Nozioni di base sulle reti

Obiettivi Panoramica sulle reti tecnologie, potenzialità, limiti Conoscere gli standard, protocolli e metodi di accesso Identificare le principali architetture di rete Conoscere le differenze tra reti locali e geografiche Identificare i componenti di base di Internet approfondimenti sul protocollo TCP/IP Configurazione e utilizzo di una rete locale Che cosa si intende con IT Questo corso illustra il sostrato T.

Che cos’è una rete Componenti Vantaggi dell’utilizzo delle reti Computer e altri dispositivi (nodi) Mezzo trasmissivo (media) Software Vantaggi dell’utilizzo delle reti economia affidabilità risparmio crescita graduale Reti locali e reti geografiche Reti interconnesse

Tipi di ...reti Ambito Distanza Tipo Computer Circuito stampato 0,1m parallelismo Sistema 1m multiproc. Stanza 10m cluster Reti Edificio 100m LAN Comprensorio 1Km LAN estesa Città 10Km MAN Nazione 100Km Continente 1000Km WAN Mondo 10000Km

Le reti locali - una definizione Una LAN è un sistema di comunicazione che permette ad apparecchiature indipendenti di comunicare tra di loro, entro un'area delimitata, utilizzando un canale fisico a velocità elevata e con basso tasso d'errore. ieri meccanica, oggi elettronica, domani biologica? definito anche se elevato operazioni elementari (elementari?!)

Le reti locali Non c’è attraversamento di “suolo pubblico” Reti peer-to-peer pochi utenti scarse esigenze di sicurezza sicurezza a livello di condivisione Reti basate su server maggiore sicurezza sicurezza a livello utente amministrazione centralizzata ieri meccanica, oggi elettronica, domani biologica? definito anche se elevato operazioni elementari (elementari?!)

La struttura della rete Diversi tipi di collegamenti: Punto-Punto Multipunto Broadcast

La struttura della rete Topologie standard di rete a bus bus cablata a stella (hub) a stella ad anello anello cablato a stella

Pregi e difetti delle topologie Bus economicità facilità di installazione ed espansione problemi sul cavo si riflettono sull’intera rete difficoltà di trovare guasti sul cavo forte riduzione delle prestazione con molti utenti (traffico broadcast) Anello buone prestazioni indipendentemente dal numero di nodi problemi su un computer si possono riflettere sull’intera rete

Pregi e difetti delle topologie (2) Stella facilità di installazione ed espansione controllo centralizzato utilizzo con diversi tipi di cavo guasto su un cavo blocca solo il nodo interessato guasto del nodo centrale blocca l’intera rete richiesta di maggiore cablaggio

I mezzi trasmissivi Cavi coassiale doppino ritorto (twisted pair) reti senza hub thick 500mt thin (RG-58) 185mt doppino ritorto (twisted pair) reti con hub schermato (STP) 100mt non schermato (UTP) 100mt fibra ottica ~2Km

I mezzi trasmissivi Il cavo coassiale

I mezzi trasmissivi Il doppino (TP - twisted pair)

I mezzi trasmissivi Categorie dei doppini

I mezzi trasmissivi I connettori RJ45

I mezzi trasmissivi Le fibre ottiche

I mezzi trasmissivi I connettori per fibre ottiche

I mezzi trasmissivi (2) Senza cavi (wireless) infrarossi radio

Gli adattatori di rete Scheda di rete interfaccia di connessione fisica tra il computer e il cavo ha un proprio indirizzo di rete univoco (MAC ID) converte i dati da paralleli a seriali e viceversa per PC: tipo di bus ISA (8/16 bit) EISA (32 bit) MCA (16/32 bit) PCI (32 bit PnP) tipo di connettore BNC AUI RJ45

Le architetture di rete concetti fondamentali Concetto di Architettura a strati

Le architetture di rete concetti fondamentali Il problema dei due filosofi

Il modello standard di riferimento Lo standard ISO/OSI una base comune su cui sviluppare standard per l'interconnessione di sistemi informatici un modello rispetto a cui confrontare le architetture di rete creato nel 1978 dall’ISO (International Standards Organization)

Il modello ISO/OSI L’architettura a livelli del modello OSI

Il modello ISO/OSI (2) Ogni livello comunica solo con i livelli immediatamente superiore e inferiore I livelli sono separati da interfacce Gli scambi tra livelli paritetici sono i protocolli Lo scopo di ogni livello è di fornire servizi per il livello immediatamente superiore mascherando la complessità dei livelli inferiori I dati passano da un livello all’altro sotto forma di pacchetti Ogni livello aggiunge informazioni di controllo

Il modello ISO/OSI (3)

Il modello ISO/OSI (4) Livello 7 (Applicazione - Application) User data servizi direttamente accessibili dalle applicazioni (condivisione file, posta elettronica ecc.) Problema tipico: “nome” del destinatario Livello 6 (Presentazione - Presentation) Encrypted User Data eliminare le differenze di sintassi e codifica dei dati (ad es. trascodifica ASCII - EBCDIC) compressione e cifratura Livello 5 (Sessione - Session) Message consente l’instaurarsi della connessione tra applicazioni su diversi computer (sessione o circuito virtuale) controlli di sicurezza (checkpoint)

Il modello ISO/OSI (5) Livello 4 (Trasporto - Transport) Packet sequence frammentazione dei dati (pacchetti), correzione degli errori di trasmissione assicura che i pacchetti vengano trasmessi e ricevuti correttamente Livello 3 (Rete - Network) Packet traduce gli indirizzi logici in fisici e determina il percorso per raggiungere la destinazione o decidere l’instradamento (routing)

Il modello ISO/OSI (6) Livello 2 (Data Link) Frame gestisce i frame e li trasmette allo strato fisico controllo dell’accesso al media Livello 1 (Fisico - Physical) Bit stream comunica direttamente i dati, ora ridotti a flussi di segnale, sul mezzo trasmissivo “vede” singoli bit si preoccupa delle caratteristiche dei media usati cavi, connettori

I protocolli Esistono molti diversi protocolli I protocolli operano a vari livelli Alcuni protocolli lavorano “in gruppo” (stack)

Tipi di protocolli Protocolli applicativi Protocolli di trasporto operano ai livelli 7-6-5 interazione tra applicazioni e scambio dati SMTP, FTP, NFS Protocolli di trasporto operano al livello 4 si identifica spesso il termine “protocollo” con questo tipo TCP, SPX, NetBEUI

Tipi di protocolli (2) Protocolli di rete operano ai livelli 3-2-1 gestiscono indirizzi e informazioni di routing, controllo degli errori e richieste di ripetizione della trasmissione IP, IPX, NWLink, NetBEUI TCP/IP: stack di protocolli di internetworking NetBEUI: semplice protocollo per reti non interconnesse IPX/SPX: protocolli legati ai sistemi di rete Novell

Protocolli connessi e non Modalità connessa creazione della connessione trasferimento dei dati chiusura della connessione simile ad una telefonata Modalità non connessa unica fase: invio del pacchetto denominato anche datagram simile ad una spedizione postale

Protocolli connessi e non (2) Livello 1: non applicabile Livello 2 reti locali: non connesso reti geografiche: connesso Livello 3: generalmente non connesso Livello 4: generalmente connesso Livello 5/6/7: connesso o non connesso

Protocolli connessi e non (3) Due opinioni diverse sul tema Dove collocare la “complessità”? Servizi senza connessione la rete deve solo trasportare i bit, le reti sono intrinsecamente inaffidabili, i controlli devono essere fatti dagli host la potenza di calcolo elevata ed economica, conviene collocare la complessità negli host Servizi orientati alla connessione la rete deve fornire un servizio di trasporto affidabile soluzione “spinta” dalle società di telecomunicazione

Il progetto IEEE 802

Modi di accesso al canale di trasmissione CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance Token passing Demand priority

CSMA/CD -1

CSMA/CD - 2

Le principali architetture di rete livelli 1-2 Ethernet il tipo di rete più diffuso in ambito PC accesso CSMA/CD (IEEE 802.3) 10Mbps o 100Mbps(Fast Ethernet) Tipologie di cablaggio 10BaseT 10Mbps, doppino, RJ45, hub (bus cablato a stella) 10Base2 10Mbps, thin coaxial, BNC (a bus) 10Base5 10Mbps, thick coaxial, AUI (a bus) 10BaseFL 10mBPS, fibra ottica (a bus) 100BaseX 100Mbps, doppino cat. 5, hub (bus cablato a stella)

Le principali architetture di rete livelli 1-2 (2) Token Ring (IEEE 802.5) il tipo di rete più diffuso in ambito IBM accesso Token passing topologia ad anello cablato a stella velocità da 4 a 16Mbps FDDI Standard per LAN in fibra ottica accesso a token Fiber Data Distribution Interface per dorsali 100Mbps max estensione: 100Km

I dispositivi di rete Hub Repeater Bridge Switch livello 1 (fisico) centralizza reti basate su doppino spesso anche porte BNC Repeater rigenera il segnale per incrementare la distanza Bridge livello 2 (data link) segmentazione della rete (broadcast domain) esegue il routing basato su indirizzi hardware (MAC) connessione di media diversi Switch opera come un bridge a livello fisico ottimizza le prestazioni della rete usato nelle reti 100Mbit Fast Ethernet

I dispositivi di rete (2) Router livello 3 (rete) esegue il routing basato sugli indirizzi di rete organizzate in tabelle di routing scambia informazioni con gli altri router per ottimizzare il traffico di rete è in pratica un computer dedicato non può trattare protocolli non routabili non fa transitare il traffico broadcasting

I dispositivi di rete (3) Brouter livelli 2 o 3 agisce come un router per alcuni protocolli e come bridge per altri Gateway tutti i livelli a partire dal 4° permette la comunicazione tra diversi sistemi operativi spesso realizzato solo mediante software

L’internetworking Partizionare una LAN

L’internetworking Connettere più LAN

L’internetworking Bridge, router, gateway

L’internetworking Switch

Le reti geografiche Le LAN hanno limitazioni fisiche e relative alla distanza Utilizzando dispositivi di rete e servizi di comunicazione le LAN si possono espandere Le WAN sono in pratica combinazioni di LAN connesse tramite collegamenti WAN Alle WAN possono anche collegarsi singoli computer (ad es. connessione Internet da casa) I collegamenti WAN sono generalmente noleggiati dai provider

Connessioni analogiche (livello fisico) PSTN Public Switched Telephone Network è la comune rete telefonica E’ una rete progettata per comunicazioni vocali Commutazione di circuito Richiede l’utilizzo dei modem Linee commutate o dedicate (CDA)

Il modem Trasforma il segnale digitale in analogico e viceversa MO: modulazione DEM: demodulazione Hardware interni esterni interfaccia verso il computer (seriale, RS-232) interfaccia verso la rete telefonica Tipi sincroni maggiore complessità e costo, migliori prestazioni asincroni tipo più diffuso, prestazioni limitate

Standard per i modem De facto De jure Hayes MNP CCITT (ora ITU) software, comandi AT MNP controllo degli errori (MNP 4) compressione (MNP 5) De jure CCITT (ora ITU) V.xx V.22bis 2.400bps V.32 9.600bps V.34 28.800bps V.42 57.600bps V.42bis 57.600bps con compressione V.90 57.600bps

Connessioni digitali (livello fisico) Evoluzione delle connessioni analogiche Non richiedono modem ma particolari adattatori

Connessioni digitali (livello fisico) Modem V90

Connessioni digitali (livello fisico) ADSL, HDSL, xDSL Asymmetric Digital Subscriber Line High-bit-rate Digital Subscriber Line Utilizzo ottimizzato del doppino esistente

Reti a commutazione di pacchetto Concetto diverso dalla commutazione di circuito Più utilizzatori condividono la stessa linea I dati sono divisi in pacchetti e viaggiano indipendentemente sulla rete Possibile modalità non connessa Possibili circuiti virtuali i pacchetti arrivano già nell’ordine corretto SVC (Switched VC) PVC (Permanent VC)

Reti a commutazione di pacchetto

Reti a commutazione di pacchetto

Reti a commutazione di pacchetto

Tecnologie WAN ISDN X.25 Frame Relay ATM

ISDN Integrated Services Digital Network in sostituzione delle linee analogiche esistenti primo passo per l’integrazione delle diverse reti 3 canali (BRI - Basic Rate Interface) 2 canali B di trasmissione a 64Kbps ciascuno 1 canale D di servizio a 16Kbps utilizza TA (Terminal Adapter) per il collegamento a computer oppure router ISDN per collegamento a LAN

ISDN

X.25 Un insieme di protocolli per reti a commutazione di pacchetto Velocità max 64Kbps Utilizza Gateway X.25 per il collegamento alle LAN Soluzione costosa e in parte obsoleta

Frame Relay Evoluzione delle reti a commutazione di pacchetto come X.25 Utilizza appositi router Basata su PVC Velocità max 2Mbps

ATM (Asynchronous Transfer Mode) Nuovo standard definito nel 1988 Rappresenta il futuro delle comunicazioni WAN 155-600Mbps e oltre Limitazione di velocità data dal mezzo di trasmissione (attualmente fibre ottiche) Utilizzabile sia per LAN che per WAN alla stessa velocità Richiede hardware speciale Opera in modalità connessa

L’architettura di rete TCP/IP Commutazione di pacchetto Nasce negli anni ‘70 per esigenze militari e accademiche fine anni ‘70 Internet Protocol Suite TCP (Transmission Control Protocol) IP (Internet Protocol) TCP/IP: è alla base di Internet

TCP/IP vs OSI

I livelli inferiori TCP/IP non specifica i livelli 1 e 2 Utilizza quelli disponibili e conformi ai vari standard LAN Ethernet, Token Ring, FDDI WAN X.25, Frame Relay, ATM, ISDN, PSTN(tramite i protocolli SLIP e PPP) anche via satellite!

Il protocollo IP Livello 3 (Network) Non connesso Funzioni: Versioni Instradamento Frammentazione e riassemblaggio dei pacchetti Rilevazione degli errori Versioni IPv4: attuale IPv6: futura

Indirizzamento IP Essenziale per l’instradamento Indirizzi univoci sulla rete 32bit (4 byte) Espressi scrivendo i valori decimali di ogni byte separati dal punto Es.: 192.168.0.1 Ad ogni indirizzo si associa generalmente anche un nome

Gli indirizzi IP Due o tre parti Rete (Network) Sottorete (Subnetwork) Computer, router ecc., in generale denominato Host Gli indirizzi sono associati alle interfacce Esempio: un computer con due schede di rete Due indirizzi IP

Gli indirizzi IP (2) Assegnati da un’unica autorità Univoci a livello mondiale In USA: InterNIC In Italia: GARR Esistono anche indirizzi privati riservati per reti non interconnesse rete 10.x.x.x rete 192.168.x.x

Gli indirizzi IP (3) Cinque classi: A, B, C, D, E Classe D: w compreso tra 224 e 239 applicazioni multicast Classe E: w compreso tra 240 e 255 riservata a usi futuri

Gli indirizzi IP (4) Le classi A, B, C

Il subnetting Metodo per suddividere ulteriormente la rete Un host ID viene diviso in: Subnet Host Netmask per definire l’ampiezza della subnet Rete fisica Subnet IP

L’assegnazione degli indirizzi Ogni interfaccia di rete conosce: il proprio indirizzo la netmask l’indirizzo IP del “default gateway” il router a cui riferirsi per trasmettere fuori dalla propria subnet

Il routing All’interno della subnet: Tra subnet: nessun problema: stessa rete fisica solo traduzione in indirizzo MAC (ARP e RARP) Tra subnet: mediante router (tabelle e protocolli di routing) Attenzione: nel gergo IP i router sono spesso chiamati gateway!

Il routing

Il routing - un esempio

Il routing - un esempio

Il routing - un esempio

Il routing - un esempio

Il routing - un esempio

I protocolli TCP e UDP Livello 4 (trasporto) TCP UDP Connesso fornisce servizi alle applicazioni che richiedono una trasmissione affidabile le applicazioni possono disinteressarsi della gestione degli errori e dell’ordine dei pacchetti UDP Non connesso Più semplice di TCP Utilizzato per applicazioni che non necessitano di affidabilità le applicazioni devono occuparsi della gestione degli errori e dell’ordine dei pacchetti

Le “porte” Problema: i processi possono utilizzare più protocolli contemporaneamente. Ad esempio uno stesso computer può lavorare come server per il WWW, per FTP e per la posta elettronica. Soluzione: all’indirizzo dell’host (IP address) utilizzato da IP (liv. 3) si aggiunge il numero di porta utilizzato da TCP o UDP (liv. 4) (socket - TSAP) Numeri di porta: 16bit (1..65535) Well Known Ports: 1.255 25: SMTP (posta in uscita) 80: WWW 21: FTP 110: POP3

Le “porte”

Header TCP e UPD

Gli applicativi Telnet FTP SMTP DNS NFS e Netbios Collegamento in emulazione terminale (a caratteri) FTP File Transfer Protocol trasferimento file con conversione di codifica automatica tra computer diversi (ASCII-EBCDIC) SMTP Simple Mail Transfer Protocol Posta elettronica (e-mail) nome utente@server di posta DNS Domain Name Server Database distribuito per gestire la corrispondenza tra nomi e indirizzi IP NFS e Netbios Network File System Condivisione file

Gli applicativi (2) SNMP WWW-HTTP Servizi multicast Simple Network Management Protocol per la gestione tecnica degli apparati di rete WWW-HTTP World Wide Web-HyperText Transfer Protocol servizio ipertestuale distribuito ormai identificato con Internet! Servizi multicast Internet Radio Videoconferenza Web TV

I sistemi operativi di rete (LAN) In origine: Sistema operativo (MS-DOS) Software di rete aggiunto Attualmente: Sistemi operativi con incluse funzionalità di rete (Windows9x) Sistemi operativi di rete (Novell Netware, Windows-NT, Windows 2000, UNIX)

Le operazioni in rete Client Server redirector drive di rete intercetta le richieste dirette a risorse non locali drive di rete stampanti di rete Server condivisione delle risorse (sharing) gestione degli utenti

I sistemi peer-to-peer Ogni computer può essere contemporaneamente server e client Non esiste un database centralizzato degli utenti La sicurezza è basata su password associate alle risorse (ad es. una cartella o una stampante) condivise (sicurezza di tipo share-level) Semplicità di gestione Adatti per pochi utenti e poche risorse da condividere (max 10-20) Non adatti per reti interconnesse Esempio: reti Microsoft basate su Workgroup Windows 3.11 for Workgroup Windows 9x

I sistemi server-based Sulla rete esiste almeno un Server su cui gira un sistema operativo di rete Esiste un database centralizzato degli utenti La sicurezza è basata sull’identificazione degli utenti e i permessi sono associati ai singoli utenti (o a gruppi) e non alle risorse condivise (sicurezza di tipo user-level) Maggiore complessità di gestione Indispensabile per reti interconnesse e dove sia importante la sicurezza Esempio: Novell Netware reti Microsoft basate sul dominio Windows-NT Server Windows 2000 Server

Sessione pratica con Windows Pannello di controllo Rete Componenti di rete Schede / Protocolli/ Servizi / Client Condivisione di una cartella Risorse di rete Connessione di unità di rete Condivisione di una stampante Installazione di una stampante remota Point and Print