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Università degli Studi di Parma L’architettura di rete TCP/IP.

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Presentazione sul tema: "Università degli Studi di Parma L’architettura di rete TCP/IP."— Transcript della presentazione:

1 Università degli Studi di Parma L’architettura di rete TCP/IP

2 Cenni Storici Nella prima metà degli anni ‘70 la DARPA dimostra interesse e finanzia l’Università di Stanford e la BBN (Bolt, Beraken e Newman) per realizzare una rete: –a commutazione di pacchetto; –tra elaboratori eterogenei; –per le istituzioni di ricerca degli USA. Verso la fine degli anni ‘70 si completa la realizzazione dell’Internet 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.

3 L’architettura di rete TCP/IP Comprende anche molti altri protocolli, quali: –UDP (User Datagram Protocol); –NFS (Network File System). È una architettura di dominio pubblico realizzata da tutti i costruttori di calcolatori. Molto spesso è l’unica architettura di rete fornita. Standardizzata con dei documenti detti RFC (Request For Comment).

4 L’Architettura di rete TCP/IP OSI Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Non Specificati IP TCP e UDP RPC XDR NFS Internet Protocol Suite Arp e Rarp ICMP Protocolli di routing Telnet FTP SMTP SNMP

5 Sotto l’IP - I livelli 1 e 2 L’architettura 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, SMDS, Frame Relay –X.25 –SLIP, PPP, Dialup Esistono realizzazioni di TCP/IP anche per reti non standard.

6 IP (Internet Protocol) È il livello Network di TCP/IP. Offre un servizio non connesso offrendo un semplice protocollo di tipo Datagram. Un protocollo datato... ma non obsoleto. Si occupa di: –instradare i messaggi; –frammentare i messaggi; –rilevare gli errori Version HLEN Service TypeTotal Length IdentificationFlags Fragment Offset Time To Live ProtocolHeader Checksum Source IP Address Destination IP Address Options PAD

7 Indirizzi IP 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: – – – Esistono 5 classi di indirizzi IP.

8 Indirizzi IP Classe A Network 7 bit (128 reti) primo decimale dell’ indirizzzo tra 0 e 127 Host 24 bit (16M host) Classe B Network 14 bit (16K reti) primo decimale dell’indirizzzo tra 128 e 191 Host 16 bit (64K host) Host Network Host1Network0

9 Indirizzi IP Classe C Network 21 bit (2M reti) primo decimale dell’indirizzzo tra 192 e 223 Host 8 bit (256 host) Classi D ed E Host1Network Multicast Address Reserved for Future Use1111

10 Subnetting Il campo Host di un indirizzo di classe A, B e C può essere diviso in due parti: –subnet –host L’ampiezza del campo subnet può essere definito in base a un parametro detto netmask: –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 –Netmask esadecimale ff ff f0 00 –Netmask decimale

11 Subnetting Indirizzo di classe B prima del subnetting 10 NetworkHost Indirizzo di classe B dopo il subnetting 10 NetworkHostSubnet

12 Subnetting IP assume una corrispondenza biunivoca tra reti fisiche e subnet: –routing implicito all’interno 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. All’interno della subnet l’instradamento deve essere fornito dalla rete fisica. Corrispondenza tra gli indirizzi di subnet (indirizzi IP) e gli indirizzi di livello 2 gestita da ARP.

13 Subnetting Gli host devono conoscere almeno un router presente sulla loro rete fisica. Il protocollo ICMP permette di ottimizzare dinamicamente il routing. Ad esempio sull’host H4: route add default L’instradamento tra subnet diverse viene gestito da tabelle di instradamento presenti sui router. Ad esempio: –tabelle di instradamento del router R5; –3 subnet non raggiungibili direttamente. Subnet di Destinazione Indirizzo del router

14 Subnetting Subnet di Destinazione Indirizzo del router

15 ARP (Address Resolution Protocol) & RARP (Reverse ARP) Protocolli in broadcast di tipo sollicitation. ARP la stazione che vuole scoprire l’indirizzo MAC di un’altra stazione, di cui conosce l’indirizzo di livello 3, invia la richiesta in broadcast di tipo sollicitation; la stazione sollecitata risponde. RARP usato da stazioni diskless per sapere il proprio indirizzo IP; la stazione che vuole scoprire il proprio indirizzo IP conoscendo il proprio indirizzo MAC, invia la richiesta in broadcast di tipo sollicitation; una stazione sollecitata risponde.

16 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 Scoprire la netmask Introdotto nelle ultime versioni Mask Request Address Mask Reply Migliorare il routing Redirect ValoreTipo di Messaggio 0Echo Reply 3Destination Unreachable 4Source Quence 5Redirect 8Echo Request 11Time Exceeded for a Datagram 12Parameter Problem on a Datagram 13Timestamp Request 14Timestamp Reply 15Information Request 16Information Reply 17Address Mask Request 18Address Mask Reply

17 Protocolli di Routing Le reti sono raggruppate in Autonomous System cioè in gruppi di reti controllate dalla stessa autorità. I router si dividono in IR (Interior Router) e in ER (Exterior Router). Gli IR si scambiano informazioni di instradamento tramite dei IGP (Interior Gateway Protocol): RIP (Routing Information Protocol) IGRP (Interior Gateway Routing Protocol) OSPF (Open Shortest Path First) Integrated IS-IS Gli ER si scambiano informazioni di instradamento tramite dei Exterior Gateway Protocol (EGP): EGP (Exterior Gateway Protocol) BGP (Border Gateway Protocol)

18 Nomi e Indirizzi Agli indirizzi IP si associano per comodità uno o più nomi memorizzati in un file “hosts”. 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 (Domain Name Server). Non esiste corrispondenza tra domini e reti. Nomi di tipo gerarchico. computeristitutoentenazione vm.cnuce.cnr.it alpha beta gamma delta mycomputer epsilon iota

19 I protocolli UDP e TCP Due protocolli di trasporto alternativi. Realizzano funzionalità comuni a tutti gli applicativi. Possono operare simultaneamente con molti applicativi diversi, tramite il concetto di porta. Le 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 l’indirizzo IP dell’elaboratore 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.

20 I protocolli UDP e TCP Source PortDestination Port Sequence Number Acknowledgement Number Checksum Options Window Urgent Pointer Data Offset ResControl Padding UDP PDU Header UDP Source PortUDP Destination Port UDP Checksum UDP Message Length TCP PDU Header

21 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 l’integrità dei dati. Utile quando: si opera su rete locale; l’applicazione mette tutti i dati in un singolo pacchetto; non è importante che tutti i pacchetti arrivino a destinazione; l’applicazione gestisce meccanismi di ritrasmissione. Le applicazioni principali che utilizzano UDP sono: NFS (Network File System); SNMP (Simple Network Management Protocol); Applicazioni Runix (rwho, ruptime,...).

22 TCP (Transmission Control Protocol) Un protocollo di trasporto connesso. Utilizzato da applicativi che richiedono la trasmissione affidabile dell’informazione: telnet ftp (file transfer protocol) smtp (simple mail transfer protocol) rcp (remote copy) TCP garantisce la consegna del pacchetto, UDP no! 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.

23 TCP richiede più banda e più CPU di UDP. TCP segmenta e riassembla i dati secondo le sue necessità: non garantisce nessuna relazione tra il numero di read e quello di write Il TCP remoto deve fornire un acknowledge dei dati, normalmente tramite piggybacking. Protocollo con sliding window, timeout e ritrasmissione. 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. TCP (Transmission Control Protocol)

24 inviati e ACK inviati ma non ACK inviabili non inviabili Larghezza della finestra del ricevente Finestra usabile TCP (Transmission Control Protocol)

25 Le prime versioni di TCP quando andavano in timeout ritrasmettevano l’intera window. Questo poteva causare gravi congestioni della rete: Nell’ottobre 1986 Arpanet fu bloccata da una congestione (da 32 kbs a 40 bps). Per evitare le congestioni venne introdotto l’algoritmo slow-start: Quando si verifica un timeout la window viene reinizializzata al valore minimo e fatta crescere lentamente, per evitare nuove congestioni. Il campo “Urgent Pointer” indica che nel pacchetto ci sono uno o più byte urgenti. Tipicamente associati ad eventi asincroni (interrupt). TCP (Transmission Control Protocol)

26 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. Imita la chiamata di una procedura locale. Il processo client su una macchina chiama una procedura che è realizzata da un processo server su un’altra macchina, passandogli dei parametri. Il processo server è “dormiente” in attesa di chiamate: viene risvegliato esegue la procedura ritorna il risultato al client ClientServer richiesta risposta

27 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. RPC è indipendente dal protocollo di trasporto: può appoggiarsi su TCP, UDP e altri protocolli. RPC non aggiunge affidabilità. L’applicativo deve essere a conoscenza di quale protocollo di trasporto è utilizzato sotto RPC. RPC (Remote Procedure Call)

28 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.

29 INTERNET rete mondiale: è una rete di reti milioni di nodi. crescita di circa 80% all’anno. protocolli TCP/IP.

30 A UDP/TCP si appoggiano i seguenti applicativi: telnet per l’accesso a calcolatore remoto; ftp per l’accesso a file remoto; per la posta elettronica; Usenet News; Sistemi Informativi concentrati: Archie Wais sistemi informativi distribuiti: X500 Gopher WWW X-Window NFS (Network File System) NTP (Network Time Protocol) SNMP (Simple Network Management Protocol) Applicativi

31 Introduzione a Internet

32 Sommario Sommario Breve storia di Internet Commutazione di pacchetto e TCP/IP Il Web HTTP HTML CGI Connessione tra basi di dati e Web

33 Internet collegato da un unico spazio di indirizzi basato sul protocollo IP collegato da un unico spazio di indirizzi basato sul protocollo IP consente di comunicare mediante protocollo TCP/IP o sue estensioni consente di comunicare mediante protocollo TCP/IP o sue estensioni rende accessibili, pubblicamente o privatamente, servizi basati sulla infrastruttura descritta rende accessibili, pubblicamente o privatamente, servizi basati sulla infrastruttura descritta Sistema globale di informazione

34 Federal Networking Council, 24/10/1995 Gruppo di coordinazione delle rappresentanze di agenzie federali coinvolte nello sviluppo ed uso del networking con attenzione particolare a reti che utilizzano TCP/IP e connesse ad Internet Gruppo di coordinazione delle rappresentanze di agenzie federali coinvolte nello sviluppo ed uso del networking con attenzione particolare a reti che utilizzano TCP/IP e connesse ad Internet Membri da parte di: DOD, DOE, DARPA, NSF, NASA, and HHS Membri da parte di: DOD, DOE, DARPA, NSF, NASA, and HHSDARPA NSFDARPA NSF

35 Gli albori: ARPANET reti a commutazione di pacchetto e applicazioni militari delle telecomunicazioni

36 Gli albori: ARPANET Kleinrok (MIT) pubblica i risultati delle sue ricerche sulle reti a commutazione di pacchetto

37 Gli albori: ARPANET Kleinrok (MIT) pubblica i risultati delle sue ricerche sulle reti a commutazione di pacchetto

38 Gli albori: ARPANET Nasce il progetto ARPANET finanziato da DARPA per una rete di calcolatori basata su commutazione di pacchetto

39 Gli albori: ARPANET Il primo scambio di messaggi tra due calcolatori in rete UCLAStanford 1969

40 Gli albori: ARPANET Prima dimostrazione pubblica di rete a commutazione di pacchetto (ICCC 72) 1972 In 1972 a group of computer network researchers organized themselves into the International Packet Network Working Group (INWG) with Dr. Vinton Cerf as its first Chair. At the Fall 1972 International Conference of Computer Communication (ICCC)

41 Internet: la rete delle reti dalle reti di calcolatori alle reti di reti: la nascita di TCP/IP

42 Cerf & Kahn pubblicano i primi articoli su un protocollo per reti di reti (TCP)

43 TCP diviene TCP / IP e si diffondono varie realizzazioni, tra cui UNIX BSD

44 TCP / IP diviene il protocollo ufficiale di ARPANET 1983

45 Le reti scientifiche dalle applicazioni militari agli usi civili di internet

46 CSNET Nasce il progetto Computer Science Net per collegare i dipartimenti di CS delle principali università americane 1979

47 NSFNET Entra in funzione la rete dellla National Science Foundation (NSFNET) la più importante rete scientifica

48 L’era moderna il World Wide Web dalle applicazioni scientifiche all’uso personale e commerciale di Internet

49 Il Web Tim Berners Lee pubblica l’articolo Hypertexts and CERN, una proposta per il trattamento elettronico di ipertesti 1989

50 Nasce il nome World Wide Web; il primo browser (Line Mode WWW ) entra in uso al CERN 1989richiesta risposta client server

51 Marc Andreessen fonda la "Mosaic Communications Corp" (ora Netscape) 1994

52 Lo sviluppo di Internet

53 Protocolli e linguaggi di Internet Protocolli e linguaggi di Internet TCP / IP, HTTP, HTML

54 Il protocollo TCP/IP Il protocollo TCP/IP Transfer Control Protocol / Internet Protocol Insieme di protocolli ( suite) strutturati in maniera gerarchica Ogni livello della gerarchia (detta PILA) usa i servizi forniti dal livello inferiore e offre servizi al livello superiore

55 La pila TCP/IP offre servizi utilizzabili dalle applicazioni o dall’utente (es. telnet, ftp, stmp) application layer fornisce meccanismi di comunicazione tra applicazioni (TCP, UDP) transport layer fornisce il meccanismo di trasmissione dati attraverso la rete Internet (IP) internet layer nasconde i dettagli di accesso alla rete fisica ai livelli superiori network interface layer

56 TCP e IP Internet Protocol si occupa della spedizione in rete di unità di informazione (datagram) definisce il meccanismo di indirizzamento dei nodi di Internet (IP address) Transfer Control Protocol converte il flusso dati proveniente dalla applicazione in pacchetti (segment) trasmissibili in rete verifica integrità e corretezza dei dati trasmessi (recupero pacchetti persi, rimozione duplicati...)

57 Il protocollo HTTP Il protocollo HTTP HyperText Transfer Protocol Protocollo a livello di applicazione per lo scambio di ipertesti multimediali Prescrive il formato di nomi delle risorse (URL) richieste risposte Versioni: HTTP/0.9, 1.0, 1.1 Principale designer: Tim Berners-Lee RFC 1945 HTTP/1.0, RFC 2616 HTTP/1.1

58 Caratteristiche HTTP Livello applicativo Richiesta/risposta Privo di stato Trasferimento dati bidirezionale (forms) Possibile negoziazione (character set) Supporto per il caching Supporto per i proxy

59 Gli attori di HTTP Gli attori di HTTP cliente (browser): genera richieste di risorse cliente (browser): genera richieste di risorse (origin) server: depositario della risorsa richiesta (origin) server: depositario della risorsa richiesta

60 Gli attori di HTTP Gli attori di HTTP proxy: nodo intermedio che può fungere sia da client che da server proxy: nodo intermedio che può fungere sia da client che da server

61 gateway: nodo intermedio che può agire solo da server, per tradurre richieste in altri protocolli o a fini di %4$$$-]] Gli attori di HTTP Gli attori di HTTP

62 Uniform Resource Locator (URL) E ’ una stringa strutturata, ad esempio: Protocollo: http, ma anche ftp e gopher Indirizzo della macchina: simbolico: numerico (IP): può includere il numero di porta (es. :8080) Path: sequenza di direttori Nome risorsa: identificativo di un file se la risorsa è un file html, può includere un indirizzo interno, es. SI.html#risultati

63 Formato delle richieste full-request :- request-line *(general-header | request-header | entity-header) CRLF [entity-body] request-line :- method SP URL SP version CRLF method :- GET | POST | HEAD | altri.. Esempio: GET /pub/papers/pap101.html HTPP/1.0

64 Formato delle risposte full-response :- status-line *(general-header | request-header | entity-header) CRLF [entity-body] status-line :- version SP status SP message CRLF Codici di stato: 1XX (informativo), 2XX (successo), 3XX (ridirezione), 4XX(errore client), 5XX (errore server)

65 Formato dei documenti I documenti risiedono sul server come file e vengono inviati al client usando il campo entity-body della risposta ES: Ipertesto = file ASCII scritto secondo la sintassi HyperText Markup Language (HTML) Estensioni tipiche del file: *.html *.htm Il documento può contenere inserti multimediali (immagini, audio, video) il programma client carica e visualizza il testo poi richiede al server i file corrispondenti agli inserti multimediali

66 Esempio HTML Titolo Il vostro testo va qui. La pagina del corso la trovate qui

67 HTML vs. XML John Q Public phone: aaaa fax: bbbb Bldg. 23, Rm. 999 NASA Goddard Space Flight Center Greenbelt, MD Se scritto in modo appropriato, HTML può riflettere la struttura del documento (presentazione) ma non può rappresentare adeguatamente la struttura dei dati

68 HTML vs. XML John Q Public aaaa bbbb Bldg NASA Goddard Space Flight Center Greenbelt MD XML (Extensible Markup Language) può rappresentare la relazione tra i vari oggetti. La semantica e la struttura dei dati sono preservati.

69 Sicurezza in HTTP/1.0 Le risorse del server sono organizzate in domini (realms)

70 Sicurezza in HTTP/1.0 Richieste di risorse protette devono contenere un campo (authorization) con le credenziali (username+ password) NB: le credenziali vengono trasmesse sotto forma di stringa codificata secondo il formato base64

71 Sicurezza in HTTP/1.0 Se la richiesta non contiene le giuste credenziali, il server risponde con il codice 401 (unauthorized) + campo (authenticate) che provoca la richiesta di username e password

72 Il browser HTTP Applicazione in grado di: accedere alla rete secondo il protocollo HTTP richiedere risorse identificate da un URL a un server interpretare e rendere a video la risposta del server

73 Server HTTP: architettura base client WEB server Applicazioni interfaccia di rete interfaccia applicazioni


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