Le reti di calcolatori

Transcript

1 Moreno Marzolla Dipartimento di Informatica Scienza e Ingegneria (DISI) Università di Bologna

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3 Ringraziamenti Prof. Gabriele D'Angelo, Università di Bologna 3

4 Rete di calcolatori Una rete di calcolatori è un insieme di nodi collegati mediante mezzi di trasmissione dati che consentono lo scambio di informazioni 4

5 Reti a commutazione di circuito Le prime reti di comunicazione sono state le reti telefoniche Una chiamata telefonica stabilisce una connessione diretta tra chiamante e ricevente I sistemi telefonici (commutatori meccanici o elettronici) selezionano specifiche linee telefoniche, o circuiti, connessi in modo da creare un unico collegamento tra chiamante e ricevente Una volta che la linea è stata creata, i dati (voce) vengono trasmessi "JT Switchboard 770x540" by Joseph A. Carr Licensed under Attribution via Commons _770x540.jpg#/media/File:JT_Switchboard_770x540.jpg 5

6 Reti a commutazione di circuito Commutatore Chiamante Ricevente 6

7 Problemi La commutazione di circuito funziona bene per chiamate telefoniche Non funziona altrettanto bene per i dati Stabilire una connessione punto-punto per ogni coppia trasmittente-ricevente su reti di grandi dimensioni è complesso e poco efficiente Le linee dei commutatori rimangono impegnate durante l'intera durata della trasmissione Internet utilizza un meccanismo diverso, detto a commutazione di pacchetto 7

8 Commutazione di pacchetto I messaggi vengono suddivisi in pacchetti di dimensione limitata Ogni pacchetto viene instradato verso il destinatario, attraverso nodi intermedi Ogni nodo intermedio riceve un pacchetto e lo ritrasmette al nodo successivo (store-and-forward) Ciascun pacchetto può prendere strade diverse dagli altri Il destinatario riceve i pacchetti e li riassembla 8

9 Commutazione di pacchetto Mittente Destinatario Messaggio Nodo di instradamento (router) 9

10 Commutazione di pacchetto Mittente Destinatario Mes sa gg io Nodo di instradamento (router) 10

11 Commutazione di pacchetto sa io Mittente Destinatario Mes gg Nodo di instradamento (router) 11

12 Commutazione di pacchetto Mittente Destinatario Nodo di instradamento (router) Mes sa gg io 12

13 Commutazione di pacchetto Mittente Destinatario Nodo di instradamento (router) Messaggio 13

14 Vantaggi della commutazione di pacchetto Messaggi di grandi dimensioni vengono suddivisi in pacchetti più corti facilmente gestibili I pacchetti possono viaggiare su percorsi differenti, bilanciando il traffico sulla rete La ritrasmissione di un singolo pacchetto perso o danneggiato è preferibile alla ritrasmissione dell'intero messaggio 14

15 Problemi da risolvere Come faccio a identificare ogni nodo della rete? Come faccio a consentire a programmi diversi in esecuzione su nodi diversi di interagire tra loro? Cosa succede se qualche pacchetto viene perso? Cosa succede se qualche pacchetto viene duplicato? Cosa succede se i pacchetti arrivano al destinatario in ordine diverso dall'ordine di spedizione?... 15

16 Architettura TCP/IP Protocolli a livello applicazione TCP UDP IP Scheda di rete e relativo driver 16

17 Livello Hardware Protocolli a livello applicazione TCP UDP Gestisce la comunicazione tra due macchine collegate direttamente mediante un opportuno canale IP Scheda di rete e relativo driver Impulsi elettrici su filo di rame, impulsi luminosi su fibra ottica, onde radio... Problemi affrontati Come rappresento sequenze di bit con il segnale analogico? Come gestisco errori dovuti a interferenze o collisioni? 17

18 Livello Internet Protocolli a livello applicazione TCP UDP IP Scheda di rete e relativo driver Comunicazione orientata a pacchetti tra due nodi non necessariamente collegati direttamente Problemi affrontati: Instradamento (routing) Identificazione univoca dei nodi della rete 18

19 Livello Trasporto Protocolli a livello applicazione TCP UDP IP Scheda di rete e relativo driver Transmission Control Protocol (TCP) Comunicazione affidabile ed efficiente basata su un flusso di byte tra processi (programmi in esecuzione) Problemi affrontati Gestione pacchetti persi / duplicati / riordinati durante il tragitto Identificazione di processi in esecuzione sullo stesso nodo 19

20 Livello Trasporto Protocolli a livello applicazione UDP TCP IP Scheda di rete e relativo driver User Datagram Protocol (UDP) Comunicazione non affidabile basata su un pacchetti tra processi (programmi in esecuzione) Simile a IP, ma tra processi anziché tra host I pacchetti possono essere persi, arrivare in ordine arbitrario, ecc. Usato in applicazioni che "tollerano" errori di comunicazione, es., videoconferenza, streaming audio... 20

21 Livello Applicazione Protocolli a livello applicazione TCP UDP IP Protocolli di comunicazione utilizzati dalle applicazioni Scheda di rete e relativo driver SMTP/POP/IMAP (Posta Elettronica) HTTP (Web) Bittorrent... 21

22 IP Il protocollo IP definisce le regole di base per la comunicazione tra due nodi (host) connessi alla rete Comunicazione orientata a pacchetti Comunicazione non affidabile: i pacchetti (datagram) possono essere persi, duplicati, ecc. La comunicazione è tra due host (esempio, due PC). IP (da solo) non distingue tra applicazioni diverse in esecuzione sullo stesso host IP definisce le regole per l'instradamento dei pacchetti nella rete per l'uso di indirizzi univoci assegnati a ciascun nodo della rete 22

23 IP Mittente Destinatario Internet 1 Pacchetto fuori ordine Pacchetto duplicato Pacchetto perso 23

24 TCP Il protocollo TCP si basa su IP, e definisce meccanismi per realizzare una comunicazione affidabile ed efficiente tra due processi in esecuzione su due host Affidabile: pacchetti persi o danneggiati vengono ritrasmessi Efficiente: ridurre la congestione nei nodi intermedi TCP fornisce l'illusione di un canale di comunicazione (un tubo ) che collega due processi I dati arrivano nello stesso ordine con cui sono spediti Vengono corretti eventuali problemi legati a pacchetti IP persi o duplicati 24

25 P1 TCP Processo P2 P3 Host P6 P7 Internet P4 P8 P5 25

26 Idea L'uso di numeri di sequenza (sequence numbers) aiuta il destinatario a capire quali pacchetti mancano, quali sono duplicati, e a gestire quelli ricevuti fuori ordine Rete

27 Gli indirizzi IPv4 Ogni nodo collegato alla rete si chiama host Gli indirizzi IPv4 sono composti da 4 blocchi; ogni blocco è un numero intero compreso tra 0 e 255 PC, smartphone, smart TV, router,... Es Quindi un indirizzo IPv4 può essere codificato con 32 bit, suddivisi in 4 numeri di 8 bit Ciascun host collegato a Internet deve avere un indirizzo IP Domanda: quanti indirizzi IPv4 distinti possono esistere? 27

28 Risposta Al massimo = 232 = In realtà sono di meno, perché certi intervalli di indirizzi sono riservati Esempio: 10.x.x.x denota un indirizzo IPv4 privato, che non può identificare un host raggiungibile dalla rete Internet pubblica 28

29 Quale è il mio indirizzo IP? Usando Windows XP, File Programs Accessories Command Prompt All'interno della finestra che si apre, digitare ipconfig e premere Invio 29

30 Gli indirizzi IPv6 Gli indirizzi IPv4 stanno per finire... Per tale ragione è stato sviluppato un nuovo protocollo (IPv6) con un nuovo schema di numerazione Indirizzi di 16 byte = 128 bit Ci sono in tutto circa possibili indirizzi IPv6 Vuol dire indirizzi IPv6 per metro quadro di superficie terrestre, oceani inclusi! 30

31 I nomi di dominio Lavorare con i numeri può andare bene per i calcolatori, meno per gli utenti umani Per questa ragione, al posto dei numeri si usano i nomi di dominio Es.: corrisponde a Un nome di dominio è costituito da sequenze di caratteri separati da punti I nomi vengono tradotti in numeri da server chiamati Domain Name Server (DNS) 31

32 Tradurre nomi di dominio in indirizzi IP Si può usare il comando nslookup nome_host Esempio: A quale indirizzo IP corrisponde 32

33 Banda e Latenza Banda Latenza Quantità di dati che possono essere trasferiti attraverso un canale di comunicazione in una unità di tempo Si misura in B/s (KB/s, MB/s, GB/s...) Tempo che passa dall'invio di un dato alla sua ricezione Si misura in secondi (millisecondi, ) Esempio Banda 512B/s Latenza 2s 42

34 Esempio Spediamo una microsd da 1GB (= 230 Byte = circa di Byte) tramite piccione viaggiatore Un piccione viaggiatore, con buone condizioni meteo, riesce a viaggiare alla velocità di 70km/h Calcolare la latenza e la banda di un piccione viaggiatore che consegna 1GB a 140km di distanza 43

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36 Domanda Mittente È dato un canale con banda 1 MB/s (= B/s) e latenza 20 ms (= s) Vogliamo trasferire 100 KB (= B) Quanto tempo passa dall'inizio della trasmissione alla completa ricezione da parte del destinatario (x)? Destinatario a x b Tempo 45

37 Il protocollo HTTP Hyper Text Transfer Protocol (HTTP) Principalmente utilizzato dai browser per collegarsi ai server Web e richiedere risorse Nella pila di protocolli TCP/IP si colloca a livello applicazione Pagine HTML, immagini, video, file binari, Caratteristiche: Protocollo client-server In HTTP esistono due ruoli: il client (di solito, il vostro browser) attiva la connessione e invia le richieste. Il server accetta la connessione e risponde alla richiesta Protocollo generico E' un protocollo di trasporto: può essere usato per richiedere pagine HTML, file binari, immagini... 47

38 Client (browser) Server Web Apertura di una connessione TCP verso il processo server in esecuzione su GET /index.html index.html GET /logo.png GET /banner.png logo.png banner.png GET /photo.jpg photo.jpg Chiusura della connessione TCP... 48

39 Posta Elettronica ( ) Consente di trasferire messaggi da un host ad un altro I messaggi possono includere testo, ma anche allegati di qualsiasi tipo (suoni, immagini, filmati...) 52

40 La catena dell'invio / ricezione della posta elettronica Mittente pippo@abc.com Server di posta del dominio abc.com 1 Protocollo SMTP Server di posta del dominio xyz.com 2 Protocollo SMTP. Destinatario pluto@xyz.com 3 Protocollo POP oppure IMAP 54

41 Simple Mail Transport Protocol (SMTP) Protocollo utilizzato dal mittente per comunicare col proprio server di posta in uscita, quando vuole spedire un nuovo messaggio 55

42 SMTP HELO abc.com 250 multivac.localdomain Hello localhost.localdomain [ ], pleased to meet you MAIL FROM: Sender ok RCPT TO: Recipient ok (will queue) DATA 354 Enter mail, end with "." on a line by itself From: <pippo@abc.com> To: <pluto@xyz.com> Subject: Questa e' una prova Questo e' il testo del messaggio. Non c'e' molto da dire, in verita'... A presto i0uhcm Message accepted for delivery QUIT multivac.localdomain closing connection 56

43 Post Office Protocol (POP) È uno dei protocolli che il destinatario può utilizzare per recuperare i messaggi I messaggi vengono trasferiti dal server di posta del destinatario al PC del destinatario usando il protocollo POP Una volta sul PC del destinatario, i messaggi possono essere letti da un apposito programma (Thunderbird, Outlook, OSX Mail.app...) Tramite POP è possibile chiedere al server di posta di: Recuperare la posta e in seguito cancellarla dal server Recuperare la posta senza cancellarla Vedere se ci sono nuovi messaggi 57

44 Internet Message Access Protocol (IMAP) È il protocollo che ha rimpiazzato POP per la lettura dei messaggi Con IMAP è possibile chiedere al server di scaricare solo alcuni messaggi, anziché tutti È possibile scaricare solo l'intestazione e il mittente di un messaggio (evito così di trasferire il corpo di messaggi che non mi interessano) IMAP consente di creare cartelle sul server di posta per tenere ordinati i messaggi 58

45 Alcune tristi verità sulla posta elettronica A meno di non prendere opportune precauzioni (crittografia, firma digitale) non possiamo essere sicuri dell'identità del mittente non possiamo essere sicuri che i messaggi vengano letti solo dal destinatario non possiamo essere sicuri che i messaggi non siano stati alterati durante il tragitto mittente destinatario Quindi: Trattate ogni mail con sospetto MAI fornire dati sensibili via mail (esempio, password, numeri di carta di credito, codice fiscale...) 59

46 Idee chiave Reti a commutazione di circuito vs reti a commutazione di pacchetto Stack di protocolli Indirizzi IP HTTP, SMTP, POP, IMAP Banda e latenza 60