Internet e reti di Calcolatori

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1 Internet e reti di Calcolatori Ing. Daniele Tarchi Telematica nei Sistemi di Trasporto - L04 1 Cenni Storici Arpanet Alla fine degli anni 60 l ARPA (Advanced Research Project Agency del Department of Defense) dimostra interesse per la realizzazione di una rete: a commutazione di pacchetto tra elaboratori eterogenei con topologia magliata irregolare per le istituzioni di ricerca degli USA ARPA finanzia alcune Università della California e la BBN (Bolt, Beranek e Newman) Telematica nei Sistemi di Trasporto - L04 2 1

2 Cenni Storici Gli anni : ARPA (Advanced Research Projects Agency) sponsorizza primi studi su reti di computer condivise 1969: Dip. Difesa Americano commissiona ARPANET: primi nodi: UCLA, Stanford, UCSB, Univ. Utah BBN costruisce i primi router (o IMP, Interface Message Processors) 1969: primo Request for Comment (RFC): Host Software di Steve Crocker Telematica nei Sistemi di Trasporto - L04 3 Cenni Storici Gli anni : ARPANET conta 15 nodi e 23 host 1971: R. Tomlinson inventa la posta elettronica per inviare messaggi su reti di calcolatori 1973: Prima specifica di FTP 1974: Cerf e Kahn pubblicano le specifiche della prima versione di TCP 1976: la regina Elisabetta II invia un dimostrativo Telematica nei Sistemi di Trasporto - L04 4 2

3 Cenni Storici Gli anni : Un borsista del CERN, Tim Berners-Lee, scrive un programma per collegare documenti con link ipertestuali 1982: TCP e IP sono definiti i protocolli di riferimento (operativi da 1/1/83) 1984: Introdotti DNS e USENET 1986: nasce NSFNET, concorrente di ARPANET. Il numero di host supera : Italia e Germania sono connessi a NSFNET Telematica nei Sistemi di Trasporto - L04 5 Cenni Storici Gli anni : Tim Berners-Lee fa circolare in CERN un documento sull Information Management attraverso ipertesti; il documento è ignorato 1990: nuova proposta del documento. Il nome del progetto va scelto tra Information Mine, Information Mesh e World Wide Web 1990: ARPANET cessa di esistere 1990: nasce il primo Internet provider pubblico 1991 : CERN rilascia un primo browser testuale per VAX, rs6000 e Sun4, con accesso a files e news 1991 : nascono le prime mailing list e Usenet newsgroup con argomento il WWW 1992 : il numero di host supera il milione; Jean Armour Polly conia il termine Internet surfing 1993 : Marc Andreessen di NCSA sviluppa e rilascia Mosaic per Xwindow e poi per PC e Mac Telematica nei Sistemi di Trasporto - L04 6 3

4 Cenni Storici Gli anni ` : il traffico Web è l 1% del traffico Internet. New York Times, The Guardian e The Economist pubblicano brevi articoli sul WWW 1994 : Andreessen e alcuni colleghi lasciano NCSA e fondano la Mosaic Communications Corp., ora Netscape Communications 1994 : ragioni di budget obbligano il CERN a lasciare lo sviluppo del WWW ad INRIA (Francia) 1995 : Netscape batte, in diffusione, l obsoleto Mosaic 1995 : Microsoft inizia la distribuzione di Internet Explorer. Nasce la guerra dei browser 1995 : NSFNET torna ad essere una rete per la ricerca. Internet si regge ormai sulle dorsali di decine di operatori internazionali 1997 : nasce Internet2, per la sperimentazione di applicazioni e tecnologie di rete avanzate 1999 : trentennale del primo RFC Telematica nei Sistemi di Trasporto - L04 7 Cos è Internet: visione dei componenti Milioni di dispositivi interconnessi : hosts, endsystems pc, workstations, servers PDA, telefoni, etc. che supportano le applicazioni di rete links di comunicazione fibre ottiche, doppini telefonici, cavi coassiali, onde radio... routers: che instradano pacchetti (sequenze) di dati attraverso la rete Telematica nei Sistemi di Trasporto - L04 8 4

5 Cos è Internet: visione dei componenti protocolli: regolamentano la trasmissione e la ricezione di messaggi es., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP Internet: la rete delle reti Internet pubblica ed intranet privata Gli standard di Internet RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering Task Force Telematica nei Sistemi di Trasporto - L04 99 Cos è Internet: una visione dei servizi L infrastruttura di comunicazione permette le applicazioni distribuite per scambio di informazioni: WWW, , giochi, e-commerce, database, altro? Fornisce servizi di comunicazione per le applicazioni: connectionless (senza connessione) connection-oriented (orientati alla connessione) - garantiti in integrità ed interezza Telematica nei Sistemi di Trasporto - L

6 Cos è un protocollo? Protocolli umani: pronto.. pronto, sono Pippo, come stai? regole che governano la condotta delle persone (azioni - reazioni) nello scambio dei messaggi Protocolli di rete: calcolatori invece che persone tutte le attività di comunicazione in Internet sono governate da protocolli I protocolli definiscono il formato e l ordine, dei messaggi inviati e ricevuti tra entità della rete e le azioni che vengono fatte per la trasmissione e ricezione dei messaggi Telematica nei Sistemi di Trasporto - L Cos è un protocollo? Un protocollo umano e protocollo di rete di calcolatori ciao ciao Sai l ora? Sono le 2 tempo Connessione TCP richiesta Connessione TCP risposta Get <file> Domanda: Altri esempi di protocollo umano? Telematica nei Sistemi di Trasporto - L

7 Cosa specificare in un protocollo? La sintassi di un messaggio che campi contiene? in quale formato? La semantica del messaggio cosa significa il messaggio? Es: not-ok significa che il ricevitore ha ricevuto il msg corrotto Le azioni da intraprendrere dopo la ricezione di un msg Es: dopo avere ricevuto not-ok, ritrasmettere il msg Telematica nei Sistemi di Trasporto - L Sistema postale: altra visione Utente segretaria fattorino postino smistamento stazione Utente segretaria fattorino postino smistamento stazione viaggio Strati: tipi di dati ed indirizzi Telematica nei Sistemi di Trasporto - L

8 Pila protocollare di OSI Protocolli di utente Protocolli di rete Application Presentation Session Transport Network Datalink Physical Protocolli di livello 5-7 Protocollo di livello 4 (trasporto) Protocollo di livello 3 (rete) Protocollo di livello 2 (collegamento) Protocollo di livello 1 (fisico) Sistema A Sistema B Telematica nei Sistemi di Trasporto - L04 18 Pila Protocollare di Internet Applicazione: supporta le applicazioni di rete ftp, smtp, http Trasporto: trasferimento dati host-host tcp, udp... Rete: instradamento dei datagrammi dalla sorgente alla destinazione IP, ICMP, ARP, RARP... Host to Network: Collegamento: trasferimento dati tra elementi di rete vicini ppp, ethernet, qualunque cosa Fisico: trasferimento fisico dei dati Fibra, doppino, etere Applicazione Trasporto Rete Collegamento Fisico Telematica nei Sistemi di Trasporto - L

9 Internet Basata sui protocolli TCP/IP Comprende anche molti altri protocolli (UDP, ICMP, ARP, RIP, OSPF, protocolli di livello applicativo...), e formati (RFC 822, MIME...) tutti standard di dominio pubblico È una rete di sotto-reti collega più di sotto-reti (1997) più di 50 milioni di calcolatori (1997) Standardizzata con RFC (Request For Comment) dalla IETF (Internet Engineering Task Force) Collegamenti fisici tra host e router basati su: LAN, MAN, canali punto punto in fibra o in cavo coassiale, reti X.25, ISDN, ponti radio, Frame Relay, ATM, SLIP, PPP sistema aperto Esistono realizzazioni TCP/IP anche per reti non standard Telematica nei Sistemi di Trasporto - L04 20 Struttura Internet è una inter-rete consente a sistemi terminali (host) appartenenti a sotto-reti eterogenee ed in continua evoluzione di scambiare Informazioni Non possiede un organismo centralizzato dotato di poteri di controllo. Lo sviluppo tecnologico si basa sul contributo degli utenti della rete stessa. Internet è basata sulla pila protocolli TCP/IP Principio di interconnessione tra sotto-reti non è prevista traduzione dei protocolli Telematica nei Sistemi di Trasporto - L

10 NIC, IEFT e RFC/STD NIC (Network Information Center) Assegna i gruppi di indirizzi di rete e ha funzioni di controllo (blando) dello sviluppo di Internet IETF (Internet Engineering Task Force) L organismo che studia e sviluppa i protocolli in uso su Internet. Si basa su gruppi di lavoro a cui chiunque può accedere RFC/STD (Request For Comments e STanDards) I documenti ufficiali che descrivono i protocolli usati su Internet. Sono pubblicamente accessibili in rete. Telematica nei Sistemi di Trasporto - L04 22 Struttura La pila protocollare TCP/IP è logicamente situata al di sopra di qualsiasi altro protocollo di rete i protocolli TCP/IP assumono che le sotto-reti non eseguano nessuna funzione a parte quella di trasferimento delle unità informative esiste la possibilità di duplicazione delle funzioni tra strati TCP/IP e strati protocollari specifici di una sotto-rete Le entità di Internet sono gli Host e i Router Host sono le sorgenti e le destinazioni delle informazioni sono univocamente riconosciuti nella rete Router Nodi intermedi, instradano i pacchetti IP tra le sotto-reti hanno un interfaccia per ogni sotto-rete a cui sono connessi Telematica nei Sistemi di Trasporto - L

11 Principio di Interconnessione L Host sorgente forma il pacchetto IP diretto all host di destinazione determina se l host di destinazione si trova sulla sua stessa sotto-rete se la sotto-rete è la stessa, l host sorgente determina l indirizzo fisico dell host di destinazione se la sotto-rete è diversa, l host sorgente determina l indirizzo IP e l indirizzo fisico del router verso cui inviare il pacchetto consegna il pacchetto alla sotto-rete che lo consegnerà all host finale o al router Telematica nei Sistemi di Trasporto - L04 24 Principio di Interconnessione Un router elabora l indirizzo dei pacchetti IP e determina la sottorete in cui si trova l host di destinazione se l host di destinazione si trova in una delle sotto-reti a cui il router è direttamente connesso affida il pacchetto alla sotto-rete per la consegna altrimenti determina il router successivo verso cui instradare un pacchetto e affida il pacchetto Una sotto-rete trasferisce i pacchetti IP incapsulandoli nelle proprie unità dati e utilizzando i propri protocolli Telematica nei Sistemi di Trasporto - L

12 Stratificazione: comunicazione logica Ogni livello: distribuito entità implementano le funzioni dello strato ad ogni nodo entità compiono azioni, scambiano messaggi tra pari application transport network link physical application transport network link physical application transport network link physical network link physical application transport network link physical Telematica nei Sistemi di Trasporto - L Stratificazione: comunicazione dati logica Es.: trasporto prendono dati dalle applicazioni aggiungono gli indirizzi, formano il datagrama inviano il datagramma al compagno (peer) aspettano che il peer dia segnale di ricezione analogia: sistema postale application transport network link physical application transport network link physical data ack application transport network link physical network link physical dati application transport network link physical Telematica nei Sistemi di Trasporto - L

13 Stratificazione: comunicazione fisica Telematica nei Sistemi di Trasporto - L La struttura della rete più in dettaglio Le estremità della rete: applicazioni e hosts il nucleo della rete: routers rete di reti reti di accesso, mezzi trasmissivi: links di comunicazione Telematica nei Sistemi di Trasporto - L

14 Le estremità della rete: terminali (hosts): fanno girare (ospitano) programmi applicativi es., WWW, alle estremità della rete hosts suddivisi in client e server il invia richieste, e riceve servizi dal server es., WWW client (browser)/ server; client/server PC agiscono sia da client che da server thin client, web tv, etc. Telematica nei Sistemi di Trasporto - L Estremità della rete: servizio connectionoriented (orientato alla connessione) Scopo: trasferire dati tra sistemi terminali handshaking: prepara per il successivo trasferimento dei dati Ciao, ciao, protocollo umano set up dello stato in due hosts comunicanti TCP - Transmission Control Protocol serivizio connection-oriented di Internet Servizio TCP [RFC 793] affidabile, stream di byte ordinato perdita: acknowledgements e ritrasmissione controllo di flusso: il mittente non deve saturare il ricevente controllo della congestione: il mittente rallenta il rate di invio quando la rete è congestionata Telematica nei Sistemi di Trasporto - L

15 Estremità della rete: servizio connectionless (senza connessione) Scopo: trasferire dati tra terminali lo stesso di prima! UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: è il servizio connectionless di Internet trasferimento dati non affidabile nessun controllo di flusso nessun controllo della congestione Apps che usanotcp: HTTP (WWW), FTP (trasferimento file), Telnet (login remoto), SMTP ( ) App s che usano UDP: streaming media, teleconferenza, telefonia Internet Telematica nei Sistemi di Trasporto - L Il nucleo della rete Un reticolato di router interconnessi la domanda chiave: come si trasferiscono i dati attraverso la rete? Commutazione di circuito: un circuito viene dedicato ad ogni chiamata: rete telefonica commutazione di pacchetto: dati inviati attraverso la rete in pezzi discreti Telematica nei Sistemi di Trasporto - L

16 Nucleo della rete: Commutazione di circuito Risorse di rete (la larghezza di banda) viene divisa equamente tra i possibili circuiti attivi supportati dal canale ogni circuito viene allocato per una chiamata se le risorse non vengono usate esse sono in attesa (non c è condivisione) Telematica nei Sistemi di Trasporto - L Nucleo della rete: Commutazione di pacchetto Ogni flusso di dati end-end viene suddiviso in pacchetti i pacchetti di più utenti condividono le risorse di rete ogni pacchetto usa la banda completa di un link di trasmissione le risorse vengono usate secondo bisogno Contesa sulle risorse: la domanda di uso delle risorse piò sorpassare la disponibilità di queste congestione: coda di pacchetti, attesa per l uso del canale store and forward: i pacchetti percorrono un pezzetto alla volta vengono trasmessi du un link aspettano il loro turno per l uso del link successivo Telematica nei Sistemi di Trasporto - L

17 Apparati di Interconnessione Obiettivi Aumentare estensione geografica rete Aumentare numero di utenti collegabili ad una rete Vincolo di non modificare protocolli (software e hardware utenti) In generale, permette di ottenere prestazioni migliori Apparati Repeater e Hub (livello 1) servono per superare le limitazioni di alcuni mezzi trasmissivi Bridge e Switch (livello 2) hanno algoritmi di instradamento molto semplici si utilizzano normalmente per interconnessioni locali Router (livello 3) hanno algoritmi di instradamento sofisticati si utilizzano normalmente per interconnessioni geografiche Gateway (livello 7) si utilizzano per interconnettere architetture di rete diverse (es. SNA e Internet) Telematica nei Sistemi di Trasporto - L04 36 Apparati di Interconnessione Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete Datalink Fisico Terminale A Mezzo fisico Repeater o Hub Terminale B Telematica nei Sistemi di Trasporto - L

18 Repeater È un apparato di livello 1 (fisico), quindi interpreta solo i segnali elettrici e ha come unità trasmissiva il singolo bit Il repeater serve ad estendere la lunghezza del canale trasmissivo su LAN omogenee Porta a realizzare topologie ad albero Rigenera stringhe di bit ricevute su un canale e le ritrasmette sugli altri canali Telematica nei Sistemi di Trasporto - L04 38 Hub È un repeater multiporta È un concentratore di cablaggio (opera a livello fisico) Serve a collassare una topologia a bus o ad anello in un topologia a stella, semplificando (e rendendo più affidabili) le operazioni di cablaggio e manutenzione Ovviamente, non aumenta la capacità trasmissiva Telematica nei Sistemi di Trasporto - L

19 Apparati di Interconnessione Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete Datalink Fisico Terminale A Mezzo fisico Bridge o Switch Terminale B Telematica nei Sistemi di Trasporto - L04 40 Bridge Interconnettono LAN anche con livelli fisici e MAC diversi, ma con lo stesso LLC Se protocolli sono diversi, necessaria traduzione delle intestazioni (PCI) Funzionano in modalità store and forward Non intervengono sul contenuto dei pacchetti Intelligenza di instradamento limitata LAN interconnesse da bridge sono separate Tutte le stazioni credono di essere collegate alla stessa LAN (trasparenza). Le LAN interconnesse sono dette anche LAN estese. Telematica nei Sistemi di Trasporto - L

20 Bridge Migliorano affidabilità prestazioni (diversità spaziale, sfrutto località del traffico) Permettono estensione geografica della rete Si può introdurre sicurezza (separazione del traffico) È necessario che ogni apparato abbia un indirizzo di livello 2 unico all interno della LAN estesa Le procedure più comuni di instradamento su LAN estese sono: spanning tree source routing (legato a Token Ring) Ogni bridge ha un suo indirizzo (bridge_id) e un identificativo per ogni porta (port_id) Telematica nei Sistemi di Trasporto - L04 42 Switch È funzionalmente equivalente ad un bridge che opera su più di 2 porte Sono associati a topologie a stella o ad albero (cablaggio strutturato) Spesso ha una sola stazione per porta collegata Talvolta non supporta l algoritmo spanning tree Supporta le LAN virtuali Telematica nei Sistemi di Trasporto - L

21 Apparati di Interconnessione Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete Datalink Fisico Mezzo fisico Terminale A Router Terminale B Telematica nei Sistemi di Trasporto - L04 44 Router Dispositivo di livello 3 (rete) Spesso multiprotocollo Implementano funzionalità di instradamento Nelle reti Internet lavorano a livello IP Sono il dispositivo necessario a interconnettere LAN a Internet Telematica nei Sistemi di Trasporto - L

22 Apparati di Interconnessione Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete Datalink Fisico Terminale A Mezzo fisico Gateway Terminale B Telematica nei Sistemi di Trasporto - L04 46 Gateway Permettono di collegare sistemi appartenenti ad architetture di rete diverse Lavorando a livello applicativo si collocano a livello 7 OSI Esempio classico di gateway è quello per la posta elettronica Telematica nei Sistemi di Trasporto - L