Nozioni di base sulle reti

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1 Nozioni di base sulle reti 1

2 Obiettivi Panoramica sulle reti tecnologie, potenzialità, limiti Conoscere gli standard, protocolli e metodi di accesso Identificare le principali architetture di rete Conoscere le differenze tra reti locali e geografiche Identificare i componenti di base di Internet approfondimenti sul protocollo TCP/IP Configurazione e utilizzo di una rete locale 2

3 Che cos è una rete Componenti Computer e altri dispositivi (nodi) Mezzo trasmissivo (media) Software Vantaggi dell utilizzo delle reti economia affidabilità risparmio crescita graduale Reti locali e reti geografiche Reti interconnesse 3

4 Tipi di...reti Ambito Distanza Tipo Computer Circuito stampato 0,1m parallelismo Sistema 1m multiproc. Stanza 10m cluster Reti Edificio 100m LAN Comprensorio 1Km LAN estesa Città 10Km MAN Nazione 100Km Continente 1000Km WAN Mondo 10000Km 4

5 Le reti locali - una definizione Una LAN è un sistema di comunicazione che permette ad apparecchiature indipendenti di comunicare tra di loro, entro un'area delimitata, utilizzando un canale fisico a velocità elevata e con basso tasso d'errore. 5

6 Le reti locali Non c è attraversamento di suolo pubblico Reti peer-to-peer pochi utenti scarse esigenze di sicurezza sicurezza a livello di condivisione Reti basate su server maggiore sicurezza sicurezza a livello utente amministrazione centralizzata 6

7 La struttura della rete Diversi tipi di collegamenti: Punto-Punto Multipunto Broadcast 7

8 La struttura della rete Topologie standard di rete a bus bus cablata a stella (hub) a stella ad anello anello cablato a stella 8

9 Pregi e difetti delle topologie Bus economicità facilità di installazione ed espansione problemi sul cavo si riflettono sull intera rete difficoltà di trovare guasti sul cavo forte riduzione delle prestazione con molti utenti (traffico broadcast) Anello buone prestazioni indipendentemente dal numero di nodi problemi su un computer si possono riflettere sull intera rete 9

10 Pregi e difetti delle topologie (2) Stella facilità di installazione ed espansione controllo centralizzato utilizzo con diversi tipi di cavo guasto su un cavo blocca solo il nodo interessato guasto del nodo centrale blocca l intera rete richiesta di maggiore cablaggio 10

11 I mezzi trasmissivi Cavi coassiale reti senza hub thick 500mt thin (RG-58) 185mt doppino ritorto (twisted pair) reti con hub schermato (STP) 100mt non schermato (UTP) 100mt fibra ottica ~2Km 11

12 Il cavo coassiale I mezzi trasmissivi 12

13 I mezzi trasmissivi Il doppino (TP - twisted pair) 13

14 I mezzi trasmissivi Categorie dei doppini 14

15 I mezzi trasmissivi I connettori RJ45 15

16 Le fibre ottiche I mezzi trasmissivi 16

17 I mezzi trasmissivi I connettori per fibre ottiche 17

18 I mezzi trasmissivi (2) Senza cavi (wireless) infrarossi radio 18

19 Gli adattatori di rete Scheda di rete interfaccia di connessione fisica tra il computer e il cavo ha un proprio indirizzo di rete univoco (MAC ID) converte i dati da paralleli a seriali e viceversa per PC: tipo di bus ISA (8/16 bit) EISA (32 bit) MCA (16/32 bit) PCI (32 bit PnP) tipo di connettore BNC AUI RJ45 19

20 Le architetture di rete concetti fondamentali Concetto di Architettura a strati 20

21 Le architetture di rete concetti fondamentali Il problema dei due filosofi 21

22 Il modello standard di riferimento Lo standard ISO/OSI una base comune su cui sviluppare standard per l'interconnessione di sistemi informatici un modello rispetto a cui confrontare le architetture di rete creato nel 1978 dall ISO (International Standards Organization) 22

23 Il modello ISO/OSI L architettura a livelli del modello OSI 23

24 Il modello ISO/OSI (2) Ogni livello comunica solo con i livelli immediatamente superiore e inferiore I livelli sono separati da interfacce Gli scambi tra livelli paritetici sono i protocolli Lo scopo di ogni livello è di fornire servizi per il livello immediatamente superiore mascherando la complessità dei livelli inferiori I dati passano da un livello all altro sotto forma di pacchetti Ogni livello aggiunge informazioni di controllo 24

25 Il modello ISO/OSI (3) 25

26 Il modello ISO/OSI (4) Livello 7 (Applicazione - Application) User data servizi direttamente accessibili dalle applicazioni (condivisione file, posta elettronica ecc.) Problema tipico: nome del destinatario Livello 6 (Presentazione - Presentation) Encrypted User Data eliminare le differenze di sintassi e codifica dei dati (ad es. trascodifica ASCII - EBCDIC) compressione e cifratura Livello 5 (Sessione - Session) Message consente l instaurarsi della connessione tra applicazioni su diversi computer (sessione o circuito virtuale) controlli di sicurezza (checkpoint) 26

27 Il modello ISO/OSI (5) Livello 4 (Trasporto - Transport) Packet sequence frammentazione dei dati (pacchetti), correzione degli errori di trasmissione assicura che i pacchetti vengano trasmessi e ricevuti correttamente Livello 3 (Rete - Network) Packet traduce gli indirizzi logici in fisici e determina il percorso per raggiungere la destinazione o decidere l instradamento (routing) 27

28 Il modello ISO/OSI (6) Livello 2 (Data Link) Frame gestisce i frame e li trasmette allo strato fisico controllo dell accesso al media Livello 1 (Fisico - Physical) Bit stream comunica direttamente i dati, ora ridotti a flussi di segnale, sul mezzo trasmissivo vede singoli bit si preoccupa delle caratteristiche dei media usati cavi, connettori 28

29 I protocolli Esistono molti diversi protocolli I protocolli operano a vari livelli Alcuni protocolli lavorano in gruppo (stack) 29

30 Tipi di protocolli Protocolli applicativi operano ai livelli interazione tra applicazioni e scambio dati SMTP, FTP, NFS Protocolli di trasporto operano al livello 4 si identifica spesso il termine protocollo con questo tipo TCP, SPX, NetBEUI 30

31 Tipi di protocolli (2) Protocolli di rete operano ai livelli gestiscono indirizzi e informazioni di routing, controllo degli errori e richieste di ripetizione della trasmissione IP, IPX, NWLink, NetBEUI TCP/IP: stack di protocolli di internetworking NetBEUI: semplice protocollo per reti non interconnesse IPX/SPX: protocolli legati ai sistemi di rete Novell 31

32 Protocolli connessi e non Modalità connessa creazione della connessione trasferimento dei dati chiusura della connessione simile ad una telefonata Modalità non connessa unica fase: invio del pacchetto denominato anche datagram simile ad una spedizione postale 32

33 Protocolli connessi e non (2) Livello 1: non applicabile Livello 2 reti locali: non connesso reti geografiche: connesso Livello 3: generalmente non connesso Livello 4: generalmente connesso Livello 5/6/7: connesso o non connesso 33

34 Protocolli connessi e non (3) Due opinioni diverse sul tema Dove collocare la complessità? Servizi senza connessione la rete deve solo trasportare i bit, le reti sono intrinsecamente inaffidabili, i controlli devono essere fatti dagli host la potenza di calcolo elevata ed economica, conviene collocare la complessità negli host Servizi orientati alla connessione la rete deve fornire un servizio di trasporto affidabile soluzione spinta dalle società di telecomunicazione 34

35 Il progetto IEEE

36 Modi di accesso al canale di trasmissione CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance Token passing Demand priority 36

37 CSMA/CD -1 37

38 CSMA/CD

39 Le principali architetture di rete livelli 1-2 Ethernet il tipo di rete più diffuso in ambito PC accesso CSMA/CD (IEEE 802.3) 10Mbps o 100Mbps(Fast Ethernet) Tipologie di cablaggio 10BaseT 10Mbps, doppino, RJ45, hub (bus cablato a stella) 10Base2 10Mbps, thin coaxial, BNC (a bus) 10Base5 10Mbps, thick coaxial, AUI (a bus) 10BaseFL 10mBPS, fibra ottica (a bus) 100BaseX 100Mbps, doppino cat. 5, hub (bus cablato a stella) 39

40 Le principali architetture di rete livelli 1-2 (2) Token Ring (IEEE 802.5) il tipo di rete più diffuso in ambito IBM accesso Token passing topologia ad anello cablato a stella velocità da 4 a 16Mbps FDDI Standard per LAN in fibra ottica accesso a token Fiber Data Distribution Interface per dorsali 100Mbps max estensione: 100Km 40

41 I dispositivi di rete Hub livello 1 (fisico) centralizza reti basate su doppino spesso anche porte BNC Repeater livello 1 (fisico) rigenera il segnale per incrementare la distanza Bridge livello 2 (data link) segmentazione della rete (broadcast domain) esegue il routing basato su indirizzi hardware (MAC) connessione di media diversi Switch livello 1 (fisico) opera come un bridge a livello fisico ottimizza le prestazioni della rete usato nelle reti 100Mbit Fast Ethernet 41

42 I dispositivi di rete (2) Router livello 3 (rete) esegue il routing basato sugli indirizzi di rete organizzate in tabelle di routing scambia informazioni con gli altri router per ottimizzare il traffico di rete è in pratica un computer dedicato non può trattare protocolli non routabili non fa transitare il traffico broadcasting 42

43 I dispositivi di rete (3) Brouter livelli 2 o 3 agisce come un router per alcuni protocolli e come bridge per altri Gateway tutti i livelli a partire dal 4 permette la comunicazione tra diversi sistemi operativi spesso realizzato solo mediante software 43

44 Partizionare una LAN L internetworking 44

45 Connettere più LAN L internetworking 45

46 L internetworking Bridge, router, gateway 46

47 Switch L internetworking 47

48 Le reti geografiche Le LAN hanno limitazioni fisiche e relative alla distanza Utilizzando dispositivi di rete e servizi di comunicazione le LAN si possono espandere Le WAN sono in pratica combinazioni di LAN connesse tramite collegamenti WAN Alle WAN possono anche collegarsi singoli computer (ad es. connessione Internet da casa) I collegamenti WAN sono generalmente noleggiati dai provider 48

49 PSTN Connessioni analogiche (livello fisico) Public Switched Telephone Network è la comune rete telefonica E una rete progettata per comunicazioni vocali Commutazione di circuito Richiede l utilizzo dei modem Linee commutate o dedicate (CDA) 49

50 Il modem Trasforma il segnale digitale in analogico e viceversa MO: modulazione DEM: demodulazione Hardware interni esterni interfaccia verso il computer (seriale, RS-232) interfaccia verso la rete telefonica Tipi sincroni maggiore complessità e costo, migliori prestazioni asincroni tipo più diffuso, prestazioni limitate 50

51 Standard per i modem De facto Hayes software, comandi AT MNP controllo degli errori (MNP 4) compressione (MNP 5) De jure CCITT (ora ITU) V.xx V.22bis 2.400bps V bps V bps V bps V.42bis bps con compressione V bps 51

52 Connessioni digitali (livello fisico) Evoluzione delle connessioni analogiche Non richiedono modem ma particolari adattatori 52

53 Connessioni digitali Modem V90 (livello fisico) 53

54 Connessioni digitali (livello fisico) ADSL, HDSL, xdsl Asymmetric Digital Subscriber Line High-bit-rate Digital Subscriber Line Utilizzo ottimizzato del doppino esistente 54

55 Reti a commutazione di pacchetto Concetto diverso dalla commutazione di circuito Più utilizzatori condividono la stessa linea I dati sono divisi in pacchetti e viaggiano indipendentemente sulla rete Possibile modalità non connessa Possibili circuiti virtuali i pacchetti arrivano già nell ordine corretto SVC (Switched VC) PVC (Permanent VC) 55

56 Reti a commutazione di pacchetto 56

59 Tecnologie WAN ISDN X.25 Frame Relay ATM 59

60 ISDN Integrated Services Digital Network in sostituzione delle linee analogiche esistenti primo passo per l integrazione delle diverse reti 3 canali (BRI - Basic Rate Interface) 2 canali B di trasmissione a 64Kbps ciascuno 1 canale D di servizio a 16Kbps utilizza TA (Terminal Adapter) per il collegamento a computer oppure router ISDN per collegamento a LAN 60

61 ISDN 61

62 X.25 Un insieme di protocolli per reti a commutazione di pacchetto Velocità max 64Kbps Utilizza Gateway X.25 per il collegamento alle LAN Soluzione costosa e in parte obsoleta 62

63 Frame Relay Evoluzione delle reti a commutazione di pacchetto come X.25 Utilizza appositi router Basata su PVC Velocità max 2Mbps 63

64 ATM (Asynchronous Transfer Mode) Nuovo standard definito nel 1988 Rappresenta il futuro delle comunicazioni WAN Mbps e oltre Limitazione di velocità data dal mezzo di trasmissione (attualmente fibre ottiche) Utilizzabile sia per LAN che per WAN alla stessa velocità Richiede hardware speciale Opera in modalità connessa 64

65 L architettura di rete TCP/IP Commutazione di pacchetto Nasce negli anni 70 per esigenze militari e accademiche fine anni 70 Internet Protocol Suite TCP (Transmission Control Protocol) IP (Internet Protocol) TCP/IP: è alla base di Internet 65

66 TCP/IP vs OSI 66

67 I livelli inferiori TCP/IP non specifica i livelli 1 e 2 Utilizza quelli disponibili e conformi ai vari standard LAN Ethernet, Token Ring, FDDI WAN X.25, Frame Relay, ATM, ISDN, PSTN(tramite i protocolli SLIP e PPP) anche via satellite! 67

68 Livello 3 (Network) Non connesso Funzioni: Il protocollo IP Instradamento Frammentazione e riassemblaggio dei pacchetti Rilevazione degli errori Versioni IPv4: attuale IPv6: futura 68

69 Indirizzamento IP Essenziale per l instradamento Indirizzi univoci sulla rete 32bit (4 byte) Espressi scrivendo i valori decimali di ogni byte separati dal punto Es.: Ad ogni indirizzo si associa generalmente anche un nome 69

70 Gli indirizzi IP Due o tre parti Rete (Network) Sottorete (Subnetwork) Computer, router ecc., in generale denominato Host Gli indirizzi sono associati alle interfacce Esempio: un computer con due schede di rete Due indirizzi IP 70

71 Gli indirizzi IP (2) Assegnati da un unica autorità Univoci a livello mondiale In USA: InterNIC In Italia: GARR Esistono anche indirizzi privati riservati per reti non interconnesse rete 10.x.x.x rete x.x 71

72 Gli indirizzi IP (3) Cinque classi: A, B, C, D, E Classe Valori di w Network ID Host ID Reti disponibili Classe D: w compreso tra 224 e 239 applicazioni multicast Classe E: w compreso tra 240 e 255 riservata a usi futuri Host disponibili per rete A w x.y.z B w.x y.z C w.x.y z

73 Le classi A, B, C Gli indirizzi IP (4) 73

74 Il subnetting Metodo per suddividere ulteriormente la rete Un host ID viene diviso in: Subnet Host Netmask per definire l ampiezza della subnet Rete fisica Subnet IP 74

75 L assegnazione degli indirizzi Ogni interfaccia di rete conosce: il proprio indirizzo la netmask l indirizzo IP del default gateway il router a cui riferirsi per trasmettere fuori dalla propria subnet 75

76 Il routing All interno della subnet: nessun problema: stessa rete fisica solo traduzione in indirizzo MAC (ARP e RARP) Tra subnet: mediante router (tabelle e protocolli di routing) Attenzione: nel gergo IP i router sono spesso chiamati gateway! 76

77 Il routing 77

78 Il routing - un esempio 78

83 I protocolli TCP e UDP Livello 4 (trasporto) TCP Connesso fornisce servizi alle applicazioni che richiedono una trasmissione affidabile le applicazioni possono disinteressarsi della gestione degli errori e dell ordine dei pacchetti UDP Non connesso Più semplice di TCP Utilizzato per applicazioni che non necessitano di affidabilità le applicazioni devono occuparsi della gestione degli errori e dell ordine dei pacchetti 83

84 Le porte Problema: i processi possono utilizzare più protocolli contemporaneamente. Ad esempio uno stesso computer può lavorare come server per il WWW, per FTP e per la posta elettronica. Soluzione: all indirizzo dell host (IP address) utilizzato da IP (liv. 3) si aggiunge il numero di porta utilizzato da TCP o UDP (liv. 4) (socket - TSAP) Numeri di porta: 16bit ( ) Well Known Ports: : SMTP (posta in uscita) 80: WWW 21: FTP 110: POP3 84

85 Le porte 85

86 Header TCP e UPD 86

87 Gli applicativi Telnet Collegamento in emulazione terminale (a caratteri) FTP File Transfer Protocol trasferimento file con conversione di codifica automatica tra computer diversi (ASCII-EBCDIC) SMTP Simple Mail Transfer Protocol Posta elettronica ( ) nome di posta DNS Domain Name Server Database distribuito per gestire la corrispondenza tra nomi e indirizzi IP NFS e Netbios Network File System Condivisione file 87

88 Gli applicativi (2) SNMP Simple Network Management Protocol per la gestione tecnica degli apparati di rete WWW-HTTP World Wide Web-HyperText Transfer Protocol servizio ipertestuale distribuito ormai identificato con Internet! Servizi multicast Internet Radio Videoconferenza Web TV 88

89 I sistemi operativi di rete (LAN) In origine: Sistema operativo (MS-DOS) Software di rete aggiunto Attualmente: Sistemi operativi con incluse funzionalità di rete (Windows9x) Sistemi operativi di rete (Novell Netware, Windows-NT, Windows 2000, UNIX) 89

90 Le operazioni in rete Client redirector intercetta le richieste dirette a risorse non locali drive di rete stampanti di rete Server condivisione delle risorse (sharing) gestione degli utenti 90

91 I sistemi peer-to-peer Ogni computer può essere contemporaneamente server e client Non esiste un database centralizzato degli utenti La sicurezza è basata su password associate alle risorse (ad es. una cartella o una stampante) condivise (sicurezza di tipo share-level) Semplicità di gestione Adatti per pochi utenti e poche risorse da condividere (max 10-20) Non adatti per reti interconnesse Esempio: reti Microsoft basate su Workgroup Windows 3.11 for Workgroup Windows 9x 91

92 I sistemi server-based Sulla rete esiste almeno un Server su cui gira un sistema operativo di rete Esiste un database centralizzato degli utenti La sicurezza è basata sull identificazione degli utenti e i permessi sono associati ai singoli utenti (o a gruppi) e non alle risorse condivise (sicurezza di tipo user-level) Maggiore complessità di gestione Indispensabile per reti interconnesse e dove sia importante la sicurezza Esempio: Novell Netware reti Microsoft basate sul dominio Windows-NT Server Windows 2000 Server 92

93 Sessione pratica con Windows Pannello di controllo Rete Componenti di rete Schede / Protocolli/ Servizi / Client Condivisione di una cartella Risorse di rete Connessione di unità di rete Condivisione di una stampante Installazione di una stampante remota Point and Print 93