Sommario. Il quadro storico - 1. Il concetto di rete di calcolatori

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1 Tecnologie dell Informazione e della Comunicazione per la Protezione Civile Reti di Calcolatori Gianpaolo Cugola Dip. di Elettronica e Informazione Sommario Richiami di reti di calcolatori Introduzione al concetto di rete di calcolatori Topologia di rete e supporti fisici Il concetto di protocollo La pila OSI I protocolli di Internet Protocolli di livello 3 Protocolli di livello 4 Protocolli applicativi Gianpaolo Cugola - Impianti di Elaborazione II 2 Il concetto di rete di calcolatori Con il termine rete di calcolatori intendiamo riferirci a un sistema informatico costituito da due o più calcolatori collegati attraverso un sistema di comunicazione Una applicazione distribuita è una applicazione composta da più elementi cooperanti posti in esecuzione su macchine diverse all interno di una rete di calcolatori Il quadro storico - 1 Inizio anni 60: Situazione: Costo degli elaboratori troppo alto per permettere un uso individuale Esigenze dei singoli utenti sufficientemente basse da permettere la condivisione della potenza di calcolo fornita da un singolo elaboratore centrale Conseguenza: Sviluppo di reti composte da un elaboratore centrale e più terminali remoti connessi attraverso linee telefoniche secondo una architettura a stella G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 3 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 4 1

2 Il quadro storico - 2 Il quadro storico - 3 Terminale Terminale Terminale Elaboratore centrale Terminale Terminale Fine anni 60 - anni 70 Situazione: Il costo dell hardware diminuisce più velocemente del costo delle linee telefoniche Per certe applicazioni conviene poter effettuare una pre-elaborazione dei dati in locale Conseguenza: Risulta conveniente utilizzare la stessa linea telefonica per più terminali geograficamente vicini (architettura con concentratori o architettura con linee multi-punto) Si diffondono i terminali intelligenti Terminale G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 5 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 6 Il quadro storico - 4 Il quadro storico - 5 Terminale Terminale Elaboratore centrale Terminale Terminale Concentratore Terminale Anni 80 Situazione: Il costo dell hardware continua a calare Nascono gli elaboratori personali Le esigenze di connettività rimangono al fine di condividere applicazioni e di fornire servizi di comunicazione Conseguenza: Nascono le reti locali e geografiche di micro e personal computer Terminale G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 7 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 8 2

3 Il quadro storico - 6 Il quadro evolutivo Calcolatore Calcolatore Calcolatore Calcolatore Rete loc. Calcolatore Calcolatore Il rapporto tra i costi mostrato in figura non giustifica l uso delle reti per la condivisione della potenza di calcolo Le reti di calcolatori restano fondamentali per fornire servizi di comunicazione a livello di utente per condividere dati per applicazioni inerentemente distribuite (groupware, e-commerce, home-banking) Si diffonde Internet Costi HW (costi per unità di potenza di calcolo) Comunicazioni SW (costi di sviluppo) Rete loc. Anni Calcolatore G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 9 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 10 Topologia di rete Con il termine topologia di rete si indica la disposizione fisica dei componenti che realizzano la rete la loro tipologia e la modalità con la quale sono connessi Topologie standard Rete a bus Rete ad anello Rete a stella Topologia irregolare G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 11 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 12 3

4 Supporti fisici - 1 Diversi mezzi trasmissivi possono essere adottati per costituire il supporto fisico sul quale viaggia la comunicazione in una rete di calcolatori I principali mezzi trasmissivi adottati sono: Doppino ritorto (twisted pair): Costituito da due fini di rame ricoperti da una guaina e ritorti Tipicamente utilizzato per trasmissione telefonica Consente velocità di trasmissione medio alte ( Mbs su rete locale) Su rete telefonica le velocità è più bassa (2 Mbps con ADSL) Supporti fisici - 2 Cavo coassiale: Costituito da un filo centrale in rame rivestito da una guaina in plastica a sua volta rivestita da una maglia in rame. Il tutto ricoperto da una guaina in plastica Per mette velocità di trasmissione medio alte (100 Mbps) Fibra ottica: Costituito da una fibra di vetro ricoperta, capace di trasportare segnali luminosi La trasmissione avviene nel campo ottico sfruttando diodi fotoelettrici alle estremità del cavo Permette velocità di trasmissione molto elevate, dell ordine delle decine di Gbps) G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 13 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 14 Supporti fisici - 3 Onde elettromagnetiche: Usate per trasmissioni radio e via satellite Consentono trasmissioni su lunghissime distanze con degrado minimo del segnale Permettono velocità di trasmissione medio alte e variabili a seconda della banda di frequenza utilizzata Segnalazione I dati binari scambiati da due calcolatori possono essere trasmessi direttamente sul canale o sfruttando la modulazione di un segnale portante Nel primo caso si parla di segnalazione in banda base Esempio: il bit 1 viene trasmesso su un cavo come presenza di tensione, il bit 0 come assenza Nel secondo si parla di segnalazione in modulazione G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 15 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 16 4

5 Modulazione e demodulazione - 1 Il principio della modulazione si basa sull esistenza di un segnale portante che viene modulato per codificare i bit 1 e 0 Modulazione in frequenza Modulazione e demodulazione 2 Modulazione di ampiezza Portante Segnale 1 Segnale 0 Modulazione di fase Portante Segnale 1 Segnale 0 Portante Passaggio di fase G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 17 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 18 Trasmissione La trasmissione può essere Simplex Il senso di trasmissione è fisso (poco usata) Half-duplex La trasmissione è possibile, alternativamente, nei due sensi Full-duplex La trasmissione è possibile, contemporaneamente, nei due sensi Indirizzamento e commutazione Indirizzamento è un servizio fornito da una rete di comunicazione che consente di indirizza re un messaggio ad un singolo destinatario Commutazione indica la modalità con la quale la rete opera per fornire il servizio di indirizzamento Commutazione di circuito Commutazione di pacchetto G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 19 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 20 5

6 Commutazione In generale una rete non è completa Per collegare due nodi occorre stabilire un collegamento tra questi Nel caso di reti a commutazione di circuito il collegamento è realizzato in maniera fisica Nel caso di reti a commutazione di pacchetto il collegamento e virtuale Commutazione di circuito Quando un nodo A chiede un collegamento con un nodo B viene creato un circuito fisico che collega A a B A Commutazione A B B G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 21 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 22 Commutazione di pacchetto In fase di trasmissione la rete non forma alcun collegamento diretto tra due nodi ma si limita a inviare i messaggi scambiati lungo i collegamenti della rete dal mittente al destinatario Messaggi diversi possono prendere strade diverse A Reti a commutazione di pacchetto: servizi forniti Le reti a commutazione di pacchetto forniscono due tipi di servizi Servizi a datagramma Non viene creato alcun circuito tra mittente e destinatario Il singolo messaggio viene gestito indipendentemente dai precedenti e dai successivi Servizi a circuito virtuale Viene stabilito un circuito virtuale tra mittente e destinatario Viene mantenuto l ordinamento tra messaggi diversi inviati lungo tale circuito virtuale messaggi diversi inviati lungo lo stesso circuito virtuale possono comunque compiere strade diverse lungo la rete per raggiungere il destinatario G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 23 B G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 24 6

7 Protocollo di comunicazione Con il termine protocollo di comunicazione si indica l insieme di regole di comunicazione che debbono essere seguite da due interlocutori affinché essi possano comprendersi Esempio: il protocollo alla base della comunicazione tra docente e allievi durante una lezione il docente parla in una lingua comprensibile agli allievi gli allievi ascoltano (si spera) quando vogliono intervenire gli allievi alzano la mano ed attendono il permesso del docente per iniziare a parlare durante l intervento degli allievi il docente ascolta al termine dell intervento il docente risponde Organizzazione a pila dei protocolli I protocolli utilizzati dai calcolatori sono organizzati secondo una gerarchia Ogni protocollo si appoggia ai protocolli di più basso livello per fornire un servizio di qualità superiore Esempio: protocollo con correzione d errore costruito sulla base di un protocollo di puro trasporto G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 25 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 26 Il modello di riferimento OSI Il modello di riferimento OSI L organizzazione Internazionale per la Standardizzazione (ISO) ha proposto un modello di riferimento per l organizzazione dei protocolli Il modello OSI (Open System Interconnection) si pone il fine di garantire l interoperabilità tra apparecchiature diverse connesse in una rete di comunicazione Il modello è organizzato su sette livelli per ognuno dei quali sono indicate caratteristiche generali e insieme di protocolli adottabili Alcuni componenti della rete implementano tutti e sette i livelli (Host) Altri si limitano ad implementare i primi tre ed hanno il compito principale di gestire la comunicazione tra gli host (Relay) Livello applicativo Livello di presentazione Livello di sessione Livello di trasporto Livello di rete Livello di collegamento Livello fisico G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 27 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 28 7

8 Il livello fisico Si occupa della gestione fisica (meccanica ed elettrica) dell interfaccia con il mezzo fisico usato per il collegamento Il livello di collegamento Si occupa dello spostamento, con un certo livello di affidabilità, di una stringa di bit da un nodo all altro Svolge tre funzioni: distingue il segnale dal rumore riconosce certi tipi di errori e li corregge G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 29 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 30 Il livello di rete Si occupa dell indirizzamento dei messaggi lungo la rete implementando gli opportuni meccanismi di commutazione Il servizio fornito è, a livello funzionale, indipendente dal particolare tipo di rete adottata Il livello n visto dal livello n+1 (con n 3) Il livello di trasporto Il livello di rete rende funzionalmente indistinguibili reti di tipo diverso Il livello di trasporto si occupa di estendere l indistinguibilità anche a livello di prestazioni (affidabilità inclusa) Fornisce connessioni con una qualità di servizio richiesta Gestisce la correttezza delle informazioni trasmesse ed il loro ordinamento G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 31 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 32 8

9 Il livello di sessione Fornisce servizi per la gestione efficiente di una sessione di comunicazione tra interlocutori diversi Gestisce l esistenza di un gettone che indica il diritto di parola Fornisce primitive per la gestione della sincronizzazione tra interlocutori Il livello di presentazione Fornisce primitive che permettono di uniformare la rappresentazione dei dati scambiati durante una comunicazione Ha quindi il compito di far sì che i dati scambiati possano essere interpretati correttamente indipendentemente da differenze nelle piattaforme adottate G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 33 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 34 Il livello applicativo Costituito non da un singolo protocollo (ed insieme di primitive) ma da un insieme di protocolli uno per ogni tipologia applicativa e per ogni categoria di servizi fornita I protocolli di Internet Internet: una breve analisi storica Internet vs. intranet I protocolli di Internet Protocolli fisici e di collegamento Ethernet, PPP L Internet Protocol Suite IP ICMP UDP TCP Esempi di protocolli applicativi: Telnet, SMTP, POP3, IMAP, NNTP, FTP, HTTP G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 35 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 36 9

10 Internet: la rete delle reti Internet: architettura logica Internet: una rete aperta logicamente formata da decine di milioni di calcolatori direttamente collegati tra loro attraverso l adozione di un unico insieme di protocolli per i livelli 3 e 4: il protocollo TCP/IP... I protocolli dei livelli 1 e 2 possono essere diversi e lo stesso vale per i protocolli dei livelli superiori anche se si sono venuti a formare degli standard di fatto Client ftp Server ftp Server web Rete Client web Client web Server web Client web Server ftp G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 37 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 38 Internet: architettura fisica Storia di Internet Host Router Internet provider Fine anni 60: la Advanced Research Project Agency (ARPA) sviluppa ARPANET con l obiettivo di connettere laboratori di ricerca, università e enti governativi 1970 L università delle Hawaii, su commessa dell ARPA sviluppa ALOHAnet, la prima rete a commutazione di pacchetto 1971 ARPANET include 23 host 1973 ARPA diventa DARPA (Defence...) ARPANET collega per la prima volta un sito europeo (l University College di Londra) Fine anni 70: DARPA finanzia lo sviluppo di protocolli a commutazione di pacchetto Nasce TCP/IP Nel 1982 ARPANET si converte a TCP/IP G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 39 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 40 10

11 Storia di Internet Anni 80 Nel 1983 la conversione a TCP/IP è completa MILNET (rete governativa e militare) si separa da ARPANET (1983) Nel 1984 nasce il primo DNS DARPA finanzia lo sviluppo di Berkeley UNIX (implementazione di TCP/IP che introduce l astrazione dei socket) ARPANET diventa un sottoinsieme di Internet La National Science Foundation (NSF) realizza una rete di supercomputer (NSFNET) che agisce come backbone di Internet (1985) Nel 1987 si stima che Internet connettesse oltre computer Due anni dopo (nel 1989) si stima che Internet connettesse oltre computer Anni 90: Il 28 Febbraio 1990 ARPANET viene definitivamente abbandonata (la rete è oramai governata dalla NSF) Nel 1991 NSF decide di rimuovere i vincoli che impediscono attività commerciali su NFSNET Nello stesso anno il CERN di Ginevra sviluppa il www (html, http e url) Internet esplode e cresce con ritmi velocissimi (dimensioni e traffico) Internet vs. Intranet Internet: rete globale caratterizzata dall uso dei protocolli TCP/IP Intranet: rete locale caratterizzata dall uso dei medesimi protocolli di Internet Il boom di Internet ha favorito lo sviluppo di centinaia di applicazioni distribuite basate su TCP/IP Ciò ha reso conveniente l uso dei protocolli TCP/IP anche in ambito locale (home networking, aziende) Attualmente la maggior parte delle reti private e aziendali sfrutta TCP/IP come protocollo base G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 41 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 42 Internet Protocol Suite Il protocollo Ethernet ISO/OSI Application Presentation Session Transport Telnet FTP SMTP HTTP Internet Protocol Suite TCP e UDP NFS XDR RPC Ethernet è il protocollo più diffuso per la creazione di reti locali Copre i livelli 1 e 2 della pila OSI Sviluppato a metà degli anni 70 nei laboratori della Xerox ottiene la prima standardizzazione ad opera della IEEE nel 1980 Nella forma attuale viene standardizzato nel 1983 (standard IEEE802.3) Network IP e Protocolli di routing Data Link Physical Non specificati G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 43 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 44 11

12 Ethernet: : caratteristiche - 1 Il protocollo ethernet consente trasmissioni su rete locale alla velocità di 10Mbit/s La versione FastEthernet oggi in uso nella maggior parte delle istallazioni arriva a 100 Mbit/s La connessione avviene secondo lo schema a bus Ogni macchina è logicamente collegata ad un unico canale sul quale trasmette le informazioni e dal quale riceve le informazioni immesse da tutte le altre macchine I supporti adottati possono essere diversi: Coassiale spesso (1 cm di diametro c.a.) Coassiale sottile (5 mm di diametro c.a.) Doppino ritorto A seconda del supporto adottato varia la lunghezza massima del cavo e la distanza minima tra le macchine Ethernet: : caratteristiche - 2 La trasmissione avviene adottando una codifica in banda base L accesso alla rete avviene secondo la politica CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) Prima di iniziare a trasmettere si ascolta il canale per accertarsi che non sia già in uso Appena il canale e libero si inizia a trasmettere Durante la trasmissione si ascolta il canale per sincerarsi che non stiano avvenendo collisioni In caso di collisioni: si continua a trasmettere fino al raggiungimento della dimensione minima del pacchetto (64 byte) si attende un tempo arbitrario e si ricomincia a trasmettere G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 45 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 46 Ethernet: : conseguenze dell uso della politica CSMA/CD La velocità di trasmissione effettiva dipende dal numero di collisioni che a sua volta dipende dal numero di macchine in rete In una situazione reale non si va oltre il 40% 60% della banda disponibile La rete non è adatta alla trasmissione di traffico multimediale Non è possibile assicurare una ben precisa qualità del servizio Più in generale la rete non è adatta allo sviluppo di applicazione real-time Ethernet: : topologia logica e fisica HUB Topologia logica topologia fisica usando coax Topologia fisica (usando doppino) G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 47 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 48 12

13 Ethernet: : struttura della trama - 1 Con il termine trama ( frame ) ci riferiamo al messaggio trasmesso sella rete (pacchetto) La trama è suddivisa in 4 parti: Preambolo Header Campo dati Frame Check Sequence (FCS) Ethernet: : struttura della trama - 2 Preambolo: Serve alla sincronizzazione tra le macchine E composto da 64 bit (8 byte), per i primi 62 si alternano bit 1 e 0, gli ultimi due bit sono entrambi 1 Header: Contiene Indirizzo fisico di destinazione (6 byte) Indirizzo fisico del mittente (6 byte) Flag (2 byte) G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 49 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 50 Ethernet: : struttura della trama - 3 Gli indirizzi fisici sono unici per ogni scheda di rete I primi 3 byte identificano univocamente il costruttore I rimanenti 3 vengono da questo usati per distinguere ogni scheda prodotta L indirizzo FF-FF-FF-FF-FF-FF indica messaggi broadcast Gli indirizzi il cui primo byte sia dispari indicano messaggi multicast Il fatto che i byte del messaggio ethernet siano trasmessi a partire dal bit meno significativo permette l immediato riconoscimento degli indirizzi multicast Il tipo della trama assume significato diverso per ogni tipo di trama (ne esistono 4) La trama Ethernet II (la più diffusa in Internet) usa il flag per indicare il tipo dei dati trasmessi Ethernet: : struttura della trama - 4 Il campo dati Varia da un minimo di 46 ad un massimo di 1500 byte FCS Il campo FCS (4 byte) contiene un valore CRC usato per determinare la presenza di eventuali errori di ricezione G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 51 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 52 13

14 Ethernet: : caratteristiche del protocollo Connectionless Non viene instaurato alcun tipo di connessione tra mittente e destinatario Assenza di supporto alla correzione d errore Il campo FCS permette solo di riconoscere eventuali errori ma non esiste supporto alla loro correzione Best-effort Il sottosistema di rete non assicura la consegna ma fa solo del proprio meglio per consegnare il messaggio Token ring Inizialmente sviluppato da IBM è oggi un protocollo standard (IEEE 802.5) I dati vengono trasmessi in una sola direzione lungo un anello L accesso alla rete è disciplinato dal possesso del token Token: una sequenza unica di bit Solo la stazione che possiede il token può trasmetter Non si hanno collisioni Velocità: 4 Mbit/s, 16 Mbit/s e 100 Mbit/s (FDDI) Supporti: doppino o fibra ottica (FDDI) G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 53 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 54 Token ring: topologia logica e fisica MUA (Multistation Access Unit) Topologia logica ad anello Topologia fisica a stella o a doppio anello contorotante Ogni stazione è equipaggiata con un repeater altamente affidabile (escluso se la stazione è spenta) Token ring: accesso al canale L accesso è regolato dal token (una trama unica a 24 bit) In generale, ogni stazione riceve i dati dalla stazione precedente e li ritrasmette invariati (a meno di segnalazioni d errore) alla successiva La stazione destinataria copia anche i dati in locale e indica, tramite un apposito bit della trama, la corretta ricezione alla stazione successiva Quando una stazione vuole trasmettere attende il token G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 55 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 56 14

15 Token ring: accesso al canale Dopo aver catturato il token, una stazione può trasmettere uno o più pacchetti, in funzione della loro lunghezza e di un parametro detto THT (Token Holding Time), che indica il tempo massimo per cui una stazione può trattenere il token L esistenza del THT definisce in maniera univoca il ritardo massimo di trasmissione La stazione invia il primo pacchetto verso la stazione a valle, attende la conferma dalla stazione a monte, invia il secondo pacchetto alla stazione a valle e così via A fine trasmissione il token viene rimesso in circolazione Perdita del token Per gestire eventuali perdite del token una speciale stazione agisce da Active Monitor L active monitor controlla l esistenza del token. Se non rileva il token per un certo intervallo di tempo: Invia un pacchetto di azzeramento dell anello Alla sua ricezione inserisce un nuovo token in rete Per gestire la caduta della stazione che opera da active monitor esiste un protocollo di elezione dell active monitor Messo in opera quando non si rileva la presenza dell active monitor per un certo intervallo di tempo G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 57 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 58 Token ring: opzioni aggiuntive Esiste la possibilità di introdurre flussi di dati con priorità Una stazione può modificare il livello di priorità del pacchetto (priorità richiesta) mentre passa, innalzandolo La stazione che produce il nuovo token lo produce al livello più alto tra quelli richiesti Le stazioni a priorità minore del token non possono prenderlo Se nessuno è interessato a un token il suo livello di priorità viene abbassato Il protocollo PPP Usato per il collegamento diretto (punto a punto) tra due macchine Tipicamente attraverso l uso di un modem o di una connessione diretta via cavo Protocollo di livello 2 Si appoggia ad un protocollo di più basso livello quale V.90 Può essere utilizzato per convogliare protocolli di livello 3 diversi quali IP, IPX/SPX, ecc. Protocollo con connessione e autenticazione G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 59 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 60 15

16 Switch e router Le sottoreti che formano Internet sono collegate da appositi nodi genericamente chiamati gateway Si occupano di instradare i messaggi dalla macchina sorgente alla macchina destinazione Distinguiamo tra due tipologie di gateway: switch : operano a livello 2 della pila OSI. Sono molto veloci ed adatti a collegare segmenti ethernet diversi per ripartire il traffico router : operano a livello 3 e 4. Possono effettuare conversioni di protocollo Il protocollo IP Il protocollo IP fornisce un servizio senza connessione di trasmissione non affidabile di datagrammi (pacchetti) Non si assicura: la consegna, l integrità, la non-duplicazione l ordine di consegna IP si può appoggiare ad una varietà di protocolli di più basso livello, quali Ethernet, PPP, X.25, Frame Relay, ATM,... G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 61 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 62 Pacchetto IP Versione IHL Tipo di servizio Time To Live Id del datagramma Flag Offset di frammentazione Protocollo Indirizzo IP sorgente Lunghezza totale Checksum dello header Pacchetto IP - 2 Versione (4 bit): valore corrente 4 IHL (4 bit): dimensioni dello header in parole di 32 bit Tipo servizio (8 bit): specifica una priorità e il tipo di qualità del servizio (delay ridotto, alte prestazioni, o affidabilità). Nella pratica questi indicatori non vengono utilizzati Lunghezza totale (16 bit): dimensione complessiva del pacchetto in byte Un pacchetto IP non può essere più lungo di 64k Id (16 bit): identificatore unico del pacchetto Indirizzo IP destinatario Opzioni Padding Dati G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 63 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 64 16

17 Pacchetto IP - 3 Flag (3 bit) e offset (13 bit): gestiscono il processo di frammentazione TTL (8 bit): specifica il numero massimo di hop del pacchetto prima che venga considerato perso Protocollo (8 bit): specifica il protocollo incapsulato nella parte dati del pacchetto (ad es. TCP) Checksum dello header (16 bit): protegge da errori nella trasmissione Indirizzi (32+32 bit): indirizzi IP sorgente e destinazione Pacchetto IP - 4 Opzioni Possono avere lunghezza variabile Sono identificate dal primo byte Record route : viene richiesto ad ogni router che gestisce il pacchetto di inserire nel pacchetto IP il proprio indirizzo Source route : viene richiesto che il pacchetto segua una strada specifica a prescindere dai normali meccanismi di instradamento. Può essere: loose : solo alcuni router sono indicati strict : tutti i router sono indicati Time stamp : viene richiesto che ogni router inserisca il proprio indirizzo IP insieme ad un time stamp G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 65 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 66 Incapsulamento IP Indirizzi IP Header del frame Header IP Dati del datagramma IP Dati del frame Ogni host possiede un indirizzo IP unico per ogni interfaccia di rete I router hanno due o più indirizzi IP diversi ed una tabella di istradamento Gli indirizzi Internet sono formati da 32 bit, suddivisi in una parte che individua una sottorete ed in una porzione che identifica un nodo particolare della sottorete La divisione dipende dalla classe della sottorete, definita nei primi bit dell indirizzo Classe A (0): NetId = 7 bit (128 reti), HostId = 24 bit ( host) Classe B (10): NetId = 14 bit (16384 reti), HostId = 16 bit (65536 host) Classe C (110): NetId = 21 bit ( reti), HostId = 8 bit (256 host) Multicast (1110): indirizzo multicast Per convenzione l indirizzo avente tutti i bit a 1 corrisponde all indirizzo di broadcast G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 67 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 68 17

18 Gestione degli indirizzi L uso di assegnare reti di classe A o B a compagnie che usano un ridotto sottoinsieme degli indirizzi rischia, oggi, di portare all esaurimento degli indirizzi disponibili Sono state proposte diverse soluzioni ad hoc che consentono di recuperare parte degli indirizzi perduti ma l unica vera soluzione si avrà con il passaggio a IPv6 che userà 128 bit per gli indirizzi indirizzi distinti Contando anche l assegnazione di sottospazi di indirizzi si calcola che saranno disponibili 1564 indirizzi IP per ogni metro quadrato di superficie terrestre Ancora sugli indirizzi IP Gli indirizzi IP si scrivono come quattro interi separati da punti Esempio: NetId di soli zeri seguito da un HostId indica un host nella sottorete corrente L indirizzo rappresenta l interfaccia di loopback G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 69 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 70 Indirizzi privati Gli indirizzi IP vengono gestiti dalla Internet Assigned Numbers Authority che collabora con strutture regionali (Europa, America, Asia) Alcune aziende non potendo/volendo chiedere un set di indirizzi IP scelgono indirizzi a caso In questo caso tali indirizzi non dovranno essere visibili da reti esterne (si usa il meccanismo dell IP masquerading) L RFC 1597 definisce quali siano i set di indirizzi da usare in questo caso. Questi indirizzi non verranno mai assegnati a nessuna azienda o organizzazione Address Resolution Protocol ARP è il protocollo che permette di mappare indirizzi IP con indirizzi hardware delle interfacce (ad esempio, con gli indirizzi Ethernet) Quando uno host A vuole conoscere l indirizzo hardware associato ad un indirizzo I b esegue il broadcast di un messaggio speciale Lo host B che possiede l indirizzo I b risponde con un messaggio contenente il proprio indirizzo hardware La risposta viene mantenuta, da A, in una cache locale Per ottimizzare le prestazioni del protocollo, quando A esegue la richiesta, include anche il suo indirizzo IP G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 71 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 72 18

19 Instradamento - 1 I datagrammi IP vengono trasportati dal nodo mittente al nodo destinatario attraverso molteplici nodi intermedi (router) Router Sottorete Router Instradamento - 2 I nodi attraverso cui il pacchetto compie il suo percorso (route) vengono determinati usando le tabelle di routing Le tabelle possono essere determinate staticamente Le tabelle possono essere aggiornate dinamicamente dai protocolli di routing (ad es. RIP) Se lo host destinatario è direttamente collegato allo host mittente, il datagramma viene incapsulato in un pacchetto di più basso livello e consegnato direttamente Se lo host destinatario è localizzato in un altra rete, il datagramma viene passato ad un router che si occuperà di consegnarlo, seguendo un processo analogo Sottorete Sottorete Router G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 73 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 74 Frammentazione Quando un datagramma viene trasmesso usando protocolli di basso livello differenti (ad es., Ethernet e PPP) può essere necessario ridurlo in frammenti più piccoli Se il datagramma ha il flag di do not fragment settato viene generato un errore Se il datagramma può essere frammentato: lo header viene copiato in ogni frammento nel campo flag viene segnalato che il pacchetto è frammentato se il flag more fragment è uguale a 1 allora sono in arrivo altri frammenti nel campo fragmentation offset viene indicata la posizione del frammento nel pacchetto originale in unità di 8 byte Gli indirizzi simbolici ed i DNS Un indirizzo simbolico può sostituire un indirizzo IP Un indirizzo simbolico è composto da un nome di dominio e da un nome di host esempio: ipmel2.elet.polimi.it Il file hosts: esempio: localhost ipmel2 ipmel2.elet.polimi.it I Domain Name Servers (DNS): costituiscono un data base distribuito per i nomi simbolici permettono l associazione nome simbolico/indirizzo IP G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 75 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 76 19

20 Il protocollo ICMP - 1 ICMP permette ai nodi della rete di scambiarsi messaggi di controllo o di errore riguardanti il traffico IP Echo request/reply : usato da per testare la attività degli host (ping) Redirect : informa i nodi di percorsi più corretti per la consegna di datagrammi IP Destination unreachable : informa un host che non esiste una route disponibile per raggiungere l host Time exceeded : informa che il pacchetto è andato perso in circoli viziosi Il protocollo ICMP - 2 Source quench : informa che il gateway è congestionato Timestamp request/reply : permette la sincronizzazione degli orologi Address mask request/reply : fornisce informazioni sulla divisione in sottoreti Parameter problem : informa che ci sono errori nei campi di datagrammi IP G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 77 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 78 Il protocollo UDP Pacchetto UDP - 1 Caratteristiche: Si appoggia sul protocollo IP Fornisce un servizio connectionless di trasmissione non affidabile di pacchetti Fornisce un servizio di determinazione d errore Non assicura la consegna nè, tanto meno, l ordine di invio (unreliable, best-effort protocol) Aggiunge l astrazione di porta che permette di distinguere più sorgenti/destinazioni dei messaggi per uno stesso indirizzo IP È particolarmente adatto a servizi interrogazione/risposta (NIS, NFS, RPC...) Porta sorgente Lunghezza del messaggio Porta destinazione Checksum Dati G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 79 G. Cugola - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione per la protezione civile 80 20