Reti di Calcolatori. Master "Bio Info" Reti e Basi di Dati Lezione 4

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1 Reti di Calcolatori

2 Sommario Software di rete Livello Trasporto (TCP) Livello Rete (IP, Routing, ICMP) Livello di Collegamento (Data-Link)

3 Software di rete Livello Rete (IP, Routing, ICMP) Se i protocolli del livello di trasporto forniscono una comunicazione logica tra processi applicativi di host differenti, un protocollo a livello di rete si occupa del trasporto di pacchetti in ogni host e router I protocolli di rete sono eseguiti nei sistemi terminali (end system) ma anche sui router. In particolare Il sender: incapsula i segmenti nei datagrammi e li passa al livello di collegamento lato receiver: estrae i segmenti e li consegna al livello di trasporto Il router esamina l intestazione (header) di tutti i datagram IP che lo attraversano. Master "Bio Info" Reti e Basi di Dati Lezione 2

4 Software di rete Livello Rete (IP, Routing, ICMP) Master "Bio Info" Reti e Basi di Dati Lezione 2

5 Software di rete Livello Rete (IP, Routing, ICMP) Il Livello Rete di TCP/IP detto IP (Internet Protocol) è composto da: Il protocollo IP (V4, V6) che definisce l'indirizzamento Il protocollo ICMP per il controllo degli errori. I protocolli d instradamento (RIP,OSPF,BGP) Master "Bio Info" Reti e Basi di Dati Lezione 2

6 Software di rete Livello Rete (IP V4) Il formato del datagramma IP Versione 4 è il seguente

7 Software di rete Livello Rete (IP V4) Uno dei campi principali del protocollo IPV4 è il TTL(16 bit) campo che viene settato ad un valore elevato da chi genera il pacchetto e viene decrementato da ogni router attraversato. Se un router decrementa il valore e questo va a zero, il pacchetto viene scartato e viene generato un messaggio di errore verso la sorgente, una sorta di time-out sulla validità di un pacchetto.

8 Software di rete Livello Rete (IP V4) Il campo principale del protocollo IPV4 è l'indirizzo IP un identificatore a 32 bit per le interfacce degli host e dei router. Con Interfaccia si intende una connessione tra host/router e link fisico, router tipicamente hanno molte interfacce, ed un host ne può avere più di una, ma l'ip è associato ad una ed una sola interfaccia. Di solito sono scritti in notazione decimale puntata, ad esempio => Gli Indirizzo IP sono composti da: parte rete (bit più significativi) parte host (bit meno significativi) La parte rete e parte host hanno lunghezza variabile.

9 Software di rete Livello Rete (IP V4) Per rete IP o sottorete si intendono le interfacce dei dispositivi che hanno la parte rete dell'ip uguale che quindi possono raggiungersi a vicenda senza l'intervento di un router. Master "Bio Info" Reti e Basi di Dati Lezione 3

10 Software di rete Livello Rete (IP V4) Secondo la CIDR (Classless Inter Domain Routing) la parte rete dell'indirizzo è di lunghezza arbitraria. Il formato dell'indirizzo e di questo tipo a.b.c.d/x dove x è il numero di bit della parte rete dell'indirizzo. Ad esempio l'indirizzo /25 ha 25 bit di indirizzo di rete ossia in bit la parte verde è la parte di rete e la parte arancio è la parte variabile degli host. Il range degli indirizzi vanno da ( ) a ( )

11 Software di rete Livello Rete (IP V4) Infine gli indirizzi IP si dividono in indirizzi pubblici un host collegato direttamente ad Internet ha necessariamente un indirizzo IP pubblico indirizzi privati si intendono alcune classi di indirizzi IPv4 riservate alle reti locali allo scopo di ridurre le richieste di indirizzi pubblici. chiunque può utilizzare questi indirizzi, perché i pacchetti relativi a tali reti non vengono instradati dai router internet, e quindi essi non entreranno in conflitto con analoghi indirizzi posti su altre reti locali.

12 Software di rete Livello Rete (Algoritmi di Routing) L obbiettivo principale degli algoritmi di routing è velocizzare la commutazione ottimizzando i percorsi evitando cicli e buchi neri Si utilizza la teoria dei grafi per rappresentare la rete con un grafo in cui i nodi sono i router, gli archi i link, il costo la distanza la banda, livello di congestione, ect. Un buon percorso tipicamente significa un camino nel grafo a costo minimo. Master "Bio Info" Reti e Basi di Dati Lezione 3

13 Software di rete Livello Rete (Algoritmi di Routing) Una prima classificazione algoritmi di routing è la seguente: Algoritmi basati su informazioni globali o locali Globale tutti i router hanno una completa informazione sulla topologia e sui costi dei link, ad esempio link state basato sull algoritmo di Dijkstra Decentralizzata i router conoscono informazioni sulla topologia e sui costi dei link solo dei vicini fisicamente connessi, ed Il processo di calcolo avviene attraverso lo scambio d informazioni con i vicini, ad esempio distance vector basato sull algoritmo di Bellman-Ford Algoritmi statici o dinamici Statico I percorsi non cambiano, o cambiano poco nel tempo Dinamico I percorsi cambiano più velocemente con un aggiornamento periodico in risposta ai cambi di costo dei link

14 Software di rete Livello Rete (Algoritmi di Routing) Link-State (Algoritmo di Dijkstra) Il primo algoritmo di routing che vedremo è il Link-State basato sull Algoritmo di Dijkstra. In questo algoritmo la topologia della rete e costi dei link sono conosciuti per tutti i nodi e queste conoscenze si realizzano attraverso link state broadcast quindi tutti i nodi hanno le stesse informazioni. Si calcolano i percorsi a costo minore da un nodo (sorgente) a tutti gli altri nodi costruendo la routing table per quel nodo.

15 Software di rete Livello Rete (Algoritmi di Routing) Link-State (Algoritmo di Dijkstra)

16 Software di rete Livello Rete (Algoritmi di Routing) Distance Vector (Algoritmo di Bellman-Ford) Il Distance Vector è basato sull'algoritmo di Bellman-Ford Definiamo d x (y) = costo minimo da x a y, calcolato mediante la seguente formula: d x (y) = min {c(x,v) + d v (y) } dove min è calcolato su tutti i vicini v di x. Ad esempio consideriamo il seguente grafo: Poiché d v (z)=5, d x (z)=3, d w (z)=3 : allora l'equazione B-F dice: d u (z) = min {c(u,v) +d v (z),c(u,x)+d x (z),c(u,w)+d w (z) } =min {2 + 5,1 + 3,5 + 3} = 4

17 Software di rete Livello Rete (ICMP) Internet Control Message Protocol(ICMP) ICMP è un protocollo per messaggi di servizio fra host e router per informazioni su errori e fasi di attraversamento della rete. I principali errori che può rilevare sono: Errori di checksum (solo per gli header) TTL ( time-to-live = tempo di vita) spirato Mancanza di router per la rete destinazione Impossibilità di consegnare il pacchetto al destinatario Generalmente IP scarta tutti i datagrammi che presentano qualcuno di questi problemi.

18 Software di rete Livello Rete (ICMP) Alcuni comandi fanno uso del protocollo ICMP ping che invia una successione di pacchetti ad un host per verificarne la raggiungibilità ricorre al protocollo ICMP.Infatti il programma manda una serie di messaggi ICMP ECHO_REQUEST (generalmente uno al secondo), e quando l'host riceve un pacchetto ECHO_REQUEST, rispondere con un nuovo datagramma ICMP ECHO_REPLY. traceroute che segnala quali siano le macchine attraversate dai pacchetti per giungere ad una determinata destinazione. Per far questo traceroute invia una successione di pacchetti, incrementando di volta in volta il valore del TTL, ed attende le notifiche ICMP del tipo TIME_EXCEEDED, mandate indietro dai router lungo il percorso del pacchetto.

19 Software di rete Livello di Collegamento (Data-Link) Nel livello di collegamento: Host e router sono definiti come nodi. I mezzi di comunicazione che connettono nodi adiacenti sono definiti link e possono essere Wired (cablata) Wireless (senza cavi) Il compito del livello data-link è di trasferire i datagram da un nodo ad un altro adiacente attraverso un link. Un pacchetto a livello di Collegamento viene detto frame ed incapsula un datagram. Il livello di collegamento è implementato nelle schede di rete NIC Network Interface Card di tutti i nodi, quindi il livello di collegamento è una combinazione di hardware, software e firmware

20 Software di rete Livello di Collegamento (Data-Link)

21 Software di rete Livello di Collegamento (Data-Link) Esistono due tipi di collegamenti di rete: Collegamento broadcast (cavo o canale condiviso) in cui si utilizzano i protocolli ad accesso multiplo il cui problema principale è quello di regolare l'accesso al singolo mezzo trasmissivo condiviso Ethernet tradizionale Wireless LAN Collegamento punto-punto (PPP) dove si hanno un solo sender e un solo receiver, e quindi un solo link, quindi molto più semplice di una rete broadcast. Impiegato per connessioni telefoniche Collegamenti punto-punto tra Ethernet e host.

22 Software di rete Livello di Collegamento (Data-Link) Collegamento broadcast I protocolli ad accesso multiplo si dividono in Protocolli ad accesso casuale (random access) CSMA(Carrier Sense Multiple Access), CSMA/CD (Collision Detection),CSMA/CA (Collision Avoidance) Protocolli a suddivisione del canale (channel partitioning) access) divisione di tempo (TDM) e divisione di frequenza FDM CDMA (Code-Division Multiple Access) a divisione di codice dove si assegna ad ogni nodo un codice scelto opportunamente in modo che i nodi possono trasmettere contemporaneamente Protocolli a rotazione ( taking-turn protocol ) Protocollo polling Protocollo token

23 Software di rete Indirizzamento LAN e ARP I protocolli ad accesso multiplo sono utilizzati con svariati tipi di link, cavi coassiali, wireless e satellitari,attualmente impiegati nelle reti LAN(Local Area Network). I nodi di una LAN hanno degli indirizzi a livello link detti indirizzi LAN (o MAC o fisico o Ethernet) usati per inoltrare un frame da un'interfaccia di rete ad un'altra, fisicamente connessa (stessa rete). L'indirizzo MAC è a 48 bit (per la maggioranza delle LAN) ed è Hardcoded nella ROM della scheda di rete. Ogni NIC nella LAN ha un unico indirizzo LAN, e l'allocazione di questi indirizzi è gestita da IEEE. Ogni nodo IP (host o router) nella LAN ha una tabella detta ARP che contiene la corrispondenza tra indirizzi IP e MAC così composta: < Indirizzo IP; Indirizzo MAC; TTL>

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