Introduzione
L’economia del XXI secolo:
- Produrre, distribuire e vendere atomi
- …ma anche:
- Produzione cinematografica…
- Il maggiore “prodotto” è la creazione e la disseminazione delle informazioni (information economy).
L’economia del futuro sarà probabilmente dominata dall’informazione: per es. scarpe intelligenti, etichette elettroniche…
Informazione
- Rappresentazione della conoscenza:
- La conoscenza di una canzone vs rappresentazione
- Può essere rappresentata in due modi:
- Il digitale è meglio:
- I computer possono manipolare informazioni digitali.
- È infinitamente replicabile.
- Le reti posso spostare i bit in maniera efficiente.
Le informazioni come atomi
Comuni
Vantaggi da una rappresentazione delle informazioni come bit
È il cuore della RIVOLUZIONE DIGITALE:
- Convertire le informazioni come atomi in informazioni come bit.
- Usare la rete per muovere i bit anziché gli atomi.
Di cosa abbiamo bisogno?
- Rappresentare le informazioni come un insieme di bit.
- Trasferire questi insiemi di bit ovunque, a costi contenuti, assicurando una qualità del servizio: necessità di progettare le reti di calcolatori in modo tale da venire in contro alle tali esigenze.
Uno scenario in rapida evoluzione
Reti differenti per servizi differenti
- Rete Telefonica (Commutazione di circuito)
- Rete Dati (Commutazione di pacchetti)
- CATV (Broadcast via cavo)
Motivazioni
- Le Reti di Comunicazione attuali:
- sono basate su differenti modelli di “a commutazione” e differenti tecnologie.
- Commutazione (switching):
- può essere definita come la proprietà degli elementi della rete di “inoltrare” le informazioni.
- Principale obiettivo delle reti:
- implementare un meccanismo di switching coordinato tale che le informazioni possano essere inoltrate tra una o più sorgenti a una o più destinazioni.
- Differenti modelli di switching
Comunicazione e Commutazione
Il modello più semplice di comunicazione è l’interconnessione diretta:
- Le informazioni fluscono direttamente dalla sorgente alla destinazione senza alcun intermediario.
- Necessità di un mezzo trasmissivo tra la sorgente e la destinazione che consenta il trasferimento delle informazioni.
Modello alternativo:
- Entità intermedie che consentono di inoltrare i dati secondo un modello “a commutazione”.
Commutazione di Circuito
La rete telefonica tradizionale
- È una rete basata sul modello “a commutazione di circuito”.
- La voce, che rappresentano i dati trasferiti, è trasmessa attraverso l’uso esclusivo di un mezzo di comunicazione.
- L’interconnessione tra sorgente e destinazione viene realizzata mediante un’opportuna configurazione degli elementi intermedi, gli “switch”, che realizzano un circuito dedicato.
Commutazione di Circuito
- I terminali sono molto semplici:
- hanno il solo compito di trasdurre la voce e, nella telefonia digitale, di convertirla in un segnale digitale.
- Nessuna elaborazione sul segnale trasmesso è richiesta ai nodi intermedi:
- il loro unico compito è configurare un percorso fisico tra la sorgente e la destinazione in modo tale che sia trasparente a entrambi i terminali e alle informazioni.
Commutazione di Pacchetto
- Comunicazione mediante computer:
- L’interazione avviene secondo il modello “question-thinking-answer-question”, nel quale il mezzo di comunicazione non è sempre occupato.
- I computer si scambiano dati discreti e non continui:
- È più conveniente usare le risorse secondo un modello di utilizzo condiviso e non esclusivo.
- Modello di comunicazione “postale”:
- I dati (lettere e pacchi) sono trasferiti utilizzando nodi di “smistamento” intermedi fino a raggiungere la destinazione finale.
Commutazione di Pacchetto
Ciò è possibile perché:
- Le informazioni sono “atomiche” e discrete.
- Ogni pezzo di informazione è identificabile.
- L’inoltro delle informazione è fatto “per pezzi”.
Ciò richiede funzionalità complesse per i nodi:
- Devo essere in grado di memorizzare i dati per inoltrarli poi in maniera asincrona.
- Devo essere in grado di configurare il loro comportamento di inoltro secondo una decisione. autonoma nell’ottica di un approccio coordinato.
Commutazione di Flusso
- Per alcune applicazioni i computer si scambiano “flussi” di informazioni.
- Necessità di un nuovo modello di comunicazione: i dati scambiati non sono più singolo bit ma stream di bit.
- Ogni elemento dello stream deve riceve lo stesso “trattamento” dai nodi della rete.
Commutazione di Flusso
Un tale modello di comunicazione è realizzabile perché:
- Le informazioni sono sempre discrete.
- È possibile applicare un meccanismo di per l’identificazione dei flussi o di aggregati di flussi.
- L’inoltro è basato su flussi.
È necessario che i nodi realizzino funzioni più complesse:
- Stringenti requisiti temporali.
- Trattamento differenziato dei dati.
- Ammissione dei flussi e definizione di percorsi specifici per l’invio dei dati.
Cos’altro?
Alcune applicazioni e servizi non si adattano ai modelli descritti:
- Transcodifica e networking programmabile
- Content delivery
- Peer-2-peer
- Accesso remoto ai dati
- Non-terminated data flow
- Applicazioni localizzate in rete e middle-box
- Networking autonomico
Cos’altro?
Nuove innovazioni tecnologiche sono attualmente disponibili:
- Grandi capacità di trasporto a livello di backbone della rete
- Switching ottico
- Architetture multi-computer con bus interno a velocità nell’ordine dei GByte
- Riduzione di costi e aumento della velocità di memorie di massa e RAM
- Processori di rete veloci, ri-configurabili e ri-programmabili
Uno scenario in rapida evoluzione
Un evoluzione della tecnologia o casa?
- CPU più piccole, intelligenti ed economiche.
- Terminali multi-servizio: PC+TV+Cellulare…
- Più banda disponibile: Rete cellulare e wireless…
- Fine dei monopoli: più competitor, mercato globale.
Perché quest’attenzione a questioni di carattere regolamentare?
Fin dall’inizio le telecomunicazioni hanno attratto l’attenzione dei governi.
1878, Bell vs West Union:
- Prima separazione tra tecnologia e mercato (telegrafi e telefoni).
1890, Sherman Antitrust Act:
- Prima legge antitrust per smembrare la Standard Oil.
- Non fu applicata alla AT&T fino al 1984.
Perché quest’attenzione a questioni di carattere regolamentare?
1910, Universal Service and the Interconnection of competitors.
1977, MCI vs FCC:
- Primo colpo al monopolio della AT&T.
1996, US Telecomunication Act:
- Cambio drammatico nei regolamenti per le TLC.
1996, WTO Agreement:
- Apertura globale del mercato delle TLC.
Nuove tecnologie per un infrastruttura globale
Un numero abbastanza ampio di scelte
- Tecnologie wireline
- Tecnologie wireless
=> INTERNET as a Global Network
Nuove tecnologie per un infrastruttura globale
Perché Internet?
Diversi possibili candidati
- B-ISDN e ATM
- Da un punto di vista pratico troppo complesso e costo
- Internet
=> INTERNET as a Global Network
Una tassonomia dei Dati e dei Media
- “Un bit è un bit”:
- Si è soliti considerare esclusivamente aspetti tecnici del processi dei dati e della loro trasmissione.
- Poca attenzione alle proprietà semantiche:
- Differenti tipi di informazione e media presentano differenti caratteristiche e proprietà semantiche.
- Queste proprietà influenzano pesantemente il modo con cui i dati dovrebbero essere scambiati.
Una tassonomia dei Dati e dei Media
Qualche esempio:
- Un bit di un messaggio e-mail.
- Un bit di una chiamata telefonica.
- Un bit di video stream.
- Un bit di un messaggio di controllo.
È possibile identificare proprietà semantiche?
Possiamo definire da queste delle caratteristiche utili per la progettazione di un sistema di comunicazione?
Una tassonomia dei Dati e dei Media
Proprietà che definiscono la Qualità dell’Informazione per ogni tipo di dati:
- Correttezza
- Ordine
- Tempificazione
- Consistenza
- Privacy
- Robustezza
Correttezza
È una misura del grado di accettabilità della corruzione dei dati, perché si possa ancora utilizzarli.
- Correttezza stringente:
- Correttezza non stringente:
Ordine
È una proprietà relative all’accettabilità della sequenza di un gruppo di dati processati/scambiati.
- Ordine assoluto:
- Ordine relativo:
- Modello di interazione Domanda/Risposta
Tempificazione
È una misura relativa ai requisiti sul quando uno o più eventi devono verificarsi.
- Asincrono:
- Tempo relativo:
- Solo requisiti sul tempo relativo dell’occorrenza di una sequenza di eventi (isocrono).
- Tempo reale:
- Specifiche sul tempo assoluto, con e senza limiti, dell’occorrenza di eventi.
Tempificazione
Le applicazioni multimediali possono avere valori per questa proprietà anche molto differenti.
Consistenza, Privacy, Robustezza
Consistenza
- È una misura del livello di coerenza tra differenti copie o istanze di una informazione.
- È solitamente funzione del Tempo.
Privacy
- È una proprietà relativa al grado di accessibilità nella condivisione delle informazioni.
- È solitamente funzione dello Spazio.
Robustezza
- È la capacità dei dati di resistere agli errori durante la loro elaborazione o lo scambio.
- Può essere funzione del Tempo e dello Spazio.
Obiettivi della progettazione dei sistemi distribuiti
Evoluzione tecnologica da sistemi centralizzati a sistemi distribuiti
Distribuito: una soluzione a problemi complessi
- Condivisione delle risorse
- Affidabilità
- Gestione e controllo delle risorse
- Comunicazione
- Modularità e Scalabilità
- Parallelismo e Concorrenza
Obiettivi della progettazione dei sistemi distribuiti
- Differenti applicazioni/dati possono richiedere differenti architetture.
- I tre maggiori requisiti da considerare sono:
- Sia l’hardware che il software dei componenti può influire su come tali requisiti sono soddisfatti.
Componenti della Rete
- Nodi: PC, hardware special-purpose, ecc…
- Link: cavo coassiale, fibra ottica, ecc…
Rete a Commutazione
Una rete può essere definita in maniera ricorsiva come…
- Due o più nodi connessi attraverso un link.
- Due o più reti connesse attraverso uno o più nodi.
Due o più nodi connessi attraverso un link
Due o più reti connesse attraverso uno o più nodi
Indirizzamento e Routing
- Indirizzo: una stringa di byte che identifica un nodo solitamente univoco.
- Routing: processo di inoltro dei messaggi ad un nodo destinazione basato sul suo indirizzo.
- Tipi di indirizzo:
- Broadcast: tutti i nodi della rete.
- Multicast: un sottoinsieme di nodi.
Multiplexing
- Time-Division Multiplexing (TDM)
- Frequency-Division Multiplexing (FDM)
Multiplexing Statistico
- Time-Division on-demand.
- Scheduling dei link per pacchetto.
- Pacchetti da differenti sorgenti interallacciati su link.
- Buffer per pacchetti che si contendono il link.
- Il buffer-overflow è detto congestione.
Comunicazione tra processi
Modello computazionale per la distribuzione dei processi: Client-Server
Comunicazione tra processi
Modello computazionale per la distribuzione dei processi: Comunicazione Multipeer/Gruppi
Comunicazione Multipeer/Gruppi
Le astrazioni della comunicazione tra processi
Request/Reply
- File System distribuiti
- Librerie digitali (web)
Stream-based
- Video: sequenza di frame
- ¼ NTSC = 352 x 240 pixel
- (352 x 240 x 24)/8 = 247,5 KB
- 30 fps = 7500 Bps = 60 Mbps
Applicazioni video
- Video on-demand
- Video conferencing
La comunicazione tra computer
La comunicazione tra computer richiede soluzioni tecniche complesse per:
- Trasmissione fisica e Ricezione
- Controllo di errore
- Controllo di flusso
- Conversione dei dati
- Crittografia e Protezione della Privacy
- Sincronizzazione
Un approccio logico dovrebbe essere quello di “Divide et Impera“.
La comunicazione tra computer
- Gli esempi presentati sono mutuamente esclusivi:
- In molti casi differenti soluzioni architetturali coesistono per risolvere differenti problemi in un unico sistema distribuito complesso.
- Un esempio: la moderna Internet:
- Gli utenti residenziali accedono via modem ad un ISP dove una LAN di nodi di accesso è connessa a Internet attraverso una linea “in fitto”.
Cosa non va in una rete?
- Errori a livello dei bit
- Errori a livello di pacchetto
- Problemi dei link e dei nodi
- Ritardo nella consegna dei messaggi
- Messaggi consegnati in ordine errato
- Problemi legati alla sicurezza
Prossima lezione
Tecniche ed Architetture per la Quality of Service