DUn-SAP n-SAP
n-SDU n-SDU
n entity n entityn-SDU H
n entity n entityH n-SDU
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n-PDU
Unità informativeUnità informative
(N+1)-PDU
(N)-SAP (N+1)-Strato
(N)-SDU(N)-PCI(N)-Strato
(N)-PDU
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Segmentation & ReassemblySegmentation & Reassembly
Uno strato può imporre un limite massimo alla dimensione del blocco dati n-SDU
Segmentation(a)
dimensione del blocco dati che può essere trasferito
Se le n-SDU superano n-PDU n-PDU n-PDUpquesto limite non possono essere trasferite in un’unica n-PDU Reassembly(b)n DU
Lato emittente: la SDU è segmentata in PDU multiple n-SDU
Reassembly(b)
p
Lato ricevente: la SDU is riassemblata a partire dalla
di PDU i tn-PDUn-PDU n-PDU
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sequenza di PDU ricevute
Headers & TrailersHeaders & TrailersOgni protocollo usa un’intestazione (header) e un suffisso (tr il r) ch c nt n n l inf rm zi ni di c ntr ll n c ss ri (trailer) che contengono le informazioni di controllo necessarie per l’esecuzione delle funzioni di strato
indirizzi, numeri di sequenza, flag, codici di controllo d’errore, ecc.
Applicazione ApplicazioneAPP DATA
ApplicationLayer
Transport
ApplicationLayer
Transport
AH APP DATA
TransportLayer
NetworkLayer
TransportLayer
NetworkLayer
TH AH APP DATA
NH TH AH APP DATALayer
Data LinkLayer
Layer
Data LinkLayer
NH TH AH APP DATA
DH NH TH AH APP DATA CRC
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PhysicalLayer
PhysicalLayerbits
Modi di servizioModi di servizio
Un servizio di strato dalle entità di strato superiore con o senza un’intesa preliminarep p
nel caso in cui l'intesa sussista si parla di servizio con connessione (connection oriented)con connessione (connection oriented)
legame, almeno logico e in alcuni casi anche fisico, che viene stabilito tra le parti in comunicazione
nel caso contrario si tratta di un servizio senza connessione (connectionless)( )
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Servizio con connessione Servizio con connessione
Servizio di strato con connessionestrutturazione in tre fasi temporalistrutturazione in tre fasi temporali
negoziazione dei parametri di trasferimento
indirizzamento con identificatori di connessione
legame logico tra i segmenti informativi scambiatilegame logico tra i segmenti informativi scambiati
Es. TCP, Telefonia
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Servizio senza connessione Servizio senza connessione
Servizio di strato senza connessioneuna sola fase temporaleuna sola fase temporale
assenza di negoziazione
uso di indirizzi espliciti per l’origine e la destinazione
indipendenza e autoconsistenza dei segmenti informativi scambiati
Es IP UDPINFOCOM Dept
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Es. IP, UDP
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