Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo
Marzo 2000 Architettura degli elaboratori - Modulo B Architettura TCP/IP indice protocollo IP altri protocolli di rete: ICMP, ARP e RARP protocollo TCP altri protocolli di trasporto: UDP il sistema Domain Name Server i protocolli di posta elettronica Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo prof. Alessandro Memo

Il protocollo IP IP è un protocollo datagram (non connesso e non affidabile) che ha il compito di: ricevere il datagram o il segmento di dati dal livello superiore e incapsularlo in pacchetti IP instradare i pacchetti attraverso le varie sottoreti in ricezione riassemblare i vari pacchetti e passare al livello superiore il datagram o il segmento dati, secondo l’ordine d’arrivo Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

Obiettivi del protocollo IP
incorpora i datagram (encapsulation datagram) frammenta i datagram (fragmentation datagram) gestisce la vita in rete dei datagram instrada i datagram Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

Gestione dei datagram livello superiore accetta in ingresso i datagram provenienti dalla rete o generati dal livello superiore, e li instrada verso la NIC o verso il livello superiore processo IP NIC 1 NIC 2 Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

Funzioni svolte dal livello IP
genera e controlla l’intestazione (header validation) calcola o verifica il checksum determina l’instradamento (next hop) gestisce la redirezione aggiunge i dati del mittente nei datagram prodotti localmente(ICI) frammenta e ricostruire i datagram gestisce le comunicazioni broadcast Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

Caratteristiche del livello IP
unreliable: servizi non garantiti o inaffidabili, i pacchetti possono essere persi, duplicati o consegnati fuori ordine connectionless: servizi non orientati alla connessione, i pacchetti sono tra loro indipendenti best-effort: servizi del tipo trasmetti e spera Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

intestazione del pacchetto IP
version IHL tipo di servizio lunghezza totale identificatore segmento D F M F offset del frammento time to live protocollo checksum dell’header indirizzo del mittente indirizzo del destinatario campo opzioni 32 bit Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

campi dell’intestazione IP
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Instradamento IP il livello Host-To-Network effettua l’instradamento fisico (switching), mentre IP quello logico (routing) il routing può essere diretto (se mittente e destinatario appartengono alla stessa rete fisica) o indiretto (su reti fisiche distinte) si decide in base agli indirizzi di mittente e destinatario Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

Instradamento diretto/indiretto
Host 1 Net 1 Host 2 Net 1 Host 3 Net 1 Host 1 Host 2 Host 3 rete fisica n°1 Host 9 Net 1 router Host 9 Net 2 rete fisica instradamento diretto Host 1 Net 2 Host 2 Net 2 Host 3 Net 2 instradamento indiretto rete fisica n°2 Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

Indirizzi IP un indirizzo IP è costituito da 2 campi, per un totale di 32 bit: network number (numero di una rete, una LAN o una connessione punto-punto tra due router) host number (numero caratteristico di ogni stazione o scheda NIC all’interno di una rete) gli indirizzi IP sono suddivisi in classi, in base alle dimensioni dei due campi Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

Classi di indirizzi IP Rete di classe A : 126 reti con host network host Rete di classe B : reti con host 1 network host Rete di classe C : reti con 254 host 1 1 network host 1 1 1 multicast address 1 1 1 1 usi futuri 8 bit 8 bit 8 bit 8 bit Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

Subnetting mask Indirizzo di Classe C 1 1 network host maschera di sottorete (subnet mask) tutti 1 tutti 0 1 1 network subnet host Esempio: IP address = subnet mask = network = subnet = 7 (o 224) host = 16 (o 240) Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

Indirizzi IP particolari
indirizzo dell’host ospite 0.x.x.x l’host x.x.x della rete ospite broadcast sulla rete ospite x broadcast alla rete x 127.x.x.x loopback Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

Routing IP (1) salto locale salto remoto verso le altre reti router 1 link 3 link 1 A link 2 A A A-33-4B-A2 A-33-4B-A0 A-33-4B-A1 router 2 link 1 link 2 A A A-6A-02-B0 A-6A-02-B1 Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

Routing IP (2) un’entità di livello 4 (TCP o UDP) della stazione vuole inviare un pacchetto all’analoga entità della stazione : per far questo passa al livello 3 (IP) il pacchetto e specifica tra l’altro l’indirizzo IP del mittente e quello del destinatario Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

Routing IP (3) l’entità di livello 3 del mittente confronta i campi network dei due indirizzi, e decide se mittente e destinatario appartengono alla stessa rete (salto locale); appartengono a reti distinte (salto remoto) in base a ciò determina l’indirizzo di livello 2 a cui far pervenire il pacchetto, e lo passa al livello sottostante Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

Routing IP (4) nell’esempio il salto è remoto, per cui l’indirizzo di livello 2 da inserire nel pacchetto è quello di default dell’uscita dalla rete fisica ( A-33-4B-A0) il pacchetto arriva al livello 3 del router 1 attraverso il suo link1 Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

Routing IP (5) il livello 3 del router controlla la sua tabella di instradamento, riconosce il destinatario come un salto remoto verso il link 2, e quindi rispedisce (relay) il pacchetto con lo stesso indirizzo IP di mittente, ma con l’indirizzo di livello 2 di quel link ( A-6A-02-B1) Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

Routing IP (6) il livello 3 del router 2 riceve il pacchetto, riconosce il destinatario come un salto locale verso il proprio link 1, e rispedisce il pacchetto passandolo al livello 2 di quella interfaccia di rete con indirizzo di livello 2 di destinazione A Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

indirizzi fisici ed indirizzi IP
indirizzo TSAP di livello 4 del destinatario porta 1080 livello 4 transceiver TCP UDP segmento indirizzo IP di livello 3 del destinatario livello 3 IP datagram driver della scheda di rete pacchetto livelli 1 e 2 scheda di rete indirizzo MAC di livello 2 del prossimo nodo A-91-B2-84 trama transceiver segnali elettrici mezzo fisico Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

altri protocolli di rete: ICMP
Internet Control Message Protocol protocollo utilizzato dai router per scam-biarsi informazioni sullo stato della rete Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

altri protocolli di rete: ARP
Address Resolution Protocol restituisce l’indirizzo di livello 2 di una stazione individuata dal suo indirizzo IP viene inviata una richiesta broadcast del tipo “chi ha questo indirizzo IP ?” solo l’host con quell’IP risponde, passandogli il suo indirizzo di livello 2 se l’host è in un’altra rete, i router intermedi dovranno fungere da tramite nel protocollo Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

altri protocolli di rete: RARP
Reverse Address Resolution Protocol svolge il compito inverso: dato un indirizzo di livello 2 restituisce il relativo indirizzo IP Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

il protocollo TCP Transmission Control Protocol fornisce un trasferimento full-duplex affida-bile orientato alla connessione tra mittente e destinatario, basandosi su una rete non affidabile mette in comunicazione diretta i due interlo-cutori finali, e quindi non è presente nei router Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

il protocollo TCP: generalità
riceve il messaggio dal livello applicazione lo suddivide in segmenti (TPDU) che passa al livello rete ne controlla il regolare trasferimento mediante tecniche analoghe a sliding-windows riceve dal livello rete i segmenti in arrivo ricompone il messaggio originale e lo passa alla opportuna applicazione di livello superiore Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

il protocollo TCP: il socket
i servizi TCP stabiliscono una connessione tra due punti di accesso detti socket un socket è caratterizzato dalla coppia IP_address : port_number vi sono 216 possibili port number: i primi 256 sono pre-assegnati a servizi standard (well-known port) [25=SMTP, 110 =POP3, 80=HTTP,…] Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

il protocollo TCP: il flusso dati
una connessione TCP trasferisce un flusso di byte ogni byte del flusso è caratterizzato da un numero sequenziale a 32 bit il numero sequenziale di ogni byte viene utilizzato in una tecnica di controllo sliding-windows di tipo go-back-N e time-out per ogni emissione Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

intestazione TCP (1) source port destination port sequence number acknowledgement number TCP header length U R G A C K P S H R S T S Y N F I N window size checksum urgent pointer options (0 - N•32bit) data (opzionale) 32 bit Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

intestazione TCP (2) Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

attivazione della connessione
il server lancia una listen() per porsi in ricezione e poi esegue una accept() in attesa di una richiesta di con-nessione in un dato port il client lancia una connect(host,port,...) il server, quando riceve la richiesta, controlla se la porta richiesta è attiva: in caso affermativo, passa la richiesta all’applicazione rela-tiva, e se accettata, conferma al richiedente la connessione in caso negativo, la connesione viene rifiutata Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

attivazione della connessione
client server listen() accept() chiedo una connessione, il mio primo byte avrà numero (x) SYN=1, ACK=0, SEQ=x accetto la connessione mi aspetto di ricevere il byte numero (x+1) ed il mio primo byte avrà numero (y) SYN=1, ACK=x+1, SEQ=y ti invio i miei dati a partire dal byte (x+1), e mi aspetto di ricevere il byte numero (y+1) SYN=1, ACK=y+1, SEQ=x+1 Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

trasferimento dati sliding windows di tipo go-back-N, dove le dimensioni delle finestre vengono comuni-cate esplicitamente: oltre al riscontro positivo viene passato il numero di byte ancora ricevibili ad ogni trasmissione si fa partire un timer per la ritrasmissione in caso di errore si riparte dal byte errato Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

trasferimento dati (1) mittente destinatario devo trasmettere 5KByte 4 KB buffer vuoto invio i primi 2K, a partire da 0, faccio partire il timer SEQ=0, dati(2K) immagazzino 2K nel buffer, comunico che ho ricevuto correttamente i byte , aspetto i byte a partire dal 2048, e posso ricevere ancora 2048 byte ACK=2048, WIN=2048 invio altri 2K, a partire dal byte numero 2048, faccio partire il timer SEQ=2048, dati(2K) 2 K 2 K Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

trasferimento dati (2) mittente destinatario 2 K 2 K SEQ=2048, dati(2K) immagazzino altri 2K nel buffer, comunico che ho ricevuto correttamente i byte , aspetto i byte a partire dal 4096, e posso ricevere ancora 0 byte ACK=4096, WIN=0 non posso trasmettere altri byte perché il buffer in ricezione è pieno, e quindi aspetto 4 KB buffer pieno il destinatario legge i primi 2K dal buffer e li passa all’applicazione ACK=4096, WIN=2048 2 K 2 K Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

trasferimento dati (3) mittente destinatario ACK=4096, WIN=2048 2 K 2 K invio l’ultimo 1K, a partire dal byte numero 4096, e faccio partire il timer immagazzino 1K nel buffer, comunico che ho ricevuto correttamente i byte , aspetto i byte a partire dal 5020, e posso ricevere ancora 1024 byte SEQ=4096, dati(1K) ACK=5020, WIN=1024 1K 1K 2 K Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

trasferimento dati (4) viene gestita anche una congestion windows per ridurre la possibilità di congestione, e in trasmissio-ne si sceglie il più piccolo tra il suo valore e quello del buffer del ricevitore la dimensione iniziale della congestion window è pari alla dimensione massima del segmento il valore di threshold viene fissato inizialmente pari alla dimensione massima del segmento Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

trasferimento dati (5) ad ogni ack ricevuto la congestion window raddoppia se il suo valore è inferiore al threshold si allarga di 1 segmento se è superiore ad ogni time-out threshold = ½ congestion window congestion window = max segmento Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

rilascio della connessione
per evitare la perdita di dati determinata da una scon-nessione libera da parte di una stazione (rilascio asimmetrico) si adotta il rilascio simmetrico, dove ogni connessione full duplex è vista come una coppia di connessioni simplex A e B sono due stazioni che sanno comunicando in full-duplex: quando A ha finito invia un FIN a B, il quale accetta il rilascio e la connessione da A a B termina, mentre da B ad A possono ancora essere scambiati dati quando anche B termina, si avvia lo stesso procedi-mento e l’intera connessione viene chiusa Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

rilascio della connessione
utente A utente B non ho altri dati da trasmettere, per me la connessione si può rilasciare FIN ora anche io non ho altri dati da trasmettere e possiamo rilasciare la connessione FIN ora rilascio la connessione ... … e ti avviso che mi sono sconnesso ACK ora mi sconnetto anch’io Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

altri protocolli di trasporto: UDP
User Data Protocol offre un servizio di trasporto non connesso e non affidabile utilizzato per trasferire un basso numero di informazioni, tipo segnali di controllo di pochi byte nei collegamenti client/server Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

formato pacchetto UDP source port destination port total length checksum dati 32 bit Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

il sistema DNS l’uso diretto degli indirizzi IP (versione numerica) è scomo-do e poco mnemonico [ ] ad ogni sistema può essere associato un indirizzo simbolico (versione logica) [ il sistema Domain Name System mette in relazione indiriz-zi numerici con indirizzi logici il DNS consiste di uno schema gerarchico di attribuzione dei nomi basato sui domini un database distribuito che implementa questo schema un protocollo per l’interrogazione e l’aggiornamento dello schema Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

DNS: funzionamento per passare da indirizzo logico a indirizzo numerico un’applicazione invia una richiesta al DNS server locale se il DNS server locale ha nella sua tabella interna quell’indirizzo, lo restituisce subito altrimenti inoltra la richiesta ad un DNS server remoto di livello gerarchico superiore, ne aspetta la risposta e poi la passa all’applicazione richiedente Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

DNS: organizzazione dei domini
USA il resto del mondo mil org ch jp top level domain com gov fr uk edu it subdomain 1 ucis yale mit unimi unipd unive subdomain 2 phil eng cs ing math ling host.subdomainN.___.subdomain2.subdomain1.topleveldomain Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

DNS: implementazione ogni dominio ha il compito di fornire e mantenere aggiornato il proprio DNS server (o più d’uno, gerarchicamente organizzati) per ogni host, il DNS ha il seguente record: Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

posta elettronica: generalità
un servizio di posta elettronica permette di comporre un messaggio spedire un messaggio ad un destinatario spedire un messaggio (circolare) a più destinatari ricevere un messaggio leggere i messaggi ricevuti gestire un elenco di indirizzi di posta elettronica gestire l’insieme dei messaggi ricevuti Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

posta elettronica: il messaggio
generalmente il messaggio è composto dalle seguenti informazioni (*=obbligatorie): Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

posta elettronica: MUA
in Internet lo scambio di posta elettronica utilizza due funzioni distinte: MUA ed MTA MUA (Mail User Agent) è l’interfaccia verso l’utente ed ha principalmente il compito di: comporre il messaggio da spedire assemblando i vari campi trasferire il messaggio da spedire all’MTA (del mittente) per la sua trasmissione ricevere dall’MTA locale (che ora funge da destinatario) e passare all’utente i messaggi pervenuti gestire la memorizzazione dei messaggi trasferiti Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

posta elettronica: MTA
MTA (Mail Transport Agent) è il vero artefice del trasferimento dei messaggi ed ha principalmente il compito di: trasferire il messaggio pervenuto fino all’MTA di destinazione, che svolge funzioni di cassetta postale fornire all’MUA di destinazione, su sua esplicita richiesta, i messaggi ad esso indirizzati, verificandone il diritto di prelievo Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

posta elettronica: architettura
MTA MTA MUA MTA MTA mittente MUA destinatario Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

protocollo SMTP (1) Simple Mail Transfer Protocol è il protocollo che implementa le funzionalità di trasferimento del MUA: il mittente predispone, con la versione locale del MUA, il messaggio da inviare, e lo spedisce (SEND) il MUA, tramite DNS operante su spazi di nomi distinti dagli altri servizi, traduce l’indirizzo logico del mittente in indirizzo fisico, coincidente con l’MTA del mittente il MUA stabilisce una connessione TCP con il suo MTA e tramite protocollo SMTP trasferisce il messaggio dal client SMTP dell’host del mittente al server SMTP dell’MTA del mittente, e poi rilascia la connessione Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

protocollo SMTP (2) il server SMTP dell’MTA del mittente, tramite DNS specifico, traduce l’indirizzo logico del destinatario in indirizzo fisico, coincidente con l’MTA del destinatario il server SMTP dell’MTA del mittente, ora operante in modalità client, stabilisce una connessione TCP con il server SMTP dell’MTA del destinatario (anche attraversando più server SMTP) e trasferisce il messaggio al server SMTP dell’MTA del destinatario, che lo trascrive nella relativa cassetta postale del destinatario, e poi rilascia la connessione Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

protocollo SMTP: esempio
yyy.it client SMTP server SMTP xxx.it il client instaura una connessione affidabile con il server il server si rende dispo- nibile a ricevere posta il client è pronto a trasmettere un messaggio 220 (xxx.it READY FOR MAIL) HELO (yyy.it) il server si identifica 250 (xxx.it SAYS HELLO to yyy.it) il client specifica il mittente MAIL FROM il server conferma il mittente 250 (SENDER OK) il client specifica il destinatario RCPT TO il server conferma il destinatario 250 (RECIPIENT OK) il client avvisa che è pronto ad inviare i dati DATA il server conferma che è pronto a ricevere i dati 354 (SEND MAIL) segue Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

protocollo SMTP: esempio
yyy.it client SMTP segue server SMTP xxx.it il client trasmette il messaggio From: il server riceve il messaggio una riga alla volta, fino all’ulrima riga contenente solo un “.” To: MIME-Version: 1.0 Message-Id: Content-Type:multipart ... Subject: prova Content-Type: text/richtext Ciao, è una prova. il server ha ricevuto tutto il messaggio, e ne da riscontro positivo . il client non ha altri messaggi e vuole rilasciare la connessione 250 (MESSAGE ACCEPTED) QUIT il server accetta il rilascio della connessione 221 (xxx.it CLOSING CONNECTION) Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

protocollo POP3 Post Office Protocol versione 3 è il protocollo che implementa le funzionalità di ricezione dell’MTA: il destinatario manda in esecuzione la versione locale del MUA, e richiede se gli è arrivata posta il MUA, tramite DNS operante su spazi di nomi distinti dagli altri servizi, traduce l’indirizzo logico del destinatario in indirizzo fisico, coincidente con l’MTA del destinatario il MUA stabilisce una connessione TCP con il suo MTA e tramite protocollo POP3 trasferisce i messaggi pervenuti, dal server POP3 dell’MTA del destinatario al client POP3 dell’MUA del destinatario, e poi rilascia la connessione Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

standard MIME Multipurpose Internet Mail Extension, estende le possibilità del formato dei messaggi, offre codici per le lettere accentate, permette di separare nel body parte codificate in ASCII a 7 bit da altre codificate ad 8 bit (file generici, audio, video, grafica, …) con lo standard BASE64, fornisce l’opportunità di attachment Architettura TCP/IP Architettura degli elaboratori -Modulo B- A.Memo

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