1 Nozioni di base sulle reti. 2 Obiettivi l Panoramica sulle reti –tecnologie, potenzialità,...

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Nozioni di base sulle retiNozioni di base sulle reti

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Obiettivi Obiettivi Panoramica sulle reti

– tecnologie, potenzialità, limiti Conoscere gli standard, protocolli e metodi di

accesso Identificare le principali architetture di rete Conoscere le differenze tra reti locali e

geografiche Identificare i componenti di base di Internet

– approfondimenti sul protocollo TCP/IP Configurazione e utilizzo di una rete locale

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Che cos’è una reteChe cos’è una rete Componenti

– Computer e altri dispositivi (nodi)– Mezzo trasmissivo (media)– Software

Vantaggi dell’utilizzo delle reti– economia – affidabilità– risparmio– crescita graduale

Reti locali e reti geografiche Reti interconnesse

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Tipi di ...retiTipi di ...reti

Ambito Distanza TipoComputer Circuito stampato 0,1m parallelismo

Sistema 1m multiproc.Stanza 10m cluster

Reti Edificio 100m LANComprensorio 1Km LAN estesaCittà 10Km MANNazione 100KmContinente 1000Km WANMondo 10000Km

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Le reti locali - una definizioneLe reti locali - una definizione

Una LAN è un sistema di comunicazione che permette ad apparecchiature indipendentiapparecchiature indipendenti di comunicare tra di loro, entro un'area delimitataun'area delimitata, utilizzando un canale fisico a velocità elevatacanale fisico a velocità elevata e con basso tasso d'errorebasso tasso d'errore.

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Le reti localiLe reti locali

Non c’è attraversamento di “suolo pubblico” Reti peer-to-peer

– pochi utenti– scarse esigenze di sicurezza

sicurezza a livello di condivisione Reti basate su server

– maggiore sicurezza sicurezza a livello utente

– amministrazione centralizzata

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La struttura della reteLa struttura della rete Diversi tipi di collegamenti:

– Punto-Punto

– Multipunto

– Broadcast

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La struttura della reteLa struttura della rete Topologie standard di rete

– a bus bus cablata a stella (hub)

– a stella

– ad anello

anello cablato a stella

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Pregi e difetti delle topologiePregi e difetti delle topologie Bus

– economicità– facilità di installazione ed espansione– problemi sul cavo si riflettono sull’intera rete– difficoltà di trovare guasti sul cavo– forte riduzione delle prestazione con molti utenti

(traffico broadcast) Anello

– buone prestazioni indipendentemente dal numero di nodi

– problemi su un computer si possono riflettere sull’intera rete

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Pregi e difetti delle topologie (2)Pregi e difetti delle topologie (2) Stella

– facilità di installazione ed espansione– controllo centralizzato– utilizzo con diversi tipi di cavo– guasto su un cavo blocca solo il nodo interessato– guasto del nodo centrale blocca l’intera rete– richiesta di maggiore cablaggio

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I mezzi trasmissiviI mezzi trasmissivi Cavi

– coassiale reti senza hub

– thick 500mt

– thin (RG-58) 185mt

– doppino ritorto (twisted pair) reti con hub

– schermato (STP) 100mt– non schermato (UTP) 100mt

– fibra ottica ~2Km

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I mezzi trasmissiviI mezzi trasmissivi Il cavo coassiale

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I mezzi trasmissiviI mezzi trasmissivi Il doppino (TP - twisted pair)

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I mezzi trasmissiviI mezzi trasmissivi Categorie dei doppini

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I mezzi trasmissiviI mezzi trasmissivi I connettori RJ45

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I mezzi trasmissiviI mezzi trasmissivi Le fibre ottiche

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I mezzi trasmissiviI mezzi trasmissivi I connettori per fibre ottiche

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I mezzi trasmissivi (2)I mezzi trasmissivi (2) Senza cavi (wireless)

– infrarossi– radio

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Gli adattatori di reteGli adattatori di rete Scheda di rete

– interfaccia di connessione fisica tra il computer e il cavo– ha un proprio indirizzo di rete univoco (MAC ID)– converte i dati da paralleli a seriali e viceversa

– per PC: tipo di bus ISA (8/16 bit) EISA (32 bit) MCA (16/32 bit) PCI (32 bit PnP)

– tipo di connettore BNC AUI RJ45

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Le architetture di reteLe architetture di reteconcetti fondamentaliconcetti fondamentali

Concetto di Architettura a strati

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Le architetture di reteLe architetture di reteconcetti fondamentaliconcetti fondamentali

Il problema dei due filosofi

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Il modello standard di Il modello standard di riferimentoriferimento

Lo standard ISO/OSI– una base comune su cui sviluppare standard per

l'interconnessione di sistemi informatici– un modello rispetto a cui confrontare le architetture di

rete– creato nel 1978 dall’ISO (International Standards

Organization)

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Il modello ISO/OSIIl modello ISO/OSI L’architettura a livelli del modello OSI

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Il modello ISO/OSI (2)Il modello ISO/OSI (2) Ogni livello comunica solo con i livelli

immediatamente superiore e inferiore I livelli sono separati da interfacce Gli scambi tra livelli paritetici sono i protocolli Lo scopo di ogni livello è di fornire servizi per il

livello immediatamente superiore mascherando la complessità dei livelli inferiori

I dati passano da un livello all’altro sotto forma di pacchetti

Ogni livello aggiunge informazioni di controllo

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Il modello ISO/OSI (3)Il modello ISO/OSI (3)

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Il modello ISO/OSI (4)Il modello ISO/OSI (4) Livello 7 (Applicazione - Application)

– User data– servizi direttamente accessibili dalle applicazioni

(condivisione file, posta elettronica ecc.)– Problema tipico: “nome” del destinatario

Livello 6 (Presentazione - Presentation)– Encrypted User Data– eliminare le differenze di sintassi e codifica dei dati (ad es.

trascodifica ASCII - EBCDIC)– compressione e cifratura

Livello 5 (Sessione - Session)– Message– consente l’instaurarsi della connessione tra applicazioni su

diversi computer (sessione o circuito virtuale)– controlli di sicurezza (checkpoint)

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Il modello ISO/OSI (5)Il modello ISO/OSI (5) Livello 4 (Trasporto - Transport)

– Packet sequence– frammentazione dei dati (pacchetti), correzione

degli errori di trasmissione– assicura che i pacchetti vengano trasmessi e ricevuti

correttamente Livello 3 (Rete - Network)

– Packet– traduce gli indirizzi logici in fisici e determina il

percorso per raggiungere la destinazione o decidere l’instradamento (routing)

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Il modello ISO/OSI (6)Il modello ISO/OSI (6) Livello 2 (Data Link)

– Frame– gestisce i frame e li trasmette allo strato fisico– controllo dell’accesso al media

Livello 1 (Fisico - Physical) – Bit stream– comunica direttamente i dati, ora ridotti a flussi di segnale, sul

mezzo trasmissivo– “vede” singoli bit– si preoccupa delle caratteristiche dei media usati

cavi, connettori

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I protocolliI protocolli Esistono molti diversi protocolli I protocolli operano a vari livelli Alcuni protocolli lavorano “in gruppo”

(stack)

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Tipi di protocolliTipi di protocolli Protocolli applicativi

– operano ai livelli 7-6-5– interazione tra applicazioni e scambio dati– SMTP, FTP, NFS

Protocolli di trasporto– operano al livello 4– si identifica spesso il termine “protocollo” con

questo tipo– TCP, SPX, NetBEUI

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Tipi di protocolli (2)Tipi di protocolli (2) Protocolli di rete

– operano ai livelli 3-2-1– gestiscono indirizzi e informazioni di routing, controllo

degli errori e richieste di ripetizione della trasmissione– IP, IPX, NWLink, NetBEUI

TCP/IP: stack di protocolli di internetworking NetBEUI: semplice protocollo per reti non

interconnesse IPX/SPX: protocolli legati ai sistemi di rete Novell

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Protocolli connessi e nonProtocolli connessi e non Modalità connessa

– creazione della connessione– trasferimento dei dati– chiusura della connessione– simile ad una telefonata

Modalità non connessa– unica fase: invio del pacchetto– denominato anche datagram– simile ad una spedizione postale

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Protocolli connessi e non (2)Protocolli connessi e non (2) Livello 1: non applicabile Livello 2

– reti locali: non connesso– reti geografiche: connesso

Livello 3: generalmente non connesso Livello 4: generalmente connesso Livello 5/6/7: connesso o non connesso

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Protocolli connessi e non (3)Protocolli connessi e non (3) Due opinioni diverse sul tema Dove collocare la

“complessità”?– Servizi senza connessione

la rete deve solo trasportare i bit, le reti sono intrinsecamente inaffidabili, i controlli devono essere fatti dagli host

la potenza di calcolo elevata ed economica, conviene collocare la complessità negli host

– Servizi orientati alla connessione la rete deve fornire un servizio di trasporto affidabile soluzione “spinta” dalle società di telecomunicazione

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Il progetto IEEE 802Il progetto IEEE 802

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Modi di accesso al canale di Modi di accesso al canale di trasmissionetrasmissione

CSMA/CD– Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection

CSMA/CA– Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance

Token passing Demand priority

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CSMA/CD -1 CSMA/CD -1

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CSMA/CD - 2CSMA/CD - 2

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Le principali architetture di reteLe principali architetture di retelivelli 1-2livelli 1-2

Ethernet– il tipo di rete più diffuso in ambito PC– accesso CSMA/CD (IEEE 802.3)– 10Mbps o 100Mbps(Fast Ethernet)– Tipologie di cablaggio

10BaseT– 10Mbps, doppino, RJ45, hub (bus cablato a stella)

10Base2– 10Mbps, thin coaxial, BNC (a bus)

10Base5– 10Mbps, thick coaxial, AUI (a bus)

10BaseFL– 10mBPS, fibra ottica (a bus)

100BaseX– 100Mbps, doppino cat. 5, hub (bus cablato a stella)

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Le principali architetture di reteLe principali architetture di retelivelli 1-2 (2)livelli 1-2 (2)

Token Ring (IEEE 802.5)– il tipo di rete più diffuso in ambito IBM– accesso Token passing– topologia ad anello cablato a stella– velocità da 4 a 16Mbps

FDDI– Standard per LAN in fibra ottica– accesso a token– Fiber Data Distribution Interface– per dorsali– 100Mbps– max estensione: 100Km

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I dispositivi di reteI dispositivi di rete Hub

– livello 1 (fisico)– centralizza reti basate su doppino– spesso anche porte BNC

Repeater– livello 1 (fisico)– rigenera il segnale per incrementare la distanza

Bridge– livello 2 (data link)– segmentazione della rete (broadcast domain)– esegue il routing basato su indirizzi hardware (MAC)– connessione di media diversi

Switch– livello 1 (fisico)– opera come un bridge a livello fisico– ottimizza le prestazioni della rete– usato nelle reti 100Mbit Fast Ethernet

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I dispositivi di rete (2)I dispositivi di rete (2) Router

– livello 3 (rete)– esegue il routing basato sugli indirizzi di rete

organizzate in tabelle di routing– scambia informazioni con gli altri router per

ottimizzare il traffico di rete– è in pratica un computer dedicato– non può trattare protocolli non routabili– non fa transitare il traffico broadcasting

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I dispositivi di rete (3)I dispositivi di rete (3) Brouter

– livelli 2 o 3– agisce come un router per alcuni protocolli e

come bridge per altri Gateway

– tutti i livelli a partire dal 4°– permette la comunicazione tra diversi sistemi

operativi– spesso realizzato solo mediante software

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L’internetworkingL’internetworking Partizionare una LAN

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L’internetworkingL’internetworking Connettere più LAN

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L’internetworkingL’internetworking Bridge, router, gateway

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L’internetworkingL’internetworking Switch

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Le reti geografiche Le reti geografiche Le LAN hanno limitazioni fisiche e relative alla

distanza Utilizzando dispositivi di rete e servizi di

comunicazione le LAN si possono espandere Le WAN sono in pratica combinazioni di LAN

connesse tramite collegamenti WAN Alle WAN possono anche collegarsi singoli computer

(ad es. connessione Internet da casa) I collegamenti WAN sono generalmente noleggiati

dai provider

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Connessioni analogiche Connessioni analogiche (livello fisico)(livello fisico) PSTN

– Public Switched Telephone Network– è la comune rete telefonica– E’ una rete progettata per comunicazioni vocali– Commutazione di circuito– Richiede l’utilizzo dei modem– Linee commutate o dedicate (CDA)

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Il modem Il modem

Trasforma il segnale digitale in analogico e viceversa

MO: modulazione DEM: demodulazione Hardware

– interni– esterni– interfaccia verso il computer (seriale, RS-232)– interfaccia verso la rete telefonica

Tipi– sincroni

maggiore complessità e costo, migliori prestazioni– asincroni

tipo più diffuso, prestazioni limitate

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Standard per i modemStandard per i modem De facto

– Hayes software, comandi AT

– MNP controllo degli errori (MNP 4) compressione (MNP 5)

De jure– CCITT (ora ITU)

V.xx– V.22bis 2.400bps– V.32 9.600bps– V.34 28.800bps– V.42 57.600bps– V.42bis 57.600bps con compressione– V.90 57.600bps

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Connessioni digitaliConnessioni digitali(livello fisico)(livello fisico)

Evoluzione delle connessioni analogiche Non richiedono modem ma particolari

adattatori

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Modem V90

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ADSL, HDSL, xDSL– Asymmetric Digital Subscriber Line– High-bit-rate Digital Subscriber Line– Utilizzo ottimizzato del doppino esistente

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Reti a commutazione di pacchettoReti a commutazione di pacchetto Concetto diverso dalla commutazione di

circuito Più utilizzatori condividono la stessa linea I dati sono divisi in pacchetti e viaggiano

indipendentemente sulla rete Possibile modalità non connessa Possibili circuiti virtuali

– i pacchetti arrivano già nell’ordine corretto SVC (Switched VC) PVC (Permanent VC)

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Reti a commutazione di pacchettoReti a commutazione di pacchetto

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Tecnologie WANTecnologie WAN ISDN

X.25

Frame Relay

ATM

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ISDNISDN Integrated Services Digital Network

– in sostituzione delle linee analogiche esistenti– primo passo per l’integrazione delle diverse reti– 3 canali (BRI - Basic Rate Interface)

2 canali B di trasmissione a 64Kbps ciascuno 1 canale D di servizio a 16Kbps

– utilizza TA (Terminal Adapter) per il collegamento a computer oppure router ISDN per collegamento a LAN

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ISDNISDN

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X.25X.25 Un insieme di protocolli per reti a commutazione

di pacchetto

Velocità max 64Kbps

Utilizza Gateway X.25 per il collegamento alle

LAN

Soluzione costosa e in parte obsoleta

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Frame RelayFrame Relay Evoluzione delle reti a commutazione di

pacchetto come X.25

Utilizza appositi router

Basata su PVC

Velocità max 2Mbps

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ATM ATM (Asynchronous Transfer Mode)(Asynchronous Transfer Mode)

Nuovo standard definito nel 1988 Rappresenta il futuro delle comunicazioni WAN 155-600Mbps e oltre Limitazione di velocità data dal mezzo di

trasmissione (attualmente fibre ottiche) Utilizzabile sia per LAN che per WAN alla

stessa velocità Richiede hardware speciale Opera in modalità connessa

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L’architettura di rete TCP/IPL’architettura di rete TCP/IP

Commutazione di pacchetto Nasce negli anni ‘70 per esigenze militari e

accademiche fine anni ‘70 Internet Protocol Suite

– TCP (Transmission Control Protocol)– IP (Internet Protocol)

TCP/IP: è alla base di Internet

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TCP/IP vs OSITCP/IP vs OSI

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I livelli inferioriI livelli inferiori

TCP/IP non specifica i livelli 1 e 2 Utilizza quelli disponibili e conformi ai vari

standard LAN

– Ethernet, Token Ring, FDDI WAN

– X.25, Frame Relay, ATM, ISDN, PSTN(tramite i protocolli SLIP e PPP)

– anche via satellite!

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Il protocollo IPIl protocollo IP Livello 3 (Network) Non connesso Funzioni:

– Instradamento– Frammentazione e riassemblaggio dei pacchetti– Rilevazione degli errori

Versioni– IPv4: attuale– IPv6: futura

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Indirizzamento IPIndirizzamento IP

Essenziale per l’instradamento Indirizzi univoci sulla rete 32bit (4 byte) Espressi scrivendo i valori decimali di ogni

byte separati dal punto– Es.: 192.168.0.1

Ad ogni indirizzo si associa generalmente anche un nome

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Gli indirizzi IPGli indirizzi IP

Due o tre parti– Rete (Network)– Sottorete (Subnetwork)– Computer, router ecc., in generale denominato Host

Gli indirizzi sono associati alle interfacce Esempio: un computer con due schede di rete

Due indirizzi IP

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Gli indirizzi IP (2)Gli indirizzi IP (2) Assegnati da un’unica autorità Univoci a livello mondiale In USA: InterNIC In Italia: GARR Esistono anche indirizzi privati riservati per

reti non interconnesse– rete 10.x.x.x– rete 192.168.x.x

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Gli indirizzi IP (3)Gli indirizzi IP (3) Cinque classi: A, B, C, D, E

Classe D: w compreso tra 224 e 239– applicazioni multicast

Classe E: w compreso tra 240 e 255– riservata a usi futuri

Classe Valori di w NetworkID

HostID

Retidisponibili

Hostdisponibiliper rete

A 1–126 w x.y.z 126 16.777.214B 128–191 w.x y.z 16.384 65.534C 192–223 w.x.y z 2.097.151 254

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Gli indirizzi IP (4)Gli indirizzi IP (4) Le classi A, B, C

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Il subnettingIl subnetting Metodo per suddividere ulteriormente la rete Un host ID viene diviso in:

– Subnet– Host

Netmask– per definire l’ampiezza della subnet

Rete fisica Subnet IP

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L’assegnazione degli indirizziL’assegnazione degli indirizzi Ogni interfaccia di rete conosce:

– il proprio indirizzo– la netmask– l’indirizzo IP del “default gateway”

il router a cui riferirsi per trasmettere fuori dalla propria subnet

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Il routingIl routing All’interno della subnet:

– nessun problema: stessa rete fisica – solo traduzione in indirizzo MAC (ARP e RARP)

Tra subnet:– mediante router (tabelle e protocolli di routing)– Attenzione: nel gergo IP i router sono spesso

chiamati gateway!

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Il routingIl routing

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Il routing - un esempioIl routing - un esempio

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I protocolli TCP e UDPI protocolli TCP e UDP Livello 4 (trasporto) TCP

– Connesso– fornisce servizi alle applicazioni che richiedono una

trasmissione affidabile – le applicazioni possono disinteressarsi della gestione degli

errori e dell’ordine dei pacchetti UDP

– Non connesso– Più semplice di TCP– Utilizzato per applicazioni che non necessitano di

affidabilità– le applicazioni devono occuparsi della gestione degli errori e

dell’ordine dei pacchetti

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Le “porte”Le “porte” Problema: i processi possono utilizzare più protocolli

contemporaneamente. Ad esempio uno stesso computer può lavorare come server per il WWW, per FTP e per la posta elettronica.

Soluzione:– all’indirizzo dell’host (IP address) utilizzato da IP (liv. 3) si

aggiunge il numero di porta utilizzato da TCP o UDP (liv. 4) (socket - TSAP)

Numeri di porta: 16bit (1..65535) Well Known Ports: 1.255

– 25: SMTP (posta in uscita)– 80: WWW– 21: FTP– 110: POP3

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Le “porte”Le “porte”

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Header TCP e UPDHeader TCP e UPD

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Gli applicativiGli applicativi Telnet

– Collegamento in emulazione terminale (a caratteri) FTP

– File Transfer Protocol trasferimento file con conversione di codifica automatica tra computer

diversi (ASCII-EBCDIC) SMTP

– Simple Mail Transfer Protocol Posta elettronica (e-mail) nome utente@server di posta

DNS– Domain Name Server

Database distribuito per gestire la corrispondenza tra nomi e indirizzi IP NFS e Netbios

– Network File System Condivisione file

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Gli applicativi (2)Gli applicativi (2) SNMP

– Simple Network Management Protocol per la gestione tecnica degli apparati di rete

WWW-HTTP– World Wide Web-HyperText Transfer Protocol

servizio ipertestuale distribuito ormai identificato con Internet!

Servizi multicast– Internet Radio– Videoconferenza– Web TV

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I sistemi operativi di rete (LAN)I sistemi operativi di rete (LAN)

In origine:– Sistema operativo (MS-DOS)– Software di rete aggiunto

Attualmente:– Sistemi operativi con incluse funzionalità di

rete (Windows9x)– Sistemi operativi di rete (Novell Netware,

Windows-NT, Windows 2000, UNIX)

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Le operazioni in reteLe operazioni in rete

– Client redirector

– intercetta le richieste dirette a risorse non locali drive di rete stampanti di rete

– Server condivisione delle risorse (sharing) gestione degli utenti

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I sistemi peer-to-peerI sistemi peer-to-peer– Ogni computer può essere contemporaneamente

server e client– Non esiste un database centralizzato degli utenti– La sicurezza è basata su password associate alle

risorse (ad es. una cartella o una stampante) condivise (sicurezza di tipo share-level)

– Semplicità di gestione– Adatti per pochi utenti e poche risorse da condividere

(max 10-20) – Non adatti per reti interconnesse– Esempio:

reti Microsoft basate su Workgroup– Windows 3.11 for Workgroup– Windows 9x

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I sistemi server-basedI sistemi server-based– Sulla rete esiste almeno un Server su cui gira un sistema

operativo di rete– Esiste un database centralizzato degli utenti– La sicurezza è basata sull’identificazione degli utenti e i

permessi sono associati ai singoli utenti (o a gruppi) e non alle risorse condivise (sicurezza di tipo user-level)

– Maggiore complessità di gestione– Indispensabile per reti interconnesse e dove sia

importante la sicurezza– Esempio:

Novell Netware reti Microsoft basate sul dominio

– Windows-NT Server – Windows 2000 Server

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Sessione pratica con WindowsSessione pratica con Windows– Pannello di controllo

Rete– Componenti di rete

• Schede / Protocolli/ Servizi / Client– Condivisione di una cartella– Risorse di rete

Connessione di unità di rete– Condivisione di una stampante– Installazione di una stampante remota– Point and Print

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