Il funzionamento delle reti Definizioni utili

Transcript

1 Il funzionamento delle reti Definizioni utili 1

2 Rete di calcolatori Insieme di dispositivi autonomi interconnessi tra loro da supporti fisici (cavi di materiale conduttore, fibre ottiche, onde elettromagnetiche) per la trasmissione di segnali permettono la comunicazione tra calcolatori (e quindi anche tra utenti) i dati elaborati e trasmessi sono rappresentati usando sequenze di bit di varia lunghezza Terminologia Host: Un entità che genera/riceve dati, Quando è fisicamente controllato da un utente umano viene anche chiamato end-system Apparato: Un entità che smista e cataloga i dati Nodo: Un punto riconoscibile della rete, può essere un host o un apparato Borchia: Un punto di connessione, dove fisicamente attaccare un cavo Link: Connessione fisica tra due nodi (non necessariamente riservata, non necessariamente tra due borchie) Protocollo: il modo in cui gli apparati / host si parlano all interno della rete internet: Una rete basata su certi tipi di protocolli Internet: LA rete Ethernet: Il protocollo tipico di internet per lo scambio di dati su di un link, Un tipo di cavo (giallo). Pacchetto: Una quantità di dati che la rete considera unitaria, in molto casi la trasmissione dati avviene un pacchetto alla volta, È un termine generico che può assumere molti nomi TCP/IP: Famiglia di protocolli, in generale, tutto quello che permette a due nodi di comunicare attraverso una rete di tipo internet Connessione: Una comunicazione stabilita tra due nodi, non coincide con un link Flusso: Dati aventi una origine comune e canalizzati usando la stessa connessione 2

3 Classificazione delle reti Classificazione delle reti Le reti possono essere classificate per: Dimensioni Topologia Organizzazione 3

4 Classificazione delle reti: dimensione Classificazione in base alla dimensione: Reti personali (Personal Area Network) Reti locali (Local Area Network) senza fili (Wireless Local Area Network) Reti metropolitane (Metropolitan Area Network) Reti geografiche estese (Wide Area Network) Internet ovvero una rete di reti comunicanti tra loro grazie ad un insieme di regole di comunicazione o protocolli Classificazione delle reti: topologia Rappresenta lo schema di connessione delle infrastrutture di rete Ad anello: ciascun componente (o nodo) può comunicare con gli altri inviando i segnali attraverso la sequenza di connessioni (senso orario o antiorario) A stella: ciascun componente può comunicare con gli altri inviando i segnali alla componente centrale che è connessa direttamente con tutte le componenti A bus: ciascun componente può comunicare con gli altri inviando i segnali attraverso il bus condiviso (occorre regolare la gestione dell accesso al bus) 4

5 Classificazione delle reti: topologia Classificazione delle reti: topologia (Anello) 5

6 Classificazione delle reti: topologia (Stella) Classificazione delle reti: topologia (Bus) 6

7 Classificazione delle reti: organizzazione Gerarchica Esistono computer più importanti che gestiscono la rete, altri che la utilizzano Es. Client / server il server gestisce centralmente la condivisione delle risorse e la sicurezza della rete i client fanno le richieste al server Paritetica Ogni computer ha lo stesso ruolo nella rete Es. peer to peer (emule) ogni stazione si occupa di propri problemi di gestione Gli apparati che compongono la rete 7

8 Alcuni apparati di rete Apparati di rete (si occupano di far circolare le informazioni) Repeater: rinvigorisce il segnale che lo attraversa) si usa come giunzione tra due link Bridge: divide una rete in due o più parti (domini di collisione) senza caratterizzare i nodi in maniera distinta capisce chi sta da una parte e chi dall altra e fa passare solo i pacchetti che devono effettivamente transitare da una parte all altra della rete volge anche le funzioni di un repeater ed i nodi non sanno della sua presenza collega reti che utilizzano canali fisici diversi per comunicare (es. fibra ottica e doppino telefonico) Router: divide la rete in due o più parti caratterizzando i nodi in maniera distinta i nodi devono sapere che c è un router a cui fare riferimento per uscire dalla rete permette di controllare chi passa e chi no Hub: non è un nodo di rete inoltra i dati in arrivo da una qualsiasi delle sue porte su tutte le altre (topologia bus tutti i computer connesi all hub ascoltano ) Bridge 8

9 Router A B Trasmissione di dati e ritardi 9

10 Store and forward Un pacchetto di L bit viene trasmesso su una linea di capacità R in L/R secondi Tutto il pacchetto deve essere arrivato al next hop router prima di essere inviato di nuovo (per via dello store and forward) Nel caso in esame, delay= 3L/R (Assumendo nullo il ritardo di propagazione) L R R R Esempio L = 7.5 Mbits R = 1.5 Mbps d = L/R = 5 sec ritardo = 3*d = 15 sec 19 Quattro tipi di ritardo 1. Elaborazioni sul router Controllo degli errori Instradamento (Determinazione del link di uscita) A transmission 2. Accodamenti Tempo di attesa per il link di uscita Tempo di attesa per la CPU (Dipende dal grado di congestione del router) propagation B nodal processing queueing 20 10

11 Quattro tipi di ritardo 3. Trasmissione Link di capacità R Pacchetto di dimensione L Tempo di trasmissione D = L/R 4. Propagazione Cavo di lunghezza d Velocità di propagazione s (~ 2x10 8 m/s) Tempo di propagazione A transmission P = d/s propagation B nodal processing queueing 21 Nodal Delay È il ritardo accumulato da ogni nodo d nodal = d proc + d queue + d trans + d prop d proc = processing delay Pochi microsecondi d queue = queuing delay Dipende dal grado di congestione d trans = transmission delay L/R, importante per link a bassa capacità d prop = propagation delay Da pochi microsecondi a centinaia di millisecondi 22 11

12 Ritardi su Internet Il programma traceroute fornisce informazioni su quali sono i ritardi sulla rete (Per windows, usare tracert) Manda tre pacchetti verso la destinazione A distanze crescenti un router risponde a questi tre pacchetti Il Time To Live (TTL) del pacchetto parte da 1 ed incrementa fino a raggiungere la destinazione Visualizza il tempo di risposta 3 probes 3 probes 3 probes 23 $ traceroute Traceroute 1 cs-gw ( ) 1 ms 1 ms 2 ms Tre misurazioni 2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu ( ) 1 ms 1 ms 2 ms 3 cht-vbns.gw.umass.edu ( ) 6 ms 5 ms 5 ms 4 jn1-at wor.vbns.net ( ) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn1-so wae.vbns.net ( ) 21 ms 18 ms 18 ms 6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu ( ) 22 ms 18 ms 22 ms 7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu ( ) 22 ms 22 ms 22 ms ( ) 104 ms 109 ms 106 ms 9 de2-1.de1.de.geant.net ( ) 109 ms 102 ms 104 ms Link 10 de.fr1.fr.geant.net ( ) 113 ms 121 ms 114 ms trans 11 renater-gw.fr1.fr.geant.net ( ) 112 ms 114 ms 112 ms 12 nio-n2.cssi.renater.fr ( ) 111 ms 114 ms 116 ms 13 nice.cssi.renater.fr ( ) 123 ms 125 ms 124 ms 14 r3t2-nice.cssi.renater.fr ( ) 126 ms 126 ms 124 ms 15 eurecom-valbonne.r3t2.ft.net ( ) 135 ms 128 ms 133 ms ( ) 126 ms 128 ms 126 ms 17 * * * 18 * * * Pacchetti persi, o nessuna risposta dal router 19 fantasia.eurecom.fr ( ) 132 ms 128 ms 136 ms 24 12

13 Traceroute grafico 25 Da tracert alla rappresentazione grafica della rete 13

14

15 Topologia complessa (a maglia) Internet e i protocolli 15

16 Internet come infrastruttura Milioni di dispositivi interconnessi tra loro. Diversi link di comunicazione (fibra ottica, rame, trasmissioni radio, ). Lo scopo dell esistenza di questa infrastruttura di comunicazione è quello di permettere agli end-system di usufruire di servizi Web E-commerce Giochi online File sharing Da notare: il web è solo uno dei tanti servizi di cui possiamo usufrire. Servizi e protocolli Per poter usufruire di un servizio (computer host), occorre fare una richiesta (al client) Un protocollo definisce le modalità con cui è necessario effettuare una richiesta di servizio Ogni servizio definisce un suo protocollo specifico La rete esiste solo grazie a queste strutture sintattiche che permettono di trasmettere dati in maniera organizzata Tutte le attività di Internet sono governate da protocolli 16

17 Protocollo Insieme di regole che governano la successione e lo scambio di informazioni fra due dispositivi comunicanti tra loro A set of conventions governing the treatment and especially the formatting of data in an electronic communications system Caratteristiche di un protocollo Quando descriviamo un protocollo dobbiamo stabilire: Un lessico Il formato dei messaggi Una sintassi Quali sono le sequenze di messaggi valide Un sistema di turni Quando inviare e quando ricevere Una semantica Dare un significato ai messaggi 17

18 Internet (e i suoi protocolli) Con il termine Internet si fa riferimento ad una rete che fa uso di certi tipi di protocolli quando si vanno ad esaminare certi tipi di funzionalità IP (Internet Protocol) TCP (Transmission Control Protocol) TCP/IP 18

19 Protocolli: un caso reale amm. delegato amm. delegato assistente pers. assistente pers. segretaria segretaria posta interna posta interna U.R.P. U.R.P. ufficio postale ufficio postale postino postino 37 Questo è un modello Abbiamo definito un insieme di funzionalità e non una serie di azioni da compiere Queste funzionalità sono legate tra loro attraverso delle dipendenze (gerarchia) Per ogni livello della gerarchia definiamo quali sono le funzionalità (servizi) che servono ai due livelli adiacenti Ogni strato definisce un servizio attraverso le azioni svolte al suo interno, per poterlo fare si affida a servizi offerti dagli strati inferiori 38 19

20 Il modello ISO-OSI application presentation session transport network data link physical link amm. delegato assistente pers. segretaria posta interna U.R.P. ufficio postale postino 39 Lo stack di protocolli di Internet application application presentation session TCP UDP transport network data link physical link IP data link physical link 40 20

21 Lo stack di protocolli di Internet Application: Supporto alle applicazioni di rete FTP, SMTP, HTTP Transport: Traferimento dati punto-a-punto TCP, UDP Network: Organizzazione del percorso IP, routing protocols Data link: Trasferimento dati tra nodi collegati direttamente PPP, Ethernet Physical link: bit che corrono sul filo application transport network data link physical link 41 Importante Ogni livello ha un suo modo di identificare chi è la controparte a cui inviare i messaggi Formalmente si dice che ogni livello ha un suo sistema di indirizzamento Per poter ottenere questo ogni livello attraversato da un messaggio aggiunge delle sue informazioni specifiche Questa operazione prende il nome di incapsulamento 42 21

22 message segment datagram frame source Incapsulamento bridge destination router 43 Ok, sappiamo che i dati vengono scambiati nella rete tramite il protocollo TCP/IP Ma come collegare un computer alla rete??? 22

23 Infrastruttura Dal punto di vista fisico possiamo dividere l infrastruttura di Internet in tre parti 1. Edge (bordo) I punti terminali dove sono collegati gli end-system 2. Access network (reti di accesso) Quella parte di infrastruttura che permette agli end-system di accedere al resto della rete 3. Core (interno) La parte che si occupa di distribuire i dati e coordinare le reti di accesso Edge 23

24 Access network Core 24

25 Vivere ai bordi Quando si è collegati a Internet, ci si trova ad uno dei suoi bordi (edge) Gli end-system eseguono applicazioni sul bordo della rete Le applicazioni interagiscono l una con l altra utilizzando reti di accesso e core (e usando un protocollo) Access Network Permettono la connessione fisica di un end-system al resto dell infrastruttura Residenziali Permanentemente connesse Per utenti mobili Si caratterizzano per Capacità di trasferimento Se condivise o dedicate L apparato che identifica il punto di accesso prende anche il nome di router di bordo (edge router o border router) 25

26 Accesso residenziale punto a punto Dial-up via modem fino a 56 Kbps (qualche volta anche meno) non possiamo usare la rete e telefonare contemporaneamente ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) fino a 1 Mbps upstream (tipicamente 256 Kbps) fino a 20 Mbps downstream (tipicamente 1 o 4 Mbps) ADSL Trasmettere in modi chiaro la voce richiede circa 10 kbps ADSL sfrutta la capacità di trasferimento del doppino telefonico lasciata inutilizzata dalla telefonia tradizionale PSTN Upstream Downstream 4 25, KHz 26

27 Tipica rete casalinga Componenti: Modem ADSL (o cable) Router/firewall/NAT Ethernet Wireless Access Point (AP) point to/from ISP cable modem router/ firewall wireless laptops Ethernet wireless access point Internet Service Providers Ora sappiamo come collegarci tecnicamente, ma rimane la questione di sapere a chi collegarsi Gli Internet Service Provider (ISP) sono aziende che rivendono connettività ad Internet Una volta collegati ad un edge router di proprietà di un ISP possiamo mandare dati verso il resto della rete 27

28 Reti permanentemente connesse Le reti di aziende ed università (LAN) si collegano direttamente al router di bordo La rete come un servizio: l astrazione client / server 28

29 Astrazione client/server il vostro computer server web Una volta connessi alla rete, possiamo vederla come una struttura che offre dei servizi (web, posta elettronica, ) 57 L astrazione client/server (nel caso del web) Server è il computer che possiede (memorizzata o generata runtime) la pagina web a cui volete accedere Client è il computer che richiede l accesso alla pagina web Quando l utente clikka su un link, il computer client invia la richiesta di un servizio al server e resta in attesa della sua risposta 58 29

30 In risposta il server invia la pagina richiesta al client, la relazione client/server termina; il client potrà chiedere altri servizi allo stesso server o ad altri server Il server gestirà le richieste di altri client 59 Ma come facciamo a trovare un computer in rete? Indirizzamento 30

31 Schema di indirizzamento Un generico dispositivo connesso ad Internet deve essere identificabile in modo univoco Per questo motivo a ogni computer connesso viene associato un indirizzo internet, definito nell ambito del protocollo TCP/IP Indirizzo numerico Ogni indirizzo IP è definito da 32 bit (4 byte); Gli indirizzi IP vengono rappresentati in forma decimale, un numero (da 0 a 255) per ogni byte Ogni host sulla rete è identificato univocamente da un indirizzo numerico Esempio: La gerarchia dalla macchina alla rete si legge da destra a sinistra nell indirizzo numerico 31

32 Indirizzo simbolico Gli indirizzi IP vengono (più comodamente) rappresentati in forma simbolica da un insieme di identificativi mnemonici Ogni indirizzo simbolico identifica univocamente un host sulla rete Esempio: laren.dsi.unimi.it La gerarchia dalla macchina alla rete si legge da sinistra a destra nell indirizzo simbolico Indirizzo simbolico laren.dsi.unimi.it it: lo stato (Italia) unimi: l istituzione (Università di Milano) dsi: il dipartimento (Scienze dell Informazione) all interno dell istituzione laren: il laboratorio (Reti Neurali) all interno del dipartimento Più generico Meno generico 32

33 Osservazioni Un indirizzo numerico è sempre formato da 4 parti, un indirizzo simbolico no (esempio: Non c è corrispondenza tra le singole parti di un indirizzo numerico e quelle di un indirizzo simbolico DNS: Domain Name System È molto più comodo ricordarsi piuttosto che Inoltre, essendoci milioni di siti web non è neanche possibile pretendere che la gente lo faccia DNS è il servizio che si occupa della conversione di nomi alfanumerici in indirizzi IP e viceversa 66 33

34 DNS: database gerarchico distribuito Root DNS Servers com DNS servers org DNS servers edu DNS servers yahoo.com DNS servers amazon.com DNS servers pbs.org DNS servers poly.edu DNS servers umass.edu DNS servers Un host vuole l indirizzo IP di Viene interpellato un server globale per sapere l indirizzo di DNS server per.com (primo livello) Viene contattato il DNS di.com per avere l indirizzo del DNS server autoritativo per.amazon.com (secondo livello) Viene contattato il DNS di.amazon.com per avere l indirizzo IP di In realtà La risoluzione di un nome avviene in maniera ricorsiva La richiesta viene fatta all entità più prossima Ogni entità che partecipa: Se ha l informazione risponde Altrimenti demanda all entità di livello superiore Una serie di cache lungo il percorso permettono di diminuire i tempi medi di attesa 68 34

35 Web e http World Wide Web Che cos è parte di internet vasta collezione di informazioni distribuita rete client-server distribuita WWW (confidenzialmente web - ragnatela) è la rete costituita dai server che forniscono accesso alle loro informazioni tramite il protocollo http Gli host si collegano ai server usando un programma client detto browser (colui che curiosa) Netscape, Internet Explorer, Mozilla, Opera, Safari, Lynx Il browser permette la consultazione interattiva di documenti ipertestuali e multimediali con modalità point-and-click 35

36 HyperText Transfer Protocol l HyperText Transfer Protocol (HTTP) consente l accesso a risorse distribuite su diversi host sulla rete con un approccio di tipo ipertestuale I documenti ipertestuali sono codificati secondo le specifiche dettate dallo standard HTML: HyperText Markup Language E il protocollo usato per le applicazioni WEB HTML Si tratta di un testo decorato da informazioni aggiuntive dette di markup Le informazioni aggiuntive non fanno parte del contenuto Il testo viene spedito così com è attraverso la rete È compito dell applicazione lato client rappresentare il contenuto di una pagina nel miglior modo possibile Questo è il motivo per cui con browser diversi a volte ottengo risultati diversi Si può considerare una versione molto semplificata dell XML Che a sua volta è una semplificazione dell SGML 72 36

37 Nomenclatura Pagina Web È un contenitore per delle informazioni Si compone di oggetti Possono essere statiche o dinamiche Oggetti (di una pagina web) HTML Contenuti multimediali Immagini (Jpeg, GIF, PNG) Audio (mp3) Video (wmf, real-player) Applicazioni (Applet Java, filmati flash, ActiveX) Le pagine web sono dei testi HTML (Hiper Text Markup Language) che contengono riferimenti ad oggetti Ogni oggetto viene identificato univocamente da un URL host path 73 Identificazione delle risorse Le risorse disponibili sulla rete (i documenti sui server) devono essere identificabili in modo univoco I browser identificano le risorse tramite indirizzi detti URL (Uniform Resource Locator) Un indirizzo URL ha la forma protocollo://server:porta/pathnam e 37

38 Identificazione delle risorse protocollo indica il tipo di protocollo utilizzato server rappresenta l indirizzo IP (numerico o simbolico) del computer a cui si vuole accedere porta identifica la porta a cui il protocollo fa riferimento pathname indica il percorso completo del file cercato Identificazione delle risorse Alcune informazioni possono essere omesse (il server e/o il client sceglierà implicitamente dei valori predefiniti, detti di default) il protocollo (per default http) la porta (per default 80, quella associata a http) il nome del file (per default index.html, home.html o altri) ma non il suo percorso 38

39 Identificazione delle risorse In altre parole i seguenti URL sono equivalenti laren.dsi.unimi.it:80/index.html HTML Si tratta di un testo decorato da informazioni aggiuntive dette di markup Le informazioni aggiuntive non fanno parte del contenuto Il testo viene spedito così com è attraverso la rete È compito dell applicazione lato client rappresentare il contenuto di una pagina nel miglior modo possibile Questo è il motivo per cui con browser diversi a volte ottengo risultati diversi Si può considerare una versione molto semplificata dell XML Che a sua volta è una semplificazione dell SGML 78 39

40 Il funzionamento di HTTP HTTP Hyper Text Transfer Protocol È il protocollo su cui si basa il servizio web Aderisce ad un modello client-server client: browser, visualizza oggetti www server: Web server, fornisce oggetti al client PC running Explorer HTTP request HTTP response HTTP request HTTP response Server running Apache Web server HTTP 1.0: RFC 1945 HTTP 1.1: RFC 2068 Mac running Safari Il funzionamento di HTTP A livello di comunicazione: Il client inizia la connessione con la socket del server sulla porta 80 Il server accetta la connessione del client Vengono scambiati dei messaggi (pacchetti) HTTP La connessione viene chiusa HTTP è stateless Il server non tiene traccia dell attività dei client I protocolli che mantengono uno stato sono complessi 1. Bisogna ricordare tutte le transazioni passate 2. Se il sistema si inceppa, gli stati delle due parti vanno ri-sincronizzati 80 40

41 Prestazioni di HTTP L utente ha richiesto il seguente URL: All interno ci sono 10 riferimenti ad immagini Il client si collega una volta per scaricare la pagina e successivamente un altra volta per ogni immagine referenziata 81 Caching e proxy server 41

42 Web cache (proxy server) Cerchiamo di soddisfare le richieste del client senza interessare il server Occorre fare una impostazione sul browser Il browser effettua tutte le richieste verso il proxy Se il proxy possiede già l oggetto allora ci pensa lui Diversamente lo richiede al server e lo restituisce al client mantenendone una copia client client HTTP request HTTP response HTTP request HTTP response Proxy server HTTP request HTTP response origin server origin server 83 Perché fare caching Diminuisce il tempo di risposta Generalmente una istituzione se ne crea uno sulla rete interna Risparmiare banda Un numero inferiore di richieste esce dalla mia rete interna Risparmiare soldi Se pago il traffico effettuato Generalmente un proxy viene installato da chi gestisce la rete (ISP, università, azienda) per migliorare il servizio e per diminuire i costi Se Internet fosse disseminata di proxy, allora anche contenuti allocati su server dotati di poca banda sarebbero facilmente accedibili 84 42

43 Il lato oscuro del proxy Può essere usato per fare censura Certi siti non si raggiungono Può essere usato per monitorare le attività delle persone È possibile sapere che siti leggo e che cosa scrivo sui vari forum semplicemente tenendo uno storico delle mie richieste È possibile farne usare uno senza rendersene conto (proxy trasparente) Gli apparati di rete mandano li il traffico prima di farlo uscire dalla rete locale 85 Posta elettronica 43

44 Electronic mail La seconda e più grande applicazione di Internet Paradiso Intuitiva Scambio di messaggi istantaneo ed affidabile È possibile usarla anche per attività commerciali Rapporti sociali facilitati Supporto per dati multimediali Inferno SPAM Mail spazzatura (catene di S. Antonio) Fishing Identity tieving Blackmailing Un vettore per i virus 87 Electronic mail Tre componenti: User agent Mail server Protocolli di supporto Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) Posto Office Protocolo (POP) Internet Message Access Protocol (IMAP) 88 44

45 Electronic mail User Agent Mail reader Comporre e leggere messaggi Eudora, Outlook, Thunderbird I messaggi vengono depositati in e gestiti da un server Mail Server Mailbox Contiene i messaggi in arrivo per l utente Message queue La coda dei messaggi che il server deve ancora smaltire Protocollo SMTP Serve a far transitare i messaggi Dal client al mail server Da un mail server all altro (relay & delivery) 89 Esempio: Alice manda un messaggio a Bob 1. Alice usa il suo U.A. per comporre un messaggio e mandarlo a bob@someschool.edu 2. Lo User Agent manda il messaggio al mail server di Alice; il messaggio entra nella coda di uscita 3. Il mail serve di Alice apre una connessione con il mail server di Bob 4. Il messaggio viene spedito al mail server ricevente 5. Il mail server ricevente deposita il messaggio nella casella di posta di Bob 6. Bob usa il suo U.A. per leggere il messaggio 1 user agent 2 mail server 3 4 mail server 5 6 user agent 90 45

46 http e mail Possiamo usare il protocollo http per parlare con il server che gestisce la nostra posta In questo caso accediamo alla posta senza utilizzare il nostro User Agent La posta letta può restare sul server fino a quando non la cancelliamo! 46