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Reti(già “Reti diCalcolatori”)
Architetture ProtocollariStoria eStruttura diInternet
RenatoLoCigno
http://disi.unitn.it/locigno/index.php/teaching-duties/computer-networks
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Copyright
Quest’operaèprotettadallalicenza:
CreativeCommonsAttribuzione-Noncommerciale-Nonoperederivate2.5ItaliaLicense
Peridettagli,consultarehttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/it/
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia 2
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ArchitetturaProtocollare
• Insiemedeiprotocolliedellelorointer-relazionichedefinisconounaarchitetturalogicaefisicadicomunicazione
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia
Entità A3 Entità B3PROTOCOLLO3
Entità A2 Entità B2PROTOCOLLO2
Entità A1 Entità B1PROTOCOLLO1
FLUSSODIINFORMAZIONI
stack
3
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Architetture:modelloastrati
• Un’architetturadiretedefinisce:– ilprocessodicomunicazione– lerelazionitraentitàcoinvoltenellacomunicazione– lefunzioninecessarieperlacomunicazione
• Siusanoarchitetturestratificate– semplicitàdiprogetto– raggruppamentoinstrati(olivelli) difunzionisimiliperlogicaotecnologia
– gerarchiatrastrati
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Architetture:Origini
• L’ideadiunaarchitetturamodulareestratificataèsimileaiprincipidisviluppomodularedelcodice– Pezziriutilizzabili– Libreriesenzadipendenzeesterne– Costruzione“funzionale”deiservizi
• Unaentitàdiuncertostratocostruiscelepropriefunzionisullabasedellefunzionidellostratosottostanteenoninbaseacomequestefunzionisonorealizzate
• Esistonomoltearchitettureprotocollaridiverse:– ISO/OSI– TCP/IP– ISDN– B-ISDN– ...
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Architetture:qualistudiare?
• PanoramicasulmodelloastrattoISO/OSI– acquisireconcettidibase– avereunriferimentoastrattosucuimappareidiversimodellidelleretireali
– imparareunaterminologiaprecisaacuiriferirsi
• TCP/IPinquantoarchitetturadiInternet– Saràilnostroriferimentopertuttoilcorso
• Unaveloce“occhiata”amodellialternativi
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mezzitrasmissivi
Sistema1Sistema2
Sisteman
Sistema3
Architetturedirete
• Inastratto,unareteècompostadisistemi (terminali,nodi…)collegatitralorodamezzitrasmissivi
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia
Sistemaj
ISO/OSI
7
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SistemaA SistemaBstratopiùelevato
sottosistemaStratoN+1StratoNStratoN-1
stratoinferiore mezzitrasmissivi
Stratiolivelli
• Ognisistemaècompostodasottosistemi• Ognisottosistemarealizzalefunzionipropriediunostratotramite
delleentità
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia
(N)- entità
8
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Stratificazione
• Ognistrato(olivello)– fornisceserviziallostratosuperiore– usando
• iservizidellostratoinferiore• lepropriefunzioni
• Identificabili:– fornitoridiservizio– utentidelservizio– puntidiaccessoalservizio:SAP(ServiceAccessPoint)
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(N+1)- strato
(N)- strato(N)- servizio
usa
fornisce
Servizi
• GliutentidellostratoN sonole(N+1)-entità• (N+1)-entitàcooperanoecomunicanousando(N)-servizi• Gli(N)-servizisonofornitidagli(N)-fornitoridiservizio
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia 10
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(N)- servizio
mezzi trasmissivi
N+1
N
N+1
N(N)- fornitorediservizio
Black-Boxperle(N+1)- entità
Servizi
• UnostratoN+1percepisceglistratiinferiorisoloinquantofornitoridiun(N)-servizio
• TuttiglistratidaN ingiùsonouna“black box”perle(N+1)-entità
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ServiceAccessPoint
• Un(N)-servizioèoffertoaduna(N+1)-entità attraversounainterfacciadiprogrammazionechechiamiamopuntodiaccessoalservizioo(ServiceAccessPoint- SAP)
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia
(N+1)- entità
(N)- entità
(N)- SAP
(N+1)- strato
(N)- strato
(N)- entità
12
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Protocolli
• Loscambiodiinformazionitraentitàomologhedisistemidiversiavvieneconunprotocollo
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia
ISO/OSI
Sistema A
(N+1)- protocollo
(N)- protocollo
(N+1)- entità
(N)- entità
(N+1)- entità
(N)- entità
SistemaB
13
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SistemaASistemaBSistemaCSistemaD
mezzitrasmissivi
percorsodelleinformazioni
Trasferimentoinformazioni
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CreazionePDU
• InunsistemaconM strati,idatiutentesonounaM-SDUericevonounaM-PCI,performareunaM-PDU
• OgnistratoinferioretrattalaPDUdellostratosuperiorecomeuna“bustachiusa”acuiaggiungeresoloun’intestazione
• NelpassaggiodaunN-strato adun(N-1)-strato,laN-PDUdiventauna(N-1)-SDUeacquisisceuna(N-1)-PCI(un’intestazione,coninformazionidi“lavoro”dellostrato)
• Nominalmente,primadellatrasmissione,idatiricevonotanteintestazioniquantisonoglistratiattraversatinelsistema
• Inricezione,avvieneilprocessoinverso
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia 15
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(N)- strato
interfaccia
(N-1)- strato
(N-1)- SDU
(N-1)- PCI (N-1)- SDU
(N-1)- PDU
SAP
(N)- PDU
CreazionePDU
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia 16
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CreazionePDU
• Distratoinstrato,laPDUacquisisceintestazioni(aggiunteintestaeincoda)
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia
DatiutenteN-PCI(N-1)-PCI
(N-2)-PCI…1-PCI
17
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CreazionePDU
• Sulleunitàdatiesistelapossibilitàdi– segmentazione– concatenazione
• Lasegmentazionepuòavveniresiacostruendopiù(N)- PDUdauna(N)- SDU,siagenerandopiù(N-1)- SDUdauna(N)- PDU
• Analogamenteperlaconcatenazione
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia 18
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ApplicazionePresentazioneSessioneTrasportoReteCollegamentoFisico
RicevitoreTrasmettitore
ApplicazionePresentazioneSessioneTrasportoReteCollegamentoFisico
datiAPCIASDU
PPCIPSDUSPCISSDU
TPCITSDUNPCINSDU
DLPCIDLSDUbitosimboli
Trasferimentoinformazioni
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ModellodiriferimentoISO/OSI
• (OpenSystemInterconnection)èrecepitoneiseguentistandard
– ISOIS7498
– CCITTX.200
• IprincipifondamentalidefinitidalmodellodiriferimentoOSIsonooggiuniversalmenteaccettati
• CiònonsignificachetuttelearchitetturediprotocollisianoconformialmodelloOSI...
– ...anzipraticamentenonsiusadanessunaparte
– ...eperquestohaunelevatovalorecomeriferimentoeconfronto
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia 20
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Applicazione
Presentazione
Sessione
Trasporto
Rete
Collegamento
Fisico
7
6
5
4
3
2
1
OpenSystemInterconnection(OSI)
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia
Application
Presentation
Session
Trasport
Network
DataLink
Physical
7
6
5
4
3
2
1
21
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InternetProtocolSuite
OSIedInternet
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia
Applicazione
Presentazione
Sessione
Trasporto
Rete
Collegamento
Fisico
OSI
NFS
XDR
RPC,webRTC
Telnet,ftp
http
SMTP,pop,icmp
SNMP
TCPeUDP;SCTP&more
IPARPeRARP
ICMP Protocollidirouting
Nonspecificati
22
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applicazione
presentazione
sessione
trasporto
rete
collegamento
fisico
mezzitrasmissivi
Protocollodiapplicazione
Protocollodipresentazione
Protocollodisessione
Protocolloditrasporto
Protocollodirete
Protocollodicollegamento
Protocollodistratofisico
applicazione
presentazione
sessione
trasporto
rete
collegamento
fisico
SettistratiOSI
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia 23
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ApplicazionePresentazioneSessioneTrasportoReteCollegamentoFisico
ApplicazionePresentazioneSessioneTrasportoReteCollegamentoFisico
• sistemiterminali• sistemidiinterconnessione(relay)
SISTEMAA RELAYSYSTEM SISTEMAB
Rete
mezzitrasmissivi
Sistemi
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia
Colleg.Fisico
24
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Strato1:fisico
• Physcal layer:
– fornisceimezzimeccanici,fisici,funzionalieproceduraliperattivare,mantenereedisattivareleconnessionifisiche
– hailcompitodieffettuareiltrasferimentodellecifrebinariescambiatedalleentitàdistratodicollegamento
– leunitàdatisonobitosimboli
– definizionedicodifichedilinea,connettori,livelliditensione
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia 25
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Strato2:collegamento
• Datalinklayer
– fornisceimezzifunzionalieproceduraliperiltrasferimentodelleunitàdatitraentitàdistratoreteeperfronteggiaremalfunzionamentidellostratofisico
– funzionifondamentali:
• rivelazioneerecuperodeglierroriditrasmissione
• controllodiflusso
• delimitazionedelleunitàdati
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia 26
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Strato3:rete
• Networklayer
– fornisceimezziperinstaurare,mantenereeabbattereleconnessionidiretetraentitàdistratotrasporto
– funzionifondamentali:
• instradamento
• controllodiflussoecongestione
• tariffazione
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Strato4:trasporto
• Transport layer
– colmalecarenzediqualitàdiserviziodelleconnessionidistratorete
– funzionifondamentali:
• controllod’errore
• controllodisequenza
• controllodiflusso
– eseguemultiplazioneedemultiplazione diconnessioni
– Eseguelasegmentazionedeidatiinpacchettielalororicomposizioneadestinazione
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Strato5:sessione
• Session layer
– assicuraalleentitàdipresentazioneunaconnessionedisessione
– organizzailcolloquiotraleentitàdipresentazione
– strutturaesincronizzaloscambiodidatiinmododapoterlosospendere,riprendereeterminareordinatamente
– mascheraleinterruzionidelserviziotrasporto
– Spessointegratonellefunzionideilivellisuperiori
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia 29
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Strato6:presentazione
• Presentation layer
– risolveiproblemidicompatibilitàperquantoriguardalarappresentazionedeidatidatrasferire
– risolveiproblemirelativiallatrasformazionedellasintassideidati
– puòfornireservizidicifraturadelleinformazioni
– Spessointegratonellefunzionidellivellosuperiore
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia 30
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Strato7:applicazione
• Application layer
– fornisceaiprocessiapplicativiimezziperaccedereall’ambientedicomunicazione
• Esempidiservizio– trasferimentodifile– terminalevirtuale– postaelettronica,chat– telefonia,videoconferenza– telelavoro– Social“whatever”– ...
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia 31
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Pila di protocolli Internet(TCP/IP)
• applicazione: disupporto alle applicazioni direte– FTP,SMTP,HTTP,...
• trasporto: trasferimento dei messaggi tra sistemiterminali– TCP,UDP
• rete: instradamento dei pacchetti dalla sorgentealla destinazione– IPv4,IPv6
• link(collegamento): consegna dei pacchetti trahost(inclusi router)– PPP,Ethernet,...
• fisico: trasferimento dei singoli bit
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia
applicazione
trasporto
rete
link
fisico
32
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q presentazione: consentealleapplicazionidiinterpretareilsignificatodeidati(es.cifratura,compressione,convenzionispecifichedellamacchina)
q sessione: sincronizzazione,controllo,recuperodeidati
q LapilaInternetèprivadiquestiduelivelli!v questiservizi,senecessario, possono
essereimplementatinelleapplicazionionellivelloapplicativo
v sononecessari?
applicazione
presentazione
sessione
trasporto
rete
collegamento
fisico
Internet:livelli mancanti
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia 33
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destinazione
Applicazionetrasporto
Retecollegamento
fisico
ReteCollegamento
fisico
Collegamentofisico
router
switch(commutatore)
Incapsulamento
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia
messaggiosegmento
datagram
frame
origine
Applicazione
trasportoRete
collegamentofisico
Hl
Hn
MM
MMM
HA
Ht HA
Ht HA
Hn HAHt
Hl
Hn
MM
MMM
HA
Ht HA
Ht HA
Hn HAHt
Hl
Hn MM
Ht HA
Hn HAHtHl
Hn MM
Ht HA
Hn HAHt
Hl MHn HAHtHl MHn HAHt
34
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Struttura diInternet:laretedelle reti
• fondamentalmente gerarchica• alcentro:“ISPdilivello 1” (es.:Verizon,Sprint,AT&T,
Cable&Wireless),copertura nazionale/internazionale– Comunicano tra diloro come“pari”
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia
ISP di livello 1
ISP di livello 1
ISP di livello 1
Gli ISPdilivello 1sonodirettamente connessiaciascuno degli altriISPdilivello 1
36
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Struttura diInternet:laretedelle reti
• ISPdilivello 2:ISPpiù piccoli (nazionali odistrettuali)– Sipuò connettere soloalalcuni ISPdilivello 1,epossibilmente adaltri ISPdi
livello 2
ISP di livello 1
ISP di livello 1
ISP di livello 1
ISP di livello 2ISP di livello 2
ISP di livello 2 ISP di livello 2
ISP di livello 2
UnISPdilivello 2paga gli ISPdilivello 1che gliforniscono laconnettività perilresto della rete
UnISPdilivello 2è cliente diunISPdilivello 1
Quando dueISPsono direttamenteinterconnessivengono detti parigrado (peer)
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia 37
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StrutturadiInternet:laretedellereti
• ISPdilivello3eISPlocali(ISPdiaccesso)– Reti“ultimosalto”(lasthopnetwork),lepiùvicineaisistemiterminali
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia
ISP di livello 1
ISP di livello 1
ISP di livello 1
ISP di livello 2ISP di livello 2
ISP di livello 2 ISP di livello 2
ISP di livello 2
ISPlocaleISP
localeISP
locale
ISPlocale
ISPlocale ISP
di livello 3
ISPlocale
ISPlocale
ISPlocale
ISPlocaliedilivello3sonoclienti degliISPdilivellosuperiorechelicolleganoall’interaInternet
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percorso dei pacchetti
• unpacchetto passa attraverso moltedi reti!• larotta diandata eritorno nonsono sempre uguali
ISP di livello 1
ISP di livello 1
ISP di livello 1
ISP di livello 2ISP di livello 2
ISP di livello 2 ISP di livello 2
ISP di livello 2
ISPlocaleISP
localeISP
locale
ISPlocale ISP
di livello 3
ISPlocale
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia 39
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Collegamentiintercontinentali
http://submarine-cable-map-2016.telegeography.com
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia 40
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Struttura diInternet- NSFnet
http://www.nthelp.com/maps.htm
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia 41
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Struttura diInternet- GEANT
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia 42
http://www.geant.net
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Struttura diInternet- GARR
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia 43
http://www.garr.it/rete/infrastruttura-di-rete/mappa-della-rete
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Storia di Internet
• 1961: Kleinrock - lateoria delle codedimostra l’efficacia dell’approccio acommutazione dipacchetto
• 1964: Baran - uso della commutazione dipacchetto nelle reti militari• 1967: il progetto ARPAnet viene concepito dall’Advanced ResearchProjectsAgency• 1969: primonodo operativo ARPAnet
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia
• 1972:– dimostrazione pubblica diARPAnet– NCP(NetworkControlProtocol),primo
protocollo tra nodi– Primoprogramma diposta elettronica– ARPAnet ha15nodi
1961-1972:sviluppo della commutazione dipacchetto
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Storia di Internet
• 1970: retesatellitare ALOHAnet che collegaleuniversità delle Hawaii
• 1974: CerfeKahn- architettura perl’interconnessione delle reti
• 1976: Ethernetallo XeroxPARC• Fineanni ‘70: architetture proprietarie:
DECnet,SNA,XNA• Fineanni ‘70: commutazione dipacchetti:
ATMante-litteram• 1979: ARPAnet ha200nodi
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia
Lelinee guida diCerfeKahnsull’internetworking:
– minimalismo,autonomia -percollegare levarie retinonoccorrono cambiamentiinterni
– modello diservizio besteffort
– routerstateless– controllo decentralizzato
definiscono l’attuale architettura diInternet
1972-1980:Internetworkingereti proprietarie
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StoriadiInternet
• 1983: rilasciodiTCP/IP• 1982: definizionedelprotocollosmtp
perlapostaelettronica• 1983: definizionedelDNSperla
traduzionedegliindirizziIP• 1985: definizionedelprotocolloftp• 1988: controllodellacongestioneTCP
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia
• nuoveretinazionali:Csnet,BITnet,NSFnet,Minitel
• 100.000host collegati
1980-1990:nuovi protocolli,proliferazione delle reti
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Storia di Internet
• Primi anni ‘90:ARPAnet viene dismessa• 1991:NSFlascia decadere lerestrizioni
sull’uso commerciale diNSFnet• Primi anni ‘90: il Web
– ipertestualità [Bush1945,Nelson1960’s]
– HTML,HTTP:Berners-Lee– 1994:Mosaic,poiNetscape
• Fine‘90: commercializzazione delWeb
Reti- [email protected] Architettura,Struttura,Storia
Fineanni ‘90– 2007:• arrivano le“killerapplications”:
messaggistica istantanea,condivisione difileP2P
• sicurezza direte• 50milioni dihost,oltre 100
milioni diutenti• velocità nelle dorsali dell’ordine
diGbps
1990-2000:commercializzazione,Web,nuove applicazioni
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2008-2017:q 500->2000milionidihost (Bho?)eglismarphone??q Voice,VideooverIPq ApplicazioniP2P:BitTorrent (condivisionedifile),Skype(VoIP),
PPLive (video),...q Piùapplicazioni:YouTube,gamingq Socialnetworks&cloud computingq MonopoliodiGoogle...q Wireless,mobilitàq AccessoaInternetcome“dirittoinalienabile”q ...q Nonèstoriaèattualità...
Storia diInternet
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