LP 2018/19 Introduction C - unisalento.it

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LP 2018/19

Introduction Our goal: ❒  get context,

overview, “feel” of networking

❒  more depth, detail later in course

❒  Top-down approach ❒  approach:

❍  descriptive ❍  use Internet as

example

Overview: ❒  History ❒  What’s the Internet ❒  What’s a protocol? ❒  Network edge ❒  Network core ❒  Access network ❒  ISO/OSI model ❒  Internet Architecture ❒  Performance: loss, delay ❒  Protocol layers, service models ❒  First case study: Web

Introduzione 1/91

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Introduzione 2/91

C’era una volta…

❒  Centro di calcolo: stanza con un grosso calcolatore che risolve tutte le necessità computazionali di un’organizzazione ❍  Terminali ”stupidi” (interfaccia a caratteri) ❍  Le applicazioni eseguite sul mainframe ❍  Il sistema centralizzato è troppo costoso

printer

terminal

mainframe 01000001 (‘A’) 01000001 (‘A’)

Anni ’60’

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Introduzione 3/91

❒  Nuovo modello: un gran numero di calcolatori indipendenti ma interconnessi eseguono il lavoro (downsizing)

❒  Rete di calcolatori: collezione di calcolatori autonomi collegati, cioè, in grado di scambiare informazioni (messaggi)

Anni ’70’…

RETE

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Introduzione 4/91

❒  Reti per aziende ❍ Condivisione delle risorse ❍ Elevata affidabilità ❍ Risparmio ❍ Scalabilità

❒  Reti per le persone ❍ Accesso a informazioni remote (home-banking, Web) ❍ Comunicazione uomo-a-uomo (e-mail, videoconferenze,

newsgroup, chat, facebook, P2P, etc.)

Why networks?

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Introduzione 5/91

… in base alla scala di interconnessione Classificazione delle reti di calcolatori

❒  La distanza è un importante metro di classificazione perchè tecnologie differenti sono usate su diverse scale

Local Area Network (LAN)

Metropolitan Area Network (MAN)

Wide Area Network (WAN)

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Introduzione 6/91

Caratteristiche delle LAN e delle MAN ❒  Rete locale

❍  Rete in ambito di comprensorio privato, senza attraversamento di suolo pubblico

❍  Velocità di trasmissione molto elevata (10Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps)

❍  Topologia a bus, ad anello, a stella

❒  Rete metropolitana ❍  Rete in ambito cittadino con disponibilità di canali trasmissivi

veloci ❍  Poco diffuse, ma ultimamente rivalutate! ❍  Normalmente gestite da network provider pubblici

2

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Introduzione 7/91

❒  Rete geografica: rete in ambito nazionale o internazionale

❒  Topologia a maglia (incompleta)

Caratteristiche delle WAN

switching node

Communication link

host

❒  Host computer: calcolatore che è un utilizzatore ❒  Nodo di commutazione: calcolatore specializzato con funzioni di

commutazione

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Introduzione 8/91

❒  Ogni tecnologia di rete è pensata per soddisfare specifiche esigenze ❍  LAN: comunicazioni veloci su distanze ridotte ❍  WAN: scambiare informazioni tra località molto lontane

❒  Una grande organizzazione con diverse necessità di comunicazione ha bisogno di diverse reti fisiche di calcolatori

❒  Problema: come realizzare un sistema di comunicazione che offra un servizio universale attraverso reti eterogenee?

Servizio Universale

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Introduzione 9/91

Internetworking technology ❒  Basata sia su componenti software sia su dispositivi

fisici ❒  Il dispositivo fisico basilare per collegare reti

eterogenee è il router ❒  Il risultato é una rete virtuale (internetwork) i cui

dettagli sono invisibili agli utenti/applicazioni di rete ❒  Ogni calcolatore è identificato da un indirizzo

(universale!) e può comunicare con qualsiasi altro membro dell’internetwork

Rappresenta una LAN, una MAN o una WAN

Rete 1 Rete 4

Rete 3

Router

Struttura fisica sottostante costituita da reti fisiche e router Illusione di un solo sistema di comunicazione omogeneo

Rete 2

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Introduzione 10/91

What is Internet? ❒ Una internetwork (internet) è una collezione

di reti distinte collegate (che possono comunicare tra loro)

❒  Internetworking : funzionamento combinato (inter-working) di reti (net) distinte

Internet (con la I maiuscola) indica una internet mondiale specifica largamente utilizzata per collegare università, uffici di governo, aziende e privati

LP 2018/19

Introduzione 11/91

What is Internet? ❒  Internet pubblica: “network

of networks” ❒  Milioni di dispositivi collegati:

hosts (eseguono le applicazioni di rete) ❍  PC, workstation ❍  notebook, cellulari, PDA, Web

TV, … ❒  Canali di comunicazione

(communication links) ❍  Utilizzano cavi in rame, fibre

ottiche, l’etere ❒  router: inoltrano i pacchetti

di dati verso la destinazione

local ISP

company network

regional ISP

router workstation server

mobile

Base station

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Introduzione 12/91

What is Internet? ❒  protocolli: controllano le

comunicazioni (spedizione e ricezione di messaggi) ❍  e.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP

❒  Internet standards ❍  IETF: Internet Engineering

Task Force ❍  RFC: Request for comments

❒  Intranet: rete privata realizzata sul modello di Internet

local ISP

company network

regional ISP

router workstation server

mobile

Base station

3

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Introduzione 13/91

What is a protocol?

“human” protocols: ❒  “Mi dice l’ora?” … invio di specifici

messaggi … specifiche azioni

compiute in risposta ai messaggi ricevuti o altri eventi

Ciao

Ciao

Mi dici l’ora?

2:00

time ❒  Altri protocolli “umani”? ❍  Accesso al sistema telefonico ❍  Accesso al sistema postale

Molte azioni quotidiane si basano su di un uso implicito di protocolli di comunicazione

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Introduzione 14/91

What is a protocol? Protocolli di rete: ❒  Le entità che comunicano

sono componenti hardware e software di una rete di calcolatori

TCP connection request

TCP connection reply.

Get http://gaia.cs.umass.edu/index.htm

<file>

time

Esempio: Web browser

Web server

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Introduzione 15/91

What is a protocol?

❒  Insieme di regole che governano il trasferimento dei dati ❒  Definisce cosa va comunicato, come e quando va comunicato ❒  Elementi chiave

❍  Sintassi ❍  Semantica ❍  Temporizzazione

Un protocollo definisce il formato e l’ordine dei messaggi scambiati tra due o più entità di rete, le azioni in risposta ai messaggi ricevuti o altri eventi

Quindi:

Quanto è complessa una internetwork?

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Introduzione 16/91

Internet: struttura di rete

❒  Network edge: ❍  Host

❒  Network core: ❍  Maglia (mesh) di router ❍  “Network of networks”

❒  Access networks ❍  Per collegare gli host ad un “edge” router

Obiettivo finale: trasferimento di messaggi tra processi (applicativi)

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Introduzione 17/91

Network edge ❒  End systems (hosts):

❍  “edge of network” ❍  Eseguono le applicazioni di rete ❍  Es., WWW, email, Remote login, Ftp, …

❒  Modello client/server ❍  Applicazioni distribuite ❍  e.g., WWW client (browser)/server;

email client/server ❒  Modello Peer-to-Peer(P2P) ❒  Servizio di trasporto

❍  Destinatario/mittente ❍  Connection-oriented/connectionless ❍  Qualità del servizio (Reliable/unreliable,….) ❍  Flow control function ❍  Congestion control function

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Introduzione 18/91

Network Core ❒  Maglia di router interconnessi ❒  Problema: come avviene il

trasferimento dei dati attraverso una rete di telecomunicazione? ❍  Circuit Switching

•  nata con le reti telefoniche ❍  Packet Switching

•  nata con le reti di calcolatori

telecommunication network

4

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Introduzione 19/91

Network Core: circuit switching ❒  Le risorse necessarie

(buffer, link bandwidth) sono riservate (nessuna condivisione!!) per la durata della sessione

❒  call setup richiesto: prima del trasferimento dati, la rete instaura una connessione (circuito) tra i due end system

H1

t

N1 N2 H2

t t t

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Introduzione 20/91

❒  Le risorse di rete sono divise in “pezzi”

❒  I singoli pezzi sono allocati staticamente alle sessioni.

❒  Tecniche di multiplazione ❍  Frequency Division

Multiplexing (FDM) ❍  Time Division Multiplexing

(TDM) ❒  Trasferimento dei dati

come uno stream continuo di bit (velocità di trasmissione costante)

❒  Prestazioni garantite! ❒  Efficiente solo con sorgenti

non intermittenti

Network Core: circuit switching

tempo

Introduction 1-21

Circuit Switching: FDMA and TDMA

FDMA

frequency

time TDMA

frequency

time

4 users Example:

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Introduzione 22/91

Network Core: Packet Switching

❒  L’informazione da trasferire è organizzata in pacchetti (packets)

❒  I pacchetti comprendono informazione di utente e di controllo (packet header). L’ header include l’informazione necessaria per l’instradamento (routing) del pacchetto verso la destinazione finale

❒  I nodi operano in modalità “Store–and-Forward” ❒  Le unità dati vengono consegnate alla rete. Ogni nodo:

❒  Memorizza il pacchetto ❒  Elabora il pacchetto e determina il canale su cui inoltrarlo ❒  Mette il pacchetto in coda per la trasmissione sul canale

❒  “store and forward delay”

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Introduzione 23/91

Network Core: Packet Switching ❒  Contesa per le risorse: le

risorse di rete sono condivise “on demand ”

❒  Ogni pacchetto è trasmesso su ogni link alla velocità di trasmissione del link

❒  Pacchetti inseriti nelle code e trasmessi in successione (…disciplina di coda). ❍  Queueing delay ❍  Packet loss (CONGESTIONE! )

❒  Tecnica di multiplazione statistica a divisione di tempo (TDM statistico)

Packet switching node

to terminal

to terminal

to other node

to other node

to other node

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Introduzione 24/91

Network Core: Packet Switching

A

B

C 10 Mbs Ethernet

1.5 Mbps

45 Mbps

D E

statistical multiplexing

Coda di pacchetti in attesa

Multiplazione (perché lo stesso canale è usato da più utenti) a divisione di tempo (i pacchetti sono trasmessi in intervalli di tempo disgiunti) non fissa, ma statistica, in quanto governata dalla statistica dei flussi di pacchetti

5

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Introduzione 25/91

Delay in packet-switched networks

packets experience delay on end-to-end path

❒  four sources of delay at each hop

❒  Nodal processing delay (dproc) ❍  check bit errors ❍  determine output link

❒  Queueing delay (dqueue)

❍  time waiting at output link for transmission

❍  depends on congestion level of router

A

B

propagation

transmission

nodal processing queueing

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Introduzione 26/91

Delay in packet-switched networks Transmission delay (dtrans) ❒  R=link bandwidth (bps) ❒  L=packet length (bits) ❒  time to send bits into

link = L/R

Propagation delay (dprop)

❒  d = length of physical link ❒  s = propagation speed in

medium (~2x108 m/sec) ❒  propagation delay = d/s

A

B

propagation

transmission

nodal processing queueing

dnodal= dproc+ dqueue+ dtrans+dprop

Packet delay (dend-to-end) = ?

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Introduzione 27/91

Packet switching versus circuit switching ❒  Efficiente anche in presenza di traffico a “burst” (+) ❒  Possibilità di

❍  controllo di correttezza lungo il percorso (+) ❍  di conversione di velocità, formati, protocolli (+)

❒  Possibilità di congestione: ritardi elevati e perdite di pacchetti(-) ❍  Protocolli per un trasporto dei dati affidabile e per il controllo

della congestione ❒  Ritardo di pacchetto variabile (delay jitter)(-) ❒  Come fornire un servizio circuit-like?

❍  Supporto di applicazioni multimediali

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Introduzione 28/91

Packet-switched networks: datagram and virtual-circuit approaches ❒  Goal: move packets among routers from source to

destination ❍  we’ll study several path selection algorithms

❒  datagram network: e.g. the Internet model ❍  destination address determines next hop ❍  routes may change during session ❍  reordering problem (see next figure)

❒  virtual circuit network: e.g. Frame Relay, ATM ❍  each packet carries tag (virtual circuit ID), tag

determines next hop ❍  fixed path determined at call setup time, remains fixed

through call ❍  routers maintain per-call state

LP 2018/19

Introduzione 29/91

Datagram and virtual circuit approaches

Datagram approach Virtual Circuit approach

3 1

2

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Introduzione 30/91

❒  La lunghezza dei pacchetti è determinata da ❍  Possibilità di parallelizzazione ❍  Percentuale di informazione di controllo (overhead !) ❍  Probabilità di errore ❍  Ritardo di pacchettizzazione

❒  Commutazione di messaggio (a) : trasmissione sequenziale di un messaggio

❒  Commutazione di pacchetto (b): trasmissione in parallelo su canali diversi dei pacchetti derivati da uno stesso messaggio (effetto pipelining)

Network Core: why packet switching?

nodo 1 nodo 2 nodo 3

1

1 2 2

6

Introduction 1-31

Network Taxonomy Telecommunication

networks

Circuit-switched networks

FDM TDM

Packet-switched networks

Networks with VCs

Datagram Networks

•  Datagram network is not either connection-oriented or connectionless. •  Internet provides both connection-oriented (TCP) and connectionless services (UDP) to apps.

LP 2018/19

Introduzione 32/91

Reti di accesso Q: Come collegare un end

system ad un edge router? ❒  Reti di accesso domestiche ❒  Reti di accesso istituzionali ❒  Reti di accesso per

terminali “mobili”

Canale condiviso (MAC: Medium Access Control) o dedicato?

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Introduzione 33/91

Reti di accesso domestiche ❒  In genere sono utilizzati canali punto-punto

❍  Crescente diffusione di home LAN ❒  Dialup via modem

❍  Fino a 56Kbps in downstream ❒  ISDN: Integrated Services Digital Network

❍  Accesso base (2B+D): due canali a 64Kb/s (canali B) + un canale di servizio a 16Kb/s (canale D)

❍  Accesso primario (30B+D): 30 canali B + un canale D

❒  ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line ❍  Downstream: max 6.4 Mb/s ❍  Upstream: max 640 Kb/s ❍  FDM: 50 kHz - 1 MHz per il downstream 4 kHz - 50 kHz per l’upstream 0 kHz - 4 kHz per il segnale telefonico

edge router

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Introduzione 34/91

LP 2018/19

Introduzione 35/91

Reti di accesso istituzionali

❒  local area network (LAN) per collegare gli host ad un router di confine

❒  Ethernet: ❍  10 Mbps, 100Mbps,

Gigabit Ethernet, 10Gigabit Ethernet

edge router

LP 2018/19

Introduzione 36/91

Mobile access networks ❒  Canale wireless condiviso per

collegare gli host ad una base station

❒  wireless LANs: ❍  Lo spettro radio sostituisce il

cavo ❍  IEEE 802.11b fornisce un canale

condiviso a 11 Mbps ❍  IEEE 802.11g fornisce un canale

a 54 Mbps ❍  IEEE 802.11n fornisce un canale

fino a 300 Mps ❒  wide-area wireless access

networks ❍  Rete cellulare (GSM, GPRS, 3G e

4G) e Wi-Max per accedere ad un router di un ISP (Internet Service Provider)

base station

mobile hosts

edge router

7

LP 2018/19

Introduzione 37/91

Architetture a strati (a livelli) Una internetwork è un sistema estremamente complesso! Alcuni aspetti progettuali delle reti: ❒  Identificazione del mittente e del destinatario

dell’informazione mediante uno schema di indirizzamento

❒  Controllo degli errori ❒  Controllo del flusso ❒  Controllo della congestione ❒  Tecniche di commutazione (datagram/virtual circuit) ❒  Instradamento ❒  Lunghezza dei pacchetti ❒  MAC

LP 2018/19

Introduzione 38/91

❒  Le reti di calcolatori sono organizzate secondo un modello a strati (livelli), con ogni strato costruito su quello inferiore. La stratificazione rappresenta un possibile modo di suddividere l’insieme di regole per la comunicazione in rete in una serie di protocolli più “semplici” (famiglia o suite di protocolli) i quali, combinati, realizzano funzioni di rete via via più complesse.

❒  Ciascun livello N fornisce (fornitore del servizio) servizi al livello superiore N+1 (utente del servizio), mascherando quel livello dai dettagli di come questi servizi sono realizzati (black-box per il livello N+1). Tali servizi sono realizzati usando: ❍  le proprie funzioni ❍  i servizi del livello inferiore N-1

Architetture a strati (a livelli)

LP 2018/19

Introduzione 39/91

❒  Vantaggi della stratificazione: ❍  semplicità di progetto ❍  facilità di gestione ❍  semplicità di standardizzazione

❒  Svantaggio: potenziale duplicazione delle funzioni

❒  L’insieme dei livelli e dei protocolli definisce un’architettura di rete Esempi di architetture di rete: ❍  SNA (System Network Architecture) ❍  DNA (Digital Network Architecture) ❍  TCP/IP (Internet Protocol Suite)

❒  Problema: la stratificazione non è avvenuta nello stesso modo nelle diverse architetture: il numero dei livelli, i loro nomi, il contenuto di ciascun livello differisce da rete a rete . Questo implica che le architetture sono incompatibili

Architetture a strati (a livelli) LP 2018/19

Introduzione 40/91

Il modello di riferimento ISO/OSI

❒  Alla fine degli anni ’70, l’ ISO avvia il progetto OSI (Open System Interconnection)

❒  Il modello di riferimento OSI ha due scopi: ❍  fornire una base comune su cui sviluppare standard per

l’interconnessione di sistemi informatici. ❍  fornire un modello rispetto al quale confrontare le

architetture di rete proprietarie. ❒  Il modello di riferimento OSI non ha come scopo la

definizione di servizi o protocolli specifici. A questo sono stati delegati altri enti (es. IEEE, CCITT) o l’ ISO stessa in tempi successivi

LP 2018/19

Introduzione 41/91

❒  E’ composto da sette livelli ordinati

❒  Pila (stack) di protocolli

❒ Gli elementi attivi di ogni livello sono le entità

❒  Entità appartenenti allo stesso livello, su sistemi diversi, sono dette entità pari (peer entities)

Applicazione

Presentazione

Sessione

Trasporto

Rete

Data Link

Fisico

6

5

4

3

2

1

7

Il modello di riferimento ISO/OSI LP

2018/19

Introduzione 42/91

Il modello di riferimento ISO/OSI ❒  Un livello N fornisce servizi

di livello N (N-service) alle entità di livello N+1

Mezzo di trasmissione

N

N-1

N

N-1

(N-1)-servizio

(N-1)-fornitore di servizio

Black-Box per le N-entità

Mezzo di trasmissione

N + 1 N

N + 1 N

N-servizio

N-fornitore di servizio

❒  A sua volta, il livello N-1……

Black-Box per le (N + 1)-entità

8

LP 2018/19

Introduzione 43/91

❒  Al fine di implementare servizi usati al livello N+1, entità pari di livello N comunicano scambiandosi Protocol Data Unit di livello N (N-PDU) in base ad un protocollo di livello N

❒  Fino a che non viene raggiunto il livello 1, nessun dato è trasferito direttamente dal livello N su un sistema al livello N su un altro: le entità di livello N per comunicare usano servizi di livello N-1 (la comunicazione tra entità pari è solo virtuale!).

Layer 5

Layer 4

Layer 3

Layer 2

Layer 1

4/5 Interface

3/4 Interface

2/3 Interface

1/2 Interface

Layer 7

Layer 6

6/7 Interface

5/6 Interface

Layer 5

Layer 4

Layer 3

Layer 2

Layer 1

4/5 Interface

3/4 Interface

2/3 Interface

1/2 Interface

Layer 7

Layer 6

6/7 Interface

5/6 Interface Layer 5 protocol

Layer 2 protocol

Layer 1 protocol

Layer 3 protocol

Layer 4 protocol

Layer 6 protocol

Layer 7 protocol

Physical medium

Il modello di riferimento ISO/OSI LP

2018/19

Introduzione 44/91

Layer 5

Layer 4

Layer 3

Layer 2

Layer 1

4/5 Interface

3/4 Interface

2/3 Interface

1/2 Interface

Layer 7

Layer 6

6/7 Interface

5/6 Interface

Layer 5

Layer 4

Layer 3

Layer 2

Layer 1

4/5 Interface

3/4 Interface

2/3 Interface

1/2 Interface

Layer 7

Layer 6

6/7 Interface

5/6 Interface Layer 5 protocol

Layer 2 protocol

Layer 1 protocol

Layer 3 protocol

Layer 4 protocol

Layer 6 protocol

Layer 7 protocol

Physical medium

data data

Il modello di riferimento ISO/OSI ❒  Ogni livello N passa al livello N-1

dati (SDU: Service Data Unit) ed alcune informazioni di controllo (ICI:Interface Control Information) richieste dal livello N-1 per la realizzazione del proprio servizio

❒  Entità in livelli adiacenti comunicano tramite l’interfaccia tra i due livelli

❒  L’interfaccia definisce i servizi che un livello offre al livello superiore e le primitive da attivare per accedere a tali servizi

❒  Sotto il livello 1 c’è il mezzo fisico attraverso il quale avviene realmente la comunicazione

LP 2018/19

Introduzione 45/91

Il modello di riferimento ISO/OSI ❒  Le entità usano e forniscono

servizi tramite i SAP (Service Access Point)

❒  Ogni livello N aggiunge ai dati ricevuti dal livello superiore alcune informazioni di controllo (Protocol Control Information) del protocollo N, dette “busta di livello N”

❒  I dati generati da un protocollo di livello N sono detti N-PDU (Protocol Data Unit)

❒  Una N-PDU diventa, attraversata l’interfaccia sottostante, una (N-1)-SDU

N-1 SAP

Livello N-1

Livello N N-Entità

(N-1)-Entità (N-1)-Entità

Livello N+1

Livello N

Interfaccia

(N+1)-PDU

N-PCI N-SDU

N-SAP

Alla pari entità

Alla pari entità

(N-1)-SDU (N-1)-PCI

N-PDU

Alla pari entità (N-1)-PDU

Livello N-1

LP 2018/19

Introduzione 46/91

Imbustamento multiplo

Sending process Receiving process

Applicazione

Presentazione

Sessione

Trasporto

Rete

Data Link

Fisico

Dati

PPDU SH

SPDU TH

TPDU NH

NPDU DH DT

bits

APDU PH

PPDU SH

SPDU TH

TPDU NH

AH Dati

NPDU DH DT

bits

…… 1000110011000111 …….

Dati

Dati AH

APDU PH

LP 2018/19

Introduzione 47/91

OSI: nomi ed indirizzi

N-Entità

(N-1)-SAP

(N-1)-indirizzo

N-SAP

N-indirizzo

(N-1)-indirizzo N-titolo

❒  Come specificare l’interlocutore? ❒  Una entità è identificata univocamente da un nome (titolo) ❒  Ogni SAP ha un indirizzo che lo identifica univocamente ❒  Una N-entità, se vuole scambiare informazioni con una peer-entity,

deve fornire l’indirizzo del (N-1)SAP al quale la peer-entity è collegata

❒  Due funzioni di identificazione: ❍  N-directory

❍  N-mapping

N-Entità

(N-1)-Entità

(N-1)-SAP

N-titolo

(N-1)-indirizzo

N-Entità

(N-1)-Entità

Livello N

Livello (N-1)

LP 2018/19

Introduzione 48/91

Tipi di servizio ❒  Orientato alla connessione (connection-oriented).

❒  Lo scambio dei dati avviene in tre fasi: ❍ Apertura della connessione (setup) ❍ Trasferimento dei dati ❍ Chiusura della connessione

❒  Privo di connessione (connectionless): La comunicazione ha luogo in una fase singola

❒  Due varianti: ❍ Message sequence ❍ Byte stream

❒  Ogni servizio può essere caratterizzato da una Quality of Service (es. reliable service, unreliable…….)

❒  Un servizio connectionless unreliable è detto “Datagram Service”

(N+1)-Entità (N+1)-Entità Livello N+1

Livello N

N-connessione

9

LP 2018/19

Introduzione 49/91

OSI: primitive di servizio

❒  OSI prevede 4 tipi di primitive di servizio: ❍  Request : un’entità fa

una richiesta ❍  Indication : un’entità è

informata riguardo ad un evento

❍  Response : un’entità risponde ad un evento

❍  Confirm : la risposta ad una precedente richiesta

utente N - servizio

utente N - servizio

N - entità N - entità

N-SAP N-SAP

N-protocollo

RICH

IEST

A

CON

FERM

A

IND

ICA

ZIO

NE

RISP

OST

A

Livello N+1 Livello N

fornitore dell’ N-servizio

LP 2018/19

Introduzione 50/91

Sistemi intermedi ❒  Lo scambio di informazioni tra due End Systems può implicare

l’attraversamento di sistemi intermedi, detti Intermediate Systems (IS), nei quali esistono entità con funzionalità di “relaying”. Se il relaying è fatto a: ❍  livello 1 (Repeater) ❍  livello 2 (Bridge)

Application Presentation

Session Transport Network Data Link Physical

Router Esempio con un router.

❍  livello 3 (Router) ❍  livello 7 (Gateway)

Application layer protocol

Presentation layer protocol Application Presentation


Session layer protocol

Transport layer protocol

Network layer protocol

Data link layer protocol

Physical layer protocol

Network layer protocol

Data link layer protocol

Physical layer protocol

Network Data Link Physical

Data Link Physical

LP 2018/19

Introduzione 51/91

Network Data Link Physical

Data Link Physical

Sistemi intermedi ❒  Lo scambio di informazioni tra due End Systems (ES) può

implicare l’attraversamento di sistemi intermedi, detti Intermediate Systems (IS), nei quali esistono entità con funzionalità di “relaying”. Se il relaying è fatto a: ❍  livello 1 (Repeater) ❍  livello 2 (Bridge)



Router Esempio con un router. In tal caso:

❍  livello 3 (Router) ❍  livello 7 (Gateway)



data data

LP 2018/19

Introduzione 52/91

Livello 1: fisico ❒  Livello di interfaccia con il canale ❒  Esegue le funzioni necessarie per la trasmissione di un

flusso di bit (unità di informazione elementare) attraverso un canale fisico.

❒  Le specifiche di livello fisico riguardano, ad es.,: ❍  le caratteristiche fisiche dei mezzi di trasmissione e delle

interfacce ❍  la rappresentazione dei bit ❍  la velocità di trasmissione ❍  i meccanismi di sincronizzazione

❒  Fornisce al livello 2 un “unrealiable virtual bit pipe”

LP 2018/19

Introduzione 53/91

Livello 2: data link ❒  Trasferimento di pacchetti di dati (trame o frames) tra

nodi adiacenti (direttamente collegati da un canale fisico di comunicazione)

❒  Possibili servizi offerti da un protocollo di data link: ❍  framing ❍  rilevazione di errori aggiungendo delle FCS (Frame Control

Sequence) ❍  consegna affidabile ❍  controllo di flusso ❍  controllo di accesso al canale (MAC: Medium Access Control)

nelle reti broadcast

Ambiente del livello Data Link

spesso integrati

LP 2018/19

Introduzione 54/91

Livello 3: rete ❒  Gestisce la rete come un insieme di canali di

comunicazione e di nodi ❒  E’ responsabile della consegna di un pacchetto all’end-

system di destinazione. Questo livello: ❍  Determina quali nodi intermedi (router) devono essere

attraversati da un pacchetto per giungere a destinazione (instradamento)

❍  Gestisce,quindi, delle tabelle di instradamento per ottimizzare il traffico sulla rete

❍  Provvede ad instradamenti alternativi in caso di guasti (fault tolerance)

❍  Frammenta i pacchetti in modo che abbiano dimensioni idonee al livello 2

10

LP 2018/19

Introduzione 55/91

Livello 4: trasporto ❒  Fornisce servizi (controllabili dall’utente!) per il

trasferimento dei dati end-to-end (tra entità del livello sessione).

❒  Possibili servizi offerti: ❍  frammentazione (/riassemblaggio) dei pacchetti in modo che

abbiano dimensioni idonee al livello 3 ❍  rivelazione degli errori ❍  consegna affidabile ❍  controllo di flusso ❍  controllo della congestione

Ambiente del livello Trasporto

Communication subnet

Protocollo di trasporto Entità di trasporto

LP 2018/19

Introduzione 56/91

Livello 5: sessione ❒  E’ responsabile dell'organizzazione del dialogo tra le

entità di presentazione ❒  Struttura e sincronizza lo scambio dei dati in modo

da poterlo sospendere, riprendere e terminare ordinatamente

❒  Maschera le eventuali interruzioni del servizio di trasporto

LP 2018/19

Introduzione 57/91

Livello 6: presentazione Il livello di presentazione:

❒  gestisce la sintassi dell'informazione da trasferire: l’informazione è infatti rappresentata in modi diversi su elaboratori diversi (es. ASCII o EBCDIC)

❒  può gestire: ❍ Meccanismi di crittografia ❍ Meccanismi di compressione

LP 2018/19

Introduzione 58/91

Livello 7: applicazione Assicura l’interfaccia per l’utente ed il supporto di servizi di rete come:

❒ VT: Virtual Terminal, cioè connessione interattiva ad un elaboratore remoto

❒ FTAM: File Transfer and Access Management ❒ X.400: Posta Elettronica

LP 2018/19

Introduzione 59/91

ISO/OSI, IEEE 802 ❒  Gli standard di livello 1 e 2 per le WAN sono stati

demandati al CCITT (dal 1994 ha preso il nome di ITU-T) ❒  Gli standard di livello 1 e 2 per le LAN e le MAN sono

stati demandati all’organizzazione IEEE

Applicazione Presentazione

Sessione

Trasporto

Rete

Data Link

Fisico

6

5 4

3

2

1

7

IEEE 802

WAN LAN/MAN

LP 2018/19

Introduzione 60/91

Il modello OSI e l’architettura TCP/IP

IP

Transport TCP

RARP ARP

IGMP ICMP

Data Link

Physical

HTTP DNS TELNET FTP SMTP SNMP

Protocols defined by the underlying networks

…

ROUTING PROTOCOLS

Application Application

Presentation

Session

Transport

Network

Data Link

Physical

Network

UDP SCTP

11

LP 2018/19

Introduzione 61/91

Architettura TCP/IP ❒  Livello applicazione

❍ Supporta le applicazioni di rete ❍ Diversi protocolli: http, smtp, ftp, telnet, snmp,……

LP 2018/19

Introduzione 62/91

Architettura TCP/IP (cont.) ❒  Livello trasporto

❍ Fornisce un servizio di comunicazione tra due processi applicativi (application multiplexing/demultiplexing)

❍ L’indirizzo di un processo (Trasport SAP address) è gerarchico: <indirizzo IP, numero di porta> ❍  indirizzo IP: Network SAP address ❍  numero di porta: identifica univocamente all’interno di un host

(significato locale!) un Transport SAP ❍ Implementato solo negli host ❍ Tre protocolli: TCP, UDP e SCTP ❍ TCP fornisce un servizio di trasporto orientato alla

connessione ed affidabile. Il servizio include il controllo di flusso ed il controllo della congestione

❍ UDP fornisce un servizio datagram ❍ Le PDU di livello trasporto sono dette segmenti

LP 2018/19

Introduzione 63/91

Architettura TCP/IP (cont.)

❒  Livelli data link e fisico ❍ Sono compatibili con tutti i protocolli standard ❍ Il livello data link fornisce un servizio di

comunicazione tra nodi adiacenti

❒  Livello di rete (detto anche internetwork layer) ❍ Fornisce un servizio di comunicazione tra due host

❍ Internet Protocol (IP) ❍ indirizzo IP: Network SAP address

❍ Ha il compito di instradare i pacchetti verso la destinazione finale (attraverso reti fisiche potenzialmente eterogenee)

❍ IP è implementato negli host e nei router ❍ IP fornisce un servizio di tipo “datagram” ❍ Le PDU IP sono dette datagrammi IP ❍ Protocolli di supporto: protocolli di routing, ARP, ……

LP 2018/19

Introduzione 64/91

Il TCP/IP: tecnologia di internetworking

❒  Una network (rete fisica) dell’internetwork TCP/IP può essere una LAN, una MAN o una WAN: è considerata un “link” tra due nodi (host/router)

❒  Indirizzamento IP (logico)

IP Router IP Router

LAN 1 WAN

IP Router

LAN 2

IP Router

Cosa vede l’IP?

LP 2018/19

Introduzione 65/91

Relazioni tra livelli ed indirizzi in TCP/IP

Fisico

Data link

Reti fisiche sottostanti

IP ed altri protocolli

TCP UDP

Processi

Rete

Trasporto

Applicazione

Indirizzo fisico

Indirizzo IP

<Indirizzo IP, numero di porta>

•  unicast •  multicast •  broadcast

•  unicast •  multicast •  broadcast

LP 2018/19

Introduzione 66/91

Esempio di imbustamento: richiesta di pagina Web

LAN 1 WAN

Local Router

LAN 2 Remote Router

Web Browser (HTTP client) Web Server

(HTTP server)

LAN 1 WAN

User Web Browser Application

Get Web page

Get Web page

TCP Header

Get Web page

TCP Header

IP Header

Get Web page

TCP Header

IP Header

Get Web page

TCP Header

IP Header

WAN Header

TCP Layer

IP Layer

Get Web page

TCP Header

IP Header

LAN 1 Header

LAN 1 Trailer

Data Link Layer Data Link Layer Data Link Layer

IP Layer

Local Router

Get Web page

TCP Header

IP Header

LAN 1 Header

LAN 1 Trailer

WAN Trailer

HTTP message

TCP segment

IP datagram

12

LP 2018/19

Introduzione 67/91

Esempio di imbustamento: richiesta di pagina Web

Get Web page

TCP Header

IP Header

WAN Header

Data Link Layer Get

Web page TCP

Header IP

Header LAN 2

Header LAN 2 Trailer

Data Link Layer

Get Web page

TCP Header

IP Header

IP Layer

Remote Router

Data Link Layer Get

Web page TCP

Header IP

Header LAN 2

Header LAN 2 Trailer

Web Server Application

Get Web page

Get Web page

TCP Header

Get Web page

TCP Header

IP Header

TCP Layer

IP Layer

Web page

LAN 2

. . .

WAN Trailer

LAN 1 WAN

Local Router

LAN 2 Remote Router

Web Browser (HTTP client) Web Server

(HTTP server)

WAN

LP 2018/19

Introduzione 68/91

Caso di studio: interazione Web

IP address: 193.204.77.108 Physical address: 00:80:C7:9B:C7:BC

Web browser

DNS server

IP address: 193.204.64.3

Web server

H1

H3

H2

LAN 2

LAN 3

LAN 4 WAN R2 1

3

2

R3

1 2

R1 1

2 LAN 1

Default router IP address: 193.204.77.127 Physical address: 00:00:81:CC:E8:86

IP address: 193.204.68.191 Host name: www.unile.it

Web server

H4

Ø Configurazione dell’host H1

IP address: 193.204.77.247 Physical address: 00:00:E8:50:31:0A Host name: ntreti.unile.it

LP 2018/19

Introduzione 69/91


Web browser

DNS server

IP address: 193.204.64.3

H1

H3


Web server

H4 H2

LAN 2

LAN 3

LAN 4 WAN

Ø  L’utente avvia la macchina (H1), lancia il browser e digita: “http://www.unile.it”,

Ø  Il programma utente invoca il resolver (client DNS) per la traduzione

www.unile.it ---> indirizzo IP Ø  Il client DNS su H1 genera una DNS Query

e richiede all’UDP la consegna del messaggio al processo il cui indirizzo è:

<193.204.64.3, 53> Ø  L’entità UDP su H1 imbusta il messaggio in

un segmento UDP con numero di porta di destinazione 53 e richiede all’IP la consegna del segmento alla pari entità raggiungibile all’indirizzo: 193.204.64.3

R2 1

3

2

R3

1 2

LAN 1 R1

1 2

Default router IP address: 193.204.77.127 Physical address: 00:00:81:CC:E8:86 IP address:

193.204.77.108 Physical address: 00:80:C7:9B:C7:BC


LP 2018/19

Introduzione 70/91


Web browser

DNS server

IP address: 193.204.64.3

LAN 1

H1

H3

H2

LAN 2

LAN 4

Ø  L’entità IP su H1 imbusta il segmento UDP in un datagramma IP con indirizzo di destinazione 193.204.64.3 ed indirizzo sorgente 193.204.77.108. Determina che l’host di destinazione e quello mittente non fanno parte della stessa network IP ---> consegna indiretta (tramite R1)

Ø  L’indirizzo fisico dell’interfaccia (di R1) con indirizzo IP 193.204.77.127 è ricavato utilizzando il protocollo ARP (Address Resolution Protocol) --> ARP cache §  ARP Request: inviata in broadcast a

tutte le stazioni della LAN 1 §  ARP Response

R2 1

3

2

R3

1 2

R1 1

2



Web server

H4


ARP Response LAN 1 Header

LAN 1 Trailer

Sono il nodo che stai cercando ed il mio indirizzo

fisico è: 00:00:81:CC:E8:86

WAN

LAN 3

ARP Request LAN 1 Header

LAN 1 Trailer

Avrei bisogno dell’indirizzo fisico del nodo che ha un

indirizzo IP uguale a: 193.204.77.127


LP 2018/19

Introduzione 71/91

Ø  L’entità IP su H1 fornisce al livello sottostante il datagramma IP e l’indirizzo fisico della destinazione sulla LAN 1 (R1)

Ø  Il frame è inviato ad R1 (indirizzo di destinazione 00:00:81:CC:E8:86, indirizzo sorgente 00:80:C7:9B:C7:BC)

Ø  L’entità IP su R1 instrada il datagramma IP §  determina il Next Hop (R2) §  ricava l’indirizzo fisico di R2

(interfaccia 1) tramite l’ARP se non lo trova nell’ARP cache

§  Invia il datagramma ad R2 tramite il servizio di data link


Web browser

DNS server

IP address: 193.204.64.3

LAN 1

H1

H3

H2

LAN 2

LAN 3

LAN 4 WAN R2 1

3

2

R3

1 2

R1 1

2



Web server

H4


frame DNS Query

UDP Header

IP Header

LAN 1 Header

LAN 1 Trailer

IP datagram

LP 2018/19

Introduzione 72/91


Web browser

DNS server

IP address: 193.204.64.3

LAN 1

H1

H3

H2

LAN 2

LAN 3

LAN 4 WAN R2 1

3

2

R3

1 2

R1 1

2


Ø  Il router R2 inoltra il datagramma IP Ø  Il DNS server invia la DNS Reply Ø  Il resolver riceve la risposta alla query e

restituisce al chiamante l’indirizzo IP richiesto (193.204.68.191)

Ø  Il client HTTP su H1 richiede alTCP la creazione di una connessione con il processo il cui indirizzo è:

<193.204.68.191, 80> Ø  L’entità TCP sottostante avvia il three-way

handshake. Genera un segmento SYN con numero di porta di destinazione 80 e richiede all’IP la consegna del segmento alla pari entità all’indirizzo: 193.204.68.191


Web server

H4


DNS Reply

UDP Header

IP Header

LAN 1 Header

LAN 1 Trailer

13

LP 2018/19

Introduzione 73/91


Web browser

DNS server

IP address: 193.204.64.3

H1

H3

H2

LAN 2

LAN 3

LAN 4 WAN

Ø  L’entità IP su H1 imbusta il segmento SYN in un datagramma IP con indirizzo di destinazione 193.204.68.191 e determina la necessità di una consegna indiretta

Ø  L’entità IP su H1 trova nell’ARP cache l’indirizzo fisico della destinazione sulla LAN 1 (interfaccia 1 del router R1) e lo fornisce insieme al datagramma IP al livello sottostante

Ø  Il frame (contenente il datagramma IP) è inviato ad R1

Ø  I router R1, R2, R3 inoltrano il datagramma IP verso la destinazione finale

R2 1

3

2

R3

1 2

LAN 1 R1

1 2



Web server

H4


TCP SYN segment IP Header

LAN 1 Header

LAN 1 Trailer

Vi è una richiesta di connessione con il server in

ascolto sulla porta 80

LP 2018/19

Introduzione 74/91


Web browser

DNS server

IP address: 193.204.64.3

H1

H3

H2

LAN 2

LAN 3

LAN 4 WAN R2 1

3

2

R3

1 2

LAN 1 R1

1 2



Web server

H4


Ø  L’entità TCP su H4, dopo aver verificato la disponibilità di un server in ascolto sulla porta 80, invia un segmento SYNACK

Ø  L’entità TCP su H1 riscontra con un ACK il segmento SYNACK ricevuto

Ø  Il messaggio “GET web page“ generato dal client HTTP viene finalmente inviato attraverso la connessione TCP

Ø  Il server HTTP risponde alla richiesta

HTTP server

HTTP client

Connessione TCP

TCP ACK segment IP Header

LAN 4 Header

LAN 4 Trailer

http request

http response

TCP SYNACK segment IP Header

LAN 1 Header

LAN 1 Trailer

Richiesta di connessione accettata

LP 2018/19

Introduzione 75/91


Web browser

DNS server

IP address: 193.204.64.3


Web server

H1

H3


Web server

H4 H2

LAN 2

LAN 3

LAN 4 WAN

Ø  Successivamente l’utente digita: “http://ntreti.unile.it”,

Ø  Il programma utente invoca il resolver (client DNS) per la traduzione

ntreti.unile.it ---> indirizzo IP Ø  Il client DNS su H1 genera una DNS Query

e richiede all’UDP la consegna del messaggio al processo il cui indirizzo è:

<193.204.64.3, 53> Ø  L’entità UDP su H1 imbusta il messaggio in

un segmento UDP con numero di porta di destinazione 53 e richiede all’IP la consegna del segmento alla pari entità raggiungibile all’indirizzo: 193.204.64.3

R2 1

3

2

R3

1 2

LAN 1 R1

1 2

Default router IP address: 193.204.77.127 Physical address: 00:00:81:CC:E8:86 IP address:

193.204.77.108 Physical address: 00:80:C7:9B:C7:BC

LP 2018/19

Introduzione 76/91


Web browser

DNS server

IP address: 193.204.64.3

Web server

LAN 1

H1

H3

H2

LAN 2

LAN 3

LAN 4 WAN

Ø  L’entità IP su H1 imbusta il segmento UDP in un datagramma IP con indirizzo di destinazione 193.204.64.3 ed indirizzo sorgente 193.204.77.108. Determina che l’host di destinazione e quello mittente non fanno parte della stessa network IP ---> consegna indiretta (tramite R1)

Ø  L’entità IP su H1 trova nell’ARP cache l’indirizzo fisico della destinazione sulla LAN 1 (interfaccia 1 del router R1) e lo fornisce insieme al datagramma IP al livello sottostante

Ø  Il frame (contenente il datagramma IP) è inviato ad R1

R2 1

3

2

R3

1 2

R1 1

2



Web server

H4



LP 2018/19

Introduzione 77/91


Web browser

DNS server

IP address: 193.204.64.3

Web server

LAN 1

H1

H3

H2

LAN 2

LAN 3

LAN 4 WAN

Ø  I router R1, R2 inoltrano il datagramma IP verso H3

Ø  Il DNS server invia la DNS Reply Ø  Il resolver riceve la risposta alla query e

restituisce al chiamante l’indirizzo IP richiesto (193.204.77.247)

Ø  Il client HTTP su H1 richiede al TCP la creazione di una connessione con il processo il cui indirizzo è:

<193.204.77.247, 80> Ø  L’entità TCP su H1 genera un segmento SYN

con numero di porta di destinazione 80 e richiede all’IP la consegna del segmento alla pari entità all’indirizzo: 193.204.77.247

R2 1

3

2

R3

1 2

R1 1

2



Web server

H4



LP 2018/19

Introduzione 78/91


Web browser

DNS server

IP address: 193.204.64.3

Web server

LAN 1

H1

H3

H2

LAN 2

LAN 3

LAN 4 WAN

Ø  L’entità IP su H1 imbusta il segmento SYN in un datagramma IP con indirizzo di destinazione 193.204.77.247 e determina la possibilità di una consegna diretta

Ø  L’indirizzo fisico dell’interfaccia con indirizzo IP 193.204.77.247 è ricavato utilizzando il protocollo ARP (Address Resolution Protocol) --> ARP cache §  ARP Request §  ARP Response

Ø  L’entità IP su H1 fornisce al livello sottostante il datagramma IP insieme all’indirizzo fisico appena ricavato

Ø  ……………..

R2 1

3

2

R3

1 2

R1 1

2



Web server

H4



ARP Request

ARP Response

14

LP 2018/19

Introduzione 79/91

Protocol Analyzer q  strumento concepito per la manutenzione delle reti q  molto utile per comprenderne il funzionamento q  utilizzare un analizzatore di protocollo è il modo più

semplice ed intuitivo per capire come avviene l'imbustamento nelle reti e come le entità di protocollo ai vari livelli sono in grado di separare i dati dalle intestazioni ed interpretare le informazioni di controllo

q  imposta la scheda di rete in modalità promiscua (promiscuous mode), per cui la scheda accetterà tutti i frame, senza controllare l’indirizzo del destinatario

q  cattura in un buffer tutti i frame in transito sul canale, o solo quelli definiti da un sistema di filtraggio; decodifica, poi, i frame per dare una definizione leggibile del loro contenuto

LP 2018/19

Introduzione 80/91



Web browser

DNS server

IP address: 193.204.64.3

Web server

H1

H3

H2

LAN 2

LAN 3

LAN 4 WAN R2 1

3

2

R3

1 2


R1 1

2 LAN 1


Web server

H4


❒  Utilizzo di un protocol analyzer per la cattura dei frame in arrivo ed in partenza dall’interfaccia di rete di H1

LP 2018/19

Introduzione 81/91

http://www.unile.it LP 2018/19

Introduzione 82/91

http://ntreti.unile.it

LP 2018/19

Introduzione 83/91

Standard ❒  De facto: pur non essendo approvati da

un’organizzazione, sono stati adottati come standard a causa della loro vasta diffusione

❒  De jure: stabiliti da un’organizzazione ufficiale

LP 2018/19

Introduzione 84/91

Chi c’è nel mondo degli standard

❒  ITU (International Telecommunication Union): l’organismo internazionale che emette le specifiche tecniche che devono essere adottate dalle PTT

❒  ISO (International Standard Organization): ente di standardizzazione che si occupa anche di standard informatici

❒  ANSI (American National Standards Institute): rappresentante degli USA nell’ISO

❒  IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers): organizzazione professionale con gruppi di standardizzazione

❒  Vari Forum (es., Frame Relay Forum, ATM Forum,…)

15

LP 2018/19

Introduzione 85/91

Chi c’è nel mondo degli standard per Internet

❒  ISOC (Internet Society): organizzazione nata nel ’92 al fine di coaudivare il processo che conduce agli standard Internet

❒  IAB (Internet Architecture Board): consulente tecnico dell’ISOC ❒  IETF (Internet Engineering Task Force): organo dello IAB per

l’ingegnerizzazione a breve termine di Internet ❒  IRTF (Internet Research Task Force): organo dello IAB che si

occupa di ricerca a lungo termine

LP 2018/19 Introduction C - unisalento.it

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