Reti di Telecomunicazione Lezione 8

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1 Reti di Telecomunicazione Lezione 8 Marco Benini Corso di Laurea in Informatica marco.benini@uninsubria.it

2 Livello di trasporto Programma della lezione relazione tra lo strato di trasporto e lo strato di rete relazione tra lo strato di trasporto e lo strato di applicazione Panoramica del livello di trasporto Internet protocollo UDP protocollo TCP Multiplexing e demultiplexing UDP TCP

3 Livello di trasporto Il livello di trasporto fornisce una comunicazione logica fra due processi applicativi che operano su host differenti applicazione trasporto rete collegamento fisico canale logico Dal punto di vista dei processi appare come se i due host fossero connessi direttamente In realtà, i due host possono appartenere a reti completamente diverse, ed i messaggi devono viaggiare lungo un percorso contorto sulla rete canale fisico applicazione trasporto rete collegamento fisico

4 Livello di trasporto e di rete Il livello di trasporto fornisce un canale logico di comunicazione tra processi Il livello di rete fornisce un canale logico di comunicazione tra host La distinzione, benché sottile, è importante: permette di associare un canale ad una coppia di processi operanti su due host in un certo senso, un canale di rete è formato da un insieme di canali di trasporto

5 Livello di trasporto e di rete I protocolli di trasporto offrono le stesse funzionalità dei protocolli di rete con cui sono realizzati ma possono anche estendere queste funzionalità Nel caso di Internet, vi sono due protocolli di trasporto UDP TCP basato sul protocollo di rete IP, ne offre le funzionalità a livello di trasporto basato sul protocollo di rete IP, ne estende le funzionalità, offrendo un servizio affidabile (orientato alla connessione) con controllo di flusso e di congestione Quindi, nel caso di Internet, abbiamo due protocolli di trasporto che utilizzano entrambi il medesimo protocollo di rete

6 Trasporto e applicazione Il livello di trasporto offre un interfaccia programmativa alle applicazioni di rete che consente loro di inviare messaggi ad un altra applicazione operante su uno host differente Nel caso di Internet, l interfaccia è la libreria delle socket Il livello di trasporto è quindi il responsabile del corretto funzionamento delle socket cui un applicazione si appoggia per realizzare i protocolli di livello applicativo in questo modo, la socket diviene lo strumento con cui una applicazione si identifica presso il livello di trasporto

7 Trasporto e applicazione Il livello di trasporto su Internet ha la responsabilità di fornire due tipi di canali logici alle applicazioni: un canale orientato ai messaggi destinato ad inoltrare singoli messaggi che garantisce di compiere il miglior sforzo possibile per portare integro il messaggio a destinazione un canale orientato alla connessione destinato ad inoltrare un flusso di messaggi che garantisce di mantenere l ordine di sequenza temporale dei messaggi inviati che garantisce l integrità dei messaggi (niente errori di trasmissione) che garantisce che un processo lento non venga inondato di richieste che non può evadere (controllo di flusso) che garantisce che la rete non venga saturata di messaggi provenienti da una applicazione (controllo di congestione)

8 Panoramica Rispetto al livello applicazione, l unità di informazione è il messaggio Rispetto allo strato di rete, l unità di informazione è il segmento Spesso useremo il termine più generico di pacchetto al posto di segmento 5 application 4 transport 3 network 2 link 1 physical

9 Panoramica Rispetto al livello applicazione, l unità di informazione è il messaggio Rispetto allo strato di rete, l unità di informazione è il segmento Spesso useremo il termine più generico di pacchetto al posto di segmento 5 application 4 transport 3 network 2 link messaggio segmento Quindi lo strato di trasporto in trasmissione, trasforma messaggi in segmenti in ricezione, trasforma segmenti in messaggi 1 physical

10 Livello di rete Per descrivere il funzionamento del livello di trasporto, è necessario avere una idea di massima dell interfaccia del livello di rete Il protocollo di rete di Internet è IP (Internet Protocol) il modello di servizio di IP è best effort IP fa del suo meglio per consegnare i segmenti tra due host, ma non fornisce garanzie IP è un servizio inaffidabile: non garantisce la consegna dei segmenti, l ordine di consegna e l integrità dei dati nei segmenti IP consegna segmenti tra due host, identificati per mezzo dei loro indirizzi, che sono codificati dal protocollo di rete, e pertanto sono detti indirizzi IP

11 Panoramica La maggiore responsabilità dei protocolli UDP e TCP è di estendere il servizio di spedizione di IP fra due host al servizio di spedizione fra due processi di rete operanti su quegli host l estensione della spedizione da host a host alla spedizione da processo a processo è detta multiplexing (in trasmissione) e demultiplexing (in ricezione) Inoltre, sia TCP che UDP forniscono un servizio di controllo di integrità dei segmenti, per verificare se sono stati introdotti errori di trasmissione Il protocollo UDP non fornisce altri servizi!

12 Il protocollo TCP Il protocollo TCP offre anche un servizio orientato alla connessione usando controllo di flusso, numeri di sequenza, riscontri e timer, TCP assicura che i dati siano spediti da un processo mittente ad un processo destinatario correttamente ed in ordine Il protocollo TCP offre anche un servizio di controllo della congestione questo servizio non è tanto utile all applicazione che si appoggia a TCP bensì è un servizio per il bene comune della rete: in termini generici, il controllo di congestione previene la saturazione, da parte di qualsiasi connessione TCP, con un traffico eccessivo dei link e dei router situati tra gli host comunicanti il protocollo TCP tende a suddividere equamente la banda di un link congestionato tra le connessioni TCP che lo attraversano

13 Multiplexing e demultiplexing application UDP TCP IP IP (livello di rete) riceve tutti i segmenti per un host

14 Multiplexing e demultiplexing application UDP TCP IP IP (livello di rete) riceve tutti i segmenti per un host IP li spedisce all appropriato protocollo del livello di trasporto (quello dell host destinatario)

15 Multiplexing e demultiplexing application UDP TCP IP IP (livello di rete) riceve tutti i segmenti per un host IP li spedisce all appropriato protocollo del livello di trasporto (quello dell host destinatario) Il protocollo di trasporto invia i segmenti alla socket (all applicazione) cui sono destinati

16 Multiplexing e demultiplexing Il lavoro di recapitare i dati in un segmento dello strato di trasporto al corretto socket (applicazione) è chiamato demultiplexing Il lavoro inverso, di ottenere i dati dall host sorgente dalle diverse socket, e di inviarli al livello di rete per l inoltro, è detto multiplexing Per effettuare queste due operazioni, è necessario discriminare tra le applicazioni di rete dello stesso host immagazzinare questo dato di servizio nel segmento inviato allo strato di rete

17 Intestazioni Ogni pacchetto (sia del livello di trasporto che del livello rete ha una intestazione) il livello di rete tiene traccia dell host mittente, dell host destinatario e del protocollo di trasporto (TCP o UDP) coinvolto nella comunicazione il livello di trasporto tiene traccia (almeno) dell applicazione (socket) mittente e dell applicazione (socket) destinataria

18 Intestazioni Ogni pacchetto (sia del livello di trasporto che del livello rete ha una intestazione) il livello di rete tiene traccia dell host mittente, dell host destinatario e del protocollo di trasporto (TCP o UDP) coinvolto nella comunicazione il livello di trasporto tiene traccia (almeno) dell applicazione (socket) mittente e dell applicazione (socket) destinataria network header source host destination host protocol

19 Intestazioni Ogni pacchetto (sia del livello di trasporto che del livello rete ha una intestazione) il livello di rete tiene traccia dell host mittente, dell host destinatario e del protocollo di trasporto (TCP o UDP) coinvolto nella comunicazione il livello di trasporto tiene traccia (almeno) dell applicazione (socket) mittente e dell applicazione (socket) destinataria transport header network header source port destination port other info data source host destination host protocol

20 Protocollo UDP Il protocollo UDP attua il servizio di multiplexing usando esattamente il meccanismo delle intestazioni come descritto: ad ogni socket UDP viene associato un numero identificativo unico nello host, detto numero di porta (tra 0 e bit) una comunicazione avviene tra due socket di due host un segmento UDP viene formato ponendo in testa del messaggio una intestazione i campi numero di porta sorgente e numero di porta destinazione sono riempiti con i valori associati alla socket mittente ed alla socket destinataria viene quindi inviato il pacchetto al livello di rete, che provvede ad aggiungere la propria intestazione con l indirizzo dell host mittente, l indirizzo dell host destinatario ed il numero che identifica il protocollo di trasporto UDP

21 Protocollo UDP Simmetricamente, UDP attua il processo di demultiplexing: riceve un segmento dal livello di rete nell intestazione è definito quale sia il numero di porta destinatario cerca la socket UDP associata a questo numero di porta invia ad essa il contenuto del segmento Una socket UDP è univocamente determinata da una coppia l indirizzo IP dell host destinatario il numero di porta di destinazione L indirizzo IP sorgente e la porta sorgente sono usate per fornire una informazione che consenta di formare una risposta ad un messaggio inviato per mezzo del protocollo UDP

22 Porte Il meccanismo di identificare una applicazione con un numero di porta è comune sia a UDP che a TCP Il numero di porta è rappresentato con 16bit (da 0 a 65535) Per convenzione i numeri di porta tra 0 e 1023 sono riservati essi hanno un significato speciale: sono legati ad applicazioni specifiche sono detti numeri di porta ben conosciuti (well-known) Ad esempio il numero di porta 20 e 21 per TCP sono riservati per FTP

23 Protocollo TCP Il servizio di multiplexing/demultiplexing realizzato da TCP è simile a quello realizzato da UDP, ma con qualche importante differenza Una socket TCP è univocamente determinata da una quadrupla: indirizzo IP sorgente numero di porta sorgente indirizzo IP destinazione numero di porta destinazione Il processo di multiplexing di TCP è quindi esattamente analogo a quello di UDP

24 Protocollo TCP Diversamente, TCP attua il processo di demultiplexing: riceve un segmento dal livello di rete il livello di rete fornisce anche l indirizzo del mittente e del destinatario, scorporati dal segmento nell intestazione è definito quale sia il numero di porta destinatario ed il numero di porta sorgente cerca la socket TCP associata a questi due numeri di porta, ed ai due indirizzi IP ricevuti invia ad essa il contenuto del segmento Una socket TCP contiene tutte le informazioni sui due terminali che comunicano

25 Esempio Al client viene assegnato un qualche numero di porta X casuale non utilizzato sull host A Il server di posta SMTP opera sull host B e sul numero di porta ben noto 25 host A source port: x dest. port: 25 host B La risposta viene destinata alla porta X dell host A, proveniente dalla porta 25 dell host B source port:25 dest. port: x uso delle porte: SMTP

26 Esempio Con il meccanismo di demultiplexing di TCP, è possibile discriminare una situazione in cui vi siano contemporaneamente due canali di comunicazione diretti alla stessa applicazione dello stesso host il caso del client C Come nota, si rilevi che i numeri di porta sono unici per host client A e C Web client host A Source IP: A Dest IP: B source port: x dest. port: 80 Source IP: C Dest IP: B source port: y dest. port: 80 Web client host C Source IP: C Dest IP: B source port: x dest. port: 80 Web server B uso delle porte: HTTP

27 Questa lezione è tratta da: Kurose, cap. 3.1 e 3.2 Conclusione Esercizi: Rivedere la programmazione mediante socket Abbiamo detto che il processo di multiplexing per TCP è analogo a quello per UDP: in che cosa consiste la differenza? Nell ultimo esempio, abbiamo illustrato una situazione in cui vi siano due comunicazioni TCP verso la stesso host e la stessa porta: perché questo non può accadere con UDP?