Reti e sottoreti Componenti hardware per le reti Topologie di rete Rete con cavo UTP Tecnologie di rete Ethernet IEEE Token Ring IEEE 802.

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1 Reti e sottoreti LAN, MAN, WAN, PAN Nodi di rete, client e server NOS (Network Operating System) Reti Peer-to-Peer Componenti hardware per le reti Cablaggio Schede di rete (NIC-Network Interface Card) Hub, switch, ecc. Topologie di rete A bus A stella Ad anello Rete con cavo UTP Doppino ritorto non schermato con connettori RJ45. Tecnologie di rete Ethernet (10, 100 o 1000 Mbps) IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) Token Ring IEEE Ethernet Topologia logica a bus, topologia fisica a bus (cavo coassiale) o a stella (doppino ritorto e HUB). Metodo di accesso multiplo perché tutti i nodi utilizzano un unico cavo per comunicare. Un nodo deve ascoltare il bus per verificare che nessun altro nodo stia trasmettendo (carrier sensing). Quando due nodi cercano di trasmettere contemporaneamente, si verifica una collisione e tutt'e due le trasmissioni falliscono. I due nodi attendono entrambi un breve periodo di tempo random e poi riprovano a trasmettere. Il metodo di accesso di Ethernet è denominato CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Se il traffico di rete inizia a utilizzare più del 35% dell'ampiezza di banda, il numero di collisioni aumenta sensibilmente e la rete lavora con dei tempi di risposta più lenti. Per risolvere questo problema si può segmentare la rete utilizzando un bridge/switch. Numerazione Binaria/Esadecimale Calcolatrice di Windows 255 Dec Bin F F Hex Trama IEEE Il pacchetto ha una lunghezza variabile tra 64 e 1518 byte, in testa al pacchetto c'è un preambolo di 7 byte che serve alla stazione ricevente per sincronizzarsi sul clock di quella trasmittente. Il byte SFD (Start Frame Delimiter) codificato con la sequenza (D5) indica l'inizio del pacchetto. Il campo Destination Address contiene l'indirizzo MAC della stazione a cui è destinato il pacchetto. Il campo successivo contiene l'indirizzo della stazione che manda il pacchetto. ES 1 di 12

2 => = 64 Il campo Length indica il numero di byte contenuti nel campo Data. Il Pad viene appeso in coda al precedente campo solo se quest'ultimo è più corto di 46 byte e contiene un numero di ottetti calcolato in modo da garantire che venga rispettata la lunghezza minima del pacchetto (64 ottetti). Il campo FCS (Frame Check Sequence) contiene il valore di CRC (Cyclic redundancy code) calcolato in base ai campi precedenti. Non esiste un segnalatore di fine pacchetto, tale ruolo è assunto dallo spazio di tempo minimo tra i pacchetti (Inter Packet Gap) non minore di 9,6 µ s. Indirizzi MAC Gli indirizzi MAC (Media Access Control) sono lunghi 6 byte, si scrivono per convenzione in esadecimale e sono univoci a livello mondiale. Sono scritti in una ROM dal costruttore della scheda di rete. Si compongono da due parti di 3 byte: - i 3 byte più significativi indicano un codice assegnato al costruttore della scheda di rete (OUI Organization Unique Identifier), - i 3 byte meno significativi indicano una numerazione progressiva decisa dal costruttore e assegnata alla scheda. Per esempio l'oui B è assegnata alla Digital e lo C appartiene alla 3Com. Purtroppo ci sono dei problemi di non standardizzazione nell'indirizzamento a livello MAC tra e In il primo bit trasmesso sul filo è il meno significativo del primo byte, mentre in il primo bit trasmesso è il più significativo del primo byte. Analogamente i bit che compongono il byte in una di una rete Ethernet vengono trasmessi a partire da destra, cioè dal bit meno significativo, diversamente da quanto succede su una rete FDDI o Token Ring ES 2 di 12

3 Token Ring La topologia logica è ad anello e quella fisica a stella. (vedi figura con il MAU) Topologia fisica e topologia logica, topologie miste Una rete ad anello è quasi sempre configurata a stella dal punto di vista fisico e funziona come una rete ad anello dal punto di vista logico utilizzando un particolare HUB detto MAU (Multistation Access Unit) Il metodo di accesso è denominato passaggio del token (gettone). Il token è un segnale che circola costantemente lungo l'anello in una direzione. Se un nodo non ha dati da trasmettere, riceve il token e lo passa al nodo successivo. Se un nodo deve trasmettere aspetta il passaggio del token, ne prende il controllo e trasmette i dati. Mentre i dati circolano sull'anello, ogni nodo controlla se è il destinatario, se lo è scarica i dati. Con questo metodo di accesso non si verificano collisioni, ma può perdersi il token. Per risolvere questo problema un ES 3 di 12

4 nodo, denominato monitor attivo, controlla gli errori e rigenera i nuovi token. La tecnologia Token Ring viene scelta in ambienti di lavoro tipo fabbrica con dispositivi robotizzati (magazzini automatizzati, robot mobili, ecc.) collegati alla LAN, dove si deve garantire che ogni dispositivo abbia la stessa possibilità periodica di comunicare sulla rete in modo da assicurare la rilevazione immediata di ogni problema incontrato sui dispositivi. Tecnologie di rete più veloci Per supportare la trasmissione attraverso i cavi di enormi quantità di dati in tempo reale come immagini video e audio si utilizzano tecnologie di rete quali FDDI (Fiber Distributed Data Interface), Fast Giga Ethernet, ATM (Asyncronous Transfer Mode), ecc. Tipi di cavo Cavo coassiale Ethernet sottile (thinnet) 10Base2 RG-58, connettori BNC Cavo coassiale Ethernet spesso (thicknet) 10Base5, connettori AUI o DIX, cavo AUI Coppia ritorta schermata STP (cavo IBM tipo 1, utilizzato nelle reti Token Ring) Coppia ritorta non schermata UTP con connettori RJ-45 Cavi a fibra ottica (1 terabyte al secondo) Cablaggio non cablato (rete non cablata) Il cavo UTP di livello 3 supporta la rete Ethernet 10Base-T a 10Mbps. Il cavo UTP di livello 5, 6 può supportare il Fast Ethernet oltre 100Mbps. Il modello di riferimento OSI ISO/OSI International Standardization Organization/Open System Interconnect Il processo di comunicazione in rete è diviso in sette strati. Non sempre c'è corrispondenza tra il modello OSI e i vari protocolli, il gruppo di protocolli TCP/IP è stato sviluppato prima del modello OSI ed è costituito da un minor numero di strati. Il TCP/IP non specifica i primi due livelli. Il livello più basso è quello di rete (protocollo IP), poi quello di trasporto (protocollo TCP), per finire troviamo il livello degli applicativi (Telnet, FTP, SMTP per la posta elettronica, SNMP per la gestione dello stato degli apparati sulla rete, X-Window s/w client-server che permette ad un programma client di visualizzare dati grafici del display di un altro elaboratore Sicurezza che funge da server grafico. Non sempre Affidabilità c'è corrispondenza tra il modello OSI e i vari protocolli, il gruppo di protocolli TCP/IP è stato sviluppato prima del modello OSI ed è costituito da un minor TCP numero di strati. Il TCP/IP non specifica i primi due livelli. Il livello più basso è quello di rete (protocollo IP), poi quello di trasporto (protocollo TCP), per finire troviamo il livello degli applicativi (Telnet, FTP, SMTP per la posta IP elettronica, SNMP Router per la gestione dello stato degli apparati sulla rete, X-Window s/w client-server che permette ad un programma client di visualizzare dati grafici del display di un altro elaboratore che funge da server grafico. Campi, Switch Hub ES 4 di 12

5 Non sempre c'è corrispondenza tra il modello OSI e i vari protocolli, il gruppo di protocolli TCP/IP è stato sviluppato prima del modello OSI ed è costituito da un minor numero di strati. Il TCP/IP non specifica i primi due livelli. Il livello più basso è quello di rete (protocollo IP), poi quello di trasporto (protocollo TCP), per finire troviamo il livello degli applicativi (Telnet, FTP, SMTP per la posta elettronica, SNMP per la gestione dello stato degli apparati sulla rete, X-Window s/w client-server che permette ad un programma client di visualizzare dati grafici del display di un altro elaboratore che funge da server grafico. Router e gateway Se si devono connettere due reti (interoperabilità) che utilizzano tecnologie diverse, la soluzione è un router. Un router ha un indirizzo di nodo sulla rete. Il router è un gateway che esegue la traduzione fra due diverse tecnologie di rete. Il routing viene effettuato basandosi su una tabella statica o dinamica. Gateway è un termine generico per definire concetti differenti. In ogni caso sulle reti il gateway è sempre un traduttore. Si definisce gateway anche un dispositivo h/w o s/w che esegue la traduzione fra due diversi protocolli di rete. Gateway sono anche dei s/w che traducono i vari formati, per esempio i pacchetti di da CompuServe verso Internet e viceversa o SNA Server di Microsoft per connettere una rete di PC ai mainframe IBM attraverso un server gateway. Bridge e switch Il bridge è una sorta di ripetitore intelligente. Riceve, amplifica e trasmette i dati sulla rete, può collegare due segmenti di rete che utilizzano cavi di tipo diverso, può migliorare le prestazioni e la sicurezza (contro gli sniffer) di una rete, suddividendola in diversi segmenti e riducendone il traffico. L'unica eccezione è il traffico di tipo broadcast (destinato a tutte le macchine presenti sulla rete) o multicast (trame che non hanno un destinatario conosciuto). Il bridge è stato un precursore dello switch (bridge veloce). Regolano il passaggio delle trame tra diversi segmenti di rete sulla base dell'indirizzo di destinazione contenuto nelle trame stesse. Il bridge (switch) legge l'indirizzo di provenienza di tutte le trame in transito e costruisce una tabella (forwarding table - tabella di instradamento) che descrive la posizione di ogni singola macchina all'interno della rete (segmento per segmento) ES 5 di 12

6 La differenza tra un bridge e uno switch è che quest'ultimo esegue le varie elaborazioni in hardware e quindi rallenta meno il traffico tra i segmenti. Indirizzamento IP L'indirizzamento IP è alla base del processo di instradamento dei messaggi sulla rete.. Gli indirizzi IP, univoci su tutta la rete, sono lunghi 32 bit (4 byte) e sono rappresentati da 4 valori decimali separati dal punto. Per esempio: (notazione dotted decimal) Agli indirizzi IP si associano per comodità uno o più nomi che possono essere definiti localmente in un file "hosts" del tipo: PC01A PC02A PC03A4 FileServer PC04A4 Questo sistema non è più utilizzabile se la rete cresce di dimensione, allora si utilizza un database distribuito per la gestione dei nomi (DNS). Gli indirizzi IP comprendono 2 o 3 parti. La prima indica l'indirizzo della rete (network), la seconda (se c'è) quello della sottorete (subnet) e la terza quello dell'host. NB non sono i nodi di rete ad avere un indirizzo IP, ma le interfacce (schede di rete), quindi se una macchina (nodo) ha due schede di rete avrà due indirizzi IP. Per esempio i router hanno più di una interfaccia. Gli indirizzi IP sono assegnati da un'unica autorità e quindi sono garantiti univoci in tutto il mondo. In Italia questa autorità è il GARR. Questi indirizzi sono suddivisi in 5 classi: Classe A: sono poche reti di dimensioni molto grandi. I bit che indicano la rete sono 7 e quelli che indicano l'host 24, quindi ci sono al massimo 128 reti di classe A, ciascuna con circa 16 milioni di possibili host.. Il primo numero è compreso tra 0 e 127. ES 6 di 12

7 Classe B: 14 bit indicano la rete e 16 indicano l'host, quindi ci sono circa reti di classe B, ciascuna con indirizzi. Il primo numero va da 128 a 191. Classe C: 21 bit per la rete e 8 per gli host, quindi 2 milioni di reti di classe C con 256 indirizzi ciascuna. Il primo campo va da 192 a 223. Classe D: per applicazioni multicast. Il primo campo va da 224 a 239 Classe E: indirizzi riservati per usi futuri. Il primo campo va da 240 a 255. La parte host può essere ulteriormente divisa in subnet e host. L'ampiezza del campo di subnet può essere definita in modo molto flessibile tramite la netmask. ES 7 di 12

8 La netmask contiene bit a uno in corrispondenza dei campi network e subnet, e a zero in corrispondenza del campo host. Per esempio una netmask del tipo: corrispondente a: indica che il camp o host coincide con l'ultimo byte dell'indirizzo All'interno di una sottorete la netmask deve essere univoca. La netmask viene messa in AND bit a bit con gli indirizzi IP per estrarre la parte network e subnet. Con questo procedimento è possibile verificare se due indirizzi appartengono alla stessa subnet. Esempio: netmask IP IP Mettendo in AND bit a bit gli indirizzi con la netmask si ottiene in entrambi i casi , quindi i due IP appartengono alla stessa subnet (sottorete). Altri due indirizzi come: e danno come risultato: e e quindi non appartengono alla stessa sottorete. L'importanza di capire se due IP appartengono alla stessa subnet è fondamentale in quanto il primo livello di routing è implicito nella corrispondenza fissata in TCP/IP tra reti fisiche e subnet. ES 8 di 12

9 Router Switch Il bridge/switch collega reti Ethernet appartenenti alla stessa subnet (11.1) Il router collega reti Ethernet appartenenti a subnet diverse (11.1 e 11.2), quindi il router ha due indirizzi IP diversi, uno per la subnet 11.2 ( ) e uno per la subnet 11.1 ( ) ES 9 di 12

10 La network di classe B è stata partizionata in 256 subnet ciascuna da 256 indirizzi. Sono utilizzate le 5 subnet: , , , e , Di queste 5 subnet, due corrispondono a reti Ethernet, una ad una rete FDDI, e due a canali geografici di tipo punto-punto (la e la ) Non esiste il concetto di collegare direttamente due router, il collegamento avviene sempre tramite subnet, eventualmente di tipo punto-punto e quindi formata da due soli indirizzi. I router hanno tanti indirizzi quante sono le interfacce e quindi le subnet che collegano. Il router R5 deve avere una tabella di instradamento che comprenda una entry per tutte le subnet cui il router non è direttamente collegato ( , e ) Subnet di destinazione Indirizzo del router cui inviare il pacchetto La tabella di instradamento può essere creata manualmente con comandi del tipo: route add Bisogna definire per ogni host quale sia il suo router di default con comandi del tipo: route add default dato sul nodo H4 stesso Quando H4 deve trasmettere un pacchetto, prima verifica se il pacchetto è destinato ad un nodo appartenente alla sua stessa subnet. In caso contrario manda il pacchetto al suo router di default (R1) che provvederà a instradarlo. ES 10 di 12

11 Indirizzo di sottorete Indirizzo IP AND Netmask es AND =========== Indirizzo dell'host IP address AND NOT Netmask es AND =========== Indirizzo di broadcast Indirizzo di sottorete OR NOT Netmask es OR =========== Con maschera gli ip disponibili vanno da 0 => 255 (0 indica la rete stessa, 255 indica l indirizzo di broadcast per la trasmissione dei pacchetti a tutte le macchine della rete) quindi rimangono utilizzabili 254 indirizzi. Range per le reti private (lan) Netmask => Classe A => Classe B => Classe C APIPA (Automatic Private IP Addressing - Microsoft) Range acquistato da Microsoft per il collegamento diretto tra pc Windows(da Windows 2000 in poi) => Classe B ES 11 di 12

12 Multicast => Classe D (trame che non hanno un destinatario conosciuto). Altro modo per indicare la netmask: IP Classe B Subnet Mask default nel mondo Unix/Linux viene indicato come /16, dove 16 indica il numero di bit a 1 della netmask es /19 (16+3) corrisponde a una subnet mask i bit a 1 sono sempre raggruppati sulla sinistra del gruppo di 8, in questo caso ( ) (non ci sono subnet mask con gruppi tipo ) Regola: l'ultimo bit a 1 ha peso 32 quindi questa subnetmask consente 32 numeri IP Esempio Telecom indirizzi IP > 27 (NL) subnet mask oppure IP/30 (64 sottoreti da 4 numeri) (quattro indirizzi) ci sono quattro indirizzi disponibili, il 24 è l'indirizzo di rete, il 27 è il broadcast, gli indirizzi IP utilizzabili sono solo 2, il 25 e il 26 che vengono utilizzati dal router e dal server. Esercizio Calcolo delle sottoreti subnetting maschera n. host n. sottoreti ES 12 di 12