TECNICO SUPERIORE PER L AUTOMAZIONE INDUSTRIALE. Ambienti di rete. Tiziano Ragazzi ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05

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1 Ambienti di rete Tiziano Ragazzi ELEMENTI DI INFORMATICA UFC_05

2 Modello client-server Modello di dialogo asimmetrico, dove una entità (il server o servente) mette a disposizione le informazioni e/o i servizi, mentre l altra (il client o cliente) le utilizza. I due termini (client e/o server) identificano una macchina, un programma o tutte e due a seconda del contesto Es. web server Apache web client IE

3 Modello peer-to-peer Tutti i calcolatori connessi possono agire contemporaneamente come server e come client. Es. file sharing Emule, Bittorrent,.. Condivisione di file e altre risorse in ambiente windows (senza un server di dominio)

4 Classificazione delle reti in base alle dimensioni PAN Personal Area Network: reti private formate da pochi dispositivi che comunicano tra loro con tecnologie a corto raggio; LAN - Local Area Network o reti locali: tipicamente sono reti private per l'interconnessione di computer ed altri apparati appartenenti ad un unico ente o azienda; MAN - Metropolitan Area Network o reti metropolitane: possono essere reti private o pubbliche e fornire servizi di vario tipo in ambito urbano, dall'interconnessione di computer, alla telefonia, alla TV via cavo; WAN - Wide Area Network o reti geografiche: in passato erano le reti dei grandi gestori tipicamente pubblici che fornivano servizi e connettività a livello nazionale; oggi, dopo la deregulation, possono anche appartenere a privati ed offrire connettività a livello mondiale.

5 Classificazione delle reti in base alle dimensioni La differenza tra questi tre tipi di reti in termini di distanza coperta è rappresentata nella tabella seguente (puramente indicativa): Area coperta Distanza Tipo di rete Stanza 10 m PAN o LAN Edificio 100 m LAN Campus 1 km LAN Città 10 km MAN Area metropolitana 100 km MAN Stato, continente, pianeta, >= 1000 km WAN

6 Un esempio

7 Gli standard e le reti di comunicazione Per lo sviluppo delle telecomunicazioni risultano fondamentali gli standard, che definiscono delle serie di regole secondo cui i sistemi e le reti di telecomunicazioni devono operare. Tra principali enti e/o associazioni di standardizzazione operanti nei campi dell elettronica, dell elettrotecnica, delle telecomunicazioni e dell informatica, ricordiamo: ISO - IEC - IEEE - EIA - IETF - IANA htto://

8 ISO L'Organizzazione internazionale per la normazione è la più importante organizzazione a livello mondiale per la definizione di norme tecniche. Fondata nel 1947, ha il suo quartier generale a Ginevra in Svizzera. Membri dell'iso sono gli organismi nazionali di standardizzazione di 162 Paesi del mondo. In Italia le norme ISO vengono recepite, armonizzate e diffuse dall'uni, il membro che partecipa in rappresentanza dell'italia all'attività normativa dell'iso. L'ISO coopera strettamente con l'iec, responsabile per la standardizzazione degli equipaggiamenti elettrici.

9 IEEE L Institute of Electrical and Electronics Engineers o IEEE (leggi i triple e) è un'organizzazione internazionale senza fini di lucro, per la promozione di tecnologie per l'elettricità. Ha come associati la maggior parte delle organizzazioni tecnico professionale nel mondo, con più di membri in circa 175 paesi. E uno dei principali enti di standardizzazione a livello mondiale, e produce da solo circa il 30% di tutta la documentazione scientifica in campo di elettrotecnica, elettronica e informatica Gli standard IEEE 802 trattano di problematiche inerenti alle reti di calcolatori, riferibili in particolare ai 2 strati più bassi del modello OSI (fisico e di collegamento)

10 IEEE Tra le principali emanazioni appartenenti alla famiglia 802, ricordiamo IEEE Bridging (networking) and Network Management IEEE Logical link control IEEE Ethernet IEEE Defines the MAC layer for a Token Ring IEEE Interoperable LAN Security (disbanded) IEEE Wireless LAN & Mesh (Wi-Fi certification) IEEE demand priority IEEE Cat.6-10Gb lan (new founded) IEEE Wireless PAN IEEE (Bluetooth certification) IEEE (ZigBee certification) IEEE Broadband Wireless Access (WiMAX certification) IEEE e (Mobile) Broadband Wireless Access IEEE Radio Regulatory TAG IEEE Mobile Broadband Wireless Access IEEE Wireless Regional Area Network

11 IEC L International Electrotechnical Commission è un'organizzazione internazionale per la definizione di standard in materia di elettricità, elettronica e tecnologie correlate. Molti dei suoi standard sono definiti in collaborazione con l'iso (Organizzazione internazionale per la standardizzazione). Gli standard della IEC sono identificati da numeri interi progressivi e i loro titolo seguono una forma come la seguente: IEC Graphical Symbols.

12 CEI Il Comitato Elettrotecnico Italiano (in sigla CEI) è un'associazione fondata nel 1909, riconosciuta sia dallo Stato Italiano, sia dall'unione Europea, per le attività normative e di divulgazione della cultura tecnico-scientifica. La documentazione emessa dal CEI, comunemente nota come Norme CEI, definisce la buona tecnica per i prodotti, i processi e gli impianti, costituendo il riferimento per la presunzione di conformità alla "regola dell'arte". Le norme tecniche europee armonizzate e pubblicate dal CEI costituiscono uno strumento univoco e ben codificato per soddisfare le prescrizioni di natura obbligatoria previste dalla legislazione italiana

13 IETF L Internet Engineering Task Force, sviluppa e promuove standard Internet, collaborando strettamente con il W3C e ISO/IEC in merito a problematiche riferibili principalmente alla suite di protocolli TCP/IP. L IETF emana i cosiddetti RFC (Request for comments) che sono una sorta di raccomandazioni e/o memorandum in merito a ricerca, innovazione e metodologie applicabili alle tecnologie internet. Alcuni RFC dopo opportuni passaggi diventano degli Internet Standards

14 IANA L Internet Assigned Numbers Authority è un dipartimento di ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers). Che si occupa principalmente di: Delegare la gestione di blocchi di indirizzi IP ad enti locali denominati Regional Internet Registries. Ogni RIR assegna gli indirizzi per una specifica zona del mondo. I RIR a loro volta formano un ente chiamato Number Resource Organization il cui scopo è rappresentarne gli interessi nella definizione delle policy di assegnazione e gestione degli indirizzi. Amministra i Root DNS server e i domini.int e.arpa Il meccanismo di delega ai RIR avviene assegnando loro blocchi molto estesi di indirizzi (tipicamente una o più classi A). A loro volta i RIR, ognuno secondo le proprie politiche di assegnamento, attribuiscono blocchi più piccoli. Solitamente ai Provider vengono assegnati interi blocchi di classe C per gestire le connessioni dei loro clienti, mentre all'utenza finale (piccole e medie imprese) vengono assegnati blocchi di IP molto più limitati. Solo in casi eccezionali vengono assegnati intere classi B.

15 L importanza di un sistema aperto Cioè qualunque calcolatore dev essere in grado di comunicare con qualunque altro indipendentemente dalla sua architettura e dal suo costruttore. Un sistema aperto ha infatti alcuni importanti vantaggi: favorire la diffusione delle reti di calcolatori tramite l'interconnessione delle reti esistenti; rendere possibile agli utenti e ai costruttori di reti approvvigionarsi da qualunque produttore, favorendo la concorrenza.

16 Per realizzare reti di calcolatori che siano sistemi aperti è necessario: Delineare un modello di riferimento per la comunicazione fra calcolatori che sia base comune di questi sistemi; giungere alla definizione di standard universalmente accettati che specifichino in modo preciso le funzioni che sono necessarie per realizzare la comunicazione.

17 Il perché dei modelli La comunicazione fra calcolatori di tipo diverso è in generale un problema abbastanza complesso. Per semplificare la progettazione dal punto di vista tecnico di una rete di calcolatori risulta quindi conveniente suddividere il problema complessivo in una serie di sottoproblemi ben confinati, chiarendo poi come essi debbano interagire.

18 Modello ISO-OSI Nel 1978 l organizzazione internazionale per la standardizzazione sviluppa un modello di riferimento per l interconnessione di sistemi informatici. Il modello OSI classifica i processi necessari per una sessione di comunicazione in 7 livelli funzionali distinti, in base alla sequenza naturale di eventi che si verificano in una sessione.

19 Modello ISO-OSI

20 I 7 strati del modello ISO-OSI strato fisico; ha come compito principale effettuare il trasferimento fisico delle cifre binarie tra i due sistemi in comunicazione; strato di collegamento (data link); la sua funzione fondamentale è quella di rivelare e recuperare gli errori trasmissivi che potrebbero essersi verificati durante il trasferimento fisico; strato di rete (network); rende invisibile allo strato superiore il modo in cui sono utilizzate le risorse di rete per la fase di instradamento; strato di trasporto (transport); fornisce le risorse per il trasferimento trasparente di informazioni; strato di sessione (session); assicura la possibilità di instaurare un colloquio tra due sistemi; strato di presentazione (presentation); è interessato alla sintassi e alla semantica delle informazioni da trasferire; strato di applicazione (application); ha lo scopo di fornire ai processi residenti nei due sistemi in comunicazione i mezzi per accedere all'ambiente OSI.

21 Modello TCP/IP l modello TCP/IP, il quale prende il nome da i due protocolli principali di Internet, descrive il processo di trasmissione dati riassumendo i 7 livelli del modello ISO/OSI. Data la sua maggiore flessibilità d implementazione, TCP/IP è il modello di riferimento pe i mercati.

22 Modello TCP/IP Due livelli di pari grado posti su due calcolatori differenti comunicano tra loro tramite un protocollo, mentre due livelli adiacenti della stessa macchina comunicano tra loro tramite interfaccia. L'obiettivo di un livello è quello di fornire servizi al livello superiore nascondendo a questo il modo in cui i servizi sono realizzati.

23 Comunicazione HTTP Application Layer HTTP Request Application Layer HTTP Request Transport Layer TCP HTTP Request Transport Layer TCP HTTP Request Network Layer IP TCP HTTP Request Network Layer IP TCP HTTP Request Data Link Layer Ethernet IP TCP HTTP Request Data Link Layer Ethernet IP TCP HTTP Request Physical Layer Physical Layer

24 Confronto tra i modelli OSI Model TCP/IP Model TCP/IP Protocol Suite Application Presentation Session Application Telnet FTP SMTP DNS RIP SNMP 4 Transport Transport Layer TCP UDP 3 Network Network ARP IP IGMP ICMP 2 1 Data link Physical Host To Network Ethernet Token Ring Frame Relay ATM

25 Application Layer Mette a disposizione i protocolli per la condivisione e l accesso remoto. Tra i protocolli più noti ricordiamo: HTTP (web) Telnet (comunicazione remota) SMTP, POP3, IMAP (posta elettronica) DHCP (configurazione dinamica ip) DNS (risoluzione dei nomi) FTP, TFTP (trasferimento file)

26 DNS (Domain Name System) Sistema gerarchico distribuito per la risoluzione degli indirizzi mnemonici (es. nel corrispondente indirizzo IP e viceversa.

27 Protocolli sicuri La maggior parte dei protocolli citati hanno un equivalente sicuro, ad esempio HTTPS (web) SSH (comunicazione remota) SFTP (trasferimento file) La sicurezza deriva dall utilizzo di strumenti crittografici Gli algoritmi crittografici si dividono in 2 famiglie A chiave privata o simmetrici (DES, RC5, AES, ) A chiave pubblica o asimmetrici (RSA, DSA, Diffie-Hellmann)

28 Transport Layer Definisce 2 protocolli standard di trasporto: TCP e UDP TCP è un affidabile protocollo per il trasferimento di dati Orientato alla connessione Prevede il recupero degli errori e il controllo del flusso UDP implementa un protocollo non affidabile Privilegia la velocità di connessione

29 Transport Layer TCP e UDP introducono il concetto di porta e di socket Specificando un numero di porta assieme ai dati TCP/UDP, possiamo ottenere il multiplexing Multiplexing consente che numerose connessioni di rete possano aver luogo su uno stesso indirizzo IP Il numero della porta, assieme agli indirizzi sorgente e destinazione dei dati, costituiscono il socket. Ad esempio una connessione http sull ip ha il seguente socket :80 Porte comuni e servizi associati: FTP 21 and 20 Ssh 22 telnet 23 SMTP 25 http 80 POP3 110 https 443

30 Porte Possiamo distinguere due gruppi importanti di porte: quelle privilegiate, che solitamente sono rappresentate dall intervallo da 0 a 1023, e le altre, non privilegiate, che vanno da 1024 a Molti numeri di porta hanno un utilizzo convenzionale, specialmente per quanto riguarda il gruppo di quelle privilegiate. In questo modo si può prevedere quale sia la porta che occorre interpellare per raggiungere un certo servizio in un nodo determinato.

31 Esempio di connessione http Esempio di ciò che accade quando dal nodo «A» un processo instaura una connessione HTTP con il nodo «B»; in particolare, in questo caso il processo in questione utilizza localmente la porta 1083.

32 Interconnessione tra le reti Il ripetitore (hub) è un componente che collega due reti fisiche intervenendo al primo livello ISO-OSI. In questo senso, il ripetitore non filtra in alcun caso i pacchetti, ma rappresenta semplicemente un modo per allungare un tratto di rete che per ragioni tecniche non potrebbe esserlo diversamente. Il ripetitore tipico è un componente che consente il collegamento di diversi elaboratori assieme.

33 Interconnessione tra le reti Il bridge mette in connessione due (o più) reti limitandosi a intervenire nei primi due livelli del modello ISO-OSI. Di conseguenza, il bridge è in grado di connettere tra loro solo reti fisiche dello stesso tipo. In altri termini, si può dire che il bridge sia in grado di connettere reti separate che hanno uno schema di indirizzamento compatibile. Dal momento che il bridge opera al secondo livello ISO-OSI, non è in grado di distinguere i pacchetti in base ai protocolli di rete del terzo livello (TCP/IP, IPX/SPX, ecc.) e quindi trasferisce indifferentemente tali pacchetti.

34 Interconnessione tra le reti Il router mette in connessione due (o più) reti intervenendo al terzo livello del modello ISOOSI. Di conseguenza, il router è in grado di trasferire solo i pacchetti di un tipo di protocollo di rete determinato (TCP/IP, IPX/SPX, ecc.), indipendentemente dal tipo di reti fisiche connesseeffettivamente.2 In altri termini, si può dire che il router sia in grado di connettere reti separate che hanno schemi di indirizzamento differenti, ma che utilizzano lo stesso tipo di protocollo di rete al terzo livello ISO-OSI.

35 Topologia relativa al livello di astrazione La topologia di rete può essere considerata al livello fisico, oppure a un livello più alto secondo il modello ISO-OSI. In pratica, quando ci si eleva a un livello superiore, alcuni componenti della rete «scompaiono», perché non vengono più considerati.

36 ARP (Address Resolution Protocol) & RARP (Reverse ARP) Protocolli in broadcast di tipo sollicitation. ARP la stazione che vuole scoprire l indirizzo MAC di un altra stazione, di cui conosce l indirizzo di livello 3, invia la richiesta in broadcast di tipo sollicitation; la stazione sollecitata risponde. RARP usato da stazioni diskless per sapere il proprio indirizzo IP; la stazione che vuole scoprire il proprio indirizzo IP conoscendo il proprio indirizzo MAC, invia la richiesta in broadcast di tipo sollicitation; una stazione sollecitata risponde

37 Network Layer Il compito del network layer è la trasmissione di pacchetti tra due host arbitrari, che in generale non sono direttamente connessi (ovvero non hanno un collegamento diretto tra di loro) I principali protocollo appartenente a questo strato sono l IP (o IPv4) e la sua evoluzione IPv6 L IP garantisce l inoltro del pacchetto (ovvero ricevere un pacchetto su una porta, immagazzinarlo e ritrasmetterlo su un'altra), la frammentazione (se un pacchetto ricevuto ha una dimensione eccessiva per la rete su cui deve essere trasmesso, il livello di rete lo divide in frammenti e si occupa di riassemblare i frammenti ricevuti al momento della consegna) e l instradamento o routing (ovvero determinare il percorso per la trasmissione dei dati attraverso la rete)

38 Il pacchetto IP Un datagramma IP è costituito al più da 64 kb di cui i primi da 20 a 60 byte costituiscono l intestazione. Particolarmente importanti sono i campi Identificativo che permette di riassemblare un datagramma frammentato, TTL (Time To Live) necessario per evitarne la persistenza indefinita sulla rete nel caso in cui non si riesca a recapitarlo al destinatario, Protocollo indica il protocollo di trasporto associato.

39 Struttura dell indirizzo IP E un numero composto da 32 bit IP binario: IP decimale: NOTA : con 8 bit si può al massimo rappresentare in decimale il numero 255

40 Struttura dell indirizzo IP Il Net-ID identifica la rete, mentre l'host-id identifica l'host all'interno della rete. L'indirizzo con i bit relativi alla parte di host posti a zero risulta essere l'indirizzo della rete in cui si trova l'host, mentre quello con i bit di host posti tutti a uno indica l'indirizzo broadcast di quella rete, cioè quello usato per inviare pacchetti a tutti gli host della rete. La separazione tra il blocco Net-ID e Host-ID avviene per mezzo della Subnet Mask. La SM è un numero binario di 32 bits, ovvero 4 byte separati da un punto. Ad esempio Notare che il blocco degli zeri segue il blocco degli uno senza mescolanza tra essi.

41 Esempio Esempio di calcolo dell indirizzo di rete, di broadcast e n di hosts possibili IP SM Indirizzo di rete: si fa l AND logico tra la rappresentazione binaria di IP e SM, otteniamo Tutti gli host appartenenti alla stessa rete logica devono avere lo stesso indirizzo di rete Indirizzo di broadcast: si fa l OR logico con il complemento della SM (molto più semplicemente si pongono a 1 tutti i bit della sezione Host-ID). Otteniamo Calcolo del n di hosts possibili: si contano gli n zeri della SM (in questo caso n=16); si fa 2 n -2. Nel nostro caso possiamo disporre di =65534 hosts nella nostra rete. Gli indirizzi IP disponibili andranno da quello immediatamente successivo all indirizzo di rete, cioè , a quello precedente all indirizzo di broadcast, cioè Esercizio: IP SM trovare i parametri di cui sopra

42 Classi di indirizzi IP Schema classico A B C D E 0 network id Host ID 10 network id Host ID 110 network id Host ID 1110 Multicast Address Unused at present

43 Classi di indirizzi IP Schema classico

44 Suddivisione degli indirizzi Indirizzi IP Pubblici Privati Sono unici al mondo in Internet e sono segnati da enti internazionali GARR / IANA Sono indirizzi autorizzati per le reti private; vengono eliminati in Internet

45 Indirizzi privati e per uso speciale Classe Subnet mask Indirizzo di partenza Indirizzo finale Funzione C IP privati B IP privati A IP privati A Indirizzi zero A Localhost loopback B Zeroconf C Benchmark

46 Subnetting La rigidità dello schema NetID-HostID proponeva classi A e B troppo grosse o classi C troppo piccole. Se un azienda doveva indirizzare 2000 hosts, necessitava di una classe B (65534 hosts), con uno spreco di oltre di indirizzi. Vi è stata quindi una grande richiesta di classi A e B (in gran parte già assegnate) e una relativamente bassa richiesta di classi C.

47 Subnetting Soluzione: dato un indirizzo di rete di qualsiasi classe, la lunghezza del prefisso (NetID) può essere estesa arbitrariamente, non deve più essere necessariamente un multiplo di 8 bit. Si ricava un campo SubnetID sfruttando una parte arbitrariamente lunga dell HostID Net Id Host Id Net Id Subnet Id Host Id

48 Terminologia NetID: porzione dell indirizzo la cui lunghezza è determinata dalla maschera della classe a cui l indirizzo appartiene. Es / , NetID = SubnetID: porzione di lunghezza variabile dell indirizzo che segue il NetID e la cui lunghezza è definita dalla differenza fra il prefisso e la lunghezza del NetID. Es / , la lunghezza del SubNetID è di 6 bit Indirizzo di Sottorete: l indirizzo ottenuto dalla concatenazione (NetID:SubnetID) ponendo nella rimanente parte HostID una sequenza di 0 e accompagnato dal prefisso Indirizzo di rete: sinonimo di Sottorete. Se il subnetting non è utilizzato allora SubnetID è nullo, e quindi l indirizzo di rete corrisponde al NetID Indirizzo dell host: la concatenazione (NetID:SubnetID:HostID)

49 Esempio Dato un indirizzo di CLASSE B applichiamo il subnetting per ottenere reti da circa 2000 host l una: indirizzo senza subnetting: maschera standard: ==>65534 indirizzi, [ , ] 2 11 = 2048, quindi useremo 11 bit per l HostID e 21 complessivi per il NetID-SubnetID ==> SM Il SubnetID è composto da 5 bit cioè 2 5 =32 subnet Indirizzo di subnet range di indirizzi [ ] [ ] [ ] [ ]

50 Indirizzamento senza classi - CIDR Problema: una rete di classe C corrisponde a 256 indirizzi IP Molte organizzazioni hanno bisogno di piu indirizzi Soluzione: assegnare ad una stessa organizzazione blocchi contigui di indirizzi in classe C Esempio: l organizzazione X riceve i tre blocchi contigui x, x e x 768 indirizzi disponibili Richiederebbe numerosi instradamenti diversi per raggiungere una rete

51 Indirizzamento senza classi -CIDR Come rappresentare il blocco di indirizzi assegnati? Informazioni necessarie: indirizzo + basso del blocco e No. Blocchi In pratica: CIDR non prevede che gli indirizzi di rete debbano necessariamente essere di classe C CIDR usa le seguenti informazioni: Valore a 32 bit dell indirizzo piu basso del blocco Maschera a 32 che funziona come una maschera di sottorete standard

52 Notazione CIDR Prefisso della rete + No. bit per il prefisso Esempio: per un blocco di indirizzi da a : /

53 IPv6 Con l'aumento del numero di dispositivi connessi ad Internet la capacità di indirizzamento della attuale versione (la numero 4) del protocollo IP (Internet Protocol) si sta rapidamente consumando; questo problema viene generalmente chiamato saturazione degli indirizzi IPv4. L'unica soluzione definitiva al problema è il passaggio agli indirizzi IPv6 la cui caratteristica principale è quella di essere implementato con 128 bit. IPv6 gestisce quindi (circa 3, ) indirizzi costituendo quindi una riserva pressoché illimitato. Gli IPv6 sono solitamente rappresentati con 8 gruppi di 4 cifre esadecimali del tipo 2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344 Sequenze di zeri contigui vengono rappresentati sinteticamente con una sequenza ::, ad esempio 2001:0db8:0000:0000:0000:8a2e:0370:7344 viene rappresentato così 2001:0db8::8a2e:0370:7344