Appunti di Reti

Reti 1

Bruni Christian

December 13, 2023

Contents

1 Internet 4

1.1 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2 Network edge 5

2.1 Tipi di accesso alla rete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.2 PON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.3 Connessioni domestiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.3.1 Capacità trasmissiva: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

3 Mezzi di trasmissione 7

3.1 Doppino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

3.2 Cavo coassiale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

3.3 Fibra ottica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

3.4 Trasmissione radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

4 Network core 9

4.1 Pacchetto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

5 PDU 10

6 Commutazione di pacchetto 11

6.1 Cos’è? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

6.2 Store and Forward . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

6.3 Trasmissione pacchetti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

6.4 Accodamento e perdita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

6.5 Routing e forwarding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

7 Commutazione di circuito 13

7.1 Condivisione risorse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

8 Struttura rete 15

9 Ritardo, perdite e throughput 16

9.1 Ritardi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

9.2 Perdite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

9.3 Throughput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

10 Struttura a strati 18

10.1 Internet Protocol Stack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

11 Modell ISO/OSI 19

11.1 Incapsulamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

12 Sicurezza delle reti 20

13 Livello applicazione 21

13.1 Esigenze protocollo livello applicazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

14 Protocolli livello trasporto 23

14.1 Introduzione TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

14.2 Introduzione UDP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1

15 HTTP 24

15.1 Formato richieste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

15.2 URL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

15.3 Metodi più comuni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

15.4 Formato risposte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

15.5 Messaggi di errore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

15.6 Cookie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

15.7 Proxy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

16 HTTP/2 27

16.1 Server push . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

16.2 Compressione delle intestazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

17 Posta elettronica 28

18 SMTP 29

18.1 Invio di messaggi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

18.2 Mail Access Protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

19 DNS 31

19.1 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

19.2 Domain Name System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

19.3 Root server . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

19.4 Richieste DNS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

19.5 DNS record . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

20 P2P 35

20.1 BitTorrent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

21 Livello trasporto 36

21.1 Multiplexing e demultiplexing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

22 User Datagram Protocol (UDP) 37

22.1 Segmento UDP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

22.1.1 Checksum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

23 Trasferimento affidabile 38

23.1 Comunicazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

23.2 Stop and Wait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

23.3 Go back N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

23.3.1 Come opera Go back N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

23.4 Semantica degli ack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

23.4.1 Piggybacking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

23.5 Selective repeat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

24 Transmission Control Protocol (TCP) 41

24.1 Segmento TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

24.2 Timeout in TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

24.3 TCP fast retransmit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

24.4 Controllo di flusso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

24.5 Handshake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

24.6 Chiusura connessione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

24.7 Controllo di congestione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

24.8 Equità di TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

24.9 Explicit Congestion Notification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

25 Livello rete 46

25.1 Inoltro e instradamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

25.2 Data plane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

25.3 Control plane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

25.4 Modelli di servizio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

25.5 Router . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

2

25.5.1 Porte di ingresso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

25.5.2 Matrice di commutazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

25.6 Porte di uscita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

26 Internet protocol 50

26.1 Datagrammi di IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

26.2 Frammentazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

26.3 ICMP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

26.3.1 Formato messaggio ICMP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

26.4 Comando ping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

27 Indirizzi IP 53

27.1 Categorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

27.2 Classi di indirizzi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

27.3 Mask . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

27.4 Dynamic Host Configuration Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

27.4.1 Connessione a un server . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

27.5 NAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

27.6 IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

27.6.1 Datagramma IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

27.6.2 Tunneling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

28 Routing protocols 58

28.1 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

28.2 Link State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

28.3 Distance Vector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

28.3.1 Problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

29 Autonomous system 60

29.1 Intra-AS routing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

29.1.1 Open Shortest Path First . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

29.2 Inter-AS routing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

29.2.1 Border Gateway Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

29.3 SDN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

29.4 Livelli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

29.4.1 Piano di controllo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

29.4.2 Controllore SDN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

29.4.3 Applicazioni di rete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

3

Chapter 1

Internet

1.1 Introduzione

Nasce come un insieme di reti dove troviamo tanti dispositivi chiamati host pensati per eseguire

delle operazioni di rete, gli host possono essere dei PC, server o telefoni; questi dispositivi comu-

nicano tramite canali di comunicazione come fibra ottica, cavi di rame o trasmissioni radio e sono

collegati tramite i router e gli switch.

Internet è un insieme di reti gestite da degli che possono

Internet Service Provider (ISP)

essere regionali o globali.

Per avere delle regole che definiscono il modo in cui comunicare vengono utilizzati dei protocolli

che vengono standardizzati da delle aziende come IETF (Internet Engineering Task Force)

che producono delle alcuni tra i pincipali protocolli sono

RFC (Request For Comments); TCP

per il trasposto, per la definizione degli indirizzi IP, per il web e per la telefonia.

IP HTTP skype

I protocolli definiscono i formati e l’ordine dei messaggi inviati e ricevuti tra le entità della rete e

le azioni svolte quando questo accade.

Internet definisce diversi servizi che le applicazioni utilizzano, quindi posso creare delle appli-

cazioni appoggiandomi su funzionalità già esistenti di internet.

È composto dal che comprende l’accesso alle reti, i collegamenti e i sistemi finali

network edge

e dal che comprende lo scambio di pacchetti e la struttura della rete.

network core 4

Chapter 2

Network edge

È costituito da host che sono client o server, i sistemi si collegano tramite canali di accesso cablati

o radio.

Le reti di accesso sono componenti che si trovano sul bordo della rete, possono essere locali

(LAN), istituzionali (scuole, aziende) e mobili; i sistemi terminali ci interagiscono per accedere alla

rete.

2.1 Tipi di accesso alla rete

Uno dei primi tipi di accesso alla rete è l’ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line),

ha una capacità che va da 64 Kb/s a 8,192 Mb/s in downstream e da 16 Kb/s a 768 Kb/s in

upstream; il segnale arriva a una distanza massima di 6 km, per collegarsi utilizza un singolo

doppino telefonico ed è compatibile con il servizio di fonia analogica.

Prevede tre bande di frequenza:

• Per la voce da 0 a 4 KHz

• Per l’upstream da 25 a 160 KHz

• Per il downstream da 240 KHz

Nelle centrali telefoniche per ricevere e convogliare i dati su un unico canale si utilizza il DSLAM

che si comporta da modem.

Nel tempo la tecnologia è migliorata in e con una velocità in downstream

ADSL2 ADSL2+

rispettivamente di 16 e 24 Mb/s e di 1,1 e 3,4 Mb/s in upstream, oggi si utilizza la con

VDSL

una velocità maggiore ma con una sensibilità più alta alla distanza (300 m è la distanza ottimale);

si è riusciti ad aumentare la velocità utilizzando migliori standard di trasmissione e modulazione

(vectoring e OFDM)

2.2 PON

PON è l’acronimo di ovvero un’architettura per la connettività

Passive Optical Networks

dell’ultimo miglio in fibra ottica senza componenti attivi (componenti non alimentati), quest’architettura

parte dalla centrale e arriva al punto più vicino a casa

Una PON è composta da:

• (Optical Line Terminator): in centrale

OLT

• (Optical Networks Units): nelle cabine di strada

ONU

• (Optical Network Terminals): a casa dell’utente

ONT

• (Optical Distribution Network).

ODN 5

2.3 Connessioni domestiche

Negli Stati Uniti per la tv non si usa l’antenna ma il collegamento via cavo con appositi decoder, si

usa il cavo coassiale per trasmettere che ha un’alta velocità e lunghe distanze, questa tecnologia è

chiamata è asimmetrica e ha una velocità massima in downstream

HFC (Hybrid Fiber Coax),

di 30 Mb/s e in upstream di 2 Mb/s; la velocità dipende anche da quanta gente usa la rete

contemporeanamente.

All’interno delle case c’è una rete domestica composta da un modem (che fa da modem, router,

acces point, switch e firewall) a cui sono collegati tutti i dispositivi, arriva a una velocità di 1 Gb/s

quando la connessione è cablata e di 100 Mb/s circa wireless.

Wireless access network:

• wifi, capacità di 30m e circa 100 Mb/s per antenna

wireless LAN:

• 3G e 4G, sono reti dati cellulari pensate per avere un’alta

wide-area wireless access:

capacità e bassa latenza.

2.3.1 Capacità trasmissiva:

È la quantità di dati trasmessi in un certo periodo di tempo, i dati sono strutturati in pacchetti di

una certa grandezza; la velocità di trasmissione è vincolata dalla velocità delle onde (c) e dal tempo

di conversione dei dati in informazione, più il tasso di trasmissione è veloce meno tempo richiede

la trasmissione del pacchetto quindi potrò trasmettere piu pacchetti; c’è un limite alla velocità di

trasmissione perchè il segnale dopo una certa frequenza si degrada.

I dati costituiscono l’informazione e sono rappresentati da bit.

6

Chapter 3

Mezzi di trasmissione

Mezzi e sistemi trasmissivi:

• –> Doppino non schermato e cavo coassiale (Mezzo guidato)

Elettrici

• –> Fibra ottica e raggi laser (Mezzo guidato)

Ottici

• –> Ponti radio, satelliti e reti cellulari (Mezzo non guidato).

Radio

Il è caratterizzato da:

mezzo ottimale

• Buona resistenza alla trazione

• Resistenza, capacità parassita e impedenza basse

• Flessibilità

• Facilità di collegamento dei ricetrasmettitori.

Le dei mezzi elettrici dipendono da:

caratteristiche

• Geometria

• Tipo di isolante

• Tipo di schermatura

• Numero di conduttori e distanza reciproca.

3.1 Doppino

Il mezzo trasmissivo tradizionale è il è una coppia di cavi di rame che sono intrecciati

doppino:

per ridurre le interferenze elettromagnetiche, è economico e semplice da installare; il cavo viene

collegato con un che utilizza 4 doppini messi insieme; ci sono

UTP (Unshielded Twisted Pair)

più categorie di UTP divise in base alla velocità di trasmissione.

3.2 Cavo coassiale

Possiamo anche usare il costituito da due fili concentrici, ha una capacità di

cavo coassiale:

trasmissione di qualche centinaia di Mb/s, è più resistente alle interferenze ma ha maggiori costi

e difficoltà di installazione; oggi è utilizzato per i telefoni, le antenne o per le reti con accesso via

cavo degli Stati Uniti.

3.3 Fibra ottica

Il mezzo trasmissivo più utilizzato e migliore oggi è la costituita da un filo di vetro

fibra ottica:

flessibile diviso in due parti (core e cladding) con indici di rifrazione diversi; il cavo è attraversato

da fotoni che non vengono disurbati da segnali elettromagnetici quindi hanno una bassa probabilità

di errore, si ha meno attenuazione dei fili in rame e hanno capacità di decine di Tb/s.

7

3.4 Trasmissione radio

Il segnale viene diffuso in tutte le direzioni quindi ho bisogno di tanta energia e di proteggere i dati

perchè possono essere letti da tutti, in più il segnale è sensibile ai disturbi ambientali, la presenza

di ostacoli determina riflessioni e rifrazioni che producono copie del segnale trasmesso disturbando

la ricezione (fading e shadowing)

Le trasmissioni radio sono divise in categorie:

• fino a 45Mb/s

Trasmissioni microonde:

• 54 Mb/s

LAN:

• (4G): circa 10 Mb/s, il segnale radio diminuisce molto velocemente, in modo

Wide-area

quadratico rispetto alla distanza.

• 45 Mb/s, si utilizzano satelliti geostazionari che hanno una grande latenza (270

Satellitare:

ms) o satelliti in bassa orbita che hanno una bassa latenza ma con un elevato costo di gestione.

8

Chapter 4

Network core

Il della rete è costituito da un insieme di reti collegate fra di loro costituita da collegati

core router

con fibra ottica tramite collegamenti diretti, alla base di questa comunicazione c’è la commutazione

di pacchetto.

4.1 Pacchetto

Per indicare un pacchetto si utilizzano vari nomi:

• se è piccolo

Cella:

•