Architettura di Internet

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Architettura di Internet

• Facoltà di Ingegneria
• Università di Roma La Sapienza

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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

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Il successo di Internet
Fonte www.isc.org
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Indice

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

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Parte 1 Architettura e accessi
6
The Net
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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
  unazienda (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

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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 allaltro
• della Rete

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INTERNET i Servizi

• Servizi principali
• comunicazioni
• applicazioni distribuite email,
• WWW, giochi, commercio
• elettronico, database,
• cyberspazio unallucinazione
• consensuale e collettiva
• sperimentata giornalmente da
• miliardi di utenti, in ogni
• nazione ... Gibson

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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

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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

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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

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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 allISP
• Telefonata a scatti o abbonamento (tariffa fissa
  mensile)

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Accessi istituzionali

• La rete locale (LAN) delluniversità
• 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)

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Internet Router
Internet router dispositivo che interconnette
due reti e passa le informazione da una rete
allaltra
rete 2
rete 1
Due reti interconnesse da un router
rete 3
rete 1
rete 2
Tre reti interconnesse da due router
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Indirizzi Internet (1)
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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
0
hostid
da 128.0.0.0 a 191.255.0.0
B
da 192.0.0.0 a 239.255.255.0
C
da 240.0.0.0 a 247.255.255.255
D
32 bit
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Assegnamento indirizzi classe C
ETHERNET 200.10.2.0
200.10.2.8
200.10.2.26
200.10.2.3
MERLIN (multi-homed host)
GUENEVERE(Ethernet host)
LANCELOT (Ethernet host)
192.5.48.3
TALIESYN (router)
TOKEN RING 192.5.48.0
192.5.48.7
192.5.48.6
200.10.2.70
10.0.0.37
ARPANET
GLATISAN (router)
192.5.48.1
ARTHUR (token-ring host)
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Parte 2 Comunicazioni in Internet
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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)

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Esempi di protocolli
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Packet Switching
Invia messaggio composto da 8 pacchetti
C
A
B
Coda di pacchetti in attesa del link di uscita
Invia messaggio composto da 4 pacchetti

• Analogia del ristorante
• Circuit switching con prenotazione del tavolo
• Packet switching senza prenotazione

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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

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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 lordine di invio)
• consegna con impegno tentativo di consegnare
  ogni pacchetto (linaffidabilità deriva dalle
  possibili congestioni della rete o guasti dei
  nodi/router)

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Protocollo TCP (livello trasporto)

• Protocollo che fornisce un livello di trasporto
  dellinformazione affidabile.
• Caratteristiche principali
• orientato al flusso di dati considera il flusso
  di dati dallhost mittente fino al destinatario
• orientato alla connessione comprende
  linstaurazione, lutilizzo 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.

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Suite di protocolli TCP/IP
Principio di trasmissione messaggi
Packet-switching
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Comunicazione logica tra i livelli

• 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

transport
transport
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Comunicazione fisica tra i livelli
Ogni livello prende i dati dal livello superiore,
vi aggiunge delle informazioni e passa il tutto
al livello inferiore
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Flusso del traffico TCP esempio
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Parte 3 Sistema DNS
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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

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Hostname

• Dato lo scopo rivolto verso lutente,
  allhostname si preferiscono attribuire valori
  mnemonici. Es. nome del computer e posizione

.uniroma1
.it
sun11
.dis
Nome del computer
ITalia
UNIiversità di ROma
Dipartimento di Informatica e Sistemistica
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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
• (10000110.00111000.00011010.01000
  100)
• Implementa un meccanismo efficiente (mediante
  name servers), distribuito su scala geografica,
  per convertire un hostname in un indirizzo IP e
  viceversa.

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Organizzazione gerarchica dei domini
35
Domini di massimo livello
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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
  dellorganizzazione 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 quellindirizzo o name server
  intermedi (di zona)

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Sistema DNS Esempio di risoluzione
root name server
Lhost sun11.dis.uniroma1.it vuole conoscere
lindirizzo IP dellhost star.dis.uniroma2.it
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 quellindirizzo (o un DNS
intermedio nel caso in cui non conosca un
DNS autoritativo per quellindirizzo)
5
name server autoritativo dns.uniroma2.it
1
6
Host richiedente sun11.dis.uniroma1.it
star.dis.uniroma2.it
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Parte 4 Storia
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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 dellURSS
• Obiettivo consentire laccesso alle poche
  risorse di calcolo potenti (e costose) da vari
  centri di ricerca e Università USA

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Internet 1961-1972 gli albori

• 1961 Kleinrock mediante la teoria delle reti di
  code dimostra lefficacia 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 lhanno creata,
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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 larchitettura 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

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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

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Internet 1990-2000 lesplosione

• Inizi 90 si dismette ARPAnet
• 1991 NSF rimuove le restrizioni sulluso
  commerciale di NSFnet (dismessa poi nel 1995)
• Inizi 90 nascita del WWW
• Ipertesti Bush 1945, Nelson 1960s
• 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

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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