Internet 1

Reti localisi possono analizzare- topologie- controllo di accesso- mezzo trasmissivo- applicazioni- standard

In rete locale => facilità di broadcast

bassa probabilità di errori

alta velocità ed ampia banda di trasmissione

Notate che il grosso interesse degli ultimi anni non è tantoper la singola rete, quantoper la interconnessione di reti

A livello di industria e finanza pubblica

Interconnessione di retiLAN ,MAN (Metropolitan Area Network)WAN (Wide Area Network),

Internet 2

topologie usate per LAN

In reti generiche (Wide Area Network) molte e diversemeshPublic Switch Telephone Network (PSTN)

In LAN topologie semplici

stellaPrivate Automatic Branch Exchange (PABX)Private Digital Exchange (PDX)

busanche un insieme di bus interconnessi

ringhub

un bus inglobato in una unica unità centrale diconnessione ==> simile ad una stella

realizzazione poco costosa a unico ring internoevoluzione verso sistemi capaci di connessionidinamiche ad alte prestazioni

mezzi trasmissividoppino

schermato o non schermatocavo coassiale (in banda base o estesa)

thin wirethick wire (drop cable)transceiver

Internet 3

Controllo di accessoCarrier Sense Multiple Access/Collision Detection

(CSMA/CD) (Ethernet)token (control token )anello a slot (slotted ring )

CSMA/CD accesso ottimisticosistema dinamico di impegno del mezzocollisioni ==>

recovery con ritrasmissione ad intervallo random

control token accesso pessimisticosistema statico:• un solo possessore del diritto di trasmettere (token)• passaggio del token da un vicino ad un altro

slotted ring accesso pessimisticocontrollo statico di accesso ad un anello:• anello come insieme di contenitori di messaggi

circolanti (slot)

Standard IEEE 802CSMA/CD (802.2) token ring (802.5) token bus (802.4)

PerformanceFino ad occupazione media del mezzo (50%)

prestazioni equivalenticon throughput più alto per messaggi più lunghiAd alto traffico, qualche differenza

Internet 4

Interconnessione reti

necessità di nuove tecnologie o mezzi trasmissivi

con una possibilità di tramettere informazioniin modo dinamicoOccupando risorse solo in caso di utilizzo

Uso di reti ad alta velocità: FDDI, ATM

FDDIfibre distributed data interface

Due anelli, gestiti in verso oppostouno con funzioni di back-up

Aggancio diretto ad entrambi o ad uno solo delle stazioniUso di Concentratori

Elevato costo di installazione

Internet 5

Asynchronous Transfer Mode (ATM)multiplexing asincrono in tempo

adatto per informazioni di tipo multimedialee supportato da B-ISDN(Broadband Integrated Service Digital Network)

packet-switching molto veloce basato su celle in gradodi scambiare messaggi di dimensione fissa senza imporrecontrollo di flusso e error checkogni cella specifica le informazioni di routing e di controllo

connessione virtuale alimentata da celle diverse cheprelevano messaggi di tipo diverso

trasporto di blocchi di 53 byte5 header e 48 di informazioni utili

header contiene informazioni di routing e priorità

Struttura a livelli

Applicazione

Protocolli: alto livello

Adattamento ATM

Fisico

Livello ATM

celle ATM

canali virtuali

Internet 6

INTERNET TCP/IP

Modello OSI

Applicazione

Presentazione

Sessione

Trasporto

Rete

Fisico1

2

3

4

5

6

7

Data Link

Fisico

Rete

Trasporto

Sessione

Presentazione

Applicazione

Collegamento dati

Livello 7 Applicazione: esempi di applicazioni sono laposta elettronica e il trasferimento dei file

Livello 6 Presentazione: rappresentazione, compressione ecrittografia dei dati

Livello 5 Sessione: la chiamata di procedura remota è unesempio particolare di sessione

Livello 4 Trasporto: comunicazione "end-to-end",virtualizzazione del collegamento di rete fra trasmittente ericeventeLivello 3 Rete: instradamento dei frame, interconnessione direti locali e geografiche, gestione delle situazioni di congestione

Livello 2 Collegamento dati ("frame"):riconoscimento e ritrasmissione di frame affetti da errori,controllo di flusso)

Livello 1 Fisico (mezzo trasmissivo)modalità di codifica dei dati e di sincronizzazione a bassolivello della sincronizzazione

Internet 7

Modello OSI a 7 livelli

Modello OSI semplificato

Trasporto

Rete

Data Link1

2

3

4 Processo

Livelli della suite TCP/IP

Livello applicativo

Livello di trasporto

Livello internet

Interfaccia di rete1

2

3

4

APPLICATIVO

TRASPORTO

INTERNET

RETE

APP. 1 APP. 2

PT 1

PI 1 PI 2

PR 1 PR 2

PT 2

STRATI CONCETTUALI ORGANIZZAZIONE DEL SOFTWARE

APP. 3

APP: Applicativi (es. ftp, finger,etc.)

PT: Protocollo di trasporto (es. tcp, udp)

PI: Protocollo internet (es. IP)

PR: Protocollo di rete (es. Ethernet, HDLC)

Internet 8

INTERNETWORKING

TCP/IP Transport Control Protocol/Internet Protocol DARPA

SNA System Network Architecture IBMDNA Digital Network Architecture DECXNS Xerox Network System

Nel caso delle reti che ci interessano tipicamente

Livelli fino al DATA LINKUso di qualunque protocollo standard o meno

ETHERNET (CSMA/CD bus)standard di connessione con unico bus a 10Mbps- connettore a basso costo: cavo coassiale

cavo coassiale (transceiver) o doppino (in hub)- invio/ricezione packet-switching di messaggi- supporto diretto broadcast / multicast

Interconnessione

rete 1 rete 2

rete 3

gateway

gateway

Collegamento di reti diverse attraverso gateway

Internet 9

TCP/IPIl protocollo TCP/IP nato da una rete di università USA

Arpanet DARPAcon supporto del DoD

Defense Advanced Projects Research Agency

Reti a lunga distanza di collegamento tra workstation ereti di ricerca con architetture eterogenee

==> reti diverse con standard diversi di collegamento

Architettura Internet

rete 1 rete 2

rete 3

gateway

gateway

- dal punto di vista dell'utente - struttura fisica

• gateway connette diversi tipi di rete effettuando lanecessaria conversione di protocollo

• gateway realizzato via software

Internet 10

RIUSO• non si progetta una rete nuova;

si sfruttano reti esistenti (flessibilità, abbattimento deicosti, tempi brevi di installazione)

• i pacchetti nel percorso dal sorgente al destinatario,attraversano reti intermedie

• gli utenti non devono nè essere influenzati, nè venire aconoscenza di un traffico extra sulle loro reti locali

Trasparenza e Dinamicità

INTERNETWORKINGProblema :• necessità di una interconnessione universale• requisiti di eterogeneità

impossibilità di servire tutti gli utenti con una singolarete (esigenze contrastanti: distanza, velocità)

Soluzione:Interconnessione di reti, cooperante, unificata perrealizzare un servizio di comunicazione universale

Requisiti :• anche nuove tecnologie (per connessione di reti

tecnologicamente diverse)• nuovo software di comunicazione indipendente dalla

tecnologia e dai programmi applicativiper rete virtuale

Internet 11

Terminologia in interconnessione

ripetitori rigenera un segnale a livello fisicooltre un definito livello di attenuazione ==> ripetitore

Problemi di carico del sistemaUn ripetitore non effettua alcuna separazione

bridge collegano una rete ad un'altra con capacità diseparazione e maggiore intelligenza

livello di data linkdue reti omogenee sono controllate da un bridge chebufferizza e passa i frame dall'una all'altra, solo senecessario, e al controllo di errore

• separazione effettiva delle reti• bufferizzazione dei frame• capacità di gestire controlli di accesso diversi• monitoring della rete• performance ed affidabilità

• ritardo di bufferizzazione• bufferizzazione non infinita• trasformazione dei frame (con controllo)

bridge multiportacon più segmenti di rete connessi

bridge trasparenti

Internet 12

sono invisibili all'utilizzatore

si realizza un routing isolatocon database di forwardingo in PROMo con capacità di apprendimento

Interconnessione usate per l'intero sistemaIl bridge impara la allocazione delle stazioni vedendo iltraffico della rete e dai vicini

(il tutto è ripetuto quando è necessario coordinarsi)

Alla inizializzazione (inserimento)un bridge comincia a vedere che sta facendo routingnel sistema e si adegua

Possibilità di conflitti

FASE di LEARNING iniziale

Algoritmo spanning treei bridge scambiano messaggi per trovare i costi più bassidi collegamento e costruire un albero

Si sceglie un bridge radice e ognuno trova il camminominimo (passi e velocità)La connessione ideale creata tra i bridge è l'albero chepercorre tutto la topologia

source routing bridge

Internet 13

Il routing viene fatto in modo non trasparentevedi IP routing

bridge remoticollegamento dedicato tra punti geograficamente lontaniusando

reti pubbliche packet-switching olinee dedicate

Backbonecollegamento veloce tra sottoreti diverseuso di interconnessioni ad alta velocità (FDDI)

router (o gateway )sistema per il passaggio da una rete ad un'altra conobiettivo di routing (livello network)

protocol convertersistemi che collegano reti diverse a più alto livellocon protocolli diversi di interconnessione

Il problema della separazione tra reti èdiventato dominante vista la crescita esponenzialedelle reti interconnesse

Internet 14

livello di TRASPORTO

TCP Transmission Control ProtocolScambio di messaggi a canale virtualeaffidabili , non duplicati , con controllo di flusso

UDP User Datagram ProtocolScambio di messaggi con controllo di errore

livello di RETE

IP Internet ProtocolScambio di datagrammi senza garanzia di consegna

gestione di RETEICMP Internet Control Message ProtocolScambio messaggi di controllo

Processodi utente

Processodi utente

TCP UDP

ICMP IP ARP RARP

Interfacciafisica di rete Livello 1

Livello 2

Livello 3

Livello 4

Suite dei protocolli di TCP/IP

Internet 15

Applicazioni e comunicazioni in TCP/IP

Applicazione

Trasporto

Internet

Interfacciadi rete

Rete fisica

Trasporto

Internet

Interfacciadi rete

Host BHost A

ApplicazioneProtocollo

di Applicazione

Protocollo TCP o UDP

Protocollo IP

Protocollo di Datalink

Uso di un gateway

Internet

Interfacciadi rete

Applicazione

Trasporto

Internet

Interfacciadi rete

Applicazione

Trasporto

Internet

Interfacciadi rete

Rete fisica 1 Rete fisica 2

Identico messaggio

Identico pacchetto

Identico datagramma

Identico frame Identico frame

Identico datagramma

Host BHost A

Internet 16

TCP/IP

Servizio astrattoTrasmissione di messaggi con caratteristiche- connessione e non connessione

in caso, di CONNESSIONE- connessione bidirezionale- controllo messaggi

ordine corretto dei messaggi,ritrasmissione messaggi persi

- controllo di flussobufferizzazione

- multiplexing

Alcuni punti da chiarire

- Problema dei nomiastrazioni => spazio dei nomi

- Protezione delle informazioniastrazioni => spazi di nomi gerarchici

- Routing (trasparente?)a livello di rete (e non di nodo)

NOMI DINAMICI LOGICI

Internet 17

INDIRIZZAMENTO GERARCHICOa livello di IP

Ogni connessione di un host a una rete ha un indirizzointernet unico di 32 bitIP-ADDRESS {NETID, HOSTID}

un identificatore di rete NETID eun identificatore di host HOSTID

La distinzione facilita il routing

• se un host nella stessa rete usa una connessionediversa, cambia il suo ip-address, in particolare hostid(ma non in dipendenza dalla locazione di accesso)

• se un host si collega in una rete diversa, anche con lastessa connessione, cambia il suo ip-address, inparticolare il netid, ma p mantenere il proprio hostid

• host con diverse connessioni hanno più indirizzi(multiporta per bridge o gateway)

ip-address individua connessioni nella rete virtuale==> un'astrazione dell'indirizzo hardware fisico ma

indipendente da questo

STANDARDnomi dati di autorità

Network Information Center (NIC) assegna il numero direte cioè informazione usata nei gateway per routing

Internet 18

NOMI di NODIa livello di IP

Gli indirizzi sono suddivisi in 3 classi primarie(in base al numero di reti e al numero di host collegabili)e differiscono per il numero di bit assegnati ai singoliidentificatori:

Le WAN hanno generalmente un ip-address di classe A

0 NETID HOSTID

1 7 8 31

Le LAN hanno un ip-address di classe B o C

0 NETID HOSTID

1 31

1 0 NETID HOSTID

1 31

1 1 0 NETID HOSTID

classe B

classe C

analizzando un indirizzo IP si può distinguere la classein modo automatico

Internet 19

CLASSI di indirizzi

classe A

classe B

classe C

classe D

classe E

0

1

1 1

1 1 1

1 1 1 1

0

0

0

0

0 1 2 3 4 8 16 24 31

netid hostid

hostid

hostid

netid

netid

indirizzo multicast

indirizzi riservati ad usi futuri

Classi degli IP address

Altre convenzioni

Indirizzamenti broadcasttutti gli host della rete locale indipendentementedall'indirizzo IP ==> indirizzo in cui tutti i 32 bit sono a1 (limited broadcast address) intranet

non viene fatto passare da una rete ad un'altratutti gli hosts in una rete specifica ==> tutti i bit dihostid a uno (broadcast direttivo o directedbroadcast) internet

arrivato alla destinazione, broadcast

tutti '1'

tutti '1'netid

Limited broadcast

Directed broadcast

Internet 20

Indirizzi in due formefisiche

10001001 00001010 00000010 00011110scritto nella forma più leggibile

137.10.2.30

Risoluzione degli indirizzi

Due macchine che comunicano hannoindirizzi fisici: Fa, Fbindirizzi di IP: Ia, IbErrore. Il segnalibro non è definito.

problema della risoluzione dell'indirizzodue modi principali

mappaggio direttoassociazione dinamica

mappaggio diretto per piccole retiscelta indirizzo hardware per ogni macchina

la risoluzione dell'indirizzo consiste nella sola estrazionedel nome fisico dall'indirizzo IP

In reti più grandi ==> risoluzione più complicataETHERNET prevede un indirizzo fisico di 48 bitassegnato alla scheda di interfacciaQuesto indirizzo non può essere tradotto nei 32 bit delformato degli indirizzi IP

Traduzione dell'ip-address in indirizzo fisico:necessità di un protocollo dinamico

Internet 21

Vantaggio del naming di TCP/IP

possibilità di utilizzare indirizzi aventi la stessa formaper riferirsi:

a un host (netid,hostid);a una rete (netid,0);a tutti gli host su una rete, broadcast (netid,1...1).

La sottostante tecnologia di rete determina l'effettivapossibilità e efficienza delle trasmissioni broadcast

Per consentire lo scambio dei dati binari (in particolaredegli indirizzi) i protocolli TCP/IP hanno fissato unostandard universale per l'ordine dei byte nella codifica deinumeri interi: il primo byte è il più significativo

Big Endian vs Little Endian

SUN, HP big-endian

Intel little-endian

Internet 22

ARP (Address Resolution Protocol)Ricerca dell'indirizzo fisico di un nodoErrore. Il segnalibro non è definito.ARP protocollosemplice ed efficiente

invia un pacchetto broadcast in cui chiede l'indirizzofisico corrispondente ad indirizzo IP (Quale Fa per Ia?)

tutti gli hosts ricevono tale pacchettosolo quello che riconosce il suo indirizzo IP rispondecon il proprio indirizzo fisico

richiesta ARP broadcast

risposta ARP

Schema di funzionamento protocollo ARP

Questo meccanismo non viene attivato per ogni pacchetto

Utilizza di una memoria cache per mantenere leassociazioni {indirizzo IP-indirizzo fisico} già usatecache consultata prima di usare ARP

Internet 23

ottimizzazioni:• l'associazione relativa alla macchina richiedente

memorizzata anche dalla macchina che risponde adARP

• ogni richiesta broadcast viene memorizzata da tutti• una nuova macchina al collegamento invia sulla rete

locale un broadcast con la propria coppia{indirizzo fisico - indirizzo IP}

ARP distingue due ruoli nel protocollouna attiva determina l'indirizzo fisico per ogni pacchettouna passiva risponde alle richieste delle altre macchine

Attivo esamina la cache per risolvere indirizzo IP localealtrimenti esegue una richiesta ARP broadcast (cliente)

la gestione della richiesta broadcast deve prevedere dinon ricevere risposta o riceverla con ritardo

Passiva risponde alle richieste di altri (server)estrae sia indirizzo IP sia il fisico per un pacchetto ARPcontrolla che non esista in cache e processa il pacchettoSe risoluzione del proprio indirizzo ==> invio risposta

Un messaggio ARP incapsulato in frame fisici e reinviatoal richiedente

messaggio ARP

frame data area

frame header

Internet 24

protocollo RARP(Reverse Address Resolution Protocol )Ricerca indirizzo IP di un nodoErrore. Il segnalibro non è definito.Indirizzo IP in memoria secondariache il sistema operativo cerca allo startup

e macchine diskless?

indirizzo IP viene ottenuto richiedendolo ad un serverAssumiamo che tale server possieda un disco in cuisiano contenuti gli indirizzi internet

Si usa provvisoriamente l'indirizzo fisicoindirizzo fisico è fornito dall'interfaccia di rete hardware

protocollo RARP ( Reverse ARP ) di basso livelloUso diretto della rete fisica ==>il protocollo RARP gestisce la ritrasmissione e laperdita di messaggi

ClienteUso di broadcast per conoscere il proprio indirizzo IP

e se non c'e' risposta? ritrasmissioneServitoreinvia la risposta a chi ne ha fatto richiesta

Si prevedono più server per ogni LANper rispondere ai clienti anche in caso di guasto

Internet 25

Server multipli

Modello a server attiviTroppi server sovraccaricano il sistema se cercano dirispondere contemporaneamente alla richiesta

Modello a server attivi/passivisoluzioni possibili con gerarchia di server

Modello dinamico con server in ascoltola prima prevede

Il server primario è il solo a risponderegli altri server rispondono solo se arriva una secondarichiesta RARP

Modello statico con server differenziati(ritardi diversi)

una seconda soluzione prevedeil server primario risponde immediatamentegli altri con un ritardo calcolato randomla probabilità di risposta simultanea è bassa

Internet 26

SISTEMI di NOMI IP per i NODIIndirizzi Internet

Un nodo è qualificato come Rete e HostPotenzialità di numeri elevati di nodi distinti: 32 bit

Tre classi di indirizzi fisici (a byte) Network e Host

classe A : Network Host0 7 bit 24 bit

1-126.#.#.#arpa 10

classe B : Network Host10 14 bit 16 bit

128-191.#.#.#almanet 137.204.#.#cineca 130.186.0.0deis33 137.204.57.33dida01 137.204.56.1didasun1 137.204.56.20hp735 137.204.58.42

classe C : Network Host110 21 bit 8 bit

192-223.#.#.#cnrbologna 192.94.70.0Ogni protocollo deve definire i propri nomi

Internet 27

PROTEZIONE a livello fisico

SI INDIRIZZA in modo diretto soloNELL'AMBITO DELLA STESSA RETE

per esempiodida01 e deis33 sono in grado di comunicareperchè sono in classe B e nella stessa rete

dida02 e cineca non possono comunicare direttamente

In casi indiretti ogni comunicazione richiede un interventodi un gateway autorizzato (router )

GATEWAY

HOST

dida02 cineca

deis33

Internet 28

Ulteriore protezione SUBNETTING

Sottoreti (politica locale)

Una rete può essere divisa localmente in sottoreti al suointerno (all'esterno non è visibile la suddivisione)le rete stessa solamente deve rispettare la maggioregranularità

subnet ==> il campo host è ulteriormente suddiviso

subnet host8 bit 8 bit

dida01 137.204.56 subnet 56deis33 137.204.57 subnet 57

La sottorete è rispettata comunicvando solo nellasottorete stessa, altrimenti tramite gateway

meccanismo ==> maschere di chiusura e protezione

MASCHERAdida03 maschera ==>

non si esce FUORI dalla SOTTORETE

Si pò amche non rispettaredeis33 non introduce maschera ==>comunicazione diretta con gli host della stessa network(la subnet non ha effetto)

Internet 29

DALL'ESTERNO DELLA RETEnessuna differenza

ALL'INTERNO DELLA RETEquando il messaggio è arrrivato un accordo tra i gatewayrenda attiva la suddivisione, usando un servizio di routingper portare il messaggio alla corretta sottorete e, di lì, alladestinazione

coordinamento ditabelle di routing

per deis32-35, cioè su deislansi devono individuare i router per le altre sottoreti

network gatewaycineca default 137.204.57.253didalan 137.204.56 137.204.57.33deislan 137.204.57 137.204.57.33cciblan 137.204.58 137.204.57.33

Il subnetting rende possibili ulteriori suddivisioni dellospazio dei nomi IP (non deducibili automaticamente dalnome IP)

NOMI FISICI IPMa bisogna sempre usare i nomi fisici?Possibilità di nomi logici più significativimantenendo la stessa protezione

Internet 30

NOMI LOGICI GERARCHICI

Gerarchia di domini logici (DNS)per distribuire la responsibilità di gestione

la corrispondenza tra nomi logici e fisici avvienedinamicamente tramite un name server che(dinamicamente ) esegue la traslazione

Possibile gerarchia

reston

cc

us

cc cs ecn

purduedec

com edu

xinu

Radice innominata

gov

nfs

dipmatdeis

unibo

it

cineca

La traslazione:statica vs. dinamicalocale vs. globale

Una gestione globale centralizzata non praticabileCosì una gestione statica dei nomi non adatta ad unsistema aperto

Internet 31

Nome dominio SignificatoCOM Organizzazioni commerciali

EDU Istituzioni per l'istruzionre

GOV Istituzioni governative

MIL Gruppi militari

NET Maggiori centri di supporto alla rete

ORG Organizzazioni diverse dalle precedenti

ARPA Dominio temporaneo dell'ARPANET (obsoleto)

INT Organizzazioni internazionali (schema geografico)

codice nazionale Ciascuna nazione (schema geografico)

NOMI di nodideis33.cineca.it a tre livelliNOME con varie label ciascuna un dominio

Livello Descrizione Nome dominio Sigleminimo locale deis33.cineca.it deis33 = macchina

intermedio gruppo cineca.it cineca = gruppomassimo organizzazione it it = Italia

dei33.deis.unibo.itcountry it = Italia,organisation unibo = Università di Bologna,dept deis = Nome o Sigla Organizzazione locale,machine deis33 = nome della macchina,

Livello Descrizione Nome dominio Sigleminimo locale deis33.deis.unibo.it deis33 = Host

intermedio2 sottogruppo deis.unibo.it deis = Organisationintermedio1 gruppo unibo.it unibo = U of Bologna

massimo postazione it it = Italy

Internet 32

Ogni rete può corrispondere a un Name Server chesi occupa della traslazione degli indirizziSenza una visione completa, ma locale

Servizio distribuito e a dati partizionati ottenuto con lacooperazione dei name server

cineca.it ==> server per le richieste di rete

radice

com edu gov usit

unibocinecadec

deis33 deis

deis33

Preciso protocollo di richiesta e risposta del name server

Si noti la non unicità: lo stesso nome IP con più nomilogici e domini

comando nslookup come ambiente di interrogazione perle corrispondenze

Internet 33

Tutti i servizi applicativi a livello utente in UNIX

sono organizzati al disopra di

IP forwarding di pacchetti

ICMP forwarding di pacchetti di controllo

UDP servizi senza stato

TCP garanzie di correttezzaconnessioni bidirezionalicontrollo di flussodati out-of-band

Livelli e relativi dati manipolati

LIVELLO TIPO DATI ININGRESSO

TIPO DATI INUSCITA (sotto)

Applicazione messaggioutente

messaggio

Trasporto messaggio pacchettoIP pacchetto datagramma

Interfacciafisica di rete

datagramma frame fisico

Internet 34

IP - Datagrammi senza connessione

1 SERVIZIO♦ connectionless : ciascun pacchetto è trattato

indipendentemente dagli altri. Diversi pacchettipossono seguire percorsi diversi ed essereconsegnati fuori ordine

♦ unreliable : la consegna non è garantita, cioènon effettua un controllo sull'avvenuta ricezionedi un pacchetto

♦ best-effort : l'inaffidabilità del trasferimento èdovuta a cause esterne e non al software di retenessun messaggio di errore al richiedente

2 PROTOCOLLO due funzioni principali♦ elaborazione del messaggio del livello

superiore nel formato per la trasmissione• incapsulamento / frammentazione

♦ instradamento (routing) cioè:• traduzione da indirizzo logico a indirizzo fisico;• scelta del percorso

3. REGOLE• formato del datagramma , unità base di

informazione da trasmettere• la sequenza di operazioni che deve essere

eseguita per effettuare una comunicazione• la gestione degli errori (molto limitata: in genere

eliminazione del datagramma)

Internet 35

. REGOLE segue• DECOMPOSIZIONE al mittente• DECOMPOSIZIONE ad ogni intermedio• RICOMPOSIZIONE al destinatario

datagrammadatagramma

header area dati

header area dati

frame

Incapsulamento datagramma

header

header

header

header

datagrammadata 1 data 2 data 3

data 1

data 2

data 3

frammento 1

frammento 2

frammento 3

frammento

frammento

frammento

Frammentazione datagrammi

Internet 36

IP-DATAGRAMUnità base di informazione che viaggia in Internet

Suddiviso in due parti principali:

INTESTAZIONE DATI

DATAGRAM HEADER DATAGRAM DATA

IP non specifica il formato dell'area datidati di qualunque tipo

Formato dell'IP-DATAGRAMI sottocampi del campo header contengono:• versione del protocollo• lunghezza header e totale• identificazione del datagramma (usato per ricomporre

i frammenti)• precedenza (0-7)• tipo di trasporto desiderato (bit di throughput T,

di affidabilità R, di ritardo D, costo C)Internet non può garantire il soddisfacimento del tipo ditrasporto richiesto che dipende dal cammino che devepercorrere il datagramma• frammentazione e flags• time to live , tempo di permanenza del datagramma• indirizzo IP sorgente e destinazione• tipo di protocollo protocol (TCP 6, UDP 17, ICMP 1)• checksum per il controllo• opzioni: monitoraggio e controllo rete

Internet 37

Formato dell'Header e Dati

di un datagramma

Header (minimo 20 byte, max 64)

Dati

VERS HLEN SRV TP TOTAL LENGHT IDENTIFICATION FLAGS FRAGMENT OFFSET

TIME TO LIVE PROTCL HEADER CHECKSUMSOURCE IP ADDRESS

DESTINATION IP ADDRESSIP OPTIONS (IF ANY) PADDING

DATA. . .

0 4 8 16 19 24 31

SeRVice TyPe PRECEDENCE D T R C UNUSED

FLAGS Do not fragment More fragments UNUSED

0 3

fragment offset => allineato agli 8 byte (solo 13 bit)

Internet 38

frammentazione

I datagrammi devono essere incapsulati nei frame dilivello 2 delle reti fisiche su cui transitano MTU (maximum transfer unit)

lunghezza massima dei frames a livello fisico

dimensione massima del datagramma

1°possibilità: calcolo statico da parte del mittenteil datagramma incapsulato nel singolo frame fisico(dimensioni del datagramma minore o uguale alla piùpiccola MTU presente in Internet)

a livello utente trasmissione con tempi molto lunghiper il trasferimento di un messaggio (se MTU moltopiccole)efficiente solo per reti fisiche con MTU alunghezza elevata ed omogenea

2° possibilità (USATA )MTU scelta indipendente dalle tecnologie sottostanti perrendere efficiente la comunicazione a livello utente(fissata tipicamente a 64Kbyte) ==>

Il pacchetto originale viene suddiviso in frammenti suMTU a dimensione inferiore (a 64Kbyte)La frammentazione del pacchetto può avvenire adogni passo nelle reti intermedie e si richiederiassemblaggio al destinatario

Internet 39

OPZIONI: Monitoraggio e controllo rete

Le opzioni più interessanti sono:

record route genera una lista degli inidirizzi IP deigateway che il frame ha attraversato (al massimo 9 )

otteniamo una indicazione dei gateway intermedi

timestamp genera una lista dei tempi diattraversamento degli intermedi

possiamo ottenere una indicazione della permanenzanei gateway intermedi (vedi mail)

source route il sorgente fornisce indicazioni sulcammino da seguire nel routing del frameinstradamento al sorgente

si dirige il cammino dal sorgente• strict source : una indicazione di tutti i gateway

intermedi da attraversare

• loose source : una indicazione di un insieme dipercorsi da attraversare

Numero massimo di informazione nel datagramma:limite al controllo del percorso (9 passi)

Internet 40

Passaggio delle informazioni

tra i diversi livelli nella suite (UDP/)TCP / IP

Dati utente

Header UDP/TCP

Dati per IP Datagram UDP/TCP

Header IP

Dati per servizio di data link

Headerdi data link di data link

fisicodel livello fisico

Coda

FrameDati

Datagram IP

PDU livello a pplicativo

PDU livello tras porto

PDU livello rete

PDU livello data link

Ogni PDU formato ad un livello diventa il SDU per il livello inferiore

Si noti che il livello di DATA LINK aggiunge un footer

Un router intermedio può cambiare il datagramma?

Internet 41

formato di un frame ETHERNET

SOURCE address

DATA . . .

7

DESTINATION address

PREAMBOLO

campi in byte

delimitatore di inizio frame (Start Frame Delimiter) 1 11010101

6

6

type (id protocollo) 2

46.. 1500

controllo di fine frame (Frame Check Sequence) 4

10101010

Dati nel frame da 46 a 1500 ottetti

Anche gli altri livelli MAC introducono forma analoghe peri frame corretti

In genere:• indirizzi a 48 bit per il nodo mittente e destinatario• si introducono sia preamboli, sia delimitatori finali• controllo del frame attuato con controllo CRC

Internet 42

IP-ROUTING

Routing direttoindiretto

INTERNET instradamento attraverso diverse retiINTRANET algoritmo di routing all'interno di una rete

dipende dalla tecnologia sottostante

Astrazione• si ragiona in termini di reti• si ragiona per interconnessioni limitate di reti

In Internet host e gateway possono partecipare entrambial routing, ma con regole diverse

IP-ROUTINGSi possono presentare due casi:

1. Direct routing (INTRANET o SUBNET)host o gateway che invia il messaggio a un host chesi trova sulla stessa rete fisica

Operazioni svolte:• il datagramma viene incapsulato in un frame fisico• viene effettuata la traduzione da ip a indirizzo fisico• trasmissione dal mittente al destinatario

Internet 43

2. Indirect routing (INTERNET)host mittente e destinatario connessi su reti diverse

Il datagramma passa da un gateway ad un altro fino ad ungateway che può inoltrarlo direttamenteViene alterata solo la parte di frame fisicoUtilizzo di tabella di routing che lavora (per lo più) sulleinformazioni di rete

algoritmi di routing

1° possibilità: STATICObasato su informazioni statiche riguardanti il camminopiù breve

2° possibilità: DINAMICObasato su informazioni dinamiche di traffico della rete,lunghezza del messaggio e tipo di servizio richiesto

algoritmi GLOBALI (per le tabelle) e DISTRIBUITIadatti per configurazioni STATICHE

Vector Distanceogni gateway mantiene la distanza di ogni altra rete (in

genere in hop) e il vicino attraverso cui instradareLink State (shortest path)

ogni gatweway ha le informazioni di tutto il sistema

Problemi in caso di variazioni dinamiche delle tabelle

Internet 44

Algoritmo Vector DistanceTabelle di routing per ogni gateway senza conoscenzacompleta del cammino di interconnessione ma coninformazioni globali

Definizione di una metrica : ad esempio numero deipassi per raggiungere una rete

In ogni gateway NON si mantengono i camminicompleti, ma solo del primo passo e della distanza

FASE di PROPAGAZIONE

G1 G2 G3Rete Rete Rete Rete

R0 R1 R2 RnGn

Tabelle al primo passoR0 0 R1 0 R2 0 Rn-1 0R1 0 R2 0 R3 0 ... Rn 0

Tabelle al secondo scambioR0 0 R1 0 R2 0 Rn 0R1 0 R2 0 R3 0 Rn-1 0R2 1 G2 R0 1 G1 R1 1 G2.. ... Rn-2 1 Gn-1

R3 1 G3 R4 1 G4

A regime, ogni gateway contiene la distanza di ogni rete G1 G2 G3 GnR0 0 R1 0 R2 0 ıRn 0R1 0 R2 0 R3 0 Rn-1 0R2 1 G2 R0 1 G1 R1 1 G2 ... Rn-2 1 Gn-1R3 2 G2 R3 1 G3 R4 1 G4 Rn-3 2 Gn-1

Rn-4 3 Gn-1

Internet 45

G1 G2 G3 GnR0 0 R1 0 R2 0 Rn 0R1 0 R2 0 R3 0 Rn-1 0R2 1 G2 R0 1 G1 R1 1 G2 Rn-2 1 Gn-1R3 2 G2 R3 1 G3 R4 1 G4 Rn-3 2 Gn-1

R4 2 G1 R0 2 G2 Rn-4 3 Gn-1R5 2 G4 Rn-5 4 Gn-1

G1 G2 G3 GnR0 0 R1 0 R2 0 Rn 0R1 0 R2 0 R3 0 Rn-1 0R2 1 G2 R0 1 G1 R1 1 G2 Rn-2 1 Gn-1R3 2 G2 R3 1 G3 R4 1 G4 Rn-3 2 Gn-1R4 3 G2 R4 2 G1 R0 2 G2 Rn-4 3 Gn-1R5 4 G2 R5 3 G3 R5 2 G4 Rn-5 4 Gn-1

R6 4 G1 R6 3 G2 Rn-6 4 Gn-1R7 4 G4

FASE di propagazione molto lenta (esponenziale nelnumero dei nodi) G1 G2 G3 GnR0 0 R1 0 R2 0 Rn 0R1 0 R2 0 R3 0 Rn-1 0R2 1 G2 R0 1 G1 R1 1 G2 Rn-2 1 Gn-1R3 2 G2 R3 1 G3 R4 1 G4 Rn-3 2 Gn-1R4 3 G2 R4 2 G1 R0 2 G2 Rn-4 3 Gn-1R5 4 G2 R5 3 G3 R5 2 G4 Rn-5 4 Gn-1... R6 4 G1 R6 3 G2 Rn-6 4 Gn-1Rn n-1 G2 ... R7 4 G4 ...

Rn n-2 G3 ... R1 n-2 Gn-1Rn n-3 G4 R0 n-1 Gn-1

Internet 46

Variazione tabelle per una variazione di configurazione

G1 G2 G3Rete Rete Rete Rete

R0 R1 R2 RnGn

Rete

RQ

G1 G2 G3 GnR0 0 R1 0 R2 0 Rn-1 0R1 0 R2 0 R3 0 Rn-2 0RQ 0 R0 1 G1 RQ 0 Rn-3 1 Gn-1R2 1 G2 R3 1 G3 R1 1 G2 Rn-4 2 Gn-1R3 1 G3 RQ 1 G3 R0 1 G1 Rn-5 3 Gn-1

... ... ... ...

Propagazione locale delle tabelle di routing ad ogni vicino:si propaga la propria distanza. Chi riceve una offertaaggiorna opportunamente la tabella se la proposta èconveniente in base alla metrica

Raggiunto l'accordo, il routing è indipendente per ognigateway

CAMBIAMENTOin caso di crash o di aggiunta di un nuovo gateway

Possibilità di problemi (cicli ) e non convergenza

SVANTAGGI• i messaggi seguono gli stessi cammini• messaggi di aggiornamento con propagazione lunga econvergenza lenta

Internet 47

Problemi in Riconfigurazione

prendiamo una configurazione

A

B

C D E

In caso di guasto del link da D verso C, E ha un valoreprecedente e lo manda a D, poi ottiene il valore da D edincrementa il vaore locale, etc.

counting-to-infinity

Problema generale dovuto al non tenere traccia di chifornisce una distanza da un nodo (e cammino relativo)

Limitazione dell'infinito a 16 (metrica)

A

B

CD10

Rete

Tabelle dopo il guasto di BD per arrivare a Reteprima Tabelle dopo Tabelle finedir 1 D dir 1 dir 1 dir 1 dir 1 dir 1 dir 1D 2 B no C 4 C 5 C 6 C 11 C 12B 3 C B 3 A 4 A 5 A 6 A 11 A 11B 3 A B 3 C 4 C 5 C 6 C 11 C 12

A , B e C si danno informazioni sbagliate l'un l'altro

Internet 48

Split Horizonper evitare di passare informazioni sbagliate, non sioffrono cammino ai nodi da cui le abbiamo ottenute

Si noti la lenta convergenza del sistemale buone notizie => velocile cattive si propagano con time-out

Hold-downsi ignorano le informazione di cammino per un certoperiodo dopo una notifica di problema: tutti hanno mododi accorgersi del problema e non ci sono propagazionierrate

loop che si sono già creati vengono mantenuti durantel'hold-down

Split Horizon con poisoned reverse etriggered broadcast

ogni nodo invia immediatamente un broadcast con laindicazione ed il cammino

A invia a C un messaggio di non raggiungibilità se crededi raggiungere D via CC non può rifarsi ad A (che non raggiungeva D)

Ulteriori problemialtre fasi di broadcast che vengono generate

Evoluzione degli algoritmi per privilegiare variazioni

Internet 49

Algoritmi Link State

link-state o Shortest Path First SPFogni gateway ha una conoscenza completa dellatopologia di interconnessione (grafo completo)Tabelle di routing basate sulla conoscenza dell'interocammino

Il grafo di interconnessione, per evitare cicli viene gestitocon algoritmi che possono favorire decisioni locali(routing dinamico ) Dijkstra shortest-path-first

Possibilità di fare source routing e anche di spediremessaggi su cammini diversi (routing dinamico )

A REGIME, ogni gateway tiene sotto controllo le proprieconnessioni e le verifica periodicamente

• invio periodico di un messaggio ai vicini percontrollo della corretteza delle risorse locali

• identificazione del guasto(uso di più messaggi per evitare transitori)

Non appena si verifica un problema,che ha rilevato il problema invia il messaggio a tutti icomponenti (broadcast o flooding )

Internet 50

Vantaggi• si controlla solo il vicinato• azioni di variazione propagate rapidamente

(senza ambiguità)• possibilità di scelte differenziate nella topologia• conoscenza dei cammini completi

In sostanza le variazioni non sono dipendenti dapossibili intermediari

I messaggi sono gli stessi qualunque sia ladimensione del sistema

SCALABILITÀ

Svantaggi• necessità di mantenere tutta la topologia• azioni costose (broadcast) in caso di variazione

In generale, necessità di limitare idomini di conoscenza reciproca

Protocolli dinamici non sono scalabili

Internet 51

ROUTING Architettura INTERNET

NON un insieme di reti collegate direttamenteMA distinzione tra:

Sistemi core e noncore (ARPANET)core insieme di gateway chiave con informazioni diaccesso complete (e replicate)non core informazioni di routing solo parziali

I CORE si scambiano tutte le informazioni di routing(algoritmo Vector-Distance e Link-State )

I problemi sono nati aumentando il numero delle reti paredel sistema ==> astrazione e gerarchia

Sistemi autonomiinsieme di reti e gateway controllati da una autoritàunica centrale, con proprie politiche di routing

I sistemi AUTONOMI devono scambiarsi informazioni dirouting e coordinamento solo intra sistema: il sologateway di controllo provvede al protocollo verso l'esterno

Exterior Gateway Protocol (EGP)protocollo del gateway di controllo per trovare il percorsofino ai core

struttura ad albero con i core come radice

Internet 52

Interior Gateway Protocol (IGP)protocollo per trovare il percorso all'interno di un sistemaautonomo (intra sistema)

politica che consente percorsi multipli e con possibilitàdi tollerare i guasti (algoritmi multipath IGRP CISCO)

Routing Information Protocol (RIP)implementato in routed UNIX

nodi attivi e passiviATTIVI partecipano a determinare i percorsiPASSIVI restano ad ascoltare le decisioni degli altri

Ogni 30 secondi si manda un messaggio ai vicinicon la tabella di routing locale

Si aggiornano le tabelle in base ai messaggi ricevuti:se i messaggi rilevano cammini più brevi di quelli notisono stabiliti i nuovi cammini

Un cammino ha un time-out associato e scade dopo uncerto intervalloOgni nodo viene dichiarato guasto se non ha mandato unmessaggio per un certo intervallo (180 sec)

/ Metrica senza costi di link e valore massimo a 10.. Capacità di riconfigurazione

Solo reti di piccole dimensioni

Internet 53

IP_ROUTING non globale

servizio di instradamento (routing)L'IP routing determina l'indirizzo IP del nodo successivo acui inviare il datagramma

datagramma e indirizzo ==>e lo passa all'interfaccia di rete

routing con indirizzi IPdecisione del percorso sull'indirizzo di destinazione contabella di instradamento (Internet Routing Table)

presente sia sugli host che sui gatewayinformazioni sulla destinazione e su come raggiungerla

routing IP basato su informazioni di rete e non nodo==> ridurre dimensioni della tabella e

per aumentare efficienza nella scelta percorso

protocollo IPalgoritmo di routing

datagramma dainstradare

analisitabella dirouting

invio datagramma alla destinazione

successiva

utilizzo indirizzi IP

utilizzo indirizzi fisici

Routing dei datagrammiInternet 54

PROPRIETÀrouting statico• tutto il traffico per una data rete => stesso percorso

e non eventuali percorsi alternativi (vedi urgenze)autonomia•• ogni gateway autonomo

ogni datagramma da A a B può seguire un percorsodifferente rispetto a quello da B ad Ai gateway devono cooperare per garantire le due vie dicomunicazione nei due sensi

• solo il gateway finale comunica con destinatarioverifica se l'host esiste ed è operativo

consegna al mittente dei problemi di mancata consegna

PERCORSO A DEFAULTscelta di un gateway cui inviare i messaggi se non siconosce alcuna informazione correttamente

Indirizzamento IP cerca nella tabella locale poiinvia il datagramma al gateway di default

usato da host che servono direttamente una piccolaquantità di utenti e sono collegati attraverso una solaconnessione ad Internet

PERCORSO DIRETTO AD UNO SPECIFICO HOSTIndirizzamento diretto all'host

migliore controllo delle risorse

si veda netstat -r

Internet 55

ROUTING con INDIRIZZI IP per ogni nodo

instradamento con indirizzi IP non altera il datagrammaindirizzi del mittente originario e destinatario finale

la procedura IP calcola un nuovo indirizzo di gatewayif consegna diretta

then indirizzo del destinatario finale

else prossimo destinatario o next hopindirizzo fisico ricavato da indirzzo di IPdatagramma completo in parte dati per l'invio

IP evita di usare gli indirizzi fisici(CASO DINAMICO )

protocollo IP

algoritmo

invio datagramma alla successivadestinazione

utilizzo indirizzi IP

utilizzo indirizzi fisici

tabella di

routing

analisi oaggiornamentodei percorsi

datagramma da

instradare

di routing

Software IP e tabella di indirizzamento

Internet 56

ALGORITMO DI ROUTING IPfunzione

Route_IP_Datagram (datagram, routing_table)

Separazione indirizzo IP destinatario (Idest ) datagrammaValutazione indirizzo IP della rete di destinazione (Inet )

if Inet un indirizzo raggiungibile direttamentethen invio del datagramma alla rete destinataria

( trasformazione indirizzo IP in indirizzo fisico eincapsulamento del datagramma in frame)

else if Idest un host con un cammino propriothen invio del datagramma in base alla tabella

else if Inet si può ottenere da una entry nella tabelladi routing

(tenendo conto di subnet)then si invia il datagramma al prossimo gateway

else percorso di default per tutti i restanti datagrammi

Si tiene conto della sottoreteusando la maschera ed Idest

Si deve anche trattare la possibilità di errori diindirizzamento: ad esempio un host non esistente sullarete locale

Internet 57

DATAGRAMMI in ingresso

host o gateway tratta i datagrammi ricevuti

host livello IP verifica se destinatario utente localeif arrivato,then lo accetta e lo passa al protocollo di alto livello

else controllo destinazioneevitando rinvii di datagrammi consegnati per errore

gateway due casi: destinazione finale o altro invioinstradamento con algoritmo standard usando informazioni della tabella di indirizzamento locale

Problemi• host con più connessioni fisiche e più indirizzi IP• datagrammi broadcast

anche decremento del campo 'time_to_live' neldatagramma, scarto del datagramma se zero

uso di host come gateway ==> problemi• quando un host riceve un datagramma errato, se

provvede azioni correttive può nascondere errori• più macchine di routing causano un inutile traffico in rete• errori possono portare confusione (broadcast multiplo)• i gateway devono traslare formati e standard di protocolli

Internet 58

Tabella di routing ==> interfaccia chiara traIP che instrada i datagramma ealto livello che gestisce i percorsi.

La gestione di rete deve esaminare le tabelleindirizzi IP in tabella rende semplice la gestione

Internet Protocol crea astrazionesoftware Internet usa indirizzi di alto livello

La creazione delle tabelle di routing e del lorocoordinamento avviene tramite un protocollo

Routing Information Protocol (RIP)ispirato a distance-vector (con modifiche) basato su

• ruoli attivi e passivi• broadcast (30 secondi) di messaggi di cambiamento• mantiene vecchi cammini• elimina problemi di non convergenza(con split horizon triggered update poisoned reverse)

Open SPF Protocol(link-state o Shortest Path First)

con servizi ulteriori• cammini multipli e load balancing, cammini specifici• introduzione di aree auto-contenute• autenticazione• definizione di risorse virtuali• ottimizzazione delle risorse (broadcast)

Internet 59

Protocollo ICMPErrore. Il segnalibro non è definito.Internet Control Message Protocol (ICMP)Gestione della reteControllo della rete

ICMP consente di inviare messaggi di controllo o di erroreal sorgente del messaggio (solo a questo)

ICMP usato per il coordinamento tra livelli di IP

Condizioni di errore al mittente (non correzione)per i relativi provvedimenti

nodi intermedi non informati dei probleminodo sorgente può provvedere a correggere

type identificatore del messaggiocode informazioni sul tipo di messaggiochecksum (16 bit) utilizzato dal relativo algoritmo

TYPE

DATA

. . .

0 8 16 31

CODE CHECKSUM

in caso di errore l'header del datagramma sbagliato

Messaggio ICMP inserito un datagramma IP: il messaggioICMP contiene sempre l'header e 64 bit dell'area dati deldatagramma che ha causato il problema

Internet 60

Possibili valori del campo type0 Echo Reply3 Destinazione irraggiungibile4 Problemi di congestione (source quench)5 Cambio percorso (redirect)8 Echo Request11 Superati i limiti di tempo del datagramma12 Problemi sui parametri del datagramma13 Richiesta di timestamp14 Risposta di timestamp15 Richiesta di Address mask16 Risposta di Address masketc.

campo CODE ==> un intero dipendentedai valori del campo TYPE

Se il destinatario non si raggiungecampo type vale 3 e campo code codice di errore

0 Rete irraggiungibile1 Host irraggiungibile2 Protocollo irraggiungibile3 Porta irraggiungibile4 Frammentazione necessaria5 Errore nel percorso sorgente (source route fail)6 Rete di destinazione sconosciutaetc.

Internet 61

ICMP livello errorii messaggi ICMP sono considerati a livello di datagrammiIP a tutti gli effetti

sono soggetti alle stesse regole di routing• non hanno priorità• possono essere persi• possono causare ulteriore congestione

ICMPRappresenta un mezzo per rendere note condizionianomale a chi ha mandato datagrammi (usando IP)

La politica di uso è tutta a carico dell'utilizzatoreMETALIVELLOe gli errori sugli errori?Errori su messaggi ICMP non possono causare a lorovolta messaggi ICMP

destination unreachable (type 3)Network unreachable (code 0)Frammentazione necessaria, ma non consentitaRoute a sorgente non esatta (source route failed)

source quench (type 4) caso di congestioneSe il buffer dedicato ai frammenti e datagrammi èesaurito, sono scartati: si invia un avvertimento al mittente

cicli e perdita di datagrammi (type 11)problemi su un datagramma singolo

scadenza del time-to-live o del tempo di ricomposizione

Internet 62

ICMP livello coordinamento

Invio di informazioni di routing tra gateway

TYPE

IDENTIFIER

OPTIONAL DATA

. . .

0 8 16 31

CODE CHECKSUM

SEQUENCE NUMBER

echo request/reply (type 8/0) controllo percorsoun host verificare la raggiungibilità di una destinazionePer esempio:- si può verificare che un host esista

inviando un echo request (type 8)ricezione di echo request (type 0)

(vedi comando di ping )

redirect (type 5) cambio percorsoun gateway deve cambiare la propria tabella di routing

address mask (type 17/18) richiesta di mascheraun gateway deve conoscere una sottorete

sincronizzazione degli orologi (type 13/14)ricezione e invio del tempo fisico

si considerano i millisecondi

Internet 63

UDP User Datagram ProtocolRete nodo a nodoTrasporto processo a processo

− IP indirizzo del destinatario identifica un nodoIP trasferisce dati tra una coppia di nodi su Internet

− UDP deve distinguere tra più processi in esecuzionesu un dato nodo connesso alla reteprocessi identificati con protocol number

{indirizzo: indirizzo IP + numero di porta }

UDP si appoggia a IP per consegnare i datagrammi

Application

User Datagram

Internet (IP)

Interfaccia di rete

LIVELLI CONCETTUALI

(UDP)Area dati

header Area dati

Area dati FrameFrame

header

IP

UDP

Internet 64

UDP fornisce un servizio unreliable e connectionlessdatagrammi possono essere persi, duplicati,pesantemente ritardati o consegnati fuori ordineil programma applicativo che usa UDP deve trattare iproblemi

PROTOCOLLO

formato di un datagramma UDP

UDP SOURCE PORT

UDP MESSAGE LENGTH

DATA

. . .

0 16 31

UDP CHECKSUM

UDP DESTINATION PORT

I messaggi UDP sono user datagramheader e area dati

headerdiviso in quattro parti di 16 bit

porta sorgenteporta destinazionelunghezza messaggiochecksum

Uno user datagram è contenuto nell'area dati deldatagramma IP

Internet 65

Protocollo UDP

Decisioni dimultiplexing, demultiplexing, porte

multiplexing ==> messaggi da più processi applicativiparalleli con un solo servizio IP

demultiplexing ==> lo stesso messaggio recapitato allaporta corretta

UDP

ICMP IP

Interfacciaverso la rete fisica

Processodi utente

Processodi utente

Porta Porta Porta

Uso di porteogni programma ha almeno una porta perinviare/ricevere datagrammi

Lo spazio della porta UDP è descritto con nomi a 16 bit

Internet 66

ASSEGNAZIONE DEI NUMERI DI PORTA UDPAutorità Centrale vs. Collegamenti Dinamici

NOMI STATICIAutorità Centrale

per assegnare i numeri di porta universalmente validi

well-known port

0 Riservato7 echo9 discard11 users13 daytime37 time69 tfpt (trivial file transfer protocol)111 Sun RPC protocol513 who (demone di rwho)514 system log

NOMI DINAMICICollegamenti Dinamici

assegnamento su necessitànumeri di porta non a priori, ma dati su richiesta

Realizzazione Internet UDP/TCP ==> soluzione ibridaAlcuni numeri di porta a prioriAltri assegnati dinamicamente

Internet 67

SPAZI delle PORTESia UDP sia TCP utilizzano il protocollo IP

ma anche svincolati da IP

connessione end-to-endTCP comunicazione simultanea di più processi della

stessa macchina

TCP crea l'astrazione di connessionecoppia di estremi (endpoint)

Un endpoint è definito dalla coppia di interi {host,port}con host è l'indirizzo IP dell'host della porta TCP port

connessione {host1, port1, host2, port2}un port number può essere condiviso da più connessioni

i numeri di porta non sono esclusivi ==>servizi concorrenti

Connessioni distinteconnessione {host1, port1, host2, port2}connessione {host1, port1, host2, port3}

Principali servizi assegnati di autorità dal NIC (NetworkInformation Center) ad es. posta elettronicanumeri di porta well-known

Le porte TCP sono distinte dalle porte UDP

Internet 68

PORTA PROTOCOLLO DESCRIZIONE20 FTP-DATA File Transfer Protocol (dati)21 FTP File Transfer Protocol23 TELNET Terminale remoto25 SMTP Protocollo di posta elettronica80 HTTP Protocollo WWW

119 NNTP Protocollo di invio news

Quadro completo delle associazioni tra porte e servizi in/etc/services

Processodi utente

Processodi utente

TCP UDP

ICMP IP ARP RARP

Interfacciaverso la rete fisica Livello 1

Livello 2

Livello 3

Livello 4

Livelli dei protocolli di TCP/IP

Internet 69

TCP (Transmission Control Protocol)

Fornisce un servizio di trasmissione dati affidabilebasato sulle proprietà

• reliable stream full duplex• connessione o canale virtuale bidirezionale

la connessione end-to-end garantisce che ilmessaggio passa dalla memoria del mittente aldestinatario con successo

• flusso di dati non strutturato (byte stream )• presenza di dati prioritari

NON SI IMPEGNANO I NODI INTERMEDIsi usano solo le risorse degli end-user

PROTOCOLLO− formato dei dati trasmessi (segmenti)− possibilità di dati urgenti− regole per la bufferizzazione e l'invio degli

acknowledgement (sliding window) e relativo formato− possibilità di comporre messaggi e decomporre− meccanismi di de/multiplexing (vedi UDP)

concetto di porta per distinguere più processi suuno stesso host

SERVIZI− stabilire la connessione /chiudere− scambiare dati sulla connessione

Internet 70

Formato del segmento TCP (header 20 byte)

SEQUENCE NUMBER

RSRVD WINDOW

URGENT POINTER

OPTIONS (IF ANY) PADDING

DATA

. . .

0 4 10 16 24 31

SOURCE PORT DESTINATION PORT

HLEN

CHECKSUM

ACKNOWLEDGEMENT NUMBER

CODE BIT

lunghezza del segmento in checksum

CODE BITURG un dato urgente nel segmentoACK acknowledgement nel segmentoPUSH invio immediato del segmentoRST reset di una connessioneSYN si stabilisce la connessioneFIN termine della connessione

Si cerca di frammentare meno possibile i messaggi:• troppo corti: grosso overhead di trasmissione• troppo lunghi: frammentazione a livello di IP e possibili

perdite ed overhead

Internet 71

Reliabilitymittente attende un messaggio di acknowledgement perogni segmento spedito prima di inviarne uno successivo

MITTENTE RETE RICEVENTE

Invio pacchetto 2

Invio pacchetto 1

Ricezione pacchetto 1

Invio ACK 1

Ricezione ACK 1

Ricezione pacchetto 2

Invio ACK 2

positive acknowledgement

Il mittente deve attendere tra una trasmissione e l'altra==> inefficienza del sistema di conferme

Se un ack non arriva, ritrasmissione ==>destinatario riceve due pacchetti identicideve tenere traccia dei pacchetti ricevuti e scartarli

ricezione ritardata di un messaggio di ack ==>invio di nuovo del pacchettoack con numero di identità

Quante ritrasmissioni?

Se c'è traffico nei due sensi, gli ack sono inseriti sultraffico in direzione opposta (piggybacking )

Internet 72

POSSIBILITÀ finestra scorrevolefinestra ideale di dimensione in byte

il mittente invia pacchetti fino a saturare la finestraanche senza nessuna conferma di ricezione

il destinatario invia conferme alla ricezione del pacchettocomunicazione full-duplex

timer di time-out

• se i pacchetti spediti sono confermati , la finestra scorree si trasferiscono pacchetti successivi

• gli ack possono arrivare non nell'ordine di trasmissionenon si interrompe la trasmissione se tutti giungonoentro il timeout di ogni singolo pacchetto

• se scade il timeout di un pacchetto, si reinviala trasmissione riprende, spostando la finestra sulprimo pacchetto di cui non ha ancora ricevutol'acknowledge

Sliding window di dimensione otto pacchettiFinestra scorrevole nella posizione iniziale

Finestra scorrevole in movimento

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Internet 73

livelli di prestazione ==>dimensione della finestra (stabilita dinamicamente) evelocità di trasmissione dei pacchetti

MITTENTE RETE RICEVENTE

Invio pacchetto 2

Invio pacchetto 1

Ricezione pacchetto 1Invio ACK 1

Ricezione ACK 1 Ricezione pacchetto 2

Invio ACK 2Invio pacchetto 3

Ricezione ACK 2

Ricezione ACK 3

Ricezione pacchetto 2Invio ACK 2

Tre pacchetti con finestra scorrevole

Rispetto allo schema visto, TCP• usa byte per dimensione della finestra

i segmenti vengono inseriti nel flusso• lavora con finestra di dimensione variabile

sliding window specificata del ricevente• intende gli ack in modo cumulativo

un ack specificato del ricevente porta l'indicazione, ditutto ciò che è stato ricevuto nello stream fino almomento dell'ack

• ritarda i messaggi che vengono inviati raggruppati in unsegmento locale prima dell'invio (anche gli ack)

• usa piggybacking per gli ack

Internet 74

ack cumulativiArrivo di ack di un messaggio implica che sono arrivatianche i precedenti

perdita di ack non forza ritrasmissione

svantaggioun ack cumulativo dice poco sullo stato del ricevente

al mittente ack dice la stessa posizione nellostream ricevente (anche se alcuni dopo arrivati)con modo ack selettivo

• aspettare l'ack richiesto dopo la trasmissionee reinviare solo quello mancante

• reinviare tutto, anche quelli già ricevuti dalricevente

Invio di segmenti cortiinvio di un messaggio corto rappresenta un forteoverhead

TCP tende a non mandare messaggi cortisia per il mittente, sia per il destinatario (efficienza)

messaggi raggruppati al mittentegli ack sono ritardati in attesa di traffico in versoopposto

peggioramento del tempo di rispostaspecie in caso di interattività

definizione di un time-out oltre il quale il messaggiocorto viene inviato

Internet 75

protocollo per stabilire la CONNESSIONE TCPconnessione tra due nodi

three-way handshaketre fasi di comunicazione per il coordinamento

PRIMA FASEA invia il segmento SYN a B e richiede la connessione(SYN nell'header del segmento e X valore scelto da A)

SECONDA FASEB riceve il segmento SYN e ne invia uno identico ad Ainsieme all'ack (e Y valore scelto da B)

TERZA FASEA riceve il segmento SYN ed ack e conferma laricezione a B attraverso un ack a sua volta

POSTAZIONE A RETE

Invio ACK y+1

Invio se gmento SYN

Ricezione se gmento SYN

Invio se gmento SYN seq=y,

Ricezione SYN + ACK

Ricezione se gmento ACK

POSTAZIONE B

numero seq=x

ACK x+1

Il sistema di comunicazione a tre fasi ==> compromessoogni nodo invia un messaggio ed ha confermaSemantica at-least once

Internet 76

protocollo di BIDDING (senza rifiuto)

NEGOZIAZIONE a tre fasisi verifica che• entrambi i nodi disponibili alla connessione per una

sessione di comunicazione• accordo sulla sequenza iniziale di valori: ogni pari

propone per il proprio verso:nomi di portanumeri per i flussi (messaggi ed ack)

La sequenza é confermata proprio durante lainizializzazioneScelta casuale di un numero da cui iniziare lanumerazione e comunicato all'altra per ogni flusso

E se si perde un messaggio?Si attua un time-out con intervalli crescenti

normalmente 5,8 sec, poi 24 sec.

In fase iniziale si negoziano anche altre opzioni:• accordo sul MSS (maximum segment size)

dimensione del blocco di dati massimo da inviaredefault 536Maggiore il valore, migliori le performance

• fattore di scala della finestra• richiesta di tempo e risposta

per il coordinamento degli orologi

Sono possibili azioni simultanee di apertura

Internet 77

CHIUSURA

NEGOZIAZIONEchiusura a fasi== > semplice operazione di close gracefulChiusura monodirezionaleChiusura definitiva in un verso

senza perdere i messaggi in trasferimento

A comunica a TCP di non avere altri datiTCP chiude la comunicazione solo nel verso da A a B

se B non ha terminato, i dati continuano da B ad A

e ack da A a BTCP permette solo il passaggio di ack su canaleintenzionalmente chiuso

chiusura a tre fasi

A invia segmento FINTCP aspetta a dare corso alla chiusura definitiva, ma inviaad A solo un ack

Dopo il tempo necessario per i programmi applicativiB invia ad A il suo segmento FIN che informa delladisponibilità a chiudere la connessione

L'ultimo passo ==> conferma da A a B della ricezione delsegmento FIN e la chiusura del collegamento

Internet 78

POSTAZIONE A RETE

Invio ACK y+1

Invio segmento FIN

Ricezione segmento FIN

Invio ACK di x+1

Ricezione ACK

Ricezione segmento ACK

Invio segmento FIN, ACK x+1

POSTAZIONE B

numero seq=x

Ricezione diFIN + ACK

Anche per la chisura sono possibili azioni simultanee

eventi anomalisegmento di reset viene inviatoper rilevare una situazione anomala

ad esempio, richiesta di connessione senza server

anche un reset della connessione stabilitaper abortire la stessa (i dati sono persi)

La connessione esiste solo negli endpointin caso di guasto a fronte di azioni ripetute di recoverysi stabilisce di chiudere in modo abortivo

Internet 79

Protocollo a regime

Calcolo del time-outin base al tempo di percorrenza medio di un segmentoandata e ritornoAggiornamento del fattore in base ai valori correntiProblemi in caso di calcolo su ritrasmissioni

un ack in arrivo è per il primo o per un messaggioritrasmesso

Controllo del flussocontrollo di flusso fondamentale per internet in cui sonopresenti macchine molto diverse fra loro

in caso di segmento con PUSH, il segmento inviatoimmediatamentein caso di informazioni urgenti (bit URG) se ne segnalala posizione nel flusso

Ogni messaggio con ack specifica il flusso ricevuto e lafinestra di accettazione corrente nella propria direzioneIl mittente adegua la dimensione della sliding window

in caso di congestione si dimezza la finestra e siraddoppia il time-out: al termine della congestione siriparte con finestra piccola (slow start)

Internet 80

Proprietà protocollo TCP

Evitare di avere trasmissioni di messaggi cortiSilly window finestre limitate e messaggi breviin genere non si fanno azioni sotto una certa soglia

Applicazione rloginogni informazione (1 char) richiede 41 byte-- Algoritmo di Nagle si ammette di avere pendente

senza ack al più un solo messaggio cortoretroazione automatica

Applicazione Xwindowdisabilitazione del Nagle per interattività

Timerla connessione non comporta alcun uso di risorse se nonsi inviano messaggi

per garantire l'operatività invio di un messaggio dikeep-alive inviato ogni intervallo (7200) sec.

Estensioni a TCPnel senso di creare un vero supporto per le transazionied abbreviare i tempi di attesa

Internet 81

Problemi di TCP

In caso di un uso estensivo di strumenti applicativi cheseguano un protocollo:

cliente apre connessione richiesta 1 messaggio chiusura connessione

servitore attesa connessione riccezione 1 messaggio/risposta chiusura connessione

le azioni di prologo/epilogo dominano(si vedano le interazioni Web)

è stato proposto il T/TCP che raggruppa le azioni:• il cliente manda il messaggio già con il primo segmento

e si rinuncia alla fase di negoziazione• il servitore all'arrivo del messaggio invia con l'ack, la

risposta e la chiusura della connessione

- nel caso migliore (se non ci sono problemi), ilprotocollo costa come UDP

(1 messaggio andata, 1 di ritorno)/ nel caso peggiore, il costo si avvicina a quello di TCP