Le reti di calcolatori e Internet: una breve panoramica

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1 Le reti di calcolatori e Internet: una breve panoramica Gianpaolo Cugola cugola@elet.polimi.it

2 Sommario Le reti di calcolatori, una vista d insieme Breve storia di Internet L Internet Protocol Suite I protocolli applicativi Il WWW Schema di funzionamento URL Il linguaggio HTML La ricerca di informazioni su Internet

3 Il concetto di rete di calcolatori Con il termine rete di calcolatori intendiamo riferirci a un sistema informativo costituito da due o più calcolatori collegati attraverso un sistema di comunicazione Una applicazione distribuita è una applicazione composta da più elementi cooperanti posti in esecuzione su macchine diverse all interno di una rete di calcolatori Esempio, il web: il browser si collega ad un server remoto per chiedere una pagina che poi visualizza

4 Protocollo di comunicazione Con il termine protocollo di comunicazione si indica l insieme di regole di comunicazione che debbono essere seguite da due interlocutori affinché essi possano comprendersi Esempio: il protocollo alla base della comunicazione tra docente e allievi durante una lezione il docente parla in una lingua comprensibile agli allievi gli allievi ascoltano (si spera) quando vogliono intervenire gli allievi alzano la mano ed attendono il permesso del docente per iniziare a parlare durante l intervento degli allievi il docente ascolta al termine dell intervento il docente risponde

5 Protocollo di comunicazione In una rete di calcolatori il protocollo di comunicazione stabilisce tutti gli aspetti della comunicazione dagli aspetti fisici... Esempio: supporto fisico, meccanismo di segnalazione)... agli aspetti più eminentemente logici Esempio: meccanismo di commutazione, regole di codifica dell informazione, ecc.

6 Organizzazione a pila dei protocolli Data la loro complessità i protocolli utilizzati dai calcolatori sono organizzati secondo una gerarchia Ogni protocollo si appoggia ai protocolli di più basso livello per fornire un servizio di qualità superiore Esempio: il protocollo che stabilisce le regole di codifica dell informazione si appoggia ad un protocollo di trasporto che stabilisce come debbano essere trasportati i dati

7 Internet: la rete delle reti Internet: una rete aperta logicamente formata da decine di milioni di calcolatori direttamente collegati tra loro attraverso l adozione di un unico insieme di protocolli per i livelli intermedi: il protocollo TCP/IP... I protocolli dei livelli più bassi possono essere diversi e lo stesso vale per i protocolli dei livelli superiori, anche se si sono venuti a formare degli standard di fatto

8 Storia di Internet Fine anni 60: ladefence Advanced Research Project Agency (DARPA) sviluppa ARPANET che connette laboratori di ricerca, università e reti governative Fine anni 70: DARPA finanzia lo sviluppo di protocolli a commutazione di pacchetto Nasce TCP/IP Nel 1980 ARPANET si converte a TCP/IP

9 Storia di Internet Anni 80 Nel 1983 la conversione a TCP/IP è completa, l ufficio del Segretario della Difesa US ordina che tutti i computer connessi a reti a lunga distanza usino TCP/IP MILNET (rete governativa e militare) si separa da ARPANET (1983) DARPA finanzia lo sviluppo di Berkeley UNIX (implementazione di TCP/IP che introduce l astrazione dei socket) ARPANET diventa un sottoinsieme di Internet LaNational Science Foundation (NSF) realizza una rete di supercomputer (NSFNET) che agisce come backbone di Internet (1985) Nel 1986 si stima che Internet connettesse circa computer Anni 90: Internet esplode e cresce con ritmi velocissimi (dimensioni e traffico)

10 Internet: architettura logica Server web Client web Client ftp Server ftp Rete Client web Server web Client web Server ftp

11 Internet: architettura fisica Host router Internet provider

12 Internet vs. Intranet Internet: rete globale caratterizzata dall uso dei protocolli TCP/IP Intranet: rete locale caratterizzata dall uso dei medesimi protocolli di Internet Il boom di Internet ha favorito lo sviluppo di centinaia di applicazioni distribuite basate su TCP/IP Ciò ha reso conveniente l uso dei protocolli TCP/IP anche in ambito locale Attualmente la maggior parte delle reti locali sfrutta TCP/IP come protocollo base

13 Internet Protocol Suite ISO/OSI Internet Protocol Suite Application Presentation Session Telnet FTP SMTP HTTP NFS Web-NFS RPC Transport Network Data Link Physical TCP e UDP IP e Protocolli di routing Non specificati

14 Il protocollo IP Caratteristiche: protocollo connectionless si occupa dell instradamento e della rilevazione d errore (nessuna correzione) Non si assicura: la consegna, l integrità, la non-duplicazione l ordine di consegna IP si può appoggiare ad una varietà di protocolli di più basso livello, quali Ethernet, PPP, X.25, Frame Relay, ATM,...

15 Gli indirizzi IP Ogni host possiede un indirizzo IP unico per ogni interfaccia di rete Gli indirizzi IP sono formati da 32 bit, suddivisi in una parte che individua una sottorete ed in una porzione che identifica un nodo particolare della sottorete La divisione dipende dalla classe della sottorete, definita nei primi bit dell indirizzo Classe A (0): NetId = 7 bit (128 reti), HostId = 24 bit ( host) Classe B (10): NetId = 14 bit (16384 reti), HostId = 16 bit (65536 host) Classe C (110): NetId = 21 bit ( reti), HostId = 8 bit (256 host) Multicast (1110): indirizzo multicast I router hanno due o piu indirizzi IP diversi ed una tabella di instradamento

16 Gestione degli indirizzi L uso di assegnare reti di classe A o B a compagnie che usano un ridotto sottoinsieme degli indirizzi rischia, oggi, di portare all esaurimento degli indirizzi disponibili Sono state proposte diverse soluzioni ad hoc che consentono di recuperare parte degli indirizzi perduti ma l unica vera soluzione si avrà con il passaggio a IPv6 che userà 128 bit per gli indirizzi indirizzi distinti Contando anche l assegnazione di sottospazi di indirizzi si calcola che saranno disponibili 1564 indirizzi IP per ogni metro quadrato di superficie terrestre

17 Ancora sugli indirizzi IP Gli indirizzi IP si scrivono come quattro interi separati da punti Esempio: L indirizzo rappresenta l interfaccia di loopback Indirizzo fittizio associato alla macchina corrente

18 Indirizzi privati Gli indirizzi IP vengono assegnati da un autorità nazionale, chiamato Network Information Center (GARR in Italia) che coopera con altre autorità simili Alcune aziende non potendo/volendo chiedere un set di indirizzi IP scelgono indirizzi a caso In questo caso tali indirizzi non dovranno essere visibili da reti esterne (si usa il meccanismo dell IP masquerading) L RFC 1597 definisce quali siano i set di indirizzi da usare in questo caso. Questi indirizzi non verranno mai assegnati a nessuna azienda o organizzazione

19 Instradamento - 1 I datagrammi IP vengono trasportati dal nodo mittente al nodo destinatario attraverso molteplici nodi intermedi (router) Sottorete Router Router Sottorete Sottorete Router

20 Instradamento - 2 I nodi attraverso cui il pacchetto compie il suo percorso (route) vengono determinati usando le tabelle di routing Le tabelle possono essere determinate staticamente Le tabelle possono essere aggiornate dinamicamente dai protocolli di routing (ad es. RIP) Se lo host destinatario è direttamente collegato allo host mittente, il datagramma viene incapsulato in un pacchetto di più basso livello e consegnato direttamente Se lo host destinatario è localizzato in un altra rete, il datagramma viene passato ad un router che si occuperà di consegnarlo, seguendo un processo analogo

21 Gli indirizzi simbolici ed i DNS Un indirizzo simbolico può sostituire un indirizzo IP Un indirizzo simbolico è composto da un nome di dominio e da un nome di host esempio: morgana.elet.polimi.it Il file hosts: esempio: localhost morgana morgana.elet.polimi.it I Domain Name Servers (DNS): costituiscono un data base distribuito per i nomi simbolici permettono l associazione nome simbolico/indirizzo IP

22 Il protocollo TCP Caratteristiche: protocollo connection-oriented (indirizzo IP - porta TCP) fornisce un servizio full-duplex, con acknowledge e correzione d errore Due host connessi su Internet possono scambiarsi messaggi attraverso socket TCP TCP costituisce l infrastruttura di comunicazione della maggior parte dei sistemi client-server su Internet

23 Il protocollo UDP Caratteristiche: protocollo connectionless (indirizzo IP - porta UDP) fornisce un servizio di correzione d errore. Non assicura la consegna nè, tantomeno, l ordine di invio (unreliable, best-effort protocol) Utilizzato nelle applicazioni client-server di tipo richiesta/risposta Esempi: NFS, DNS

24 I protocolli applicativi Telnet FTP SMTP POP NNTP HTTP

25 Telnet Permette ad un utente di collegarsi, attraverso il proprio elaboratore locale, come terminale remoto di un altro elaboratore connesso alla rete A connessione avvenuta tutti i caratteri battuti sulla tastiera locale vengono inviati all elaboratore remoto e le risposte da questo generate sono mostrate sullo schermo locale Sfrutta una connessione TCP (porta 23) tra elaboratore locale e remoto

26 FTP (File Transfer Protocol) Permette il trasferimento di file tra elaboratori diversi connessi in rete Vengono aperte due connessioni TCP per ogni sessione FTP: una connessione di controllo (porta 20) una connessione dati (porta 21) Il protocollo stabilisce il formato dei comandi e dei messaggi scambiati FTP include un meccanismo di autenticazione basato su username e password passato dal client al server la login anonymous E possibile gestire trasferimenti ASCII (con conversione di formato) o byte (image)

27 SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) Gestisce l invio di messaggi di posta elettronica attraverso la rete La connessione tra i diversi server di posta avviene attraverso una connessione TCP (porta 25) Ogni utente é identificato dall indirizzo: nomeutente@indirizzo_host Il processo di invio é batch

28 POP (Post Office Protocol) Protocollo per la lettura della propria posta da un mail server Sfrutta una connessione TCP sulla porta 110 Fornisce comandi per avere la lista dei propri messaggi, scaricare un messaggio dal server al client, cancellare un messaggio dal server L autenticazione è basata su una coppia username-password che viene scambiata in chiaro tra client e server

29 SMTP e POP: il funzionamento della posta su Internet Invio (smtp) Ricezione (pop) Invio (smtp)

30 NNTP I server di news costituiscono un data base distribuito e replicato di articoli Il protocollo gestisce lo scambio di articoli tra server e server (ai fini della replicazione) e tra server e client Il protocollo utilizza connessioni TCP (porta 119) Le news sono organizzate in un insieme di newsgroup I newsgroup sono organizzati secondo una struttura ad albero Esempio: comp.os.linux.announce comp.os.ms-windows.misc alt.music.prince

31 WWW: funzionamento L utente richiede una risorsa (solitamente un documento) identificata da un URL Lo user agent (browser) interpreta l URL e inoltra una richiesta al server opportuno (ftp, http, gopher...) Il server fornisce la risorsa richiesta o un messaggio di errore Lo user agent interpreta i contenuti del messaggio di risposta Se il messaggio è un documento HTML il browser si occupa automaticamente di reperire le sottoparti referenziate nel documento (immagini, applet java...) La risorsa viene presentato all utente, eventualmente con l ausilio di programmi esterni (mpeg player, audio player)

32 Il www come esempio di applicazione C/S Risposta Richiesta

33 Uniform Resource Locator Gli URL definiscono una sintassi e una semantica per l identificazione e l accesso a risorse su Internet Un URL definisce: quale protocollo (schema) usare per accedere alla risorsa (cioè quale server contattare) una coppia <username,password> opzionali (da usare ad esempio nel caso di FTP) il nome del server e la porta presso cui è disponibile il servizio il path della risorsa il nome della risorsa eventuali parametri da passare alla risorsa Esempio:

34 URL: protocolli supportati http Hypertext Transfer Protocol ftp File Transfer Protocol gopher Gopher Protocol mailto Indirizzo di posta elettronica news Usenet news nntp Usenet news con solo accesso locale telnet, rlogin, tn3270 Riferimento a sessioni interattive wais Wide Area Information Server

35 Esempi di URL r.gz;type=i prog.tcl/pathinfo?mychoice=yes&options=rrf telnet://ipese3.elet.polimi.it news:comp.os.linux

36 HTTP (HyperText Transfer Protocol) Protocollo per il trasferimento di informazioni tra client e server WWW Sfrutta connessioni TCP (porta 80) Caratteristiche: ogni connessione permette una singola transazione il trasferimento dati è binario

37 Il linguaggio HTML HyperText Markup Language permette di creare semplici documenti ipertestuali platformindependent Versione corrente: 4 Un documento HTML è costituito da testo e da un insieme di TAG I TAG HTML specificano: il formato del testo (grassetto, titolo, ecc.) connessioni ipertestuali con altri documenti tabelle, applet,...

38 Elementi base dei TAG <H1 ALIGN=center>La verità</h1> Start-tag Attributo Carattere codificato End-tag A volte è possibile omettere gli end-tag (ad es. <P>) A volte è possibile omettere i valori degli attributi I tag e i nomi degli attributi sono case-insensitive Alcuni caratteri speciali (<,>,&,,à) vanno codificati con una sequenza di escape &#xxx;

39 Struttura di un documento HTML Un documento HTML è delimitato dal tag HTML ed è composto da: Head: delimitato dal tag HEAD contiene le metainformazioni del documento: come minimo il titolo (tag TITLE) Body: delimitato dal tag BODY contiene il corpo del testo

40 Head: Elementi fondamentali TITLE definisce il titolo del documento e viene usato dal browser come nome di riferimento del documento all interno dei bookmark BASE definisce un URL di riferimento per gli URL relativi (attributo HREF)

41 Body: Elementi fondamentali Il body contiene il testo della pagina formattato utilizzando i diversi tag disponibili Tra questi vi sono (HTML 4) Commenti: <!-- commento --> Heading: H1,, Hn Markup Liste Immagini Linkipertestuali Applet Forms Tabelle Frames

42 Pregi e difetti di HTML Pregi Semplice Standard Indipendente dalla piattaforma (un file html è un file di puro testo) Difetti All interno di una pagina html è impossibile mantenere separati gli aspetti di contenuto da quelli di formattazione E quasi impossibile ottenere pagine che siano contemporaneamente facili da consultare a video e su carta Soluzione: i CSS

43 I cascading style sheet I CSS permettono una agevole separazione tra forma e contenuto Per ogni pagina html è possibile specificare le caratteristiche di formattazione di ogni tag Ad esempio è possibile dire che il tag H1 deve apparire in bold, 20pt, blu Tale specifica può essere inserita nello header della pagina o può apparire in un file distinto In tal modo è possibile centralizzare in un unico punto gli aspetti di formattazione relativi a tutte le pagine di un certo sito Il meccanismo del cascading permette di differenziare in maniera agevole tra caratteristiche generali e caratteristiche specifiche di una singola pagina E possibile associare stili diversi a diversi supporti (video, carta, ecc.)

44 I motori di ricerca per il WWW Directory based: Mantengono un data base di URL organizzati attraverso un indice di argomenti Esempio: Text based: Mantengono un data base di URL indicizzati attraverso un insieme di parole chiave automaticamente estratte dal documento a cui l URL punta Esempio: Archivi universali: Permettono ricerche su più motori in parallelo Esempio: