Download Part I: Introduction

Reti di calcolatori e
Sicurezza
-- Overview ---
Part of these slides are adapted from the slides of the book:
Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet,
2nd edition.
Jim Kurose, Keith Ross
Addison-Wesley, July 2002.
(copyright 1996-2002
J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved)
Introduction
1-1
Overview
 Cosa è una rete
 Cosa è Internet

Componenti

Servizi
• Cosa è un protocollo
• Client/server e peer-to-peer
• Connectionless e connection-oriented
 Network core






Circuit/packet switching
• TDM/FDM
• packet network e VC
Perdite e ritardi in packet-switched network
Struttura a livelli
Internet structure and ISPs
Accessi alla rete e mezzi fisici (self study)
Storia di Internet (self study)
Introduction
1-2
Overview
 Cosa è una rete
 Cosa è Internet

Componenti

Servizi
• Cosa è un protocollo
• Client/server e peer-to-peer
• Connectionless e connection-oriented
 Network core






Circuit/packet switching
• TDM/FDM
• packet network e VC
Perdite e ritardi in packet-switched network
Struttura a livelli
Internet structure and ISPs
Accessi alla rete e mezzi fisici (self study)
Storia di Internet (self study)
Introduction
1-3
Reti e Sistemi Distribuiti
 Cosa e’ una rete:
 Un insieme
interconnesso di
computer autonomi
 Differenza tra Reti e
Sistemi Distribuiti

L’esistenza di più
computer è trasparente
Introduction
1-4
Reti e Sistemi Distribuiti
 Cosa e’ una rete:
 Un insieme
interconnesso di
computer autonomi
 Differenza tra Reti e
Sistemi Distribuiti

L’esistenza di più
computer è trasparente
Introduction
1-5
Mainframe + terminali
Introduction
1-6
Overview
 Cosa è una rete
 Cosa è Internet

Componenti

Servizi
• Cosa è un protocollo
• Client/server e peer-to-peer
• Connectionless e connection-oriented
 Network core






Circuit/packet switching
• TDM/FDM
• packet network e VC
Perdite e ritardi in packet-switched network
Struttura a livelli
Internet structure and ISPs
Accessi alla rete e mezzi fisici (self study)
Storia di Internet (self study)
Introduction
1-7
Internet: l’HW
 Milioni di dispositivi
computazionali connessi
in rete: hosts, endsystems


router
server
workstation
mobile
ISP: Milano
Pc, workstation, server
PDA, cellulari, frigoriferi
ISP: Catania
 Collegamenti
 Fibre ottiche, ponti radio,
satellite
 router: compito di
inoltrare pezzi di dati
(pacchetti) lungo la rete
Rete di
Ateneo
Introduction
1-8
Internet: SW
 Protocolli di comunicazione:
meccanismi per la
trasmissione dei messaggi

TCP, IP, HTTP, FTP, PPP
router
server
workstation
mobile
ISP Milano
 Internet: “network of
networks”

ISP Catania
gerarchica
 Internet: standard
 RFC: Request for comments
 IETF: Internet Engineering
Task Force
Rete di
Ateneo
Pisa
Introduction
1-9
Cos’è un protocollo?
Protocolli umani:
 “pronto..”
 “pronto, sono Pippo, come
stai?”
… regole che governano la
condotta delle persone
(azioni - reazioni) nello
scambio dei messaggi
Protocolli di rete:
 calcolatori invece che persone
 tutte le attività di comunicazione in
Internet sono governate da
protocolli
I protocolli definiscono il formato e
l’ordine, dei messaggi inviati e
ricevuti tra entità della rete e le
azioni che vengono fatte per la
trasmissione e ricezione dei
messaggi
Introduction
1-10
Cos’è un protocollo?
Un protocollo umano e protocollo di rete di calcolatori
ciao
Connessione TCP
richiesta
ciao
Connessione TCP
risposta
Sai l’ora?
Get http://gaia.cs.umass.edu/index.htm
Sono le 2
<file>
tempo
Introduction
1-11
Internet: una visione a servizi
 Infrastruttura di
comunicazione che
permette l’esecuzione di
applicazioni distribuite:


WWW, email, e-commerce,
Information Retrieval, GIS,
altro?
 Servizi:
 connectionless
 connection-oriented
 Nessuna garanzia sul
tempo richiesto (ancora)
Introduction
1-12
Internet: Sezione accesso alla rete
 hosts:


Applicazioni e servizi di rete
e.g., WWW, email
 Modello client/server


Host (client) host rinvia una
richiesta di servizio, host
(server) fornisce il servizio
e.g., WWW client (browser)/
server; email client/server
 peer2peer:



Non ci sono server dedicati
Interazione è simmetrica
e.g.: FreeNet, GNUTELLA
Introduction
1-13
Servizi orientati alla connessione
Obiettivo:
trasferimento di dati
tra host
 handshaking: fase
iniziale di
inizializzazione

“set up” dello stato
 TCP - Transmission
Control Protocol

Servizio orientato alla
connessione di Internet
TCP [RFC 793]
 Trasferimento di dati
affidabile

Ack+Ritrasmissione
 Controllo del flusso:

Sender non deve trasmettere
troppo velocemente (da
affogare il receiver!)
 Controllo della congestione
control:

Sender non deve
congestionare il traffico di
rete (anche se il mittente
riceverebbe pacchetti la rete
(I router) non ce la fa)
Introduction
1-14
Servizi non orientati alla connessione
Obiettivo: trasferimento
di dati tra host
 UDP - User Datagram
Protocol [RFC 768]:
 Trasferimento non
affidabile
 Non sono previsti
meccanismi per il
controllo del flusso e
della congestione
TCP:
 HTTP (WWW), FTP
(file transfer), Telnet
(remote login), SMTP
(email)
UDP:
 Apps video/Audio,
teleconferenze,
telefonia su Internet
Introduction
1-15
Esercizio divertente
 2004:Chi conosce progetto SETIatHome?
 2004: Trovare una descrizione del
protocollo di comunicazione su rete di seti
e descriverlo
Introduction
1-16
Overview
 Cosa è una rete
 Cosa è Internet

Componenti

Servizi
• Cosa è un protocollo
• Client/server e peer-to-peer
• Connectionless e connection-oriented
 Network core






Circuit/packet switching
• TDM/FDM
• packet network e VC
Perdite e ritardi in packet-switched network
Struttura a livelli
Internet structure and ISPs
Accessi alla rete e mezzi fisici (self study)
Storia di Internet (self study)
Introduction
1-17
Nucleo della rete
 Ragnatela di router
 La domanda fondamentale:
Come avviene il trasferimento
dei dati nelle reti?
 Commutazione di circuito:
circuito dedicato per ogni
chiamata (rete telefonica)
 Commutazione di
pacchetto: i dati sono
inviati in rete
scomponendoli in “pezzi”
Introduction
1-18
 Commutazione di circuito
 Commutazione di pacchetto
Introduction
1-19
Commutazione di circuito
Allocazione delle
risorse per la
gestione della
chiamata
 Banda di trasmissione
 Risorse dedicate
 Performance elevata
 Fase di inizializzazione
 Creazione circuito
Introduction
1-20
Commutazione di circuito
Le risorse di
comunicazione di
rete (bandwidth)
sono suddivise in
“parti” allocate alle
 Due soluzioni possibili
 frequency
division
(FDM)
 time division (TDM)
chiamate
 Una parte della risorsa
rimane inattiva (idle) se
non viene utilizzata (no
sharing)
Introduction
1-21
Circuit Switching: TDMA and TDMA
Example:
FDMA
4 users
frequency
time
TDMA
frequency
time
Introduction
1-22
Packet Switching
Dati sono suddivisi in packets
 Packet degli utenti A e B
condividono le risorse di rete
 ogni packet utilizza la banda al
massimo della sua capacità
 “resources used as needed” .
Non è necessaria una
allocazione iniziale di tutte le
risorse
Problematiche:
 Richiesta di risorse può
essere superiore della
disponibilità
 congestione: code
 “store and forward”:
packet fanno un passo
alla volta
 Trasmissione su un
link
 Attesa al link
successivo
Introduction
1-23
Statistical Multiplexing
10 Mbs
Ethernet
A
B
statistical multiplexing
C
1.5 Mbs
queue of packets
waiting for output
link
D
E
Le sequenze di pacchetti di A e B non hanno un
pattern fisso  statistical multiplexing.
Introduction
1-24
Packet-switching: store-and-forward
L
R
 Takes L/R seconds to
R
transmit (push out)
packet of L bits on to
link or R bps
 Entire packet must
arrive at router before
it can be transmitted
on next link: store and
forward
 delay = 3L/R
R
Example:
 L = 7.5 Mbits
 R = 1.5 Mbps
 delay = 15 sec
Introduction
1-25
 Commutazione di pacchetto
 Vs
 Commutazione di messaggio
Introduction
1-26
V alutazione
Commutazione di pacchetto permette di avere un maggior
numero di utenti
 Collegamento ad 1 Mbit
 Utente generico:


100Kbps se “attivo”
Attivo solo 10% del tempo
 Commutazione di circuito:

10 utenti
 Commutazione di
pacchetto:

N utenti
35 utenti, probabilità di
avere un numero di utenti
attivi maggiore di 10 è
minore di .004
1 Mbps link
Introduction
1-27
Packet Switching: Message Segmenting
Now break up the message
into 5000 packets
 Each packet 1,500 bits
 1 msec to transmit
packet on one link
 pipelining: each link
works in parallel
 Delay reduced from 15
sec to 5.002 sec
Introduction
1-28
 Datagram
 Vs
 Virtual circuit
Introduction
1-29
Packet-switched networks: forwarding
 Goal: move packets through routers from source to
destination

we’ll study several path selection (i.e. routing)algorithms
(chapter 4)
 datagram network:
1. destination address in packet determines next hop
 routes may change during session
 analogy: driving, asking directions
 virtual circuit network:
1. each packet carries tag (virtual circuit ID), tag
determines next hop
 fixed path determined at call setup time, remains fixed
thru call
 routers maintain per-call state
Introduction
1-30
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.
Introduction
1-31
Overview
 Cosa è una rete
 Cosa è Internet

Componenti

Servizi
• Cosa è un protocollo
• Client/server e peer-to-peer
• Connectionless e connection-oriented
 Network core






Circuit/packet switching
• TDM/FDM
• packet network e VC
Perdite e ritardi in packet-switched network
Struttura a livelli
Internet structure and ISPs
Accessi alla rete e mezzi fisici (self study)
Storia di Internet (self study)
Introduction
1-32
How do loss and delay occur?
packets queue in router buffers
 packet arrival rate to link exceeds output link capacity
 packets queue, wait for turn
packet being transmitted (delay)
A
B
packets queueing (delay)
free (available) buffers: arriving packets
dropped (loss) if no free buffers
Introduction
1-33
Four sources of packet delay
 1. nodal processing:
 check bit errors
 determine output link
 2. queueing
 time waiting at output
link for transmission
 depends on congestion
level of router
transmission
A
propagation
B
nodal
processing
queueing
Introduction
1-34
Delay in packet-switched networks
3. Transmission delay:
 R=link bandwidth (bps)
 L=packet length (bits)
 time to send bits into
link = L/R
transmission
A
4. Propagation delay:
 d = length of physical link
 s = propagation speed in
medium (~2x108 m/sec)
 propagation delay = d/s
Note: s and R are very
different quantities!
propagation
B
nodal
processing
queueing
Introduction
1-35
Nodal delay
d nodal  d proc  d queue  d trans  d prop
 dproc = processing delay
 typically a few microsecs or less
 dqueue = queuing delay
 depends on congestion
 dtrans = transmission delay
 = L/R, significant for low-speed links
 dprop = propagation delay
 a few microsecs to hundreds of msecs
Introduction
1-36
Queueing delay (revisited)
 R=link bandwidth (bps)
 L=packet length (bits)
 a=average packet
arrival rate
traffic intensity = La/R
 La/R ~ 0: average queueing delay small
 La/R -> 1: delays become large
 La/R > 1: more “work” arriving than can be
serviced, average delay infinite!
Introduction
1-37
“Real” Internet delays and routes
 What do “real” Internet delay & loss look like?
 Traceroute program: provides delay
measurement from source to router along end-end
Internet path towards destination. For all i:



sends three packets that will reach router i on path
towards destination
router i will return packets to sender
sender times interval between transmission and reply.
3 probes
3 probes
3 probes
Introduction
1-38
“Real” Internet delays and routes
traceroute: gaia.cs.umass.edu to www.eurecom.fr
Three delay measements from
gaia.cs.umass.edu to cs-gw.cs.umass.edu
1 cs-gw (128.119.240.254) 1 ms 1 ms 2 ms
2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu (128.119.3.145) 1 ms 1 ms 2 ms
3 cht-vbns.gw.umass.edu (128.119.3.130) 6 ms 5 ms 5 ms
4 jn1-at1-0-0-19.wor.vbns.net (204.147.132.129) 16 ms 11 ms 13 ms
5 jn1-so7-0-0-0.wae.vbns.net (204.147.136.136) 21 ms 18 ms 18 ms
6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu (198.32.11.9) 22 ms 18 ms 22 ms
7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu (198.32.8.46) 22 ms 22 ms 22 ms trans-oceanic
8 62.40.103.253 (62.40.103.253) 104 ms 109 ms 106 ms
link
9 de2-1.de1.de.geant.net (62.40.96.129) 109 ms 102 ms 104 ms
10 de.fr1.fr.geant.net (62.40.96.50) 113 ms 121 ms 114 ms
11 renater-gw.fr1.fr.geant.net (62.40.103.54) 112 ms 114 ms 112 ms
12 nio-n2.cssi.renater.fr (193.51.206.13) 111 ms 114 ms 116 ms
13 nice.cssi.renater.fr (195.220.98.102) 123 ms 125 ms 124 ms
14 r3t2-nice.cssi.renater.fr (195.220.98.110) 126 ms 126 ms 124 ms
15 eurecom-valbonne.r3t2.ft.net (193.48.50.54) 135 ms 128 ms 133 ms
16 194.214.211.25 (194.214.211.25) 126 ms 128 ms 126 ms
17 * * *
* means no reponse (probe lost, router not replying)
18 * * *
19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136 ms
Introduction
1-39
Packet loss
 queue (aka buffer) preceding link in buffer
has finite capacity
 when packet arrives to full queue, packet is
dropped (aka lost)
 lost packet may be retransmitted by
previous node, by source end system, or
not retransmitted at all
Introduction
1-40
Overview
 Cosa è una rete
 Cosa è Internet

Componenti

Servizi
• Cosa è un protocollo
• Client/server e peer-to-peer
• Connectionless e connection-oriented
 Network core






Circuit/packet switching
• TDM/FDM
• packet network e VC
Perdite e ritardi in packet-switched network
Struttura a livelli
Internet structure and ISPs
Accessi alla rete e mezzi fisici (self study)
Storia di Internet (self study)
Introduction
1-41
Protocol “Layers”
Networks are complex!
 many “pieces”:
 hosts
 routers
 links of various
media
 applications
 protocols
 hardware,
software
Question:
Is there any hope of
organizing structure of
network?
Or at least our discussion
of networks?
Introduction
1-42
Why layering?
Dealing with complex systems:
 explicit structure allows identification,
relationship of complex system’s pieces
 layered reference model for discussion
 modularization eases maintenance, updating of
system
 change of implementation of layer’s service
transparent to rest of system
 e.g., change in gate procedure doesn’t affect
rest of system
 layering considered harmful?
Introduction
1-43
Internet protocol stack
 application: supporting network
applications

FTP, SMTP, STTP
application
 transport: host-host data transfer
 TCP, UDP
transport
 network: routing of datagrams from
network
source to destination

IP, routing protocols
 link: data transfer between
neighboring network elements

link
physical
PPP, Ethernet
 physical: bits “on the wire”
Introduction
1-44
Layering: logical communication
Each layer:
 distributed
 “entities”
implement
layer functions
at each node
 entities
perform
actions,
exchange
messages with
peers
application
transport
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
Introduction
1-45
Layering: logical communication
E.g.: transport
 take data from app
 add addressing,
reliability check
info to form
“datagram”
 send datagram to
peer
 wait for peer to
ack receipt
 analogy: post
office
data
application
transport
transport
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
ack
data
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
data
application
transport
transport
network
link
physical
Introduction
1-46
Layering: physical communication
data
application
transport
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
data
application
transport
network
link
physical
Introduction
1-47
Protocol layering and data
Each layer takes data from above
 adds header information to create new data unit
 passes new data unit to layer below
source
M
Ht M
Hn Ht M
Hl Hn Ht M
application
transport
network
link
physical
destination
application
Ht
transport
Hn Ht
network
Hl Hn Ht
link
physical
M
message
M
segment
M
M
datagram
frame
Introduction
1-48
Overview
 Cosa è una rete
 Cosa è Internet

Componenti

Servizi
• Cosa è un protocollo
• Client/server e peer-to-peer
• Connectionless e connection-oriented
 Network core






Circuit/packet switching
• TDM/FDM
• packet network e VC
Perdite e ritardi in packet-switched network
Struttura a livelli
Internet structure and ISPs
Accessi alla rete e mezzi fisici (self study)
Storia di Internet (self study)
Introduction
1-49
Internet structure: network of networks
 roughly hierarchical
 at center: “tier-1” ISPs (e.g., UUNet, BBN/Genuity,
Sprint, AT&T), national/international coverage
 treat each other as equals
Tier-1
providers
interconnect
(peer)
privately
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
NAP
Tier-1 providers
also interconnect
at public network
access points
(NAPs)
Tier 1 ISP
Introduction
1-50
Internet structure: network of networks
 “Tier-2” ISPs: smaller (often regional) ISPs
 Connect to one or more tier-1 ISPs, possibly other tier-2 ISPs
Tier-2 ISP pays
tier-1 ISP for
connectivity to
rest of Internet
 tier-2 ISP is
customer of
tier-1 provider
Tier-2 ISP
Tier-2 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier-2 ISP
NAP
Tier 1 ISP
Tier-2 ISPs
also peer
privately with
each other,
interconnect
at NAP
Tier-2 ISP
Tier-2 ISP
Introduction
1-51
Internet structure: network of networks
 “Tier-3” ISPs and local ISPs
 last hop (“access”) network (closest to end systems)
local
ISP
Local and tier3 ISPs are
customers of
higher tier
ISPs
connecting
them to rest
of Internet
Tier 3
ISP
Tier-2 ISP
local
ISP
local
ISP
local
ISP
Tier-2 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier-2 ISP
local
local
ISP
ISP
NAP
Tier 1 ISP
Tier-2 ISP
local
ISP
Tier-2 ISP
local
ISP
Introduction
1-52
Internet structure: network of networks
 a packet passes through many networks!
local
ISP
Tier 3
ISP
Tier-2 ISP
local
ISP
local
ISP
local
ISP
Tier-2 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier-2 ISP
local
local
ISP
ISP
NAP
Tier 1 ISP
Tier-2 ISP
local
ISP
Tier-2 ISP
local
ISP
Introduction
1-53
Situazione attuale in Italia?
 Eunet, primo fornitore di accessi in Italia
 Definizione di un backbone per le reti verso la
fine degli anni ‘80
Introduction
1-54
La rete Garr-B
•Back bone
•linee blu a 2.5 Gbps
•Linee rosse a 155 Mbps
•Collegamenti Internazionali
•MI-GEANT 2.5 Gbps
•MI-GX 2.5 Gbps
•RM-KQ 622 Mbps (in attivazione)
•Collegamenti tra Backbone
e POP di accesso
•RM-AQ 2 x 34 Mbps
Introduction
1-55
Collegamenti con la rete GARR
Chieti-L’Aquila 4Mbps (ora di piu!)
L’Aquila-Roma 64Mbps
Introduction
1-56
Che cosa è Internet oggi
 Una vasta metarete (una rete di reti) di computer (hosts)
 Un insieme di oltre 100,000 reti capaci di trasportare dati
utilizzando il protocollo TCP/IP
 Un servizio utilizzato da istituzioni di ogni tipo - commerciali,
accademiche e governative



per collaborare con colleghi
per coordinare rapidamente complesse attività di livello mondiale
per raccogliere e offrire informazione
 Un servizio utilizzato da professionisti di ogni tipo - specialmente
nel campo della ricerca e sviluppo
 Un servizio utilizzato da organizzazioni specializzate nella raccolta e
fornitura di informazioni
Introduction
1-57
Come è organizzata
 Non ha proprietari
 È governata dalla Internet Society,

ISOC (Internet SOCiety)
• 7000 soci individuali (100 italiani)
• 250 soci organizational (3 italiani)
 un gruppo di volontari che
 Promuove lo sviluppo armonico
 Pianifica l’evoluzione
 Mantiene gli standard
Introduction
1-58
Internet Governance
 ICANN - Internet Corporation for Assigned
Names and Numbers (si chiamava IANA)
 Organizzazione americana con sede in California




Protocolli
Indirizzi IP
Nomi a Dominio
Root Server System
Introduction
1-59
Le “Supporting Organizations” di ICANN
 Protocol SO
IAB (Internet Architecture Board)
 IETF (Internet Engineering Task Force)

 Address SO
 RIPE-NCC (Reseaux IP Europeenne - Network
Control Center)
 ARIN (American Registry for Internet Numbers)
 APNIC (Asian Pacific Network Information Center)
Introduction
1-60
Overview
 Cosa è una rete
 Cosa è Internet

Componenti

Servizi
• Cosa è un protocollo
• Client/server e peer-to-peer
• Connectionless e connection-oriented
 Network core






Circuit/packet switching
• TDM/FDM
• packet network e VC
Perdite e ritardi in packet-switched network
Struttura a livelli
Internet structure and ISPs
Accessi alla rete e mezzi fisici (self study)
Storia di Internet (self study)
Introduction
1-61
Netiquette
 Spirito collaborativo e regole di comportamento
(netiquette)







Non sprecare risorse (es. la banda di trasmissione)
Non fare niente che possa danneggiare la rete (es. Virus)
Rispetto della privatezza, della proprietà
Non inviare propaganda non richiesta (spamming)
Intercettare le comunicazioni (sniffing)
Uso non autorizzato di risorse protette (cracking)
Agire sotto mentite spoglie (spoofing)
Introduction
1-62
Access networks and physical media
Q: How to connection end
systems to edge router?
 residential access nets
 institutional access
networks (school,
company)
 mobile access networks
Keep in mind:
 bandwidth (bits per
second) of access
network?
 shared or dedicated?
Introduction
1-63
Residential access: point to point access
 Dialup via modem
up to 56Kbps direct access to
router (often less)
 Can’t surf and phone at same
time: can’t be “always on”

 ADSL: asymmetric digital subscriber line
up to 1 Mbps upstream (today typically < 256 kbps)
 up to 8 Mbps downstream (today typically < 1 Mbps)
 FDM: 50 kHz - 1 MHz for downstream

4 kHz - 50 kHz for upstream
0 kHz - 4 kHz for ordinary telephone
Introduction
1-64
Residential access: cable modems
 HFC: hybrid fiber coax
asymmetric: up to 10Mbps upstream, 1 Mbps
downstream
 network of cable and fiber attaches homes to
ISP router
 shared access to router among home
 issues: congestion, dimensioning
 deployment: available via cable companies, e.g.,
MediaOne

Introduction
1-65
Residential access: cable modems
Diagram: http://www.cabledatacomnews.com/cmic/diagram.html
Introduction
1-66
Cable Network Architecture: Overview
Typically 500 to 5,000 homes
cable headend
cable distribution
network (simplified)
home
Introduction
1-67
Cable Network Architecture: Overview
cable headend
cable distribution
network (simplified)
home
Introduction
1-68
Cable Network Architecture: Overview
server(s)
cable headend
cable distribution
network
home
Introduction
1-69
Cable Network Architecture: Overview
FDM:
V
I
D
E
O
V
I
D
E
O
V
I
D
E
O
V
I
D
E
O
V
I
D
E
O
V
I
D
E
O
D
A
T
A
D
A
T
A
C
O
N
T
R
O
L
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Channels
cable headend
cable distribution
network
home
Introduction
1-70
Company access: local area networks
 company/univ local area
network (LAN) connects
end system to edge router
 Ethernet:
 shared or dedicated link
connects end system
and router
 10 Mbs, 100Mbps,
Gigabit Ethernet
 deployment: institutions,
home LANs happening now
 LANs: chapter 5
Introduction
1-71
Wireless access networks
 shared wireless access
network connects end system
to router

via base station aka “access
point”
 wireless LANs:
 802.11b (WiFi): 11 Mbps
 wider-area wireless access
 provided by telco operator
 3G ~ 384 kbps
• Will it happen??
 WAP/GPRS in Europe
router
base
station
mobile
hosts
Introduction
1-72
Home networks
Typical home network components:
 ADSL or cable modem
 router/firewall/NAT
 Ethernet
 wireless access
point
to/from
cable
headend
cable
modem
router/
firewall
Ethernet
(switched)
wireless
laptops
wireless
access
point
Introduction
1-73
Physical Media
 Bit: propagates between
transmitter/rcvr pairs
 physical link: what lies
between transmitter &
receiver
 guided media:

signals propagate in solid
media: copper, fiber, coax
Twisted Pair (TP)
 two insulated copper
wires


Category 3: traditional
phone wires, 10 Mbps
Ethernet
Category 5 TP:
100Mbps Ethernet
 unguided media:
 signals propagate freely,
e.g., radio
Introduction
1-74
Physical Media: coax, fiber
Coaxial cable:
 two concentric copper
conductors
 bidirectional
 baseband:


single channel on cable
legacy Ethernet
 broadband:
 multiple channel on cable
 HFC
Fiber optic cable:
 glass fiber carrying light
pulses, each pulse a bit
 high-speed operation:

high-speed point-to-point
transmission (e.g., 5 Gps)
 low error rate: repeaters
spaced far apart ; immune
to electromagnetic noise
Introduction
1-75
Physical media: radio
 signal carried in
electromagnetic
spectrum
 no physical “wire”
 bidirectional
 propagation
environment effects:



reflection
obstruction by objects
interference
Radio link types:
 terrestrial microwave
 e.g. up to 45 Mbps channels
 LAN (e.g., WaveLAN)
 2Mbps, 11Mbps
 wide-area (e.g., cellular)
 e.g. 3G: hundreds of kbps
 satellite
 up to 50Mbps channel (or
multiple smaller channels)
 270 msec end-end delay
 geosynchronous versus
LEOS
Introduction
1-76
Overview
 Cosa è una rete
 Cosa è Internet

Componenti

Servizi
• Cosa è un protocollo
• Client/server e peer-to-peer
• Connectionless e connection-oriented
 Network core






Circuit/packet switching
• TDM/FDM
• packet network e VC
Perdite e ritardi in packet-switched network
Struttura a livelli
Internet structure and ISPs
Accessi alla rete e mezzi fisici (self study)
Storia di Internet (self study)
Introduction
1-77
Internet History
1961-1972: Early packet-switching principles
 1961: Kleinrock - queueing
theory shows
effectiveness of packetswitching
 1964: Baran - packetswitching in military nets
 1967: ARPAnet conceived
by Advanced Research
Projects Agency
 1969: first ARPAnet node
operational
 1972:




ARPAnet demonstrated
publicly
NCP (Network Control
Protocol) first hosthost protocol
first e-mail program
ARPAnet has 15 nodes
Introduction
1-78
Internet History
1972-1980: Internetworking, new and proprietary nets
 1970: ALOHAnet satellite





network in Hawaii
1973: Metcalfe’s PhD thesis
proposes Ethernet
1974: Cerf and Kahn architecture for
interconnecting networks
late70’s: proprietary
architectures: DECnet, SNA,
XNA
late 70’s: switching fixed
length packets (ATM
precursor)
1979: ARPAnet has 200 nodes
Cerf and Kahn’s
internetworking principles:
 minimalism, autonomy no internal changes
required to
interconnect networks
 best effort service
model
 stateless routers
 decentralized control
define today’s Internet
architecture
Introduction
1-79
Internet History
1980-1990: new protocols, a proliferation of networks
 1983: deployment of




TCP/IP
1982: SMTP e-mail
protocol defined
1983: DNS defined
for name-to-IPaddress translation
1985: FTP protocol
defined
1988: TCP congestion
control
 new national networks:
Csnet, BITnet,
NSFnet, Minitel
 100,000 hosts
connected to
confederation of
networks
Introduction
1-80
Internet History
1990, 2000’s: commercialization, the Web, new apps
 Early 1990’s: ARPAnet
decommissioned
 1991: NSF lifts restrictions on
commercial use of NSFnet
(decommissioned, 1995)
 early 1990s: Web
 hypertext [Bush 1945, Nelson
1960’s]
 HTML, HTTP: Berners-Lee
 1994: Mosaic, later Netscape
 late 1990’s:
commercialization of the Web
Late 1990’s – 2000’s:
 more killer apps: instant
messaging, peer2peer
file sharing (e.g.,
Naptser)
 network security to
forefront
 est. 50 million host, 100
million+ users
 backbone links running
at Gbps
Introduction
1-81
Sommario
 Internet: un po’ di Storia
Introduction
1-82
L’evoluzione di Internet
rete sperimentale
Darpa - Arpanet
1967
rete per la ricerca
NSF - Internet
(National Science Foundation)
1984
infrastruttura
Internet globale
1991
Introduction
1-83
Il 4 Ottobre 1957
 Il 4 Ottobre 1957, viene messo in orbita
dall’Unione Sovietica lo Sputnik, il primo
satellite artificiale della storia, battendo sul
tempo gli U.S.A
 Gli Stati Uniti creano l’ARPA, Advanced
Research Project Agency, per ristabilire il
primato scientifico nel campo militare
 Nasce una scommessa bellica, che quasi
inevitabilmente rivoluziona il modo di
comunicare: Internet
Introduction
1-84
L’inizio e motivi della nascita
 Il DOD, Department of Defense, incarica l’ARPA di
costruire una rete telematica tra le basi militari
dislocate sul territorio nazionale
 Tra il 1968 ed il 1969 l’ARPA collega 4 università diverse, ognuna con
un IMP, cioè con un Interface Message Processor, usando la linea
telefonica

L'impianto diviene attivo il 2 settembre 1969 e nasce così ARPANET
Introduction
1-85
ARPANET
 comunicazione tra città e basi militari dopo un
conflitto nucleare
 funzionamento anche dopo la scomparsa di alcuni
nodi
 nessun nodo di controllo possibile obiettivo di un
attacco
 Commutazione di pacchetto o packet switching



tutti i nodi della rete con pari importanza e capacità di inviare,
smistare e ricevere messaggi
messaggi suddivisi in pacchetti di lunghezza fissa
ogni pacchetto contiene il mittente, il destinatario ed il messaggio,
con un percorso non predeterminato
Introduction
1-86
Funzionamento di ARPANET
 Ogni singolo pacchetto è un’entità a
se stante, dotata di una serie di
informazioni
 Dopo una serie di passaggi tra i vari
nodi, tutti i pacchetti inviati da A
giungono al nodo G, e ricomposti nel
messaggio originale
 Qualunque sia lo stato della rete, c’è
una via alternativa per giungere alla
propria destinazione
Introduction
1-87
All’inizio ...
 Settembre 1969:

University of California
Los Angeles (UCLA),
 Dicembre 1969:


 ARPANET (Advanced
Research Projects
Agency)

University of California
Santa Barbara (UCSB),
University of Utah
Stanford Research
Institute (SRI).
Introduction
1-88
ARPANET
 Settembre 1971
 Ottobre
1980
Introduction
1-89
Miriade di *net ...
 usenet (1979)
 1981,






NSF costruisce CSNET, Computer Science Network
rete del Department of Energy
rete della NASA, National Aeronautics and Space
Administration
HEPNET, High Energy Physics Network che riuniva i
ricercatori della fisica delle alte energie
MFNET, Magnetic Fusion Energy Network
BITNET, Because It's Time Network, una rete con tecnologia
IBM per lo scambio di messaggi tra le università
Introduction
1-90
Miriade di *net ...
 eunet (1982)
 milnet, earnet, Fidonet (1983)
 junet, janet (1984)
 nsfnet = Internet Backbone (1986)
Introduction
1-91
Gli anni ‘80: Nascita di NSFNET, la prima vera grande dorsale di Internet
Connessioni
con
l’Europa
Dorsale comune, con allacciate diverse reti regionali identificate in

seguito come Regional Network Provider
JANET, Joint
NORDUNET
1987: 64 kbps
1989: 128 kbps
Nel 1987 connessione
diretta con ARPANET
con protocolli comuni
Academic Network
JVNCNET, John von
Neumann Center Network
 15 giugno 1987 NSF pubblica un bando d’appalto per la realizzazione
di una nuova dorsale con i protocolli TCP/IP
Introduction
1-92
Gli anni ‘80: Nascita di NSFNET, la prima vera grande dorsale di Internet
LaAppalto
prima
vera
grande
dorsale
quinquennale di 57,9 milioni di dollari concesso a: IBM, MCI e

Merit Network
 Nuova dorsale o backbone con nome NSFNET, linee ad alta velocità T1
(1,5 Mbit per secondo)
 Preclusa al traffico commerciale,
come definito nel documento AUP,
Accetable User Policy
La rete entra fisicamente in funzione nel luglio 1988 e resta attiva fino al luglio
1989, rimpiazzata da una nuova dorsale
 1990, DOD dichiara ARPANET obsoleta e ufficialmente smantellata

Introduction
1-93
NSFNet
 1988: CA, DK, FI, FR, IS, NO, SE
 1989: AU, DE, IL, IT, JP, MX, NL, NZ, PR, UK
 1990: AR, AT, BE, BR, CL, GR, IN, IE, KR, ES, CH
 1991: HR, CZ, HK, HU, OL, PT, SG, ZA, TW, TN
 1992: AQ, CM, CY, EC, EE, KW, LV, LU, MY, SK, SI, TH,
VE
 1993: BG, CR, EG, FJ, GH, GU, ID, KZ, KE, LI, PE, RO,
RU, TR, UA, AE, VI
 1994: ...
Introduction
1-94
Dal 1991 ...
Introduction
1-95
… al 1997
Introduction
1-96
Un po’ di numeri ...
Introduction
1-97
… e gli hosts ...
Introduction
1-98
Gli anni ‘90: il World Wide Web
Il World Wide Web
 1992 istituita l’Internet Society con presidente Vinton Cerf
 Il CERN di Ginevra, ovvero il Consiglio Europeo per la Ricerca
Nucleare introduce il WWW, il world wide web
 1992, il NCSA, presso la
University of Illinois, rilascia
l’interfaccia utente Mosaic
 Il linguaggio HTML e il
protocollo HTTP
 A partire dal 1994 il web trasforma Internet in un fenomeno di
massa non più accessibile esclusivamente ad università ed enti di
ricerca
Introduction
1-99
NCSA Mosaic
Introduction
1-100
Il www ...
Introduction
1-101
navigatori internet nel mondo
Introduction
1-102
Lingua della popolazione on-line
Introduction
1-103
Penetrazione Internet in
Europa
Introduction
1-104
Accessi Internet in Italia
1999-2004
Introduction
1-105
Quota di web buyers nei paesi
europei
Introduction
1-106
L'E-commerce in Italia
Introduction
1-107
Introduction: Summary
Covered a “ton” of material!
 Internet overview
 what’s a protocol?
 network edge, core, access
network
 packet-switching versus
circuit-switching
 Internet/ISP structure
 performance: loss, delay
 layering and service
models
 history
You now have:
 context, overview,
“feel” of networking
 more depth, detail to
follow!
Introduction
1-108