Capitolo 2 - parte 1. Corso Reti ed Applicazioni Mauro Campanella

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1 Capitolo 2 - parte 1 Corso Reti ed Applicazioni Mauro Campanella

2 Agenda - Introduzione - Principi dei protocolli dello strato applicativo - client server - richieste delle applicazioni alla rete - Introduzione alla qualità di servizio - Le applicazioni Internet: - Terminale remoto: Telnet M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 2

3 Le necessità del Sig. Rossi M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 3

4 La situazione Il sig. Rossi vuole informatizzare: una villa di proprietà un industria che produce sete composta da - un capannone industriale da 3000 m 2 - macchinari - laboratori colore ed studi design - una palazzina uffici di due piani con sala di rappresentanza e mostra - circa 20 dipendenti - due furgoncini M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 4

5 La proposta Creare un sistema basato sulle tecnologie Internet con al centro l informazione. Iniziare identificando : - le informazioni da scambiare - il loro flusso e l elaborazione - le richieste alle applicazioni Progettare un architettura modulare, semplice e distribuita, basata sulla comunicazione in rete. Tutte le applicazioni devono avere almeno le interfacce per gli standard aperti di Internet e magari avere codice pubblico. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 5

6 L informazione 1 ufficio vendite 2 amministrazione (ordini/personale) 3 magazzino 4 automazione e controllo del sistema produttivo 5 controllo accessi e sicurezza 7 informazione varia/pubblicità 8 telefonia e fax da Internet e verso Internet database (multimediale) database database controllo e funzionamento real time real time e video web e stampa sistema classico +... tutti M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 6

7 I flussi di informazione Analizzando i flussi di informazione, si conferma la necessità della comunicazione in rete per ogni componente, infatti : - tutte le componenti scambiano informazione con ogni altra locale e possono richiedere scambi con altre remote - lo scambio è sia sincrono che asincrono ed deve essere possibile in ogni momento della giornata - la quantità di dati scambiata è altamente variabile - lo scambio richiede normalmente un trasporto affidabile, e con garanzie diverse, ma non sempre (video o videoconferenza) - l informazione viaggia sempre fra una sorgente ed una o più destinazioni M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 7

8 L elaborazione e le applicazioni L informazione è digitale e richiede in genere una elaborazione ed una presentazione che avviene: idee di applicazioni: - all interno di basi dati - nell interfaccia verso l utente - nella comunicazione verso l esterno - nei sistemi di controllo mysql WEB, Linux WEB, , video, fax WEB, mysql + programmi d unione in PERL, Javascript, PHP,.. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 8

9 Agenda - Introduzione - Principi dei protocolli dello strato applicativo - client server - richieste delle applicazioni alla rete - Le applicazioni Internet: - Terminale remoto: Telnet M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 9

10 Applicazioni in rete: alcuni termini Processo: programma attivo all interno di un nodo. La comunicazione fra processi può avvenire all interno dello stesso nodo con - l interfaccia fornita dal sistema operativo oppure - attraverso un protocollo dello strato di applicazione che usi gli strati Internet. Il secondo è l unico possibile fra nodi distinti user agent: interfaccia fra l utilizzatore sopra e la rete sotto. Realizza una interfaccia utente ed un protocollo allo strato di applicazione. - Web : un browser - mail reader - streaming audio/video: media player M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 10

11 Internet fra processi nello stresso nodo applicazione applicazione trasporto trasporto network data link fisico loopback network data link fisico Vantaggio di astrarsi dalle specifiche del particolare S.O. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 11

12 Applicazioni e protocolli dello strato Applicazione: un servizio, una funzione realizzata attraverso processi distribuiti che comunicano fra loro p.e., , Web, condivisione di dischi, chat il funzionamento prevede lo scambio di messaggi Protocolli dello strato di applicazione una componente dell applicazione definiscono la sintassi ed il significato dei messaggi scambiati e le azioni da compiere utilizzano i servizi dello strato di trasporto application transport network data link physical application transport network data link physical application transport network data link physical M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 12

13 Il protocollo dello strato di applicazione Definisce: Tipi dei messaggi scambiati, p.e. messaggi di richiesta e risposta Sintassi dei tipi di messaggi: i campi nei messaggi e come sono delimitati Semantica dei campi, cioè il significato dell informazione in ciascun campo Regole per i modi ed i tempi di una risposta del processo ai messaggi Protocolli di pubblico dominio: - definiti nelle RFCs - permettono una facile interoperabilità tra protocolli p.e. HTTP, SMTP, HTML - permettono lo sviluppo di user agent diversi Protocolli proprietari: - le specifiche non sono note - sistema chiuso p.e., KaZaA, RealVideo M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 13

14 Paradigma Client-Server Nell uso di una applicazione in rete si distingue fra client e server Client: inizia la comunicazione e richiede tipicamente un servizio al sever. Web: client implementato nei browser; nella presentazione application transport network data link physical request reply Server: soddisfa il servizio richiesto dal client. Il server Web fornisce l informazione richiesta, il mail server smista la posta application transport network data link physical M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 14

15 Paradigma Client-Server I ruoli non sono necessariamente fissi. application transport network data link physical Possono invertirsi. Un client può essere nello stesso tempo un server, per la stessa applicazione o per un altra. Il ruolo è in funzione dei componenti dell applicazione disponibili sul nodo. application transport network data link physical M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 15

16 Quali richieste pone un applicazione alla rete? Capacità Alcune applicazioni (p.e., multimedia) richiedono una minima quantità di banda per funzionare. Altre (dette elastiche ) possono usare qualsiasi valore la rete rende disponibile Ritardo Solo alcune (e.g., telefono su IP, giochi multiplayer) sono sensibili al valore del ritardo, che deve in genere essere basso. Variazione del ritardo Solo alcune (quelle isocrone) sono sensibili ad una significativa variazione nel valore assoluto del ritardo M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 16

17 Quali richieste pone un applicazione alla rete? Perdita di pacchetti e dati Alcune applicazioni (p.e., audio o video) possono sopportare alcune perdite di pacchetti e dati. Altre (e.g., trasferimento di file, telnet) richiedono un trasporto affidabile al 100%, ma possono sopportare la perdita molti pacchetti durante il trasferimento. Non vanno confuse la perdita di pacchetti durante il trasferimento, con l affidabilità del trasferimento fornita dal protocollo di trasporto, cioè la perdita di dati. Durante un trasferimento di file possono perdersi molti pacchetti, ma il protocollo li ritrasmetterà ed il file trasferito sarà copia identica dell originale. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 17

18 Parametri di Qualità di Servizio I principali parametri per quantificare la qualità del servizio offetto da una rete sono : - ritardo in una direzione (one-way delay) - la variazione del ritardo (one-way IP packet delay variation o ipdv); - capacità; - perdita di pacchetti in una direzione (non dati). L insieme è comune a IETF e ITU-T. Nomenclatura e definizioni seguono la RFC 2330 (Framework for IP Performance metrics) and sono modificate secondo l evoluzione decisa dal gruppo di lavoro IPPM di IETF. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 18

19 Esempi FTP HTTP Voce su IP Video Capacità minima minima minima grande ritardo unidirezionale N/A minima media media ipdv N/A N/A piccola piccola Perdita di pacchetti medio-alta media bassa bassa Perdita di di dati nessuna nessuna piccola piccola Gli intervalli appropriati per ciascun parametro di QoS dipendono dalla particolare applicazione, per esempio il video interattivo e il video streaming hanno richieste ben differenti! M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 19

20 La scelta del protocollo di trasporto Applicazione terminale remoto Web trasferiento file streaming multimedia telefono su IP Protocollo dello strato di applicaz. SMTP [RFC 2821] Telnet [RFC 854] HTTP [RFC 2616] FTP [RFC 959] proprietario (e.g. RealNetworks) proprietario (e.g., Dialpad) Protocollo di trasporto scelto TCP TCP TCP TCP TCP or UDP normalmente UDP M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 20

21 Promemoria su TCP (servizio orientato alla connessione) TCP Transmission Control Protocol [RFC 793] fornisce un trasferimento affidabile di una sequenza (stream) di bytes per eliminare le perdita di dati: acknowledgements e ritrasmissioni controllo di flusso: il mittente è in grado di modulare la velocità di emissione dei pacchetti controllo di congestione: il mittente diminuisce la velocità di trasmissione se si accorge di una perdita di pachetti Trasferisce in modo affidabile dati fra sistemi Richiede una fase di handshaking (accordo) iniziale, in cui - vengono definiti dal protocollo i parametri della connessione - viene creato uno stato per la connessione in entrambi i nodi - non fornisce garanzie di - capacità - tempo di trasferimento M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 21

22 Promemoria UDP Servizio senza connessione UDP User Datagram Protocol [RFC 768]: - non stabilisce una connessione - non ha controllo di flusso - non ha controllo della congestione - non fornisce garanzie di - capacità - tempo di trasferimento - completezza dei dati UDP forrsiponde al più semplice protocollo di trasporto realizzabile, estramente compatto. Oggi il 95% del traffico Internet è trasportato su TCP, il resto su UDP. Le caratteristiche di controllo di flusso e congestione di TCP (elasticità) sono quelle che permettono un comportamento corretto di un flusso rispetto all altro (fairness). M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 22

23 Il servizio standard di rete: Best Effort Complessità nei sistemi, rete semplice (modello end-to-end) E in grado di crescere bene Degrada bene, il service non è mai rifiutato anche se le risorse sono congestionate (capacità, sistemi ) Basato sul multiplexing statistico e TCP M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 23

24 Promemoria indirizzamento in Internet Applicazione Trasporto rete Data Link Fisico Corrisponde ad una numero preciso di porta (80) del servizio, ma puo sceglierne anche una diversa. Usa anche l indirizzo IP numerico (od il nome) del destinatario L header specifico indica che è TCP (non UDP) L indirizzo univoco a livello mondiale dell interfaccia, in v4 (intero, 32 bit, unsigned) scritto nella forma Un indirizzo univoco a livello mondiale dell interfaccia, detto MAC (Medium Access Control) nella forma 08:00:2B:AF:2C:16 (esadecimale - 6 bytes) Nulla M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 24

25 Agenda - Introduzione - Principi dei protocolli dello strato applicativo - client server - richieste delle applicazioni alla rete - Le applicazioni Internet: - Terminale remoto: Telnet M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 25

26 Le applicazioni di Internet 5 applicazione telnet,, http, smtp, dns, ftp,... 4 trasporto TCP UDP ICMP 3 network IP 2 data link Ethernet, Wireless, PPP, SDH... 1 fisico Fibra ottica, Rame, Radio,... M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 26

27 Agenda - Introduzione - Principi dei protocolli dello strato applicativo - client server - richieste delle applicazioni alla rete - Le applicazioni Internet: - Terminale remoto: Telnet M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 27

28 Telnet Da RFC 0854: Lo scopo del protocollo TELNET è di fornire un metodo generale per un servizio di comunicazione bi-direzionale, per caratteri da 8 bit. Lo scopo primario [1983] è di avere un metodo standard per collegare uno all altro terminali fisici e processi orientati ai terminali. Il protocollo Telnet (RFC 0854) definisce un canale di comunicazione, basato su testo, in chiaro, fra un client ed un server. Il client crea un canale in chiaro di trasmissione testo trasparente, con il server. Il server Telnet (telnetd in Unix) offre un accesso, a linea di comandi, al sistema operativo del calcolatore su cui è attivo sulla porta 23. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 28

29 Telnet Nodo 1 Nodo 2 Processo che invoca il Client Telnet Porta 23 Processo con Server Telnet TCP IP Data Link TCP IP Data Link Pseudo-terminale Sistema Operativo terminale del Sistema Operativo collegato con linea seriale M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 29

30 Telnet Il trasferimento dei dati dal client al server avviene dopo una fase di handshaking iniziale con la negoziazioni di opzioni. Durante la connessione possono essere inviati comandi (intercettati dal protocollo) contemporaneamente al flusso di dati. Viene creto un netork virtual terminal (NVT) che è logicamente composto da una stampante e da una tastiera. I caratteri sono inviati dalla tastiera, che li invia anche alla stampante locale se si desidera l eco. Non ci si aspetta infatti che l eco debba attraversare la rete. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 30

31 ASCII American Standard Code for Information Interchange i è uno standard di valori a 7 bit per caratteri alfanumerici e caratteri di controllo (da 0 a 32 decimale) A B C D E F 0 NUL SOH STX ETX EOT ENQ ACK BEL BS HT LF VT FF CR SO SI 1 DLE DC1 DC2 DC3 DC4 NAK SYN ETB CAN EM SUB ESC FS GS RS US 2 SP! # $ % & ' ( ) * +, -. / : ; < = >? A B C D E F G H I J K L M N O 5 P Q R S T U V W X Y Z [ \ ] ^ _ 6 ` a b c d e f g h i j k l m n o 7 p q r s t u v w x y z { } ~ DEL ctrl^h = backspace, control^i = tab, ctrl^j = line feed, ctrl^l = form feed, ctrl^m = carriage return M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 31

32 Telnet Il protocollo Telnet è stato molto usato fino a pochi anni fa, ma ha lo svantaggio di trasmettere le informazioni in chiaro, non criptate. Per esempio, all atto dell autenticazione per il collegamento ad un nodo remoto, telnet trasmette la coppia username e password in chiaro, rendendole disponibili ad un eventuale ascoltatore dei pacchetti. Oggi è sostituito dal protocollo SSH (Secure Shell), più complesso e che crea un canale completamente criptato fra client e server. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 32

33 M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2004 Cap 2-1 pag. 33