Laurea in INFORMATICA

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1 Laurea in INFORMATICA INTERNET e RETI di CALCOLATORI A.A. 2004/2005 Capitolo 2 Strati protocollari e modelli di servizio [email protected] Stratificazione protocollare (Protocol Layering ) Le reti sono complesse! Molti elementi: host router fisici dalle caratteristiche diverse applicazioni protocolli hardware, software Domanda: Come organizzare la struttura della rete? A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI 2.2 1

2 Architettura stratificata : organization of air travel ticket (purchase) baggage (check) gates (imbarco) Pista di decollo ticket (lamentele) baggage (claim) gates (sbarco) Pista di atterraggio Instradamento aereo Instradamento aereo Instradamento aereo Un insieme di azioni A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI 2.3 Stratificazione orizzantale : organization of air travel,, a different view ticket (purchase) baggage (check) gates (imbarco) pista decollo ticket (complain) baggage (claim) gates (sbarco) pista atterraggio airplane routing airplane routing airplane routing Ciascun strato implementa un servizio via its own internal-layer actions relying on services provided by layer below A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI 2.4 2

3 Layered air travel: services Counter-to-counter delivery of person+bags baggage-claim-to-baggage-claim delivery people transfer: loading gate to arrival gate runway-to-runway delivery of plane airplane routing from source to destination A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI 2.5 Il nostro viaggio A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI 2.6 3

4 Perché la stratificazione? I sistemi sono complessi: La stratificazione permette una più facile organizzazione e individuazione delle funzionalità La modularità facilita la manutenzione e la modifica dei sistemi La modifica dell implementazione dei servizi resi da uno strato è trasparente (non si modifica l interfaccia) Es., cambiare il vettore non altera il funzionamento complessivo del servizio aereo A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI 2.7 La stratificazione di Internet : supporto per le applicazioni di rete ftp, smtp, http : trasferimento dati end-to-end tcp, udp : trasferimento di datagrammi da sorgente a destinazione (host-to-host) ip, routing protocols : trasferimento di dati tra elementi di rete adiacenti ppp, ethernet : bit sul cavo A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI 2.8 4

5 Stratificazione dei protocolli 1. Organizzazione dei protocolli (e l hardware e il software della rete che li implementano) a strati (layer) o livelli. 2. ciascun protocollo appartiene a uno degli strati. 3. Un protocollo nello strato n è distribuito fra le entità della rete (compresi terminali e commutatori di pacchetto) che implementano quel protocollo.in altre parole, c è un pezzo del livello n in ciascuna delle entità della rete. 4. Questi pezzi comunicano tra loro scambiandosi i messaggi dello strato n: unità dati del protocollo dello strato n (layer-n Protocol Data Units) o,più semplicemente, n-pdu. 5. Il contenuto e il formato di una n-pdu, così come il modo in cui sono scambiate le n-pdu fra gli elementi della rete, sono definiti da un protocollo dello strato n. 6. Quando sono presi nel loro insieme, i protocolli dei vari strati sono chiamati pila protocollare (protocol stack). A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI 2.9 Flusso di informazioni Quando lo strato n dell host A invia una n-pdu allo strato n dell host B, lo strato n dell host A passa l n-pdu allo strato n 1 e quindi lascia allo strato n 1 il compito di spedire l n-pdu allo strato n di B; quindi si dice che lo strato n si affida allo strato n 1 per spedire le sue n-pdu a destinazione Mentre le informazioni discendono attraverso i livelli cambiano il proprio formato su ciascun livello : incapsulamento Quando i dati risalgono, ciascuna intestazione determina in che modo spostare i dati per i vari livelli a ciascun livello si staccano le intestazioni dei livelli precedenti in modo di avere lo stesso formato del livello analogo alla parte trasmissione. A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI

6 Flusso di informazioni (figura) A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI 2.11 Interfacce e Servizi Fra ogni coppia di livelli adiacenti c è una interfaccia L interfaccia definisce i servizi offerti dal livello sottostante e le operazioni primitive che possono essere richieste al livello sottostante Per esempio, lo strato n 1 può garantire che l n-pdu arriverà senza errori a destinazione, allo strato n, entro un secondo; o può garantire solo che l n-pdu potrà eventualmente arrivare a destinazione senza assicurazioni sull errore. il livello n-1 fornisce servizi al livello n (service provider) il livello n usa i servizi del livello n 1 (service user) I servizi offerti sono accessibili attraverso il Service Access Point ogni SAP ha un indirizzo che lo identifica univocamente A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI

7 Servizi e protocolli A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI 2.13 Gerarchie A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI

8 Comunicazione multi-livello livello (analogia) A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI 2.15 Livelli, protocolli, interfacce Anche se è definito un protocollo di livello N, nessun dato è trasferito direttamente da un livello N all'altro Ogni livello passa dati e informazioni di controllo al livello sottostante, sino a quando si raggiunge il livello fisico che effettua la trasmissione L'interfaccia definisce quali operazioni primitive e servizi sono forniti da un livello ai livelli superiori L'insieme dei livelli e dei protocolli utilizzati definisce una architettura di rete Due host possono dialogare anche se utilizzano diverse piattaforme hardware e diversi sistemi operativi, purchè adottino la stessa architettura di rete L insieme dei protocolli di una architettura utilizzati su un certo host viene detto pila di protocolli (protocol stack). A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI

9 La pila protocollare di Internet A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI 2.17 Funzione degli strati Strato di applicazione Lo strato di applicazione è responsabile del supporto delle applicazioni della rete. Strato Stratodi di trasporto trasporto Lo Lo strato stratodi di trasporto fornisce il ilservizio di di trasporto dei deimessaggi dello dello strato stratodi di applicazione fra frale le estremità client client e server server di di un applicazione. In In Internet Internet ci cisono sonodue due protocolli protocollidi di trasporto, trasporto, TCP TCP e UDP; UDP; Il Il TCP TCP fornisce forniscealle allesue sue applicazioni applicazioniun un servizio servizioorientato orientatoalla allaconnessione. Questo Questo servizio serviziocomprende comprendela la garanzia garanziadi di consegna consegnaa destinazione destinazionedei deimessaggi messaggidello dellostrato stratodi di applicazione applicazionee un un controllo controllodi di flusso flusso (cioè (cioèl adattamento l adattamentotra trale le velocità velocitàdi di mittente mittentee destinatario). destinatario). Il Il protocollo protocolloudp UDP fornisce forniscealle allesue sue applicazioni applicazioniun un servizio serviziosenza senzaconnessione, che cheè un un servizio serviziodavvero davveroprivo privodi di fronzoli. fronzoli. A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI

10 Funzione degli strati : rete Lo Lo strato strato di di rete rete è responsabile responsabile dell instradamento dell instradamento dei dei datagram datagram da da un un host host all altro. all altro. Questo Questo strato strato in in Internet Internet ha ha due due componenti componenti principali. principali. Ha Ha un un protocollo protocollo che che definisce definisce il il campi campi nel nel datagram datagram IP IP e come come iiterminali terminali e i i router router agiscono agiscono su su questi questi campi: campi: questo questo è il il tanto tanto celebrato celebrato protocollo protocollo IP IP Esiste Esiste un un solo solo protocollo protocollo IP, IP, e tutti tutti i i componenti componenti di di Internet Internet che che hanno hanno uno uno strato strato di di rete rete devono devono impiegare impiegare il il protocollo protocollo IP. IP. Lo Lo strato strato di di rete rete Internet Internet contiene contiene anche anche i i protocolli protocolli di di instradamento instradamento che che determinano determinano il il percorso percorso che che i i datagram datagram devono devono seguire seguire fra fra sorgente sorgente e destinazione. destinazione. Internet Internet ha ha molti molti protocolli protocolli di di instradamento. instradamento. Internet Internet è una una rete rete di di reti, reti, e l amministratore l amministratore della della rete rete può, può, all interno all interno della della rete, rete, far far funzionare funzionare qualunque qualunque protocollo protocollo di di instradamento instradamento desideri. desideri. Sebbene Sebbene lo lo strato strato di di rete rete contenga contenga sia sia il il protocollo protocollo IP IP sia sia numerosi numerosi protocolli protocolli di di instradamento, instradamento, spesso spesso ci ci si si riferisce riferisce a questo questo strato strato come come allo allo strato strato IP, IP, per per il il fatto fatto che che IP IP è il il collante collante che che tiene tiene insieme insieme Internet. Internet. A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI 2.19 Funzione degli strati : collegamento e fisico Strato Strato di di collegamento collegamento Per Per muovere muovere un un pacchetto pacchetto da da un un nodo nodo (host (host o commutatore commutatore di di pacchetto) pacchetto) al al successivo successivo sul sul percorso, percorso, lo lo strato strato di di rete rete deve deve delegare delegare il il servizio servizio allo allo strato strato di di collegamento. collegamento. In In particolare, particolare, a ciascun ciascun nodo nodo IP IP passa passa il il datagram datagram allo allo strato strato di di collegamento, collegamento, che che lo lo invia invia al al nodo nodo successivo successivo lungo lungo il il percorso. percorso. A questo questo nodo nodo successivo, successivo, lo lo strato strato di di collegamento collegamento passa passa il il datagram datagram allo allo strato strato di di rete. rete. Strato Strato fisico fisico Mentre Mentre il il compito compito dello dello strato strato di di collegamento collegamento è di di muovere muovere interi interi frame frame da da un un elemento elemento della della rete rete a quello quello adiacente, adiacente, il il compito compito dello dello strato strato fisico fisico è di di muovere muovere singoli singoli bit bit all interno all interno della della rete rete da da un un nodo nodo al al successivo. successivo. Anche Anche i i protocolli protocolli in in questo questo strato strato sono sono dipendenti dipendenti dal dal,, e dipendono dipendono anche anche dal dal mezzo mezzo trasmissivo trasmissivo del del A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI

11 Layering: logical communication Ogni strato: distribuito entità implementano le funzionalità di strato in ogni nodo Le entità eseguono azioni e scambiano messaggi con le entità pari (peer entities) A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI 2.21 Layering: logical communication E.g.: Preleva dati da app. Indirizzamento, crea datagramma Invia il datagramma all entità pari del lato destinazione Attendi che il peer confermi il ricevimento analogia: ufficio postale data data ack data A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI

12 Layering: communication data data A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI 2.23 Entità della rete e strati A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI

13 Three Layers Computer Network Structure Application Area Network interoperability Network infrastructure A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI 2.25 Three Layers Computer Network Structure more Application Area process-to-process astraction host-to-host Abstraction Network Infrastructure Token-ring ATM eth Host A Host B A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI

14 Trhee layers and TCP/IP Application Area Application Network interoperability Transport Network Network infrastructure LINK A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI 2.27 Basic Architecture Reference Architecture WEB Telnet FTP RPC CORBA SNMP Application Interoperability Support Application Area Network Interoperability Process-to-process Host-to-host Bridging e Switching Computer Infrastructure u 802.3z CSMA/CD FDDI TOKEN RING ISO 9314 Wireless X.25 Frame Relay ATM Reti Locali Backbone A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI

15 ISO/OSI (Open System Interconnection) End host End host Application Application Presentation Presentation Session Session Transport Transport Network Network Network Network Data Data Data Data Physical Physical Physical Physical One or more nodes within the A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI 2.29 I livelli secondo il modello OSI APPLICAZIONE PRESENTAZIONE SESSIONE TRASPORTO RETE COMUNICAZIONE FISICO Fornisce una serie di interfacce utilizzabili dalle applicazioni e quindi consente l accesso ai servizi di rete Converte i dati in un formato generico per le tramissione in rete e viceversa Consente a due parti di tenere comunicazioni continuative Gestisce la tramissione dati attraverso la rete Gestisce i messaggi in viaggio e traduce indirizzi e nomi tra logici e fisici Tra strato della rete e strato fisico. Impacchetta dati grezzi in frame da consegnare alla rete Converte i bit in segnali e i segnali in bit A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI

16 Confronto modello OSI e TCP/IP APPLICAZIONE APPLICAZIONI PRESENTAZIONE SMTP FTP TELNET DNS SNMP NFS SESSIONE TRASPORTO RETE COMUNICAZIONE FISICO ICM P IGM P TCP IP ARP UDP RARP PROTOCOLLI DEFINITI DALLA RETE SOTTOSTANTE A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI 2.31 Standard OSI vs TCP/IP (by( net-library Politecnico di Torino) A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI

17 Confronto modello OSI e TCP/IP A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI 2.33 Pregi e difetti del modello OSI Modello molto utile per discutere di reti di Cattiva tecnologia : sia il modello che i protocolli sono difettosi Cattive implementazioni: pesanti, poco maneggevoli e lente Cattiva politica: è stato sempre visto come una creatura dei signori delle telecomunicazioni A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI

18 Pregi e difetti del modello TCP/IP A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI 2.35 Indirizzamento Indirizzi nel mondo TCP/IP Indirizzi Indirizzo fisico Indirizzo IP Indirizzo di porta Applicazione Trasporto Indirizzo di porta Rete Comunicazione Fisico (host to ) Indirizzo IP Indirizzo Fisico A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI

19 Versioni IP Versione 4 La più diffusa Indirizzi IP a 32 bit non più sufficienti Versione 5 Basata sul modello OSI e mai superato la versione di proposta Versione 6 (IPv6) Indirizzi a 128 bit Formato di pacchetto molto semplificato e reso più flessibile ICMPv6 contiene ICMP,IGMP,ARP e RARP scompare A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI 2.37 Chapter Chapter 2 A.A. 2004/05 Chapter 2 STRATI PROTOCOLLARI