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

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

2 Precisazione Noi ci occuperemo solo della trasmissione di informazione in formato digitale. Un segnale analogico è basato su una variazione continua, mentre un segnale digitale può assumere solo valori discreti di un insieme finito. Ma molto di quanto diremo è applicabile anche a reti analogiche M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 2

3 Elementi della comunicazione Salve - Sorgente ed una destinazione - Mezzo trasmissivo - Sistema di emissione e ricezione compatibili - linguaggio comune M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 3

4 La complessità Le reti sono apparentemente complesse, cioè composte di molti mattoni : router server workstation portatile linee su mezzi diversi calcolatori ai bordi routers nella rete applicazioni software di trasmissione M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 4

5 Problema Come trovare un modo di trovare una struttura logica in una rete? Come trovare una astrazione che aiuti a progettare e discutere delle reti? M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 5

6 Un esempio diverso: acquisto e consegna merci fra ditte Ufficio Vendite Magazzino Ditta di trasporti Una serie di passi abbastanza precisi e ben distinti, dal momento dell ordine al momento in cui la merce viene consegnata. Mezzo di Trasporto Scendiamo ancora più nel dettaglio Consegna M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 6

7 Acquisto e consegna merci: i dipartimenti Ufficio Vendite 1 Magazzino Ditta di trasporti Camion Ogni strato ha un compito preciso e fornisce un servizio Ha procedure interne che non sono note (ne hanno interesse) agli altri strati La comunicazione fra strati avviene secondo precise regole Non avvengono comunicazioni fra strati non contigui (di solito ) Ogni strato si affida ai servizi di quello sottostante M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 7

8 La sequenza completa è: Ufficio Vendite 1 Ufficio Acquisti 2 Magazzino Magazzino 2 Ditta di trasporti Ditta di trasporti 2 Camion Camioncino Strade M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 8

9 La struttura logica è orizzontale! Ufficio Vendite 1 Ufficio Acquisti 2 Magazzino Magazzino 2 Ditta di trasporti Ditta di trasporti 2 Camion Camioncino Strade M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 9

10 La struttura logica Ogni strato (layer in inglese) parla solo con lo strato corrispondente nell altra ditta, con un linguaggio (protocollo) specifico, che l altro strato remoto capisce perfettamente. Ogni strato si affida ai servizi dei propri strati sottostanti, che a loro volta parlano orizzontalmente con un proprio protocollo diverso. Le due ditte trasporti, per esempio, possono decidere di scambiarsi la merce a metà strada, senza neanche conoscere il contenuto dei pacchi, ma conoscendo bene le strade. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 10

11 Pile di strati o gerarchie di protocolli Diamo una definizione più precisa di: - protocollo - servizio (interfaccia) M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 11

12 Protocollo Un esempio di protocollo umano ed uno legato a TCP: Ciao TCP SYN Che ore sono per favore? Ciao le 14:00 ACK + <Get SYN ACK tempo ACK + <Pagina html> M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 12

13 Protocollo Un protocollo definisce il formato e l ordine di messaggi scambiati tra due o più entità comunicanti e definisce anche le azioni da intraprendere all atto della ricezione o trasmissione di un messaggio o di un altro evento Interfaccia e Servizi L interfaccia specifica quali operazioni primitive e servizi uno strato mette a disposizione. Un servizio è formalmente definita come un insieme di primitive (system calls in un sistema operativo) M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 13

14 La differenza tra Protocollo e Servizio Un servizio equivale alla definizione delle operazioni che uno strato è in grado di compiere per un altro strato, ma non definisce come queste operazioni verranno eseguite. Il protocollo definisce la realizzazione dei servizi. Un protocollo è interno ad uno strato e potrebbe essere modificato senza che i servizi che lo strato offre cambino e senza che lo strato che li usa se ne accorga M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 14

15 Perché usare gli strati? Permette di ridurre la complessità dei sistemi, permettendo l identificazione delle parti e delle relazioni fra di essi. Permette di rendere modulare la realizzazione e la manutenzione del sistema, sganciando le parti una dall altra. Nel caso delle reti, l insieme degli strati e dei protocolli è l architettura della rete, mentre l insieme dei protocolli è detta la pila dei protocolli della rete M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 15

16 Semplicità Nella progettazione di una architettura basata su strati è importante: - definire un numero di strati limitato e ciscun strato deve fornire un salto nell astrazione del servizio - semplificare le interfacce - avere un passaggio minimo di informazione fra gli strati - non mescolarne le funzioni - ogni strato svolge un funzione precisa La perfezione non è quando non c e più nulla da aggiungere, ma quando non vi è più nulla da togliere M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 16

17 I modelli a strati per le reti Vi sono due modelli principali di riferimento per l architettura di una rete: Il modello ISO/OSI (International Organisation for Standardisation / Open Systems Interconnection) Internet M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 17

18 Il modello OSI 7 strati, sviluppato dalle ditte di telecomunicazione (ITU-T) Non definisce i servizi ed i protocolli, ma solo le funzioni (lo scopo) di ogni strato M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 18

19 Il modello OSI Protocolli per scambio di file, login remota, posta elettronica, applicazioni che usano la rete Relativo alla sintassi ed alla semantica dell informazione trasmessa Controlla la creazione delle sessioni fra hosts, la loro sincronizzazione e gestione dell interazione Accetta dati dal livello superiore, eventualmente li riduce in pacchetti (con / senza garanzia / multicast ) e2e Smista i pacchetti fino a destinazione Fornisce una struttura da una sequenza di bit e ne garantisce la consegna. In caso frammenta i pacchetti Si occupa solo di come trasmettere segnali in forma di sequenza di bit su un mezzo di comunicazione M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 19

20 Il modello originale Internet application transport internet host to Le applicazioni: login remota (telnet), posta elettronica (smtp), trasferimento di files (ftp), la risoluzione di nomi in indirizzi (DNS), HTTP per trasferimento dati web,... Fornisce il trasporto dei dati. Sono definiti TCP ed UDP Internet Protocol (IP) si occupa della consegna dei pacchetti (routing) Non definito, viene solo richiesto che si occupi della spedizione dei pacchetti IP verso il mezzo trasmissivo M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 20

21 Il confronto Entrambi sono basati su pile di strati e protocolli indipendenti e le funzionalità sono simili nei due modelli. In entrambi lo strato di trasporto fornisce un servizio dalla sorgente alla destinazione (end to end o e2e in breve), mentre gli altri sono relativi solo al primo tratto del collegamento. OSI ha contribuito a chiarire la distinzione fra protocollo e servizio ed il modello è stato ideato prima della creazione dei protocolli, creando problemi di confronto con la realtà. Inoltre è basato su una visione telefonica delle reti. Internet ha prima creato i protocolli e quindi il modello, ma è semplice! M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 21

22 Il modello che useremo applicazione trasporto data link Unisce i punti forti di entrambi i modelli e si adatta molto bene alla comprensione, progettazione e gestione della maggior parte delle reti moderne di trasmissione dati. fisico M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 22

23 Esempi: applicazione trasporto data link fisico HTTP TCP IP Ethernet Fibra ottica disk sharing Appletalk Localtalk cavo seriale M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 23

24 Applichiamo il modello ad Internet Un sistema altamento distribuito, fatto di entità indipendenti. Ogni entità implementa le funzioni dei vari strati, anche non tutte. Ogni strato scambia messaggi con lo strato analogo di un altra entità utilizzando un protocollo. application transport link physical application transport link physical application transport link physical link physical application transport link physical M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 24

25 Per esempio lo strato di Trasporto: riceve dati da un applicazione, l indirizzo di destinazione e forma in datagramma da inviare al destinatario. Sceglie un trasporto di tipo affidabile, che ne garantisca la consegna La comunicazione logica dati transport application transport link physical application transport link physical dati application transport link physical link physical application transport transport link physical M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 25 ack dati

26 Il percorso fisico dei dati dati application transport link physical application transport link physical application transport link physical link physical dati application transport link physical M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 26

27 Gli strati ed i dati Ogni strato riceve dei dati da spedire dallo strato adiacente. Aggiunge (toglie) informazione specifica nella forma di un header e crea una nuova unità di informazione da trasmettere allo strato successivo (bamboline russe ) sorgente destinazione H l H t H n H t H n H t M M M M applicazione trasporto rete data link fisico applicazione trasporto rete data link fisico H l H t H n H t H n H t M M M M messaggio segmento datagramma frame M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 27

28 Gli strati ed i dati La frammentazione e de-frammentazione sono possibili fra strati M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 28

29 Messaggi interi o pacchetti? Perché spezzare un blocco di dati in pacchetti? - si trasmette più velocemente il blocco (vedi esercizi nel libro) - in caso di ritrasmissione, se ne ritrasmette solo il frammento andato perso (livello di trasporto) - si possono instradare i pacchetti su strade diverse in caso di emergenza (rete) - si semplifica l operazione di store and forward delle apparecchiature nel cuore della rete (rete e data link) - si garantisce una minor probabilità di errore in trasmissione sull intero blocco (fisico) M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 29

30 Servizi fra strati I servizi di inoltro che uno strato può offrire a quello superiore sono essenzialmente due: - orientato alla connessione, simile al sistema telefonico, in cui prima di far transitare la voce viene creato un canale fra le due entità - senza connessione, simile al sistema postale, in cui una lettera viene inviata senza certezza che sia recapitata o del tempo necessario M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 30

31 Servizio orientato alla connessione Scopo: Trasferire in modo affidabile dati fra sistemi Richiede una fase di handshaking (accordo) iniziale, in cui - vengono definiti dal protocollo i parametri della connessione se necessario - viene creato uno stato per la connessione in entrambi i nodi TCP [RFC 793] fornisce un trasferimento affidabile di una sequenza (stream) di bytes per eliminare le perdita: acknowledgements e ritrasmissioni controllo di flusso: il mittente è in grado di modulare la velocità di emissione controllo di congestione: mittente diminuisce la velocità di trasmissione se si accorge di una perdita di pachetti M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 31

32 Servizio senza connessione Scopo: trasferire dati fra sistemi UDP User Datagram Protocol [RFC 768]: Applicazioni che usano TCP: HTTP (Web), FTP (file transfer), Telnet (terminale alfanumerico remoto), SMTP ( ) non stabilisce una connessione (ovviamente) non garantisce il trasferimento senza perdita di dati non ha controllo di flusso non ha controllo della congestione Applicazioni che usano UDP: video e streaming media, teleconferenza, DNS, Voce su IP (Internet telephony) M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 32

33 L indirizzamento fra strati Ogni strato deve avere un meccanismo per identificare (gli strati corrispondenti dei) mittenti e riceventi. Dato che una rete è composta da molti nodi, è necessario avere una forma di indirizzamento. Tale indirizzo può essere specifico di un singolo strato e a volte deve essere univoco a livello mondiale. Pianeta Terra... Italia Milano Via Celoria 16 I/T/3 Rossi Filippo M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 33

34 Indirizzamento - Esempio HTTP TCP IP Ethernet Fibra ottica Corrisponde ad una numero preciso di porta (80) del servizio, ma puo sceglierne anche una diversa. Usa anche il nome del destinatario o l indirizzo IP numerico L header specifico indica che è TCP (non UDP) L indirizzo univoco a livello mondiale dell interfaccia, (intero, 32 bit, unsigned) scritto nella forma Un indirizzo univoco a livello locale per il data link, detto MAC (per Medium Access Control) nella forma 08:00:2B:AF:2C:16 (esadecimale - 6 bytes) Nulla, non ha semantica! M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2007 Cap1-2 pag. 34