Reti di computer: Esempi - Unito
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Reti di computer: Esempi
• Condivisione risorse:
Non è economico comprare 1 stampante laser (o uno scanner) per ogni
personal
• Condivisione di programmi e dati da parte di utenti
Base di dati a cui molti utenti (da diversi computer) posso accedere:
sistema di prenotazioni e assegnamento posti
di una compagnia aerea
sistema informativo di una banca
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1Reti di computer: Esempi
• Comunicazione tra utenti in locazioni fisiche differenti
(scambio di messaggi e dati)
– comunicazioni in ambito di ricerca
– utilizzo di basi di dati in locazioni remote
– lavoro cooperativo
– possibilità di svolgere attività di lavoro a casa (tele-lavoro)
– accesso a informazioni di varia natura
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2Reti di computer
• È possibile identificare due tipologie di reti di computer
– reti locali che collegano elaboratori vicini tra di loro
– reti geografiche che collegano elaboratori in località remote
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3Le reti di computer: hardware
• Per avere una rete è indispensabile il collegamento fisico tra
diversi computer
– Meccanismi in grado di trasmettere informazioni (canali di comunicazione)
• cavi elettrici
• cavi a fibre ottiche
• linee telefoniche
• trasmissioni via satellite
– Meccanismi in grado connettere i computer con i vari canali di
comunicazione
• interfacce
• modem
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4Le reti di computer: il software
• Sono inoltre necessari meccanismi software per permettere ai
vari computer di dialogare e di gestire la comunicazione
– protocolli (convenzioni) di comunicazione
– invio e ricezione di messaggi
– meccanismi di indirizzamento
– spedizione sulle connessioni opportune
– verifica correttezza dei messaggi durante la trasmissione
– protezione dei messaggi (per evitare intercettazione)
– ottimizzazione della comunicazione
– gestione del traffico sulla rete
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5Introduzione
Obiettivo: Sommario:
• Introduzione alle reti di • Cos’è Internet
telecomunicazioni • Cos’è un protocollo?
• approccio: • network edge
– descrittivo
• network core
– uso di Internet come
esempio • Reti di accesso, mezzi trasmissivi
• Protocolli a livelli
• backbones, NAP, ISP
• storia
1: Introduzione
6Cos’è Internet?
router workstation
• Milioni di dispositivi di calcolo
tra loro interconnessi: host, server
end-systems mobile
– Pc, workstation, server
ISP locale
– PDA’s phones, toasters
Che eseguono applicazioni di
rete ISP regionale
• Canali di comunicazione
– fibra, rame, radio, satellite
• Router: instradano pacchetti
di dati attraverso la rete
Rete
aziendale
1: Introduzione
7Cos’è Internet?
router
• protocolli: controllano la workstation
spedizione e la ricezione di server
messaggi mobile
– e.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP
ISP locale
• Internet: “rete di reti”
– Debolmente gerarchica
– Internet pubblica vs intranet ISP regionale
private
• Standard di Internet
– RFC: Request for comments
– IETF: Internet Engineering Task
Force
Rete
aziendale
1: Introduzione
8Cos’è Internet: accento sui servizi
• Infrastruttura di
comunicazione che consente ad
applicazioni distribuite lo
scambio di dati:
– WWW, email, giochi, e-commerce,
database, file (MP3) sharing
• Servizi di comunicazione
forniti:
– connectionless
– connection-oriented
1: Introduzione
9Cos’è un protocollo?
Protocolli umani: Protocolli di rete:
• “Che ora è?” • macchine invece di esseri
• “Ho una domanda” umani
• Presentazioni… • Tutte le attività di
comunicazione in Internet
sono governate da
… messaggi specifici vengono protocolli
spediti I protocolli definiscono formato e
… azioni specifiche sono ordine dei messaggi spediti e
compiute quando i ricevuti tra entità della rete, e le
azioni da compiere in seguito alla
messaggi sono ricevuti, o
ricezione e/o trasmissione dei
in seguito ad altri eventi messaggi o di altri eventi
1: Introduzione
10Cos’è un protocollo?
Un protocollo umano e un protocollo di reti di computer:
Ciao TCP connection
request
Ciao
TCP connection
Hai l’ora? reply.
Get http://www.di.unito.it/index.htm
2:00
tempo
Domanda: Altri protocolli umani?
1: Introduzione
11Struttura della rete:
• network edge: applicazioni
ed host
• network core:
– router
– rete di reti
• reti di accesso, mezzi
trasmissivi: canali di
comunicazione
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12La edge network:
• end systems (host):
– Eseguono programmi applicativi
– e.g., WWW, email
– al “bordo della rete”
• modello client/server
– il client richiede, riceve servizio dal
server
– e.g., WWW client (browser)/ server;
email client/server
• modello peer-peer:
– interazione tra host simmetrica
– e.g.: Gnutella, KaZaA
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13La edge Network: servizi connection-oriented
Obiettivo: trasferimento Servizio TCP [RFC 793]
dati tra host
• Trasferimento affidabile ed
• handshaking: fase di ordinato di byte di un flusso
preparazione antecedente
dati
al trasferimento dati
– perdite: conferma di ricezione
– Ciao – Ciao nel protocollo
umano (acknowledgement) e ri-
trasmissione
– Stabilire uno “stato” nei due
host comunicanti • Controllo di flusso
• TCP - Transmission Control – Il mittente non sovraccaricherà il
Protocol ricevitore
– Servizio di scambio dati di • Controllo di congestione:
tipo connection-oriented di
Internet – I mittenti diminuiscono la loro
velocità di spedizione quando la
rete si congestiona
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14La edge Network: servizi connectionless
Obiettivo: trasferimento dati Applicazioni che usano
tra host TCP:
– Esattamente lo stesso!
• HTTP (WWW), FTP
• UDP - User Datagram (trasferimento file), Telnet
Protocol [RFC 768]: Servizio (login remoto), SMTP
connectionless di Internet (email)
– Senza handshaking
– Trasferimento dati non-
affidabile Applicazioni che usano
– senza controllo di flusso
UDP:
– senza controllo congestione • streaming media,
teleconferencing, Internet
telephony
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15La Core Network
• Maglia di router interconnessi
• Domanda fondamentale: come
vengono trasferiti i dati
attraverso la rete?
– Commutazione di pacchetto: i dati
sono spediti attraverso la rete in
quantità discrete chiamate
pacchetti
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16La core Network: commutazione di pacchetto
10 Mbs
A Ethernet C
1.5 Mbs
B
Coda di pacchetti 45 Mbs
in attesa del canale
di uscita
D E
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17La Core Network: commutazione di Pacchetto
Ogni flusso dati end-end diviso in Contesa delle risorse:
pacchetti • La richiesta aggregata di
• I pacchetti degli utenti A e B risorse può eccedere
condividono risorse di rete l’ammontare disponibile
• Ogni pacchetto usa tutta la • congestione: i pacchetti si
larghezza di banda del canale accodano ed attendono l’uso
• Risorse usate quando sono del canale
necessarie • store and forward:
pacchetti ricevuti
interamente prima di essere
spediti
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18Reti a commutazione di pacchetto: routing
• Obiettivo: spostare pacchetti tra router, dal host sorgente all’
host destinatario
• Reti datagram:
– L’indirizzo destinazione determina il prossimo passo
– Le strade (route) possono variare durante le sessioni
– I router NON mantengono informazioni sullo stato delle connessioni
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19Reti di accesso e mezzi trasmissivi
Domanda: come si connettono gli
host agli edge router?
• Reti di accesso residenziale
(da casa)
• Reti di accesso istituzionali
(scuole, università, aziende)
• Reti di accesso mobili
Caratteristiche:
• Larghezza di banda (bit al
secondo) delle reti di
accesso
• Condivise o dedicate?
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20Accesso Residenziale: accesso point to point
• Connessione telefonica via modem
– Fino a 56Kbps di accesso diretto ad un
router (in teoria)
• ISDN: integrated services digital
network: connessione completamente
digitale a 128Kbps verso un router
• ADSL: asymmetric digital subscriber
line
– Fino a 1 Mbps casa-router
– Fino a 8 Mbps router-casa
– Diffusione ADSL: in corso
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21Rete telefonica
• Originariamente progettata e realizzata per la
trasmissione della voce (cioè di suoni)
• Può essere sfruttata anche per trasmettere dati da un
terminale ad un calcolatore o tra elaboratori.
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22Rete telefonica
Centrali di
commutazione
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23Come funziona le rete telefonica
• L’apparato fonico di un uomo (polmoni, corde vocali,
bocca,…) produce nell’aria un’onda di pressione acustica
• Il microfono della cornetta converte quel segnale in un
segnale elettrico che ha esattamente la stessa forma
MA QUESTO LO SAPETE GIÀ
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24Come funziona le rete telefonica
Segnale
Tempo
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25Come funziona le rete telefonica
• Il segnale elettrico viaggia sul doppino telefonico
(coppia di di fili) ed arriva all’apparecchio del ricevente
• L’altoparlante della cornetta del ricevente esegue
l’inverso del microfono del trasmettente convertendo il
segnale elettrico in un’onda acustica ANALOGA a quella
che aveva colpito il microfono.
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26Il modem
• La rete telefonica trasmette suoni
• Un calcolatore vuole trasmettere informazioni
codificate usando un opportuno numero di bit
• Ci vuole un dispositivo che esegue la conversione da bit
a “fischio”
• MOdulatore-DEModulatore
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27Il modem
• Se si deve trasmettere un bit che vale 1 allora il modem fischia una
certa nota lungo la linea telefonica altrimenti se deve trasmettere
uno 0 fischia una nota differente
• Chiaramente, il ricevitore deve avere un modem che esegue il lavoro
opposto: se sente un fischio con una la nota associata al bit uguale a
0 allora trasmette al computer un bit 0 altrimenti nell’altro caso
trasmette un 1
Dal chiamato Dal chiamato
al chiamante al chiamante
1
0
1
0
Dal chiamante
Dal chiamante al chiamato
al chiamato
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28Rete telefonica
MODEM
MODEM
PC
Internet Service
Provider (ISP)
Centrali di
commutazione
MODEM
PC
MODEM
PC
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29Difetti e pregi della rete telefonica
• Trasmette solo nel campo delle frequenze che vanno da 400
a 3.400 Hertz (4KHz è considerata la frequenza massima
della voce umana)
• Il numero di bit al secondo che si riesce a trasmettere è, nei
casi migliori, dell’ordine di 30.000 bit/s (3000 caratteri al
secondo)
• I tempi per stabilire una connessione sono lunghissimi
(qualche secondo) se comparati a quelli di un calcolatore
• La rete telefonica è molto disturbata per la trasmissione
dati quindi spesso si deve ritrasmettere i dati
• Diffusa capillarmente su tutta la Terra
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30Interazione tra processore, cache, memorie e
dispositivi di I/O e modem
PROCESSORE linea telefonica
UC ALU
CLOCK L1 HARD DISK MONITOR MODEM
L2 CONTROLLER CONTROLLER CONTROLLER
BUS CONTROLLER CONTROLLER
MEMORIA CENTRALE LETTORE
TASTIERA
CD_ROM
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31Accesso Residenziale: cable modems
• HFC: hybrid fiber coax
– asimmetrico: fino a 10Mbps router-casa, 1 Mbps casa-
router
• rete di cavi and fibre connettono abitazioni ai router di
ISP
– Accesso condiviso tra le abitazioni al router
– problemi: congestione, dimensionamento
• diffusione: disponibile, in USA, dalle compagnie di TV via
cavo
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32Accesso Istituzionale: local area networks
• La local area network (LAN) di
aziende, università, connette
host ad un edge router
• Ethernet:
– Cavo condiviso o dedicato
connette gli host ed il router
– 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit
Ethernet
– ogni host deve avere una scheda
di rete (dispositivo connesso al
bus di sistema e al cavo
condiviso)
• diffusione: istituzioni, LAN
casalinghe, attuale
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33Reti di accesso Wireless
• Una rete condivisa di
accesso wireless connette
host a router
router
• wireless LAN:
– Spettro radio sostituisce il
cavo stazione
– e.g., Lucent Wavelan 11 Mbps base
• Accessi wireless in area
geografica
– Cellular Digital Packet Data
(CDPD): accesso wireless al
router di un ISP attraverso la host
rete cellulare
mobili
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34Mezzi trasmissivi
Twisted Pair (TP)
• Canali fisici: bit di dati
trasmessi si propagano • Due cavi di rame isolati ed
lungo il canale intrecciati
– Categoria 3: doppino
• Mezzi guidati: telefonico, 10 Mbps Ethernet
– segnali si propagano in mezzi – Categoria 5 TP: 100Mbps
solidi: rame, fibra Ethernet
• Mezzi non guidati:
– Segnali si propagano
liberamente, e.g., radio
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35Mezzi trasmissivi: cavi coassiali, fibra
Cavo coassiale: Cavo in fibra ottica:
• Conduttore rame (portante • Fibra di vetro che trasporta
segnale) impulsi ottici
• Strato di plastica isola il • Operazioni ad alta velocità:
conduttore da uno schermo di – 100Mbps Ethernet
metallo intrecciato (per
– Alta velocità di trasmissione
bloccare interferenze esterne)
punto-punto (e.g., 5 Gps)
• bi-direzionale
• Bassa probabilità di errore
• Uso tipico per 10Mbs Ethernet
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36Mezzi trasmissivi: radio
• Segnale trasportato nello Tipi di canali radio:
spettro elettromagnetico • microonde
• Nessun cavo fisico – e.g. fino a 45 Mbps
• bi-direzionale • LAN (e.g., WaveLAN)
• Effetti dell’ambiente sulla – 2Mbps, 11Mbps
propagazione: • Area geografica (e.g.,
– riflessione cellulare)
– ostruzione (oggetti ostacolo) – e.g. CDPD, 10 Kbps
– interferenza • satellite
– fino a 50Mbps
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37Reti residenziali: il futuro?
Componenti tipiche:
• Modem ADSL o per cavo
• router/firewall
• Ethernet
• Punto di accesso wireless
portatile
da / verso wireless
cable cable router/
headend modem firewall
Punto
di accesso
Ethernet wireless
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38Struttura di Internet: rete di reti
• a grandi linee gerarchica
• national/international backbone
ISP
providers (NBP)
locali
– e.g. BBN/GTE, Sprint, AT&T, IBM,
UUNet ISP regionali
– si inter-connettono direttamente, o NBP B
tramite Network Access Point
(NAP)
NAP NAP
• ISP regionali
– connettono ai NBP NBP A
• ISP locali, privati, istituzioni ISP regionali
– connettono agli ISP regionali ISP
locali
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39Applicazioni e protocolli a livello applicazione
Applicazione: processi distribuiti
comunicanti
– vengono eseguiti sugli host di rete
come processi utente
– scambio di messaggi per
implementare l’applicazione
– e.g., email, ftp, Web
Protocolli a livello Applicazione
– una parte di un’applicazione
– definiscono i messaggi scambiati
dall’applicazione e le azioni
intraprese
– Usano i servizi di comunicazione
forniti da protocolli a livello
sottostante (TCP, UDP)
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40Applicazioni di rete: terminologia
Processo: programma in • user agent: processo
esecuzione in un host. software, che si interfaccia
con l’utente “verso l’alto” e con
• processi in esecuzione su la rete “verso il basso”.
host diversi (distanti)
– implementa il protocollo a
comunicano con un protocollo livello applicazione
a livello applicazione
– Web: browser
– E-mail: mail reader
– streaming audio/video: media
player
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41Paradigma Client-server
Una tipica applicazione di rete si
applicaz.
compone di due parti: client e
server
Client:
request
• Avvia il contatto con il server
(“parla per primo”)
• Solitamente, richiede un servizio al
server
reply
• Web: il client è implementato nel
browser; e-mail: in mail reader applicaz.
Server:
• Fornisce il servizio richiesto al client
• e.g., il Web server spedisce la pagina Web
richiesta, il mail server recapita l’e-mail
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42Di quale servizio di trasporto necessita
un’applicazione?
Perdita di dati Larghezza di banda
• Alcune applicazioni (e.g., audio) • Alcune applicazioni (e.g.,
possono tollerare perdite multimediali) richiedono un
• Altre applicazioni (e.g., ammontare minimo di
trasferimento file, telnet) larghezza di banda per essere
richiedono un trasferimento “efficaci”
dati affidabile al 100% • Altre applicazioni
(“applicazioni elastiche”) fanno
Time-sensitive uso di qualunque larghezza di
• Alcune applicazioni (e.g., banda riescono ad ottenere
telefonia su Internet,
giochi interattivi)
richiedono piccoli ritardi
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43Requisiti del servizio di Trasporto di
applicazioni comuni
Larghezza di
Applicazione Perdite dati banda Time Sensitive
trasferimento file senza elastica no
e-mail senza elastica no
documenti Web tollerante elastica no
real-time audio/video tollerante audio: 5Kb-1Mb si, alcuni 100 msec
video:10Kb-5Mb
stored audio/video tollerante come sopra si, pochi secs
giochi interattivi tollerante alcuni Kbps si, alcuni 100 msec
applicazioni finanziarie senza elastica si e no
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44Servizi di trasporto in Internet
Servizio TCP: Servizio UDP:
• connection-oriented: fase iniziale • trasferimento dati non
di “setup” necessaria tra client e affidabile tra processo
server mittente e processo
• trasporto affidabile tra processo destinatario
mittente e destinatario
• non fornisce: setup della
• controllo di flusso: il mittente connessione, affidabilità,
non sovraccaricherà il ricevitore
controllo di flusso,
• controllo di congestione: controllo di congestione,
regolazione della velocità del tempi o larghezza di
mittente quando la rete è banda garantiti
sovraccarica
• non fornisce: tempi, garanzie su
larghezza di banda minima Domanda: perché mai esiste
UDP?
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45Applicazioni Internet: protocolli a livello
applicazione e trasporto
Protocollo a livello Protocollo a livello
Applicazione applicazione trasporto sottostante
e-mail smtp [RFC 821] TCP
accesso a terminale remoto telnet [RFC 854] TCP
Web http [RFC 2068] TCP
trasferimento file ftp [RFC 959] TCP
streaming multimedia proprietario TCP or UDP
(e.g. RealNetworks)
file server remoto NSF TCP or UDP
telefonia su Internet proprietario solitamente UDP
(e.g., Vocaltec)
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46Il Web: il protocollo http
http: hypertext transfer
protocol htt
pr
• Protocollo a livello applicazione eq u
PC che esegue ht est
per il Web tp
Explorer res
pon
• Modello client/server se
– client: il browser che richiede,
riceve e mostra oggetti Web st
re que Server
– server: Web server che p n se
htt spo che esegue
spedisce oggetti in risposta re
ad una richiesta h ttp NCSA Web server
• http1.0: RFC 1945
• http1.1: RFC 2068-2616 Mac che esegue
Navigator
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47Il WEB: terminologia
• pagina WEB (documento): collezione di oggetti
• oggetto: un file (HTML, JPEG, …)
• file HTML base: con direttive e riferimenti ad altri
oggetti
• URL (Uniform Resource Locator): meccanismo di
identificazione risorse. Si compone del nome del host
sul quale risiede l’oggetto e il path-name dell’oggetto
– www.di.unito.it/various/presentation_en.html
nome host path-name
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48Protocolli a livello applicazione
domanda: come fa un processo ad identificare l’altro processo
con il quale vuole comunicare?
– “numero di porta” – permette all’ host che riceve di determinare a quale
dei processi che sta eseguendo (locali) debba essere recapitato il
messaggio
– Indirizzo IP dell’ host sul quale è in esecuzione l’altro processo
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49Indirizzi IP: introduzione
• indirizzo IP: 223.1.1.1
identificatore di 32-bit 223.1.2.1
per l’interfaccia di rete di 223.1.1.2
host e router 223.1.1.4 223.1.2.9
• interfaccia di rete: 223.1.2.2
223.1.1.3 223.1.3.27
connessione tra host,
router ed il canale fisico
– i router, tipicamente hanno
interfacce multiple 223.1.3.1 223.1.3.2
– gli host possono avere
interfacce multiple
– gli indirizzi IP sono associati
alle interfacce e NON agli
host o ai router 223.1.1.1 = 11011111 00000001 00000001 00000001
223 1 1 1
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50Indirizzi IP
• indirizzo IP: 223.1.1.1
– parte rete (bit più a sinistra) 223.1.2.1
223.1.1.2
– parte host (bit più a destra)
223.1.1.4 223.1.2.9
• Cos’è una rete ? (dal punto di
vista dell’indirizzo IP) 223.1.3.27
223.1.2.2
223.1.1.3
– dispositivi d’interfaccia con la
stessa parte rete
dell’indirizzo IP
– possono fisicamente 223.1.3.1 223.1.3.2
raggiungere l’un l’altra senza
l’intervento di router
rete di 3 reti IP
(per gli indirizzi IP che iniziano con 223,
i primi 24 bit sono l’indirizzo della rete)
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51DNS: Domain Name System
Persone: molti identificativi: Domain Name System:
– # CF, nome, # passaporto • database distribuito
Host e router in Internet: implementato con una
gerarchia di name server
– indirizzo IP (32 bit) – usato per
indirizzare i pacchetti • protocollo di livello
– “nome”, e.g., pianeta.di.unito.it – applicazione host, router, e
usato dagli esseri umani name servers comunicano per
risolvere nomi (traduzione
Domanda: corrispondenza tra indirizzo/nome)
indirizzo IP e nome ?
– nota: funzione chiave in
Internet, implementata come
protocollo a livello
applicazione
– complessità nella edge
network
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