IL PROTOCOLLO TCP/IPIL PROTOCOLLO TCP/IP

Il Protocollo TCP/IPIl Protocollo TCP/IP

Transmission Control Protocol/Internet Protocol

Vinton Cerf e il suo socio Bob Khan, studenti americani, comproprietari di una società per lo sviluppo di soluzioni software, pubblicano nel 1974 un articolo dal titolo “Un protocollo per il Controllo della Trasmissione”. Nasce il TCP: una vera rivoluzione che ha in sé i principi di quello che diventerà il protocollo TCP/IP.

Si tratta in realtà di un linguaggio unificato capace di fare da veicolo tra macchine a distanza, quale che sia il canale usato, in modo da mandare messaggi da qualunque nodo alla giusta destinazione.

PROTOCOLLO TCP/IPPROTOCOLLO TCP/IPGeneralitàGeneralità

Il protocollo TCP/IP è un protocollo basato sul paradigma Client-Server del tipo Peer-to-Peer : un sistema che implementa il protocollo TCP/IP può funzionare da Client e da Server indifferentemente e cambiare addirittura identità in fase di elaborazione.

Il protocollo TCP/IP è un protocollo full duplex a commutazione di pacchetto : non esiste un’autorità centralizzata nella rete, ma un qualunque nodo è logicamente collegato ad un qualunque altro nodo e ciascun nodo può creare, elaborare e trasmettere informazioni. Tutti i nodi si trovano quindi allo stesso livello gerarchico.

Modello TCP/IPModello TCP/IP e Modello OSI e Modello OSI

Nella terminologia usata per la definizione di una Intranet, cioè di una rete aziendale, il protocollo TCP/IP è classificato come protocollo Routable. Nella figura successiva sono messe a confronto la struttura OSI e quella del protocollo TCP/IP.

77

66

55

44

33

22

11

ApplicazioneApplicazione

PresentazionePresentazione

SessioneSessione

TrasportoTrasporto

ReteRete

CollegamentoCollegamento

FisicoFisico

Modello OSI

Applicazione Applicazione

TrasportoTrasporto

InternetInternet

Interfaccia ReteInterfaccia Rete

HardwareHardware

Modello TCP/IP

API

Applicazione Applicazione

TrasportoTrasporto

InternetInternet

Interfaccia ReteInterfaccia Rete

HardwareHardware

Modello TCP/IP

API

IP ICMP ARP RARP RIP OSPF EGP BGP

UDP TCP

DRIVER di RETE e NIC

ApplicazioniE

Servizi

Protocolli e Componenti TCP/IP

Indirizzo TCP/IPIndirizzo TCP/IP

Il TIPO varia da 1 a 4 bit e specifica se l’indirizzo è di Classe A (bit 0); di Classe B (bit 10); di Classe C (bit 110); di Classe D (bit 1110).

A seconda del tipo c’è un formato diverso e una lunghezza diversa per le altre due parti.

Il Tipo più l’Indirizzamento di Rete individuano l’Identificativo di Rete, cioè la singola rete alla quale appartiene il sistema (host). L’Indirizzamento di Host è l’indirizzo del sistema nella rete.

TIPO Indirizzamento di Rete Indirizzamento di Host

Gli Indirizzi IP per Gli Indirizzi IP per ClasseClasse

Gli indirizzi per la rete principale sono sempre su 8 bit vanno da 0 fino a (2^8-1) = 255.

E’ stata stabilita la seguente suddivisione : Classe A : 0 – 126 (127 local host-NIC) Classe B : 128 –191 Classe C : 192 – 254 (255 subnetmask-

TCP/IP)

in questo intervallo i numeri da 224 a 239 sono assegnati alla Classe D (sono quelli in cui i primi quattro bit sono la sequenza 1110).

CLASSE A : Ind.IP 0-CLASSE A : Ind.IP 0-126126

2^7 2^6 2^5 2^4 2^3 2^2 2^1 2^0

128 64 32 16 8 4 2 1

0 0000 0 00

0 1111 1 11

CLASSE B : Ind.IP 128-191CLASSE B : Ind.IP 128-191

2^7 2^6 2^5 2^4 2^3 2^2 2^1 2^0

128 64 32 16 8 4 2 1

1 0000 0 00

1 1110 1 11

CLASSE C : Ind.IP 192-255CLASSE C : Ind.IP 192-255

2^7 2^6 2^5 2^4 2^3 2^2 2^1 2^0

128 64 32 16 8 4 2 1

1 0001 0 00

1 1101 1 11

192

223

CLASSE D : Ind.IP 224-239CLASSE D : Ind.IP 224-239

2^7 2^6 2^5 2^4 2^3 2^2 2^1 2^0

128 64 32 16 8 4 2 1

1 0011 0 00

1 1011 1 11

224

239

CLASSE C : Ind.IP 192-255CLASSE C : Ind.IP 192-255

2^7 2^6 2^5 2^4 2^3 2^2 2^1 2^0

128 64 32 16 8 4 2 1

1 0111 0 00

1 1111 1 11

240

255

Si conviene che per la Classe C siano utilizzabili gli indirizzi :

Si parla anche di CLASSE E per gli indirizzi da 240 a 255

IP ICMP ARP RARP RIP OSPF EGP BGP

UDP TCP

DRIVER di RETE e NIC

Applicazionie

Servizi

Protocolli e Componenti TCP/IP

Il Protocollo TCP/IP : Applicazioni e Servizi

API

Applicazioni e ServiziApplicazioni e Servizi

Esistono tutta una serie di protocolli a livello Applicazione.I più importanti sono i seguenti:

PING : un servizio per il controllo del collegamento

SMTP : servizio di posta elettronica TELNET : servizio di login remoto FTP : servizio di trasferimento di file DNS : servizio di traduzione nome in indirizzo

IP X_Windows : servizio per la rappresentazione grafica

delle applicazioni Gestione : insieme di tutti i protocolli per la gestione

della rete

API API Application Program Application Program

InterfaceInterfaceSono le interfacce tra il livello Applicazione, i suoi servizi e protocolli, e il livello di Trasporto, cioè tutti i protocolli di comunicazione TCP/IP.Le interfacce più usate :

Socket TLI : Transport Layer Interface

Entrambe specificano : 1) l’indirizzo Internet, 2)l’indirizzo della porta, 3) il protocollo TCP o UDP a seconda del tipo di connessione necessaria (affidabile o orientata alla connessione verso non affidabile o connectionless). La TLI può usufruire di una ulteriore interfaccia intermedia detta Stream.

Caso Interfaccia TLICaso Interfaccia TLI

Applicazioni e Servizi

TLI

STREAM

Protocolli di Comunicazione TCP/IP

Driver di Retee NIC

Protocolli dello Strato Protocolli dello Strato Trasporto : UDPTrasporto : UDP

UDP User Datagram Protocol : è un protocollo non affidabile, connectionless. I messaggi trasferiti dal livello applicazione vengono scomposti in datagrammi detti Udp o Utente, che sono poi incapsulati all’interno della struttura del protocollo IP dello strato sottostante. L’unico controllo in arrivo è fatto attraverso la verifica del checksum ricevuto con quello calcolato. Se i due checksum sono diversi, il sistema ricevente stabilisce che è intercorso un errore e scarta il datagramma.

Datagramma UDPDatagramma UDP

DATI

Indirizzo diDestinazione

Indirizzo diOrigine

Lunghezza delDatagramma

Checksum

32 bit

VariOttetti

Protocolli dello Strato Protocolli dello Strato Trasporto : TCPTrasporto : TCP

TCP Transmission Control Protocol : è un protocollo affidabile, orientato alla connessione, full duplex, con conferma. Il sistema trasmittente spedisce il messaggio diviso in segmenti numerati in ordine di sequenza. Attende una conferma da parte del sistema ricevente entro un certo intervallo di tempo. Se la conferma non arriva rispedisce il segmento. Il sistema in ricezione opera un controllo sugli errori in trasmissione tramite il checksum e su errori di perdita, duplicazione o fuori sequenza dei segmenti specificando il segmento che si aspetta di ricevere. Anche in questo caso ciascun segmento è incapsulato nella struttura del protocollo IP dello strato sottostante.

Segmento TCPSegmento TCP

DATI

OPZIONI

CHECKSUM Puntatore diUrgenza

Altri Campi

Numero di Applicazione

Numero di Sequenza

Indirizzo diDestinazione

Indirizzo Origine

Protocolli del livello Protocolli del livello InternetInternet

IP è responsabile di trasmettere Datagrammi UDP o Segmenti TCP incapsulati nei suoi Datagrammi IP.

Realizza un servizio di trasmissione best-effort, connectionless, tra il sistema sorgente e il destinatario.

ICMP è l’insieme dei protocollo per realizzare le varie funzioni di controllo sul messaggio da trasmettere. Si serve a sua volta dei servizi IP.

ARP è il protocollo per la conversione dell’indirizzo Internet nell’indirizzo MAC fisico del sistema (generalmente a 48 bit)

RARP consente ad un sistema senza indirizzo IP di richiederlo

Protocolli di Routing Protocolli di Routing del Livello Internetdel Livello Internet

A livello Internet sono specificati i vari Protocolli di Routing :

RIP Routing Internet Protocol OSPF Open Shortest Path First EGP Exterior Gateway Protocol BGP Board Gateway Protocol

Sono tutti i protocolli volti a stabilire il miglior percorso per la trasmissione dei Datagrammi IP.

Il Gateway Il Gateway del Protocollo TCP/IPdel Protocollo TCP/IP

Nelle reti aziendali verrà introdotto il Gateway : un elemento che opera come convertitore di protocollo.

Il termine Gateway usato nei protocolli di routing è invece sinonimo di router (in realtà ne individua l’indirizzo IP).

Quando un sistema deve trasmettere un messaggio chiama un router di default o usa un algoritmo per stabilire a quale router rivolgersi (sulla base dell’indirizzo a cui trasmettere). Il router ricevuto il datagramma IP verifica l’indirizzo ed eventualmente comunica al sistema sorgente il miglior router a cui spedire il prossimo datagramma. Il sistema sorgente memorizza queste informazioni in una tabella di routing.

L’Interfaccia ReteL’Interfaccia Rete(Livello Data-Link del (Livello Data-Link del mod.OSI)mod.OSI)

Il protocollo TCP/IP non definisce specifiche per i livelli Interfaccia Rete e Fisico, ma usa quelli delle LAN che lo implementano (LAN Ethernet, Token Ring, FDDI, ecc…). Questa peculiarità (adattabilità) ha reso il protocollo TCP/IP il protocollo più usato nel mondo e non è quindi un caso che su di esso si basa il funzionamento della rete Internet.

Un importante servizio fornito dal livello Interfaccia Rete e che merita una particolare attenzione è quello di Demultiplexing delle Trame.

Una scheda di interfaccia (NIC) trasferisce una trama ricevuta verso il livello Interfaccia Rete, che la scompone e stabilisce a quali protocolli del livello Internet essa va indirizzata.

Protocolli per la risol degli ind. inversi

Protocolli per Ll risoluzione degli indirizzi

ProtocolliInternet

Protocolli per imessaggi di

controllo Internet

DEMULTIPLEXING

NIC TRAMA

Servizio di Demultiplexing

Ambienti Client-Server

Un ambiente Client-Server è caratterizzato dalla presenza di una rete (LAN o WAN) per trasmissioni ad alta velocità tra “fornitori” di servizi, detti Server e “consumatori” di servizi, detti Client.

I Server e i Client rappresentano i nodi della rete.

La filosofia alla base delle strutture Client-Server è rendere accessibili al massimo numero di utenti in maniera affidabile ed efficiente un gran numero di risorse high-level da gestire in maniera ottimale. I Server sono i supervisori che ne regolano l’uso in un ambiente distribuito, che prevede cioè la presenza di una rete.

GeneralitàGeneralità

Struttura tipoStruttura tipoLa struttura per un tipico sistema Client-Server è quella di figura :

Mainframe

SERVER 1 SERVER 2

LAN

PC_1 PC_2 PC_3 PC_4

CLIENT

I dati vengono conservati in un magazzino dei dati (prima si usava il Mainframe) al quale accedono vari Server, che gestiscono le interrogazioni e gli aggiornamenti dei dati. I Server possono essere workstation o PC con prestazioni superiori. I Server sono poi collegati tramite la rete ai Client, semplici PC, che rappresentano l’interfaccia con gli utenti finali.

I Server sono sistemi reattivi che agiscono solo su richiesta. I Client sono sistemi attivi che avnzano richieste anche indipendentemente dagli utenti finali.

Processi Client - ServerProcessi Client - Server

I processi Client-Server a cui facciamo riferimento sono nella maggior parte dei casi quelli multithreaded, dove una classe di Server (Thread) sono attivati e disattivati dai Client sulla base di considerazioni basate sull’efficienza, sui tempi di risposta e sulle code esistenti.

I Sistemi I Sistemi ServerServer

I possibili Sistemi Server in ambienti Client-Server sono : FILE SERVER per l’accesso a file e directory : il server trasmette ai

client record di file o interi file dietro richiesta PRINT SERVER per l’accesso a servizi di stampa DATABASE SERVER per l’accesso a DataBase : il server riceve dai

client interrogazioni in SQL; le elabora; accede alle basi dei dati e rispedisce ai client lungo la rete solo i risultati

COMMUNICATION o GROUPWARE SERVER per l’accesso a dispositivi specifici per le comunicazioni tra client e loro utenti allo scopo di trattare testi, immagini, banche dati, ecc…

APPLICATION o TRANSACTION SERVER per l’accesso a specifiche applicazioni con la possibilità di distribuzione della potenza di calcolo : il client richiede al server l’esecuzione di una procedura remota tramite istruzioni in SQL e quando l’esecuzione della procedura è terminata e il client riceve i risultati si dice che ha avuto luogo la transazione.

I componenti sw di un I componenti sw di un sistema C/Ssistema C/S

(componenti base)(componenti base)I componenti base di un sistema C/S sono :

sw di interfaccia per la presentazione e l’interazione con l’utente finale

sw di applicazione per l’elaborazione dei processi

sw di gestione per le basi dei datiQuesti tre componenti possono essere allocati o sul server o sul client determinando un sistema a “Server Pesante” o “Client Pesante” a seconda di dove vengano allocati il numero maggiore di componenti.

EsempiEsempi

Client Pesante :

File Server, DataBase Server dove sw di interfaccia e di applicazione risiedono sul client;

Server Pesante :

Groupware Server, Transaction Server dove sw di applicazione e di gestione delle basi dei dati risiedono sul server.

Sistemi Peer-to-Peer C/SSistemi Peer-to-Peer C/S

Esistono anche sistemi più flessibili Peer-to-Peer C/S dove il generico nodo della rete può funzionare sia da client che da server, cambiando addirittura identità nel corso di una elaborazione se necessario.

Esempi di sistemi Peer-to-Peer Client-Server sono quelli che supportano le famiglie di protocolli TCP/IP.

I componenti sw di un I componenti sw di un sistema C/Ssistema C/S

(componenti addizionali)(componenti addizionali)Oltre ai tre componenti base esistono altri componenti sw addizionali il cui insieme è detto middleware:

sw di rete (sistemi operativi per la gestione della rete);

sw di comunicazione fra i nodi (protocolli); sw per applicazioni high level (es. X-Open DTP per il

colloquio tra DBMS eterogenei all’interno di una stessa transazione).

Questi componenti possono essere allocati sia sul server che sul client.

Configurazioni Client-Configurazioni Client-ServerServerParte IParte I

Con le varie combinazioni di componenti sw si vengono a creare le seguenti configurazioni :

Presentazione Distribuita : la logica della base dei dati e delle applicazioni risiede sul server e il client si occupa della presentazione grafica delle informazioni, cioè della loro codifica, mentre la logica delle interfacce utente risiede sul server

Presentazione Remota : rispetto alla precedente sul client risiede anche la logica delle interfacce utente; la rappresentazione grafica è allestita dal Client sulla base dei dati trasmessi dal server attraverso la rete

Configurazioni Client-ServerConfigurazioni Client-ServerParte IIParte II

Logica Distribuita : il server si occupa della gestione delle basi dei dati e delle funzioni di controllo; elabora le richieste formulate dai client, che hanno la gestione delle interfacce utente e dell’interfaccia verso il server per trasferire le interrogazioni degli utenti. Il sw di applicazione risiede sul server.

Gestione dei dati remota : esistono fonti esterne usate come Data Source. I Server acquisiscono i dati da queste fonti per generarne altri disponibili ai client attraverso specifiche applicazioni.

Configurazioni Client-ServerConfigurazioni Client-ServerParte IIIParte III

Base di Dati Distribuite : le basi dei dati sono distribuite tra server e client e quindi anche i client hanno il sw per la gestione delle basi dei dati.

La soluzione più tipica è comunque quella che assegna i sw di interfaccia utente al client, quelli per la gestione delle basi dei dati al server (dove spesso risiede anche la base dei dati). I dati statici sono allocati sul client per ridurre il sovraccarico del server e della rete.

Collegamenti tra i Collegamenti tra i Componenti swComponenti sw

I collegamenti più usati per i tre componenti base e per quelli del middleware sono :

le pipeline usate per lo più in ambienti Unix per collegare stazioni che usano differenti sistemi operativi;

le chiamate a procedura remota attraverso le quali vengono richieste le esecuzioni di procedure remote, residenti cioè su altri sistemi;

interazioni SQL, tramite linguaggio SQL, usate per DBMS relazionali;

l’Object Request Broker (ORB) : un mediatore di richieste di oggetti che coordina richieste e offerte, le cui caratteristiche sono definite dallo standard CORBA e che è usato in amcienti client-server object oriented.

Progettazione di Sistemi Progettazione di Sistemi Client-ServerClient-Server

Nella progettazione di sistemi C/S ha trovato largo impiego il “Modello di Sviluppo Concorrente” anche detto “Concurrent Engineering”. Questo modello fissa una sequenza di stati :

2. IN CORSO DI SVILUPPO

5. IN CORSO DIREVISIONE

3. IN ESAME

4. IN ATTESA DI MODIFICHE

6. ACQUISITO

7. COMPLETATO

1. INESISTENTE

Le Attività per la Le Attività per la ProgettazioneProgettazione

Per un sistema Client-Server il modello concorrente stabilisce le attività inerenti al progetto del sistema e al progetto dei suoi componenti.

Le attività per il progetto del sistema sono: progettazione assemblaggio utilizzo

per il progetto dei suoi componenti : progettazione realizzazione

Il Modello ConcorrenteIl Modello Concorrente

2. IN CORSO DI SVILUPPO

5. IN CORSO DIREVISIONE

3. IN ESAME

4. IN ATTESA DI MODIFICHE

6. ACQUISITO

7. COMPLETATO

1. INESISTENTE

Il modello concorrente si applica ad ognuna delle attività viste prima. Il passaggio in uno stato di una certa attività può produrre il passaggio di stato di un’altra attività ad essa correlata.

Le attività del sistema e quelle dei componenti si svolgono in parallelo.

Progettazione dei Progettazione dei ComponentiComponenti

All’interno della progettazione dei componenti per un sistema Client-Server attenzione particolare è dedicata a :

la progettazione della Base dei Dati, tipicamente un RDBMS o una Base dei Dati OO;

la progettazione dell’interfaccia utente il collaudo finale, che riveste un ruolo molto

importante.

Progettazione della Base Progettazione della Base di Datidi Dati

La progettazione della Base di Dati rientra nel Ciclo di Vita di un sistema informativo, secondo lo schema che segue :

STUDIO DI FATTIBILITA’

RICERCA E ANALISI DEI REQUISITI

PROGETTAZIONE

IMPLEMENTAZIONE

VALIDAZIONEE COLLAUDO

FUNZIONAMENTO

PROGETTAZIONEFISICA

PROGETTAZIONELOGICA

PROGETTAZIONECONCETTUALE

REQUISITI PER DBMS

SCHEMA E/R

SCHEMA RELAZIONALE

SCHEMA FISICO DEL DBMS

Base di Dati in Ambiente Base di Dati in Ambiente C/SC/S

La Base di Dati usata in un ambiente Client-Server, che vede la presenza di una rete, è necessariamente una Base di Dati distribuita. Diventa cruciale l’organizzazione dei dati in termini di loro formato e allocazione. Diventa altresì cruciale gestire l’accesso a questi dati in maniera efficiente e stabile nel tempo.

Linguaggio SQL e RDBMS rappresentano un’ottima combinazione software-hardware per la risoluzione di questi problemi.