RETI DI CALCOLATORI http://staff.polito.it/bartolomeo.montrucchio/Reti_Scano/

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RETI DI CALCOLATORIhttp//staff.polito.it/bartolo
meo.montrucchio/Reti_Scano/

2
Indice degli argomenti

• Cenni storici
• Larchitettura di rete TCP/IP
• I livelli 1 e 2
• Il livello 3
• La gerarchia in TCP/IP
• Il protocollo IP
• Lindirizzamento IP

3
Cenni Storici

• Nella prima metà degli anni 70 la DARPA (Defence
  Advanced Research Project Agency) dimostra
  interesse per la realizzazione di una rete
• a commutazione di pacchetto
• tra elaboratori eterogenei
• per le istituzioni di ricerca degli USA
• DARPA finanzia lUniversità di Stanford e la BBN
  (Bolt, Beraken e Newman)

4
Cenni Storici

• Verso la fine degli anni 70 si completa la
  realizzazione dellInternet Protocol Suite, di
  cui i due principali protocolli sono
• IP Internet Protocol
• TCP Transmission Control Protocol
• Da cui il nome TCP/IP usato per questa
  architettura di rete
• Nasce la rete Arpanet, prima rete della ricerca
  mondiale che evolve e diventa Internet

5
Internet

• Usa i protocolli TCP/IP
• La più grande rete di calcolatori al mondo
• È in realtà una rete di reti
• collega 60.000 reti
• 20 milioni di calcolatori
• Ha un tasso di crescita elevatissimo
• Una nuova rete collegata ogni 30 minuti
• Il numero di calcolatori connessi cresce del 5
  al mese

Dati inizio 1994
6
Larchitettura TCP/IP

• Comprende anche molti altri protocolli, quali
• UDP (User Datagram Protocol)
• NFS (Network File System)
• È di dominio pubblico
• Realizzata da tutti i costruttori di calcolatori
• Molto spesso è lunica architettura di rete
  fornita
• Standardizzata con dei documenti detti RFC
  (Request For Comment)

7
LArchitettura di rete TCP/IP
Application
Telnet FTP SMTP SNMP
Presentation
NFS
Session
RPC
Transport
TCP e UDP
Network
IP
ICMP
Protocolli di routing
Arp e Rarp
Data Link
Non Specificati
Physical
OSI
Internet Protocol Suite
8
I livelli 1 e 2
Application
Telnet FTP SMTP SNMP
Presentation
NFS
Session
RPC
Transport
TCP e UDP
Network
IP
ICMP
Protocolli di routing
Arp e Rarp
Data Link
Non Specificati
Physical
OSI
Internet Protocol Suite
9
Sotto lIP - I livelli 1 e 2

• Larchitettura TCP/IP è concepita come un mezzo
  per fare internetworking tra reti (locali o
  geografiche)
• È in grado di operare su tutte le reti
• Ethernet, token-ring, FDDI
• ATM, Frame Relay
• SLIP, PPP, Dialup
• Esistono realizzazioni di TCP/IP anche per reti
  non standard

10
Gerarchia
Rete 1
H4
R4
R1
Ethernet
Rete 9
Rete 7
CDN
X.25
R3
R2
802.3
FDDI
H1
R5
H3
H2
Rete 3
Rete 6
11
LIP Internet Protocol
Application
Telnet FTP SMTP SNMP
Presentation
NFS
Session
RPC
Transport
TCP e UDP
Network
IP
ICMP
Protocolli di routing
Arp e Rarp
Data Link
Non Specificati
Physical
OSI
Internet Protocol Suite
12
IPInternet Protocol

• È il livello Network di TCP/IP
• Offre un servizio non connesso
• Semplice protocollo di tipo Datagram
• Un protocollo datato ...
• ... ma non obsoleto

13
Formato del pacchetto IP
0
0
4
8
16
19
24
31
Version
HLEN
Service Type
Total Length
Fragment Offset
Identification
Flags
Protocol
Header Checksum
Time To Live
Source IP Address
Destination IP Address
Options
PAD
14
Indirizzi IP

• Sono ampi 32 bit (4 byte)
• Si scrivono come 4 numeri decimali separati dal
  carattere .
• Ogni numero rappresenta il contenuto di un byte
  ed è quindi compreso tra 0 e 255
• Esempi
• 131.190.0.2
• 1.1.2.17
• 200.70.27.33

15
Indirizzamento
0
1
7
8
31
Host
0
Network
Classe A
0
1
15
16
31
2
Host
1
Network
0
Classe B
0
1
31
2
3
23
24
Host
1
Network
0
1
Classe C
16
Classe A

• Campo rete
• 7 bit
• max 128 reti
• valori compresi tra 0 e 127
• Campo host
• 24 bit
• max 16M host

0
1
7
8
31
Host
0
Network
17
Classe B

• Campo rete
• 14 bit
• max 16K reti
• valori compresi tra 128 e 191
• Campo host
• 16 bit
• max 64K host

0
1
15
16
31
2
Host
1
Network
0
18
Classe C

• Campo rete
• 21 bit
• max 2M reti
• valori compresi tra 192 e 223
• Campo host
• 8 bit
• max 256 host

0
1
31
2
3
23
24
Host
1
Network
0
1
19
Classi D ed E
0
1
31
2
3
Multicast Address
1
0
1
1
Classe D
0
1
31
2
3
Reserved for Future Use
1
1
1
1
Classe E
20
Domande

• Che cosè la rete Internet?
• Qual è il suo rapporto con TCP/IP?
• Cosa significa TCP?
• Cosa significa IP?
• Su quali reti di livello 2 può operare IP?
• Quali sono le caratteristiche principali del
  protocollo IP?
• Come è organizzato un indirizzo IP?

21
Indice degli argomenti

• Il livello 3
• Subnet
• Indirizzamento
• ICMP e ARP/RARP
• Protocolli di routing
• Autonomous System
• IGP ed EGP

22
Subnetting
Indirizzo di classe B prima del subnetting
1
0
Network
Host
Indirizzo di classe B dopo il subnetting
1
0
Network
Host
Subnet
23
Reti logiche e fisiche
11.2.0.0
11.2.0.2
11.2.0.1
11.2.0.254
Router
11.1.0.0
11.1.0.253
11.1.0.3
11.1.0.4
Bridge
11.1.0.0
11.1.0.1
11.1.0.2
24
Netmask

• Parametro che specifica il subnetting
• bit a 1 in corrispondenza dei campi network e
  subnetwork
• bit a 0 in corrispondenza del campo host
• Esempio si supponga di voler partizionare una
  rete di classe B in 16 subnet da 4096 host
• Netmask 11111111 11111111 11110000 00000000
• Netmask esadecimale ff ff f0 00
• Netmask decimale 255.255.240.0

25
Subnet e reti fisiche

• IP assume una corrispondenza biunivoca tra reti
  fisiche e subnet
• routing implicito allinterno di una subnet
• realizzazioni più moderne ammettono più subnet
  sulla stessa rete fisica
• mai più reti fisiche sulla stessa subnet
• Il routing tra subnet diverse è esplicito
• gestito dai router tramite tabelle di
  instrada-mento

26
Gerarchia
Subnet 1
H4
R4
190.3.1.1
R1
190.3.1.5
190.3.1.4
190.3.7.1
190.3.9.2
Subnet 9
Subnet 7
Net 190.3 Mask 255.255.255.0
190.3.9.3
190.3.7.2
H2
R3
R2
190.3.6.7
190.3.6.8
190.3.3.2
190.3.6.2
190.3.6.3
FDDI
H1
R5
H3
190.3.3.3
190.3.3.1
Subnet 3
Subnet 6
27
Subnet instradamento

• Allinterno della subnet linstradamento deve
  essere fornito dalla rete fisica
• Corrispondenza tra gli indirizzi di subnet
  (indirizzi IP) e gli indirizzi di livello 2
  gestita da ARP
• Indirizzi di livello 2
• Indirizzi MAC sulle LAN

28
Default Route

• Gli host devono conoscere almeno un router
  presente sulla loro rete fisica
• Ad esempio sullhost H4
• route add default 190.3.1.5

29
Tabelle di Instradamento

• Linstradamento tra subnet diverse viene gestito
  da tabelle di instradamento presenti sui router
• Esempio
• tabelle di instradamento del router R5
• 3 subnet non raggiungibili direttamente

30
Domande

• Che cosa si indica con il termine subnet?
• A cosa serve il parametro Netmask?
• Come opera il routing allinterno di una subnet e
  tra subnet diverse?
• A cosa servono i protocolli ARP e RARP?

31
Indice degli argomenti

• ARP/RARP
• ICMP
• Protocolli di routing
• Autonomous System
• IGP e EGP
• La gestione dei nomi e degli indirizzi

32
ICMP e ARP
Application
Telnet FTP SMTP SNMP
Presentation
NFS
Session
RPC
Transport
TCP e UDP
Network
IP
ICMP
Protocolli di routing
ARP e RARP
Data Link
Non Specificati
Physical
OSI
Internet Protocol Suite
33
ARP/RARP

• ARP Address Resolution Protocol
• RARP Reverse ARP
• Protocolli in broadcast di tipo sollicitation (si
  veda la lezione 13 o il capitolo 5 del libro)
• ARP
• la stazione che vuole scoprire lindirizzo MAC di
  unaltra stazione, di cui conosce lindirizzo di
  livello 3, invia la richiesta in broadcast di
  tipo sollicitation
• la stazione sollecitata risponde

34
ARP
35
ICMP

• Internet Control Message Protocol
• Verificare lo stato della rete
• Echo request ed Echo reply
• Riportare anomalie
• Destination Unreachable
• Time Exceeded for a Datagram
• Parameter Problem on a Datagram

36
ICMP

• Scoprire la netmask
• Introdotto nelle ultime versioni
• Migliorare il routing
• Redirect

37
ICMP
Valore
Tipo di Messaggio
0
Echo Reply
3
Destination Unreachable
4
Source Quence
5
Redirect
8
Echo Request
11
Time Exceeded for a Datagram
12
Parameter Problem on a Datagram
13
Timestamp Request
14
Timestamp Reply
15
Information Request
16
Information Reply
17
Address Mask Request
18
Address Mask Reply
38
Protocolli di Routing
Application
Telnet FTP SMTP SNMP
Presentation
NFS
Session
RPC
Transport
TCP e UDP
Network
IP
ICMP
Protocolli di routing
Arp e Rarp
Data Link
Non Specificati
Physical
OSI
Internet Protocol Suite
39
Autonomous System
I
I
E
E
AS 137
AS 66
E Exterior router I Interior router
40
IGP e EGP

• IGP
• RIP
• IGRP
• OSPF
• EGP
• EGP
• BGP

41
EGP
Core Router
Core Router
Core Router
AS 1
AS 2
AS 7
AS N
42
OSPF
Altro Autonomous System
Area 2
AS Boundary Router
Area 1
R1
H2
H6
H5
Internal Router
Internal Router
R6
R2
H1
Area Border Router
Area Border Router
R5
R3
Backbone Area
FDDI
H3
R4
H4
Backbone Router
43
Nomi e Indirizzi

• Agli indirizzi IP si associano per comodità uno o
  più nomi
• Definizione locale in un file hosts
• 223.1.2.1 alpha
• 223.1.2.2 beta
• 223.1.2.3 gamma
• 223.1.2.4 delta mycomputer
• 223.1.3.2 epsilon
• 223.1.4.2 iota

44
DNS Domain Name Server

• Il file hosts diviene impraticabile quando la
  rete IP cresce di dimensione
• Si può utilizzare una base di dati distribuita
  per la gestione dei nomi (DNS)
• Non esiste corrispondenza tra domini e reti
• Nomi di tipo gerarchico

vm.cnuce.cnr.it
computer istituto ente nazione
45
Domande

• A cosa servono i protocolli ARP e RARP?
• A cosa serve il protocollo ICMP?
• Che cosè un Autonomous System?
• Quali sono i principali protocolli di EGP e IGP?
• Come viene mantenuta la corrispondenza tra nomi e
  indirizzi in TCP/IP?

46
Indice degli argomenti

• Il protocollo UDP
• Il protocollo TCP
• Altri protocolli
• RPC
• XDR

47
I protocolli TCP e UDP
Application
NFS
Telnet FTP SMTP SNMP
Presentation
XDR
Session
RPC
Transport
TCP e UDP
Network
IP
ICMP
Protocolli di routing
Arp e Rarp
Data Link
Non Specificati
Physical
OSI
Internet Protocol Suite
48
TCP e UDP

• Due protocolli di trasporto alternativi
• Realizzano funzionalità comuni a tutti gli
  applicativi
• Possono operare simultaneamente con molti
  applicativi diversi, tramite il concetto di porta

49
TCP e UDP Porte

• Sono il mezzo con cui un programma client su un
  elaboratore indirizza un programma server su un
  altro elaboratore
• ad esempio un ftp client che voglia connettersi
  ad un ftp server lo specifica indicando
  lindirizzo IP dellelaboratore remoto e il
  numero della porta associata allo ftp server
• Gli applicativi principali hanno una Well Known
  Port, ad esempio
• Telnet è associato alla porta 23 di TCP
• SNMP è associato alla porta 161 di UDP

50
UDP User Datagram Protocol

• Protocollo di trasporto di tipo non connesso
• Aggiunge due funzionalità a quelle di IP
• multiplexing delle informazioni tra le varie
  applicazioni tramite il concetto di porta
• checksum (opzionale) per verificare lintegrità
  dei dati

51
UDP PDU
0
0
4
8
16
19
24
31
UDP Source Port
UDP Destination Port
UDP Message Length
UDP Checksum
DATA
52
UDP applicabilità

• Utile quando
• si opera su rete locale
• lapplicazione mette tutti i dati in un singolo
  pacchetto
• non è importante che tutti i pacchetti arrivino a
  destinazione
• lapplicazione gestisce meccanismi di
  ritrasmissione

53
UDP applicazioni

• Le applicazioni principali che utilizzano UDP
  sono
• NFS (Network File System)
• SNMP (Simple Network Management Protocol)
• Applicazioni Runix (interrogazioni su tutte le
  macchine della rete locale)
• rwho
• ruptime
• ...

54
TCP Transmission Control Protocol

• Un protocollo di trasporto connesso
• Utilizzato da applicativi che richiedono la
  trasmissione affidabile dellinformazione
• telnet
• ftp (file transfer protocol)
• smtp (simple mail transfer protocol)
• rcp (remote copy)
• TCP garantisce la consegna del pacchetto, UDP no!

55
TCP caratteristiche

• Come UDP ha il concetto di porta
• Il TCP di un nodo, quando deve comunicare con il
  TCP di un altro nodo, crea un circuito virtuale
• Al circuito virtuale è associato un protocollo di
  trasporto
• full-duplex
• acknowledge
• controllo di flusso
• TCP richiede più banda e più CPU di UDP

56
TCP caratteristiche

• TCP segmenta e riassembla i dati secondo le sue
  necessità
• Il TCP remoto deve fornire un acknowledge dei
  dati
• Protocollo con sliding window, timeout e
  ritrasmissione

57
TCP Sliding Window

• I protocolli a sliding window richiedono di
  fissare la dimensione della finestra
• In TCP la dimensione della finestra è in byte,
  non in segmenti
• Il campo window del pacchetto TCP indica quanti
  byte possono ancora essere trasmessi prima di un
  ACK

58
TCP PDU
0
4
8
16
19
24
32
Source Port
Destination Port
Sequence Number
Acknowledgement Number
Data
Window
Res
Control
Offset
Checksum
Urgent Pointer
Options
Padding
59
TCP Urgent Pointer

• Indica che nel pacchetto ci sono uno o più byte
  urgenti
• Tipicamente associati ad eventi asincroni
• interrupt

60
TCP Slow Start

• Le prime versioni di TCP quando andavano in
  timeout ritrasmettevano lintera window
• Questo poteva causare gravi congestioni della
  rete
• Nellottobre 1986 Arpanet fu bloccata da una
  congestione (da 32 kbs a 40 bps)
• Per evitare le congestioni venne introdotto
  lalgoritmo slow-start
• Quando si verifica un timeout la window viene
  reinizializzata al valore minimo e fatta crescere
  lentamente, per evitare nuove congestioni

61
Altri Protocolli
Application
NFS
Telnet FTP SMTP SNMP
Presentation
XDR
Session
RPC
Transport
TCP e UDP
Network
IP
ICMP
Protocolli di routing
Arp e Rarp
Data Link
Non Specificati
Physical
OSI
Internet Protocol Suite
62
RPC Remote Procedure Call

• Sviluppato da SUN Microsystem
• È un paradigma di programmazione distribuita di
  tipo client-server
• un programma (client) genera una richiesta e un
  programma (server) gli risponde

63
RPC caratteristiche

• Imita la chiamata di una procedura locale
• Il processo client su una macchina chiama una
  procedura che è realizzata da un processo server
  su unaltra macchina, passandogli dei parametri
• Il processo server è dormiente in attesa di
  chiamate
• viene risvegliato
• esegue la procedura
• ritorna il risultato al client

64
RCP caratteristiche

• Non vengono fatte ipotesi sul modello di
  concorrenza, client e server possono operare, ad
  esempio, in modo sincrono o asincrono
• Rispetto alle chiamate a procedure locali RPC si
  differenzia per
• Gestione degli errori
• Variabili Globali e side effect
• Prestazioni
• Meccanismi di autenticazione

65
RPC indipendenza dal trasporto

• RPC è indipendente dal protocollo di transport
• RPC può appoggiarsi su TCP, UDP e altri
• RPC non aggiunge affidabilità
• Lapplicativo deve essere a conoscenza di quale
  transport è utilizzato sotto RPC

66
XDR eXternal Data Representation

• È uno standard per la descrizione e la codifica
  dei dati
• Dati con identica semantica possono essere
  rappresentati su elaboratori diversi con formati
  diversi
• XDR permette di descrivere formati di dati molto
  complessi in modo conciso e non ambiguo

67
Domande

• Quali sono le caratteristiche principali del
  protocollo TCP?
• In cosa differisce UDP da TCP?
• Che cosè RPC?
• Quali sono gli scopi di XDR?

68
Indice degli argomenti

• I programmi applicativi e larchitettura TCP/IP

69
Gli applicativi
Application
NFS
Telnet FTP SMTP SNMP
Presentation
XDR
Session
RPC
Transport
TCP e UDP
Network
IP
ICMP
Protocolli di routing
Arp e Rarp
Data Link
Non Specificati
Physical
OSI
Internet Protocol Suite
70
INTERNET

• rete mondiale
• più di 2 milioni di nodi (ottobre 93)
• crescita di circa 80 allanno
• protocolli TCP/IP

71
Accesso remoto TELNET
Cè il n.1 di Science ?
Calcola il flusso alare!
72
Accesso remoto a file FTP
Antonio!
anonymous!
73
Posta elettronica (e-mail)

• messaggi personali / mailing-list
• accesso ad altre risorse (DB, anon-ftp)
• veloce (minuti)

74
Usenet NEWS

• circa 2400 newsgroups mondiali

rec.food.recipescomp.unix.ultrixtorino.ritrovi
75
Sistemi informativi concentrati

• ( ARCHIE, WAIS )

domanda
risposta
76
Sistemi informativi distribuiti

• ( X500, GOPHER, WWW )

domanda
redirect
server
risposta
B
77
ARCHIE

• indice degli anonymous-ftp
• aggiornato automaticamente
• ricerca per nome

78
WAIS (Wide Area Index Search)

• ricerca in documenti testuali
• standard Z39.50 / ISO SR
• risultato ordinato in base al numero di
  concordanze
• ricezione dei documenti

79
GOPHER

• sistema informativo distribuito
• basato su menu
• dati testo, immagini, binari
• molto semplice da gestire
• basso traffico

80
WWW (World Wide Web)

• sistema informativo distribuito
• dati ipertestuali (link)
• grafica, filmati, suono
• gestione complessa
• alto traffico

81
Client multiprotocollo

• MOSAIC (X11, MS-windows)
• tutto!
• solo grafico
• LYNX ( VT100 )
• www, gopher, news
• solo alfanumerico

82
E se ci si perde?

• gli ipertesti non sono strutturati
• servono dei servizi di indicizzazione (Veronica,
  GNA)
• servono dei bibliotecari

83
Lavoro di gruppo

• talk a caratteri
• conferenza audio
• conferenza video-audio
• lavagna multiutente

84
Altri Protocolli Applicativi

• X-Windows
• NFS (Network File System)
• NTP (Network Time Protocol)
• SNMP (Simple Network Management Protocol)

85
NSF backbone

• protocollo marzo 94 marzo 93
• ftp 22.6 25.7telnet 13.6 15.1nntp 8.5 8.4smtp
  8.2 7.0irc 2.7 2.0gopher 2.5 0.9www 2.3 0.03

Percentuali di utilizzo
86
Domande

• Quali sono i principali applicativi disponibili
  nellInternet Protocol Suite?

87
APPELLI

• 13 febbraio 2004

• Durata 1.5 ore
• Non è possibile consultare alcun materiale
• 4 domande per un totale di 30 punti (punteggio
  variabile)