Lezione 3 tcp ip GZ PDF

TCP/IP STACK Prof. Giuseppe Zanolini DISTA. Università degli studi dell’Insubria [email protected] TCP/IP e Internet – un po’ di storia Il TCP/IP è stato sviluppato da Vinton Cerf e Robert Kahn negli anni '70. Sono considerati i "padri di Internet" per il loro lavoro pionieristic...

TCP/IP STACK Prof. Giuseppe Zanolini DISTA. Università degli studi dell’Insubria [email protected] TCP/IP e Internet – un po’ di storia Il TCP/IP è stato sviluppato da Vinton Cerf e Robert Kahn negli anni '70. Sono considerati i "padri di Internet" per il loro lavoro pionieristico nella creazione di questo protocollo che è stato fondamentale per la diffusione di Internet ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network) fu la prima rete a commutazione di pacchetto e il precursore di Internet Fu progettata e sviluppata negli Stati Uniti negli anni ’60 dalla DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), un'agenzia del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, con l'obiettivo di creare un sistema di comunicazione sicuro e resiliente. TCP/IP vs ISO-OSI ❹Application Non presenti nel (FTP, SMTP, TELNET, modello TCP/IP HTTP, DNS, …) ❸Transport (TCP, UDP) ❷ Internet (IP) ❶ Host-to-Network (non specificato) TCP/IP e ISO-OSI: confronto 7 Applicazione Applicazione 6 Presentazione Trasporto 5 Sessione 4 Trasporto Rete 3 Rete Network Access 2 Data Link TCP/IP 1 Fisico ISO/OSI Il Modello TCP/IP Applicazione Modello a strati di riferimento per Internet Prende il nome da due dei suoi protocolli Trasporto più importanti: Rete Transmission Control Protocol (TCP) Internet Protocol (IP) Network Access Stack TCP/IP Comunicazione nel modello OSI TCP/IP Livello di RETE (INTERNET) Applicazioni e Comunicazioni TCP/IP 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 TCP/IP vs OSI I vantaggi del TCP/IP sull’OSI sono fondamentalmente due: Quando nacque OSI, TCP/IP era già presente nel mondo accademico Lo stack TCP/IP è enormemente più semplice dello stack OSI Il TCP/IP parte dai protocolli mentre l’OSI parte dai livelli TCP/IP vs OSI Protocolli e reti nel modello TCP/IP Confronto tra OSI e TCP/IP Il modello ISO-OSI nasce negli anni 80 considerando che avrebbero potuto esserci tanti protocolli diversi che dovessero interagire Concetti centrali nel modello OSI Servizi Interfacce Protocolli Il modello TCP/IP originale non aveva una chiara distinzione tra questi concetti Nella realtà oggi il protocollo TCP/IP è diventato ubiquo 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 Diffusione di Internet che ha superato la necessità di standardizzazione Problemi del modello TCP/IP Limiti del modello: Non è generale Non distingue tra livelli, interfacce e protocolli Il livello Host-to-Network (Network Access) non è un livello Non sono definiti i livelli Fisico e Data link. Esempi di reti ARPANET, NFSNET, Internet Reti Connection-Oriented: X.25, Frame Relay e ATM Ethernet Wireless LAN 802.11 ARPANET La struttura originale di ARPANET IMP = Interface Message Processor (equivale al router) Rete di tipo store-and-forward distribuita ARPANET Dicembre 1969 Luglio 1970 Marzo 1971 April 1972 September 1972 NSFNET Nasce nel 1985 ad opera del La dorsale NSFNET nel 1988 National Science Foundation (NSF) negli Stati Uniti e si diffonde nel mondo per collegare i centri di ricerca E’ l’evoluzione di Arpanet Sceglie il protocollo TCP/IP, contribuendo alla sua standardizzazione e definitiva consacrazione Chiude nel 1995 quando Internet ha ormai una diffusione planetaria e commerciale 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 Entità del TCP/IP HTTP – FTP – Telnet – DNS Applicazione POP3/IMAP – SMTP – BGP SNMP – RIP – RTP Trasporto TCP – UDP IP – ICMP Rete Ethernet – IEEE 802.3 – IEEE 802.5 – FDDI – ISDN Frame Relay – IEEE 802.11 – SONET/SDH – PPP Network Access HDLC – SLIP/CSLIP – xDSL Panoramica sui livelli del TCP/IP Applicazione Livello delle Applicazioni Trasporto Incorpora tutte le funzionalità dell’omonimo livello ISO/OSI Ove necessario provvederà a fornire anche Rete servizi tipici dei livelli di sessione, presentazione e sessione Network Access Panoramica sui livelli del TCP/IP Livello di Trasporto Applicazione ▪ User Datagram Protocol (UDP): fornisce un servizio inaffidabile e non orientato alla connessione. La sua unica funzione è quella del Trasporto multiplexing. Rete ▪ Transmission Control Protocol (TCP): fornisce un servizio affidabile e orientato alla connessione. Funzioni: Network Access Controllo di Flusso end2end Controllo di Congestione end2end Ritrasmissione di SDU perse o corrotte Consegna nella corretta sequenza delle unità dati Panoramica sui livelli del TCP/IP Livello di Rete Applicazione ▪ Internet Protocol (IP): è il collante di Internet. Offre un servizio non affidabile e non orientato alla connessione. Funzioni: Trasporto Instradamento Internet-working Rete ▪ Internet Control Message Protocol (ICMP): Network Access consente lo scambio di informazioni di servizio tra nodi della rete. Panoramica sui livelli del TCP/IP Applicazione Livello di Accesso alla Rete Il modello TCP/IP non pone alcun vincolo o Trasporto requisito per tale livello Rete Racchiude tutte le funzionalità specifiche della particolare tecnologia fisica utilizzata per il trasporto delle PDU dell’IP Network Access Perdita di pacchetti, ritardo e throughput Principi di gestione del traffico nelle reti IP How do packet loss and delay occur? Packets queue in router buffers ▪ packets queue, wait for turn ▪ arrival rate to link (temporarily) exceeds output link capacity: packet loss packet being transmitted (transmission delay) A B packets in buffers (queueing delay) free (available) buffers: arriving packets dropped (loss) if no free buffers Packet delay: four sources transmission A propagation B nodal processing queueing dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop dproc: nodal processing dqueue: queueing delay ▪ check bit errors ▪ time waiting at output link for ▪ determine output link transmission ▪ typically < msec ▪ depends on congestion level of router Packet delay: four sources transmission A propagation B nodal processing queueing dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop dtrans: transmission delay: dprop: propagation delay: ▪ L: packet length (bits) ▪ d: length of physical link ▪ R: link transmission rate (bps) ▪ s: propagation speed (~2x108 m/sec) ▪ dtrans = L/R ▪ dprop = d/s Packet queueing delay ▪ R: link bandwidth (bps) ▪ L: packet length (bits) average queueing delay ▪ a: average packet arrival rate ▪ La/R ~ 0: avg. queueing delay small ▪ La/R → 1: avg. queueing delay large ▪ La/R > 1: more “work” arriving is 1 more than can be serviced - traffic intensity = La/R average delay infinite! Packet loss ▪ queue (aka buffer) preceding link in buffer has finite capacity ▪ packet arriving to full queue dropped (aka lost) ▪ lost packet may be retransmitted by previous node, by source end system, or not at all buffer (waiting area) packet being transmitted A B packet arriving to full buffer is lost Throughput ▪ throughput: rate (bits/time unit) at which bits are being sent from sender to receiver instantaneous: rate at given point in time average: rate over longer period of time link capacity pipe that can carry linkthat pipe capacity can carry Rsbits bits/sec at rate Rbits c bits/sec at rate server sends server, with bits (Rs bits/sec) (Rc bits/sec) file of F bits into pipe to send to client Throughput Rs < Rc What is average end-end throughput? Rs bits/sec Rc bits/sec Rs > Rc What is average end-end throughput? Rs bits/sec Rc bits/sec bottleneck link link on end-end path that constrains end-end throughput Throughput: network scenario Rs Rs Rs ▪ per-connection end- end throughput: min(Rc,Rs,R/10) R ▪ in practice: Rc or Rs is Rc Rc often bottleneck Rc 10 connections (fairly) share backbone bottleneck link R bits/sec Host: sends packets of data host sending function: ▪ takes application message two packets, ▪ breaks into smaller chunks, known L bits each as packets, of length L bits ▪ transmits packet into access network at transmission rate R 2 1 link transmission rate, aka link capacity, aka link bandwidth host R: link transmission rate packet time needed to L (bits) transmission = transmit L-bit = delay packet into link R (bits/sec)