Apparecchiature di rete e protocollo TCP/IP

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1 Apparecchiature di rete e protocollo TCP/IP Didattica delle reti Prof. Paolo Zanetti PAS C300 A cura di: Bove C. Liparulo G. Scotti A.

2 Protocolli La comunicazione tra computer in Internet è regolata da un insieme di protocolli di rete: Un computer in Internet (sinteticamente) Usa il protocollo TCP/IP Ha assegnato un indirizzo IP univoco Ha la capacità di inviare pacchetti IP a tutti i computer collegati ad Internet

3 Protocolli Internet (Protocollo TCP/IP) Un Protocollo è un insieme di regole per controllare la spedizione e la ricezione dei messaggi. Un Protocollo definisce Formato e ordine dei messaggi spediti e ricevuti tra computer in rete Azioni da compiere in seguito alla ricezione e/o trasmissione dei messaggi o di altri eventi

4 Protocolli Il Protocollo TCP/IP, per ridurre la complessità di implementazione e progettazione, è strutturato in Livelli: Application Transport Network Physical

5 Comunicazione Multilivello Ufficio in Italia Ufficio in Giappone Messaggio da inviare Il Messaggio arriva in Giapponese L interprete lo traduce in Inglese (linguaggio comune) L interprete traduce dall Inglese (linguaggio comune) La segretaria aggiunge informazioni per l altra segretaria La segretaria in base alle istruzioni passa il messaggio all interprete Trasmissione

6 Comunicazione Multilivello Un ufficio in Italia deve inviare un messaggio ad un altro ufficio in Giappone. La persona che scrive il messaggio lo passa all Interprete. L interprete concorda con l Interprete della sede giapponese di utilizzare una lingua comune (Inglese). Quindi traduce il messaggio in Inglese e lo passa alla Segretaria per la spedizione del messaggio. La Segretaria usa un Fax come mezzo per inviare il messaggio. Quando il messaggio arriva la Segretaria lo passa all interprete che traduce il messaggio dall Inglese al Giapponese. Infine il messaggio viene consegnato al destinatario. Occorre tener presente che gli Interpreti possono passare da una lingua ad un altra purchè si mettano d accordo. Ciò non cambia nulla per gli altri livelli. Anche per quanto riguarda la segretaria si può osservare che potrebbe utilizzare la posta elettronica e non il fax. Anche in questo caso non cambia nulla per gli altri livelli.

7 Comunicazione Multilivello in Internet Modello ISO OSI (standard per la comunicazione tra sistemi aperti) è strutturato su 7 livelli La rete Internet si è sviluppata al di fuori del modello ISO OSI e presenta una struttura solo parzialmente aderente al modello OSI. Infatti l architettura di rete TCP/IP è composta da 4 strati: Strato di ACCESSO alla rete (Network access layer): si occupa del trasferimento fisico delle informazioni e di rilevare e recuperare gli errori trasmissivi; Strato INTERNET PROTOCOL (IP): si occupa dell istradamento delle informazioni e del controllo della congestione; Strato di TRASPORTO (TCP o UDP): fornisce le risorse per il trasferimento delle informazioni. E implementato in due versioni: TCP (Trasmission Control Protocol) che è un protocollo con connessione ed è affidabile; UDP (User Datagram Protocol) che è senza connessione e non è affidabile; Strato di APPLICAZIONE (Application Protocol): questo strato contiene i protocolli utilizzati poi dai vari programmi residenti sulle macchine. I protocolli usati in questo strato sono FTP (File Transfer Protocol) per il trasferimento dei files, POP (Post Office Protocol) e SMTP (Simple Mail Trasfer Protocol) rispettivamente per laricezione e l invio della posta elettronica, TELNET per il terminale virtuale, HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) per le pagine Web, DNS (Domain Name Server) per la conversione dei domini alfanumerici in indirizzi IP.

8 Descrizione astratta Application DATI Application Transport Transport Network Network Physical Il Computer A produce un messaggio (DATI) che deve essere inviato al computer B. Physical Il messaggio viene prodotto da un programma applicativo nel livello più alto della gerarchia (Application) Host A Host B

9 Descrizione astratta Header Application Transport DATI Application DATI Transport Network Network Physical Il Livello APPLICATION passa il messaggio al livello TRANSPORT che aggiunge allo stesso messaggio una intestazione (header) per permettere di identificarlo Host A Physical Host B

10 Descrizione astratta Header Application Transport Network DATI Application DATI Transport Physical Network Physical Dal livello Tansport il messaggio viene passato al livello Network. Host A Qui viene suddiviso in parti più piccole (pacchetti) e ad ogni parte viene aggiunta una nuova intestazione (header) Host B

11 Descrizione astratta Application Transport Network DATI Application DATI Transport Network TRASFERIMENTO FISICO Physical Host A Una volta raggiunto il livello più basso (Physical), avviene il trasferimento fisico dei dati verso il nodo destinatario (Host B) Physical Host B

12 Descrizione astratta Ricostruzione del Messaggio Application Transport Network DATI DATI DATI DATI Application Transport Network Physical Physical Host A Sul nodo B i pacchetti arrivano al livello più basso e risalgono via via tutti i livelli, con le intestazioni che vengono eliminate di volta in volta. Il messaggio originale viene così ricostruito e ricevuto dal destinatario. Host B

13 La famiglia di protocolli TCP/IP HTTP FTP SMTP TELNET RPC Application layer Transport layer Network layer Physical layer TCP UDP IP DNS

14 Gli indirizzi IP Perché la comunicazione sulla rete avvenga è indispensabile che ogni computer collegato sia localizzabile in modo univoco Ogni computer collegato ad Internet possiede un indirizzo univoco detto Indirizzo IP (32 bit) I 32 bit di un indirizzo IP sono suddivisi in 4 campi da 8 bit (1 byte) ciascuno Di solito si usa una rappresentazione formata da 4 numeri decimali (tra 0 e 255) separati da un punto

15 Gli indirizzi IP Dal momento che gli indirizzi IP assegnati a ciascun computer devono essere univoci, esiste una Organizzazione (Internet Assigned Number Authority) preposta ad assegnare indirizzi IP garantendone l univocità I Providers (fornitori di accesso ad Internet) acquistano moltissimi indirizzi IP, ma avendo più clienti che indirizzi IP, assegnano lo stesso indirizzo a più clienti che si succedono (un indirizzo viene assegnato al Cliente A e quando il Cliente A chiude la connessione lo stesso indirizzo viene assegnato al Cliente B). Questo meccanismo prende il nome di assegnazione Dinamica dell indirizzo IP (ogni volta che si connettono, gli stessi clienti ricevono indirizzi IP quasi sempre diversi)

16 Gli indirizzi IP L utente può vedere il proprio indirizzo IP assegnatogli dal Provider tramite il comando ipconfig /all nella shell da lanciare con START -> ESEGUI -> digitare cmd -> Invio L indirizzo IP viene visualizzato insieme ad altre informazioni relative alla scheda di rete e ad altri indirizzi di Servers (DNS, DHCP), etc.

17 Livello TRANSPORT TCP e UDP TCP: questo protocollo è predisposto al riordino dei pacchetti che viaggiano sulla rete, che spesso arrivano con una sequenza casuale. E' indispensabile ricostruire la sequenza giusta per ottenere il documento originale. Il TCP utilizza il "numero di sequenza" presente in ogni pacchetto IP, in questo modo se viene a mancare un numero, il TCP lo richiede al server remoto fino a che non viene inviato. Solo quando ha tutti i pacchetti nella giusta sequenza può ricostruire il documento originale. Inoltre il TCP si occupa di assegnare il messaggio in base al numero di porta a cui è destinato. Ogni numero di porta identifica un servizio specifico che gestisce la risposta (80: HTTP WWW, 25: e mail...) UDP: sostituisce il protocollo TCP nel caso in cui tutte le informazioni necessarie siano contenute in un unico pacchetto, nel quale non siano quindi inserite le operazioni di riordino. Funziona in modo simile al TCP assegnando i vari messaggi agli specifici numeri di porta

18 TCP (Transport Control Protocol) Fornisce quindi i servizi di: Trasporto affidabile dall host di origine a quello di destinazione (indipendentemente dalla rete utilizzata vedi packet switching) Gestione delle perdite (conferma ricezione ed eventuale richiesta di ritrasmissione) Controllo del flusso (il mittente non sovraccarica il destinatario) Controllo di congestione (i mittenti diminuiscono la velocità di trasmissione quando la rete si congestiona)

19 Protocolli TCP/IP Protocolli standard : TCP/IP (Transfer Control Protocol/Internet Protocol) standard per reti WAN e per Internet, e nelle reti LAN

20 Livello APPLICATION Si colloca al di sopra del livello Transport ed è il livello nel quale viene svolto il lavoro utile per l utente In questo livello si trovano diversi protocolli, alcuni relativi alle applicazioni che si usano abitualmente in Internet SMTP (Simple Mail Tranfer Protocol) FTP (File Transfer Protocol) TELNET (Collegamento Remoto) HTTP (HyperText Transfer Protocol)

21 Livello APPLICATION Tutti i protocolli del livello Application sono basati sul modello di interazione client/server Per usare i servizi collegati a questi protocolli bisogna contattare un server che offre tali servizi Tutte le volte che usiamo un browser per visualizzare una pagina web, di fatto stiamo contattando un web server remoto Tutte le volte che inviamo una e mail, di fatto chiediamo al mail server del nostro provider di consegnare la nostra mail al mail server del destinatario del nostro messaggio

22 Topologie di rete Con topologia si fa riferimento alla disposizione degli oggetti fisici nello spazio. Quattro topologie prevalenti: Reti a stella per le LAN; Reti ad anello connesse per le LAN/WAN; Reti ad albero; Reti a bus.

23 RETI A STELLA

24 RETI A STELLA Il numero di canali è uguale al numero dei nodi meno uno (c= n 1). La fault tollerance è inesistente: nel caso in cui il canale si guasti, la funzionalità della rete viene compromessa. Al centro della stella si trova un dispositivo concentratore ( hub o switch).

25 RETI AD ANELLO

26 RETI AD ANELLO Nella topologia ad anello ogni nodo è collegato con altri nodi in modo da formare una struttura circolare. Ogni informazione da trasferire deve percorrere l anello fino al destinatario: se consideriamo il messaggio di risposta per la conferma, ogni scambio di informazioni coinvolge tutti i nodi della rete, che devono cooperare alla comunicazione anche se non sono direttamente interessati ai messaggi. Il guasto di un nodo, quindi, provoca la caduta dell intera rete anche se è facile ponticellare l ingresso e l uscita di un nodo per escluderlo.

27 RETI A BUS

28 RETI A BUS I computer sono connessi a un unico canale comune, condiviso da tutte le comunicazioni. I messaggi, organizzati in pacchetti, vengono inviati sul canale e tutti i nodi possono valutarli, ma solo il nodo che riconosce di essere il destinatario acquisisce il messaggio. Ovviamente, un solo nodo alla volta può trasmettere su canale.

29 RETI AD ALBERO

30 RETI AD ALBERO Variante più complessa caratterizzata dal fatto che da ciascun nodo possono dipartirsi più reti lineari distinte, realizzando una struttura multilivello. Caratteristica di questa rete è che la comunicazione tra due nodi distinti dello stesso livello può avvenire solo risalendo la struttura fino al primo nodo padre comune.

31 GESTIONE DEGLI ERRORI La condizione di errore più comune in una rete è la collisione. Le collisioni sono previste nell ambito della rete utilizzata per risolvere le contese all accesso al mezzo trasmissivo. L effetto di una collisione è quello di consumare la banda utile per la trasmissione dei dati, come se fosse un ritardo di trasferimento all interno della rete.

32 COLLISIONI DI PACCHETTI

33 ZOOM SU Le collisioni avvengono quando una scheda di rete accede al mezzo trasmissivo e questo risulta già occupato da una trasmissione in corso. La scheda deve attendere per un tempo casuale prima di ritentare di nuovo la trasmissione. Il tempo casuale viene incrementato ad ogni tentativo fallito, per cui si può avere un decadimento delle prestazioni. I dispositivi usati per far condividere i cavi di rete sono principalmente due: l hub e lo switch. Il primo può provocare le collisioni perché ripete il messaggio a tutti i computer collegati. Il secondo invece è più efficiente in quanto spedisce il messaggio al solo destinatario

34 Il modello ISO/OSI Nella progettazione e nella realizzazione delle reti si fa riferimento ad alcuni aspetti teorici e formali che sono stati fissati come standard a livello internazionale. (Organismo internazionale per gli standard : ISO, International Standards Organization) necessità di operare una standardizzazione; esigenza di espandere le dimensioni delle reti verso dimensioni planetarie.

35 Il modello ISO/OSI Modello per le architetture di rete definito nel 1984 (ISO 7498) con la sigla ISO/OSI (Open System Interconnection); cioè modello ISO per l'interconnessione dei sistemi aperti. L' architettura della rete è organizzata su sette livelli o strati (layer).

36 I sette livelli ISO/OSI

37 I mezzi trasmissivi L unità di misura della velocità di trasmissione è il bit secondo (bps) e i suoi multipli (Kbps e Mbps). Unità di misura della frequenza del segnale Hertz (Hz). Banda : insieme finito di frequenze adiacenti. Larghezza di banda : l'intervallo di valori fra i quali variano le frequenze nella banda considerata.

38 I mezzi trasmissivi Mezzi di trasmissione non guidati Onde radio Bluetooth Infrarossi Wireless Satelliti geostazionari

39 Le reti locali (LAN, Local Area Network) Componenti hardware: Computer Schede di rete (NIC) Cablaggio Switch (oppure Hub) Mezzi trasmissivi: doppino oppure fibra ottica

40 Le reti locali Hub/Switch : apparecchiature fisica con funzioni di concentratore dei cavi provenienti dai vari sistemi connessi in rete e di distributore di pacchetti sulla rete Software di gestione della rete (risorse e utenti)

41 La connettività tra reti diverse Bridge : dispositivo che connette due reti locali (LAN) dello stesso tipo ma anche di tipo diverso, oppure due segmenti di una stessa LAN. Router : come il bridge, serve a connettere due reti, ma fornisce funzionalità aggiuntive (capacità di filtrare messaggi e di instradarli sulla base di criteri di economicità o di velocità). Gateway : dispositivo che implementa le procedure per il collegamento fra sottoreti differenti, convertendo i protocolli dell'una in quelli dell'altra; sfrutta comunque i router e i bridge per l'instradamento.