Reti di Calcolatori. Il livello Applicazione. Fondamenti di Informatica University of Trieste

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1 Reti di Calcolatori. Il livello Applicazione Fondamenti di Informatica University of Trieste

2 Alcune applicazioni di rete o o o o o o o o Web, Posta elettronica, Autenticazione in un calcolatore remoto Condivisione di file P2P, Voice over IP Giochi multiutente via rete, Streaming di video-clip memorizzati etc ect...

3 Porte delle connessioni di rete Collegamento con le porte Connessioni di rete Come si identifica una connessione tra due applicazioni: <indirizzo IP sorg>:<nr porta sorg>, <indirizzo IP dest>:<nr porta dest> Esempio: TCP : :80 ESTABLISHED Connessione TCP Una applicazione alla porta in esecuzione nel PC con indirizzo Server HTTP (porta 80) in esecuzione nel PC con indirizzo

4 Architettura client-server nelle applicazioni di rete Usata da molte applicazioni di rete Il server offre un servizio su richiesta (attesa passiva) Il client richiede un servizio iniziando la comunicazione Client Richiesta Risposta Server

5 Web client-web server Il Web-Server è una applicazione che offre un servizio Web su richiesta (attesa passiva) Il Web-Client chiede di accedere ai contenuti Web Chiamato BROWSER Internet Browser Richiesta Risposta Server Web Accesso tramite IP address e numero di porta.

6 Web client-web server Accesso del browser al sito web identificato come <IP>:<Port> Browser Chrome Problema: IP address!! Molto meglio usare dei nomi!

7 Web client-web server Sistema di indirizzamento mediante nomi: Uniform Resource Identifier (URI) Stringa di caratteri che identifica univocamente una risorsa generica Tipi di URI URL - Uniform Resource Locator. protocollo:["//"] [user [":"password] "@"] host [":"port] ["/"url-path] URN Uniform Resource Name. Es. urn:isbn: Problema: come tradurre i nomi in indirizzi IP?

8 Web e HTTP Soluzione: Tabelle di conversione Nome IP address: DNS (Domain Name Server) DNS: Domain Name System Database distribuito implementato in una gerarchia di server DNS Protocollo a livello di applicazione che consente agli host, ai router e ai server DNS di comunicare per risolvere i nomi (tradurre indirizzi/nomi)

9 DNS Servizi DNS Traduzione degli hostname in indirizzi IP Host aliasing: un host può avere più nomi Distribuzione locale server web replicati: insieme di indirizzi IP per un nome canonico Perché non centralizzare DNS? singolo punto di guasto volume di traffico database centralizzato distante manutenzione

10 Database distribuiti e gerarchici Server DNS radice Server DNS com Server DNS org Server DNS edu Server DNS di yahoo.com Server DNS di amazon.com Server DNS di pbs.org Server DNS di poly.edu Server DNS di umass.edu Il client vuole l IP di Il client interroga il server radice per trovare il server DNS com Il server radice interroga il server DNS com per ottenere il server DNS amazon.com Il server DNS com interroga il server DNS amazon.com per ottenere l indirizzo IP di

11 DNS: server DNS radice Contattato da un server DNS locale che non può tradurre il nome Server DNS radice: contatta un server DNS autorizzato se non conosce la mappatura ottiene la mappatura restituisce la mappatura al server DNS locale a Verisign, Dulles, VA c Cogent, Herndon, VA (e Los Angeles) d U Maryland College Park, MD k RIPE Londra (anche Amsterdam e Francoforte) g US DoD Vienna, VA h ARL Aberdeen, MD i Autonomica, Stoccolma (più altre 3 locazioni) j Verisign, ( 11 locazioni) e NASA Mt View, CA f Internet Software C. Palo Alto, CA (e altre 17 locazioni) b USC-ISI Marina del Rey, CA l ICANN Los Angeles, CA m WIDE Tokyo 13 server DNS radice nel mondo

12 Server DNS locale Non appartiene strettamente alla gerarchia dei server Ciascun ISP (università, azienda, ente,...) ha un server DNS locale detto anche default name server Quando un host effettua una richiesta DNS, la query viene inviata al suo server DNS locale

13 Esempio Server DNS radice Problema: tradurre in nome contattando un server DNS Esempio: io ( ) voglio sapere l IP address di gaia.cs.umass.edu Units ha un DNS locale all indirizzo Server DNS locale dns.units.it Host richiedente Server DNS di competenza 4 dns.cs.umass.edu Server DNS TLD gaia.cs.umass.edu

14 Web e HTTP Una pagina web è costituita da oggetti Un oggetto può essere un file HTML, un immagine JPEG, un applet Java, un file audio, Una pagina web è formata da un file HTML che include diversi oggetti referenziati Ogni oggetto è referenziato da un URL Esempio di URL: nome dell host nome del percorso

15 Hypertext Transfer Protocol (HTTP) Protocollo a livello di applicazione del Web Modello client/server client: il browser richiede, riceve, visualizza gli oggetti del Web server: il server web invia oggetti in risposta a una richiesta PC con Explorer Server web Mac con Navigator

16 Panoramica su HTTP (continua) Usa TCP: Il client inizializza la connessione TCP con il server, la porta 80 Il server accetta la connessione TCP dal client Scambio di Messaggi HTTP fra browser (client HTTP) e server web (server HTTP) Connessione TCP chiusa

17 Scambio di messaggi HTTP TCP=Transmission Control Protocol cliente server Il nr del pacchetto ricevuto è quello giusto? Si, trasmetti risposta Il nr del pacchetto ricevuto è quello giusto? Si, trasmetti risposta

18 Messaggi HTTP due tipi di messaggi HTTP: richiesta, risposta Messaggio di richiesta HTTP: Riga di richiesta (comandi GET, POST, HEAD) Righe di intestazione Fine del messaggio Messaggio di risposta HTTP Riga di stato Righe di intestazione Dati (ad esempio il file HTML richiesto oppure le immagini richieste, oppure )

19 Cookies Memorizzazione dell uso di server Web da parte di web-client (utenti) Usato da molti server per capire cosa vogliono gli utenti Le informazioni sono memorizzate in file del cliente File gestiti dal browser dell utente Informazioni riguardano: Autorizzazioni Acquisti Raccomandazioni Posta elettronica dell utente

20 Cookies (cont.) client server ebay 8734 File cookie ebay 8734 amazon 1678 Messaggio di richiesta http Risposta http: set-cookie: 1678 Il server Amazon crea l ID 1678 per il cliente inserimento Archivio backend Richiesta http cookie: 1678 Risposta http Azione specifica accesso Tempo dopo: accesso ebay 8734 amazon 1678 Messaggio di richiesta http cookie: 1678 Risposta http Azione specifica

21 Server Proxy Un proxy è un intermediario che si interpone tra un webclient e un web-server Il web-client si collega al proxy invece che al server Il proxy si collega al server inviando le richieste del client Riceve la risposta e la invia al client Vantaggi: Riduce il tempo di risposta Riduce il traffico Implementato nella rete locale (LAN) Operazione principale Webcaching client client proxy server Altre operazioni importanti: connettività: monitoraggio: privacy origin server

22 File Transfer Protocol (FTP) utente FTP Interfaccia utente FTP client file system locale Trasferimento file FTP server File system remoto Funzione: trasferimento file locale/remoto Modello client/server client: richiede il trasferimento server: sul PC remoto, accetta il trasferimento ftp server: porte 20/ 21 connessione di controllo TCP, server port 21 FTP client Connessione dati TCP server port 20 FTP server

23 Posta elettronica Tre componenti 1. user agents 2. mail servers 3. Simple Mail Transfer Protocol: SMTP User Agent Sono i mail reader Creano, modificano, leggono le mail memorizzate sul mail server mail server SMTP mail server user agent user agent SMTP SMTP user agent Coda messaggi Mailbox utente mail server user agent user agent user agent

24 Posta elettronica: mail servers I mail servers sono la parte centrale della posta elettronica. Contengono: Le Code di messaggi : messaggi inviati dall utente Le Caselle di posta (mailbox): messaggi di posta inviati all utente Protocollo SMTP tra I mail server per comunicare I messaggi di posta mail server SMTP mail server user agent user agent SMTP SMTP user agent A B Coda messaggi Mailbox utente mail server user agent user agent user agent C

25 Scenario: Alice manda un messaggio a Robi 1) Alice usa il suo UserAgent (UA) per mandare un messaggio a robi@someschool.edu 2) Lo UA di Alice manda il messaggio al suo mail server; il messaggio è messo nella coda 3) Il mail server di Alice apre una connessione col mail server di Robi mail server di Alice 4) Invio del messaggio con TCP mediante SMTP 5) Il mail server di Robi mette il messaggio nel mailbox di Robi 6) Robi esegue il suo UA per leggere il messaggio mail server di Robi 1 user agent mail server mail server 6 user agent 5

26 Formato del messaggio di mail SMTP: protocollo di scambio messaggi Formato : Intestazione: To: From: Subject: Body: il testo del messaggio header body Linea vuota

27 Protocolli di accesso alle mail user agent SMTP SMTP Protocollo di accesso alla mail: user agent POP, IMAP mail server mittente mail server destinatario SMTP: invio al server destinatario Protocollo di accesso alla mail: lettura dal mail server destinatario Post Office Protocol (POP): scarica tutte le mail all UA Internet Mail Access Protocol (IMAP): ha più funzioni; non scarica gmail, Hotmail, Yahoo! Mail, etc.: usano HTTP

28 Modello peer-to-peer (pari a pari) o o I componenti dell applicazione agiscono in modo paritetico Possono comportarsi sia da client che da server peer to peer o coppie arbitrarie di host (peer) comunicano direttamente tra loro

29 Distribuzione di file: BitTorrent Distribuzione di file peer-to-peer (P2P) tracker: tiene traccia dei peer che partecipano torrent: gruppo di peer che si scambiano parti di un file Ottiene la lista dei peer Scambi delle parti del file peer

30 Bit Torrent Il file viene diviso in parti (chunk) da 256 Kb. Quando un peer entra a far parte del torrent: non possiede nessuna parte del file, ma le accumula col passare del tempo si registra presso il tracker per avere la lista dei peer, e si collega ad un sottoinsieme di peer vicini ( neighbors ) Mentre effettua il download, il peer carica le sue parti su altri peer.

31 Bit Torrent I peer possono entrare e uscire a piacimento dal torrent In un dato istante, peer diversi hanno differenti sottoinsiemi del file periodicamente, un peer (Alice) chiede a ciascun vicino la lista dei chunk che possiede Alice invia le richieste per le sue parti mancanti:

32 P2P: directory centralizzata Progetto originale di Napster 1) quando il peer si collega, informa il server centrale: Server di directory centralizzato 1 1 Roberto peer indirizzo IP contenuto 2) Alice cerca la canzone Hey Jude ) Alice richiede il file a Roberto Alice

33 P2P ibrida: Skype intrinsecamente P2P: coppie di utenti comunicano tra loro Skype Protocollo proprietario login server Copertura gerarchica con i supernodi L indice crea corrispondenza tra nomi utente e indirizzi IP Skype client (SC) Supernodo (SN)

34 La sicurezza nelle reti Sicurezza di rete Principi di crittografia Integrità dei messaggi

35 Mittente, ricevente e intruso: Alice, Roberto e Tommaso Scenario ben noto nel mondo della sicurezza di rete Roberto e Alice vogliono comunicare in modo sicuro Tommaso (l intruso) può intercettare, rimuovere, aggiungere messaggi o modificare il loro contenuto Alice canale messaggi di controllo e dati Roberto dati Mittente sicuro Ricevente sicuro dati Tommaso

36 Chi sono Alice e Roberto? Nella vita reale Alice e Roberto possono essere: browser/server Web durante una transazione elettronica (es. un acquisto on-line) client/server di banche on-line server DNS sistemi che si scambiano tabelle d instradamento altro

37 Cenni di crittografia K A K B Testo in chiaro Algoritmo di cifratura Testo cifrato Algoritmo di decifratura Testo in chiaro Sistemi a chiave simmetrica: le chiavi del mittente e del destinatario sono identiche. Usata dai protocolli HTTPS Sistemi a chiave pubblica: la chiave di cifratura è pubblica; la chiave di decifratura è privata. Usata nella FirmaDigitale.

38 Crittografia a chiave simmetrica Algoritmo di cifratura: sostituzione di un messaggio in chiaro con uno codificato Chiave di Cesare Cifrario monoalfabetico: sostituzione di una lettera con un altra Lettere in chiaro: abcdefghijklmnopqrstuvwxyz Lettere cifrate: mnbvcxzasdfghjklpoiuytrewq esempio Testo in chiaro: bob. i love you. alice Testo cifrato: nkn. s gktc wky. mgsbc Come violare questo sistema di cifratura?: con un attacco a forza bruta

39 Crittografia a chiave simmetrica K A-B K A-B Testo in chiaro messaggio, m Algoritmo di cifratura Testo cifrato K A-B (m) Algoritmo di decifratura Testo in chiaro -1 m = K ( K (m) ) A-B A-B Crittografia a chiave simmetrica: Alice e Roberto utilizzano la stessa chiave: K A-B es: la chiave è una tabella di sostituzione monoalfabetico Come fanno Roberto e Alice a concordare la chiave? Canale sicuro

40 Crittografia a chiave pubblica KPUB(.) Chiave Pubblica KPRI(.) Chiave Privata Messaggio in chiaro, m Algoritmo di cifratura Testo cifrato Algoritmo di decifratura Messaggio in chiaro, m KPUB (m) m = KPRI(KPUB(m))

41 Algoritmi di cifratura a chiave pubblica Requisiti: 1 KPUB (.), KPRI(.) tale che KPRI(KPUB(m)) = m 2 data la chiave pubblica KPUB (.) deve essere impossibile calcolare la chiave privata KPRI(.) Come si costruiscono le chiavi? Descritto dall Algoritmo RSA Acronimo derivato dal nome dei suoi autori: Rivest, Shamir, Adelson Caratteristica fondamentale di RSA: KPRI(KPUB(m)) = KPUB(KPRI(m))=m

42 Crittografia a chiave pubblica tramite RSA: come funziona? Alice definisce una chiave privata KPRI(.) che solo lei conosce. Con la chiave privata, costruisce con RSA una chiave pubblica KPUB (.) tale che KPRI(KPUB(m)) = m Pubblica la chiave pubblica dicendo che chiunque voglia corrispondere con lei, deve usare la chiave pubblica

43 Firma digitale Tecnica crittografica analoga all invio di una tradizionale firma scritta Il mittente (Roberto) firma digitalmente un ocumento, stabilendo che lui è l unico proprietario/creatore del messaggio. Verificabile e non falsificabile: il destinatario (Alice) può dimostrare che Roberto e nessun altro (Alice inclusa) può aver firmato il documento.

44 Firma digitale Creazione della firma digitale di un messaggio, m: - Roberto firma un messaggio, m, e lo codifica utilizzando la sua chiave privata -K B, creando così un messaggio firmato, K B (m) Messaggio di Roberto, m Cara Alice, scusami se non ho potuto scriverti prima ma... Roberto Chiave privata Di Roberto Algoritmo di cifratura KPRI(m) Messaggio di Roberto, firmato (e criptato) con la sua chiave privata

45 Firma digitale Supponiamo che Alice riceva un messaggio m, con la firma digitale KPRI(m) Alice verifica che m è firmato da Roberto applicando la chiave pubblica di Roberto KPUB(.) a KPRI(m) e controlla che KPUB(KPRI(m))=m Se ciò è vero, chiunque abbia firmato m deve usare la chiave privata di Roberto. -