INFORMATICA GENERALE - MODULO 2 CdS in Scienze della Comunicazione. CRISTINA GENA

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1 INFORMATICA GENERALE - MODULO 2 CdS in Scienze della Comunicazione CRISTINA GENA cgena@di.unito.it

2 Reti geografiche e internet

3 Internet per Internet si intende l insieme di reti interconnesse tra loro a livello mondiale che deriva ad ARPANET e che è basata sull Internet Protocol (IP): quest ultimo collega le diverse reti fisiche in un unica immensa rete logica

4 Internet Internet come termine generico, infatti, può essere tradotto in inter-rete e i protocolli stessi sono protocolli di inter-networking piuttosto che di networking. L approccio inter-networking consente di decomporre il problema della comunicazione in una rete geografica in due sottoproblemi: uno relativo alla comunicazione interna alle singole reti e l altro relativo alla comunicazione tra le reti. Un insieme di reti che devono essere collegate tra di loro. Ognuna di queste reti è dotata di un dispositivo detto router

5 Internet anni 1960 Guerra fredda '65-'69 Progetto Arpanet ARPA (Advanced Research Projects Agency) 1. indipendenza da ogni nodo o tratta 2. reinstradamento automatico 3. efficienza e affidabilità 1969: Nasce Arpanet: primi quattro nodi 1974: Definizione TCP/IP (integrato poi in in UNIX) 1983: Milnet, la parte per scopi militari, viene scorporata da Arpanet 1984 Introduzione del DNS 1984: NSFNET (National Science Foundation): rete accademica parallela per università basata su TCP/IP. Collegamento conarpanet 1986: primo PIIN in italia 1989 ca hosts integrazione nuove reti 1990 si dissolve Arpanet Nascita del WWW

6 Struttura fisica Internet

7 Internet internet A B Struttura logica

8 Esercizio (a casa) Qual è il percorso che seguirà un pacchetto su Internet? Start/Programmi/Accessori/Prompt dei comandi o da Terminale scrivere tracert (oppure traceroute) NomeDelSito e premere Invio Ad esempio: tracert oppure traceroute Ogni riga corrisponde a un router attraversato

9 Internet 5 Application Transport Network Data link Physical I cinque livelli di Internet

10 TCP/IP ISO/OSI Application Presentation Session Transport Network Data link Physical TCP/IP

11 TCP/IP encapsulation

12 TCP/IP Il protocollo TCP/IP è una famiglia di protocolli tra cui i principali sono l IP (Internet Protocol) e il TCP (Trasfert Control Protocol) Il protocollo TCP/IP offre i seguenti vantaggi: Protocollo di rete instradabile (permette la connessione a reti geografiche e a Internet) Supporto per numerosi sistemi operativi (ad esempio UNIX, Mac) Possibilità di comunicare con sistemi diversi Accesso a risorse in Internet

13 Funzionalità principali di IP Il protocollo IP deve stabilire delle regole di indirizzamento degli elaboratori in rete definire il formato dei pacchetti stabilire le regole di instradamento.

14 Protocollo IP (Internet Protocol) L IP viene generalmente definito come un sistema di comunicazione a commutazione di pacchetto (packet switching), non orientato alla connessione (connectionless), non affidabile (unreliable) con modalità di invio di tipo best effort.

15 Indirizzo IP E un numero composto da 32 bit che identifica inequivocabilmente ogni PC della rete (locale o geografica) e la rete a cui appartiene Indirizzo privato qualsiasi indirizzo IP utilizzato in una Lan per identificare il singolo PC Indirizzo pubblico Indirizzo IP che identifica un singolo PC o una sottorete quando comunica sulla Rete. Sono unici al mondo in Internet e sono segnati da enti internazionali GARR / IANA

16 Indirizzo IP Indirizzo statico qualsiasi indirizzo IP utilizzato in una Lan o in Rete per identificare il singolo PC (raramente se sono privati, sempre se si tratta di server) o la sottorete in modo permanente Indirizzo dinamico Indirizzo IP che identifica un singolo PC (es. connessione via modem) o una sottorete assegnato dinamicamente ad ogni connessione. (Mediante DHCP - Dynamic Host Configuration protocol)

17 Indirizzo IP IP binario: IP decimale: con 8 bit si può al massimo rappresentare in decimale il numero 255

18 Indirizzo IP Indirizzo IP : Network address : Host address: 134

19 Classi di indirizzi IP di base 7 bit 24 bit 14 bit 16 bit 21 bit 8 bit

20 Classi di reti IP pubblici Classe Range IP Numero reti Numero host A da a bit 126 reti 24 bit host B da a bit reti 16 bit host C da a bit reti 8 bit 254 host D E da a da a riservata per il multicasting riservata per usi futuri

21 Classi di reti IP pubblici

22 Classe di indirizzo A Classe A: in questo caso il primo bit dell indirizzo IP è uno 0 che identifica la classe. Quindi vi sono 7 bit per il NETID e 24 bit per l HOSTID. Con 7 bit si possono codificare 128 valori diversi e quindi sono possibili 128 reti di classe A, ognuna delle quali può collegare più di 16 milioni (224) di elaboratori!

23 Classe di indirizzo B Classe B: i primi due bit sono 10 e identificano la classe; quindi vi sono 14 bit per il NETID e 16 bit per l HOSTID. Questi indirizzi permettono di avere reti che collegano circa elaboratori.

24 Classe di indirizzo C Classe C: i primi tre bit sono 110 e identificano la classe, quindi vi sono 21 bit per il NETID e 8 bit per l HOSTID. Questi indirizzi consentono un massimo di 256 elaboratori in ogni rete. Questa è sicuramente la classe di indirizzi più diffusa e ogni organizzazione solitamente possiede uno o più insiemi di indirizzi di classe C.

25 Subnet Mask La subnet mask o "maschera di sottorete", nell'ambito delle reti di telecomunicazioni indica il metodo utilizzato per definire il range di appartenenza di un host all'interno di una sottorete IP al fine di ridurre il traffico di rete e facilitare la ricerca e il raggiungimento di un determinato host con relativo indirizzo IP della subnet mask. Esistono tre tipi di mascherature di un indirizzo IP e sono denominate classi: Classe A Classe B Classe C La subnet mask è un numero che denota quale parte di un indirizzo IP identifica la (sotto) rete e quale l'host.

26 Subnet Mask La SUBNET MASK decimale seleziona la parte di rete dell indirizzo IP con il numero 255 Esempio: Indirizzo IP : Subnet Mask : Quale sarà l indirizzo della rete?

27 Subnet Mask In una rete locale, tutti i computer devono avere la stessa subnet mask e il medesimo indirizzo di rete Subnet Mask: Network Address:

28 Subnet mask Quando il livello IP riceve da un programma la richiesta di inviare un pacchetto IP ad un certo indirizzo IP destinatario, per prima cosa confronta la sua subnet mask e il proprio indirizzo IP con la subnet mask e l'indirizzo IP di destinazione. Se il risultato delle operazioni è identico (cioè i bit che identificano l'id di rete, o net ID, sono identici, mentre variano solo i bit dell'id di host) allora invierà il pacchetto nella rete locale indirizzandolo con l'indirizzo di rete locale del PC destinatario Se invece il risultato delle operazioni è differente, significa che il computer destinatario non appartiene alla rete locale, e il pacchetto verrà trasmesso al gateway della rete locale affinché lo instradi verso la rete remota che contiene il computer destinatario.

29 NAT Network address translation è una tecnica che consiste nel modificare gli indirizzi IP dei pacchetti in transito su un sistema che agisce da router all'interno di una comunicazione tra due o più host. Ad esempio, le connessioni effettuate da uno o più computer di una rete locale vengono alterate in modo da presentare verso l'esterno uno o più indirizzi IP diversi da quelli originali (ad es, il loro indirizzo locale viene alterato con l indirizzo del router). Quindi chi riceve le connessioni le vede provenire da un indirizzo diverso da quello utilizzato da chi effettivamente le genera. Il router deve tenere traccia di queste alterazioni

30 Classi di indirizzi IP di base Classe Subnet Mask N computer Indirizzo IP di rete Indirizzo IP di Broadcast A = x x B = x.x.0.0 x.x C = 254 x.x.x.0 x.x.x.255

31 Classi di indirizzi IP privati Classe Subnet mask Indirizzo di partenza Indirizzo finale dell intervallo A B C

32 Indirizzo di Broadcast E quell indirizzo IP che permette di inviare un messaggio a tutti i computer della medesima (sotto)-rete e finisce sempre per 255

33 Indirizzo di Broadcast Subnet Mask: Network Address: Broadcast :

34 Esercizi Dato l indirizzo IP con subnet mask , quale è la sua parte di rete e quale quella di host? Dato l indirizzo IP con subnet mask , quale è la sua parte di rete e quale quella di host? Dato l indirizzo IP con subnet mask , quale è la sua parte di rete e quale quella di host?

35 Esercizi - soluzioni Dato l indirizzo IP con subnet mask , quale è la sua parte di rete e quale quella di host? rete 10/ host Dato l indirizzo IP con subnet mask , quale è la sua parte di rete e quale quella di host? rete / host 17 Dato l indirizzo IP con subnet mask , quale è la sua parte di rete e quale quella di host? rete / host

36 Esercizio (a casa) ipconfig \all ifconfig grep "inet " grep -v

37 Il protocollo IP (Internet Protocol) IP si occupa della gestione e dell instradamento NON di messaggi, ma di pacchetti chiamati datagram IP = Sistema di comunicazione a commutazione di pacchetto non orientato alla connessione, non affidabile di tipo best effort

38 Il protocollo IP (Internet Protocol) Sistema di comunicazione a commutazione di pacchetto non orientato alla connessione, non affidabile di tipo best effort Il messaggio è suddiviso in pacchetti instradati in modo indipendente

39 Non orientato alla connessione Sistema di comunicazione a commutazione di pacchetto non orientato alla connessione, non affidabile di tipo best effort Non viene stabilita alcuna connessione diretta tra mittente e destinatario e ogni pacchetto viene semplicemente inoltrato nella rete e passato da un router ad un altro. Inoltre non viene mantenuta alcuna storia della comunicazione e del percorso che ogni pacchetto ha seguito per arrivare ad un determinato router (Connectionless)

40 Il protocollo IP (Internet Protocol) Sistema di comunicazione a commutazione di pacchetto non orientato alla connessione, non affidabile di tipo best effort Non affidabile in quanto non garantisce l inoltro al destinatario, però usa la tecnica best effort che dovrebbe certificarne la consegna.

41 Inaffidabile Inaffidabile significa che il protocollo non dà alcuna garanzia che i pacchetti vengano consegnati al destinatario né alcuna garanzia che i pacchetti arrivino integri (ossia che non vi siano stati errori di trasmissione) Tuttavia il protocollo è di tipo best effort, ovvero fa il possibile affinché ogni pacchetto giunga a destinazione nel modo corretto.

42 TCP/IP encapsulation

43 Header Un intestazione (header), che contiene alcune informazioni di controllo, tra cui l identificativo univoco del pacchetto; la lunghezza del pacchetto; l indirizzo IP del mittente; l indirizzo IP del destinatario; il tempo di vita del pacchetto (time to live), ossia la quantità di tempo oltre la quale il pacchetto non è più considerato valido; il tipo di servizio richiesto, ossia il tipo di protocollo applicativo che ha generato il pacchetto. Una parte di dati (payload), che contiene le informazioni che devono essere trasmesse.

44 Header IP DATA AREA

45 Time to live Il time to live viene impostato dal mittente del messaggio e corrisponde ad un tempo (ossia ad un numero di balzi da un router ad un altro) entro cui il pacchetto dovrebbe essere consegnato. Ogni router quando riceve un pacchetto, diminuisce di 1 il valore del campo time to live e, se questo è arrivato a 0, distrugge il pacchetto, altrimenti procede all instradamento. Grazie a questo semplice meccanismo si ha la garanzia che i pacchetti non girino troppo a lungo per la rete.

46 Regole di instradamento Instradamento (routing). La terza funzione fornita dal protocollo IP è relativa all instradamento dei pacchetti. Poiché, come già osservato, ci troviamo di fronte ad un protocollo non orientato alla connessione e non affidabile, il routing può essere effettuato in modo estremamente semplice. Sono i router ad occuparsi dell instradamento e ogni volta che un router X riceve un pacchetto opera come segue. Se il pacchetto è destinato ad un calcolatore della rete cui anche il router X è connesso, allora il router lo passa alla rete locale affinché venga consegnato al nodo destinatario che viene determinato andando a leggere il campo HOSTID dell indirizzo IP del pacchetto. Se il pacchetto è destinato ad un altra rete, il router X lo passa ad uno dei router cui è connesso, in modo che, sperabilmente, esso compia un passo avanti (HOP) verso la destinazione.

47 Regole di instradamento Si noti che non avendo traccia della storia passata del pacchetto, la scelta viene fatta localmente dal router, solo sulla base dell indirizzo IP del destinatario. Ogni router per decidere utilizza una tabella, detta tabella di routing, che specifica per ogni indirizzo di destinazione quale sia, tra i router vicini, il migliore cui passare il pacchetto (di solito vengono indicate più scelte).

48 Algoritmo di routing The IP forwarding algorithm states: Given a destination IP address, D, and network prefix, N: if ( N matches a directly connected network address ) Deliver datagram to D over that network link; else if ( The routing table contains a route for N ) Send datagram to the next-hop address listed in the routing table; else if ( There exists a default route ) else Send datagram to the default route; Send a forwarding error message to the originator;

49 Routing Table Documents/Technical_Documents/ Switches/H3C_S9500_Series_Switches/Configuration/Operation_Manual/ H3C_S9500_Series_Routing_Switches_OM(V1.01)/200711/211398_1285_0.htm

50 Regole di instradamento Esempio di tabella di routing NETID del destinatario Scelta tra router vicini migliore scelta Y seconda scelta W migliore scelta W seconda scelta Y terza scelta Z migliore scelta W seconda scelta Z

51 versioni di IP Le strategie di indirizzamento qui descritte fanno parte della versione di IPv4 Esiste una nuova versione denominata IPv6 in cui il formato degli indirizzi IP passa da 32 a 128. Esempio di indirizzo: 2001:0db8:85a3:0042:1000:8a2e:0370:7334

52 TCP (Trasmission control protocol) Il protocollo IP gestisce gli aspetti della comunicazione del livello di rete, creando le premesse affinché i nodi possano scambiarsi delle informazioni. Al di sopra del protocollo IP è stato progettato TCP, un protocollo a commutazione di circuito virtuale che dà l impressione a due nodi A e B di stabilire un circuito di comunicazione che viene mantenuto attivo per l intera comunicazione

53 TCP (Trasmission control protocol) protocollo orientato alla connessione (connectionoriented) affidabile (reliable) la connessione è vista come flusso continuo di dati (byte stream) che viaggiano su un canale virtuale.

54 Creazione della connessione TCP Il protocollo TCP sul nodo chiamante invia una richiesta di connessione al protocollo TCP sul nodo chiamato. Se il protocollo TCP sul nodo chiamato accetta la chiamata, allora invia un segnale di accordo per stabilire la connessione (3 way handshake). A questo punto il protocollo TCP sul nodo chiamante può iniziare la comunicazione spedendo un flusso di dati sul canale appena aperto; il flusso viene ricevuto dal protocollo TCP sul nodo chiamato.

55 3 way handshake

56 3 way handshake Host A sends a TCP SYNchronize packet to Host B Host B receives A's SYN Host B sends a SYNchronize-ACKnowledgement Host A receives B's SYN-ACK Host A sends ACKnowledge Host B receives ACK. TCP socket connection is ESTABLISHED

57 Creazione della connessione TCP Nodo A TCP A canale virtuale Nodo B TCP B IP A flusso reali di dati a commutazione di pacchetto rete IP B

58 TCP/IP encapsulation

59 TCP Segment DATA AREA

60 TCP Affidabile (Conferma di ricezione) TCP ricostruisce il flusso di dati a partire dai segmenti che vengono trasferiti come pacchetti dal protocollo IP. Data l inaffidabilità di IP, tuttavia, è possibile che il livello TCP del destinatario non riceva alcuni dei segmenti o ne riceva alcuni corrotti. In questo caso si deve adottare qualche strategia per ricostruire le informazioni mancanti. La tecnica usata da TCP prende il nome di comunicazione con messaggio di conferma di ricezione (positive acknowledgement), ed è basata sul seguente schema.

61 TCP Affidabile Quando il TCP mittente passa un segmento al livello IP, stabilisce un tempo entro il quale si aspetta di ricevere conferma dell avvenuta ricezione del segmento. Se il TCP del destinatario riceve un segmento e dalla verifica di correttezza non emergono errori di trasmissione, invia un messaggio di avvenuta ricezione al TCP mittente. Se il TCP di A non riceve, entro il tempo stabilito, un messaggio di avvenuta ricezione per un segmento, allora invia nuovamente quel segmento.

62 TCP Affidabile (Time to live) Se il segmento corrisponde ad un pacchetto che è andato perso nella rete non c è problema in quanto il pacchetto verrà distrutto dal protocollo IP sulla base dell informazione contenuta nel campo time to live. TCP non deve attendere il messaggio di corretta ricezione di un segmento prima di inviare il successivo; Tuttavia esiste un numero massimo di segmenti inviati e di cui non si è ricevuta conferma oltre il quale non si può andare. In questo caso TCP deve attendere una conferma prima di inviare un ulteriore segmento.

63 UDP NON Affidabile Esiste anche un secondo protocollo a livello di trasporto che può essere visto come un alternativa a TCP. Si tratta del protocollo UDP (User Datagram Protocol), un protocollo che si colloca nello stesso livello di TCP ma offre un servizio non affidabile (unreliable), ossia non fa alcun controllo sulla ricezione dei dati, e non è orientato alla connessione (connectionless). Ad es., le applicazioni in tempo reale richiedono spesso un bit-rate minimo di trasmissione, non vogliono ritardare eccessivamente la trasmissione dei pacchetti e possono tollerare qualche perdita di dati, quindi usano UDP

64 Datagram UDP