insieme di dispositivi interconnessi tra loro attraverso canali di comunicazione che sono in grado di scambiare informazioni e dati tra loro utilizzando protocolli di comunicazione specifici

internet è costituita da tre sistemi principali: il sistema periferico costituito dalla parte più esterna della rete, il nucleo della rete (core network) che trasporta e smista i dati, le reti di accesso e i mezzi fisici che connettono i sistemi periferici alla core network

una rete di accesso connette i sistemi periferici ed è costituita da una rete di collegamenti e commutatori di pacchetti

i due principali commutatori di pacchetto di Internet sono i router e i commutatori a livello di collegamento (link-layer switch). I router sono più spesso usati nel nucleo della rete e connettono reti diverse tra di loro, mente i commutatori a livello di collegamento sono spesso usati nelle reti di accesso

un ISP è un insieme di commutatori di pacchetto e di collegamenti che fornisco l'accesso ad Internet ai sistemi periferici

la core network di Internet, o nucleo della rete, può essere definita come una rete magliata di commutatori di pacchetto e collegamenti ad alta capacità che interconnettono varie reti di accesso e sottoreti

un protocollo di rete definisce il formato e l'ordine dei messaggi scambiati tra due o più entità in comunicazione, così come le azioni intraprese in fase di trasmissione e/o di ricezione di un messaggio o di un altro evento

gli standard definiscono i protocolli di comunicazione, i formati dei dati, le tecnologie hardware e software e altre caratteristiche fondamentali che permettono ai dispositivi e ai sistemi di comunicare e lavorare insieme in modo coeso e armonioso

le API sono un insieme di regole che il modulo software mittente deve seguire in modo che i dati siano recapitati al programma di destinazione. Esse permettono a programmi software differenti di comunicare tra di loro

le applicazioni per Internet vengono eseguite sui sistemi periferici e non sui commutatori di pacchetto del nucleo della rete

il client è l'entità che richiede e utilizza i servizi o le risorse fornite dal server, mentre il server è l'entità che fornisce i servizi o le risorse richieste dai client

peer-to-peer (P2P) è un modello decentralizzato di comunicazione in cui ogni partecipante (o peer) nella rete ha la capacità di agire sia come client che come server, consentendo la condivisione diretta di risorse, dati o servizi tra di loro senza la necessità di un'infrastruttura centrale

la VPN è una rete virtuale privata utilizzata per connettere più reti personali situate in luoghi diversi in un'unica rete

le principali caratteristiche che permettono di individuare diverse tipologie di reti sono: la tecnologia di trasmissione, la topologia, l'estensione geografica della rete o la scala, e il posizionamento della rete ovvero rete di accesso o core network

i due tipi di tecnologie di trasmissione più comunemente impiegati in una rete sono i collegamenti point to point (unicast) e i collegamenti broadcast

le reti broadcast hanno un solo canale di comunicazione condiviso da tutti gli utenti

la topologia di una rete è il modello grafico (grafo) che viene usato per rappresentare le relazioni di connettività sia fisica che logica tra gli elementi che costituiscono la rete

la topologia a maglia completa presenta alta tolleranza ai guasti in quanto c'è un link per ogni coppia di nodi ma è conveniente se il costo delle connessioni è basso. La topologia a stella invece ha alta vulnerabilità ai guasti, ma bassi costi di connessione e facilita l'istradamento in quanto usa un approccio centralizzato.

in una topologia ad albero c'è un solo percorso tra ogni coppia di nodi (ovvero una sola sequenza di rami e nodi da visitare) che portano da un nodo ad un altro

vi sono due topologie a bus quella unicast e quella broadcast. Nella topologia a bus unicast ogni nodo è connesso al successivo con un mezzo punto a punto (il bus) e ogni nodo partecipa alla comunicazione tra coppie di nodi. La topologia bus broadcast invece è una comunicazione che usa un unico mezzo (fisico o virtuale) broadcast accessibile a tutti i nodi e la comunicazione avviene simultaneamente da uno a tutti gli altri

la classificazione in base all'estensione è importante in quanto reti con scale differenti richiedono l'adozione di tecnologie specifiche, adatte alle loro esigenze

la tecnologia wireless più usata nelle reti PAN è il Bluetooth che consente connessioni radio a corto raggio

le LAN sono caratterizzate da dimensioni contenute dell'ordine di qualche chilometro

lo standard per le reti LAN wireless è l'IEEE 802.11, comunemente noto come Wi-Fi e attualmente molto diffuso. Può operare a velocità che vanno da undici a centinaia di Mbps

le reti LAN cablate superano in termini prestazionali le reti wireless, semplicemente perché la trasmissione di un segnale via cavo o in fibra è più affidabile piuttosto che via etere

la stazione di testa riceve i segnali da varie sorgenti nella rete e li distribuisce all'interno della rete

nella maggior parte delle WAN, la sottorete è formata da linee di trasmissione e da elementi di commutazione. Le linee di trasmissione trasmettono l'informazione tra i vari host mentre gli elementi di commutazione (router) collegano più linee di trasmissione e quando arrivano i dati da una linea ricevente, decidono su quale linea inoltrarli

una VPN presenta gli svantaggi tipici di una virtualizzazione ovvero la mancanza di controllo sulle risorse utilizzate con prestazioni che possono variare a seconda del servizio utilizzato, mentre con una linea dedicata la capacità è nota

i router utilizzano il principo di trasmissione store-and-forward ovvero immagazzinano i pacchetti per poi inoltrarli quando la connessione è libera

i gateway sono dispositivi di interfaccia usati per connettere reti spesso con protocolli ed architetture differenti. Essi consentono la traduzione della comunicazione tra diversi sistemi per permettere loro di scambiarsi dati

la rete di accesso è la rete che connette fisicamente un sistema periferico al suo edge router (router di bordo) che è il primo router sul percorso dal sistema d'origine a un qualsiasi altro sistema di destinazione collocato al di fuori della stessa rete di accesso. La core network è la maglia di commutatori di pacchetti e collegamenti che interconnettono i sistemi periferici di Internet

lo stesso collegamento viene condiviso usando tre bande di frequenza non sovrapposte:1) un canale di downstream (verso l'abitazione) ad alta velocità, nella banda tra 50kHz e 1MHz; 2) un canale di upstream (verso la DSLAM) a velocità media, nella banda tra 4 e 50 kHz; 3) un canale telefonico ordinario bidirezionale nella banda tra 0 e 4 KHz

negli accessi residenziali basati su HFC il mezzo trasmissivo è condiviso, pertanto le congestioni sono possibili. Ad esempio, se diversi utenti stanno contemporaneamente scaricando un video, l'effettiva velocità alla quale ciascun utente riceve il video è inferiore a quella totale del canale di downstream

le LAN Ethernet operano tipicamente a velocità di 100 Mbps, che possono arrivare fino a 1 o anche 10 Gbps

le reti LAN cablate superano in termini prestazionali le reti wireless, semplicemente perché la trasmissione di un segnale via cavo o in fibra è più affidabile piuttosto che via etere

la generazione più recente di reti wireless per le telecomunicazioni è il 5G con velocità che possono arrivare potenzialmente a 10 Gps, con latenza spesso inferiore ai 10 millisecondi

il tempo di trasmissione di un pacchetto di lunghezza L [bits] su un canale con rate di trasmissione R [bps], è definito come il rapporto L/R ed è misurato in secondi

il tempo di trasmissione dell'immagine è 2,4 sec

la fibra ottica può supportare enormi velocità trasmissive, fino a decine o centinaia di gigabit al secondo. Tale mezzo è immune all'interferenza elettromagnetica, presenta attenuazione di segnale molto bassa nel raggio di 100 chilometri ed è molto difficile da intercettare

la relazione fondamentale è: f∙λ=c in cui c è la velocità della luce nel vuoto

per ridurre la complessità nella progettazione e nel funzionamento, le reti sono organizzate con un'architettura a strati ovvero in una gerarchia di livelli, in cui ogni livello ha lo scopo di offrire servizi ai livelli superiori, nascondendo ad essi i dettagli implementativi

le entità che formano i livelli di pari grado sui diversi computer sono chiamati peer (pari) e questi possono essere processi software, dispositivi hardware o anche esseri umani. I peer comunicano tra loro usando il protocollo associato al livello

la comunicazione tra livelli omologhi è realizzata attraverso una comunicazione virtuale, regolata da un protocollo. Ogni livello passa i dati e le informazioni di controllo a quello immediatamente inferiore, fino a raggiungere il supporto fisico attraverso il quale avviene la comunicazione vera e propria

l'architettura di rete è l'insieme di livelli e dei relativi protocolli

ogni livello fornisce il proprio servizio: 1) effettuando determinate azioni all'interno del livello e 2) utilizzando i servizi del livello immediatamente inferiore

in un'architettura di rete a strati i cambiamenti negli algoritmi usati per implementare le operazioni in un determinato livello k non hanno un impatto diretto sui livelli adiacenti k-1 e k+1

per migliorare l'affidabilità di una rete si usano meccanismi di rilevazione e correzione degli errori (error detection e error correction)

il protocol layering è un meccanismo chiave di strutturazione usato per supportare cambiamenti e consiste nel suddividere l'intero problema in parti più gestibili nascondendo i dettagli di implementazione

il multiplexing statistico è un meccanismo che consente la condivisione delle risorse sulla base delle statistiche delle richieste

meccanismi di riservatezza, di autenticazione, di integrità basti su tecniche crittografiche sono strumenti fondamentali per garantire la sicurezza delle comunicazioni nelle reti

nei servizi orientati alla connessione l utente deve prima stabilire una connessione, usarla per trasmettere dati e infine rilasciarla. Nei servizi senza connessione ogni messaggio contiene l indirizzo completo del destinatario e viene inoltrato attraverso la rete in modo indipendente da altri messaggi successivi

tipicamente, ogni nodo intermedio lungo il percorso aspetta di ricevere completamente un pacchetto prima di inoltrarlo al nodo successivo fino a quando non raggiunge il destinatario; questo approccio viene chiamato store-and-forward. In alternativa un nodo intermedio può usare un approccio detto cut-through switching ovvero iniziare la trasmissione di un pacchetto prima che esso sia completamente ricevuto

le due reti sono differenti. La rete che usa il servizio byte-stream affidabile orientato alla connessione trasmette i dati come un flusso continuo di byte, senza una distinzione tra i messaggi. La separazione dei messaggi è invece mantenuta nella rete che usa il servizio message-sequence affidabile orientato alla connessione

un servizio datagram non affidabile invia dati senza ricevere conferma se sono stati ricevuti dal destinatario. Questo tipo di servizio può essere usato per l'invio di messaggi pubblicitari (spam), dove non è essenziale una consegna garantita. D'altra parte, un servizio datagram con conferma aggiunge un meccanismo di acknolwedgement (conferma di ricezione) simile alla spedizione di una raccomandata con ricevuta di ritorno. Questo è utile in situazioni dove l'affidabilità è essenziale, ad esempio, quando un cellulare richiede informazioni di posizionamento a un server

le primitive sono un'insieme di operazioni che i processi utenti hanno a disposizione per accedere al servizio. Queste primitive permettono di impartire al servizio istruzioni per eseguire determinate azioni o per riferire le azioni compiute da entità di pari livello

se la pila dei protocolli si trova nel sistema operativo, le primitive sono dette chiamate 'di sistema'. Queste chiamate causano la commutazione in modalità kernel che permette al sistema operativo di prendere il controllo del computer per gestire l'invio dei pacchetti necessari

la primitiva CONNECT stabilisce una connessione con un peer in attesa

i servizi si riferiscono alle interfacce tra i livelli, mentre i protocolli riguardano i pacchetti scambiati tra entità di pari livello che risiedono su computer diversi

i peer possono cambiare i loro protocolli a patto di non cambiare il servizio visibile agli utenti

il modello OSI ha protocolli associati al modello OSI ormai in disuso, ma il modello in sé ha valore generale, è ancora valido e le caratteristiche di ogni suo livello sono ancora molto importanti. Al contrario il modello TCP/IP in sé è poco generalizzabile, ma i protocolli sono largamente impiegati

i livelli vanno scelti in modo da minimizzare il flusso di informazioni attraverso le interfacce. Il loro numero deve essere tale da evitare troppe funzioni in un livello, ma essere abbastanza piccolo da rendere l'architettura gestibile

i livelli sono sette e il loro ordine è: 1) fisico; 2) data link; 3) rete; 4) trasporto; 5) sessione; 6) presentazione; 7) applicazione

il livello fisico si occupa della trasmissione di bit informativi su un canale di comunicazione ovvero si occupa di tutto ciò che interessa la trasmissione del pacchetto di bit che gli viene fornito e poi inviato al mezzo fisico di comunicazione

lo scopo principale del livello data link è il trasferimento affidabile di pacchetti di dati, ovvero far sì che un mezzo fisico trasmissivo, appaia al livello superiore come una linea trasmissiva priva di errori non rilevati

il routing è gestito dal livello di rete il quale si occupa della modalità con cui i pacchetti sono inoltrati dalla sorgente alla destinazione

il livello di trasporto è il primo livello end-to-end cioè da host sorgente a host destinatario e le entità peer di questo livello portano avanti una conversazione senza intermediari

il livello sessione permette a utenti su computer diversi di stabilire tra loro una sessione ovvero si occupa di attivare una comunicazione tra due dispositivi, mantenerla attiva per tutta la durata del trasferimento dati e terminarla alla fine di esso

il livello presentazione si occupa della sintassi e della semantica dell'informazione trasmessa. Esso consente alle applicazioni di interpretare il significato dei dati

il protocollo applicativo alla base del World Wide Web è l'HTTP (Hypertext Transfer Protocol). Quando un browser richiede una pagina web, invia una richiesta al server specificando il nome della pagina desiderata utilizzando il protocollo HTTP; il server risponde inviando la pagina richiesta

il modello di riferimento TCP/IP è formato da 4 livelli: link, internet, trasporto e applicazione

il livello internet è basato su una comunicazione senza connessione. Il suo compito è permettere agli host di inviare pacchetti su una qualunque rete e fare in modo che questi possano viaggiare indipendentemente gli uni dagli altri, e magari su percorsi diversi, verso la destinazione

la principale funzione del livello di trasporto del modello TSP/IP è consentire la comunicazione tra peer degli host sorgente e destinazione

i due principali protocolli end-to-end del livello di trasporto sono: il TCP che è un protocollo affidabile orientato alla connessione e l'UDP che è un protocollo inaffidabile senza connessione

sono entrambi basati sul concetto di pila (stack) di protocolli indipendenti e la funzione dei livelli è grosso modo simile

OSI è ottimo come modello ma i suoi protocolli hanno avuto poco successo, mentre TCP/IP ha protocolli largamente utilizzati, ma è poco generalizzabile come modello

il modello è ibrido coglie gli aspetti positivi sia del modello OSI che di quello TCP/IP. Esso conserva il valore del modello OSI per capire le architetture di reti, ma contemporanemente consente di concentrarsi sui protocolli che sono importanti nella pratica

i pacchetti informativi a livello applicativo sono chiamati messaggi

ogni livello interagisce solo con i livelli adiacenti: riceve il messaggio del livello superiore (o inferiore); lo elabora, in genere aggiungendo dell'informazione che non è altro che il risultato della funzioni svolte da quel livello; lo passa al livello inferiore (o superiore)

per ogni livello vengono definiti: 1) i servizi che deve offrire; 2) le funzioni che deve svolgere; 3) le primitive che deve mettere a disposizione

una PDU è composta da un'intestazione che contiene l'informazione di controllo del protocollo (PCI) e un'informazione utente (i dati) nella forma di service data unit (SDU)

la N-SAP (Service Access Point) è una porta software (interfaccia) attraverso la quale viene trasmessa la (N+1)-PDU dallo strato N+1 allo strato N

l'incapsulamento di unità informative è il processo secondo il quale l'entità di strato N incapsula la N-SDU nella N-PDU aggiungendo un'intestazione (N-PCI) che contiene l'informazione di controllo necessaria per l'esecuzione delle funzioni di strato

il segmento a livello di trasporto è costituito da 550 bits

i commutatori a livello di collegamento (switch) implementano i livelli 1 e 2 (fisico e collegamento), mentre i router implementano i livelli da 1 a 3 (fisico, collegamento e rete)

i commutatori a livello di collegamento non possono interpretare il protocollo IP in quanto implementano solo i livelli fisico e di collegamento

la multiplazione consente la condivisione del servizio di strato N da parte di utenti multipli, mentre la suddivisione serve a trasportare un certo flusso di informazione di strato N su più connessioni di strato (N-1)

la segmentazione avviene quando la PDU del livello N+1 è più grande della dimensione della PDU del livello N per cui bisognerà segmentare la (N+1)-PDU in più N-PDU. L'aggregazione invece si ha quando la PDU del livello N+1 è più piccola della dimensione della PDU del livello N per cui bisognerà aggregare più (N+1)-PDU in un'unica N-PDU

le quattro primitive più importanti sono: richiesta (request), indicazione (indication), risposta (response) e conferma (confirm)

la primitiva 'Indication' indica un evento e viene inviata dall'N-service provider all'N-utente destinatario per notificare la ricezione di una richiesta di servizio

l'informazione a blocchi è naturalmente strutturata in blocchi indipendenti (messaggi di testo, file dati, immagini), mentre le informazioni in streaming sono prodotte e trasmesse continuamente da una fonte di informazione (voce real-time, streaming video)

per ridurre il tempo di trasmissione del blocco si può aumentare il tasso R di trasmissione dei bit attraverso tecniche di trasmissione

il rapporto di compressione è definito come il rapporto tra il numero di bits del file originale e il numero di bits del file compresso

il campionamento trasforma un segnale analogico in una sequenza di valori discreti. Esso consiste nel misurare i valori del segnale analogico ogni T secondi, con T il passo di campionamento

la quantizzazione è un processo di approssimazione dei valori discreti del segnale che consiste nel suddividere il range dei valori del segnale in un certo numero di livelli ed approssimare ciascun campione di segnale con il livello che è ad esso più vicino

la frequenza di campionamento minima è fc = 2 W

la risposta in frequenza A(f) per un canale passa-basso ideale è uguale a 1 all'interno della banda W del canale e nulla al di fuori

è possibile trasmettere a una velocità di 2Wm bit/sec

l'SNR misura il rapporto tra la potenza media del segnale desiderato e quella del rumore ed è solitamente espresso in decibel (dB)

l'espressione della capacità di canale di Shannon è C =W∙ log2(1+SNR) bits/sec, in cui W è la larghezza di banda del canale

nelle reti a commutazione di circuito le risorse richieste per consentire la comunicazione tra un host mittente ed un host destinatario lungo un percorso sono riservate per l'intera durata della sessione di comunicazione. Nelle reti a commutazione di pacchetto invece le risorse richieste dalla comunicazione non sono riservate. I messaggi di una sessione utilizzano le risorse quando necessario e di conseguenza potrebbero dover attendere per accedere a un collegamento

nella trasmissione store-and-forward il commutatore deve ricevere l'intero pacchetto prima di poter cominciare a trasmettere il primo bit sul collegamento in uscita

il ritardo end-to-end vale 1,6 msec

la tabella di instradamneto (o inoltro) di un router mette in relazione gli indirizzi di destinazione (o loro parti) con i collegamenti in uscita. Quando un pacchetto giunge a un router, questo esamina l'indirizzo, consulta la propria tabella per determinare il collegamento uscente appropriato e dirige il pacchetto verso quel collegamento in uscita

vi sono diversi protocolli di instradamento (routing protocol) per impostare le tabelle di instradamento. Un protocollo di instradamento può essere, ad esempio, scegliere il percorso più breve da ciascun router alla destinazione e usarlo per configurare le tabelle di inoltro

il ritardo di elaborazione è il tempo richiesto per esaminare l'intestazione del pacchetto e per determinare dove dirigerlo, ma può anche includere altri ritardi, tra i quali il tempo richiesto per controllare errori a livello di bit

il ritardo di accodamento è il tempo che un pacchetto trascorre nel buffer di output di un collegamento del router prima di essere inoltrato sul collegamento.La lunghezza di tale ritardo per uno specifico pacchetto dipenderà dal numero di pacchetti precedentemente arrivati, accodati e in attesa di trasmissione sullo stesso collegamento

i pacchetti in arrivo ad un buffer pieno tipicamente vengono persi (packet loss)

il ritardo di propagazione su un collegamento è definito come d/v, dove d è la distanza tra i due router, mentre v è la velocità di propagazione sul collegamento tra i due router

il ritardo di trasmissione è la quantità di tempo richiesta da parte del router per trasmettere in uscita il pacchetto, ed è funzione della lunghezza del pacchetto e della velocità di trasmissione del collegamento, ma non ha niente a che vedere con la distanza tra i due router. Il ritardo di propagazione, invece, è il tempo richiesto per la propagazione di un bit da un router a quello successivo, ed è funzione della distanza tra i due router, ma non ha niente a che vedere con la lunghezza del pacchetto o con la velocità di trasmissione propria del collegamento

nelle reti a commutazione di circuito le risorse richieste lungo un percorso per consentire la comunicazione tra un mittente ed un destinatario sono riservate per l'intera durata della sessione di comunicazione, quindi non c'è condivisione di risorse. Nelle reti a commutazione di pacchetto, il pacchetto viene trasmesso su una sequenza di collegamenti come nella commutazione di circuito, ma, a differenza della commutazione di circuito, il pacchetto viene trasportato nella rete senza che vengano riservate risorse. Quindi, nella commutazione di pacchetto, flussi di dati differenti possono condividere la stessa connessione a patto di poterli distinguere

nella FDM lo spettro di frequenza di un collegamento viene suddiviso tra le connessioni stabilite tramite il collegamento. Il collegamento dedica una frazione di banda di frequenza (sottobanda) a ciascuna connessione per la durata della connessione stessa

in un collegamento TDM il tempo è suddiviso in frame (intervalli) di durata fissa, a loro volta ripartiti in un numero fisso di slot (porzioni) temporali. Quando la rete stabilisce una connessione attraverso un collegamento, le dedica uno slot di tempo in ogni frame

la trasmissione del file richiede 1 sec

la commutazione di circuito prealloca l'uso del collegamento trasmissivo in modo statico indipendentemente dalla richiesta, con collegamenti garantiti, ma che, quando non utilizzati, provocano spreco di risorse. Il vantaggio della commutazione di circuito è che supporta più facilmente la qualità del servizio stabilendo in anticipo la connessione, la rete può riservare risorse quali la banda della connessione, il buffer dello switch e la CPU

la commutazione di pacchetto ha il vantaggio di consentire un'allocazione dinamica dei collegamenti, ovvero alloca l'uso di collegamenti su richiesta e la capacità trasmissiva dei collegamenti sarà condivisa solo tra gli utenti che devono trasmettere. La commutazione di pacchetto tuttavia ha lo svantaggio di necessitare di algoritmi per il trasferimento affidabile dei dati e per il controllo della congestione

iI throughput istantaneo è la velocità (in bps) in ogni istante di tempo alla quale un host di destinazione sta ricevendo il file trasmesso da una sorgente

il throughput medio di trasferimento di un file composto da F bits che richiede T sec affinchè tutti i bit siano ricevuti è definito come F/T bps

il throughput per il trasferimento di dati dal server al client sarà min(R1, R2 ,..,RN), ovvero la velocità del collegamento più lento (bottleneck)

il throughput di ciascun collegamento sarà di 1Mbps

il ritardo di propagazione è 133 msec

il ritardo end-to-end è (x/v+L/R) sec

la frazione banda totale occupata dalle intestazioni è (h∙n)/(M+h∙n)

una rete a commutazione di circuito è ben adatta all'applicazione descritta, poiché l'applicazione prevede lunghe sessioni con allocazione della banda uniforme. La larghezza di banda può essere riservata per ciascuna sessione dell'applicazione senza che vi siano inutilizzi significativi perché la velocità di trasmissione non varia per un lungo periodo. Non è necessario preoccuparsi dei costi di overhead per l'installazione e la disconnessione di una connessione a circuito

il numero medio di trasmissioni necessarie per mandare un frame è 1/(1-p)

il throughput sarà dato da min{Rs, Rc, R/M}

il throughput massimo raggiungibile se il server può usare solo uno tra gli M percorsi possibili sarà max{k=1,…,M} {min{i=1,…,N} Rik}

il prodotto larghezza di banda-ritardo di propagazione sarà R∙dprop= 160000 bits

il numero massimo di bits che sono nel collegamento ad ogni istante è R∙dprop=160000 bits

il prodotto larghezza di banda-ritardo rappresenta il massimo numero di bit che possono essere presenti sul link

la funzione densità di probabilità di una distribuzione esponenziale è fT(t)=λ∙e-λ∙t, t>0

un sistema a coda 'orientato al ritardo senza perdite' è un sistema in cui la capacità della coda Q è infinita o comunque superiore o uguale al numero di utenti potenziali

importanti misure prestazionali per l'analisi dei sistemi a coda sono: il tempo trascorso nel sistema (T); il numero di clienti nel sistema (N(t)); la frazione di clienti in arrivo che vengono persi o bloccati (Pb); il numero medio di messaggi (clienti) al secondo che passano attraverso il sistema (throughput)

il numero di clienti N(t) presenti nel sistema con perdite al tempo t è pari a N(t)=A(t)−D(t)−B(t) con A(t) il numero di arrivi nel sistema nell'intervallo da 0 a t, B(t) il numero di clienti bloccati e D(t) il numero di clienti in partenza nello stesso intervallo

il rate di arrivo medio in un sistema a coda è dato dal reciproco del tempo medio tra gli arrivi (inter-arrival time)

il throughput del sistema a coda è uguale al rate di partenza a lungo termine e può essere espresso come throughput=limt→∞⁡ D(t)/t (clienti/sec) in cui D(t) rappresenta il numero di clienti che hanno lasciato il sistema entro il tempo t

la frazione di clienti bloccati è data da Pb=limt→∞ B(t)/A(t) con B(t) numero di clienti bloccati e A(t) numero di arrivi nel sistema

la formula di Little lega il tempo medio trascorso nel sistema E[T] al rate di arrivo λ e al numero medio di clienti nel sistema E[N] mediante la seguente formula:E[N]=λ∙E[T]

la formula di Little per un sistema con blocco è data da E[N]=λ∙(1−Pb)E[T] con Pb la frazione di arrivi che vengono bloccati

il ritardo totale medio sperimentato da un pacchetto nell'attraversare l'intera rete è E[Tnet]=(1/λnet) ∑m λm E[Tm ] in cui λnet e λm rappresentano, rispettivamente, il rate di arrivo totale di pacchetti nella rete e il rate di arrivo dei pacchetti al multiplexer m-esimo

se i tempi di interarrivo in un sistema a coda sono esponenziali, il numero di arrivi A(t) in un intervallo di durata t è una variabile aleatoria di Poisson. Pertanto si avràP(A(t)=k)=(λ∙t)k ∙e-λ∙t /k! per k=0,1,…

la capacità di elaborazione di un singolo servente è data da μ=1/(E[X]) clienti/sec, indicando con X il tempo di servizio

la disciplina di servizio FIFO (First-In, First-Out) è la più comunemente utilizzata, ovvero il primo cliente ad arrivare nella coda è anche il primo ad essere servito

il numero di clienti N(t) in un sistema a coda è costituito dalla somma del numero di clienti in coda Nq(t) e il numero di clienti nel servizio Ns(t)

la notazione di Kendall specifica le seguenti caratteristiche: il modello di arrivo dei clienti, la distribuzione dei tempi di servizio, il numero di serventi, il numero massimo di clienti nel sistema

il tempo totale T trascorso in un sistema a coda è composto dal tempo trascorso in coda W più il tempo trascorso in servizio X

il carico di traffico (traffic load) è la velocità alla quale il 'lavoro' arriva al sistema ed è definito come a = λ clienti/sec ∙ E[X] sec/cliente=λ/μ Erlang

il carico trasportato (carried load) è la velocità media alla quale il sistema esegue il lavoro ed è dato da: a∙(1−Pb)

l'utilizzazione ρ è definita come la frazione media di serventi che sono in uso, ed è data daρ=E[Ns]/c in cui c è il numero di serventi nel sistema

un processo di nascita e morte è un processo stocastico che descrive l'evoluzione nel tempo di un sistema in cui gli eventi sono limitati a 'nascite' (incrementi dello stato) e 'morti' (decrementi dello stato)

se λ>μ il sistema avrà necessariamente perdite di pacchetti perché non è in grado di gestire la velocità di arrivo λ. Se invece abbiamo λ<μ, allora il sistema può gestire la velocità degli arrivi λ, ma occasionalmente perderà pacchetti a causa di improvvisi aumenti temporanei degli arrivi o lunghi tempi di servizio consecutivi

il ritardo medio E[T] in un sistema a coda M/M/1/K è dato da E[T]=E[N]/[λ(1-pK)] in cui E[N] è il numero medio di client nel sistema e λ il rate degli arrivi

il numero medio di clienti E[N] e il ritardo medio E[T] in un sistema a coda M/M/1/∞ sono espressi come E[N]=ρ/(1-ρ), E[T]=(1/μ)/(1-ρ)

il legame tra le probabilità è pn+1=(λ/μ)n+1∙p0

il ritardo medio dei pacchetti nella rete è espresso come E[Tnet]=∑m(1/λnet)∙ ρm/(1-ρm)

i tempi di servizio possono seguire qualsiasi distribuzione

i tempi di interarrivo seguono una distribuzione esponenziale

il tempo medio di attesa in un sistema a coda M/G/1 è dato da E[W]=(λ∙ E[X2])/[2∙(1-ρ)] in cui X è il tempo di servizio

il tempo di attesa per la classe 2 è dato E[W2 ]=(λ∙ E[X2])/[(1-ρ1)∙(1-ρ1-ρ1)], quindi dipende dal carico della classe 1

la probabilità che ci siano n clienti in un sistema a coda M/M/1/K vale pn=[(1-ρ)∙ρn]/(1-ρK+1 ) per n=1,2,…,K

servizio detti periodi di riposo o vacanza

il ritardo di attesa è W=n/[2∙(1-λ)]

il legame tra le probabilità di stato è pn+1= pn∙λ/[(n+1)∙μ] per n=0,1,…,c

il ritardo medio di trasmissione di un messaggio è 3,3 msec

la probabilità allo stato n sarà pn=(0,5/n)∙ pn-1

la probabilità p5è 1,8∙10-4

il tempo medio di attesa è E[W]=0,125 min

il tempo medio di attesa è E[W]=0,625 min

una rete di code è costituta da un insieme di sistemi a coda interconnessi tra di loro. Può essere rappresentata da un grafo costituito da nodi, ciascuno dei quali rappresenta un sistema a coda, e da link che sono associati ai collegamenti wireless o wired che interconnettono i sistemi a coda

una rete di code aperta ammette sia traffico che dall'esterno entra nella rete (ingresso) generato da opportune sorgenti, sia traffico che esce dalla rete (uscita) verso destinazioni esterne. Una rete di code chiusa non ammette traffico di ingresso o uscita dall'esterno

il traffico in ingresso ad una rete di code rappresenta il traffico che dall'esterno entra nella rete proveniente da sorgenti esterne

l'equazione di continuità dei flussi informativi ai nodi di una rete di code è espressa come Λ= λ+ Λ Q, in cui Q è la matrice di instradamento, Λ il vettore con elementi il tasso medio del traffico globale in ingresso al nodo e λ il vettore del traffico esterno

gli elementi qij della matrice di instradamento Q indicano la probabilità con cui un pacchetto al nodo i viene indirizzato al nodo j

le reti di code a cascata sono reti in cui le partenze del primo nodo costituiscono l'ingresso del nodo successivo

data una tandem network (rete a cascata), si assuma che il processo di ingresso al primo nodo sia un processo di Poisson e i tempi di servizio di ciascun nodo siano esponenziali ed indipendenti. Allora, segue che il processo di ingresso ad ogni nodo di una cascata è di Poisson con rate uguale al processo di ingresso del primo nodo e ogni nodo costituisce un sistema a coda indipendente dagli altri

in una rete di Jackson il processo di ingresso del traffico in ogni nodo è un processo di Poisson indipendente, mentreil tempo di servizio per richiesta in ogni nodo ha distribuzione esponenziale indipendente da nodo a nodo

in una rete di Jackson aperta con N nodi, il comportamento di ogni nodo è indipendente da quello degli altri e può essere studiato considerando il nodo stesso come un sistema a coda isolato

la rete di Jackson non ammette perdite, quindi ogni nodo non ammette limite per la capacità di coda (coda infinita) ed il processo di arrivo delle richieste è indipendente dallo stato della coda

una rete di Jackson chiusa è una rete che non ammette né arrivi dall'esterno né partenze dalla rete verso l'esterno

le N componenti ki del vettore di stato associato alla rete devono soddisfare la relazione di congruenza ovvero k1+k2+…+kN=M con M il numero di richieste complessivo nella rete

l'equazione di continuità in forma matriciale è Λ=Λ ∙Q in cui Λ è il vettore riga con elementi i rate medi di traffico globale in ingresso ai singoli nodi e Q la matrice con elementi qij le probabilità con cui un pacchetto al nodo i viene indirizzato al nodo j

i valori medi dei tempi di permanenza T̅i[M] in una rete chiusa sono espressi in modo ricorsivo come T̅i[M]=(1+N̅i[M-1])/μi in cui N̅i[M-1] è il numero medi di clienti al nodo i

il valor medio dei clienti in funzione di M vale N̅[M]=M/N

nel problema CA in una rete Jackson aperta la topologia di rete e la politica di routing sono preventivamente definite e non sono variabili di ottimizzazione

la funzione obiettivo che viene minimizzata è il ritardo medio della rete visto come funzione delle capacità dei link

il vincolo imposto alle variabili di ottimizzazione è che il costo totale per la fisica realizzabilità della rete non superi un massimo valore Z

il problema di ottimizzazione darebbe una soluzione banale con una capacità ottima per link maggiore del tasso medio del traffico in ingresso al link

la soluzione ottima della capacità è costituita da due termini: il primo dipende dal carico nominale del link in bit/sec e rappresenta il valore minimo per la capacità del link stesso affinché il sottosistema coda associato possa considerarsi stabile; il secondo definisce invece un contributo addizionale in termini di capacità che occorre assegnare a ciascun link affinché il ritardo medio di rete sia minimizzato e allo stesso tempo sia rispettato il vincolo sul costo totale della rete

la funzione di gestione degli errori di trasmissione è implementata da diversi livelli dell'architettura di rete ma nel livello data link questa funzione è spesso implementata in forma più pura e semplice. Il che motiva a studiarla facendo riferimento al livello data link

le principali funzioni del livello data link sono: 1) fornire un'interfaccia di servizio ben definita per il livello di rete; 2) gestire gli errori di trasmissione;3) regolare il flusso dati in modo che i buffer di dispositivi riceventi lenti non vengano riempiti dai flussi di trasmittenti veloci

il servizio di tipo unacknowledged senza connessione consiste nell'avere un mittente che invia dei frame indipendenti ad un destinatario, senza che quest'ultimo debba inviare conferma dell'avvenuta ricezione. Non viene inoltre instaurata nessuna comunicazione logica

il servizio di tipo acknowledged senza connessione non utilizza alcuna connessione logica, ma invia ogni frame singolarmente e ne viene data conferma di ricezione tramite un acknowledgment

nel servizio con conferma orientato alla connessione (connection-oriented service), i dispositivi sorgente e destinazione stabiliscono una connessione prima di iniziare a trasferire i dati. Ogni frame trasferito attraverso la connessione è numerato, e il livello data link garantisce che venga effettivamente ricevuto una sola volta e nell'ordine corretto

il livello data link suddivide il flusso di bit in una serie discreta di frame, calcola un valore a lunghezza fissa, chiamato checksum, per ogni frame e includere il checksum nel frame durante la trasmissione. Quando un frame arriva a destinazione, il checksum viene ricalcolato. Se il checksum calcolato dal destinatario è differente da quello contenuto nel frame, il livello data link sa che c'è stato un errore e prende i provvedimenti necessari

il metodo di framing conteggio dei byte utilizza un campo nell'intestazione per specificare il numero di byte nel frame. Quando il livello data link della destinazione legge tale numero, sa quanti byte seguiranno e quindi può determinare la fine del frame

il metodo di framing flag byte con byte stuffing risolve il problema della risincronizzazione necessaria dopo un errore, inserendo byte speciali all'inizio e alla fine di ogni frame. La maggior parte dei protocolli utilizza lo stesso byte, chiamato flag byte, per delimitare sia l'inizio che la fine dei frame

l'operazione di framing nel metodo flag bit con bit stuffing viene effettuata a livello di bit: ogni volta che il trasmettitore incontra cinque bit con valore 1 consecutivi nei dati, inserisce automaticamente un bit 0 nel flusso di bit in uscita; quando la destinazione riceve cinque bit consecutivi con valore 1 seguiti da uno 0, elimina automaticamente lo 0

la suddivisione in frame basata sul metodo violazioni della codifica del livello fisico sfrutta le caratteristiche particolari di alcuni schemi di codifica del livello fisico per delimitare i frame. In questi schemi alcune combinazioni di bit sono riservate come segnali speciali che non si verificano mai nei dati normali. Tali segnali riservati vengono usati per indicare l'inizio e la fine dei frame

quando la sorgente trasmette un frame, normalmente fa anche partire un timer impostato in modo da scattare dopo un intervallo abbastanza lungo da permettere che il frame giunga a destinazione, venga qui elaborato e che l'acknowledgement possa ritornare alla sorgente. Normalmente, il frame raggiungerà la destinazione e l'acknowledgement ritornerà prima che il timer scatti, nel qual caso il timer verrà ignorato.Se invece il frame o l'acknowledgement vengono persi, il timer scatterà così da segnalare alla sorgente un potenziale problema e la sorgente tipicamente ritrasmetterà il frame

per gestire quest'evento si può assegnare un numero di sequenza ai frame in uscita in modo che la destinazione riesca a distinguere le ritrasmissioni dalle originali

le fibre ottiche hanno bassissimi tassi di errore e quindi gli errori di trasmissione accadono con bassissima probabilità. I canali wireless invece hanno tassi di errore superiori di vari ordini di grandezza rispetto alle fibre ottiche

la prima strategia usa codici a correzione d'errore (error correction code) e include informazioni ridondanti in quantità sufficiente da permettere al destinatario di stimare i dati realmente trasmessi. La seconda usa codici a rilevazione d'errore (error-detecting code) che introducono una ridondanza di informazioni sufficiente a permettere al destinatario di rilevare se c'è stato un errore (ma non quale errore) e richiedere una nuova trasmissione

il modello a burst prevede che gli errori tendano ad avvenire a gruppi (errori a burst), piuttosto che isolatamente. Questo modello si basa sui processi fisici che generano gli errori, quali una grave dissolvenza del canale wireless o un'interferenza elettrica transitoria su un canale cablato

è più facile correggere errori nei canali a cancellazione perché, anche se il valore del bit viene perso, almeno si conosce quale bit ha subito un errore

in un codice lineare a blocchi (n,m), n è la lunghezza della parola codice mentre m è la sequenza di bit di dati (non ridondanti) che contiene il messaggio

il code rate (tasso di codifica) di un codice lineare a blocchi (n,m) è definito come m/n ed indica la frazione di parole che trasportano bit non ridondanti

il suo significato è che, se due parole di codice sono a distanza di Hamming d una dall'altra, saranno necessari d errori su singoli bit per convertire una sequenza nell'altra

per rilevare d errori la distanza minima deve essere maggiore o uguale di d+1. Per correggere d errori la distanza minima deve essere maggiore o uguale di 2∙d+1

un bit di dati è controllato solo dai bit di controllo presenti nella sua espansione come somma di potenze di 2

nei codici di Hamming la sindrome d'errore è un sequenza di bit che viene utilizzata in ricezione per individuare e correggere l'errore

un codice convoluzionale è un codice con memoria in cui la sequenza codificata è ottenuta come output di un registro a scorrimento con in ingresso i dati da codificare

i codici convoluzionali sono caratterizzati dalla velocità di codifica (code rate) e dalla lunghezza di vincolo

i codici di Reed-Solomon sono definiti come polinomi, operano su simboli di m bit ed hanno elevata capacità di correzione degli errori a burst

integrando un codice di Reed-Solomon con un codice convoluzionale si combinano le potenzialità delle due tecniche di codifica: il codice di Reed-Solomon gestirà in modo efficiente gli errori a burst, mentre il codice convoluzionale correggerà gli errori isolati

i codici LDPC sono caratterizzati dal fatto che ogni bit di output è generato da una frazione dei bit di input, ottenendo rappresentazioni matriciali con una bassa densità di 1

le parole codice ricevute vengono decodificate utilizzando un algoritmo iterativo di approssimazione. Quest'algoritmo, basato sui dati ricevuti, migliora progressivamente l'approssimazione della parola codice valida, correggendo così gli errori presenti

un codice a controllo di parità è un codice a rivelazione d'errore in cui un singolo bit di parità viene aggiunto in coda ai dati per indicare se il numero di bit 1 nel blocco è pari o dispari. Questo permette di rilevare errori singoli ma non di correggerli

l'interleaving è una tecnica che permette di trasformare un codice capace di rilevare o correggere errori isolati in uno in grado di gestire errori a burst. Questa tecnica consente di distribuire gli errori a burst su diverse righe di una matrice, rendendoli più facilmente rilevabili e correggibili

il codice checksum è un codice a rivelazione d'errore con gruppi di bit di controllo.Un checksum viene tipicamente posizionato alla fine del messaggio ed è calcolato come il complemento a uno della somma dei bit di dati

i dati sono suddivisi in sequenze di 16 bit. Le sequenze sono sommate eil complemento a 1 di questa somma è il checksum di Internet che viene inserito nell' intestazione dei segmenti

il checksum di Fletcher è un codice di controllo che fornisce una protezione più robusta contro i cambiamenti di posizione, aumentando l'affidabilità del checksum nel rilevare errori complessi. Esso include una componente posizionale ottenuta aggiungendo il prodotto dei dati e la loro posizione durante la somma progressiva

i codici CRC sono codici polinomiali che trattano la stringa di bit da trasmettere come un polinomio, i cui coefficienti sono i bit della stringa

un codice CRC con r bit può rilevare errori a burst inferiori a r + 1 bit ovvero tutti gli errori consecutivi di non oltre r bit

tutti i calcoli di codici CRC sono eseguiti in aritmetica modulo 2 senza riporti nelle addizioni e prestiti nelle sottrazioni

i protocolli in cui il mittente manda un frame e poi aspetta l'acknowledgement prima di procedere alla trasmissione dei frame successivi sono chiamati protocolli stop-and-wait

se un frame viene perso, il destinatario non invierà l'ACK al mittente. Dopo un po' di tempo il timer della sorgente scatterà e il frame verrà inviato di nuovo

supponiamo che il destinatario del messaggio dopo la ricezione di quest'ultimo invii un ACK al mittente ma tale ACK venga perso durante la sua trasmssione. In tal caso il mittente dopo un certo intervallo di tempo (secondo un timer ) invia di nuovo il pacchetto che quindi rappresenterà un duplicato in ricezione

un metodo è quello d'inserire un numero di sequenza nell'intestazione del frame quando viene inviato. La destinazione può quindi controllare i numeri di sequenza dei pacchetti man mano che arrivano e quindi riuscire a sapere se si tratta di un frame nuovo o di un duplicato da scartare

le tecniche di accesso multiplo sono strategie di condivisione di un singolo canale di trasmissione tra utenti in competizione tra loro per l'uso della risorsa comune

possono essere classificate in: 1) condivisione statica, partiziona il mezzo in canali separati, dedicati a particolari utenti, ed è adatta a trasmissioni con un flusso costante di informazioni; 2) condivisione dinamica: prevede una condivisione dinamica del mezzo e ben si adatta a situazioni in cui il traffico degli utenti è discontinuo. Sono tipicamente noti come schemi MAC (Medium Access Control)

i protocolli ad accesso multiplo coordinano le trasmissioni di diversi utenti che accedono ad una singola risorsa

nell'allocazione statica del canale, se ci sono N utenti, la risorsa comune da condividere è divisa in N parti assegnando ad ogni utente un canale in modo statico per la durata della trasmissione

le principali tecniche statiche di suddivisione del mezzo condiviso sono: 1) accesso multiplo a divisione di frequenza, in cui la risorsa condivisa è quella spettrale; 2) accesso multiplo a divisione di tempo, in cui la risorsa condivisa è quella temporale; 3) accesso multiplo a divisione di codice che usa la codifica del segnale trasmesso per produrre un numero di canali separabili in base al codice

nell' FDMA la risorsa da condividere ovvero la banda è suddivisa in sottobande di frequenza separate (sottobande) . Ogni utente trasmette le sue informazioni continuamente su una banda assegnata per tutto il tempo necessario e contemporaneamente alle altre stazioni

ciascun utente potrà trasmettere ad un rate di R/M bit/sec sulla sottobanda assegnata

nell'accesso multiplo a divisione di tempo (TDMA) ad ogni utenti è associato un'intervallo temporale per la trasmssione dei dati. Quindi in tale tecnica di accesso multiplo la risorsa tempo è divisa tra i diversi utenti ed ogni utente può utlizzare l'intera banda

i tempi di guardia sono introdotti nel TDMA per garantire che le trasmissioni da stazioni diverse non si sovrappongano

la sincronizzazione viene gestita introducendo segnali di sincronizzazione all'inizio di ogni slot temporale che permettano al ricevitore di sincronizzarsi con la stream di bit trasmessa

il CDMA è una tecnica di accesso multiplo a divisione di codice in cui la trasmissione da utenti multipli occupa l'intera banda di frequenza contemporaneamente. Le trasmissioni sono distinte associando a ciascun utente un codice differente

le sequenze pseudorandom usate nel CDMA sono particolari sequenze di codice che vengono associate a ciascun utente per distinguerli

il CDMA può essere concettualmente visto come la suddivisione del mezzo di trasmissione in M canali nello 'spazio dei codici'

la condivisione dinamica del mezzo, a differenza di quella statica, è più adatta a situazioni in cui il traffico degli utenti è discontinuo

il tempo di reazione sotto forma di ritardo di propagazione e di latenza di rete è un fattore chiave per l'efficacia delle varie tecniche di accesso al mezzo

l'idea alla base del protocollo ALOHA è semplice: consentire agli utenti di trasmettere ogni volta che hanno dati da inviare, senza considerare le condizioni di occupato/libero del canale

la relazione tra il carico G e la capacità di trasporto S in un protocollo ALOHA è S = G∙p

la probabilità di generare zero frame vale e-G

il nodo lo trasmette immediatamente e integralmente nel canale broadcast

nel protocollo slotted ALOHA quando un nodo ha un nuovo frame da spedire, attende fino all'inizio dello slot successivo e poi trasmette l'intero frame. Nel caso in cui nessuna collisione avvenga, la trasmissione ha avuto successo, quindi non occorre effettuare una ritrasmissione e il nodo può predisporre l'invio di un nuovo frame

nel protocollo slotted ALOHA è necessario che gli slot siano sincronizzati ai nodi

l'efficienza dello slotted ALOHA è N∙p∙(1-p)N-1

nel CSMA un nodo ascolta il canale prima di trasmettere. Se il canale è occupato e sta già trasmettendo un frame, il nodo aspetta finché rileva che il canale è libero per un intervallo di tempo e quindi inizia la trasmissione

maggiore è il ritardo di propagazione, maggiore sarà la possibilità che il nodo, pur attento a rilevare la portante, non si accorga che è già iniziata la trasmissione da parte di un altro nodo

nel CSMA/CD quando un nodo rileva una collisione, cessa immediatamente la trasmissione

bisognerebbe scegliere un intervallo di backoff piccolo quando il numero di nodi in collisione è ridotto e un intervallo più grande quando il numero di nodi è elevato

nell'algoritmo di attesa binaria esponenziale quando un nodo rileva la n-esima collisione durante la trasmissione di un frame, seleziona casualmente un valore K dall'insieme {0,1,2,…,2n-1}.Pertanto, maggiore è il numero di collisioni, più ampio sarà l'intervallo da cui viene estratto K. Il tempo di attesa è calcolato come il prodotto di K e la durata di uno slot di tempo

l'efficienza del CSMA/CD è definita come la frazione di tempo media durante la quale i frame vengono trasferiti sul canale senza collisioni, in presenza di un alto numero di nodi attivi e con una grande quantità di frame da inviare

la formula di approssimazione è efficienza=1/(1+5∙ dprop/dtrasm ) con dprop il tempo massimo necessario affinché un segnale si propaghi tra due schede di rete e con dtrasm , il tempo necessario per trasmettere un frame della massima dimensione possibile

i protocolli senza collisione sono in grado di risolvere la contesa per il canale senza generare collisioni, neppure durante il periodo di contesa

nei protocolli senza collisione a mappa di bit, ogni stazione è a conoscenza di quali altre stazioni intendono trasmettere. Così le stazioni iniziano a trasmettere secondo un ordine definito

l'efficienza del canale a basso carico vale d/(d+N)

l'efficienza del canale ad alto carico vale d/(d+1)

il protocollo token passing usa un breve messaggio chiamato token che viene passato da una stazione all'altra secondo un ordine predefinito. Il token rappresenta il permesso di inviare dati

nel protocollo token ring la topologia della rete viene utilizzata per definire l'ordine secondo il quale le stazioni inviano dati. Le stazioni sono collegate tra loro in un anello, e il passaggio del token alla stazione successiva avviene semplicemente ricevendolo da una direzione e trasmettendolo nell'altra

il protocollo senza collisione binary countdown usa indirizzi binari per le stazioni. I bit che occupano la stessa posizione negli indirizzi di stazioni diverse vengono combinati dal canale mediante l operatore booleano OR quando vengono spediti contemporaneamente

le stazioni con il numero più alto hanno una priorità maggiore rispetto alle stazioni con il numero più basso

i protocolli a contesa limitata cercano di combinare le proprietà migliori dei protocolli a contesa e di quelli senza collisioni, in modo da crearne uno capace di usare il metodo della contesa, per ottenere un ritardo limitato a basso carico, e il metodo senza collisioni per raggiungere una buona efficienza di canale nelle situazioni a carico più elevato

i protocolli a contesa limitata dividono le stazioni in gruppi non necessariamente disgiunti e limitano la competizione per l'accesso al canale a uno specifico gruppo alla volta

due importanti funzioni del livello di rete sono l'inoltro e l'instradamento. Nell'inoltro (forwarding) il router trasferisce un paccheto ricevuto in ingresso sull'appropriato collegamento di uscita. Nell' instradamento (routing), il livello di rete deve determinare utilizzando algoritmi di instradamento, il percorso che i pacchetti devono seguire per giungere a destinazione

le tabelle d'instradamento contengono informazioni sui percorsi dei pacchetti lungo la rete. Per inoltrare i pacchetti, i router estraggono dal campo di intestazione del pacchetto il valore che utilizzano come indice nella tabella di inoltro. In base all'indice, la tabella consente al router di inviduare l'interfaccia di collegamento d'uscita alla quale il pacchetto deve essere diretto

l'algoritmo d'inoltro può essere centralizzato, per esempio, un algoritmo in esecuzione su un dispositivo centrale che spedisce informazioni di instradamento a ciascuno dei router, o decentralizzato, per esempio, con parte dell'algoritmo di instradamento distribuito in esecuzione su ciascun router

usando una chiave segreta di sessione, nota solo a una coppia di host, il livello di rete dell'host sorgente può cifrare il payload di tutti i datagrammi inviati all'host destinazione. Il livello di rete nell'host di destinazione avrà il compito di decifrare il payload. Con questo tipo di servizio, la riservatezza verrebbe fornita a tutti i segmenti a livello di trasporto (TCP e UDP) tra gli host sorgente e destinazione. Oltre alla riservatezza, il livello di rete può fornire i servizi di integrità dei dati e autenticazione della sorgente

il livello di rete può offrire servizi di: 1) consegna garantita che assicura che il pacchetto giunga, prima o poi, alla propria destinazione; 2) consegna garantita con ritardo limitato che non solo garantisce la consegna del pacchetto, ma anche il rispetto di un limite di ritardo specificato; 3) consegna ordinata che garantisce la consegna dei pacchetti a destinazione nello stesso ordine in cui sono stati inviati

il servizio banda minima garantita, a livello di rete emula il comportamento di un collegamento trasmissivo con bit rate specificato tra host di invio e di destinazione, anche se l'effettivo percorso end-to-end può attraversare diversi collegamenti fisici. Finché l'host di invio trasmette bit a un tasso inferiore al bit rate specificato, non si verifica perdita di pacchetti ed essi giungono entro un ritardo predeterminato. Il sevizio Jitter limitato garantisce che il lasso di tempo tra la trasmissione di due pacchetti consecutivi sia uguale a quello di ricezione (o che non superi il limite di tolleranza specificato)

un servizio orientato alla connessione nel livello di rete inizia con un processo di handshake tra l'host sorgente e l'host di destinazione, stabilendo una connessione prima della trasmissione dei dati. Un servizio privo di connessione nel livello di rete, invece, non prevede alcun preliminare di handshake. I pacchetti di dati vengono inviati direttamente dall'host sorgente all'host di destinazione senza stabilire una connessione preliminare

le reti di calcolatori che mettono a disposizione solo il servizio con connessione sono chiamate reti a circuito virtuale (VC network, virtual circuit network); quelle che offrono solo il servizio senza connessione sono dette reti datagram

un circuito virtuale è caratterizzato dai seguenti elementi: 1. un percorso (ossia una serie di collegamenti e router) tra gli host sorgente e destinazione; 2. i numeri di VC, uno per ciascun collegamento lungo il percorso; 3. le righe nella tabella di inoltro in ciascun router, lungo il percorso. Il pacchetto di un circuito virtuale ha un numero di VC nella propria intestazione

un circuito virtuale è costituito da tre fasi: 1) instaurazione del circuito virtuale; 2) trasferimento dati; 3) terminazione del circuito virtuale

l'host che invia i pacchetti prima li contrassegna con l'indirizzo del destinatario e poi li immette nella rete. Nel transito attraverso la rete dalla sorgente alla destinazione, i pacchetti attraversano una serie di router i quali utilizzano gli indirizzi di destinazione per inoltrarli secondo le loro tabelle di inoltro

quando si verificano corrispondenze multiple, il router adotta la regola di corrispondenza a prefisso più lungo ovvero viene determinata la corrispondenza più lunga all'interno della tabella e i pacchetti vengono inoltrati all'interfaccia di collegamento associata

gli indirizzi di destinazione nelle reti datagram sono più lunghi dei numeri di circuito usati nelle reti a circuito virtuale, in quanto nelle reti datagram gli indirizzi hanno un significato globale. Se i pacchetti tendono a essere corti, nelle reti datagram un indirizzo di destinazione completo in ogni pacchetto può aumentare in modo significativo l'overhead e di conseguenza sprecare banda

le reti a circuito virtuali sono più sensibili ai guasti dei router e alle perdite di comunicazione. Se un router ha un guasto, tutti i circuiti virtuali che passano attraverso tale dispositivo devono essere terminati. Al contrario, se un router per datagrammi si blocca saranno penalizzati solo gli utenti che in quel momento avevano pacchetti accodati nel router. La perdita della linea di comunicazione è fatale per i circuiti virtuali che la utilizzano, ma può essere facilmente compensata quando si usano datagrammi perchè i percorsi possono essere cambiati durante la trasmissione di una lunga sequenza

l'algoritmo di routing (o algoritmo di instradamento) è quella parte del software del livello di rete che ha come scopo quello di trovare un buon percorso da un router sorgente a quello di destinazione

il percorso ottimo in un algoritmo di routing è tipicamente un percorso con minor costo. Il costo del percorso è definito assegnando un costo agli archi e sommando i costi degli archi attraversati dal percorso

il percorso ottimale a minor costo calcolato dall'algoritmo di routing coincide con lo shortest path se tutti i link del grafo associato alla rete hanno ugual costo

un algoritmo di instradamento globale calcola il percorso a costo minimo tra una sorgente e una destinazione avendo una conoscenza completa della rete (informazioni sui collegamenti tra i nodi e i relativi costi). In un algoritmo di instradamento decentralizzato il percorso a costo minimo viene calcolato in modo distribuito e iterativo ed i nodi non hanno informazioni complete sul costo di tutti i collegamenti

in un algoritmo di instradamento statico i percorsi cambiano molto raramente spesso come risultato di un intervento umano. In un algoritmo di instradamento dinamico gli instradamenti vengono aggiornati in base alle variazioni del volume di traffico e della topologia della rete

in un algoritmo di instradamento sensibile al carico di traffico i costi dei collegamenti variano dinamicamente per riflettere il livello corrente di congestione. In un algoritmo di instradamento insensibile al carico il costo di un collegamento non tiene conto esplicitamente del suo attuale o recente livello di congestione

l'algoritmo di Dijkstra è un algoritmo iterativo di instradamento link state (LS) che calcola i percorsi a costo minimo da un nodo (sorgente) a tutti gli altri nodi

la topologia della rete e i costi di tutti i collegamenti sono forniti come input all'algoritmo di Dijkstra. Ciò avviene tramite il link state broadcast ovvero l'invio da parte di ciascun nodo di pacchetti di aggiornamento dello stato dei propri collegamneti a tutti gli altri nodi della rete. In questo modo tutti i nodi della rete hanno la stessa informazione assicurando che l'algoritmo eseguito su ciascun nodo produca gli stessi risultati

durante la fase di inzializzazione l'algoritmo considera tutti i nodi adiacenti v al nodo sorgente u e per ognuno di tali nodi pone i valori D(v) dei percorsi a costo minimo da u a v uguali al costo (noto) del collegamento ovvero D(v)=c(u,v)

al termine dell'algoritmo di Dijkstra siamo in grado di individuare il percorso a costo minimo dal nodo origine a ciascun nodo e la tabella d'inoltro del nodo origine

l'algoritmo LS di Dijkstra (standard) ha, nel caso peggiore, una complessità di ordine quadratico con il numero di nodi nella rete

l'algoritmo di Dijkstra può presentare delle oscillazioni se i costi dei collegamenti sono dipendenti dal volume di traffico ovvero uguali al carico trasportato sul collegamento

un metodo efficiente consiste nel garantire che non tutti i router eseguano gli algoritmi LS nello stesso momento e far sì che ogni router determini in modo casuale il momento in cui emettere l'avviso di collegamento

non possiamo calcolare i costi dei link mai usati, ovvero dei link che non compaiono in nessun percorso minimo da z a tutti gli altri nodi

sia Dx (y) il costo del percorso a costo minimo dal nodo x al nodo y e c(x,v) il costo del link da x a v. Allora i costi minimi sono correlati dalla nota formula di Bellman-Ford (BF): Dx(y)=minv⁡{c(x,v)+Dv (y)} dove il minimo è calcolato su tutti i vicini v di x

la formula di Bellman-Ford permette di ricavare la tabella d'inoltro del nodo origine

l'algoritmo distance vector è: 1) distribuito in quanto ciascun nodo riceve parte dell'informazione dai suoi vicini e, dopo aver effettuato il calcolo dei costi, notifica i risultati solo se sono avvenuti cambiamenti; 2) iterativo in quanto questo processo si ripete con scambi locali se sono avvenuti cambiamenti dei costi o se sono stati ricevuti messaggi informativi di update dai vicini; 3) auto-terminante (auto-stopping) ovvero non vi è alcun segnale che arresta il calcolo, ma semplicemente l'algoritmo si (auto)blocca; 4) asincrono perché non richiede che tutti i nodi operino al passo con gli altri

il vettore delle distanze Dx=[Dx(y) : y ϵ N ] per un nodo x è il vettore delle stime dei costi a tutti gli altri nodi y che viene scambiato con i nodi vicini

l'algoritmo DV è costituito da: 1) una fase di inizializzazione in cui ciascun nodo x inizializza Dx(y) con una stima del costo del percorso a costo minimo da se stesso al nodo y, per tutti i nodi y; 2) un ciclo iterativo con una fase di attesa nella quale ciascun nodo rimane finchè vede cambiare il costo di un collegamento verso qualche vicino o riceve un vettore delle distanze da qualche vicino. In tal caso il nodo esce dallo stato di quiescienza e aggiorna la prima distanza Dx(y) per ogni y usando la formula di BF. Se Dx(y) è cambiato per qualche destinazione y, il nodo invia il vettore Dx a tutti i vicini

ciò che il nodo x ha bisogno di conoscere è il nodo vicino v*(y) che rappresenta il router successivo lungo il percorso più breve verso y

le righe della tabella di instradamento di ciascun nodo rappresentano i vettori delle distanze. Più precisamente, la tabella di instradamento di ciascun nodo include il proprio vettore delle distanze e quello dei suoi vicini

un instradamento ciclico si verifica nell'algoritmo DV quando si ha una variazione dei costi dei collegamenti e i pacchetti rimbalzano avanti e indietro in un ciclo tra nodi

una possibile tecnica per evitare il problema di conteggio all'infinito è l'inversione avvelenata. Il nodo pone ad infinito il valore del costo del percorso che passa attraverso il vicino a cui sta inviando il vettore

l'algoritmo LS richiede l'invio di O(N∙E) messaggi. L'algoritmo DV richiede scambi di messaggi tra nodi adiacenti e il tempo di convergenza dell'algoritmo varia

l'implementazione vista dell'algoritmo LS usa un algoritmo con complessità computazionale O(N2) che richiede O(N∙E) messaggi. L'algoritmo DV può convergere lentamente e può presentare cicli di instradamento

nell'algoritmo LS un router può comunicare via broadcast un costo sbagliato per uno dei suoi collegamenti connessi, ma ogni nodo calcola solo le proprie tabelle d'inoltro. Ciò significa che i calcoli di instradamento sono in qualche modo isolati, il che fornisce un certo grado di robustezza. Nell'algoritmo DV invece un nodo può comunicare percorsi a costo minimo errati a tutte le destinazioni e quindi un calcolo errato su un nodo si può diffondere per l'intera rete

se le richieste degli utenti superano la capacità del sistema si verificano eventi di congestione

il controllo del flusso può essere esercitato: 1) a livello hop; 2) a livello entrata-uscita; 3) a livello di accesso alla rete; 4) a livello di trasporto

le principali funzioni del controllo del flusso in una rete a pacchetti sono: 1) prevenzione del decremento del throughput e della perdita di efficienza dovuta all'overload; 2) evitare i deadlock (situazioni di stallo);3) allocazione fair delle risorse tra gli utenti che competono per il loro uso; 4) adattamento della velocità tra la rete e gli utenti collegati

la principale causa della diminuzione del throughput in una rete a pacchetti è lo spreco di risorse che può verificarsi sia perché richieste in conflitto tra due o più utenti rendono la risorsa inutilizzabile, sia perché un utente acquisisce più risorse del necessario, privando altri utenti di tali risorse

lo spreco di buffer è una conseguenza indiretta della limitata capacità di memorizzazione nei nodi e determina il blocco di un flusso di pacchetti end-to-end in un nodo intermedio lungo il percorso perché tutti i buffer sono stati monopolizzati da altri flussi

l'unfairness è un'altra conseguenza della competizione incontrollata. Alcuni utenti, a causa della loro posizione relativa nella rete o della particolare selezione di parametri di rete e traffico, possono riuscire a utilizzare una quota maggiore di risorse rispetto ad altri, beneficiando così di un trattamento preferenziale

perchè una definizione generale e inequivocabile di fairness non è sempre possibile in un ambiente distribuito di condivisione delle risorse

i deadlock spesso si verificano a causa di un'attesa ciclica da parte di più utenti per la disponibilità delle risorse

i deadlock sono più probabili in una rete quando il carico offerto supera la capacità della rete

i deadlock sui buffer sono possibili solo nelle reti che ritrasmettono pacchetti scartati, ovvero che conservano una copia di un pacchetto in ciascun nodo mentre trasmettono il pacchetto al nodo successivo sul percorso, e ritrasmettono una copia del pacchetto in caso di overflow (modello a ritrasmissione)

le principali funzioni del controllo di flusso sono stabilire regole per l'allocazione dei buffer in ogni nodo e regolare correttamente o, se necessario, bloccare, il flusso di pacchetti all'interno della rete e ai punti di ingresso della rete

il controllo di flusso richiede: 1) uno scambio di informazioni tra i nodi per selezionare la strategia di controllo. Tale scambio comporta un sovraccarico di canali, processori e memoria; 2)risorse dedicate (ad esempio, buffer, larghezza di banda) a singoli utenti o a classi di utenti, riducendo così i benefici statistici della condivisione completa delle risorse

la riduzione dell'efficienza si misura in termini di maggiori ritardi (per carichi leggeri) e throughput inferiore (a saturazione)

la misura più comune è l'efficienza del throughput.Il throughput totale effettivo viene valutato in funzione del carico offerto ed è utile per determinare il carico critico in un sistema non controllato e per valutare l'efficienza del throughput di una rete controllata in condizioni di carico pesante

la potenza come misura prestazionale del controllo di flusso è definita dal rapporto tra il throughput ed il ritardo

i livelli che hanno un maggiore impatto sul controllo di flusso sono il livello data link (di collegamento) e il livello di trasporto

i due principali approcci sono: 1) il controllo di flusso tramite feedback (feedback-based flow control) in cui la destinazione rimanda alla sorgente delle informazioni per darle il permesso di mandare altri dati o comunque per informarla del suo stato; 2) il controllo di flusso tramite limitazione del tasso di invio (rate-based flow control) che limita il tasso al quale la sorgente può trasmettere i dati, senza alcun feedback da parte della destinazione

il controllo del flusso a livello di hop opera in modo locale, miopico, monitorando le code locali e l'occupazione dei buffer in ciascun nodo, rifiutando il traffico store-and-forward in arrivo al nodo quando vengono superate alcune soglie predefinite, ad esempio, limiti massimi di coda

i principali schemi di controllo di flusso a livello di hop sono: 1) gli schemi di limite di coda di canale (channel queue limit); 2) gli schemi di classe di buffer; 3) gli schemi a circuito virtuale a livello di hop

nel controllo di flusso Channel Queue Limit (CQL), le classi di traffico corrispondono alle code di uscita dei canali e ci sono delle restrizioni sul numero di buffer che ciascuna classe può occupare

nei protocolli stop-and-wait il mittente manda un frame e poi aspetta l'acknowledgement prima di procedere. In questi protocolli, dopo aver passato un pacchetto al livello di rete, il destinatario restituisce al mittente un piccolo frame senza dati (dummy), che dà al mittente il permesso di inviare il frame successivo. Dopo aver mandato un frame, il mittente è obbligato dal protocollo ad aspettare finché non riceve il pacchetto dummy (l'acknowledgement)

un errore tipico è la duplicazione dei frame in ricezione. Tale problema può essere fronteggiato inserendo un numero di sequenza nell'intestazione del frame che permette al destinatario di distinguere un frame nuovo da un duplicato da scartare

i protocolli a finestra scorrevole (sliding window) permettono di inviare più di un frame prima di fermarsi per attendere il riscontro, fino ad un valore massimo W (dimensione finestra), fissato a priori

la finestra di invio contiene i numeri dei frame che sono già stati trasmessi correttamente oppure che sono in transito, ma non hanno ancora ricevuto l'acknowledgement corrispondente

in trasmissione devono essere memorizzati i frame inviati in attesa di riscontro, per poterli ritrasmettere in caso di necessità

anche se i protocolli a finestra scorrevole danno più libertà al livello data link per quanto riguarda l'ordine in cui mandare o ricevere i frame, bisogna comunque rispettare la regola che impone al protocollo di passare i pacchetti al livello di rete della destinazione nello stesso ordine in cui erano stati passati al livello data link della sorgente

nei protocolli di controllo a livello di collegamento dati, una stazione può interrompere il flusso di frame dall'altra parte inviando il messaggio Receive Not Ready (RNR) che è un riscontro (ack) per i frame precedenti ma vieta la trasmissione di futuri frame

la funzione piggybacking è usata per migliorare l'efficienza della trasmissione in un protocollo a finestra scorrevole. Ogni frame di dati include un campo che contiene il numero di sequenza di quel frame, più un campo che contiene il numero di sequenza usato per la conferma. Se una stazione ha dati da inviare e una conferma da trasmettere, invia entrambi insieme in un unico frame, risparmiando capacità di comunicazione

se una stazione ha dati da inviare ma nessuna nuova conferma, deve ripetere l'ultimo numero di sequenza di conferma inviato perché il frame di dati include un campo per il numero di conferma nel quale deve essere inserito un valore

il controllo di flusso a finestra scorrevole è potenzialmente molto più efficiente in termini di throughput rispetto al controllo di flusso stop-and-wait in quanto con il controllo di flusso a finestra scorrevole, il collegamento di trasmissione è trattato come un canale che può essere riempito con frame in transito. Al contrario, con il controllo di flusso stop-and-wait, può esserci nel canale solo un frame alla volta

generalmente i protocolli a livello di trasporto (per esempio TCP) hanno un prodotto banda-ritardo molto più grande del singolo segmento e quindi utilizzano finestre grandi

i buffer sono necessari al mittente per contenere tutti i segmenti che sono stati trasmessi ma che non hanno ancora ricevuto acknowledgement

il miglior compromesso tra l'uso di un buffer alla sorgente e l'uso alla destinazione dipende dal tipo di traffico sulla connessione. Per un traffico irregolare e con bassa richiesta di banda è ragionevole non dedicare alcun buffer, ma acquisirli dinamicamente ad entrambe le estremità. Invece per il trasferimento di file o l'invio di altro traffico che richiede grande disponibilità di banda è meglio se il destinatario dedica un'intera finestra di buffer per permettere ai dati di essere trasmessi alla massima velocità

i buffer possono essere a dimensione fissa, a dimensione variabile o buffer circolari di grandi dimensioni per ogni connessione

un possibile schema di controllo di flusso è quello a finestra scorrevole in cui il mittente regola dinamicamente la dimensione della finestra per farla corrispondere alla capacità di trasporto della rete

TCP offre un servizio di controllo di flusso (flow-control service) alle proprie applicazioni per evitare che il mittente saturi il buffer del ricevente. Il controllo di flusso è pertanto un servizio di confronto sulla velocità, dato che paragona la velocità della sequenza di invio del mittente con quella di lettura dell'applicazione ricevente

TCP offre il controllo di flusso facendo mantenere al mittente la variabile finestra di ricezione che fornisce al mittente un'indicazione dello spazio libero disponibile nel buffer del destinatario. Dato che TCP è full-duplex, i due mittenti mantengono finestre di ricezione distinte

l'host sorgente deve assicurare che per tutta la durata della connessione sia rispettata la disuguaglianzaLastByteSent-LastByteAcked≤rwnd, in cui LastByteSent e LastByteAcked indicano rispettivamente, l'ultimo byte mandato e l'ultimo byte per cui si è ricevuto acknowledgement, mentre rwnd indica la finestra di ricezione

la velocità di trasmissione può essere limitata dal controllo di flusso nel caso in cui il destinatario abbia buffer insufficiente e dalla congestione, nel caso in cui ci sia insufficiente capacità nella rete

il modo in cui un protocollo di trasporto regola il tasso di trasmissione dipende dal feedback restituito dalla rete. Differenti livelli di rete possono restituire differenti tipi di feedback: il feedback può essere esplicito o implicito, preciso o impreciso

gli standard di rete definiscono semplicemente ciò che è necessario per garantire l'interoperabilità. Questo favorisce la nascita di mercati più ampi e consente alle aziende di competere sulla qualità dei loro prodotti

gli standard de facto sono quelli che emergono spontaneamente sul mercato senza una pianificazione formale. Al contrario, gli standard de jure sono formali e vengono adottati da enti di standardizzazione autorizzati

il 3GPP (Third Generation Partnership Project) è una collaborazione tra associazioni di telecomunicazione che si occupano di standardizzare sistemi di telecomunicazione

l'ITU-T è il settore di standardizzazione delle telecomunicazioni che si occupa di sistemi di telefonia e di scambio dati

ITU-R è il settore di standardizzazione delle radiocomunicazioni che si occupa di coordinare l'uso delle frequenze radio da parte di gruppi di interesse in competizione tra di loro ovunque nel mondo

nel processo di sviluppo di una nuova applicazione è necessario sviluppare programmi per i sistemi periferici ma non per i dispositivi che compongono il nucleo della rete

l'ISO (international standards organization) è una libera organizzazione di volontari composta dagli organismi di standardizzazione nazionali dei paesi membri. ISO definisce standard su una vastissima gamma di settori

l'IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) è il principale ente professionale del mondo. Oltre alla pubblicazione di periodici e all'organizzazione di centinaia di conferenze ogni anno, IEEE ha un gruppo di standardizzazione che sviluppa standard nel campo dell'ingegneria elettrica e dei computer

l'IRTF (Internet research task force) e l'IETF (Internet engineering task force) sono due task force dell'IAB. L'IRTF si concentra sulla ricerca a lungo termine, mentre l'IETF affronta i problemi tecnici a breve termine

il World Wide Web consortium (W3C) sviluppa standard per il World Wide Web

le reti 802.11 possono essere utilizzate in due modalità: 1) con infrastruttura ogni client è associato ad un AP (access point) connesso a sua volta ad un'altra rete; 2) rete ad hoc nelle quali i computer sono connessi direttamente tra loro, senza la necessità di un access point

il data link dei protocolli 802 è suddiviso nel sottolivello MAC (Media Access Control) che gestisce l'allocazione del canale e nel sottolivello LLC (Logical Link Control) che nasconde le differenze tra i vari protocolli 802, rendendoli trasparenti al livello di rete

le tecniche 802.11 utilizzano apparati radio a corto raggio per trasmettere nelle bande di frequenze dei 2,4 GHz o dei 5 GHz ISM (Industrial, Scientific, Medical). Queste bande hanno il vantaggio di non richiedere una licenza

lo standard 802.11b prevede un metodo a spettro distribuito simile al sistema CDMA, eccetto che vi è un unico codice condiviso da tutti gli utenti

lo standard 802.11a prevede velocità di trasmissione significativamente più alte di quelle dell'802.11b

802.11 prova ad evitare le collisioni con un protocollo chiamato CSMA/CA (CSMA with collision avoidance)

il problema del terminale nascosto è dovuto al fatto che non tutte le stazioni sono a reciproca copertura radio, pertanto le trasmissioni che avvengono in una parte di una cella potrebbero non essere ricevute in qualche altro punto nella stessa cella

lo standard 802.11 definisce tre diverse classi di frame: dati, controllo e gestione. Ognuna ha un'intestazione composta da una varietà di campi utilizzati all'interno del sottolivello MAC

il primo campo dei frame di dati nello standard 802.11 è il Frame control costituito da 11 sottocampi

il Frame check sequence è un CRC (Cyclic Redundancy Check) a 32 bit che serve per rilevare gli errori

nelle reti cellulari ad ogni cella è associato un gruppo di frequenze in modo che celle adiacenti usino bande differenti. Ciò aumenta la capacità della rete riducendo l'interferenza tra gli utenti

gli utenti mobili all'interno di una cella comunicano con la stazione base che è a sua volta connessa con un dispositivo chiamato MSC (mobile switching center)

l'handoff in una rete mobile è una strategia per gestire la connessione dell'utente mobile metre si sposta da una cella all'altra. Quando un utente mobile abbandona fisicamente una cella, la stazione base di quest'ultima trasferisce la gestione del mobile alla cella che riceve il segnale più forte, di solito alla cella in cui si viene a trovare il dispositivo

la rete cellulare di prima generazione 1G è stata introdotta nel 1981 ed una nuova generazione mobile emerge approssimativamente ogni 10 anni

le reti cellulari 1G trasmettevano la voce con tecnologie analogiche, mentre le reti cellulari 2G hanno permesso la trasmissione digitale della voce

la rete cellulare 3G permette la trasmissione digitale di dati e voce

i due principali standard del 3G sono il WCDMA e il CDMA2000

la potenza trasmissiva sui dispositivi mobili deve essere gestita per minimizzare le interferenze tra segnali di diversi utenti, in quanto questa interferenza multiutente limita la capacità dei sistemi CDMA

la tecnologia di rete 4G è un'estensione della tecnologia 3G, con più larghezza di banda e servizi, e con capacità di streaming audio/video di alta qualità

il machine learning e l'Intelligenza Artificiale giocheranno un ruolo chiave nelle future reti 6G

l'evento principale degli anni '90 fu la nascita del World Wide Web che portò Internet nelle case e negli uffici di milioni di persone nel mondo

le quattro più diffuse applicazioni di Internet nella seconda metà degli anni '90 furono la posta elettronica, il web, la messaggistica istantanea e la condivisione di file peer-to-peer

l'accesso a Internet ad alta velocità ha gettato le basi per una nuova generazione di applicazioni video, tra cui la condivisione di contenuti generati dagli utenti (come su YouTube), la televisione in streaming e on-demand (ad esempio Netflix), la videoconferenza multiutente

i fornitori di servizi cloud non offrono solo applicazioni scalabili, ma anche capacità di memorizzazione e computazionali (cloud computing) con un accesso ottimizzato alle loro reti private ad alte prestazioni

il punto chiave dello sviluppo delle applicazioni di rete è la creazione di programmi che vengono eseguiti sui sistemi periferici e comunicano tra loro attraverso la rete

processi su due sistemi terminali distinti comunicano scambiandosi messaggi attraverso la rete. Il processo mittente crea e invia messaggi nella rete, mentre il processo destinatario li riceve e, se necessario, invia messaggi di risposta

ogni messaggio inviato da un processo applicativo ad un altro deve attraversare la rete sottostante e la socket è l'interfaccia software attraverso la quale il processo invia e riceve messaggi

in ogni coppia di processi comunicanti, solitamente uno agisce come client e l'altro come server. Ad esempio nelle applicazioni Web, il browser funge da processo client, mentre il web server agisce come processo server

per identificare correttamente il processo ricevente, è necessario fornire due informazioni essenziali: 1) l'indirizzo dell'host destinatario e 2) un identificatore del processo ricevente sull'host di destinazione

le tre componenti principali del sistema di posta elettronica di Internet sono: gli user agent (agenti utente), i server di posta (mail server) e il protocollo SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)

gli user agent, come Microsoft Outlook e Apple Mail, permettono agli utenti di leggere, rispondere, inoltrare, salvare e comporre messaggi

i mail server rappresentano il cuore dell'infrastruttura della posta elettronica e sono costituiti da caselle di posta (mailbox), che contengono i messaggi ricevuti dagli utenti, e dalla coda di messaggi che devono essere inviati

l'SMTP è un protocollo, definito nell'RFC 5321, che gestisce il trasferimento dei messaggi di posta elettronica dal mail server del mittente a quello del destinatario

SMTP usa il servizio di trasferimento dati affidabile offerto dal protocollo di trasporto TCP

se il server di posta dell'utente fosse collocato sul suo PC locale, il computer dell'utente dovrebbe rimanere sempre acceso e connesso ad Internet per poter ricevere nuovi messaggi in qualsiasi momento. Ciò è poco partico per la maggior parte degli utenti

lo user agent usa uno speciale protocollo di accesso alla posta, che trasferisce i messaggi dal mail server del destinatario al suo PC locale. Attualmente esistono svariati protocolli del genere, tra cui Post Office Protocol - versione 3 (POP3) , Internet mail access protocol (IMAP) e HTTP

gli host su Internet sono identificati in due modi: tramite i loro nomi (hostname) o tramite gli indirizzi IP

il DNS svolge due funzioni principali: 1) è un database distribuito, organizzato in una gerarchia di server DNS e 2) è un protocollo a livello di applicazione che consente agli host di interrogare questo database

DNS è comunemente utilizzato da altri protocolli a livello di applicazione, come HTTP, SMTP e FTP, per tradurre i nomi degli host forniti dagli utenti in indirizzi IP

Internet, come tutte le reti basate su TCP/IP, mette a disposizione delle applicazioni due principali protocolli di trasporto: UDP e TCP

TCP offre il servizio orientato alla connessione e il servizio di trasferimento dati affidabile

UDP offre un servizio di trasferimento dati non affidabile

queste applicazioni di Internet usano il protocollo del livello di trasporto TCP

HTTP (hypertext transfer protocol) è il protocollo a livello di applicazione del Web. E' definito nelle RFC 1945 e RFC 2616 e costituisce il nucleo centrale del funzionamento del Web

una pagina web è composta da una serie di oggetti. Un oggetto è semplicemente un file che può essere indirizzato tramite un URL (Uniform Resource Locator). La maggior parte delle pagine web è costituita da un file HTML principale e da diversi oggetti aggiuntivi referenziati al suo interno

HTTP è un protocollo senza stato (stateless protocol) in quanto i server HTTP non conservano informazioni sui client

se HTTP usa connessioni non persistenti, ogni connessione TCP viene chiusa dopo che il server ha inviato l'oggetto richiesto. In altre parole, ciascuna connessione è separata ovvero gestisce solo un messaggio di richiesta e un messaggio di risposta

il round-trip time (RTT) rappresenta il tempo necessario affinché un piccolo pacchetto viaggi dal client al server e ritorni al client

di default HTTP utilizza connessioni persistenti con pipelining

una caratteristica importante del video è l'elevato rate con cui è necessario inviare i bit sulla rete. I video distribuiti in Internet variano da 100 Kbps per le conferenze video a bassa qualità, a oltre 3 Mbps per i film in streaming ad alta definizione

la modulazione a codifica di impulso (PCM, Pulse Code Modulation) è spesso utilizzata per la codifica della voce con un bit rate di 64 Kbps

gli utenti sono solitamente molto più sensibili ai disturbi nel suono rispetto a quelli nel video. Ad esempio, in una videoconferenza su Internet, la perdita occasionale del segnale video per alcuni secondi può essere tollerata, ma se il segnale audio viene interrotto frequentemente, l'utente potrebbe essere spinto ad interrompere la sessione

tre importanti applicazioni multimediali supportate da Internet sono: lo streaming audio/video di contenuti registrati, le conversazioni voce/video su IP e lo streaming audio/video in tempo reale

nelle applicazioni di streaming di audio/video registrati, il client inizia tipicamente la riproduzione del contenuto pochi secondi dopo aver avviato il download dal server. Questo significa che il client avvia la riproduzione di una parte del file audio/video prima che il download completo sia terminato. Questa tecnica è detta streaming e permette di evitare il download dell'intero file

due requisiti sono particolarmente rilevanti per le applicazioni di conversazione audio e video su IP: 1) la temporizzazione, poiché queste applicazioni sono estremamente sensibili ai ritardi (delay-sensitive); 2) la tolleranza alle perdite di dati, in quanto perdite occasionali causano solo interferenze minime nella riproduzione audio/video

tali sistemi possono essere classificati in tre categorie principali: streaming UDP, streaming HTTP e streaming HTTP adattativo

un aspetto comune a tutte le forme di streaming video è l'uso estensivo dei buffer dell'applicazione sul lato client che servono a mitigare gli effetti del ritardo end-to-end variabile e della variabilità della larghezza di banda disponibile tra server e client

nello streaming HTTP, il video viene semplicemente memorizzato su un server HTTP come un file ordinario con un URL specifico. Quando un utente desidera visualizzare un video, il client stabilisce una connessione TCP con il server

l'uso di tecniche di buffering e prefetching (ovvero caricamento di segmenti del video in anticipo) rende possibile una riproduzione continua

il TCP (Transmission Control Protocol) è il protocollo di trasporto di Internet che garantisce una trasmissione dati affidabile e orientata alla connessione

il TCP è un protocollo punto a punto poiché supporta la comunicazione tra un singolo mittente e un singolo destinatario. Il cosiddetto multicast, ossia l'invio di dati da un mittente a più destinatari in una singola operazione, non è supportato da TCP

un segmento TCP è costituito da campi di intestazione e da un campo che contiene un blocco di dati proveniente dall'applicazione

il campo receive window di 16 bit è impiegato per il controllo di flusso. Questo campo indica il numero di byte che il destinatario è disposto ad accettare

il campo header length, di 4 bit, specifica la lunghezza dell'intestazione TCP in multipli di 32 bit. L'intestazione TCP può avere una lunghezza variabile a causa della presenza del campo delle opzioni TCP. In genere, questo campo delle opzioni è vuoto, risultando in una lunghezza dell'intestazione standard di 20 byte

il processo di handshake a tre viene è usato per stabilire una connessione TCP. Un importante aspetto è che il segmento SYN consuma un byte nello spazio delle sequenze per garantire che il numero di sequenza successivo non risulti ambiguo e che il destinatario possa riconoscere chiaramente quando riceve il primo byte di dati vero e proprio dopo il segmento SYN

se due host tentano simultaneamente di stabilire una connessione TCP tra le stesse socket, si crea comunque una sola connessione, non due, perché le connessioni sono identificate dai loro punti terminali

il SYN flood (inondazione di SYN) è un attacco malevole che può verificarsi nell'implementazione dell'handshake a tre vie. Infatti, poichè il processo in ascolto deve ricordare il proprio numero di sequenza dal momento in cui risponde con il proprio segmento SYN, un mittente malintenzionato può bloccare le risorse su un server inviando una serie di segmenti SYN senza mai completare la connessione, obbligando così il server a mantenere risorse allocate per ciascuna richiesta parziale

quando viene ottenuto un nuovo SampleRTT, TCP aggiorna EstimatedRTT utilizzando la formula:EstimatedRTT = ( 1-α) ∙EstimatedRTT+α∙ SampleRTT, in cui il valore raccomandato per α è 0,125

l'intervallo di timeout (TimeoutInterval) per la ritrasmissione dei segmenti viene calcolato secondo la seguente formula:TimeoutInterval=EstimatedRTT + 4 ∙ DevRTT. In questa formula EstimatedRTT è l'EWMA di SampleRTT, indicando SampleRTT la stima dell'RTT del singolo segmento, mentre DevRTT è l'EWMA della differenza tra SampleRTT ed EstimatedRTT

il protocollo IP (Internet Protocol) è il protocollo di livello di rete di Internet che fornisce comunicazione logica tra host. Le sue principali funzioni sono l'indirizzamento e l'inoltro all'interno della rete

il modello di servizio del protocollo IP è detto best effort in quanto IP fa del suo meglio per consegnare i segmenti tra host comunicanti, ma non offre garanzie. In particolare, non assicura né la consegna dei segmenti né il rispetto dell'ordine originario e non garantisce neppure l'integrità dei dati all'interno dei segmenti. Il modello di servizio offerto è quindi non affidabile

in teoria, un pacchetto può raggiungere i 65.535 byte di dimensione, ma nella pratica, questi pacchetti raramente superano i 1500 byte

il campo header length è composto da 4 bit ed indica dove iniziano effettivamente i dati nel datagramma. Infatti un datagramma IPv4 può includere un numero variabile di opzioni, il che rende necessario indicare dove iniziano i dati. In assenza di opzioni, l'intestazione di un tipico datagramma IPv4 è di 20 byte

il campo TTL impedisce che i datagrammi restino in rete indefinitamente, ad esempio a causa di un instradamento ciclico. Ogni volta che un datagramma passa attraverso un router, il suo TTL viene decrementato di 1. Quando il valore raggiunge 0, il datagramma viene scartato, prevenendo un sovraccarico di rete

il campo Protocollo è utilizzato solo quando il datagramma raggiunge la destinazione finale. Il suo valore indica il protocollo specifico del livello di trasporto a cui devono essere consegnati i dati contenuti nel datagramma. Ad esempio, il valore 6 indica che i dati devono essere passati al TCP, mentre il valore 17 indica UDP

il checksum a livello IP si applica solo all'intestazione, mentre a livello di trasporto (TCP/UDP) il checksum si applica all'intero segmento. Inoltre, TCP e IP non fanno necessariamente parte della stessa pila di protocolli. TCP può funzionare su protocolli diversi da IP e IP può trasportare dati destinati a protocolli non TCP/UDP

la frammentazione suddivide il datagramma IP in più datagrammi IP più piccoli, detti frammenti, ciascuno dei quali può essere trasportato in un frame che rispetti la MTU del collegamento di uscita

i tre campi specifici nell'intestazione del datagramma IPv4 che facilitano il riassemblaggio dei frammenti sono: identificazione, flag e offset di frammentazione

l'attacco Jolt2 è un attacco DoS (Denial of Service) molto pericoloso in cui l'aggressore invia un flusso di piccoli frammenti al sistema bersaglio, nessuno dei quali ha l'offset di frammentazione corretto. Questo può far collassare il sistema, che tenta inutilmente di ricostruire i datagrammi da pacchetti corrotti

l'indirizzo IP è associato tecnicamente all'interfaccia di rete e non all'intero host o router. Il protocollo IP richiede che ogni interfaccia disponga di un proprio indirizzo IP

gli indirizzi IP sono comunemente scritti in notazione decimale puntata (dotted-decimal notation), in cui ciascun byte dell'indirizzo viene rappresentato in forma decimale e separato da un punto dagli altri byte. Gli indirizzi IP sono lunghi 32 bit (4 byte)

l'indirizzo IP 200.23.16.1/23 è rappresentato nella notazione CIDR (Classless InterDomain Routing). I primi 23 bit a sinistra dell'indirizzo rappresentano il prefisso di rete, mentre i rimanenti 9 bit identificano l'host all'interno della rete

l'indirizzo IP di broadcast è 255.255.255.255

per ottenere un blocco di indirizzi IP da utilizzare in una sottorete, un amministratore di rete deve innanzitutto contattare il proprio ISP, il quale può assegnare un blocco di indirizzi proveniente da una porzione di un blocco più grande che gli è stato precedentemente allocato

il DHCP è un protocollo che consente ad un host di ottenere automaticamente un indirizzo IP, insieme ad altre informazioni importanti, come la sua maschera di sottorete, l'indirizzo del router di default (gateway) per uscire dalla sottorete e l'indirizzo del suo server DNS locale

il protocollo DHCP funziona secondo un modello client-server.Il client è solitamente un host appena connesso alla rete che invia una richiesta al server DHCP per ottenere un indirizzo IP e altre informazioni sulla configurazioni di rete. Il server DHCP, a sua volta, risponde assegnando un indirizzo IP disponibile e le informazioni richieste

le fasi, nella corretta sequenza temporale, della comunicazione tra un client e un server DHCP sono quattro: 1) Identificazione del server DHCP; 2) Offerta del server DHCP; 3) Richiesta DHCP; 4) Conferma DHCP

il (lease time) dell'indirizzo IP indica la durata della concessione dell'indirizzo IP, cioè il periodo di tempo durante il quale l'indirizzo IP sarà valido

alla sottorete A vengono assegnati gli indirizzi IP da 70.133.224.0/24 a 70.133.224.255/24, mentre alla sottorete B gli indirizzi da 70.133.225.0/24 a 70.133.225.255/24

gli indirizzi MAC sono associati in modo univoco alle schede di rete, ovvero non esistono due schede di rete con lo stesso indirizzo

per molte LAN (come Ethernet e 802.11), l'indirizzo MAC è lungo sei byte, il che consente di avere 248 possibili indirizzi. Questi indirizzi sono generalmente espressi in notazione esadecimale, scrivendo due cifre esadecimali per ogni byte

per le LAN che utilizzano indirizzi a sei byte (come le LAN Ethernet e 802.11) , l'indirizzo broadcast è una stringa i cui 48 bit sono 1 cioè, FF-FF-FF-FF-FF-FF in notazione esadecimale

il protocollo di risoluzione degli indirizzi ARP ha il compito di convertire gli indirizzi IP in indirizzi MAC all'interno della stessa sottorete

la tabella ARP di un host in una sottorete contiene le associazioni tra gli indirizzo IP e gli indirizzi MAC degli altri host (non necessariamente tutti) nella sottorete. Inoltre include il TTL (time-to-live) che indica il tempo di validità dell'associazione IP-MAC prima che venga rimossa dalla tabella

la scheda di rete del mittente deve utilizzare l'indirizzo MAC dell'interfaccia del router collegata alla sottorete 1

un hub attivo è un ripetitore multiporta per collegare insieme più dispositivi Ethernet con cavi a coppia intrecciata o con fibra ottica, facendoli agire come un singolo segmento di rete. Il segnale che arriva all'hub viene rigenerato e trasmesso in broadcast a tutte le porte. Gli hub operano al livello fisico del modello OSI

una delle differenze fondamentali tra uno switch e un hub è la capacità di filtraggio. Mentre un hub trasmette i dati a tutte le porte senza discriminare il destinatario, uno switch è in grado di controllare l'indirizzo di destinazione di un frame e determinare attraverso quale porta il frame deve essere inviato

quando un router inoltra un pacchetto, modifica gli indirizzi MAC (sia di origine che di destinazione). Questo perché gli indirizzi MAC sono validi solo a livello locale, all'interno della stessa rete

un router è un dispositivo che opera su tre livelli del modello OSI: il livello fisico, il livello di collegamento dati e il livello di rete. In particolare:1) come dispositivo di livello fisico, il router rigenera il segnale che riceve, assicurando che sia forte e privo di errori; 2) come dispositivo di livello di collegamento dati, il router verifica gli indirizzi fisici (MAC) di origine e destinazione contenuti nel pacchetto; 3) a livello di rete, il router controlla gli indirizzi di rete (IP) per instradare correttamente i pacchetti da una rete all'altra

la relazione fondamentale è: f"»=c in cui c è la velocità della luce nel vuoto