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Reti di Calcolatori

Master "Bio Info" Reti e Basi di Dati Lezione 4


Sommario Software di rete

Livello Trasporto (TCP)

Livello Rete (IP, Routing, ICMP)

Livello di Collegamento (Data-Link)


Software di rete Livello Rete (IP, Routing, ICMP)

Se i protocolli del livello di trasporto forniscono una comunicazione

logica tra processi applicativi di host differenti, un protocollo a livello di

rete si occupa del trasporto di pacchetti in ogni host e router

I protocolli di rete sono eseguiti nei sistemi terminali (end system) ma

anche sui router. In particolare

Il sender: incapsula i segmenti nei datagrammi e li passa al livello di

collegamento

lato receiver: estrae i segmenti e li consegna al livello di trasporto

Il router esamina l’intestazione (header) di tutti i datagram IP che lo

attraversano.


Il Livello Rete di TCP/IP detto IP (Internet Protocol) è composto da:

Il protocollo IP (V4, V6) che definisce l'indirizzamento

Il protocollo ICMP per il controllo degli errori.

I protocolli d’instradamento (RIP,OSPF,BGP)



Software di rete Livello Rete (IP V4)

Il formato del datagramma IP Versione 4 è il seguente



Uno dei campi principali del protocollo IPV4 è il TTL(16 bit) campo che

viene settato ad un valore elevato da chi genera il pacchetto e viene

decrementato da ogni router attraversato.

Se un router decrementa il valore e questo va a zero, il pacchetto viene

scartato e viene generato un messaggio di errore verso la sorgente,

una sorta di time-out sulla validità di un pacchetto.



Il campo principale del protocollo IPV4 è l'Indirizzo IP un identificatore a

32 bit per le interfacce degli host e dei router.

Con Interfaccia si intende una connessione tra host/router e link fisico,

router tipicamente hanno molte interfacce, ed un host ne può avere più di

una, ma l'IP è associato ad una ed una sola interfaccia.

Di solito sono scritti in notazione decimale puntata, ad esempio

223.1.1.1 => 11011111 00000001 00000001 00000001

Gli Indirizzo IP sono composti da:

parte rete (bit più significativi)

parte host (bit meno significativi)

La parte rete e parte host hanno lunghezza variabile.



Per rete IP o sottorete si intendono le interfacce dei dispositivi che

hanno la parte rete dell'IP uguale che quindi possono raggiungersi a

vicenda senza l'intervento di un router.


Secondo la CIDR (Classless Inter Domain Routing) la parte rete

dell'indirizzo è di lunghezza arbitraria. Il formato dell'indirizzo e di

questo tipo a.b.c.d/x dove x è il numero di bit della parte rete

dell'indirizzo.

Ad esempio l'indirizzo 200.23.16.0/25 ha 25 bit di indirizzo di rete ossia

in bit 11001000 00010111 00010000 00000000 la parte verde è la

parte di rete e la parte arancio è la parte variabile degli host.

Il range degli indirizzi vanno da

11001000 00010111 00010000 000000000 (200.23.16.0) a

11001000 00010111 00010000 011111111 (200.23.16.127)



Infine gli indirizzi IP si dividono in

indirizzi pubblici

un host collegato direttamente ad Internet ha necessariamente

un indirizzo IP pubblico

indirizzi privati

si intendono alcune classi di indirizzi IPv4 riservate alle reti locali

allo scopo di ridurre le richieste di indirizzi pubblici.

chiunque può utilizzare questi indirizzi, perché i pacchetti relativi

a tali reti non vengono instradati dai router internet, e quindi essi

non entreranno in conflitto con analoghi indirizzi posti su altre reti locali.



Software di rete Livello Rete (Algoritmi di Routing)

L’obbiettivo principale degli algoritmi di routing è velocizzare la

commutazione ottimizzando i percorsi evitando cicli e buchi neri

Si utilizza la teoria dei grafi per rappresentare la rete con un grafo in

cui i nodi sono i router, gli archi i link, il costo la distanza la banda,

livello di congestione, ect. Un “buon” percorso tipicamente significa un

camino nel grafo a costo minimo.



Una prima classificazione algoritmi di routing è la seguente:

Algoritmi basati su informazioni globali o locali

Globale tutti i router hanno una completa informazione sulla

topologia e sui costi dei link, ad esempio “link state” basato

sull’algoritmo di Dijkstra

Decentralizzata i router conoscono informazioni sulla topologia e

sui costi dei link solo dei vicini fisicamente connessi, ed Il

processo di calcolo avviene attraverso lo scambio d’informazioni

con i vicini, ad esempio “distance vector” basato sull‘algoritmo di

Bellman-Ford

Algoritmi statici o dinamici

Statico I percorsi non cambiano, o cambiano poco nel tempo

Dinamico I percorsi cambiano più velocemente con un

aggiornamento periodico in risposta ai cambi di costo dei link

http://www-b2.is.tokushima-u.ac.jp/~ikeda/suuri/dijkstra/Dijkstra.shtml

http://www-m9.ma.tum.de/Allgemeines/BellmanFordApplet





Link-State (Algoritmo di Dijkstra)

Il primo algoritmo di routing che vedremo è il Link-State basato

sull’Algoritmo di Dijkstra.

In questo algoritmo la topologia della rete e costi dei link sono conosciuti

per tutti i nodi e queste conoscenze si realizzano attraverso “link state

broadcast” quindi tutti i nodi hanno le stesse informazioni.

Si calcolano i percorsi a costo minore da un nodo (sorgente) a tutti gli

altri nodi costruendo la routing table per quel nodo.



Link-State (Algoritmo di Dijkstra)



Distance Vector (Algoritmo di Bellman-Ford)

Il Distance Vector è basato sull'Algoritmo di Bellman-Ford

Definiamo dx(y) = costo minimo da x a y, calcolato mediante la seguente

formula:

dx(y) = min {c(x,v) + dv(y) } dove min è calcolato su tutti i vicini v di x.

Ad esempio consideriamo il seguente grafo:

Poiché dv(z)=5, dx(z)=3, dw(z)=3

: allora l'equazione B-F dice:

du(z) =

min {c(u,v) +dv(z),c(u,x)+dx(z),c(u,w)+dw(z) }

=min {2 + 5,1 + 3 ,5 + 3} = 4


Software di rete Livello Rete (ICMP)

Internet Control Message Protocol(ICMP)

ICMP è un protocollo per messaggi di servizio fra host e router per

informazioni su errori e fasi di attraversamento della rete.

I principali errori che può rilevare sono:

Errori di checksum (solo per gli header)

TTL ( time-to-live = tempo di vita) spirato

Mancanza di router per la rete destinazione

Impossibilità di consegnare il pacchetto al destinatario

Generalmente IP scarta tutti i datagrammi che presentano qualcuno di

questi problemi.


Software di rete Livello Rete (ICMP)

Alcuni comandi fanno uso del protocollo ICMP

• ping che invia una successione di pacchetti ad un host per verificarne

la raggiungibilità ricorre al protocollo ICMP.Infatti il programma manda

una serie di messaggi ICMP ECHO_REQUEST (generalmente uno al

secondo), e quando l'host riceve un pacchetto ECHO_REQUEST,

rispondere con un nuovo datagramma ICMP ECHO_REPLY.

• traceroute che segnala quali siano le macchine attraversate dai

pacchetti per giungere ad una determinata destinazione. Per far

questo traceroute invia una successione di pacchetti, incrementando

di volta in volta il valore del TTL, ed attende le notifiche ICMP del tipo

TIME_EXCEEDED, mandate indietro dai router lungo il percorso del

pacchetto.


Software di rete Livello di Collegamento (Data-Link)

Nel livello di collegamento:

Host e router sono definiti come nodi.

I mezzi di comunicazione che connettono nodi adiacenti sono

definiti link e possono essere

Wired (cablata)

Wireless (senza cavi)

Il compito del livello data-link è di trasferire i datagram da un

nodo ad un altro adiacente attraverso un link.

Un pacchetto a livello di Collegamento viene detto frame ed

incapsula un datagram.

Il livello di collegamento è implementato nelle schede di rete NIC

Network Interface Card di tutti i nodi, quindi il livello di collegamento

è una combinazione di hardware, software e firmware



Esistono due tipi di collegamenti di rete:

Collegamento broadcast (cavo o canale condiviso) in cui si utilizzano i

protocolli ad accesso multiplo il cui problema principale è quello di

regolare l'accesso al singolo mezzo trasmissivo condiviso

Ethernet tradizionale

Wireless LAN 802.11

Collegamento punto-punto (PPP) dove si hanno un solo sender e un

solo receiver, e quindi un solo link, quindi molto più semplice di una

rete broadcast.

Impiegato per connessioni telefoniche

Collegamenti punto-punto tra Ethernet e host.


Software di rete Livello di Collegamento (Data-Link) Collegamento broadcast

I protocolli ad accesso multiplo si dividono in

Protocolli ad accesso casuale (random access)

CSMA(Carrier Sense Multiple Access), CSMA/CD (Collision

Detection) ,CSMA/CA (Collision Avoidance)

Protocolli a suddivisione del canale (channel partitioning) access)

divisione di tempo (TDM) e divisione di frequenza FDM

CDMA (Code-Division Multiple Access) a divisione di codice dove

si assegna ad ogni nodo un codice scelto opportunamente in modo

che i nodi possono trasmettere contemporaneamente

Protocolli a rotazione (“taking-turn protocol”)

Protocollo polling

Protocollo token


Software di rete Indirizzamento LAN e ARP

I protocolli ad accesso multiplo sono utilizzati con svariati tipi di link, cavi

coassiali, wireless e satellitari,attualmente impiegati nelle reti LAN(Local

Area Network).

I nodi di una LAN hanno degli indirizzi a livello link detti indirizzi LAN (o

MAC o fisico o Ethernet) usati per inoltrare un frame da un'interfaccia di

rete ad un'altra, fisicamente connessa (stessa rete).

L'indirizzo MAC è a 48 bit (per la maggioranza delle LAN) ed è Hard-

coded nella ROM della scheda di rete.

Ogni NIC nella LAN ha un unico indirizzo LAN, e l'allocazione di questi

indirizzi è gestita da IEEE.

Ogni nodo IP (host o router) nella LAN ha una tabella detta ARP che

contiene la corrispondenza tra indirizzi IP e MAC così composta:

< Indirizzo IP; Indirizzo MAC; TTL>

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