Nozioni di base sulle reti

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Nozioni di base sulle reti
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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

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Che cosè una rete

• Componenti
• Computer e altri dispositivi (nodi)
• Mezzo trasmissivo (media)
• Software
• Vantaggi dellutilizzo delle reti
• economia
• affidabilità
• risparmio
• crescita graduale
• Reti locali e reti geografiche
• Reti interconnesse

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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

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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.

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Le reti locali

• Non cè 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

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La struttura della rete

• Diversi tipi di collegamenti
• Punto-Punto
• Multipunto
• Broadcast

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La struttura della rete

• Topologie standard di rete
• a bus
• bus cablata a stella (hub)
• a stella
• ad anello
• anello cablato a stella

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Pregi e difetti delle topologie

• Bus
• economicità
• facilità di installazione ed espansione
• problemi sul cavo si riflettono sullintera 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
  sullintera rete

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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 lintera rete
• richiesta di maggiore cablaggio

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I mezzi trasmissivi

• Cavi
• coassiale
• 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

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I mezzi trasmissivi

• Il cavo coassiale

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I mezzi trasmissivi

• Il doppino (TP - twisted pair)

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I mezzi trasmissivi

• Categorie dei doppini

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I mezzi trasmissivi

• I connettori RJ45

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I mezzi trasmissivi

• Le fibre ottiche

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I mezzi trasmissivi

• I connettori per fibre ottiche

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I mezzi trasmissivi (2)

• Senza cavi (wireless)
• infrarossi
• radio

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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

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Le architetture di reteconcetti fondamentali

• Concetto di Architettura a strati

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Le architetture di reteconcetti fondamentali

• Il problema dei due filosofi

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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 dallISO (International Standards
  Organization)

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Il modello ISO/OSI

• Larchitettura a livelli del modello OSI

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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 allaltro sotto
  forma di pacchetti
• Ogni livello aggiunge informazioni di controllo

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Il modello ISO/OSI (3)
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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 linstaurarsi della connessione tra
  applicazioni su diversi computer (sessione o
  circuito virtuale)
• controlli di sicurezza (checkpoint)

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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 linstradamento (routing)

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Il modello ISO/OSI (6)

• Livello 2 (Data Link)
• Frame
• gestisce i frame e li trasmette allo strato
  fisico
• controllo dellaccesso 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

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I protocolli

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

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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

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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

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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

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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

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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

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Il progetto IEEE 802
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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

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CSMA/CD -1
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CSMA/CD - 2
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Le principali architetture di retelivelli 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)

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Le principali architetture di retelivelli 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

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I dispositivi di rete

• Hub
• livello 1 (fisico)
• centralizza reti basate su doppino
• spesso anche porte BNC
• Repeater
• livello 1 (fisico)
• 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
• livello 1 (fisico)
• opera come un bridge a livello fisico
• ottimizza le prestazioni della rete
• usato nelle reti 100Mbit Fast Ethernet

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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

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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

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Linternetworking

• Partizionare una LAN

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Linternetworking

• Connettere più LAN

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Linternetworking

• Bridge, router, gateway

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Linternetworking

• Switch

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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

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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 lutilizzo dei modem
• Linee commutate o dedicate (CDA)

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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

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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 2.400bps
• V.32 9.600bps
• V.34 28.800bps
• V.42 57.600bps
• V.42bis 57.600bps con compressione
• V.90 57.600bps

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Connessioni digitali(livello fisico)

• Evoluzione delle connessioni analogiche
• Non richiedono modem ma particolari adattatori

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Connessioni digitali(livello fisico)

• Modem V90

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Connessioni digitali(livello fisico)

• ADSL, HDSL, xDSL
• Asymmetric Digital Subscriber Line
• High-bit-rate Digital Subscriber Line
• Utilizzo ottimizzato del doppino esistente

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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 nellordine corretto
• SVC (Switched VC)
• PVC (Permanent VC)

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Reti a commutazione di pacchetto
57
Reti a commutazione di pacchetto
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Reti a commutazione di pacchetto
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Tecnologie WAN

• ISDN
• X.25
• Frame Relay
• ATM

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ISDN

• Integrated Services Digital Network
• in sostituzione delle linee analogiche esistenti
• primo passo per lintegrazione 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

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ISDN
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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

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Frame Relay

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

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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

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Larchitettura 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

66
TCP/IP vs OSI
67
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!

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Il protocollo IP

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

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Indirizzamento IP

• Essenziale per linstradamento
• 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

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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

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Gli indirizzi IP (2)

• Assegnati da ununica 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

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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

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Gli indirizzi IP (4)

• Le classi A, B, C

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Il subnetting

• Metodo per suddividere ulteriormente la rete
• Un host ID viene diviso in
• Subnet
• Host
• Netmask
• per definire lampiezza della subnet
• Rete fisica Subnet IP

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Lassegnazione degli indirizzi

• Ogni interfaccia di rete conosce
• il proprio indirizzo
• la netmask
• lindirizzo IP del default gateway
• il router a cui riferirsi per trasmettere fuori
  dalla propria subnet

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Il routing

• Allinterno della 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!

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Il routing
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Il routing - un esempio
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Il routing - un esempio
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Il routing - un esempio
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Il routing - un esempio
82
Il routing - un esempio
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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 dellordine 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 dellordine dei pacchetti

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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
• allindirizzo dellhost (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

85
Le porte
86
Header TCP e UPD
87
Gli applicativi

• Telnet
• 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_at_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

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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

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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)

90
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

91
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

92
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 sullidentificazione 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

93
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