02 Architetture Prot -...

Reti(già “Reti diCalcolatori”)

Architetture ProtocollariStoria eStruttura diInternet

RenatoLoCigno

http://disi.unitn.it/locigno/index.php/teaching-duties/computer-networks

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Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia 2

ArchitetturaProtocollare

• Insiemedeiprotocolliedellelorointer-relazionichedefinisconounaarchitetturalogicaefisicadicomunicazione

Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia

Entità A3 Entità B3PROTOCOLLO3



FLUSSODIINFORMAZIONI

stack

3

Architetture:modelloastrati

• Un’architetturadiretedefinisce:– ilprocessodicomunicazione– lerelazionitraentitàcoinvoltenellacomunicazione– lefunzioninecessarieperlacomunicazione

• Siusanoarchitetturestratificate– semplicitàdiprogetto– raggruppamentoinstrati(olivelli) difunzionisimiliperlogicaotecnologia

– gerarchiatrastrati


Architetture:Origini

• L’ideadiunaarchitetturamodulareestratificataèsimileaiprincipidisviluppomodularedelcodice– Pezziriutilizzabili– Libreriesenzadipendenzeesterne– Costruzione“funzionale”deiservizi

• Unaentitàdiuncertostratocostruiscelepropriefunzionisullabasedellefunzionidellostratosottostanteenoninbaseacomequestefunzionisonorealizzate

• Esistonomoltearchitettureprotocollaridiverse:– ISO/OSI– TCP/IP– ISDN– B-ISDN– ...


Architetture:qualistudiare?

• PanoramicasulmodelloastrattoISO/OSI– acquisireconcettidibase– avereunriferimentoastrattosucuimappareidiversimodellidelleretireali

– imparareunaterminologiaprecisaacuiriferirsi

• TCP/IPinquantoarchitetturadiInternet– Saràilnostroriferimentopertuttoilcorso

• Unaveloce“occhiata”amodellialternativi


mezzitrasmissivi

Sistema1Sistema2

Sisteman

Sistema3

Architetturedirete

• Inastratto,unareteècompostadisistemi (terminali,nodi…)collegatitralorodamezzitrasmissivi


Sistemaj

ISO/OSI

7

SistemaA SistemaBstratopiùelevato

sottosistemaStratoN+1StratoNStratoN-1

stratoinferiore mezzitrasmissivi

Stratiolivelli

• Ognisistemaècompostodasottosistemi• Ognisottosistemarealizzalefunzionipropriediunostratotramite

delleentità


(N)- entità

8

Stratificazione

• Ognistrato(olivello)– fornisceserviziallostratosuperiore– usando

• iservizidellostratoinferiore• lepropriefunzioni

• Identificabili:– fornitoridiservizio– utentidelservizio– puntidiaccessoalservizio:SAP(ServiceAccessPoint)


(N+1)- strato

(N)- strato(N)- servizio

usa

fornisce

Servizi

• GliutentidellostratoN sonole(N+1)-entità• (N+1)-entitàcooperanoecomunicanousando(N)-servizi• Gli(N)-servizisonofornitidagli(N)-fornitoridiservizio


(N)- servizio

mezzi trasmissivi

N+1

N

N+1

N(N)- fornitorediservizio

Black-Boxperle(N+1)- entità

Servizi

• UnostratoN+1percepisceglistratiinferiorisoloinquantofornitoridiun(N)-servizio

• TuttiglistratidaN ingiùsonouna“black box”perle(N+1)-entità


ServiceAccessPoint

• Un(N)-servizioèoffertoaduna(N+1)-entità attraversounainterfacciadiprogrammazionechechiamiamopuntodiaccessoalservizioo(ServiceAccessPoint- SAP)


(N+1)- entità

(N)- entità

(N)- SAP

(N+1)- strato

(N)- strato

(N)- entità

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Protocolli

• Loscambiodiinformazionitraentitàomologhedisistemidiversiavvieneconunprotocollo


ISO/OSI

Sistema A

(N+1)- protocollo

(N)- protocollo

(N+1)- entità

(N)- entità

(N+1)- entità

(N)- entità

SistemaB

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SistemaASistemaBSistemaCSistemaD

mezzitrasmissivi

percorsodelleinformazioni

Trasferimentoinformazioni


CreazionePDU

• InunsistemaconM strati,idatiutentesonounaM-SDUericevonounaM-PCI,performareunaM-PDU

• OgnistratoinferioretrattalaPDUdellostratosuperiorecomeuna“bustachiusa”acuiaggiungeresoloun’intestazione

• NelpassaggiodaunN-strato adun(N-1)-strato,laN-PDUdiventauna(N-1)-SDUeacquisisceuna(N-1)-PCI(un’intestazione,coninformazionidi“lavoro”dellostrato)

• Nominalmente,primadellatrasmissione,idatiricevonotanteintestazioniquantisonoglistratiattraversatinelsistema

• Inricezione,avvieneilprocessoinverso


(N)- strato

interfaccia

(N-1)- strato

(N-1)- SDU

(N-1)- PCI (N-1)- SDU

(N-1)- PDU

SAP

(N)- PDU

CreazionePDU


CreazionePDU

• Distratoinstrato,laPDUacquisisceintestazioni(aggiunteintestaeincoda)


DatiutenteN-PCI(N-1)-PCI

(N-2)-PCI…1-PCI

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CreazionePDU

• Sulleunitàdatiesistelapossibilitàdi– segmentazione– concatenazione

• Lasegmentazionepuòavveniresiacostruendopiù(N)- PDUdauna(N)- SDU,siagenerandopiù(N-1)- SDUdauna(N)- PDU

• Analogamenteperlaconcatenazione


ApplicazionePresentazioneSessioneTrasportoReteCollegamentoFisico

RicevitoreTrasmettitore


datiAPCIASDU

PPCIPSDUSPCISSDU

TPCITSDUNPCINSDU

DLPCIDLSDUbitosimboli

Trasferimentoinformazioni


ModellodiriferimentoISO/OSI

• (OpenSystemInterconnection)èrecepitoneiseguentistandard

– ISOIS7498

– CCITTX.200

• IprincipifondamentalidefinitidalmodellodiriferimentoOSIsonooggiuniversalmenteaccettati

• CiònonsignificachetuttelearchitetturediprotocollisianoconformialmodelloOSI...

– ...anzipraticamentenonsiusadanessunaparte

– ...eperquestohaunelevatovalorecomeriferimentoeconfronto


Applicazione

Presentazione

Sessione

Trasporto

Rete

Collegamento

Fisico

7

6

5

4

3

2

1

OpenSystemInterconnection(OSI)


Application

Presentation

Session

Trasport

Network

DataLink

Physical

7

6

5

4

3

2

1

21

InternetProtocolSuite

OSIedInternet


Applicazione

Presentazione

Sessione

Trasporto

Rete

Collegamento

Fisico

OSI

NFS

XDR

RPC,webRTC

Telnet,ftp

http

SMTP,pop,icmp

SNMP

TCPeUDP;SCTP&more

IPARPeRARP

ICMP Protocollidirouting

Nonspecificati

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applicazione

presentazione

sessione

trasporto

rete

collegamento

fisico

mezzitrasmissivi

Protocollodiapplicazione

Protocollodipresentazione

Protocollodisessione

Protocolloditrasporto

Protocollodirete

Protocollodicollegamento

Protocollodistratofisico

applicazione

presentazione

sessione

trasporto

rete

collegamento

fisico

SettistratiOSI




• sistemiterminali• sistemidiinterconnessione(relay)

SISTEMAA RELAYSYSTEM SISTEMAB

Rete

mezzitrasmissivi

Sistemi


Colleg.Fisico

24

Strato1:fisico

• Physcal layer:

– fornisceimezzimeccanici,fisici,funzionalieproceduraliperattivare,mantenereedisattivareleconnessionifisiche

– hailcompitodieffettuareiltrasferimentodellecifrebinariescambiatedalleentitàdistratodicollegamento

– leunitàdatisonobitosimboli

– definizionedicodifichedilinea,connettori,livelliditensione


Strato2:collegamento

• Datalinklayer

– fornisceimezzifunzionalieproceduraliperiltrasferimentodelleunitàdatitraentitàdistratoreteeperfronteggiaremalfunzionamentidellostratofisico

– funzionifondamentali:

• rivelazioneerecuperodeglierroriditrasmissione

• controllodiflusso

• delimitazionedelleunitàdati


Strato3:rete

• Networklayer

– fornisceimezziperinstaurare,mantenereeabbattereleconnessionidiretetraentitàdistratotrasporto


• instradamento

• controllodiflussoecongestione

• tariffazione


Strato4:trasporto

• Transport layer

– colmalecarenzediqualitàdiserviziodelleconnessionidistratorete


• controllod’errore

• controllodisequenza

• controllodiflusso

– eseguemultiplazioneedemultiplazione diconnessioni

– Eseguelasegmentazionedeidatiinpacchettielalororicomposizioneadestinazione


Strato5:sessione

• Session layer

– assicuraalleentitàdipresentazioneunaconnessionedisessione

– organizzailcolloquiotraleentitàdipresentazione

– strutturaesincronizzaloscambiodidatiinmododapoterlosospendere,riprendereeterminareordinatamente

– mascheraleinterruzionidelserviziotrasporto

– Spessointegratonellefunzionideilivellisuperiori


Strato6:presentazione

• Presentation layer

– risolveiproblemidicompatibilitàperquantoriguardalarappresentazionedeidatidatrasferire

– risolveiproblemirelativiallatrasformazionedellasintassideidati

– puòfornireservizidicifraturadelleinformazioni

– Spessointegratonellefunzionidellivellosuperiore


Strato7:applicazione

• Application layer

– fornisceaiprocessiapplicativiimezziperaccedereall’ambientedicomunicazione

• Esempidiservizio– trasferimentodifile– terminalevirtuale– postaelettronica,chat– telefonia,videoconferenza– telelavoro– Social“whatever”– ...


Pila di protocolli Internet(TCP/IP)

• applicazione: disupporto alle applicazioni direte– FTP,SMTP,HTTP,...

• trasporto: trasferimento dei messaggi tra sistemiterminali– TCP,UDP

• rete: instradamento dei pacchetti dalla sorgentealla destinazione– IPv4,IPv6

• link(collegamento): consegna dei pacchetti trahost(inclusi router)– PPP,Ethernet,...

• fisico: trasferimento dei singoli bit


applicazione

trasporto

rete

link

fisico

32

q presentazione: consentealleapplicazionidiinterpretareilsignificatodeidati(es.cifratura,compressione,convenzionispecifichedellamacchina)

q sessione: sincronizzazione,controllo,recuperodeidati

q LapilaInternetèprivadiquestiduelivelli!v questiservizi,senecessario, possono

essereimplementatinelleapplicazionionellivelloapplicativo

v sononecessari?

applicazione

presentazione

sessione

trasporto

rete

collegamento

fisico

Internet:livelli mancanti


destinazione

Applicazionetrasporto

Retecollegamento

fisico

ReteCollegamento

fisico

Collegamentofisico

router

switch(commutatore)

Incapsulamento


messaggiosegmento

datagram

frame

origine

Applicazione

trasportoRete

collegamentofisico

Hl

Hn

MM

MMM

HA

Ht HA

Ht HA

Hn HAHt

Hl

Hn

MM

MMM

HA

Ht HA

Ht HA

Hn HAHt

Hl

Hn MM

Ht HA

Hn HAHtHl

Hn MM

Ht HA

Hn HAHt

Hl MHn HAHtHl MHn HAHt

34

STRUTTURA DIINTERNET


Struttura diInternet:laretedelle reti

• fondamentalmente gerarchica• alcentro:“ISPdilivello 1” (es.:Verizon,Sprint,AT&T,

Cable&Wireless),copertura nazionale/internazionale– Comunicano tra diloro come“pari”


ISP di livello 1

ISP di livello 1

ISP di livello 1

Gli ISPdilivello 1sonodirettamente connessiaciascuno degli altriISPdilivello 1

36

Struttura diInternet:laretedelle reti

• ISPdilivello 2:ISPpiù piccoli (nazionali odistrettuali)– Sipuò connettere soloalalcuni ISPdilivello 1,epossibilmente adaltri ISPdi

livello 2

ISP di livello 1

ISP di livello 1

ISP di livello 1

ISP di livello 2ISP di livello 2

ISP di livello 2 ISP di livello 2

ISP di livello 2

UnISPdilivello 2paga gli ISPdilivello 1che gliforniscono laconnettività perilresto della rete

UnISPdilivello 2è cliente diunISPdilivello 1

Quando dueISPsono direttamenteinterconnessivengono detti parigrado (peer)


StrutturadiInternet:laretedellereti

• ISPdilivello3eISPlocali(ISPdiaccesso)– Reti“ultimosalto”(lasthopnetwork),lepiùvicineaisistemiterminali


ISP di livello 1

ISP di livello 1

ISP di livello 1



ISP di livello 2

ISPlocaleISP

localeISP

locale

ISPlocale

ISPlocale ISP

di livello 3

ISPlocale

ISPlocale

ISPlocale

ISPlocaliedilivello3sonoclienti degliISPdilivellosuperiorechelicolleganoall’interaInternet

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percorso dei pacchetti

• unpacchetto passa attraverso moltedi reti!• larotta diandata eritorno nonsono sempre uguali

ISP di livello 1

ISP di livello 1

ISP di livello 1



ISP di livello 2

ISPlocaleISP

localeISP

locale

ISPlocale ISP

di livello 3

ISPlocale


Collegamentiintercontinentali

http://submarine-cable-map-2016.telegeography.com


Struttura diInternet- NSFnet

http://www.nthelp.com/maps.htm


Struttura diInternet- GEANT


http://www.geant.net

Struttura diInternet- GARR


http://www.garr.it/rete/infrastruttura-di-rete/mappa-della-rete

(BREVE,BUFFA) STORIA DIINTERNET


Storia di Internet

• 1961: Kleinrock - lateoria delle codedimostra l’efficacia dell’approccio acommutazione dipacchetto

• 1964: Baran - uso della commutazione dipacchetto nelle reti militari• 1967: il progetto ARPAnet viene concepito dall’Advanced ResearchProjectsAgency• 1969: primonodo operativo ARPAnet


• 1972:– dimostrazione pubblica diARPAnet– NCP(NetworkControlProtocol),primo

protocollo tra nodi– Primoprogramma diposta elettronica– ARPAnet ha15nodi

1961-1972:sviluppo della commutazione dipacchetto

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Storia di Internet

• 1970: retesatellitare ALOHAnet che collegaleuniversità delle Hawaii

• 1974: CerfeKahn- architettura perl’interconnessione delle reti

• 1976: Ethernetallo XeroxPARC• Fineanni ‘70: architetture proprietarie:

DECnet,SNA,XNA• Fineanni ‘70: commutazione dipacchetti:

ATMante-litteram• 1979: ARPAnet ha200nodi


Lelinee guida diCerfeKahnsull’internetworking:

– minimalismo,autonomia -percollegare levarie retinonoccorrono cambiamentiinterni

– modello diservizio besteffort

– routerstateless– controllo decentralizzato

definiscono l’attuale architettura diInternet

1972-1980:Internetworkingereti proprietarie

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StoriadiInternet

• 1983: rilasciodiTCP/IP• 1982: definizionedelprotocollosmtp

perlapostaelettronica• 1983: definizionedelDNSperla

traduzionedegliindirizziIP• 1985: definizionedelprotocolloftp• 1988: controllodellacongestioneTCP


• nuoveretinazionali:Csnet,BITnet,NSFnet,Minitel

• 100.000host collegati

1980-1990:nuovi protocolli,proliferazione delle reti

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Storia di Internet

• Primi anni ‘90:ARPAnet viene dismessa• 1991:NSFlascia decadere lerestrizioni

sull’uso commerciale diNSFnet• Primi anni ‘90: il Web

– ipertestualità [Bush1945,Nelson1960’s]

– HTML,HTTP:Berners-Lee– 1994:Mosaic,poiNetscape

• Fine‘90: commercializzazione delWeb


Fineanni ‘90– 2007:• arrivano le“killerapplications”:

messaggistica istantanea,condivisione difileP2P

• sicurezza direte• 50milioni dihost,oltre 100

milioni diutenti• velocità nelle dorsali dell’ordine

diGbps

1990-2000:commercializzazione,Web,nuove applicazioni

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2008-2017:q 500->2000milionidihost (Bho?)eglismarphone??q Voice,VideooverIPq ApplicazioniP2P:BitTorrent (condivisionedifile),Skype(VoIP),

PPLive (video),...q Piùapplicazioni:YouTube,gamingq Socialnetworks&cloud computingq MonopoliodiGoogle...q Wireless,mobilitàq AccessoaInternetcome“dirittoinalienabile”q ...q Nonèstoriaèattualità...

Storia diInternet


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