Architettura di Internet

(1)

Facoltà di Ingegneria

Università di Roma “La Sapienza”

(2)

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

(3)

Il successo di Internet

Host collegati Gennaio 1993 1.313.000 Luglio 1993 1.776.000 Gennaio 1994 2.217.000 Luglio 1994 3.212.000 Gennaio 1995 4.852.000 Luglio 1995 6.642.000 Gennaio 1996 9.472.000 Luglio 1996 12.881.000 Gennaio 1997 16.146.000 Luglio 1997 19.540.000 Gennaio 1998 29.670.000 Luglio 1998 36.739.000 Gennaio 1999 43.230.000 Luglio 1999 56.218.000

Anni impiegati per 50M utenti

Radio 38

Televisione 13

TV via cavo 10

Internet 5

(4)

Indice

• Architettura e modalità di accesso alla Rete

• Comunicazioni (suite di protocolli TCP/IP)

• Sistema di naming (DNS)

• Storia

(5)

(6)

“The Net”

(7)

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

(8)

INTERNET: i Componenti

ISP locale

reteaziendale

ISP regionale router PC/workstation

server

mobile

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 all’altro della Rete

(9)

INTERNET: i Servizi

ISP locale

ISP regionale router PC/workstation

server

mobile

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

(10)

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

Client

Server

(11)

Collegamenti ad Internet

• Accessi residenziali (=da casa)

– punto-punto – cable modem

• Accessi istituzionali (=da Università, centri di ricerca, alcune aziende)

• Accessi wireless

“Come collegare gli host esterni ai router di confine?”

(12)

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

Internet Service Provider (ISP)

(13)

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)

(14)

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 LAN

(15)

Internet Router

rete 1 rete 2

Due reti interconnesse da un router

Internet router: dispositivo che interconnette due reti e passa le informazione da una rete all’altra

rete 1 rete 2 rete 3

(16)

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).

(17)

Indirizzi Internet (2)

• 4 classi di indirizzi IP: classe A, classe B, classe C, classe D

0 netid hostid

10 netid hostid

110 netid hostid

1110 multicast address

A B C D

Classe

da 0.1.0.0 a 126.0.0.0 da 128.0.0.0 a 191.255.0.0 da 192.0.0.0 a 239.255.255.0

da 240.0.0.0

a 247.255.255.255

(18)

Assegnamento indirizzi classe C

MERLIN (multi-homed

host)

GUENEVERE (Ethernet

host)

LANCELOT (Ethernet

host)

200.10.2.3 200.10.2.8 200.10.2.26 ETHERNET 200.10.2.0

TOKEN RING 192.5.48.0

ARTHUR (token-ring

192.5.48.1 192.5.48.3

192.5.48.7 200.10.2.70

GLATISAN (router)

10.0.0.37 192.5.48.6

ARPANET TALIESYN

(router)

(19)

(20)

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)

(21)

Esempi di protocolli

tempo Buongiorno

Sa l’ora?

Le 4

Grazie

Buongiorno

Tra persone

Richiesta di connessione

OK per la connessione Dammi un file

<file>

Chiudi connessione

OK

Tra computer

(22)

Packet Switching

A B

C

D E

Coda di pacchetti in attesa del link

di uscita

“Analogia del ristorante”

• Circuit switching = con prenotazione del tavolo

• Packet switching = senza prenotazione

Invia messaggio composto da 4 pacchetti

Invia messaggio composto da 8 pacchetti

(23)

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, …

applicativo trasporto

rete link fisico

(24)

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)

(25)

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.

(26)

Suite di protocolli TCP/IP

Prot. applicativo TCP

IP

Interfaccia di rete

Prot. applicativo TCP

IP

Interfaccia di rete IP

Interfaccia di rete

Rete 1 Rete 2

Router

Host B Host A

Principio di trasmissione messaggi: Packet-switching

(27)

Comunicazione logica tra i livelli

application transport

network physicallink

network

physicallink application transport

network link

network link network

physicallink

data data

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

data

transport transport

ack

(28)

Comunicazione fisica tra i livelli

network physicallink network

physicallink

data

data Ogni livello prende i dati dal livello superiore, vi aggiunge delle informazioni e passa il tutto al livello inferiore

(29)

Flusso del traffico TCP: esempio

Host B

TCP SYN ACK TCP ACK

Pacchetto 1

TCP ACK TCP SYN

Apertura connessione

Invio messaggio

Chiusura connessione Host A

TCP ACK TCP FIN ACK

Pacchetto 2

Pacchetto 3

Pacchetto 4

TCP ACK

TCP ACK 1 2

3 4

1 2 3 4 1

2

3 4 Messaggio

(30)

(31)

“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

(32)

Hostname

• Dato lo scopo rivolto verso l’utente, all’hostname si preferiscono attribuire valori mnemonici. Es.:

nome del computer e posizione:

Nome del computer

Dipartimento di

Informatica e Sistemistica

UNIiversità di ROma

ITalia

sun11.dis .uniroma1 .it

(33)

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

(

10000110.00111000.00011010.01000100

)

• Implementa un meccanismo efficiente (mediante

name servers), distribuito su scala geografica,

per convertire un hostname in un indirizzo IP e

(34)

Organizzazione gerarchica dei domini

(35)

Domini di massimo livello

Nome del Dominio Significato

COM Organizzazioni commerciali

EDU Istituzioni USA per l’istruzione

GOV Istituzioni governative USA

MIL Istituzioni militari USA

NET Maggiori centri di supporto per la rete

ORG Organizzazioni senza scopo di lucro diverse dalle precedenti ARPA Dominio temporaneo della rete ARPANET (obsoleto)

INT Organizzazioni internazionali (schema geografico) Codice nazionale

(36)

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)

(37)

Sistema DNS: Esempio di risoluzione

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 quell’indirizzo (o un DNS

intermedio nel caso in cui non conosca un DNS autoritativo

root name server

name server autoritativo dns.uniroma2.it

name server locale

dns.uniroma1.it

1

2 3 4

5

6

L’host sun11.dis.uniroma1.it vuole conoscere l’indirizzo IP dell’host star.dis.uniroma2.it

(38)

(39)

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

(40)

Internet 1961-1972: gli albori

• 1961: Kleinrock mediante la teoria delle reti di code dimostra l’efficacia 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

(41)

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 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

schizzo originale

(42)

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

(43)

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

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

(44)

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