Samuele Foni, Lorenzo Pardini Capire Internet. Prefazione di Tommaso Pecorella

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3 Samuele Foni, Lorenzo Pardini Capire Internet Prefazione di Tommaso Pecorella

4 Copyright MMXVI Aracne editrice int.le S.r.l. via Quarto Negroni, Ariccia (RM) (06) ISBN I diritti di traduzione, di memorizzazione elettronica, di riproduzione e di adattamento anche parziale, con qualsiasi mezzo, sono riservati per tutti i Paesi. Non sono assolutamente consentite le fotocopie senza il permesso scritto dell Editore. I edizione: dicembre 2016

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7 Si può essere stanchi di tutto, ma non di capire. Virgilio, Le bucoliche

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9 Indice Prefazione 19 Introduzione 21 CAPIRE INTERNET Dalle basi all ingegneria Capitolo I Introduzione alle Reti Informatiche 1.1. Mi presento: il mio nome è Internet Ai bordi della rete: i mezzi fisici che consentono di connettersi ad Internet Il cuore della rete Circuit Switching Commutazione di circuito Packet Switching Commutazione di pacchetto Circuit switching VS Packet switching Il ritardo nelle reti packet switching I livelli di Internet Introduzione alla sicurezza di rete Approfondimenti Un primo approfondimento: tutta la verità sui livelli di Internet ** 38 Capitolo II Il livello applicativo 2.1. I paradigmi architetturali di Internet: come nasce un applicazione di rete Socket e processi di rete Principi di base di programmazione con i socket 46

10 12 Indice 2.3. Alcune caratteristiche e parametri comuni ad ogni applicazione di rete Paradigma architetturale Client Server Il web ed il protocollo HTTP HTTP e web cache Il protocollo FTP La posta elettronica e il protocollo SMTP MIME : le estenzioni del protocollo SMTP I protocolli d accesso alla posta elettronica: IMAP e POP La webmail Paradigma architetturale P2P Peer To Peer Centralized index Query flooding ** Hierarchical Overlay DHT Distributed Hash Table ** BitTorrent Architettura ibrida 84 Capitolo III Dalle reti a connessione diretta, a quelle a commutazione di pacchetto 3.1. Introduzione alle reti a connessione diretta Framing Error detection e correction Trasferimento affidabile dei dati Il sender Il receiver Il protocollo RDT NAK free Errori e packet loss La performance nel meccanismo stop&wait Pipelining Go Back N ** Selective repeat ** Il problema del dimensionamento della finestra PPP Point to Point Protocol Struttura del frame PPP MAC Multiple Access Control Protocolli a partizionamento Protocolli ad accesso casuale Protocolli a turno L indirizzo MAC LAN Local Area Network Ethernet ed il protocollo CSMA/CD L indirizzamento a livello di collegamento dati La doppia natura del livello data link ** Switched ethernet Le LAN virtuali *** 115

11 Indice Come si possono gestire delle reti di estensione globale? Reti a circuito virtuale Internet ed il datagram service 119 Capitolo IV Il livello di rete ed il protocollo IP 4.1. Internet come inter rete Breve panoramica sugli schemi di instradamento dei pacchetti all interno di una sottorete I router di Internet Chi assegna gli indirizzi IP? Alla scoperta del protocollo DHCP IPv6, il protocollo di Internet Il formato del datagram IPv IPv6, notazione e classi di indirizzo riservate Il miglior alleato di IP: il protocollo ICMP Il protocollo NDP L autoconfigurazione del protocollo IPv Derivazione degli indirizzi link local unicast e cooperazione dei protocolli ICMPv6 ed NDP per provvedere all autoconfigurazione stateless degli indirizzi IPv6 *** Il protocollo di Internet ad oggi più diffuso: fate largo ad IPv La struttura del datagram IPv La frammentazione in IPv Dalle classi di indirizzamento IPv4 al CIDR Il protocollo ARP Il protocollo DNS Domain Name System La coesistenza tra IPv4 ed IPv Il NAT, un protocollo tanto geniale quanto pericoloso NAT statico e NAT dinamico Il NAPT IPSec con NAPT ed altri problemi Il NAPT e le sue variazioni di comportamento per supportare i flussi UDP 175 Capitolo V I protocolli di Routing 5.1. Tanti protocolli, un solo scopo Routing Diretto Routing Indiretto Intra Routing 184 RIP Routing Information Protocol 186 OSPF Open Shortest Path First Inter Routing o

12 14 Indice EGP Exterior Gateway Protocol 193 BGP Border Gateway Protocol Protocolli di routing per reti ad hoc OLSR Optimized Link State Routing Protocol BATMAN Better Approach To Mobile Ad hoc Networking RPL Routing Protocol for Low power and lossy networks ** L algoritmo di Dijkstra ** 206 Capitolo VI Il trasporto dati da processo a processo 6.1. Il livello di trasporto Multiplexing e demultiplexing dei dati Il protocollo UDP Il calcolo del checksum ** Il protocollo TCP Il ciclo di vita di una connessione TCP Numeri di sequenza e numeri di acknowledgement TCP e il tasferimento affidabile dei dati ** Il controllo di flusso effettuato dal protocollo TCP Il problema del controllo di congestione Cause e costi della congestione: alcuni scenari Strategie per il Controllo di Congestione: ATM Network e TCP Reti ATM: Avaible Bit Rate ABR Service Controllo di Congestione in TCP L algoritmo per il controllo di congestione in TCP Reno Osservazioni sul TCP Altri protocolli di supporto alla congestione L evoluzione del protocollo TCP e dell algoritmo di controllo della congestione TCP Veno TCP Westwood e Westwood Variare l algoritmo di congestione impiegato 250 Capitolo VII Sicurezza di rete e principi di crittografia 7.1. Introduzione alla sicurezza di rete Safety e security Le proprietà della security Un attacco informatico non è mai fine a sé stesso ed è sempre rivolto ad un asset Internet Threat Model 258

13 Indice Principi di crittografia Le funzioni hash HMAC La cifratura a chiave simmetrica 266 Presentazione delle chiavi simmetriche attualmente più diffuse, breve excursus storico e alcune puntualizzazioni La cifratura a chiave pubblica/privata Dalla firma digitale alla gestione dei certificati PGP e GPG Alcune soluzioni al problema dello scambio delle chiavi pubbliche Certificati e Certification Authority Certificati per tutto Certificate Revocation List Elementi di crittografia avanzata Prerequisiti di aritmetica modulare e teorema di Eulero *** Principi di valutazione dell algoritmo RSA *** RSA timing attacks ** L algoritmo di cifratura a chiave pubblica Diffie Hellman *** I principali protocolli di network security SSL e TLS per rendere sicuro il livello di trasporto Heartbleed, la peggiore falla della libreria OpenSSL di sempre I protocolli applicativi protetti da TLS: HTTPS, FTPS, e molti altri SSH, SCP e SFTP La sicurezza a livello di rete: il protocollo IPSec Le reti VPN Garantire l anonimato in rete 303 Capitolo VIII Attaccanti, attacchi e contromisure 8.1. Anatomia di un attacco di rete L efficacia di un attacco manuale dipende strettamente dalla topologia della rete attaccata Hacker, Craker e Lamer, i burattinai di Internet Un cracker famoso White Hat contro Black Hat Malware, virus, worm ed altri attacchi automatizzati Stuxnet Exploit, backdoor e rootkit Attacchi a tutti i livelli di Internet e possibili contromissure Attacchi al livello fisico Attacchi al livello data link 318 ARP spoofing 318

14 16 Indice Attacchi al livello di rete 321 Smurf DoS attack 321 Attacco a frammentazione Attacchi al livello di trasporto 324 DoS tramite SYN flood TCP 324 TCP reset guess 325 Attacchi al livello applicativo 326 SQL injection 327 XSS Cross Site Scripting 328 Buffer overflow ** 332 Attacchi al DNS ** 333 Phishing e ingegneria sociale Firewall Il posizionamento del firewall Netfilter e iptables ** Bilanciamento del carico di lavoro e tolleranza ai guasti su una rete ad alto volume di traffico, tramite firewall ** IDS e IPS 346 Capitolo IX Introduzione alle reti wireless, Wi Fi e sicurezza delle reti senza fili 9.1. Le tecnologie wireless come rampa di lancio della Internet of Things Caratteristiche generali delle reti senza fili I wireless link Classificazione delle reti wireless Lo standard , quello che tutti chiamano Wi Fi Il protocollo CSMA/CA per l accesso multiplo nelle reti Note sul calcolo del tempo di backoff nel CSMA/CA ** Il problema del nodo nascosto, il problema del nodo esposto e la tecnica RTS/CTS per la prenotazione del canale Il frame e l indirizzamento nelle reti Wi Fi Muoversi tra più BSS rimanendo all interno della stessa sottorete: il fenomeno dell handoff Il power management La mobilità in Internet Il protocollo Mobile IP La sicurezza nelle reti Wi Fi Il WEP Struttura e livello di sicurezza del WEP Attacchi al WEP 381 DoS sul WEP 381

15 Indice 17 L attacco dell oracolo 382 Sfruttare le vulnerabilità di RC4 e del CRC 32 per realizzare l attacco chopchop ** Lo standard i WPA con TKIP WPA2 con sistema di controllo degli accessi 802.1x, la modalità enterprise WPA2 con chiave condivisa WPA PSK, la modalità personal WPA2, caratteristiche generiche e puntualizzazioni 391 Capitolo X La gestione della rete e la qualità del servizio 10.1.L importanza del Network Management Livelli e architettura del Management Anatomia di una rete I tre soggetti Approcci al Network Management Le aree ISO/OSI SNMP Simple Network Management Protocol 405 La struttura del MIB *** La qualità del servizio Traffici differenti Come ottenere la QoS 413 Algoritmi di scheduling *** Gestione della QoS a livello trasporto IntServ Integrated Services 415 RSVP Resources Reservation Protocol ** DiffServ Differentiated Services MPLS MultiProtocol Label Switching Funzionamento di MPLS 420 Calcolo delle rotte MPLS *** Altri metodi di gestione della QoS 422 Conclusioni 423 Bibliografia 426

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17 Prefazione Tommaso Pecorella * Esistono molti libri che trattano di reti di telecomunicazioni, ed in particolare di Internet. Il maggiore limite di questi testi, a mio avviso, è la loro difficoltà: o troppa o troppo poca. In un caso sono adatti ad un pubblico universitario avanzato, eccedendo in dettagli utili, ma spesso resi obsoleti dalla velocità a cui la tecnologia si evolve. Nel secondo caso le semplificazioni sono tali da rendere il testo utile ad un pubblico generalista, ma non a chi debba o voglia studiare il reale funzionamento di una rete di telecomunicazioni. Nel presente libro gli autori hanno voluto partire dagli appunti di due corsi universitari avanzati per realizzare un testo che, pur essendo altamente tecnico, è alla portata di chiunque abbia la pazienza o la voglia di addentrarsi nel complesso mondo delle reti di telecomunicazioni. Gli argomenti sono descritti con una sufficiente profondità, ma senza scendere in tecnicismi che renderebbero il testo poco fruibile. Il presente libro deve infatti essere visto come un punto di partenza e non di arrivo: il lettore può sempre (e in alcuni casi deve) studiare direttamente gli standard per avere un quadro totale e preciso di un determinato protocollo. Questo è forse il maggior pregio del testo: riuscire a dare un ottimo quadro d insieme dei vari argomenti senza dare l impressione di essere un testo definitivo. Il lettore saprà che ha imparato qualcosa di corretto, ma che vi sono dettagli che sono stati omessi. In sintesi, in un panorama di utilizzo della rete Internet in cui si dà per scontato che la rete funzioni, il libro si pone l obiettivo (riuscito) *Università degli Studi di Firenze. 19

18 20 Prefazione di stimolare il lettore a chiedersi come faccia Internet a funzionare, e ad avere un ruolo più attivo e proattivo nei confronti della rete stessa. Da questo punto di vista, è bene ricordare che Internet è, prima di tutto, formata dai suoi utenti, che richiedono servizi e usano la rete. Quindi, conoscere le basi del funzionamento di Internet è la premessa per essere degli utilizzatori consapevoli del prodotto che si usa ogni giorno. Senza nulla voler togliere ad altri testi, il presente offre un ottimo bilanciamento tra complessità della trattazione e completezza, e sono sicuro che può essere utile ad un ampio pubblico. 6 Agosto 2016