Architettura di Internet Facoltà di Ingegneria Università di Roma “La Sapienza”

Fornire una panoramica Introdurre termini di uso corrente Gennaio 2001 Obiettivi Fornire una panoramica Introdurre termini di uso corrente Illustrare gli scopi e le funzionalità dei principali componenti della Rete Approccio più descrittivo che tecnico

Il successo di Internet Gennaio 2001 Il successo di Internet Fonte: www.isc.org

Indice Architettura e modalità di accesso alla Rete Gennaio 2001 Indice Architettura e modalità di accesso alla Rete Comunicazioni (suite di protocolli TCP/IP) Sistema di naming (DNS) Storia

Parte 1: Architettura e accessi

Gennaio 2001 “The Net”

Gennaio 2001 Internet: Cosa non è ... Non è una singola rete, ma un insieme di reti esteso in tutto il mondo Non è governata da un gruppo né da un ente né da un’azienda (anche se alcuni spot pubblicitari inducono a ritenere il contrario ...) Non è gestita in modo centralizzato perché tutte le singole reti che compongono Internet hanno una gestione autonoma E soprattutto: Non è sinonimo di World Wide Web

INTERNET: i Componenti Gennaio 2001 INTERNET: i Componenti Componenti principali: Milioni di dispositivi connessi detti nodi o host: PC, server, workstation, cellulari, PDA, TV, agende elettroniche, frigoriferi,... Link di comunicazione: cavi, fibra ottica, radio, satellitari,… Router: dispositivi che instradano i messaggi da un punto all’altro della Rete ISP locale rete aziendale ISP regionale router PC/workstation server mobile

INTERNET: i Servizi Servizi principali: comunicazioni Gennaio 2001 INTERNET: i Servizi Servizi principali: comunicazioni applicazioni distribuite: email, WWW, giochi, commercio elettronico, database,… cyberspazio: “un’allucinazione consensuale e collettiva sperimentata giornalmente da miliardi di utenti, in ogni nazione ...” [Gibson] ISP locale rete aziendale ISP regionale router PC/workstation server mobile

INTERNET: i Confini Client Sistemi host: eseguono Gennaio 2001 INTERNET: i Confini Sistemi host: eseguono programmi applicativi (tipo e-mail, WWW, …) che forniscono servizi. Modello client/server: i client effettuano richieste, ricevendo servizi dai server: Per es., - Client WWW = browser - Server WWW = applicativo del sito Client Server

Collegamenti ad Internet Gennaio 2001 Collegamenti ad Internet “Come collegare gli host esterni ai router di confine?” Accessi residenziali (=da casa) punto-punto cable modem Accessi istituzionali (=da Università, centri di ricerca, alcune aziende) Accessi wireless

Accessi residenziali: punto-punto Gennaio 2001 Accessi residenziali: punto-punto Dialup mediante modem fino a router: 56 Kbps di banda ideale ISDN (Integrated Services Digital Network): 128 Kbps di connessione digitale fino al router ADSL (Asymmetric Digital Subscriver Line): fino a 1 Mbps da casa al router fino a 8 Mbps dal router a casa Internet Service Provider (ISP)

Internet Service Provider Gennaio 2001 Internet Service Provider Il provider possiede uno o più server sempre attivi e collegati permanentemente ad Internet una batteria di modem collegati a numeri di telefono Servizi offerti Accesso ad Internet (mediante telefonata ai suoi numeri) Servizi accessori: email, sito Web, chat-line, mailing list,... Costi Abbonamento all’ISP Telefonata a scatti o abbonamento (tariffa fissa mensile)

Accessi istituzionali Gennaio 2001 Accessi istituzionali La rete locale (LAN) dell’università o azienda viene collegata logicamente al router Ethernet Un cavo dedicato o condiviso collega i computer della LAN e questi, mediante bridge e switch, al router Bande di trasmissione: 10 Mbps (Ethernet) 100 Mbps (Fast Ethernet) 1 Gbps (Gigabit Ethernet) LAN

Gennaio 2001 Internet Router Internet router: dispositivo che interconnette due reti e passa le informazione da una rete all’altra rete 2 rete 1 Due reti interconnesse da un router rete 1 rete 2 rete 3 Tre reti interconnesse da due router

Gennaio 2001 Indirizzi Internet (1) Per fornire un servizio di comunicazione universale (ogni nodo della rete può comunicare con ciascun altro nodo) occorre un metodo che permette di identificare univocamente ciascun nodo o host. Ad ogni nodo è assegnato un unico indirizzo Internet (indirizzo IP) formato da 32 bit  232  4,3 miliardi di indirizzi diversi. L’indirizzo IP è suddiviso in 4 campi, ciascuno dei quali è formato da 8 bit, separati da un punto (dotted notation): ad es. 160.80.15.72 Ogni indirizzo è formato dalla coppia (netid, hostid), dove netid identifica la rete e hostid identifica un host di quella rete. Quindi, tutti i nodi appartenenti ad una stessa rete condividono lo stesso netid (prefisso di rete).

Gennaio 2001 Indirizzi Internet (2) 4 classi di indirizzi IP: classe A, classe B, classe C, classe D Classe da 0.1.0.0 a 126.0.0.0 A netid hostid B da 128.0.0.0 a 191.255.0.0 10 netid hostid da 192.0.0.0 a 239.255.255.0 C 110 netid hostid da 240.0.0.0 a 247.255.255.255 D 1110 multicast address 32 bit

Assegnamento indirizzi classe C Gennaio 2001 Assegnamento indirizzi classe C ETHERNET 200.10.2.0 200.10.2.3 200.10.2.8 200.10.2.26 MERLIN (multi-homed host) GUENEVERE(Ethernet host) LANCELOT (Ethernet host) 192.5.48.3 TALIESYN (router) TOKEN RING 192.5.48.0 200.10.2.70 192.5.48.7 192.5.48.6 10.0.0.37 ARPANET GLATISAN (router) 192.5.48.1 ARTHUR (token-ring host)

Parte 2: Comunicazioni in Internet

Gennaio 2001 Protocolli Tutte le comunicazioni in Internet sono regolate mediante protocolli I protocolli definiscono: formato dei messaggi ordine dei messaggi inviati e ricevuti tra i dispositivi di Internet azioni da effettuare al momento della trasmissione e della ricezione dei messaggi I protocolli utilizzati in Internet si basano sulla suite di protocolli TCP/IP ( ISO/OSI)

Esempi di protocolli Tra persone Tra computer Buongiorno <file> Gennaio 2001 Esempi di protocolli Buongiorno Sa l’ora? Le 4 Prego Grazie Tra persone Richiesta di connessione OK per la Dammi un file <file> Chiudi connessione OK Tra computer tempo

Packet Switching C A B D E “Analogia del ristorante” Gennaio 2001 Packet Switching Invia messaggio composto da 8 pacchetti C A B Invia messaggio composto da 4 pacchetti Coda di pacchetti in attesa del link di uscita D E “Analogia del ristorante” Circuit switching = con prenotazione del tavolo Packet switching = senza prenotazione

Pila di protocolli Internet (TCP/IP) Gennaio 2001 Pila di protocolli Internet (TCP/IP) Applicativo: supporta le applicazioni di rete: FTP, HTTP, SMTP, ... Trasporto: supporta i trasferimenti da host a host: TCP, UDP Rete: trasferisce i pacchetti dal nodo mittente al destinatario: IP Link: effettua i trasferimenti dei dati tra componenti della rete confinanti: PPP, Ethernet, … Fisico: trasferisce bit “sul cavo” applicativo trasporto rete link fisico

Protocollo IP (livello rete) Gennaio 2001 Protocollo IP (livello rete) Protocollo per la consegna dei pacchetti da un host mittente ad un host destinatario. Caratteristiche privo di connessione: ogni pacchetto è trattato in modo indipendente da tutti gli altri; non affidabile: la consegna non è garantita (i pacchetti possono essere persi, duplicati, ritardati, o consegnati senza l’ordine di invio); consegna con impegno: tentativo di consegnare ogni pacchetto (l’inaffidabilità deriva dalle possibili congestioni della rete o guasti dei nodi/router)

Protocollo TCP (livello trasporto) Gennaio 2001 Protocollo TCP (livello trasporto) Protocollo che fornisce un livello di trasporto dell’informazione affidabile. Caratteristiche principali orientato al flusso di dati: considera il flusso di dati dall’host mittente fino al destinatario; orientato alla connessione: comprende l’instaurazione, l’utilizzo e la chiusura della connessione; trasferimento con buffer: i dati sono memorizzati in un buffer e poi inseriti in un pacchetto quando il buffer è pieno; connessione full duplex (bidirezionale): è possibile il trasferimento contemporaneo in entrambe le direzioni della connessione.

Suite di protocolli TCP/IP Gennaio 2001 Suite di protocolli TCP/IP Principio di trasmissione messaggi: Packet-switching

Comunicazione logica tra i livelli Gennaio 2001 Comunicazione logica tra i livelli data Per es.: trasporto prende i dati dalla applicazione aggiunge indirizzi, e controlli di consistenza, formando un pacchetto (“datagram”) invia il pacchetto al nodo destinatario attende dal nodo destinatario un messaggio di ACK application transport network link physical transport ack data data transport

Comunicazione fisica tra i livelli Gennaio 2001 Comunicazione fisica tra i livelli Ogni livello prende i dati dal livello superiore, vi aggiunge delle informazioni e passa il tutto al livello inferiore data application transport network link physical network link physical application transport network link physical data application transport network link physical application transport network link physical

Flusso del traffico TCP: esempio Gennaio 2001 Flusso del traffico TCP: esempio

Parte 3: Sistema DNS

“Identificatori” in Internet Gennaio 2001 “Identificatori” in Internet Le persone hanno molteplici “identificatori”: nome, n° passaporto, codice fiscale, … I telefoni sono denotati da un unico numero I dispositivi collegati ad Internet (host, router) hanno due identificatori: Indirizzo IP (numero di 32 bit): utilizzato per indirizzare ed instradare i pacchetti nella rete Hostname (stringa alfanumerica): nome logico utilizzato dalle persone

Gennaio 2001 Hostname Dato lo scopo rivolto verso l’utente, all’hostname si preferiscono attribuire valori mnemonici. Es.: nome del computer e posizione: sun11 .dis .uniroma1 .it Nome del computer ITalia Dipartimento di Informatica e Sistemistica UNIiversità di ROma

Domain Name System (DNS) Gennaio 2001 Domain Name System (DNS) Realizza uno spazio dei nomi gerarchico e permette la traduzione del nome mnemonico di un host in un indirizzo IP. Es. Hostname: sun11.dsi.unimo.it Indirizzo IP: 134.56.26.68 (10000110.00111000.00011010.01000100) Implementa un meccanismo efficiente (mediante name servers), distribuito su scala geografica, per convertire un hostname in un indirizzo IP e viceversa.

Organizzazione gerarchica dei domini Gennaio 2001 Organizzazione gerarchica dei domini

Domini di massimo livello Gennaio 2001 Domini di massimo livello

Sistema DNS: Meccanismo di risoluzione Gennaio 2001 Sistema DNS: Meccanismo di risoluzione Nessun name server ha tutte le corrispondenze tra Hostname e Indirizzo IP Esistono Name server locali: ogni ISP e organizzazione gestisce uno o più name server locali, che vengono invocati per primi dagli host dell’organizzazione stessa Name server autoritativi: relativamente ad un host, sono i name server che hanno la corrispondenza (hostname)(indirizzo IP) più aggiornata e corretta Name server radice (root name server): contattati dai name server locali quando non riescono a risolvere un indirizzo, contattano i name server autoritativi per quell’indirizzo o name server intermedi (di zona)

Sistema DNS: Esempio di risoluzione Gennaio 2001 Sistema DNS: Esempio di risoluzione L’host sun11.dis.uniroma1.it vuole conoscere l’indirizzo IP dell’host star.dis.uniroma2.it root name server 2 4 3 1) Contatta il suo DNS locale 2) Se necessario, il DNS locale contatta il root DNS 3) Se necessario, il root DNS contatta il DNS autoritativo per quell’indirizzo (o un DNS intermedio nel caso in cui non conosca un DNS autoritativo per quell’indirizzo) 5 name server locale dns.uniroma1.it name server autoritativo dns.uniroma2.it 1 6 Host richiedente sun11.dis.uniroma1.it star.dis.uniroma2.it

Parte 4: Storia

Internet: storia e leggenda Gennaio 2001 Internet: storia e leggenda La leggenda Un progetto finanziato dal Ministero della Difesa USA con lo scopo di realizzare una rete in grado di comunicare anche in seguito ad attacchi nucleari La realtà Finanziata dal Ministero della Difesa USA Motivazione: successi spaziali dell’URSS Obiettivo: consentire l’accesso alle poche risorse di calcolo potenti (e costose) da vari centri di ricerca e Università USA

Gennaio 2001 Internet 1961-1972: gli albori 1961: Kleinrock mediante la teoria delle reti di code dimostra l’efficacia delle comunicazioni packet- switching* 1964: Baran - Packet Switching in reti militari 1967: ARPAnet finanziato da Advanced Research Projects Agency 1969: Primo nodo ARPAnet funzionante 1972: ARPAnet viene presentata pubblicamente NCP (Network Control Protocol): primo protocollo host-to-host primo programma di posta elettronica (e-mail) ARPAnet ha 15 nodi (ovvero collega 15 host) * Per tutti gli anni ’60, gli “esperti” di telecomunicazioni, sostenitori delle trasmissioni circuit-switching, sentenziavano “It will not work” [da “La storia di Internet scritta da coloro che l’hanno creata”, ]

Gennaio 2001 Internet 1972-1980: la ricerca 1970: ALOHAnet, satellite in rete alle Hawaii 1973: Nella tesi di PhD, Metcalfe propone Ethernet 1974: Cerf e Kahn definiscono i principi che tuttora regolano l’architettura di Internet (autonomia, minimalismo, best effort service model, controllo distribuito, router senza stato) fine anni ’70: architetture proprietarie : DECnet, SNA, XNA 1979: ARPAnet collega 200 nodi schizzo originale

Internet 1980-1990: la maturità Gennaio 2001 Internet 1980-1990: la maturità 1983: protocollo TCP/IP 1982: protocollo SMTP per e-mail 1983: sistema DNS per la traduzione da hostname a indirizzo IP 1985: protocollo FTP 1988: controllo di congestione del TCP 1989: nuove reti nazionali: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel 1990: 100.000 nodi sono connessi a reti confederate

Internet 1990-2000: l’esplosione Gennaio 2001 Internet 1990-2000: l’esplosione Inizi ’90: si dismette ARPAnet 1991: NSF rimuove le restrizioni sull’uso commerciale di NSFnet (dismessa poi nel 1995) Inizi ’90: nascita del WWW Ipertesti [Bush 1945, Nelson 1960’s] HTML, http: Berners-Lee 1994: Mosaic, e poi Netscape fine anni ’90: commercializazione del WWW Inizi anni 2000: si stimano circa 100 milioni di host connessi ad Internet si stimano più di 300 milioni di utenti le reti backbone hanno capacità di trasferimento di 1 Gbps

Sintesi (parole chiave di Internet) Gennaio 2001 Sintesi (parole chiave di Internet) host/nodo link router dialup, ISDN, ADSL Internet Service Provider LAN, Ethernet indirizzo IP netid, hostid classi di indirizzi IP protocollo packet switching suite di protocolli Internet protocollo IP protocollo TCP datagram comunicazione logica e fisica hostname sistema DNS name server (locali, autoritativi, radice) ARPAnet