Capitolo 3 - parte 1. Corso Reti ed Applicazioni Mauro Campanella Como 2003

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1 Capitolo 3 - parte 1 Corso Reti ed Applicazioni Mauro Campanella Como 2003

2 Agenda - Le applicazioni per il Sig. Rossi - Lo strato di trasporto - Multiplexing/Demultiplexing - User Datagram Protocol (UDP) - Trasferimento affidabile M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 2

3 I servizi base per il Sig. Rossi Necessità Server Client Web Apache Netscape Proxy Squid - sendmail, PostFix Eudora, Netscape,pine DNS (rossi.org) Bind - Database MySQL - Condivisione dischi NFS,Altro NFS, altro Stampe Stampante in rete LPR Fax Stampante in rete - Sistema Operativo Unix (Linux) Mac, Windows, Linux Voce centralino + IP telefono + IP Video vari (su IP) vari (su IP) Firewall Router, Ipchains - M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 3

5 Indirizzamento Internet Applicazione Trasporto IP Data Link Fisico Numero di porta ( well known ports sono riservati liberi) Numero di protocollo (assegnato da IANA) L indirizzo unico a livello mondiale dell interfaccia, (intero, 32 bit, unsigned) noto nella forma Indirizzo MAC o simile a seconda della tecnologia Nulla M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 5

6 Indirizzamento Applicazione Socket Trasporto Porta, numero di processo, socket Descrittore verso il sistema Porta verso il trasporto Numero di protocollo Rete Indirizzo IP La socket è: sia una interfaccia di programmazione, che la coppia (porta, indirizzo IP) M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 6

7 Protocolli Internet IP porta pacchetti per vari protocolli, tra cui due fondamentali per il trasporto end to end dei pacchetti. ip 0 IP # internet protocol, pseudo protocol number icmp 1 ICMP # internet control message protocol igmp 2 IGMP # internet group management protocol ggp 3 GGP # gateway-gateway protocol ipencap 4 IP-ENCAP # IP encapsulated in IP tcp 6 TCP # transmission control protocol egp 8 EGP # exterior gateway protocol udp 17 UDP # user datagram protocol ipv6 41 IPv6 # IPv6 rsvp 46 RSVP # Resource ReSerVation Protocol gre 47 GRE # Generic Routing Encapsulation ospf 89 OSPFIGP # Open Shortest Path First IGP pim 103 PIM # Protocol Independent Multicast isis 124 ISIS # ISIS over IPv4 M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 7

8 Lo strato di trasporto applicazione trasporto rete (IP) data link fisico E lo strato che si occupa di fornire un servizio di trasferimento dei dati dal nodo sorgente al nodo destinazione. Normalmente viene richiesto un trasporto affidabile, efficente e indipendente dal comportamento degli strati sottostanti M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 8

9 Il servizio di trasporto Fornisce la comunicazione logica (orizzontale) fra applicazioni nei due nodi. Internet offre due tipi di trasporto: - TCP: affidabile, orientato alla connessione con controllo della congestione e di flusso - UDP: non affidabile, senza connessione Non offrono garanzie sui parametri di QoS (p.e. ritardo e capacità) applicazione trasporto rete data link fisico rete data link fisico Trasporto logico end to end rete data link fisico rete data link fisico rete data link fisico applicazione trasporto rete data link fisico M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 9

10 Perché strato di trasporto e rete? I due strati svolgono funzioni apparentemente simili, cioè portare i messaggi generati dall applicazione a destinazione MA lo Strato di rete svolge il suo compito distribuito nei router lo Strato di trasporto svolge il compito nei nodi iniziale e terminale indipendentemente dalle prestazioni dello strato di rete Essenzialmente l esistenza dello strato di trasporto rende possibile fornire un servizio globale di trasporto più affidabile e sicuro di quello che offrirebbe da sola la rete e rende l applicazione indipendente dalla tecnologia di rete. Per esempio nella rete esistono errori fisici nei pacchetti, duplicazioni, perdite M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 10

12 Multiplexing/demultiplexing Demultiplexing : alla ricezione Smistare i pacchetti alla socket corretta usando l header Multiplexing : nel mittente Raccogliere da tutte le socket, aggiungendo l header = socket = processo applicazione P3 P1 P1 applicazione P2 P4 application trasporto trasporto trasporto rete rete rete data link data link data link fisico fisico nodo 1 nodo 2 nodo 3 fisico M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 12

13 Header Ogni strato riceve dati e li passa dallo strato adiacente. Vi aggiunge (toglie) informazione specifica nella forma di un header e crea una nuova unità di informazione da trasmettere allo strato successivo. sorgente destinazione H l H t H r H t H r H t M M M M applicazione trasporto rete data link fisico applicazione trasporto rete data link fisico Hl Ht Hr Ht H r H t M M M M messaggio segmento datagramma frame M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 13

14 Demultiplexing Nodo riceve il datagramma IP: L header del datagramma IP contiene gli indirizzi sorgente e destinazione ed il protocollo l header del segmento di trasporto contiene le porte sorgente e destinazione l header del messaggio contiene informazioni variabili per ogni applicazione Il nodo usa sia gli indirizzi IP che i numeri di porta per identificare la socket corretta 32 bit header di datagramma IP sorgente IP destinazione altri header di datagramma porta sorg. porta dest. altri header di segmento header del messaggio Dati applicazione sempre 32 bit M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 14

15 Anteprima formato datagramma IP vers. lungh. head. identificatore 16-bit time to live tipo di servizio ToS ora DSCP protocollo flgs lunghezza totale Internet checksum 32 bit indirizzo IP sorgente offset frammento 20 byte 32 bit indirizzo IP destinazione Opzioni (se presenti) dati (lunghezza variabile) 32 bits M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 15

16 Demultiplexing Nel demultiplexing, lo strato sottostante potrebbe eliminare tutta l informazione nel suo header, inclusi l indirizzo IP e la porta sorgente o altri valori! Esistono delle opzioni delle socket o il comportamento normale del sistema operativo che permettono all applicazione di accedere o ricevere tali valori. Questo permette anche ai server UDP di demultiplare finemente i datagrammi ricevuti. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 16

17 Demultiplexing con UDP La socket crea automaticamente la porta o si forza la scelta: DatagramSocket mysocket = new DatagramSocket(); DatagramSocket mysocket = new DatagramSocket(9222); La socket UDP è identificata dalla coppia: (IP, porta destinazione) Il nodo ricevente: controlla la porta di destinazione smista il datagramma su quella porta Datagrammi con IP o porta sorgente differenti sono inviati alla stessa socket. MA in realtà sono usati sia la coppia IP,porta sorgente che quella di destinazione M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 17

18 Demultiplexing con UDP DatagramSocket serversocket = new DatagramSocket(6428); P3 P3 P1P1 SP: 6428 DP: 9157 SP: 6428 DP: 5775 SP: 9157 SP: 5775 client IP: A DP: 6428 server IP: C DP: 6428 client IP:B SP nel datagramma prodotto dal client fornisce l indirizzo di ritorno M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 18

19 Demultiplexing con TCP La socket TCP è identificata dai quattro valori (4-tuple): indirizzo IP mittente porta mittente indirizzo IP destinatario porta destinatario Il nodo ricevente usa tutti e quattro i valori per smistare il segmento alla socket corretta. Un server può mantenere molte socket aperte: ogni socket è identificata da una quadrupla I Web server hanno una socket diversa per ogni client: HTTP non-persistente deve usare una socket per ogni richiesta M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 19

20 Demultiplazione con TCP P3 Sottoprocesso P2 server T1 Thread P1 Processo Server P1P1 client IP: A S: A, 9157 D: C, 80 S: C, 80 D: A, 9157 server IP: C S: C, 80 D: B, 5775 S: B, 5775 D: C, 80 Client IP:B M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 20

22 UDP: User Datagram Protocol RFC 768 del 1980 (3 pagine) Definisce un trasporto semplice in cui ogni operazione di invio da parte dell applicazione produce esattamente un datagramma, mentre con TCP questo non è vero. Non garantisce la consegna e quindi neanche altri parametri di qualità. Vantaggi di UDP? senza connessione (ritardo minimo quindi) semplice: nessuno stato nel mittente e nel ricevente header minimo nessun controllo di congestione o flusso: i pacchetti possono essere inviati costantemente alla massima velocità M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 22

23 Formato del segmento UDP Usato spesso per applicazioni multimediali (voce, video) tollerano la perdita di dati isocrone altre applicazioni su UDP DNS Simple Network Monitor Protocol Se l applicazione desidera affidabilità deve avere internamente una parte di controllo e recupero errori. porta sorg. lunghezza 32 bits porta dest. checksum Dati dell applicazione (messaggio) Formato del segmento UDP 8 bytes Lunghezza, in bytes del segmento UDP incluso l header. Minimo 8 bytes (0 dati accettabile) M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 23

24 Datagramma IP + UDP vers. lungh. head. identificatore 16-bit time to live tipo di servizio ToS ora DSCP protocollo flgs lunghezza totale IP checksum 32 bit indirizzo IP sorgente offset frammento 20 byte 32 bit indirizzo IP destinazione Opzioni (se presenti) porta del mittente lunghezza totale UDP porta del destinatario UDP checksum 8 byte dati M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 24

25 Checksum Scopo: scoprire errori (cioè bit cambiati) nel segmento trasmesso. Mittente: divide il segmento in blocchi da 16 bit somma i blocchi (senza riporto finale) ne fa il complemento ad 1 lo inserisce nel campo checksum Ricevente: Ricalcola il checksum includendo il checksum stesso senza fare il complemento ad 1 Il risultato sono tutti 1? NO - errore SI - nessun errore trovato M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 25

26 Esempio di Checksum (8 bit) Mittente: checksum azzerato somma Destinatario: checksum OK complemento ad 1 = checksum M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 26

27 PseudoHeader Checkshum zero protocollo lunghezza UDP 32 bit indirizzo IP sorgente 32 bit indirizzo IP destinazione UDP pseudo header porta del mittente lunghezza totale UDP porta del destinatario UDP checksum UDP header dati byte di pad M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 27

28 Checksum Nel caso di una lunghezza in byte dispari del segmento, si aggiunge un byte di pad (completamento) di valore zero. Il checksum è calcolato in modo tal che, se si deve cambiare anche un sola coppia di byte, basta sottrarre il vecchio valore e sommare il nuovo, senza ricalcolare completamente il checksum. L RFC non obbliga ad effettuare il calcolo del checksum, ma è meglio che sia sempre abilitato. Naturalmente non è in grado di correggere gli errori o di rivelare errori multipli M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 28

29 Overhead e lunghezza massima La massima lunghezza di un datagramma IP è di bytes (16 bit). Togliendo 20 bytes minimo di header IP ed 8 byte per quello UDP, rimangono byte di dati. 28 byte sono l overhead di protocollo, cioé la parte di informazione trasmessa che non sono dati utente. Ad utilizzare questa dimensione vi può essere una limitazione: nelle socket nel dimensionare i buffer di UDP sia nel mittente che nel ricevente nella configurazione del kernel dello stack IP nell applicazione (meglio scritture di grandi blocchi) M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 29

31 I problemi nella rete Durante il tragitto di un pacchetto nella rete, il pacchetto può: subire errori a livello fisico subire ritardi anche elevati essere scartato per congestione essere consegnato in ordine diverso rispetto all emissione Il canale di trasmissione può essere inaffidabile ed essere composto da molte reti diverse con caratteristiche diverse. Questo è il principio base di progettazione di IP e quindi l affidabilità deve essere trasportata allo strato superiore. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 31

32 I problemi nella rete Dato che sarebbe complesso inserire il controllo di affidabilità in ogni applicazione, lo strato di trasporto deve poter offrire un servizio affidabile. Deve quindi garantire che una sequenza di byte inviati siano ricevuti nello stesso ordine e senza perdite Il protocollo deve quindi: poter ritrasmettere e ricordarsi ciò che deve trasmettere fino a certezza della ricezione (buffer) avere dei timer accorgersi della congestione riordinare i segmenti ricevere feedback dal nodo destinatario (essere connesso) M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2003 Cap 3-1 pag. 32