Architettura di Internet Facolt di Ingegneria Universit di

Architettura di Internet Facoltà di Ingegneria Università di Roma “La Sapienza” Gennaio 2001

Gennaio 2001 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 2

Gennaio 2001 Il successo di Internet Fonte: www. isc. org 3

Gennaio 2001 Indice • Architettura e modalità di accesso alla Rete • Comunicazioni (suite di protocolli TCP/IP) • Sistema di naming (DNS) • Storia 4

Parte 1: Architettura e accessi Gennaio 2001

Gennaio 2001 “The Net” 6

Gennaio 2001 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 un’azienda (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 7

Gennaio 2001 INTERNET: i Componenti principali: • Milioni di dispositivi connessi detti nodi o host: PC, server, workstation, cellulari, PDA, TV, agende elettroniche, frigoriferi, . . . router server mobile ISP locale ISP regionale • Link di comunicazione: cavi, fibra ottica, radio, satellitari, … • Router: dispositivi che instradano i messaggi da un punto all’altro della Rete PC/workstation rete aziendale 8

Gennaio 2001 INTERNET: i Servizi principali: • comunicazioni • applicazioni distribuite: email, WWW, giochi, commercio elettronico, database, … • cyberspazio: “un’allucinazione consensuale e collettiva sperimentata giornalmente da miliardi di utenti, in ogni nazione. . . ” [Gibson] router server PC/workstation mobile ISP locale ISP regionale rete aziendale 9

Gennaio 2001 INTERNET: i Confini • Sistemi host: eseguono programmi applicativi (tipo e-mail, WWW, …) che forniscono servizi. Client • Modello client/server: i client effettuano richieste, ricevendo servizi dai server: Per es. , - Client WWW = browser - Server WWW = applicativo del sito Server 10

Gennaio 2001 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 11

Gennaio 2001 Accessi residenziali: punto-punto • Dialup mediante modem fino a router: 56 Kbps di banda ideale Internet Service Provider (ISP) • 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 12

Gennaio 2001 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 all’ISP – Telefonata a scatti o abbonamento (tariffa fissa mensile) 13

Gennaio 2001 Accessi istituzionali • La rete locale (LAN) dell’università 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) LAN 14

Gennaio 2001 Internet Router Internet router: dispositivo che interconnette due reti e passa le informazione da una rete all’altra rete 2 rete 1 Due reti interconnesse da un router rete 1 rete 2 rete 3 Tre reti interconnesse da due router 15

Gennaio 2001 Indirizzi Internet (1) Per fornire un servizio di comunicazione universale (ogni nodo della rete può comunicare con ciascun altro nodo) occorre un metodo che permette di identificare univocamente ciascun nodo o host. Ad ogni nodo è assegnato un unico indirizzo Internet (indirizzo IP) formato da 32 bit 232 4, 3 miliardi di indirizzi diversi. L’indirizzo IP è suddiviso in 4 campi, ciascuno dei quali è formato da 8 bit, separati da un punto (dotted notation): ad es. 160. 80. 15. 72 Ogni indirizzo è formato dalla coppia (netid, hostid), dove netid identifica la rete e hostid identifica un host di quella rete. Quindi, tutti i nodi appartenenti ad una stessa rete condividono lo stesso netid (prefisso di rete). 16

Gennaio 2001 Indirizzi Internet (2) • 4 classi di indirizzi IP: classe A, classe B, classe C, classe D Classe A 0 netid B 10 C 110 D 1110 da 0. 1. 0. 0 a 126. 0. 0. 0 hostid netid hostid multicast address da 128. 0. 0. 0 a 191. 255. 0. 0 da 192. 0. 0. 0 a 239. 255. 0 da 240. 0 a 247. 255 32 bit 17

Gennaio 2001 Assegnamento indirizzi classe C ETHERNET 200. 10. 2. 0 200. 10. 2. 3 MERLIN (multi-homed host) 200. 10. 2. 8 GUENEVERE (Ethernet host) 200. 10. 2. 26 LANCELOT (Ethernet host) 192. 5. 48. 3 200. 10. 2. 70 192. 5. 48. 7 GLATISAN (router) TOKEN RING 192. 5. 48. 0 TALIESYN (router) 192. 5. 48. 6 10. 0. 0. 37 ARPANET 192. 5. 48. 1 ARTHUR (token-ring host) 18

Parte 2: Comunicazioni in Internet Gennaio 2001

Gennaio 2001 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) 20

Gennaio 2001 Esempi di protocolli Tra persone Tra computer Richiesta di connessione Buongiorno OK per la connessione Buongiorno Dammi un file Sa l’ora? Le 4 Grazie Prego <file> tempo Chiudi connessione OK 21

Gennaio 2001 Packet Switching Invia messaggio composto da 8 pacchetti C A B Invia messaggio Coda di pacchetti composto da 4 pacchetti in attesa del link di uscita D “Analogia del ristorante” • Circuit switching = con prenotazione del tavolo • Packet switching = senza prenotazione E 22

Gennaio 2001 Pila di protocolli Internet (TCP/IP) • Applicativo: supporta le applicazioni di rete: FTP, HTTP, SMTP, . . . • Trasporto: supporta i trasferimenti da host: TCP, UDP applicativo trasporto • Rete: trasferisce i pacchetti dal nodo mittente al destinatario: IP rete • Link: effettua i trasferimenti dei dati tra componenti della rete confinanti: PPP, Ethernet, … link fisico • Fisico: trasferisce bit “sul cavo” 23

Gennaio 2001 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 l’ordine di invio); – consegna con impegno: tentativo di consegnare ogni pacchetto (l’inaffidabilità deriva dalle possibili congestioni della rete o guasti dei nodi/router) 24

Gennaio 2001 Protocollo TCP (livello trasporto) • Protocollo che fornisce un livello di trasporto dell’informazione affidabile. • Caratteristiche principali – orientato al flusso di dati: considera il flusso di dati dall’host mittente fino al destinatario; – orientato alla connessione: comprende l’instaurazione, l’utilizzo 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. 25

Gennaio 2001 Suite di protocolli TCP/IP Principio di trasmissione messaggi: Packet-switching 26

Gennaio 2001 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 data application transport network link physical ack data network link physical application transport network link physical data application transport network link physical 27

Gennaio 2001 Comunicazione fisica tra i livelli data application transport network link physical Ogni livello prende i dati dal livello superiore, vi aggiunge delle informazioni e passa il tutto al livello inferiore network link physical application transport network link physical data application transport network link physical 28

Gennaio 2001 Flusso del traffico TCP: esempio 29

Parte 3: Sistema DNS Gennaio 2001

Gennaio 2001 “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 31

Gennaio 2001 Hostname • Dato lo scopo rivolto verso l’utente, all’hostname si preferiscono attribuire valori mnemonici. Es. : nome del computer e posizione: sun 11. dis. uniroma 1. it Nome del computer Dipartimento di Informatica e Sistemistica ITalia UNIiversità di ROma 32

Gennaio 2001 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: sun 11. dsi. unimo. it Indirizzo IP: 134. 56. 26. 68 (10000110. 00111000. 00011010. 0100) • Implementa un meccanismo efficiente (mediante name servers), distribuito su scala geografica, per convertire un hostname in un indirizzo IP e viceversa. 33

Gennaio 2001 Organizzazione gerarchica dei domini 34

Gennaio 2001 Domini di massimo livello 35

Gennaio 2001 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 dell’organizzazione 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 quell’indirizzo o name server intermedi (di zona) 36

Gennaio 2001 Sistema DNS: Esempio di risoluzione L’host sun 11. dis. uniroma 1. it vuole conoscere l’indirizzo IP dell’host star. dis. uniroma 2. it root name server 2 1) Contatta il suo DNS locale 5 3 4 2) Se necessario, il DNS locale contatta il root DNS 3) Se necessario, il root DNS contatta il DNS autoritativo per quell’indirizzo (o un DNS intermedio nel caso in cui non conosca un DNS autoritativo per quell’indirizzo) name server locale dns. uniroma 1. it 1 name server autoritativo dns. uniroma 2. it 6 Host richiedente sun 11. dis. uniroma 1. it star. dis. uniroma 2. it 37

Parte 4: Storia Gennaio 2001

Gennaio 2001 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 dell’URSS – Obiettivo: consentire l’accesso alle poche risorse di calcolo potenti (e costose) da vari centri di ricerca e Università USA 39

Gennaio 2001 Internet 1961 -1972: gli albori • 1961: Kleinrock mediante la teoria delle reti di code dimostra l’efficacia delle comunicazioni packetswitching* • 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 l’hanno creata”, ] 40

Gennaio 2001 Internet 1972 -1980: la ricerca • 1970: ALOHAnet, satellite in rete alle Hawaii • 1973: Nella tesi di Ph. D, Metcalfe propone Ethernet • 1974: Cerf e Kahn definiscono i principi che tuttora regolano l’architettura 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 schizzo originale 41

Gennaio 2001 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 42

Gennaio 2001 Internet 1990 -2000: l’esplosione • Inizi ’ 90: si dismette ARPAnet • 1991: NSF rimuove le restrizioni sull’uso commerciale di NSFnet (dismessa poi nel 1995) • Inizi ’ 90: nascita del WWW – Ipertesti [Bush 1945, Nelson 1960’s] – 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 43

Gennaio 2001 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 44