I protocolli di rete. Mauro Gaspari

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1 I protocolli di rete Mauro Gaspari 1

2 La comunicazione in rete è basata sul concetto di Standard Definizione: uno standard di rete è costituito da un insieme di regole e convenzioni che specificano come avviene la comunicazione tra due o più elementi hardware o processi software eseguiti su macchine diverse. Messaggio Messaggio Client PC Messaggio Tipicamente gli standard si focalizzano su i diversi aspetti della comunicazione sia hardware che software: Standard di trasmissione sui collegamenti hardware ethernet, Token-ring, DQDB. Protocolli software: Formato dei messaggi (Sintassi). Sequenze di messaggi ad esempio una risposta segue a una richiesta Semantica dei Messaggi: Il significato dei valori nei diversi campi. Server 2

3 Perché sono necessari gli standard? Molti venditori e fornitori componenti di reti. Importante raggiungere un accordo. La definizione di standard permette la comunicazione tra calcolatori progettati con creteri diversi. Incrementa il mercato dei prodotti che aderiscono a un certo standard. 3

4 Diverse tipologie di Standard Standard de facto: si sono imposti senza nessun tipo di pianificazione, per motivi tecnici. UNIX TCP/IP Standard de jure: standard imposti da autorità internazionali e progettati da organizzazioni per promuovere la standardizzazione: IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) ISO (International Standard Organization) ANSI (American National Standards Institute) 4

5 Punto importante: La comunicazione è basata su diversi livelli Client PC Messaggi o Server 5

6 Network Software Protocol Hierarchies Layers, protocols, and interfaces. 6

7 Protocol Hierarchies (2) The philosopher-translator-secretary architecture. 7

8 Un esempio Comunicazione di messaggi in TCP/IP livello applicazione HTTP Msg livello applicazione trasporto TCP Msg trasporto internet Pacchetto IP internet internet Data-link Ethernet Frame Data-link Data-link Data-link fisico fisico fisico fisico Client PC Ethernet Switch Router Server 8

9 Un esempio Comunicazione di messaggi in TCP/IP applicazione livello applicazione HTTP Msg livello applicazione Browser Programma Applicativo Su webserver Client PC Ethernet Switch Router Server 9

10 Scopo del livello applicazione Lo scopo del livello applicazione è quello che permette di far comunicare tra loro due programmi applicativi eseguiti su host diversi. Quando un browser manda una richiesta a un webserver, lo standard per la comunicazione è un protocollo denominato Hypertext Transfer Protocol (HTTP). Per questo motivo gli URL dei siti cominciano con Altri tipi di applicazioni utilizzano standard diversi basati su altri tipi di protocolli a livello applicazione 10

11 Scambio di messaggi con TCP/IP trasporto Riguarda la comunicazione tra host Host-to-Host HTTP funziona se viene usato TCP Al livello di trasporto trasporto TCP Msg trasporto Client PC Ethernet Switch Router Server 11

12 Scopo del livello di trasporto Lo scopo del livello di trasporto è quello di permettere la comunicazione tra due host anche se si tratta di calcolatori di tipo diverso, ad esempio PC o un workstation server. Se si utilizza HTTP al livello applicazione, è necessario utilizzare un Transmission Control Protocol (TCP) al livello di trasporto. Altre applicazioni possono richiedere standard diversi a livello di trasporto. 12

13 Trasmissione ai livelli fisico data link e internet Rete X Route Switches rete Y Rete Z rete Y Routers Switches 13

14 Comunicazione TCP/IP: il livello IP Comunicazione Hop-by-Hop attraverso internet Host-Router-Router- Router-Host internet Pacchetto IP internet internet Client PC Ethernet Switch Router Server 14

15 Il livello internet Lo scop[o di questo livello è quello di instradare I pacchetti dal host sorgente all host destinazione attraverso diverse sottoreti connesse da router. TCP necessita dell utilizzo di Internet Protocol (IP) al livello internet. 15

16 Scambio di messaggi con TCP/IP Il livello Data LINK Trasmissione di tipo Hop-by-Hop attraverso una rete Station-Switch-Switch- -Switch-Station Data Link Eth Frame Data Link Data Link Data Link Fisico Fisico Fisico Fisico Propagazione attraverso un singolo cavo, Fibra ottica, o connessione radio Client PC Ethernet Switch Router Server 16

17 Trasmissione ai livelli fisico data link e internet rete X Data Link Switches rete Z rete Y Routers Switches NB: Ci sono 3 Data Links. Uno per ciascuna rete attraversata 17

18 Il livello Data Link Lo scopo del livello data link layer è di gestire il movimento dei messaggi da un host sorgente a un host destinazione oppure a un router attraverso un unica rete che contiene switches. Ad esempio se un host è situato in una LAN di tipo Ethernet viene utilizzato uno standard di livello data link di tipo Ethernet. 18

19 Trasmissione ai livelli fisico data link e internet Rete X Link fisici Switches Rete Z Rete Y Routers Switches NB: Nell esempio ci sono 7 Links fisici 19

20 Scopo del livello fisico Lo scopo del livello fisico è quello di controllare la trasmissione di bit utilizzando cavi, onde radio o altre connessioni tra un host e uno switch, oppure tra coppie di switch, oppure tra uno svitch e un router. Ad esempio, se un host è in una LAN di tipo Ethernet, si utilizza uno standard di trasmissione legato al livello fisico di Ethernet. 20

21 Scopo del livello fisico Connettori Mezzi di trasmissione Diversi livelli di voltaggio Per rappresentare 0 e 1 21

22 Diversi protocolli usati in due esempi Livelli Applicazione Trasporto Internet Data Link Fisico Esempio 1: Accesso a Internet da una LAN HTTP TCP IP Ethernet Ethernet Esempio 2: Scaricare su internet da linea Telefonica con un modem POP TCP IP PPP (Point-to-Point Protocol) Modem (V.92) 22

23 Confronto tra I livelli fisico, data link, internet Formato messaggi Dispositivi Di connessione dei Dispositivi* Fisico Data Link Internet Nessuno trasmissione : Bit-by-Bit Frame Pacchetti Repeater (Hub) 1 Switch 2 3 Router *I dispositivi si possono caratterizzare con il livello massimo a cui operano, possono operate anche ai livelli più bassi. 23

24 Confronto tra I livelli fisico, data link, internet Fisico Data Link Internet Convenzione sul formato Nessuna Gli Switches convertono il formato tra diverse connessioni a livello fisico su porte diverse UTP Fibra Ottica Client PC Switch Server 24

25 Confronto tra I livelli fisico, data link, internet Fisico Data Link Internet Convenzioni sul formato Nessuna I router convertono I dati quando si passa tra reti diverse Caratterizzate da diversi data link e diversi livelli fisici Rete Ethernet Rete ATM Router 25

26 Regola: tutti gli switch di una rete e tutti i router in una internet devono seguire lo stesso standard Ethernet Switch Rete 1 (Ethernet) Ethernet Switch Rete 2 Client PC Ethernet Switch Rete 3 (ATM) Router (IP) Server ATM Switch ATM Switch Router (IP) 26

27 Comunicazione verticale tra I livelli in un host Internet Data Link Fisico 27

28 Comunicazione verticale nell host che spedisce il messaggio gestore Internet Pacchetto IP gestore livello Data Link DL-T Pacchetto IP Packet IP DL-H gestore Fisico Host A 28

29 Comunicazione verticale nell host che spedisce il messaggio Azioni al livello internet Si crea un pacchetto IP Si passa il pacchetto al livello data link Azioni al livello data link Si crea un nuovo frame Incapsula il pacchetto IP nel campo dati del frame aggiungendo un header e in alcuni casi un trailer Passa il frame al livello fisico 29

30 Incapsulamento L incapsulamento si ottiene quando si mette un messaggio nel campo dati di un altro messaggio. Trailer A livello Data Link Pacchetto IP nel Campo dati del frame Header A livello Data Link Frame 30

31 Comunicazione verticale sull host a cui è destinato il messaggio (Host B) Pacchetto IP gestone Internet DL-T IP Packet DL-H gestore livello Data Link gestore Fisico Host B 31

32 Comunicazione verticale sull host a cui è destinato il messaggio (Host B) Azioni del processo a livello fisico Converte segnali in bit di un Frame Passa il Frame al processo che gestisce il data link Azioni del processo a livello Data Link Controlla l header e il trailer (se esiste) del Frame Estrae il pacchetto IP dal Frame Passa il pacchetto al livello internet 32

33 Comunicazione verticale su uno Switch X1 A Frame Switch X1 Processo a livello data link B Frame Porta 1 Fisico Porta Fisico 2 Porta Fisico 3 Porta Fisico 4 Host A Switch X2 33

34 Comunicazione verticale su un Router R1 Pacchetto IP internet DL-T Pacchetto IP Packet IP DL-H Porta 1 DL Porta 2 DL Porta 3 DL Porta 4 DL Fisico Fisico Fisico Fisico Router R1 Switch X2 Il router R1 riceve frame dallo Switch X2 nella Porta 1. Porta 1 al livello DL si estrae il pacchetto. Porta 1 il pacchetto DL viene passato al livello internet. 34

35 Comunicazione verticale su un Router R1 internet Pacchetto IP Porta 1 DL Porta 2 DL Porta 3 DL Porta4 DL DL-T Pacchetto IP Packet IP DL-H Fisico Fisico Fisico Router R1 Fisico Router 2 Il livello Internet manda pacchetti in out sulla Porta 4. Il livello DL sulla Porta 4 incapsula i pacchetti in un frame. Il livello DL passa il frame sulla Porta 4 al livello fisico Il livello fisico spedisce I bit come segnali al Router 2 35

36 Standards per I livelli di trasporto e applicazione App 1 App 2 App 3 App 4 Livelli di trasporto Rete o internet Client PC Server NB: gli standard a livello di trasporto possono connetere computer di tipo diverso. In genere gli standard a livello di trasporto sono affidabili e correggono eventuali errori 36

37 Standards per I livelli di trasporto e applicazione App 1 App 2 applicazione App 3 App 4 Rete o Internet Client PC Server NB: Gli standard a livello applicativo collegano coppie di applicazioni su router multitasking.. 37

38 Protocol Hierarchies (3) Example information flow supporting virtual communication in layer 5. 38

39 Architetture: TCP/IP, OSI, e ibride TCP/IP-OSI TCP/IP OSI Hybrid TCP/IP-OSI Applicazione Applicazione Presentazione Applicazione Sessione Trasporto Trasporto Transport Internet Utiulizzo di Standards OSI Rete Data Link Fisico Internet Data Link Fisico 39

40 Architetture: TCP/IP, OSI, e ibride TCP/IP- OSI L architettura ibrida TCP/IP-OSI è utilizzata su internet e sulla maggior parte delle reti aziendali. Le agenzie che hanno curato lo standard OSI sono la ISO e la ITU-T (International Telecommunication Union Telecommunication Standard Sector). L agenzia di standards che ha curato TCP/IP è la IETF (Internet Engineering Task Force). La maggior parte dei documenti IETF sono chiamati RFC (Requests For Comments). Alcune tra le RFC ma non tutte sono dei protocolli standard di Internet. 40

41 NB La configurazione più comune per gli standard di rete è quella di utilizzare gli standard OSI a livello fisico e data link e lo standard TCP/IP ai livelli internet, trasporto, e applicazione. È molto importante tenere presente che questa architettura ibrida basata su TCP/IP OSI è quella di internet e sarà quindi ampiamente analizzata nel corso (e nel libro di Panko). 41