Organizzazione della lezione

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1 Laboratorio Reti di Calcolatori (A.A ) Delfina Malandrino Organizzazione della lezione 2 Struttura del corso Alcune informazioni ioni di carattere pratico 1

2 Finalità del corso 3 Dare un quadro del funzionamento delle reti di telecomunicazioni descrivendone i principi p fondamentali, le tecnologie, le architetture ed i protocolli Illustrare dettagliatamente i protocolli della suite TCP/IP alla base del funzionamento di Internet Introdurre alla progettazione di applicazioni client/server su rete Libri di testo 4 Parte pratica Unix Network Programming Stevens (ed altri) ADDISON WESLEY, ISBN

3 Sito Web 5 Materiale didattico Codice Slide Informazioni Programma Libri Calendario Annunci Esami Date Prenotazioni (sulla piattaforma di Facoltà) Programma 6 GENERALE Parte Teorica Canali di trasmissione Codifica Controllo errori Multiplexing Reti a commutazione di pacchetto e di circuito INTERNET Indirizzamento TCP/IP Routing DNS Applicazioni OT GEN Parte Pratica Programmazione su rete Socket TCP Socket UDP I/O multiplexing (select) Applicazioni client-server Programmazione in laboratorio 3

4 Protocolli di Rete 7 Rete di computer Due o più calcolatori l it interconnessii tramite una rete di comunicazioni Concetti fondamentali Protocolli Architettura protocollare Protocolli di Rete 8 Protocollo Insieme di regole utilizzate dalle due entità ià per scambiarsi informazioni Specifica cosa deve essere comunicato, in che modo e quando Application protocol 4

5 Protocolli di Rete 9 Una caratteristica comune dei protocolli di rete è il loro essere strutturati in livelli sovrapposti Il livello superiore esegue richieste al livello sottostante I livelli uguali su macchine diverse conversano tramite lo stesso protocollo. Vantaggi La progettazione di uno strato deve esaminare solo alcuni aspetti del problema Ogni strato non dipende dall'implementazione degli altri strati Ogni strato fornisce servizi comuni a tutte le funzioni dello strato superiore Protocolli di Rete 10 Host 1 Web Client Dati TCP TCP Dati IP Application Protocol TCP Protocol IP Protocol Web Server Dati TCP TCP Dati IP Host 2 IP TCP Dati Ethernet Driver IP TCP Dati Ethernet Protocol Ethernet Driver Flusso di dati fra client e server 5

6 Livelli di TCP/IP 11 Livello delle applicazioni Livello di trasporto Livello di internetworking (rete) Livello di accesso alla rete (collegamento) Livello fisico TCP/IP: Livello fisico 12 Coinvolge direttamente i mezzi di trasmissione rappresentano quella parte della rete che connette fisicamente tutti i nodi della rete Comprende l interfaccia fisica fra il dispositivo di trasmissione dei dati (calcolatore) ed il mezzo trasmissivo o la rete. I dati nello strato di collegamento sono sequenze di bit, lo strato fisico si occupa di trasformare il flusso di 0 ed 1 in segnali elettromagnetici Definisce Caratteristiche del mezzo trasmissivo Natura dei segnali Tassi di trasmissione Schema di codifica dei dati Altri dettagli relativi alla trasmissione Doppino, cavo coassiale, fibra ottica, WiFi, WiMax 6

7 TCP/IP: Livello di accesso alla rete 13 Descrive lo scambio di dati (frame) tra un nodo e la rete a cui è collegato. Il software specifico utilizzato a questo livello dipende dal tipo di rete che si utilizza Standard diversi per la commutazione di circuito, di pacchetto (X.25) per le LAN (Ethernet) Definisce Modalità di individuazione del destinatario Il nodo sorgente fornisce l indirizzo di rete della destinazione Conversione da indirizzo Internet a indirizzo scheda Ethernet Comprende funzioni di controllo dell errore (CRC) Ethernet, PPP, ARP, Token Ring, FDDI, WiFi, WiMAx TCP/IP: livello di internetworking 14 Permette la trasmissione di pacchetti da un nodo mittente ad un nodo destinazione Commutazione di pacchetto Trasmissione non affidabile Mentre lo strato di collegamento permette il trasferimento fra 2 nodi direttamente connessi, lo strato di rete gestisce anche il trasferimento da una rete ad un altra Definisce Formato dei pacchetti Sistema di indirizzamento globale Meccanismo di istradamento dei pacchetti Determinare il percorso per il trasferimento dei dati attraverso la rete Tabelle di routing 7

8 TCP/IP: Livello di trasporto 15 Permette la comunicazione fra un processo mittente ed un processo destinatario Processo: programma in esecuzione su un nodo della rete Servizi offerti: Servizio orientato alla connessione Stabilisce una connessione persistente verso l host di destinazione Corretto ordine di consegna Poiché i pacchetti seguono o percorsi diversi attraverso ave la rete e non vi è garanzia che i dati arrivino nello stesso ordine in cui sono stati spediti Consegna affidabile Controllo che tutti i dati inviati siano stati ricevuti. Se i pacchetti vengono persi il protocollo di trasporto si occupa di ritrasmetterli TCP/IP: Livello di trasporto 16 Controllo del flusso Host con prestazioni i differenti, i per cui si richiede di abbassare il tasso di trasmissione al fine di poter gestire le informazioni in ingresso Controllo della congestione Il protocollo è in grado di rilevare uno stato di congestione e adattare pertanto la velocità di trasmissione Multiplexing Il protocollo permette di stabilire diverse connessioni contemporanee tra gli stessi 2 host usando l astrazione delle porte TCP, UDP 8

9 TCP/IP: Livello delle applicazioni 17 Contiene la logica necessaria per supportare le varie applicazioni ioni utente Modulo distinto per ciascuna applicazione Interfaccia con l utente finale Fornisce vari servizi di rete Login remoto (TELNET, SSH) Trasferimento file (FTP) Posta elettronica Web TCP 18 TCP fornisce un servizio di trasporto affidabile orientato alla connessione Basato sul servizio non connesso e inaffidabile di IP TCP consegna alla destinazione una sequenza (stream) di byte identica a quella che il mittente ha prodotto Protocollo dello strato di trasporto Aggiunge ad IP la possibilità di specificare le porte dei processi sorgente e destinazione 9

10 UDP 19 Fornisce un servizio di trasporto datagram- oriented Non connesso e inaffidabile Stesso servizio fornito da IP Utilizzato da applicazioni che mirano soprattutto all efficienza (es. DNS) Protocollo dello strato t di trasportot Aggiunge ad IP la possibilità di specificare le porte dei processi sorgente e destinazione Programmazione su rete 20 Obiettivo Introdurre alla progettazione di applicazioni client/server su rete 10

11 Programmazione su rete 21 Le applicazioni di rete consistono di diverse componenti, in esecuzione su macchine differenti (in generale), che operano in modo indipendente e che possono scambiare informazioni. Le applicazioni sono processi comunicanti e distribuiti La comunicazione avviene utilizzando i servizi offerti dal sottosistema di comunicazione Comunicazione a scambio di messaggi. La cooperazione può essere implementata secondo vari modelli. Modello più diffuso: client/server Modello Client-Server 22 Client: E l applicazione che richiede il servizio Inizia il contatto con il server Server: Application Protocol E l applicazione che fornisce il servizio richiesto. Attende di essere contattato dal client Come fa un applicazione ad identificare in rete l altra applicazione con la quale vuole comunicare? Indirizzo IP dell host su cui è in esecuzione l altra applicazione Numero di porta L host ricevente può così determinare a quale applicazione locale deve essere consegnato il messaggio 11

12 Server concorrenti ed iterativi 23 Server iterativo Gestisce una richiesta ihi client per volta Server ricorsivo Gestisce più richieste client contemporaneamente Creato processo/thread di servizio in grado di gestire la richiesta client. Numeri di Porta 24 In un determinato istante più processi possono usare i livelli di trasporto TCP o UDP Quando un client vuole comunicare con un server deve identificare univocamente il server Sono necessari due livelli di indirizzamento ogni macchina sulla rete deve avere un indirizzo che la individui univocamente ogni applicazione su ogni macchina (multitasking) deve avere un indirizzo che la individui univocamente Well-known ports 21 per FTP 80 per Web server 12

13 Numeri di Porta 25 I client usano le porte effimere o short-lived ports. Assegnate automaticamente dal protocollo di trasporto del client I client non devono preoccuparsi del valore delle porte effimere Il protocollo di trasporto ne garantisce l unicità Identificare una connessione 26 Una porta viene assegnata ad un servizio, ma in caso di multitasking potrebbero esserci più processi server attivi per lo stesso servizio Le richieste di un client devono essere consegnate al processo server corretto Soluzione: Usare sia le informazioni del server che le informazioni del client per indirizzare i pacchetti TCP e UDP usano 4 informazioni per identificare una connessione Indirizzo IP del server Numero di porta del servizio lato server Indirizzo IP del client Numero di porta del servizio lato client 13

14 Connessioni ed Endpoints 27 Un endpoint è una coppia (indirizzo IP, porta) Una connessione è una coppia di endpoints (endpoint sorgente, endpoint destinazione) Endpoints e server concorrenti 28 Considerato un server concorrente che genera un nuovo processo figlio per ogni richiesta client Cosa succede se il processo figlio continua ad usare una well-known port number mentre sta servendo una richiesta abbastanza lunga? Foreign address o endpoint destinazione Server {*:21, *:*} Server in ascolto sulla porta 21 14

15 Endpoints e server concorrenti 29 Un client è in esecuzione sull host con IP ed esegue una connessione all indirizzo Assumiamo che la porta effimera sia Client { :1500, :21} Richiesta a , porta Server {*:21, *:*} Endpoints e server concorrenti 30 Quando il server riceve ed accetta la connessione client, crea un processo figlio per gestire la richiesta Client { :1500, :21} Server {*:21, *:*} fork Server (child) { :21, :1500} 15

16 Endpoints e server concorrenti 31 Un nuovo client effettua una richiesta allo stesso server Client1 { :1500, :21} Client2 { :1501, :21} Server {*:21, *:*} Server (child1) { :21, :1500} Server (child2) { :21, :1501} fork Interazione livello applicativo-trasporto 32 Le applicazioni client e server utilizzano TCP o UDP come protocollo di trasporto Il software di gestione del protocollo di trasporto si trova all interno del sistema operativo Il software dell applicazione si trova all esterno del sistema operativo Per poter comunicare 2 applicazioni devono interagire con i rispettivi sistemi operativi. Ogni applicazione deve chiedere al suo SO di inviare o ricevere dati tramite la rete. Come??? 16

17 33 API Socket Si utilizza un meccanismo che svolge il ruolo di interfaccia i fra il Sistema Operativo e l applicazione li i di rete: Application Programming Interface (API) Insieme delle funzioni che possono essere invocate per effettuare chiamate di sistema Le interfacce delle funzioni sono indipendenti dalla piattaforma La più diffusa è la Berkeley Sockets. API Socket di Berkeley 34 Si utilizza un meccanismo che svolge il ruolo di interfaccia fra il Sistema Operativo e l applicazione di rete: Interazione con il SO realizzata mediante l invocazione di chiamate di sistema 17