Una internet è l'insieme di più reti reti distinte collegate tramite gateway

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1 Rete di comunicazione : Introduzione Autunno 2002 Prof. Roberto De Prisco Una rete di comunicazione è un insieme di computer che possono comunicare È inefficiente collegare direttamente ogni coppia di computer Sono collegati in modo tale che ogni coppia può comunicare magari passando per altri computer Esistono varie tecnologie Una singola rete può coprire un area limitata Necessità di collegare più reti Interrete, rete di reti Università degli studi di Salerno Laurea e Diploma in Informatica Rete è usato anche per indicare una interrete Tipologie di Reti 01.3 Eterogeneità delle reti 01.4 Esistono numerose tipologie di reti Dimensione della rete Numero di host connessi LAN Local Area Network MAN Metropolitan Area Network WAN Wide Area Network Differenze dovute a necessità specifiche Collegamento all interno di un edificio Collegamento transoceanico Reti ad alta velocità Utilizzano tecnologie hardware e modalità di trasmissione differenti Scelte di carattere economico Dispositivi collegati a reti diverse non possono comunicare direttamente Comunicazione universale 01.5 Internetworking 01.6 L'utente richiede un servizio di comunicazione universale Connessione con un altro utente indipendentemente dal tipo di rete e dal tipo di software utilizzato L internetworking definisce un modello astratto di rete di comunicazione Tutti gli utenti operano usando lo stesso modello È implementato via software a livello di applicazione (obsoleto) a livello di rete Una internet è l'insieme di più reti reti distinte collegate tramite gateway Vantaggi il software di rete rende trasparente all'utente le differenze tra le reti fisiche Il software applicativo è indipendente dalla tecnologia hardware utilizzata (lo stesso programma può essere usato su una LAN e su una WAN) 1

2 Gateway e router 01.7 Esempio di interrete di calcolatori 01.8 Il gateway (router) è un dispositivo con due o più interfacce di rete Collega due reti fisiche distinte Traduce i pacchetti dal formato di una rete in quello dell altra Altre operazioni del gateway Indirizza i pacchetti verso la loro destinazione Acquisisce informazioni sulla topologia dell internet Client SUN Server Linux o Windows Gateway Linux Rete Gateway Windows2000 Client Windows 2000 Client Windows 98 Client Linux Standard per internetworking 01.9 Standard e sistemi aperti Standard regole che definiscono come un dispositivo si interfaccia con il mondo esterno dalla forma fisica al significato dei messaggi scambiati Standard proprietario i dispositivi di una marca possono comunicare solo con dispositivi della stessa marca SISTEMI CHIUSI Definiti da organizzazioni internazionali largamente riconosciute come imparziali processo di definizione "a maggioranza" Vantaggi degli standard aperti i membri dell'organizzazione si impegnano ad accettarli dispositivi diversi possono comunicare Svantaggi il processo è lento ci sono troppi standard Organizzazioni di Standard Internet ISO (International Standard Organizzation) Ha sviluppato OSI (Open System Interconnection) modello di riferimento per l'intera architettura di un sistema aperto Internet Society responsabile dello sviluppo e della pubblicazione degli standard relativi a Internet IEEE Ha definito lo standard IEEE 802 per le reti locali Con la I maiuscola È la più famosa delle internet Basata sugli standard definiti dalla Internet Society Collega reti in tutte le parti del mondo Ogni dispositivo che vuole collegarsi a Internet deve utilizzare i suoi standard Ogni azienda può implementare liberamente gli standard dell Internet Society 2

3 Intranet ed Extranet Astrazione L enorme diffusione di Internet ha spinto ad utilizzare i suoi standard anche in altri ambiti Soprattutto perché ogni singola rete può essere talmente complessa da avere gli stessi problemi già risolti per Internet Una rete di comunicazione deve consentire lo scambio di dati tra due processi attivi su macchine diverse comunicazione tra applicazioni comunicazione tra calcolatori comunicazione tra dispositivi fisici Intranet Rete che collega i dispositivi di un azienda Extranet Rete che collega un azienda ed i suoi partner (clienti e fornitori) Struttura di una rete Modello di progettazione La rete è organizzata a strati (livelli) sovrapposti uno strato definisce un'astrazione di una parte del sottosistema di comunicazioni ogni strato è costruito sugli strati inferiori Vantaggi la progettazione di uno strato deve esaminare solo un aspetto del problema L implementazione di uno strato non dipende dall'implementazione degli altri stati Servizi e protocolli Architettura di uno strato Uno strato fornisce servizi allo strato superiore Nascondendo i dettagli dell implementazione Un strato utilizza I servizi dello strato inferiore La collaborazione dello strato equivalente (peer) del nodo destinatario Protocollo Un insieme di regole per gestire la comunicazione tra strati equivalenti 3

4 Architettura a strati Modello semplificato a tre livelli Livello di accesso alla rete scambio di dati, identificazione di sorgente e destinazione, tipo di servizio richiesto in genere dipende dal tipo di rete fisica utilizzata qualunque tipo di rete fisica fornisce gli stessi servizi al livello di trasporto Livello di trasporto controllo degli errori, controllo della sequenza dei pacchetti, richiesta di ritrasmissione, controllo del flusso Indipendente dalla rete e dall'applicazione Livello delle applicazioni Fornisce i servizi associati alle applicazioni Protocol Data Unit Esempio di comunicazione Ogni protocollo prevede lo scambio di dati PDU=Protocol Data Unit Una PDU contiene intestazione (dati di controllo aggiunti dal protocollo) corpo (dati utente) coda (dati di controllo aggiunti dal protocollo) Intestazione e coda sono usate dal protocollo per controllare la comunicazione Una PDU sarà chiamata blocco, pacchetto, trama (frame) a seconda del contesto Aspetti cruciali di un protocollo Incapsulamento Un protocollo di interrete deve risolvere varie problematiche fondamentali Fra queste le più importanti sono Incapsulamento Frammentazione Controllo della connessione Indirizzamento Controllo degli errori Controllo del flusso Servizi di trasmissione Aggiunta di informazioni di controllo ai dati indirizzi, controllo degli errori, controllo del protocollo 4

5 Frammentazione Controllo della connessione Divide un messaggio in blocchi di dimensione fissata ogni blocco inserito in una PDU Vantaggi controllo errori su ogni blocco utilizzo equo del mezzo trasmissivo in caso di errori ritrasmissione solo di un blocco minori ritardi buffer di dimensione ridotte Svantaggi maggiore elaborazione minor throughput Il protocollo deve provvedere a Creare la connessione trasferire i dati chiudere la connessione La connessione può essere interrotta e ripresa All'interno della connessione controlli per sequenza dei blocchi di dati controllo degli errori controllo del flusso Indirizzamento Tipi di indirizzamento Identificazione univoca di un'entità nella rete Indirizzo di rete Indirizzo IP (TCP/IP) Network Service Access Point (OSI) Indirizzo del processo nel sistema Numero di porta (TCP/IP) Service access point (OSI) Controllo degli errori Controllo del flusso È possibile che durante la trasmissione dei dati si verifichino errori Durante la trasmissione i dati passano attraverso nodi intermedi Occorre rilevare tali errori Correggerli se possibile Tali nodi devono manipolare i dati Analizzarli Memorizzarli Inviarli Nella prima parte abbiamo visto delle tecniche per la rilevazione e la correzione degli errori Un nodo potrebbe Ricevere più dati di quelli che può gestire Essere sottoutilizzato Controllo del flusso di occupa di tali problematiche 5

6 Servizi di trasmissione Architettura di rete Priorità precedenza ai messaggi di controllo Quality of service minimo ritardo accettabile minimo throughput accettabile Sicurezza restrizioni di accesso Architettura di rete È il progetto generale Definisce il modo in cui bisogna affrontare il problema Architetture a strati Definisce gli strati e la loro funzione Suite di protocolli Descrive i protocolli che implementano l architettura In un architettura ci sono vari protocolli Uno o più per ogni strato Modelli di riferimento Modello di riferimento OSI Architetture di rete e suite di protocolli definite da enti di standardizzazione non fanno riferimento all'implementazione non definiscono le interfacce tra strati Principali modelli di riferimento OSI (sviluppato da ISO) ISO, International Standards Organization OSI, Open Systems Interconnection TCP/IP (sviluppato da DARPA e mantenuto da Internet Society) DARPA, Defence Advanced Reasearch Projects Agency Oggi si chiama ARPA Strutturato in sette livelli primi tre dipendenti dalla rete ultimi tre dipendenti dall'applicazione quarto livello isola ambiente rete da ambiente applicazione Modello teorico sviluppato troppo tardi alla pubblicazione di OSI Internet era già una realtà utilizzato come modello di riferimento Modello OSI OSI: Livello fisico Si occupa dell interfaccia con il mezzo trasmittente Struttura del connettore Livelli dei segnali e tasso di trasmissione Funzionamento dei circuiti dell interfaccia fisica Sequenza di operazioni per trasmettere flussi di bit sul mezzo trasmissivo Fornisce al livello data link il trasferimento di un flusso seriale di bit 6

7 OSI: Livello data link OSI: Livello di rete È responsabile della gestione del canale Attiva, mantiene e chiude un collegamento affidabile Individua errori Gestisce le ritrasmissioni Regola il flusso È responsabile del trasferimento di informazioni tra due nodi, indipendentemente dal tipo di collegamento Istrada i dati nella rete Gestisce i problemi relativi alla presenza di reti differenti Due tipi di servizio data link Senza connessione Orientato alla connessione Fornisce un servizio di trasmissione di dati in una interrete al livello di trasporto Fornisce un servizio di trasmissione dati al livello di rete OSI: Livello di trasporto OSI: Livello di sessione È responsabile della trasmissione dati tra due nodi della rete Consente a due applicazioni di sincronizzarsi e gestire lo scambio dei dati Garantisce una trasmissione affidabile Senza perdite Senza duplicazioni Senza errori In sequenza Offre vari qualità del servizio (QoS) Fornisce un meccanismo di trasferimento dati fra due applicazioni al livello di sessione Crea il canale di connessione Gestisce l interazione (duplex, half-duplex) Sincronizza (crea istanti di sincronizzazione per il recupero di errori) Segnala eccezioni all applicazione OSI: Livello di presentazione OSI: Livello delle applicazioni Si occupa di problemi relativi alla rappresentazione dei dati per il trasferimento È il livello più alto che fruisce dei servizi offerti dai livelli sottostanti Formato dei dati Codifica e decodifica Compressione crittografia Implementa le applicazioni di rete ( , FTP, HTTP, RLOGIN) Fornisce anche servizi relativi a: identificazione; verifica del permesso di uso; accordo su meccanismi di sicurezza; autenticazione; scelta della disciplina di dialogo accordo sulla gestione degli errori; 7

8 Esempio di comunicazione Modello TCP/IP Strutturato in 5 livelli Sviluppato da DARPA, nel 1974 Progetto operativo in brevi termini Ha portato ad ARPANET, da cui poi è nata Internet Suite di protocolli di interrete I più importati protocolli sono IP e TCP, da cui il nome TCP/IP Livelli di TCP/IP OSI vs TCP/IP livello delle applicazioni livello di trasporto livello di internetworking livello di accesso alla rete livello fisico TCP/IP: Livello fisico TCP/IP: Livello di accesso alla rete Descrive l interfaccia fisica fra il nodo della rete ed il mezzo trasmissivo Descrive lo scambio di dati tra un nodo e la rete Definisce Caratteristiche del mezzo trasmissivo Livelli del segnale Tassi di trasmissione Schema di codifica dei dati Altri dettagli relativi alla trasmissione Definisce Modalità di individuazione del destinatario Tipo di servizio (Quality of Service) 8

9 TCP/IP: livello di internetworking TCP/IP: Livello di trasporto Descrive la trasmissione dati tra due nodi della rete Commutazione di pacchetto Trasmissione non affidabile Definisce Formato dei pacchetti Sistema di indirizzamento globale Meccanismo di istradamento dei pacchetti Descrive la comunicazione fra due nodi della rete Garantisce Corretto ordinamento dei pacchetti Consegna affidabile dei dati Protocollo TCP Protocollo IP TCP/IP: Livello delle applicazioni Protocolli della suite TCP/IP Descrive la comunicazione tra processi su host distinti Fornisce vari servizi di rete Login remoto (TELNET, SSH) Trasferimento file (FTP) Posta elettronica Web Application Programming Interface Modello Client-Server L utente può sviluppare proprie applicazioni basate sui servizi offerti dal livello di trasporto Quasi tutte le applicazioni su reti sono basate sul modello client-server Esistono API che consentono ad un programma utente di utilizzare i servizi di comunicazione implementati dal kernel socket (studiati in questo corso) XTI Socket Generalizzazione del concetto di I/O di Unix Il server aspetta una richiesta da un client elabora la richiesta e invia una risposta Il client invia una richiesta al server per dei dati aspetta la risposta del server 9

10 Evoluzione di Internet Evoluzione di Internet L anno di nascita 1969!!! Progetto ARPANET (DARPA) Un primo gruppo di Università creò un nucleo di rete per sperimentare applicazioni ( ) Le sperimentazioni mostrarono la necessità di protocolli per interreti Rete di trasmissione dati in grado di funzionare anche durante un attacco nucleare (fault-tolerance elevata) Nata per sperimentare tecnologie di trasmissione a pacchetti su diversi mezzi trasmissivi Getta le basi della trasmissione a pacchetti e dell internetworking V. Cerf e R. Kahn progettano la suite TCP/IP (1974) Quattro fattori di successo: PDP/Vax, LAN, TCP/IP, Unix Evoluzione di Internet Evoluzione di Internet Il grande interesse delle università americane spinse l NSF a finanziare la rete NSFNET Collegava tutti gli scienziati delle università e dei centri di ricerca americani e (pochi) del resto del mondo La parte militare venne scorporata I progetti non erano più coperti dal segreto militare Negli anni 90 NSFNET venne riprogettata per adeguarla alle nuove esigenze Collegamenti a 1.5Mbps Introduzione di nuovi protocolli distribuire il lavoro di gestione della rete Basato su 6 minicomputer collegati da linee dedicate a 56Kbps Tutto il controllo della rete era centralizzato in questi nodi Nel 1995 NSFNET fu spenta e sostituita da reti backbone private Evoluzione di Internet Gestione di Internet Internet oggi significa domini reti di calcolatori L evoluzione di Internet è guidata dalla Internet Society organizzazione professionale responsabile dello sviluppo e della pubblicazione degli standard relativi a Internet Un tasso di crescita esponenziale (dal 1995) un nuovo dominio ogni 2 minuti una nuova rete ogni 10 minuti crescita del numero di host del 6 % mensile Divisa in gruppi di lavoro IAB (Internet Architecture Board) IETF (Internet Engineeirng Task Force) IRTF (Internet Research Task Force) Da una rete sperimentale e di ricerca ad un servizio commerciale ma gratuito Le proposte di standard sono pubblicate come RFC (Request For Comments) Recuperabili all URL 10

11 Riepilogo Interreti Modelli architetturali Strati Modelli ISO-OSI, modello TCP/IP Nascita di Internet nel seguito vedremo i dettagli Comer, Capitoli 1-3 (lettura) 11