Lezione Reti ISO/OSI PDF

Lezione reti ISO/OSI Docente: Prof. Gennaro Luca Russo  RETI DI CALCOLATORI E MODELLO ISO/OSI  ARGOMENTI ⚫ Topologie di reti ⚫ Dalle reti locali alle reti globali ⚫ Architetture di rete stratificate e modello ISO/OSI ⚫ Protocolli Internet e loro relazioni con i livell...

Lezione reti ISO/OSI Docente: Prof. Gennaro Luca Russo  RETI DI CALCOLATORI E MODELLO ISO/OSI  ARGOMENTI ⚫ Topologie di reti ⚫ Dalle reti locali alle reti globali ⚫ Architetture di rete stratificate e modello ISO/OSI ⚫ Protocolli Internet e loro relazioni con i livelli ISO/OSI ⚫ Significato dei primi tre livelli ISO/OSI per le LAN ⚫ Limiti del modello ISO/OSI e nuove tecnologie di LAN  Reti di calcolatori § A partire dagli anni ‘90 le reti hanno cominciato a fornire servizi agli individui Ø accesso a informazioni remote WWW, servizi finanziari, e-commerce Ø comunicazione uomo-a-uomo XIX secolo: telefono, XXI secolo: e-mail Ø intrattenimento interattivo video on demand, giochi in rete  Reti di calcolatori § Per ottenere tutto questo non basta più il singolo elaboratore con il suo sistema operativo ma bisogna introdurre una rete di calcolatori Rete di comunicazione Componenti fondamentali di una rete § Nodo: un nodo (host) è un qualsiasi dispositivo hardware del sistema in grado di comunicare con gli altri dispositivi che fanno parte della rete § Arco: i nodi sono collegati mediante archi (link) Formano i canali di comunicazione, ad es. cavi telefonici, fibre ottiche, collegamenti satellitari, … § Il tipo di cavo determina la capacità di trasmissione Componenti fondamentali di una rete § Si parla di banda della rete che viene misurata in bit al secondo § Kilobit (Kb) § Megabit (Mb) § Concentratore (hub): dispositivo di connessione che semplifica il collegamento fisico tra i nodi e instrada i segnali § Dorsale: cavo ad alta capacità di trasmissione dei dati Componenti fondamentali di una rete  Tecnologia di trasmissione § I dispositivi che formano una rete possono essere collegati tra loro in vari modi che determinano l’architettura o topologia della rete § La topologia della rete determina la modalità di trasmissione dei dati Reti punto a punto (point-to-point)  Reti ad anello Ø il segnale emesso da un nodo passa al nodo successivo; se non è indirizzato a quel nodo, viene ritrasmesso al nodo seguente, finché non raggiunge il destinatario  Reti lineari a BUS (broadcast) Ø hanno un unico canale di comunicazione (dorsale) condiviso da tutte le macchine della rete Ø i messaggi inviati da un elaboratore vengono ricevuti da tutti ma solo l’elaboratore destinatario elaborerà il messaggio, gli altri elaboratori lo ignoreranno  Reti a stella Ø i nodi sono tutti collegati a un nodo centrale detto host Ø le comunicazioni tra due nodi non sono dirette ma passano attraverso il nodo host che provvede a smistarle verso il nodo destinazione  Scheda di rete § Per collegare un computer ad una rete locale si usa una scheda di rete che permette di Ø instaurare la connessione fisica Ø convertire i dati da trasmettere nel formato opportuno  Indirizzo di rete § Ogni scheda di rete ha un indirizzo univoco detto anche Ø indirizzo fisico o indirizzo di LAN o indirizzo MAC (media access control) § Nella maggior parte delle LAN questo indirizzo è formato da 6 byte (48 bit) § Ci sono quindi 248 indirizzi fisici possibili Ø Sono indirizzi permanenti, scritti nella memoria ROM della scheda di rete Ø Possono essere considerati come il codice fiscale associato ad una persona, in contrasto con il suo indirizzo di casa (che si avvicina all’indirizzo IP … )  Client / Server § Gli elaboratori in una LAN possono avere ruoli diversi § Server: elaboratore che può essere condiviso dagli altri computer collegati in rete Ø server gestore dei dati (file server) Ø server di stampa (printer server) Ø server di comunicazione: permette l’accesso ad altre reti locali o ad Internet § Client: elaboratore che usa delle risorse condivise, messe a disposizione dal server Client / Server Dalle reti locali alle reti globali ⚫ PAN – Personal Area Network (10 m) ⚫ LAN – Local Area Network (1 km) ⚫ MAN – Metro Area Network (100 km) ⚫ WAN - Wide Area Network (1000 km) ⚫ GAN – Global Area Network Scala Reti a commutazione di circuito Reti a commutazione di pacchetto  Trasmissione digitale o analogica § Nelle reti locali, la comunicazione tra due computer passa di solito su cavi dedicati, installati esplicitamente per la rete, e adatti per la trasmissione digitale delle informazioni Ø Semplificando un po’ su questi cavi si ha una variazione del livello di tensione fra due valori, che corrisponde alla trasmissione di bit di valore 0 oppure 1 Trasmissione digitale o analogica § Per le comunicazioni su lunga distanza, si cerca di sfruttare le reti di comunicazione esistenti, come ad esempio la rete telefonica § La rete telefonica è adatta a comunicare la voce, cioè un segnale analogico che varia in maniera continua in una banda di frequenze § Sono necessari dei dispositivi per poter usare la rete telefonica come mezzo di comunicazione tra computer Il modem COMPUTER MODEM Segnale digitale MOdulazione Segnale analogico (linea telefonica) COMPUTER MODEM Segnale digitale DEModulazione  Il modem § I modem attuali hanno velocità di trasmissione massima di non più di 6 KByte/sec. § Se due computer comunicano tramite un modem, la velocità di comunicazione è sempre quella del modem più lento § Il modem è usato soprattutto per le comunicazioni private (ad esempio un utente che si collega ad Internet tramite il suo provider) § Il modem può essere esterno (deve essere collegato alla porta seriale del calcolatore) oppure interno (alloggiato in un apposito slot di espansione)  Comunicazione e Protocolli § Affinchè la comunicazione possa avvenire in modo corretto si deve definire un protocollo di comunicazione Ø Esattamente come nella vita reale si stabiliscono delle convenzioni per il comportamento tra gli individui, nel caso della comunicazione tra gli elaboratori un protocollo definisce quell’insieme di regole che il nodo mittente e il nodo destinatario devono seguire per interagire tra loro  Comunicazione nelle reti § In generale, un protocollo fornisce delle funzionalità per Ø indirizzamento (addressing) Ø instradamento (routing) Ø gestione di eventuali errori di trasmissione (error detection, error recovery, sequence control) Ø gestione della velocità di comunicazione (flow control)  Livelli: motivazioni ⚫ Livello superiore: un'applicazione mette a disposizione dell'utente alcune funzionalita' ⚫ Livello inferiore: un dispositivo fisico immette e/o estrae un segnale in un conduttore fisico ⚫ Distanza eccessiva per "appoggiare" il livello superiore direttamente su quello inferiore ⚫ Necessita' di inserire livelli intermedi per affrontare il problema per gradi (passo-passo) ⚫ Individuare concetti (astrazioni) "naturali" chiaramente identificabili e riconoscibili  Modello iso/osi: obbiettivi ⚫ ISO - International Standards Organization ⚫ OSI - Open Systems Interconnection ⚫ ISO 7498 - Basic Reference Model ⚫ Obbiettivi ¡ fornire base comune per sviluppo di standard per l'interconnessione di sistemi informatici ¡ fornire un modello di riferimento rispetto al quale confrontare architetture di rete proprietarie e non ⚫ Non-obbiettivi ¡ definire servizi o protocolli specifici e relativi standard ⚫ Altri enti: ANSI, ETSI, IEEE, ITU-T (ex CCITT)  Modello iso/osi: principi ⚫ Architettura di comunicazione a livelli (layer) ⚫ Ogni entita' (entity) atta a comunicare e' univocamente attribuita a un "suo" livello ⚫ Le entita' di livello N si interfacciano solo con quelle del livello N-1 o con quelle del livello N+1 tramite i Service Access Point (SAP) ⚫ Le entita' di livello N comunicano solo con quelle di livello omologo (peer entities) come specificato da opportuni protocolli, a tal fine interfacciandosi con entita' di livello N-1 ⚫ Entita' di livello 1 comunicano direttamente usando i canali trasmissivi che le connettono Comunicazione tra sistemi Interfaccia tra i livelli N+1 e N Protocollo di livello N Entita' di livello N Entita' di livello N Interfaccia tra i livelli N e N-1 Protocollo di livello N-1 Entita' di livello N-1 Entita' di livello N-1 Interfaccia tra i livelli N-1 e N-2 SISTEMA A SISTEMA B  Cos’è un protocollo di rete Richiesta di connessione TCP. Ciao. Risposta di. connessione TCP. Sai l’ora? Get 2:00. tempo. Perché ci sono diversi protocolli di rete? Non tutte le connessioni dati tra sistemi di computer avvengono secondo lo stesso schema. Di conseguenza c’è differenza se due computer sono connessi tra di loro in una rete casalinga o fanno parte di un’enorme rete di computer su Internet e inviano i dati a più destinatari. Allo stesso modo nella comunicazione sono molto importanti le gerarchie, perciò esistono anche diversi protocolli di rete per le singole forme di comunicazione. Così si presentano i seguenti possibili scenari di utilizzo e caratteristiche distintive: Il numero dei partecipanti alla comunicazione Il percorso del flusso di dati La gerarchia presente nella comunicazione Sincronizzazione della comunicazione Tipo di connessione numero dei partecipanti alla comunicazione Unicast Multicast Broadcast Percorso del flusso di dati Simplex Half-duplex Full-duplex Gerarchia nella comunicazione Comunicazione simmetrica Comunicazione asimmetrica Sincronizzazione della comunicazione Bit scambiati tra mittente e destinatario: Sincrona Asincrona Tipi di connessione Orientata alla connessione Senza connessione ISO/OSI: I SETTE LIVELLI ⚫Livello 7 - Applicazione ⚫Livello 6 - Presentazione Applicazione ⚫Livello 5 - Sessione Presentazione ⚫Livello 4 - Trasporto Sessione Trasporto ⚫Livello 3 - Rete Rete ⚫Livello 2 - Dati Dati ⚫Livello 1 - Fisico Fisico  LIVELLO FISICO ⚫ Compito: trasmettere sequenze binarie sul canale trasmissivo ⚫ Mezzo trasmissivo Applicazione ¡ cavo: materiale (metallo, vetro), struttura (rivestimento, schermatura, numero di conduttori), lunghezza, Presentazione sezione, attenuazione, impedenza, diafonia, apertura Sessione numerica, connettori, raggi di curvatura, tecniche di posa, etc. Trasporto ¡ etere: antenna (tipo, forma, guadagno), forma dei lobi, distanza da ostacoli, etc. Rete ⚫ Segnali Dati ¡ frequenza, tensione, potenza, codifica, modulazione (in banda base, di fase, di frequenza, di ampiezza), etc. Fisico  LIVELLO DATI ⚫ Compito: trasmettere trame (frame) con "sufficiente" affidabilità tra due entità Applicazione direttamente connesse, rilevare errori di trasmissione e (atipico in LAN) eventualmente Presentazione correggerli Sessione ⚫ Trama Trasporto ¡ delimitazione, ordinamento dei bit, suddivisione in campi, indirizzi, etc. Rete ⚫ Rilevazione e correzione errori ¡ FCS (Frame Control Sequence), codici Dati autocorreggenti, ritrasmissione, etc. Fisico  LIVELLO RETE ⚫ Compito: gestire l'instradamento di trame attraverso sistemi intermedi, ed eventualmente Applicazione trovare percorsi alternativi in caso di guasti ⚫ Algoritmi di instradamento Presentazione ¡ definizione e/o apprendimento (completo o parziale) della Sessione topologia della rete, calcolo del percorso su base locale e/o globale, riconfigurazione in caso di guasti, etc. Trasporto ⚫ Non necessariamente garantisce Rete ¡ affidabilità della trasmissione delle trame, non duplicazione alla destinazione, rispetto alla destinazione del loro ordine Dati di invio Fisico  LIVELLO TRASPORTO ⚫ Compito: trasferire l'informazione end-to-end affidabilmente e trasparentemente, Applicazione ottimizzando l'uso delle risorse ⚫ Affidabilita' Presentazione ¡ tutte le trame arrivano a destinazione, in copia unica e in Sessione ordine ⚫ Trasparenza Trasporto ¡ "forma" dell'informazione qual'era alla sorgente conservata a destinazione Rete ⚫ Ottimizzazione Dati ¡ traffico riparito sui canali disponibili, prevenzione della congestione della rete Fisico  LIVELLO SESSIONE ⚫ Compito: gestire il dialogo end-to- Applicazione end tra due programmi applicativi che debbono comunicare Presentazione ⚫ Dialogo Sessione ¡ garantire la mutua esclusione nell'utilizzo di risorse condivise, intercalare domande e Trasporto risposte garantendo la consequenzialita' Rete ⚫ Sincronizzazione ¡ stabilire punti intermedi nella Dati comunicazione rispetto ai quali entrambe le parti abbiano la garanzia che quanto Fisico accaduto "prima" sia andato a buon fine LIVELLO PRESENTAZIONE ⚫ Compito: gestire la sintassi dell'informazione lungo l'intero percorso end-to-end, convertendo Applicazione l'uno nell'altro i vari formati Presentazione ⚫ Sintassi astratta ¡ definizione formale dei dati scambiati dagli applicativi Sessione ⚫ Sintassi concreta locale Trasporto ¡ come i dati sono rappresentati sui singoli sistemi ⚫ Sintassi concreta di trasferimento Rete ¡ come i dati sono rappresentati lungo il percorso Dati Fisico  LIVELLO APPLICAZIONE ⚫ Compito: definire i servizi attraverso cui l'utente Applicazione (non necessariamente umano) utilizza la rete, Presentazione con tutte le relative interfacce di accesso Sessione ⚫ Servizi di utente ¡ terminale virtuale, trasferimento di file, posta Trasporto elettronica, servizi di directory, etc. Rete ⚫ Servizi di sistema operativo ¡ risoluzione di nomi, localizzazione di risorse, Dati sincronizzazione degli orologi tra sistemi diversi, controllo Fisico di diritti di accesso, etc. PROTOCOLLI INTERNET: APPROCCIO CLASSICO ISO/OSI TCP/IP Application FTP, TELNET, Presentation RSH, RCP RLOGIN, etc. Session Transport TCP Network IP Data Link Network Physical Link  PROTOCOLLI CONNESSI E PROTOCOLLI NON CONNESSI ⚫ Protocolli connessi (CONS): come telefono ¡ Fase di connessione - Viene istituito un canale virtuale con il destinatario in base al suo indirizzo ¡ Fase di trasmissione - L'informazione inserita nel canale vi "fluisce" senza ulteriori necesstta' di indirizzamento ⚫ Protocolli non connessi (CLNS): come posta ¡ Fase unica - L'informazione viene instradata lungo un percorso individuato in base all'indirizzo del destinatario LIMITI DEL MODELLO ISO/OSI E NUOVE TECNOLOGIE DI LAN ⚫ Modello sviluppato quando i canali erano relativamente lenti e inaffidabili: conveniente il controllo/correzione errori per ogni tratta ⚫ Oggi i canali sono veloci e affidabili: assai piu' conveniente confinare "ai bordi" della rete il controllo e la correzione degli errori ⚫ Avviata da tempo la “rimozione” di tutto ciò che sta sotto il Livello 3 (soprattutto WAN) TCP/IP Livello di RETE IP Internet Protocol Scambio di datagrammi senza garanzia di consegna Livello di TRASPORTO TCP Transmission Control Protocol flusso di byte bidirezionale lungo un canale virtuale ordinamento dei dati dati non duplicati controllo di flusso controllo degli errori UDP User Datagram Protocol Scambio di messaggi inaffidabile senza connessione e senza ordine 50 TCP/IP vs OSI I vantaggi del TCP/IP sull’ISO/OSI sono fondamentalmente due: 1. Quando nacque ISO/OSI, TCP/IP era già presente nel mondo accademico. 2. Lo stack TCP/IP è enormemente più semplice dello stack OSI. Il TCP/IP parte dai protocolli mentre l’OSI parte dai livelli. 51 TCP/IP vs OSI Protocolli e reti nel modello TCP/IP. 52 Confronto tra OSI e TCP/IP Concetti centrali nel modello OSI Servizi Interfacce Protocolli Il modello TCP/IP originale non aveva una chiara distinzione tra questi concetti. 53 Problemi del modello OSI Perchè l’OSI è rimasto solo un modello di riferimento? Momento sbagliato (troppo tardi!) Cattiva tecnologia (non open-source) Non buone implementazioni 54 Problemi dell’architettura TCP/IP Limiti del modello: Non è generale. Non distingue tra livelli, interfacce e protocolli. Il livello Host-to-Network non è un livello. Non sono definiti i livelli Fisico e Data link. 55 Esempi di reti ARPANET, NFSNET, Internet Reti Connection-Oriented : X.25, Frame Relay, e ATM Ethernet 802.3 Wireless LAN 802.11 56 Internet È nata dall’interconnessione di Arpanet e NSFNET e si è velocemente estesa in tutto il mondo Applicazioni tradizionali (1970 – 1990) E-mail News Remote login (telnet) File transfer Dai primi anni ’90: World Wide Web, sviluppato al CERN di Ginevra 57 LAN Wireless (a) Rete Wireless con una stazione base. (b) Rete wireless ad hoc. 58 LAN Wireless Una rete multicella 802.11. (IEEE) 59