Le reti e la rete Internet. Mauro Gaspari mauro.gaspari@unibo.it

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1 Le reti e la rete Internet Mauro Gaspari mauro.gaspari@unibo.it 1

2 Telecomunicazioni L area delle telecomunicazioni riguarda Trasmissione di voce e video Comunicazione di dati (Data Communication) In questo caso almeno una delle due parti è un computer Queste due sotto aree stanno convergendo Telecomunicazioni Voce e video Comunicazione di dati 2

3 Una definizione di rete Una rete di calcolatori è un insieme di componenti hardware, software e di trasmissione che tutti insieme rendono possibile la comunicazione tra due programmi applicativi che risiedono su due computer diversi connessi alla rete. 3

4 Elementi principali di una rete Applicazione Frame Applicazione Una rete permette di connettere appliocazioni eseguite su Calcolatori diversi 4

5 Cosa è un applicazione Applicazione: un qualsiasi programma eseguito su un computer che ha qualche compito. Alcune applicazioni sono nate per essere eseguite in rete (browsers: mozilla, internet explorer). Altre sono prevalentemente eseguite in locale, ad esempio Microsoft word o excel. Un FRAME: messaggio spedito in rete normalmente composto da alcune centinaia o migliaia di byte. 5

6 Computer in rete (host): clienti e serventi Frame host cliente Identifichiamo con il termine host computer e altri dispositivi come telefoni cellulari e PDAs host servente host portatile host servente 6

7 Comunicazione : scambio di messaggi Frame Client host Gli host comunicano Scambiandosi messaggi Chiamati Frame. Server host Mobile Client host Server host 7

8 Switches: i nodi intermedi della rete Frame Switch Switch Switch Switch I Frames per raggiungere la loro Destinazione possono passare attraverso diversi switches; Uno switch legge I Frame che riceve E li manda avanti verso la destinazione 8

9 Connessione alla rete Dei collegamenti di accesso Connettono i nodi al primo switch collegamento di accesso Normalmente sono cavetti di rame Sempre più spesso collegamenti radio collegamento di accesso collegamento di accesso collegamento di accesso 9

10 Connessioni tra switch Collegamento intermedio Collegamento intermedio Dei collegamenti Intermedi (trunk link) connettono I diversi switches Di solito hanno una capacità maggiore degli access links Usualmente fibre ottiche Collegamento intermedio Coll. Int. Collegamento intermedio 10

11 Principali elementi di una rete Applicazioni Hosts (Computer, cellulari, PDA) Frames Switches Collegamenti di accesso Collegamenti intermedi 11

12 Applicazioni e Applicazioni di rete Applicazione: un qualsiasi programma eseguito su un computer che ha qualche compito. Altre sono prevalentemente eseguite in locale, ad esempio Open office, Microsoft word o excel. Alcune applicazioni (di rete) sono nate per essere eseguite in rete e quindi sfruttano il potere della rete (browsers: mozilla, firefox, safari, internet explorer). Architettura client/server Peer to peer 12

13 Architettura Cliente/Servente Client PC Di solito ci sono due tipi di host Clienti e Serventi Server servizio Clients ricevono servizi rete Servers forniscono servizi 13

14 Applicazioni Client/Server Client PC Client PC Client PC Client PC Client PC Vantaggi: Server conosciuto Controllo Centralizzato Svantaggi: Rete sovraccarica al server Clienti sottoutilizzati Tracciabilita Il server normalmente deve fare un gran lavoro E quindi deve essere un calcolatore molto potente. 14

15 Semplici Applicazioni Peer-to-Peer (P2P) Richiesta Client PC Risposta Client PC Vantaggi: Libertà per gli utenti Si evita il Bottleneck sul server Sfrutta meglio i clienti Problematiche: Clienti non sempre disponibili Clienti possono cambiare indirizzo Mancanza di sicurezza che Non può essere controllata centralmente 15

16 P2P Applications Servizio diretto anche se a volte i sistemi P2P usano facilitatori per alcune funzionalità Peer Peer Peer Peer Peer Peer 16

17 Tipologie di reti Reti locali Reti geografiche Reti metropolitane Personal area networks 17

18 Classificazione delle Reti 18

19 Reti Locali Local Area Network (LAN) Distanze limitate tra gli host (qualche chilometro): casa, uffici, edifici, campus, aree industriali Basso costo di trasmissione Companies can afford high speed 100 Mbps per i collegamenti di accesso è la velocità oramai più diffusa (in italia lo sarà a breve). Tecnologie di tipo broadcast o multicast 19

20 Reti Geografiche Wide Area Network (WAN) Per collegare diverse site Grosse distanze WAN Alto costo di trasmissione Tipicamente le aziende non possono permettersi un alta velocità Per ora più diffuse le basse velocita (da 56 kbps fino a pochi megabit per secondo) Tecnologie punto a punto. 20

21 Altre tipologie di reti Esistono altre tipologie di reti Metropolitan Area Network (MAN) Un unica area urbana (una citta e i suoi dintorni) Piu veloci delle WAN che devono coprire lunghe distanze. Un po più lente delle LAN Personal Area Network (PAN) Il corpo di una persona o una scrivania Storage Area Network (SAN) Per collegare tra loro server con dispositivi di memoria di massa. 21

22 Metropolitan Area Networks Esempio di rete metropolitana basata su cavi TV. 22

23 Internet Una rete internet è definita come un gruppo di reti collegate tra loro tramite router in modo tale da rendere possibile la comunicazione tra programmi applicativi eseguiti nelle diverse sottoreti. Router Network 1 Network 2 23

24 Differenza tra pacchetti e frame I messaggi in un unica rete (sottorete) sono chiamati Frames I messaggi su Internet sono chiamati pacchetti 24

25 Un esempio di rete Internet Reti Multiple Connesse da Routers Il cammino di un pacchetto si chiama Route Ciascuna rete singola è simile a quelle che abbiamo visto fino ad ora può contenere switch Rete Singola Routers Pacchetto Rete singola Route 25

26 Un esempio di rete Internet Le reti singole contengono switch Gli Switches connettono host-a-router o Router-a-Router Rete X Ciascuna rete singola è simile a quelle che abbiamo visto fino ad ora può contenere switch. Rete Y Switches Rete Z Routers Switches 26

27 Frame e Pacchetti I pacchetti transitano da un host sorgente ad un host destinazione attraversando diverse reti Host sorgente Pacchetto Host destinazione Lo stesso pacchetto Lo stesso pacchetto 27

28 Frame e Pacchetti All interno di una singola rete, un pacchetto viene trasportato all interno di un frame specifico per quella rete (nella parte dati) probabilmente attraversando diversi switches Pacchetto Rete 1 Frame 28

29 Frame e Pacchetti Il primo router rimuove il pacchetto dallo spazio dati del frame e spedisce il pacchetto in un nuovo frame il cui formato dipende dalla seconda rete. Stesso pacchetto Frame Rete 1 Primo Router Rete 2 Frame con il formato della rete 2 Secondo Router 29

30 Frame e Pacchetti Il secondo router rimuove il pacchetto dal secondo frame, e spedisce il pacchetto all interno di un frame che ha il formato della terza rete. Stesso pacchetto Rete 3 Rete 2 Frame con formato della rete 2 Secondo router Frame con formato della rete 3 30

31 Frame e Pacchetti È come passare un carico (il pacchetto) da un camion (frame) a un areoplano (frame) all areoporto. Spedizione Stesso carico Destinatario Camion Aereoporto Aereoporto Camion Aereo 31

32 Internet La rete internet globale è costituita da migliaia di reti Browser rete Webserver Software pacchetto Router pacchetto Router Route pacchetto Router 32

33 Internet Browser rete Webserver Software Pacchetto Router Pacchetto Router Route Packet PC dell utente (Host) Indirizzo IP = Router Webserver (Host) Indirizzo IP= Nome del Host=voyager.cba.hawaii.edu 33

34 Hosts Tutti i computer in Internet si chiamano host Host che fanno da Server (webservers, FTP servers, etc.) Ma anche i PC a casa, a scuola, e al lavoro Anche i PDA e i cellulari con accesso a internet Dal punto di vista di Internet tutti gli host sono uguali a prescindere dalle loro dimensioni Solo il software applicativo è in grado diu distinguere tra i vari host (browsers per i PC clienti, applicazioni sul webserver per i server, etc) 34

35 Indirizzi e nomi degli host Indirizzo IP di un host È l indirizzo ufficiale dell host nella rete Ogni host deve avere un indirizzo IP, compresi i PC clienti e i PDA È lungo 32 bit Quasi sempre espresso in notazione decimale con punti per poterli trattare in modo più agevole (e.g., ) NB gli Hosts e i router utilizzano la forma 32-bit per funzionare Indirizzo IP: Segment (17) 35

36 Osservazione È importante enfatizzare che gli host e i router non utilizzano mai la forma decimale con i punti. Utilizzano sempre la forma binaria. La forma decimale con i punti è solo una rappresentazione che permette agli essere umani di utilizzarli agevolmente. In pratica la nostra memoria non è così potente da poter ricordare agevolmente questi numeri binari (32 bits) (Utilizzata da Hosts e Router) (Utilizzata da noi) 36

37 La rete Internet Browser Rete Webserver Software Pacchetto Router Pacchetto Router Route Pacchetto PC dell utente (Host) Indirizzo IP= Router Webserver (Host) Indirizzo IP = Nome del Host=voyager.cba.hawaii.edu 37

38 Nomi e indirizzi di host Come sono i nomi degli Host Costituito da diverse parole (etichette) separate tra loro da punti: (voyager.cba.hawaii.edu) Usano lo stesso principio dei nickname; devono essere facili da ricordare Non sono però l indirizzo ufficiale del host Nome dell Host Voyager.cba.hawaii.edu Etichetta (cba) 38

39 Indirizzi e Nomi di Host Domain Name System (DNS) Non è possibile inviare messaggi di richiesta a un host se si conosce solo il suo nome Un Computer deve conoscere l indirizzo IP per poter contattare un host Il DNS permette di legare i nomi degli host agli indirizzi IP e viceversa. 39

40 Domain Name System (DNS) Host Messaggio di richiesta al DNS dammi l indirizzo di Voyager.cba.hawaii.edu Host Autore Della richiesta DNS Host 40

41 Domain Name System (DNS) Host Tabella del DNS Nome dell host Voyager.cba.hawaii.edu Indirizzo IP Host Autore Della richiesta Messaggio di risposta del DNS L indirizzo IP richiesto è DNS Host 41

42 Internet Service Provider (ISP) e Internet Backbone Router PC dell Utente Internet Backbone (Diversi Gestori - Carriers) Server web ISP ISP Internet Service Provider Internet Service Provider 42

43 Internet Service Provider (ISP) Fornitori di servizi internet Servono per connettersi al resto di Internet Molto spesso l allacciamento al provider costa per poter permettere al provider di pagare i collegamenti ai gestori del backbone Altre volte si utilizza la pubblicita Internet è per la maggior parte una rete commerciale 43

44 Internet, Intranets, and Extranets La loro definizione dipende dalle comunità a cui sono indirizzate. Internet Indirizzata ad una comunità universale; che include tutti 44

45 Intranets and Extranets La loro definizione dipende dalle comunità che ne fanno uso. Intranets Una comunità è un unica organizzazione, che possibilmente dispone di diverse site. Usa standard di internet sia per la trasmissione che come applicazioni. Controlla la comunicazione con il resto della rete utilizzando dei firewall. 45

46 Extranets Extranets Una comunità è costituita da un gruppo di venditori e un gruppo di possibili acquirenti. Vengono inclusi nella comunità solo alcuni degli host di un azienda. Possono essere strutturate con schemi diversi: Un unico venditore e più acquirenti. Un unico acquirente con più venditori Un mercato con molti venditori e acquirenti 46

47 Intranet: Aspetti di Sicurezza Un problematica importante la cui rilevanza tende a crescere nel tempo. Gli attacchi su internet tendono a raddoppiare ogni anno. Gli attacchi stanno diventando sempre più dannosi quando hanno successo ($1 billion USD di spesa a causa dei principali virus). Le aziende e le nazioni tendono ora a considerare il problema in modo serio in previsione di ulteriori peggioramenti. 47

48 Il ruolo dei Firewall Nega l accesso a un pacchetto che contiene un attacco. 1. Deny Attack Packet hacker Intranet Server Firewall per internet Internet Intranet Client Log Attack Packet Server web pubblico Intranet Client Rete aziendale 48

49 Il ruolo dei Firewall (2) Intranet Server Fa passare solo I pacchetti legittimi Firewall per internet 2. Pass Internet hacker Pacchetti legittimi Intranet Client Log Server web pubblico Intranet Client Rete aziendale 49

50 Il ruolo dei Firewall (3) Intranet Server Pacchetto legittimo Fa uscire un pacchetto legittimo Firewall per internet Internet Hacker Intranet Client 3. Pass Log Rete aziendale Server web pubblico Intranet Client 50

51 I protocolli di rete Mauro Gaspari

52 La comunicazione in rete è basata sul concetto di Standard Definizione: uno standard di rete è costituito da un insieme di regole e convenzioni che specificano come avviene la comunicazione tra due o più elementi hardware o processi software eseguiti su macchine diverse. Messaggio Messaggio Client PC Messaggio Tipicamente gli standard si focalizzano su i diversi aspetti della comunicazione sia hardware che software: Standard di trasmissione sui collegamenti hardware ethernet, Token-ring, DQDB. Protocolli software: Formato dei messaggi (Sintassi). Sequenze di messaggi ad esempio una risposta segue a una richiesta Semantica dei Messaggi: Il significato dei valori nei diversi campi. Server 52

53 Perché sono necessari gli standard? Molti venditori e fornitori componenti di reti. Importante raggiungere un accordo. La definizione di standard permette la comunicazione tra calcolatori progettati con criteri diversi. Incrementa il mercato dei prodotti che aderiscono a un certo standard. 53

54 Diverse tipologie di Standard Standard de facto: si sono imposti senza nessun tipo di pianificazione, per motivi tecnici. UNIX TCP/IP Standard de jure: standard imposti da autorità internazionali e progettati da organizzazioni per promuovere la standardizzazione: IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) ISO (International Standard Organization) ANSI (American National Standards Institute) 54

55 Punto importante: La comunicazione è basata su diversi livelli Client PC Messaggi o Server

56 Network Software Protocol Hierarchies Layers, protocols, and interfaces. 56

57 Protocol Hierarchies (2) The philosopher-translator-secretary architecture. 57

58 Un esempio Comunicazione di messaggi in TCP/IP livello applicazione HTTP Msg livello applicazione Livello trasporto TCP Msg Livello trasporto Livello internet Pacchetto IP Livello internet Livello internet Livello Data-link Ethernet Frame Livello Data-link Livello Data-link Livello Data-link Livello fisico Livello fisico Livello fisico Livello fisico Client PC Ethernet Switch Router Server 58

59 Un esempio Comunicazione di messaggi in TCP/IP Livello applicazione livello applicazione HTTP Msg livello applicazione Browser Programma Applicativo Su webserver Client PC Ethernet Switch Router Server 59

60 Scopo del livello applicazione Lo scopo del livello applicazione è quello che permette di far comunicare tra loro due programmi applicativi eseguiti su host diversi. Quando un browser manda una richiesta a un webserver, lo standard per la comunicazione è un protocollo denominato Hypertext Transfer Protocol (HTTP). Per questo motivo gli URL dei siti cominciano con Altri tipi di applicazioni utilizzano standard diversi basati su altri tipi di protocolli a livello applicazione 60

61 Scambio di messaggi con TCP/IP Livello trasporto Riguarda la comunicazione tra host Host-to-Host HTTP funziona se viene usato TCP Al livello di trasporto Livello trasporto TCP Msg Livello trasporto Client PC Ethernet Switch Router Server 61

62 Scopo del livello di trasporto Lo scopo del livello di trasporto è quello di permettere la comunicazione tra due host anche se si tratta di calcolatori di tipo diverso, ad esempio PC o un workstation server. Se si utilizza HTTP al livello applicazione, è necessario utilizzare un Transmission Control Protocol (TCP) al livello di trasporto. Altre applicazioni possono richiedere standard diversi a livello di trasporto. 62

63 Trasmissione ai livelli fisico data link e internet Rete X Route Switches rete Y Rete Z rete Y Routers Switches 63

64 Comunicazione TCP/IP: il livello IP Comunicazione Hop-by-Hop attraverso internet Host-Router-Router- Router-Host Livello internet Pacchetto IP Livello internet Livello internet Client PC Ethernet Switch Router Server 64

65 Il livello internet Lo scop[o di questo livello è quello di instradare I pacchetti dal host sorgente all host destinazione attraverso diverse sottoreti connesse da router. TCP necessita dell utilizzo di Internet Protocol (IP) al livello internet. 65

66 Scambio di messaggi con TCP/IP Il livello Data LINK Trasmissione di tipo Hop-by-Hop attraverso una rete Station-Switch-Switch- -Switch-Station Livello Data Link Eth Frame Livello Data Link Livello Data Link Livello Data Link Livello Fisico Livello Fisico Livello Fisico Livello Fisico Propagazione attraverso un singolo cavo, Fibra ottica, o connessione radio Client PC Ethernet Switch Router Server 66

67 Trasmissione ai livelli fisico data link e internet rete X Data Link Switches rete Z rete Y Routers Switches NB: Ci sono 3 Data Links. Uno per ciascuna rete attraversata 67

68 Il livello Data Link Lo scopo del livello data link layer è di gestire il movimento dei messaggi da un host sorgente a un host destinazione oppure a un router attraverso un unica rete che contiene switches. Ad esempio se un host è situato in una LAN di tipo Ethernet viene utilizzato uno standard di livello data link di tipo Ethernet. 68

69 Trasmissione ai livelli fisico data link e internet Rete X Link fisici Switches Rete Z Rete Y Routers Switches NB: Nell esempio ci sono 7 Links fisici 69

70 Scopo del livello fisico Lo scopo del livello fisico è quello di controllare la trasmissione di bit utilizzando cavi, onde radio o altre connessioni tra un host e uno switch, oppure tra coppie di switch, oppure tra uno svitch e un router. Ad esempio, se un host è in una LAN di tipo Ethernet, si utilizza uno standard di trasmissione legato al livello fisico di Ethernet. 70

71 Scopo del livello fisico Connettori Mezzi di trasmissione Diversi livelli di voltaggio Per rappresentare 0 e 1 71

72 Diversi protocolli usati in due esempi Livelli Applicazione Trasporto Internet Data Link Fisico Esempio 1: Accesso a Internet da una LAN HTTP TCP IP Ethernet Ethernet Esempio 2: Scaricare su internet da linea Telefonica con un modem POP TCP IP PPP (Point-to-Point Protocol) Modem (V.92) 72

73 Confronto tra I livelli fisico, data link, internet Livello Formato messaggi Dispositivi Di connessione Livello dei Dispositivi* Fisico Data Link Internet Nessuno trasmissione : Bit-by-Bit Frame Pacchetti Repeater (Hub) 1 Switch 2 3 Router *I dispositivi si possono caratterizzare con il livello massimo a cui operano, possono operate anche ai livelli più bassi. 73

74 Confronto tra I livelli fisico, data link, internet Livello Fisico Data Link Internet Convenzione sul formato Nessuna Gli Switches convertono il formato tra diverse connessioni a livello fisico su porte diverse UTP Fibra Ottica Client PC Switch Server 74

75 Confronto tra I livelli fisico, data link, internet Livello Fisico Data Link Internet Convenzioni sul formato Nessuna I router convertono I dati quando si passa tra reti diverse Caratterizzate da diversi data link e diversi livelli fisici Rete Ethernet Rete ATM Router 75

76 Regola: tutti gli switch di una rete e tutti i router in una internet devono seguire lo stesso standard Ethernet Switch Rete 1 (Ethernet) Ethernet Switch Rete 2 Client PC Ethernet Switch Rete 3 (ATM) Router (IP) Server ATM Switch ATM Switch Router (IP) 76

77 Comunicazione verticale su uno Switch X1 A Frame Switch X1 Processo a livello data link B Frame Porta 1 Fisico Porta Fisico 2 Porta Fisico 3 Porta Fisico 4 Host A Switch X2 77

78 Comunicazione verticale su un Router R1 Pacchetto IP Livello internet DL-T Pacchetto IP Packet IP DL-H Porta 1 DL Porta 2 DL Porta 3 DL Porta 4 DL Fisico Fisico Fisico Fisico Router R1 Switch X2 Il router R1 riceve frame dallo Switch X2 nella Porta 1. Porta 1 al livello DL si estrae il pacchetto. Porta 1 il pacchetto DL viene passato al livello internet. 78

79 Comunicazione verticale su un Router R1 Livello internet Pacchetto IP Porta 1 DL Porta 2 DL Porta 3 DL Porta4 DL DL-T Pacchetto IP Packet IP DL-H Fisico Fisico Fisico Router R1 Fisico Router 2 Il livello Internet manda pacchetti in out sulla Porta 4. Il livello DL sulla Porta 4 incapsula i pacchetti in un frame. Il livello DL passa il frame sulla Porta 4 al livello fisico Il livello fisico spedisce I bit come segnali al Router 2 79

80 Standards per I livelli di trasporto e applicazione App 1 App 2 App 3 App 4 Livelli di trasporto Rete o internet Client PC Server NB: gli standard a livello di trasporto possono connetere computer di tipo diverso. In genere gli standard a livello di trasporto sono affidabili e correggono eventuali errori 80

81 Standards per I livelli di trasporto e applicazione App 1 App 2 Livello applicazione App 3 App 4 Rete o Internet Client PC Server NB: Gli standard a livello applicativo collegano coppie di applicazioni su router multitasking.. 81

82 Livello di trasporto Divisione di un messaggio grande in tanti pacchetti. 82

83 Architetture: TCP/IP, OSI, e ibride TCP/IP-OSI TCP/IP OSI Hybrid TCP/IP-OSI Applicazione Applicazione Presentazione Applicazione Sessione Trasporto Trasporto Transport Internet Utiulizzo di Standards OSI Rete Data Link Fisico Internet Data Link Fisico 83

84 Architetture: TCP/IP, OSI, e ibride TCP/IP- OSI L architettura ibrida TCP/IP-OSI è utilizzata su internet e sulla maggior parte delle reti aziendali. Le agenzie che hanno curato lo standard OSI sono la ISO e la ITU-T (International Telecommunication Union Telecommunication Standard Sector). L agenzia di standards che ha curato TCP/IP è la IETF (Internet Engineering Task Force). La maggior parte dei documenti IETF sono chiamati RFC (Requests For Comments). Alcune tra le RFC ma non tutte sono dei protocolli standard di Internet. 84

85 NB La configurazione più comune per gli standard di rete è quella di utilizzare gli standard OSI a livello fisico e data link e lo standard TCP/IP ai livelli internet, trasporto, e applicazione. È molto importante tenere presente che questa architettura ibrida basata su TCP/IP OSI è quella di internet e sarà quindi ampiamente analizzata nel corso (e nel libro di Panko). 85