Nozioni di base sulle reti - Belmesser-iki

Nozioni di base sulle reti
1
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
2
Che cos’è una rete

Componenti
– 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
3
Tipi di ...reti
Computer
Reti
Ambito
Distanza
Circuito stampato
0,1m
Sistema
1m
Stanza
10m
Tipo
parallelismo
multiproc.
cluster
Edificio
100m
Comprensorio
1Km
Città
10Km
Nazione
100Km
Continente
1000Km
Mondo
10000Km
LAN
LAN estesa
MAN
WAN
4
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.
5
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
6
La struttura della rete

Diversi tipi di collegamenti:
– Punto-Punto
– Multipunto
– Broadcast
7
La struttura della rete

Topologie standard di rete
– a bus

bus cablata a stella (hub)
– a stella
– ad anello

anello cablato a stella
8
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
9
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
10
I mezzi trasmissivi

Cavi
– coassiale

reti senza hub
– thick
500mt
– thin (RG-58)
185mt
– doppino ritorto (twisted pair)

reti con hub
– schermato (STP)
– non schermato (UTP)
– fibra ottica
100mt
100mt
~2Km
11
I mezzi trasmissivi

Il cavo coassiale
12
I mezzi trasmissivi

Il doppino (TP - twisted pair)
13
I mezzi trasmissivi

Categorie dei doppini
14
I mezzi trasmissivi

I connettori RJ45
15
I mezzi trasmissivi

Le fibre ottiche
16
I mezzi trasmissivi

I connettori per fibre ottiche
17
I mezzi trasmissivi (2)

Senza cavi (wireless)
– infrarossi
– radio
18
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)



BNC
AUI
RJ45
– tipo di connettore
19
Le architetture di rete
concetti fondamentali

Concetto di Architettura a strati
20
Le architetture di rete
concetti fondamentali

Il problema dei due filosofi
21
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)
22
Il modello ISO/OSI

L’architettura a livelli del modello OSI
23
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

24
Il modello ISO/OSI (3)
25
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)

Livello 5 (Sessione - Session)
– Encrypted User Data
– eliminare le differenze di sintassi e codifica dei
dati (ad es. trascodifica ASCII - EBCDIC)
– compressione e cifratura
– Message
– consente l’instaurarsi della connessione tra
applicazioni su diversi computer (sessione o
circuito virtuale)
– controlli di sicurezza (checkpoint)
26
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)
27
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
28
I protocolli
Esistono molti diversi protocolli
 I protocolli operano a vari livelli
 Alcuni protocolli lavorano “in gruppo” (stack)

29
Tipi di protocolli

Protocolli applicativi
– 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
30
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

31
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
32
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

33
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

34
Il progetto IEEE 802
35
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

36
CSMA/CD -1
37
CSMA/CD - 2
38
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

10Base2

10Base5

10BaseFL

100BaseX
– 10Mbps, doppino, RJ45, hub (bus cablato a stella)
– 10Mbps, thin coaxial, BNC (a bus)
– 10Mbps, thick coaxial, AUI (a bus)
– 10mBPS, fibra ottica (a bus)
– 100Mbps, doppino cat. 5, hub (bus cablato a stella)
39
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
40
I dispositivi di rete

Hub

Repeater

Bridge

– livello 1 (fisico)
– centralizza reti basate su doppino
– spesso anche porte BNC
– livello 1 (fisico)
– rigenera il segnale per incrementare la distanza
–
–
–
–
livello 2 (data link)
segmentazione della rete (broadcast domain)
esegue il routing basato su indirizzi hardware (MAC)
connessione di media diversi
–
–
–
–
livello 1 (fisico)
opera come un bridge a livello fisico
ottimizza le prestazioni della rete
usato nelle reti 100Mbit Fast Ethernet
Switch
41
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
42
I dispositivi di rete (3)

Brouter

Gateway
– livelli 2 o 3
– agisce come un router per alcuni protocolli e
come bridge per altri
– tutti i livelli a partire dal 4°
– permette la comunicazione tra diversi sistemi
operativi
– spesso realizzato solo mediante software
43
L’internetworking

Partizionare una LAN
44
L’internetworking

Connettere più LAN
45
L’internetworking

Bridge, router, gateway
46
L’internetworking

Switch
47
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

48
Connessioni analogiche
 PSTN
(livello fisico)
–
–
–
–
–
–
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)
49
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

tipo più diffuso, prestazioni limitate
– asincroni
50
Standard per i modem

De facto
– Hayes

software, comandi AT
– MNP
controllo degli errori (MNP 4)
 compressione (MNP 5)


De jure
– CCITT (ora ITU)

V.xx
–
–
–
–
–
–
V.22bis
V.32
V.34
V.42
V.42bis
V.90
2.400bps
9.600bps
28.800bps
57.600bps
57.600bps con compressione
57.600bps
51
Connessioni digitali
(livello fisico)
Evoluzione delle connessioni analogiche
 Non richiedono modem ma particolari
adattatori

52
Connessioni digitali
(livello fisico)

Modem V90
53
Connessioni digitali
(livello fisico)

ADSL, HDSL, xDSL
– Asymmetric Digital Subscriber Line
– High-bit-rate Digital Subscriber Line
– Utilizzo ottimizzato del doppino esistente
54
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)

55
Reti a commutazione di pacchetto
56
Reti a commutazione di pacchetto
57
Reti a commutazione di pacchetto
58
Tecnologie WAN

ISDN

X.25

Frame Relay

ATM
59
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
60
ISDN
61
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
62
Frame Relay

Evoluzione delle reti a commutazione di
pacchetto come X.25

Utilizza appositi router

Basata su PVC

Velocità max 2Mbps
63
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

64
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
65
TCP/IP vs OSI
66
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!
67
Il protocollo IP
Livello 3 (Network)
 Non connesso
 Funzioni:

– Instradamento
– Frammentazione e riassemblaggio dei pacchetti
– Rilevazione degli errori

Versioni
– IPv4: attuale
– IPv6: futura
68
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
69
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
70
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
71
Gli indirizzi IP (3)

Cinque classi: A, B, C, D, E
Classe Valori di w
A
B
C

1–126
128–191
192–223
Network Host
ID
ID
w
w.x
w.x.y
x.y.z
y.z
z
Host
Reti
disponibili disponibili
per rete
16.777.214
126
65.534
16.384
2.097.151 254
Classe D: w compreso tra 224 e 239
– applicazioni multicast

Classe E: w compreso tra 240 e 255
– riservata a usi futuri
72
Gli indirizzi IP (4)

Le classi A, B, C
73
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
74
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
75
Il routing

All’interno della subnet:

Tra subnet:
– nessun problema: stessa rete fisica
– solo traduzione in indirizzo MAC (ARP e RARP)
– mediante router (tabelle e protocolli di routing)
– Attenzione: nel gergo IP i router sono spesso
chiamati gateway!
76
Il routing
77
Il routing - un esempio
78
Il routing - un esempio
79
Il routing - un esempio
80
Il routing - un esempio
81
Il routing - un esempio
82
I protocolli TCP e UDP
Livello 4 (trasporto)
 TCP

– 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
83
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
84
Le “porte”
85
Header TCP e UPD
86
Gli applicativi

Telnet

FTP
– Collegamento in emulazione terminale (a caratteri)
– File Transfer Protocol


SMTP
– Simple Mail Transfer Protocol



Posta elettronica (e-mail)
nome utente@server di posta
DNS
– Domain Name Server


trasferimento file con conversione di codifica automatica
tra computer diversi (ASCII-EBCDIC)
Database distribuito per gestire la corrispondenza tra nomi
e indirizzi IP
NFS e Netbios
– Network File System

Condivisione file
87
Gli applicativi (2)

SNMP
– 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
88
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)
89
Le operazioni in rete
– Client

redirector
– intercetta le richieste dirette a risorse non locali
drive di rete
 stampanti di rete

– Server
condivisione delle risorse (sharing)
 gestione degli utenti

90
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
91
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
92
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
93