Le reti di calcolatori - Moreno Marzolla Dipartimento di Informatica-Scienza e Ingegneria (DISI) Università di Bologna ...
←
→
Trascrizione del contenuto della pagina
Se il tuo browser non visualizza correttamente la pagina, ti preghiamo di leggere il contenuto della pagina quaggiù
Le reti di calcolatori
Moreno Marzolla
Dipartimento di Informatica—Scienza e Ingegneria (DISI)
Università di Bologna
http://www.moreno.marzolla.name/
Copyright © 2011, 2016–2018 Moreno Marzolla
http://www.moreno.marzolla.name/teaching/FINFA/
This work is licensed under the Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0
international (CC BY-SA 4.0) License. To view a copy of this license, visit
http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/ or send a letter to Creative Commons,
543 Howard Street, 5th Floor, San Francisco, California, 94105, USA.
Le reti di calcolatori 2
Ringraziamenti
● Prof. Gabriele D'Angelo, Università di Bologna
– https://www.unibo.it/sitoweb/g.dangelo/
Le reti di calcolatori 3
Rete di calcolatori
● Una rete di calcolatori è un insieme di nodi collegati
mediante mezzi di trasmissione dati che consentono lo
scambio di informazioni
Le reti di calcolatori 4Reti a commutazione di circuito
● Le prime reti di comunicazione
sono state le reti telefoniche
● Una chiamata telefonica stabilisce
una connessione diretta tra
chiamante e ricevente
● I sistemi telefonici (commutatori
meccanici o elettronici)
selezionano specifiche linee
telefoniche, o circuiti, connessi in
modo da creare un unico
collegamento tra chiamante e
ricevente
"JT Switchboard 770x540" by Joseph A. Carr -
● Una volta che la linea è stata http://www.JoeTourist.net/. Licensed under Attribution via
Commons -
creata, i dati (voce) vengono https://commons.wikimedia.org/wiki/File:JT_Switchboard
trasmessi _770x540.jpg#/media/File:JT_Switchboard_770x540.jpg
Le reti di calcolatori 5Reti a commutazione di circuito
Commutatore
Chiamante
Ricevente
Le reti di calcolatori 6Problemi
● La commutazione di circuito funziona bene per
chiamate telefoniche
● Non funziona altrettanto bene per i dati
– Stabilire una connessione punto-punto per ogni coppia
trasmittente-ricevente su reti di grandi dimensioni è
complesso e poco efficiente
– Le linee dei commutatori rimangono impegnate durante
l'intera durata della trasmissione
● Internet utilizza un meccanismo diverso, detto a
commutazione di pacchetto
Le reti di calcolatori 7Commutazione di pacchetto
● I messaggi vengono suddivisi in pacchetti di
dimensione fissata
● Ogni pacchetto viene instradato verso il destinatario,
attraverso nodi intermedi
– Ogni nodo intermedio riceve un pacchetto e lo ritrasmette al
nodo successivo (store-and-forward)
– Ciascun pacchetto può prendere strade diverse dagli altri
● Il destinatario riceve i pacchetti e li riassembla
Le reti di calcolatori 8Commutazione di pacchetto
Mittente
Destinatario
Messaggio
Nodo di instradamento (router)
Le reti di calcolatori 9Commutazione di pacchetto
Mittente
Destinatario
Mes sa gg io
Nodo di instradamento (router)
Le reti di calcolatori 10Commutazione di pacchetto
sa
io
Mittente
Destinatario
Mes
gg
Nodo di instradamento (router)
Le reti di calcolatori 11Commutazione di pacchetto
Mittente
Destinatario
Nodo di instradamento (router)
Mes sa gg io
Le reti di calcolatori 12Commutazione di pacchetto
Mittente
Destinatario
Nodo di instradamento (router)
Messaggio
Le reti di calcolatori 13Vantaggi della commutazione di
pacchetto
● Messaggi di grandi dimensioni vengono suddivisi in
pacchetti più corti facilmente gestibili
● I pacchetti possono viaggiare su percorsi differenti,
bilanciando il traffico sulla rete
● La ritrasmissione di un singolo pacchetto perso o
danneggiato è preferibile alla ritrasmissione dell'intero
messaggio
Le reti di calcolatori 14Problemi da risolvere
● Come faccio a identificare ogni nodo della rete?
● Come faccio a consentire a programmi diversi in
esecuzione su nodi diversi di interagire tra loro?
● Cosa succede se qualche pacchetto viene perso?
● Cosa succede se qualche pacchetto viene duplicato?
● Cosa succede se i pacchetti arrivano al destinatario in
ordine diverso dall'ordine di spedizione?
● ...
Le reti di calcolatori 15Stack di protocolli
Le reti di calcolatori 16
A. S. Tanenbaum, Computer Networks, http://authors.phptr.com/tanenbaumcn4/Architettura TCP/IP
Protocolli a livello
applicazione
TCP UDP
IP
Scheda di rete e
relativo driver
Le reti di calcolatori 17Livello Hardware
● Gestisce la comunicazione
Protocolli a livello tra due macchine collegate
applicazione direttamente mediante un
opportuno canale
TCP UDP
– Impulsi elettrici su filo di
IP rame, impulsi luminosi su fi-
bra ottica, onde radio...
Scheda di rete e
● Problemi affrontati
relativo driver – Come rappresento sequen-
ze di bit con il segnale ana-
logico?
– Come gestisco errori dovuti
a interferenze o collisioni?
Le reti di calcolatori 18Livello Internet
● Comunicazione orientata
Protocolli a livello a pacchetti tra due nodi
applicazione
non necessariamente
TCP UDP collegati direttamente
● Problemi affrontati:
IP – Instradamento (routing)
– Identificazione univoca
Scheda di rete e dei nodi della rete
relativo driver
Le reti di calcolatori 19Livello Trasporto
● Comunicazione affidabile
Protocolli a livello ed efficiente basata su
applicazione
un flusso di byte tra pro-
TCP UDP cessi (programmi in ese-
cuzione)
IP ● Problemi affrontati
– Gestione pacchetti persi /
Scheda di rete e duplicati / riordinati duran-
relativo driver te il tragitto
– Identificazione di processi
in esecuzione sullo stesso
nodo
Le reti di calcolatori 20Livello Applicazione
● Protocolli di comunica-
Protocolli a livello
applicazione zione utilizzati dalle ap-
plicazioni
TCP UDP – SMTP/POP/IMAP (Posta
Elettronica)
IP – HTTP (Web)
– Bittorrent
Scheda di rete e – ...
relativo driver
Le reti di calcolatori 21IP
● Il protocollo IP definisce le regole di base per la
comunicazione tra due nodi (host) connessi alla rete
– Comunicazione orientata a pacchetti
– Comunicazione non affidabile: i pacchetti (datagram)
possono essere persi, duplicati, ecc.
● La comunicazione è tra due host (esempio, due PC).
IP (da solo) non distingue tra applicazioni diverse in
esecuzione sullo stesso host
● IP definisce le regole
– per l'instradamento dei pacchetti nella rete
– per l'uso di indirizzi univoci assegnati a ciascun nodo della
rete
Le reti di calcolatori 22IP
Mittente Destinatario
Internet
1 8
7
2
3
Pacchetto 3 6
fuori ordine
4
Pacchetto Pacchetto perso
duplicato
Le reti di calcolatori 23TCP
● Il protocollo TCP si basa su IP, e definisce meccanismi
per realizzare una comunicazione affidabile ed
efficiente tra due processi in esecuzione su due host
– Affidabile: pacchetti persi o danneggiati vengono ritrasmessi
– Efficiente: ridurre la congestione nei nodi intermedi
● TCP fornisce l'illusione di un canale di comunicazione
(un “tubo”) che collega due processi
– I dati arrivano nello stesso ordine con cui sono spediti
– Vengono corretti eventuali problemi legati a pacchetti IP
persi o duplicati
Le reti di calcolatori 24TCP
P1
Processo Host
P2
P3
P6
P7
Internet
P8
P4
P5
Le reti di calcolatori 25Gli indirizzi IPv4
● Ogni nodo collegato alla rete si chiama host
– PC, smartphone, smart TV, router, ...
● Gli indirizzi IPv4 sono composti da 4 blocchi; ogni
blocco è un numero intero compreso tra 0 e 255
– Es. 130.136.1.104
– Quindi un indirizzo IPv4 può essere codificato con 32 bit,
suddivisi in 4 numeri di 8 bit
● Ciascun host collegato a Internet deve avere un
indirizzo IP
● Domanda: quanti indirizzi IPv4 distinti possono
esistere?
Le reti di calcolatori 26Risposta
● Al massimo
256 256 256 256 = 232 = 4 294 967 296
● In realtà sono di meno, perché certi intervalli di
indirizzi sono riservati
– Esempio: 10.x.x.x denota un indirizzo IPv4 privato, che non
può identificare un host raggiungibile dalla rete Internet
“pubblica”
Le reti di calcolatori 27Quale è il mio indirizzo IP?
● Usando Windows XP,
File → Programs → Accessories → Command
Prompt
● All'interno della finestra che si apre, digitare
ipconfig e premere “Invio”
Le reti di calcolatori 28Gli indirizzi IPv6
● Gli indirizzi IPv4 stanno per finire...
● Per tale ragione è stato sviluppato un nuovo protocollo
(IPv6) con un nuovo schema di numerazione
– Indirizzi di 16 byte = 128 bit
– Ci sono in tutto circa 31038 possibili indirizzi IPv6
– Vuol dire 71023 indirizzi IPv6 per metro quadro di superficie
terrestre, oceani inclusi!
Le reti di calcolatori 29I nomi di dominio
● Lavorare con i numeri può andare bene per i
calcolatori, meno per gli utenti umani
● Per questa ragione, al posto dei numeri si usano i
nomi di dominio
– Es.: www.cs.unibo.it corrisponde a 130.136.1.16
● Un nome di dominio è costituito da sequenze di
caratteri separati da punti
● I nomi vengono tradotti in numeri da server chiamati
Domain Name Server (DNS)
Le reti di calcolatori 30Tradurre nomi di dominio in indirizzi IP
● Si può usare il comando nslookup nome_host
– Esempio: A quale indirizzo IP corrisponde www.unibo.it ?
Le reti di calcolatori 31Banda e Latenza
● Banda
– Quantità di dati che possono essere trasferiti attraverso un
canale di comunicazione in una unità di tempo
– Si misura in B/s (KB/s, MB/s, GB/s...)
● Latenza
– Tempo che passa dall'invio di un dato alla sua ricezione
– Si misura in secondi (millisecondi, …)
● Esempio
Banda
512B/s
Latenza 2s
Le reti di calcolatori 41Esempio
● Spediamo una microSD da 1GB
(= 230 Byte = circa 1.000.000.000
di Byte) tramite piccione
viaggiatore
● Un piccione viaggiatore, con
buone condizioni meteo, riesce a
viaggiare alla velocità di 70km/h
● Calcolare la latenza e la banda
di un piccione viaggiatore che
consegna 1GB a 140km di
distanza
Le reti di calcolatori 42http://www.reuters.com/article/2009/09/09/us-safrica-pigeon-idUSTRE5885PM20090909
Le reti di calcolatori 43Domanda
Mittente Destinatario
● È dato un canale con
banda 1 MB/s (=1024
a
1024 B/s) e latenza 20
ms (=20 10-3s)
● Vogliamo trasferire 100 x
KB (=100 1024 B) b
● Quanto tempo passa
dall'inizio della
trasmissione alla
completa ricezione da
parte del destinatario (x)? Tempo
Le reti di calcolatori 45Il protocollo HTTP
● Hyper Text Transfer Protocol (HTTP)
– Nella pila di protocolli TCP/IP si colloca a livello applicazione
● Principalmente utilizzato dai browser per collegarsi ai
server Web e richiedere risorse
– Pagine HTML, immagini, video, file binari, …
● Caratteristiche:
– Protocollo client-server
● In HTTP esistono due ruoli: il client (di solito, il vostro browser) attiva
la connessione e invia le richieste. Il server accetta la connessione e
risponde alla richiesta
– Protocollo generico
● E' un protocollo di trasporto: puo' essere usato per richiedere pagine
HTML, file binari, immagini...
Le reti di calcolatori 46Client Server Web
(browser) www.unibo.it
Apertura di una connessione
TCP verso il processo server in
esecuzione su www.unibo.it
GET /index.html
index.html
GET /logo.png
GET /banner.png logo.png
banner.png
GET /photo.jpg
photo.jpg
Chiusura della connessione TCP
Le reti di calcolatori 47Posta Elettronica
(EMail)
● Consente di trasferire messaggi da un host ad un altro
– I messaggi possono includere testo, ma anche allegati di
qualsiasi tipo (suoni, immagini, filmati...)
Le reti di calcolatori 51La catena dell'invio / ricezione della
posta elettronica
Mittente Destinatario
pippo@abc.com pluto@xyz.com
Server di posta del Server di posta del
dominio abc.com dominio xyz.com
1 2 3
Protocollo Protocollo
Protocollo
SMTP POP
SMTP
oppure
IMAP
Le reti di calcolatori 53Simple Mail Transport Protocol
(SMTP)
● Protocollo utilizzato dal mittente per comunicare col
proprio server di posta in uscita, quando vuole spedire
un nuovo messaggio
Le reti di calcolatori 54HELO abc.com
SMTP
250 multivac.localdomain Hello localhost.localdomain [127.0.0.1], pleased to
meet you
MAIL FROM:
250 2.1.0 ... Sender ok
RCPT TO:
250 2.1.5 ... Recipient ok (will queue)
DATA
354 Enter mail, end with "." on a line by itself
From:
To:
Subject: Questa e' una prova
Questo e' il testo del messaggio.
Non c'e' molto da dire, in verita'...
A presto.
.
250 2.0.0 i0UHCm501849 Message accepted for delivery
QUIT
221 2.0.0 multivac.localdomain closing connection
Le reti di calcolatori 55Post Office Protocol (POP)
● È uno dei protocolli che il destinatario può utilizzare
per recuperare i messaggi
– I messaggi vengono trasferiti dal server di posta del
destinatario al PC del destinatario usando il protocollo POP
– Una volta sul PC del destinatario, i messaggi possono
essere letti da un apposito programma (Thunderbird,
Outlook, OSX Mail.app...)
● Tramite POP è possibile chiedere al server di posta di:
– Recuperare la posta e in seguito cancellarla dal server
– Recuperare la posta senza cancellarla
– Vedere se ci sono nuovi messaggi
Le reti di calcolatori 56Internet Message Access Protocol
(IMAP)
● È il protocollo che ha rimpiazzato POP per la lettura
dei messaggi
– Con IMAP è possibile chiedere al server di scaricare solo
alcuni messaggi, anziché tutti
– È possibile scaricare solo l'intestazione e il mittente di un
messaggio (evito così di trasferire il corpo di messaggi che
non mi interessano)
– IMAP consente di creare cartelle sul server di posta per
tenere ordinati i messaggi
Le reti di calcolatori 57Alcune tristi verità sulla posta elettronica
● A meno di non prendere opportune precauzioni
(crittografia, firma digitale)
– non possiamo essere sicuri dell'identità del mittente
– non possiamo essere sicuri che i messaggi vengano letti
solo dal destinatario
– non possiamo essere sicuri che i messaggi non siano stati
alterati durante il tragitto mittente → destinatario
● Quindi:
– Trattate ogni mail con sospetto
– MAI fornire dati sensibili via mail (esempio, password,
numeri di carta di credito, codice fiscale...)
Le reti di calcolatori 58Idee chiave
● Reti a commutazione di circuito vs reti a
commutazione di pacchetto
● Stack di protocolli
● Indirizzi IP
● HTTP, SMTP, POP, IMAP
● Banda e latenza
Le reti di calcolatori 59Puoi anche leggere
