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PROTOCOLLI DI RETE (network), Dispense di Informatica

Riassunto del capitolo sui protocolli di rete dal libro "Informatica App 5°anno" di Piero Gallo e Pasquale Sirsi. Il capitolo è stato schematizzato (tramite immagini ed elenchi puntati) e arricchito di esempi in modo tale da rendere più chiari i concetti

Tipologia: Dispense

2020/2021

In vendita dal 23/03/2021

anna-bovenga
anna-bovenga 🇮🇹

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PROTOCOLLI DI RETE
RETI DI COMPUTER
Una rete di computer (computer network) è costituita da un insieme di computer o più in generale di unità
di elaborazione autonome, connesse mediante un sistema di comunicazione e in grado di scambiarsi
messaggi o condividere risorse utilizzando regole di comunicazione note come protocollo di comunicazione.
Le unità di elaborazione vengono chiamate nodi o host e sono collegate tra loro:
- Fisicamente -> attrezzature passive (cavi elettrici, fibre ottiche) o attrezzature attive (modem,
router)
- Logicamente -> programmi e software che utilizzano un protocollo informatico di comunicazione
TIPI DI RETE
Un possibile criterio di classificazione delle reti si basa sulla loro estensione geografica:
PAN (Personal area network) -> si estende per pochi metri e comprende dispositivi di un unico
utente (Es: telefono, pc). Può usare sia collegamenti WIRED (via cavo) che WIRELESS
LAN (Local area network) -> si estende fino a qualche centinaio di metri mai di suolo pubblico ma
solo all’interno di un edificio. Sono reti affidabili, economiche e di facile manutenzione. Per la
realizzazione si usa Ethernet
CAN (Campus area network o Controller area network o Cluster area network) -> si usa in un ambito
ristretto
MAN (Metropolitan area network) -> si estende fino ad alcune decine di Km2 anche se è molto
sostituita dalla WAN. Sono nate per fornire servizi di TV via cavo. Utilizza la fibra ottica come mezzo
di collegamento
WAN (Wide area network) -> dette anche “reti geografiche” e connettono computer posti a
distanze enormi. Sono più lente di una LAN ma più aperte (hanno procedure predisposte per
accogliere nuovi elaboratori remoti)
GAN (Global area network) -> reti che collegano computer collocati in continenti diversi attraverso
cavi, fibre ottiche o satelliti. Es: internet
TOPOLOGIE DI RETE
La topologia di una rete definisce il modo in cui sono collegati i nodi della sottorete di comunicazione. Ogni
topologia possiede caratteristiche che influenzano il costo e il throughput (quantità di informazione
scambiata nell’unità di tempo).
Topologia fisica: definisce il modo in cui i componenti hardware sono collegati fisicamente
Topologia logica: definisce il percorso dei messaggi attraverso i componenti
hardware
Esempi di topologie di rete sono:
Topologia a bus: tutti i nodi sono connessi a un unico mezzo fisico comune
che viene condiviso. Le estremità non sono collegate e hanno terminatori che
impediscono l’eco. La trasmissione è di tipo broadcast: i messaggi arrivano a
tutti i nodi ma lo memorizza solo il destinatario. Per evitare sovrapposizioni
si una la tecnica dell’accesso al canale o la tecnica a contesa di tipo CSMA
Topologia a stella: un nodo centrale fa da ripetitore di segnale (hub) o da
dispositivo intelligente (router) tra i nodi periferici che hanno un
collegamento logico tra di loro. La trasmissione è di tipo broadcast, quindi la
topologia logica è a bus e quella fisica è a stella. Se si rompe un
collegamento la rete funziona, se si rompe l’hub si blocca. È la topologia più usata per le LAN
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PROTOCOLLI DI RETE

RETI DI COMPUTER

Una rete di computer (computer network) è costituita da un insieme di computer o più in generale di unità di elaborazione autonome, connesse mediante un sistema di comunicazione e in grado di scambiarsi messaggi o condividere risorse utilizzando regole di comunicazione note come protocollo di comunicazione. Le unità di elaborazione vengono chiamate nodi o host e sono collegate tra loro:

  • Fisicamente - > attrezzature passive (cavi elettrici, fibre ottiche) o attrezzature attive (modem, router)
  • Logicamente - > programmi e software che utilizzano un protocollo informatico di comunicazione

TIPI DI RETE

Un possibile criterio di classificazione delle reti si basa sulla loro estensione geografica: → PAN ( Personal area network ) - > si estende per pochi metri e comprende dispositivi di un unico utente (Es: telefono, pc). Può usare sia collegamenti WIRED (via cavo) che WIRELESS → LAN ( Local area network ) - > si estende fino a qualche centinaio di metri mai di suolo pubblico ma solo all’interno di un edificio. Sono reti affidabili, economiche e di facile manutenzione. Per la realizzazione si usa Ethernet → CAN ( Campus area network o Controller area network o Cluster area network ) - > si usa in un ambito ristretto → MAN ( Metropolitan area network ) - > si estende fino ad alcune decine di Km^2 anche se è molto sostituita dalla WAN. Sono nate per fornire servizi di TV via cavo. Utilizza la fibra ottica come mezzo di collegamento → WAN ( Wide area network ) - > dette anche “reti geografiche” e connettono computer posti a distanze enormi. Sono più lente di una LAN ma più aperte (hanno procedure predisposte per accogliere nuovi elaboratori remoti) → GAN ( Global area network ) - > reti che collegano computer collocati in continenti diversi attraverso cavi, fibre ottiche o satelliti. Es: internet

TOPOLOGIE DI RETE

La topologia di una rete definisce il modo in cui sono collegati i nodi della sottorete di comunicazione. Ogni topologia possiede caratteristiche che influenzano il costo e il throughput (quantità di informazione scambiata nell’unità di tempo). Topologia fisica : definisce il modo in cui i componenti hardware sono collegati fisicamente Topologia logica : definisce il percorso dei messaggi attraverso i componenti hardware Esempi di topologie di rete sono: Topologia a bus : tutti i nodi sono connessi a un unico mezzo fisico comune che viene condiviso. Le estremità non sono collegate e hanno terminatori che impediscono l’eco. La trasmissione è di tipo broadcast: i messaggi arrivano a tutti i nodi ma lo memorizza solo il destinatario. Per evitare sovrapposizioni si una la tecnica dell’accesso al canale o la tecnica a contesa di tipo CSMA Topologia a stella : un nodo centrale fa da ripetitore di segnale ( hub ) o da dispositivo intelligente ( router ) tra i nodi periferici che hanno un collegamento logico tra di loro. La trasmissione è di tipo broadcast, quindi la topologia logica è a bus e quella fisica è a stella. Se si rompe un collegamento la rete funziona, se si rompe l’hub si blocca. È la topologia più usata per le LAN

Topologia ad anello : ogni nodo è connesso al successivo con un collegamento punto a punto (compreso l’ultimo al primo). Ogni messaggio percorre l’anello fino al destinatario e per ogni scambio di informazioni coinvolge tutti i nodi della rete Topologia a maglia completa : ogni nodo è collegato a tutti gli altri nodi. L’invio di un messaggio avviene in modo diretto. Ha manutenzione e costi di installazione complessi e costosi

TECNICHE DI COMMUTAZIONE E PROTOCOLLI

Componente hardware: tecniche di commutazione Per superare inconvenienti come i costi di implementazione, per collegare delle reti è meglio utilizzare collegamenti commutati , invece che dedicati (cioè fissi). Commutazione : particolare sistema che consente di realizzare un circuito virtuale tra due stazioni nel caso in cui siano compresenti la richiesta di trasmissione e la disponibilità della linea. I collegamenti commutati si possono ottenere per commutazione:  Di circuito (percorso fisico): usata nelle conversazioni telefoniche. Il percorso è impegnato fisicamente in modo esclusivo ed è ricercato prima che inizi la trasmissione  Di messaggio (percorso logico): non prevede l’impiego di un percorso fisico. Il percorso da compiere non rimane occupato per tutto il tempo in quanto la spedizione avviene per passi saltando da centralina a centralina  Di pacchetto: spezzettamento del messaggio in pacchetti, ciascuno dei quali segue un percorso autonomo con tempi diversi, quindi il dispositivo che riceve deve ricomporli. Il termine pacchetto indica una lunghezza massima di messaggi prefissata. Riduce il rischio di sovraffollamento delle linee. È la tecnica maggiormente utilizzata nelle reti attuali Componente software: protocolli Per funzionare, le componenti hardware hanno bisogno di componenti software chiamate protocolli di comunicazione , che gestiscono il modo in cui sono scambiati i dati e fanno sì che i computer parlino la stessa lingua. Protocollo : insieme di regole che standardizzano e governano le operazioni delle unità funzionali che sovrintendono la comunicazione (definisce come avviene lo scambio e cosa si sta scambiando). I protocolli consentono di:

  • Usare efficacemente la rete
  • Coordinare il routing
  • Assicurare che la comunicazione vada a buon fine
  • Compiere l’arbitraggio (controllo e risoluzioni di errori)
  • Garantire il funzionamento di particolari servizi di rete (Es: posta elettronica)

I COMPITI DEI SETTE STRATI FUNZIONALI

Livello fisico ( physical ): è il più basso dell’architettura e, come tale, il più vicino al canale fisico di trasmissione dei dati. Si occupa della trasmissione del bit ma senza attribuire un significato alla sequenza Livello di linea ( collegamento dati o data link ): riguarda le reti locali e si occupa di organizzare i dati in strutture di bit (possibilmente esenti da errori) chiamate frame (o pacchetti), che dovranno essere passate al livello successivo. Vengono inserite delle sequenze predefinite di bit di controllo. Deve concretizzare un meccanismo di riconoscimento, correzione e potenziale prevenzione delle irregolarità in fase di trasmissione Livello di rete ( network ): è quello che conclude il controllo sul funzionamento della sottorete di comunicazione. La funzione fondamentale è quella di stabilire e mantenere la connessione attraverso la rete non ché determinare il modo in cui i frame vengono instradati dalla sorgente verso il destinatario. Si occupa di risolvere i problemi di interconnessioni tra una topologia di rete all’altra tramite nodi intermedi chiamati router Livello di trasporto ( transport ): consente il trasferimento dei messaggi lungo la rete stabilendo e sciogliendo le connessioni che definiscono il percorso nella rete che va dal mittente al destinatario Livello di sessione ( session ): consente a sistemi diversi di stabilire tra loro una sessione completa di dialogo, ossia un canale logico di comunicazione Livello di presentazione ( presentation ): considera la sintassi e la semantica delle informazioni trasmesse, ossia viene analizzato il significato del messaggio Livello di applicazione ( application ): fa in modo che al destinatario il messaggio sia proposto nel modo richiesto dai dispositivi di cui il destinatario dispone

SUITE TCP/IP

Internetwork : interconnessione di reti diverse (non omogenee) Es: Internet internet: Internetwork - > Internet: Internetwork che fa riferimento ad un insieme di protocolli chiamato TCP/IP ( Transmission Control Protocol / Internet Protocol ) che prevede quattro livelli. Alcune proprietà del protocollo TCP/IP sono:

  • Indipendenza dalla tecnologia di rete
  • Utilizzo di un’unica unità di trasmissione dati ( datagrammi )
  • Interconnessione tramite indirizzi di rete e domini (collegamento dinamico di nuovi nodi senza intervenire sulla struttura precedente) Partendo dal livello del protocollo IP si definiscono dei datagrammi (pacchetti) che rappresentano le unità di base e che passano da una parte all’altra del pianeta. Il datagramma IP contiene indirizzi a 32 bit che identificano in modo univoco i computer e sono utilizzati dal router, che legge solo l’indirizzo e non il datagramma, per spedirli al destinatario. I datagrammi IP sono suddividi in: o Intestazione: contiene informazioni necessarie per l’instradamento lungo la rete o Campo dati Il TCP si occupa di controllare che le informazioni arrivino correttamente a destinazione. Il TCP fornisce una visione dei dati di tipo a flusso (data stream). Il segmento rappresenta l’unità di trasferimento sia per i dati sia per i messaggi di riscontro ed è a sua volta diviso in intestazione e campo dati.

Per collegare tra loro le varie reti si utilizzano dispositivi diversi a seconda del livello su cui si interviene: ֎ Bridge : interviene nei primi due livelli del modello ISO/OSI. È in grado di connettere reti separate che hanno uno schema di indirizzamento compatibile. Non è in grado di distinguere pacchetti in base ai protocolli di rete del terzo livello (TCP/IP) e quindi li trasferisce indifferentemente ֎ Router : interviene al terzo livello del modello ISO/OSI. Sono in grado di connettere reti separate che hanno schemi di indirizzamento differenti, ma che utilizzano lo stesso tipo di protocollo di rete al terzo livello ISO/OSI (indipendentemente dalle reti fisiche) ֎ Gateway o router multiprotocollo : interviene sia nel livello di trasporto, sia nei livelli superiori del protocollo ISO/OSI. Il suo scopo è quello di mettere in connessione i servizi di due o più ambienti che altrimenti sarebbero incompatibili

CLASSI DI RETI E INDIRIZZI IP

Solitamente un nodo di una rete è caratterizzato da tre nomi:

  • Il MAC (Media Access Control) address
  • Il “nome del computer” che utilizziamo per chiamarlo
  • L’ indirizzo IP Il MAC È un codice univoco inserito nella scheda di rete. È composto da 48 bit : 24 assegnati dall’IEEE (registro mondiale) e 24 assegnati dal produttore della scheda. L’indirizzo IP ( Internet Protocol adsress ) È un’etichetta numerica che identifica univocamente un dispositivo collegato ad una rete informatica. I tradizionali IP (versione V4) sono composti da 32 bit , suddivisi in gruppi da 8 bit ed è possibile utilizzare la notazione decimale puntata. In un indirizzo IP si distinguono due parti:  Net ID (network address)  Host ID (host address) Gli indirizzi disponibili sono stati divisi in cinque classi: ❖ Classe A : primo byte ha un valore decimale da 0 a 126. Il primo byte identifica la rete e gli altri tre le macchine. Gli indirizzi di Classe A hanno il primo bit a 0. È riservata alle reti molto grandi. Il primo (x.0.0.0) e l’ultimo (x.255.255.255) sono riservati e non possono essere usati come host. Un indirizzo IP in cui i bit degli host sono tutti a 1 prende il nome di broadcast e viene utilizzato per effettuare una comunicazione a tutti gli host. Gli indirizzi 127* sono riservati per identificare una rete virtuale interna al nodo stesso. All’interno di questa rete si trova un’interfaccia di rete immaginaria (127.0.0.1). Per identificare questi indirizzi si parla di loopbackClasse B : primo byte ha un valore decimale da 128 a 191. I primi due byte identificano la rete e i secondi due le macchine. Gli indirizzi di Classe B iniziano con 10. Sono validi da x.x.0.1 a x.x.255.

I DISPOSITIVI DI RETE

Dispositivo di rete : hardware con funzione di nodo telecomunicativo tra altri dispositivi. Assicura stabilità ed efficienza della rete. Alcuni esempi sono: ➢ Proxy e firewall : servono a limitare l’accesso a internet o a veicolarlo secondo regole specifiche. Proxy: programma installato sul computer con la connessione remota. Firewall: limitano le connessioni in entrata e in uscita per impedire attacchi da hacker ➢ Router : dispositivi sui quali viene eseguito un programma che esamina ogni intestazione dei pacchetti di dati in arrivo per poi inviare questi pacchetti alla LAN collegata. È particolarmente importante per collegare LAN di tipo diverso (Es: stella ed anello) ➢ Switch : sono hub intelligenti, perché imparano a riconoscere i dispositivi collegati alle proprie porte per poi inviare i pacchetti di dati solo a quelli interessati. Usano gli indirizzi MAC ➢ Hub : prima venivano usati come gli switch ma poi sono stati sostituiti perché troppo lenti

COMUNICAZIONE TRA RETI DIFFERENTI

Due reti differenti che devono comunicare ma senza utilizzare internet utilizzano un computer con due schede di rete che svolge la funzione del router. Occorre definire le proprietà del protocollo TCP/IP delle singole macchine assegnando l’indirizzo IP, la subnet mask e l’indirizzo IP del gateway. L’utilizzo di internet Condividere l’accesso a internet significa disporre di un’unica connessione che viene resa disponibile a tutti i computer. La soluzione migliore è quella di una connessione a banda larga che sfrutta un router o un proxy server. Il computer che funge da proxy server può anche essere utilizzato da web server, ma in quel caso il computer dovrà avere un indirizzo IP pubblico (connessione rete Internet) e uno privato (connessione rete LAN o Intranet). La diagnosi TCP/IP Due strumenti per la diagnosi TCP/IP sono i comandi DOS: ping - > verifica la connessione tra due host. La sintassi è ping , dopodichè viene inviato un messaggio alla scheda di rete e le possibili risposte possono essere: Reply from Indirizzo IP: byte=….. collegamento OK Destination host unreachable host non trovato Time out collegamento interrotto ipconfig - > verifica la configurazione del protocollo TCP/IP. Basta digitare al prompt il comando ipconfig eventualmente seguito da /all per avere informazioni più dettagliate Possono essere impostati soltanto richiamando il prompt dei comandi DOS.