Reti di calcolatori. introduzione

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1 Reti di calcolatori introduzione

2 Introduzione Rete di calcolatori Un insieme di calcolatori indipendenti ed interconnessi tra loro che possono scambiarsi informazioni Hardware di rete apparati per la connessione sistemi di controllo della tramissione Software di rete codifica e trattamento dei dati invio e ricezione controllo di errore

3 Topologie di rete Bus Anello Stella Albero Completa

4 Mezzi di trasmissione In cavo Rame (UTP, doppini) o coassiale fibra ottica Wireless raggi infrarossi radiofrequenza microonde (bluetooth, IEEE )

5 Client - server Client: invia richiesta a server Server: riceve richiesta e la elabora Server: invia risposta a client Client: riceve la risposta

6 Peer-to-peer Non si ha distinzione fra client e server Ogni macchina può assumere il ruolo di client o server Quando un client ha necessità di una risorsa, cerca una macchina che può comportarsi da server e fornire la risorsa richiesta Napster

7 Gerarchia di reti Reti locali (LAN): WAN (wide area network) Più strade possibili

8 Protocolli di rete Il software (e l'hardware) necessario per eseguire una connessione di rete è diviso a strati, o livelli Le regole e le convenzioni utilizzate per eseguire una comunicazione (ad un dato livello) tra due macchine vengono dette protocollo Il protocollo descrive quindi come avviene lo scambio di dati tra le due macchine

9 Protocolli di rete Da un punto di vista logico, il livello n in una macchina comunica con il livello n dell'alltra macchina In realtà i due livelli non sono connessi fra di loro I dati vengono trasferiti prima attraverso gli strati fino al livello più basso (che rappresenta il cavo), e quindi risalgono la pila dei livelli sulla seconda macchina

10 Esempio Livello 4 Livello 3 Protocollo liv. 4 interfaccia liv. 3/ 4 Livello 4 Livello 3 Livello 2 Livello 2 Livello 1 percorso dei dati Livello 1

11 Modello ISO/OSI 7: Application 6: Presentation 5: Session 4: Transport 3: Network Modello di riferimento, non comunemente usato in pratica I livelli devono corrispondere a funzioni definite I confini dei livelli devono minimizzare il flusso di informazioni Il numero di livelli deve essere ottimale 2: Data link 1: Physical connessione fisica

12 Livello fisico Si occupa di come i bit vengono inviati sul canale di comunicazione Considera: aspetti elettrici (cavo, isolamento, propagazione del segnale) meccanici (connettori) comunicazione (modulazione del segnale)

13 Data link Segnalazione di eventuali errori sulla linea Suddivide le informazioni in pacchetti, e li invia sul mezzo fisico Verifica la corretta ricezione del pacchetto Elimina eventuali pacchetti duplicati Sincronizza macchine a diversa velocità Gestisce la condivisione del canale

14 Network Gestice il cammino ed il flusso dei pacchetti Gestisce una eventuale congestione della rete Permette la comunicazione tra reti di tipo diverso

15 Transport Fornisce al livello superiore un servizio di trasporto dati verso un qualunque destinatario, garantendo l'esattezza del dato trasmesso e l'ordine con cui i dati sono ricevuti gestisce messaggi inviati a più destinazioni fornisce un metodo di recapito di messaggi senza garanzia di ordinamento dei messaggi ricevuti

16 Sessione Controlla la sincronizzazione del trasferimento dati Gestione di un eventuale protocollo non full-duplex

17 Presentazione Per consentire la comunicazione fra macchine di tipo diverso, il livello presentazione trasforma i dati in transito da e verso rappresentazioni 'astratte'. I dati sono poi riconvertiti nel formato della macchina destinataria

18 Applicazione Questo livello implementa l'applicazione visibile all'utente: quali dati inviare quando inviarli significato dei dati a chi inviarli Posta elettronica, WWW, etc...

19 TCP/IP Il modello più diffuso è ad oggi il modello TCP/IP E' enormemente più semplice del modello ISO/OSI Il modello ISO/OSI è nato nel momento sbagliato Mancanza di buone implementazioni ISO/OSI TCP/IP non ha una chiara distinzione di servizi, interfacce e protocolli

20 TCP/IP 7: Application 4: Application 6: Presentation 5: Session 3: Transport (TCP,UDP) 2: Internet (IP) 1: Host to network 4: Transport 3: Network 2: Data link 1: Physical

21 Livelli e protocolli Livello 2 IP: permette l'invio (senza garanzia di ricezione) di un pacchetto (datagram) verso un host qualsiasi Livello 3 Altri (ICMP, etc) TCP: permette la creazione di una connessione con un computer remoto, con un flusso dati bidirezionale, ordinato, e garantito UDP: simile al protocollo IP, posso inviare messaggi, ma senza garanzia di ordinamento nè di ricezione

22 Connessione punto-punto Macchina 1 Macchina 2 Non ho ambiguità nel decidere dove inviare i pacchetti dati trasmessi: esiste un'unica destinazione possibile

23 Connessione a stella Macchina 1 Macchina 2 Macchina 3 Ho dei dati diretti da 1 verso 2 Nel centro stella posso copiare i dati in arrivo da 1 verso tutte le uscite (HUB) I dati arrivano a tutte le macchine, solo la 2 li utilizza La macchina 3 può 'spiare' (packet sniffer) Il nodo implementa un protocollo di livello 1

24 Livello network (IP) Problema di routing Mittente Più strade possibili Destinatario

25 Routing Macchina 1 Macchina 2 4: Application 4: Application 3: Transport 2: Internet Router 2: Internet 3: Transport 2: Internet 1: Host-network 1: Host-network 1: Host-network

26 Livello IP A livello IP riesco ad ottenere il trasferimento tra macchina 1 e macchina 2, ovunque esse siano Il router è l'apparecchio in grado di determinare la strada per consegnare i pacchetti al destinatario Spesso un pacchetto attraversa più router prima di giungere a destinazione Scelta del percorso più opportuno per giungere a destinazione

27 Organizzazione del livello rete Trasmissione con connessione si realizza un 'circuito virtuale' fra mittente e destinatario i router interessati definiscono e memorizzano il percorso seguito dai pacchetti tutti i pacchetti dati seguono la stressa strada Trasmissione senza connessione ogni pacchetto viene trattato a se a seconda della situazione i pacchetti seguono percorsi diversi

28 Routing Un algoritmo di routing decide quale connessione usare per indirizzare i pacchetti verso la destinazione Requisiti correttezza efficienza robustezza stabilità ottimalità

29 Congestione della rete pacchetti consegnati cap. max ideale buono congestione pacchetti inviati

30 Indirizzi IP L'indirizzo IP indica univocamente un collegamento di un host ad una rete Gli indirizzi sono organizzati in classi, di dimensione diversa, per adattarsi alle diverse esigenze Struttura gerarchica a due livelli: rete ed host Indirizzo IP: numero a 32 bit, solitamente indicato con la 'dot notation':

31 Classi di indirizzi Classe A: 1 bit indicatore di classe (0) 7 bit rete, 24 bit host (127 reti, di 16M host ciascuna) Classe B: 2 bit indicatore di classe (10) 14 bit di rete, 16 bit host (16K reti di 65K host) Classe C: 3 bit di indicatore di classe (110) 21 bit di rete, 8 bit di host (2M reti di 256 host ciascuna) Classe D: multicast (1110) Classe E: usi futuri (1111)

32 Cosa manca ancora? 4: Application 4: Application 3: Transport (TCP,UDP) 2: Internet (IP)???? Indirizzo IP 3: Transport (TCP,UDP) 2: Internet (IP) 1: Host to network???? 1: Host to network Cosa sono gateway, netmask, dns?

33 Indirizzo fisico da: a: : Internet (IP) Indirizzo IP da: a: : Internet (IP) 1: Host to network???? 1: Host to network

34 Indirizzo fisico da: a: da: a: : Internet (IP) Indirizzo IP 2: Internet (IP) da: 01:FE:24:45:6D:56 a: 01:4F:23:84:D0:A6 da: a: : Host to network indirizzo fisico MAC address 1: Host to network

35 MAC contro IP MAC IP univoco si si (quasi) assegnazione dal costruttore da 'pannello di controllo' ordinamento casuale (progressivo in fabbrica) reti/host modificabile no si

36 ARP Address resolution protocol da: a: arriva un pacchetto dati al livello IP invio una richiesta ARP al livello network: voglio sapere se esiste un host con indirizzo il livello fisico invia un pacchetto sul cavo 'host , se ci sei rispondi' TUTTI gli host ricevono il pacchetto, che viene analizzato a livello network Il pacchetto viene inviato a livello IP L'host genera un pacchetto di risposta. Gli altri lo ignorano Il pacchetto di risposta (contenente l'indirizzo fisico) viene inviato L'host richiedente riceve il pacchetto. Il livello IP sa come raggiungere l'host

37 ARP ARP permette di conoscere la corrispondenza tra indirizzo IP e indirizzo MAC Dato IP, trovo il MAC (Se ho il MAC e cerco IP, uso RARP ) l'host cercato deve essere fisicamente connesso (i pacchetti ARP non vengono ritrasmessi da un router) Come implemento il routing? Ovvero, come parlo con un host lontano?

38 Routing, ancora Macchina 1 da: Macchina 2 a: : Application 4: Application 3: Transport 2: Internet Router 2: Internet 3: Transport 2: Internet 1: Host-network 1: Host-network 1: Host-network IP In questo caso il procedimento visto prima non funziona. Entrano quindi in gioco gateway e netmask

39 Parametri per il routing Indirizzo IP: Gateway: indirizzo IP del router ( ). Netmask: indica gli host che posso raggiungere senza passare dal router

40 La soluzione da: a: Pacchetto Netmask: Gateway: & & Remote network: Local network: Se i due numeri sono uguali, cerco di contattare direttamente l'host Altrimenti, invio il pacchetto al router: da: MAC host a: MAC router da: a: Applico il protocollo ARP, ma cerco non il MAC di , bensì quello del router ( )

41 E per i livelli superiori? Livello TCP: i dati arrivano come sequenza ordinata Numerazione progressiva pacchetti Controllo su ricevimento dei dati (ack) Necessità di distinguere pacchetti appartenenti a sequenze differenti (es. + web) da: 01:FE:24:45:6D:56 a: 01:4F:23:84:D0:A6 da: a: Da porta: 45 A porta: 1324 N.pacch.: 12

42 Porte Una connessione è identificata da ip mittente, ip destinatario, porta mittente, porta destinatario, protocollo Le porte < 1024 sono 'riservate' (well-known ports) Le porte >= 1024 sono disponibili a tutti

43 Logica semplificata Server Client Creo un 'socket' (presa) Gli assegno un numero di porta (n) Mi metto in attesa che qualcuno effettui una connessione Se il server accetta la connessione, si crea un nuovo socket Il socket originario resta in attesa di altre richieste Il socket nuovo viene 'collegato' al client tramite un pacchetto 'ack' Scambio dati Creo un 'socket' (presa) Devo conoscere n Richiedo di aprire una connessione verso :n Viene inviato un pacchetto 'sync' (e viene assegnato un numero di porta al lato locale della connessione) Scambio dati

44 DNS DNS: Domain name server Permette la traduzione di un indirizzo simbolico in un indirizzo numerico e viceversa Servizio basato su UDP

45 Sicurezza e privacy Mittente Destinatario Intruso passivo Mittente Destinatario Intruso attivo Mittente Destinatario Ripudiazione del messaggio Falso mittente

46 Cifratura simmetrica Chiave condivisa Dati Dati Cifratura molto veloce Facile da implementare Algoritmo simmetrico La sicurezza sta nella segretezza della chiave Non posso dimostrare l'autore del messaggio

47 Chiave asimmetrica (PKI) Coppia di chiavi: privata pubblica Dati Dati L'algoritmo è ancora simmetrico, ma le chiavi sono diverse Per ogni chiave privata esiste una corrispondente chiave pubblica Se so la chiave pubblica non posso scoprire la chiave privata Le chiavi sono intercambiabili

48 Chiave asimmetrica (PKI) Coppia di chiavi: privata pubblica Dati Dati Dati NO!! Dati Sicurezza + autenticazione Dati

49 Chiave asimmetrica (PKI) Coppia di chiavi: privata pubblica Dati Dati NO!!! Dati Privacy Dati

50 Chiave asimmetrica (PKI) Coppia di chiavi: privata pubblica Coppia di chiavi: privata pubblica Dati Dati Privacy + sicurezza + autenticazione