Corso di Informatica e Rappresentazione Digitale PDF

Noemi Scarpato CORSO DI INFORMATICA E RAPPRESENTAZIONE DIGITALE Noemi Scarpato Università Telematica San Raffaele Roma Protocolli 1 di 24 ...

Noemi Scarpato CORSO DI INFORMATICA E RAPPRESENTAZIONE DIGITALE Noemi Scarpato Università Telematica San Raffaele Roma Protocolli 1 di 24  Noemi Scarpato Cosa Vedremo Nelle Lezioni 1. Fondamenti Dell´Informatica 2. Architetture e Sistemi Operativi 3. Introduzione alle Reti di Calcolatori - INTERNET, IL World Wide Web e i loro servizi. 4. Elaborazione di documenti elettronici 5. Fondamenti di elaborazione multimediale 6. Creazione di Pagine Web. Protocolli 2 di 24  Noemi Scarpato Introduzione alle Reti di Calcolatori Introduzione alle reti di calcolatori; Infrastrutture di Rete;  Protocolli di comunicazione;  Indirizzamento in rete; Struttura di Internet; Servizi di Internet: posta elettronica, file transfer e data streaming; Il World Wide Web; Introduzione all’uso dei motori di ricerca. Profili Giuridici Protocolli 3 di 24  Noemi Scarpato Protocolli di rete organizzati a livelli Iniziamo a considerare ora gli aspetti di gestione della comunicazione nelle reti di calcolatori Def: protocolli di rete I protocolli definiscono aspetti e regole semantiche sulla sequenza dei messaggi, e regole sintattiche sul formato dei messaggi scambiati durante la comunicazione. La definizione dei protocolli di rete deve prevedere e supportare diverse finalità di comunicazione. Non ha quindi senso definire un protocollo rigido, ma ha senso definire classi di protocolli, deputate a svolgere e gestire determinate funzioni della comunicazione. Tali classi di protocolli, opportunamente organizzate, permettono di semplificare la gestione della rete, ma è necessario definire in modo non ambiguo le relazioni tra le classi di protocolli. Protocolli 4 di 24  Noemi Scarpato Protocolli di rete organizzati a livelli Def: Architettura dei protocolli di rete l’architettura dei protocolli di rete consiste nella separazione in livelli dei protocolli di rete,ogni livello affronta e risolve un problema della comunicazione Il livelli superiori effettuano richieste di servizio al loro livello inferiore I livelli inferiori forniscono servizi al loro livello superiore. Le richieste e i servizi realizzano l’interfaccia del protocollo verso altri livelli. Protocolli 5 di 24  Noemi Scarpato Architettura Standard di protocolli di rete Esiste un riferimento Standard per definire l’architettura dei protocolli delle reti di calcolatori detto : Standard ISO/OSI RM (Open System Interconnection Reference Model) – insieme di livelli completo e rigoroso, per supportare la comunicazione in rete Definisce un’architettura dei protocolli di rete organizzata in sette livelli – Ogni livello gestisce una classe di problematiche di rete – Ogni livello fornisce ai livelli superiori una visione della rete semplificata Dialogo tra livelli paritari avviene astraendo l’architettura sottostante Dialogo tra livelli sovrapposti attraverso interfaccia comune per Protocolli tutti i protocolli 6 di 24  Noemi Scarpato Architettura Standard di protocolli di rete Protocolli 7 di 24  Noemi Scarpato Architettura Standard di protocolli di rete Il livello applicazione (7) fornisce alle applicazioni in esecuzione sul calcolatore i servizi e le primitive di trasmissione e ricezione dei dati. Il livello presentazione (6) risolve eventuali eterogeneità del formato dei dati tra i nodi della rete. Il livello sessione (5) mantiene e gestisce lo stato attuale del collegamento tra due applicazioni remote. Il livello trasporto (4) si occupa di garantire i servizi di trasmissione dei pacchetti (orientati alla connessione e non) e del controllo della congestione della rete. Protocolli 8 di 24  Noemi Scarpato Architettura Standard di protocolli di rete Il livello rete (3) si occupa di frammentare lunghe sequenze di dati in pacchetti, scrivere gli indirizzi dei destinatari finali e instradare i pacchetti verso i destinatari intermedi (e finali) del cammino. Il livello LLC/MAC (2) si occupa di garantire l’affidabilità del mezzo di trasmissione e la gestione dell’accesso al mezzo trasmissivo in canali ad accesso multiplo (evitando le collisioni). Il livello fisico (1) si occupa di definire le tecniche di codifica e decodifica dei dati, la trasmissione e la ricezione dei dati mediante segnali inviati sul mezzo fisico di trasmissione. Protocolli 9 di 24  Noemi Scarpato Architettura dei protocolli di Internet L’architettura dei protocolli di Internet utilizza in prevalenza solo 5 dei 7 livelli ISO/OSI RM spesso vengono esclusi i livelli 5 e 6 In fase di trasmissione dei dati, sul mittente, ogni livello riceve dati dai livelli superiori e li inserisce (incapsula) in "buste" con dati (bit) aggiuntivi, utili ad istruire il corrispondente livello del dispositivo destinatario In fase di ricezione, sul destinatario, i dati risalgono i livelli dal basso, e ogni livello verifica i dati della busta, agisce sui dati secondo il suo ruolo, e passa solo il contenuto della busta ai livelli superiori Protocolli 10 di 24  Noemi Scarpato Architettura dei protocolli di Internet – Il livello trasporto imbusta i dati aggiungendo informazioni utili all’ordinamento e controllo della velocità di invio delle buste – Il livello rete frammenta i dati in pacchetti, decide il cammino sul quale inviare il pacchetto a seconda dell’indirizzo del destinatario – Il livello MAC/LLC esegue la consegna dei dati a dispositivi di una rete locale, usando canali ad accesso multiplo, e facendo compiere un passo dopo l’altro ai dati verso la destinazione finale Protocolli 11 di 24  Noemi Scarpato Integrazione delle reti Vediamo ora quali siano le problematiche gestite dai protocolli di rete a partire dai livelli più bassi (livello fisico) fino ai livelli più alti (livello applicazione). Si noti come ad ogni livello i protocolli gestiscano problemi diversi e la rete assuma caratteristiche di integrazione e proprietà differenti. livello fisico: la rete è solo un segmento = un mezzo di trasmissione condiviso tra dispositivi – Definizione di regole per codificare e trasmettere dati, con una tecnologia in comune livello MAC/LLC: la rete è una rete locale, e può integrare segmenti con mezzi trasmissivi e tecnologie diverse – Definizione di regole per gli determinare gli indirizzi dei dispositivi, i tempi di accesso al mezzo, e la politica di gestione errori di trasmissione Protocolli 12 di 24  Noemi Scarpato Integrazione delle reti livello rete: la rete è una collezione di reti, e assume struttura gerarchica (reti di reti, sottoreti) – Definizione di regole per indirizzi di rete che nascondano i dettagli locali si definiscono nuovi dispositivi (router) che smistano i pacchetti di dati tra rete e rete livello trasporto: la rete è una collezione di reti organizzate gerarchicamente – Definizione di regole per la spedizione affidabile di pacchetti, e controllo della congestione della rete livello applicazione: la rete di reti è vista dalle applicazioni dell’utente come un servizio che permette di trasmettere dati a qualsiasi dispositivo Protocolli 13 di 24  Noemi Scarpato Livello di Rete e Livello di Trasporto Come abbiamo visto nelle slide precedenti ogni livello necessita della definizione di protocolli in grado di gestire problematiche differenti. Nelle slide successive analizzeremo più in dettaglio il livello 3 (livello di rete) e il livello 4 (livello di trasporto) in relazione alle reti complesse ed estese come Internet. Le reti di reti complesse ed estese come Internet non potrebbero essere realizzate unendo tutte le reti locali esistenti, mediante i dispositivi descritti in precedenza. La complessità di gestione della rete così realizzata sarebbe troppo grande. In media, una comunicazione tra calcolatori su Internet dovrebbe attraversare migliaia di segmenti e migliaia di calcolatori, richiedendo troppo tempo e alta probabilità di errori. Per creare Internet, le reti locali sono connesse attraverso collegamenti organizzati in modo gerarchico, eleggendo calcolatori rappresentanti delle reti locali (router) a loro volta collegati da linee dati (canali) veloci o linee dorsali (backbone). Protocolli 14 di 24  Noemi Scarpato Livello di Rete e Livello di Trasporto E’ al livello di rete (livello 3) che questa visione della rete viene definita, in modo da nascondere i dettagli delle reti locali, e semplificando enormemente i compiti di gestione delle reti di reti complesse. Al livello trasporto (livello 4) vengono invece affrontati alcuni problemi quali ad esempio: i router possono rompersi; i collegamenti tra due router possono interrompersi o congestionarsi, mentre altri collegamenti possono risultare inutilizzati; pacchetti spediti in ordine possono non arrivare mai, o arrivare disordinati o duplicati, ad esempio perché si sono perduti, sono stati spedite più copie per errore o perché hanno seguito strade diverse. Lo scopo dei protocolli di livello 4 è quello di rendere la rete di reti ottenuta al livello tre, una rete efficiente e affidabile. Protocolli 15 di 24  Noemi Scarpato Il livello rete: Internet protocol (IP) Vediamo nel dettaglio gli aspetti di gestione del livello rete. In particolare analizziamo il protocollo principale del livello rete: il protocollo IP. Da questo punto in poi, considereremo il concetto di rete non limitato alla sola rete locale (LAN) ma esteso alla rete di reti globale (Internet). Caratteristiche del Livello Rete per Internet: protocollo Internet (Internet Protocol, IP) – nuovo tipo di indirizzamento globale e gerarchico (indirizzamento IP) fornisce nuovi indirizzi logici, alla rete locale e ai suoi nodi. Protocolli 16 di 24  Noemi Scarpato Il livello rete: Internet protocol (IP) instradamento dei pacchetti tra router mittente e router destinatario (forwarding) – Servizio di comunicazione di tipo connectionless (servizio di comunicazione delle reti a commutazione di pacchetto nel quale i pacchetti di informazione trasmessi possono risultare perduti, e i pacchetti ricevuti possono non rispettare l’ordinamento dei pacchetti inviati.) nuovi dispositivi amministratori del livello tre: router – tabelle di instradamento che illustrano la topologia della rete (livello Rete) nasconde dettagli interni delle LAN al livello Rete Protocolli 17 di 24  Noemi Scarpato Il livello rete: Internet protocol (IP) – protocolli di aggiornamento delle tabelle di instradamento (tabelle di routing) frammentazione dei dati da spedire in pacchetti. busta del pacchetto di livello rete con gli indirizzi di mittente e destinatario. Protocolli 18 di 24  Noemi Scarpato Indirizzamento IPv4 Il protocollo IP definisce una nuova specie di indirizzi: gli indirizzi IP Gli indirizzi IP attualmente usati si riferiscono al protocollo IP versione 4, (IPv4) – Un indirizzo IPv4 è composta da 32 bit (4 Byte) = sequenza di 4 valori decimali separati da punto – Ogni valore decimale può essere compreso tra i valori 0 e 255, (es. 130.136.70.144) Indirizzo IP è sempre composto da due parti: – numero della rete IP alla quale appartiene il nodo (network number) uguale per tutti i dispositivi appartenenti alla stessa rete – numero del nodo (host number) all’interno della rete la parte di indirizzo che differenzia ogni dispositivo appartenente alla stessa rete Protocolli 19 di 24  Noemi Scarpato Indirizzamento IPv4 Un indirizzo IP viene associato a una e una sola interfaccia di rete (scheda di rete) – ad ogni istante, esiste un’associazione univoca tra un dispositivo con indirizzo MAC e il suo indirizzo IP Esistono due tipi di indirizzi IP: IP statico (sempre lo stesso) e IP dinamico (può cambiare l’associazione MAC-IP). Protocolli 20 di 24  Noemi Scarpato IPv4 e IPv6 Dal 1990 è attiva la definizione e l’implementazione di una nuova versione del protocollo di indirizzamento IP: IPv6 Motivazioni per la definizione di IPv6: Indirizzi IPv4 finiranno negli anni 2008-2018. Caratteristiche salienti di IPv6: Indirizzi IPv6: estesi a 128 bit (16 Byte) anziché i 32 bit (4 Byte) di IPv4 – disponibili circa 15000 indirizzi IPv6 per ogni metro quadrato di tutta la superficie terrestre! Protocolli 21 di 24  Noemi Scarpato IPv4 e IPv6 Nuova struttura dei campi della busta dei pacchetti di livello rete (IP) – Identificazione di parametri per differenziare flussi di dati a priorità diverse Integrazione di IPv4 o sostituzione di IPv4? Per ora la sperimentazione IPv6 avviene su reti separate (nuovi router IPv6) quindi si sta pensando ad una sostituzione graduale. Protocolli 22 di 24  Noemi Scarpato I protocolli di livello trasporto Vediamo ora i protocolli di Internet relativi al livello di trasporto sono essenzialmente due : il Transmission Control Protocol (TCP) e lo User Data Protocol (UDP). Livello Trasporto: protocolli TCP e UDP: Servizio trasporto affidabile (protocollo TCP) è un servizio di tipo connection-oriented : servizio di comunicazione delle reti a commutazione di pacchetto nel quale i pacchetti di informazione risultano trasmessi e ricevuti senza perdita, e mantenendo l’ordinamento, dei pacchetti inviati. TCP si occupa di riordinare i pacchetti in arrivo e di ritrasmettere quelli non ricevuti utilizzando la numerazione dei pacchetti e un meccanismo di trasmissione di conferme di ricezione degli stessi. Protocolli 23 di 24  Noemi Scarpato I protocolli di livello trasporto Servizio trasporto non affidabile (protocollo UDP) è un servizio di tipo connectionless: servizio di comunicazione delle reti a commutazione di pacchetto nel quale i pacchetti di informazione trasmessi possono risultare perduti, e i pacchetti ricevuti possono non rispettare l’ordinamento dei pacchetti inviati. Lo Standard architetturale di fatto usato su Internet prevede il connubio tra i protocolli TCP e IP UDP è usato solo in casi in cui l’eventuale perdita di pacchetti non comporta graossi problemi e si ha invece bisogno di un protocollo semplice e molto più veloce di TCP Protocolli 24 di 24