Riassunto corso "Telecomunicazioni" e corso "CISCO"

Sistemi e reti

Indice

• Rete a commutazione di pacchetto: ............................................................................................. 2
• Rete LAN ..................................................................................................................................... 10
• Cablaggio strutturato ................................................................................................................. 15
• Apparati di rete ........................................................................................................................... 17
• Protocollo IP .......................................................................................................................... 19
• Router ......................................................................................................................................... 26
• WLAN (Wireless LAN) .............................................................................................................. 31
• Protocolli di routing .................................................................................................................... 34
• VLAN ........................................................................................................................................... 35
• Crittografia .................................................................................................................................. 36
• Firewall – DMZ – ACL ................................................................................................................. 38
• Principali sistemi di accesso e di interconnessione WAN ............................................. 40

Rete a commutazione di pacchetto

Consente a un insieme di computer, e più in generale di macchine dotate di processore, la comunicazione e la condivisione di risorse hardware e software. Sono composte dai seguenti elementi:

• Dispositivi finali (End devices):
  • Terminali attraverso cui gli utenti accedono ai servizi di comunicazione offerti dalla rete. Sono composti da processore, software (client) che comprende un'interfaccia di rete (NIC, Network Interface Card) e un tipo di connessione (via cavo o wireless) con cui si accede fisicamente alla rete.
  • Computer (server) che hanno installato il software tramite il quale si fornisce il servizio.
• Apparati di accesso: apparati di rete che hanno la funzione di interfacciare i dispositivi finali e di raccoglierne il traffico, smistandolo o inoltrandolo ai nodi di rete per l'istradamento. Ne sono esempi:
  • Switch Ethernet
  • Access point
• Nodi di rete: hanno la funzione di smistare il traffico fra reti e sottoreti instradandolo verso la rete di destinazione secondo i principi della commutazione di pacchetto. Un esempio è il router.

Protocollo: è definibile come l'insieme che sovrintendono la comunicazione tra entità simili, cioè dello stesso livello. Specifica cosa, come, quando si deve comunicare. In un protocollo si distinguono:

• Entità: un generico modulo software che invia e riceve dati
• PDU (Protocol Data Unit): struttura logica che permette di trasferire dati, controlli e informazioni di servizio. Una PDU è composta da:
  • Intestazione (Header): che contiene le informazioni di controllo e di servizio
  • Campo informativo (Data information): che contiene i dati che vanno trasferiti
  • Campo di coda (Tail): che consente l'identificazione dell'errore.
• Interfaccia: è definita come l'insieme delle regole adottate per la comunicazione tra entità dissimili, cioè fra entità di livelli adiacenti appartenenti allo stesso sistema

Suite di protocolli: è una struttura gerarchica di protocolli, cioè moduli software installati sulle macchine, ognuno dei quali svolge una funzione ben precisa. I vantaggi nello stratificare dei protocolli sono:

• Eventuali modifiche ad uno strato non comportano modifiche agli altri
• Si garantisce la compatibilità tra sistemi prodotti da aziende differenti

Modello di riferimento OSI

È importante perché definisce i concetti base e fornisce la terminologia con la quale si possono descrivere e confrontare le diverse suite di protocolli realizzate. Fornisce una descrizione astratta delle modalità di comunicazione tra processi residenti in sistemi tra loro interconnessi e definisce delle linee guida per la progettazione delle architetture di rete.

La stratificazione dei protocolli proposta da OSI è:

• Funzioni suddivise in gruppi omogenei
• Ogni gruppo di funzioni è assegnato a uno strato (LAYER)
• Nello strato sono presenti entità con il compito di eseguire le funzioni assegnate allo stesso strato fornendo così uno insieme di servizi (service element)
• Le entità di uno strato interagiscono per fornire servizi allo strato superiore
• Chi fornisce il servizio -> Service Provider e chi utilizza il servizio -> Service User
• Comunicazione tra entità adiacenti dello stesso sistema tramite interfaccia e comunicazione tra entità di pari livello di altri sistemi tramite protocollo (PEER-To-PEER).
• Sull'interfaccia tra 2 stati sono definiti i punti di accesso (SAP) attraverso i quali 2 entità di 2 strati adiacenti si scambiano delle unità di dati (PDU)

Strati modello OSI

Il Modello di Riferimento OSI definisce 7 strati che sono distinguibili in 2 parti:

• 3 strati inferiori: che affrontano la problematica del trasferimento di PDU attraverso una o più reti interconnesse e danno origine a protocolli di rete.
• 4 strati superiori: che affrontano la problematica della comunicazione fra i sistemi finali. Essi danno origine a protocolli di alto livello, che consentono dal punto di vista logico la comunicazione diretta.

Strati modello OSI dettagliati

• Strato fisico (strato 1): fornisce un corretto accesso al canale trasmissivo utilizzato. Definisce inoltre le caratteristiche elettriche meccaniche con cui si accede al mezzo trasmissivo.
• Strato di linea (strato 2): consente il controllo di uno scambio di dati attraverso un singolo canale fisico, detto link. Viene adottato un protocollo di linea che struttura i bit da trasmettere in PDU denominate frame per svolgere inoltre la rivelazione e la correzione degli errori. Il protocollo più noto è il protocollo Ethernet.
• Strato di rete (strato 3): si occupa del corretto instradamento dei pacchetti. Il protocollo più noto è il protocollo IP, le cui PDU sono denominate pacchetti IP.
• Strato di trasporto (strato 4): fornisce un trasferimento di dati efficiente e affidabile. Può implementare la correzione degli errori per garantire l'affidabilità (protocollo TCP) oppure privilegiare la velocità della trasmissione dei dati (protocollo UDP).
• Strato di sessione (strato 5): gestisce il dialogo tra le entità dello strato superiore che avviene aprendo e chiudendo sessioni (connessione logica) di comunicazione.
• Strato di presentazione (strato 6): può effettuare diverse trasformazioni: come la compressione, la crittografia e riformattazione dei dati.
• Strato di applicazione (strato 7): è lo strato che mette in atto tutte le funzioni che consentono il trasferimento effettivo dei dati.

Incapsulamento

Il meccanismo che consente la realizzazione di uno scambio di dati tra processi utente. L'incapsulamento è riassumibile nel seguente modo:

1. Un'entità di uno strato aggiunge alla PDU una propria intestazione (Header), nella quale sono contenute tutte le informazioni di controllo.
2. Si forma così una nuova PDU che viene a sua volta passata a un'entità dello strato sottostante, la quale aggiunge il proprio Header. Si prosegue così fino allo strato 2 dove viene creato il FRAME aggiungendo oltre al proprio Header anche il TAIL per il controllo dell'errore.
3. Lo strato fisico converte ogni bit del frame in un segnale avente natura, forma e livello adatti per la trasmissione sul canale di comunicazione.
4. In una rete a commutazione di pacchetto ogni nodo può comprendere gli strati 1,2,3.
5. In ricezione un'entità di uno strato estrae e analizza solo l'intestazione (header) inserita da un'entità di pari livello. Mentre non analizza il resto del blocco dati da passare allo strato superiore.
6. Un'entità di uno strato colloquia direttamente con un'entità di uno strato di pari livello.

Modalità di comunicazione fra entità

• Connection-oriented: le entità instaurano una connessione logica quando devono comunicare. Avviene in 3 fasi: Instaurazione della connessione logica, trasferimento di PDU, abbattimento della connessione logica. Consente di implementare la correzione d'errore e il controllo di flusso.
• Connectionless: è prevista solo la fase di trasferimento di PDU. L'entità di un sistema emette le proprie PDU e le passa a un'entità dello strato sottostante. Si possono rilevare gli errori ma non correggerli.

Terminologia OSI

• Processo: elemento attivo in un sistema informatico.
• Host: sistema finale.
• DTE (Data Terminal Equipment): generico terminale in grado di inviare e ricevere dati.
• Protocollo: modulo software, installato sugli apparati che devono comunicare, che gestisce una parte delle operazioni che consentono lo scambio di informazioni in rete.
• Suite di protocolli: insieme dei protocolli che vengono utilizzati per permettere la comunicazione dei computer collegati in rete.
• SAP (Service Access Point): identificativi che consentono a un protocollo di uno strato di individuare qual è il protocollo dello strato superiore con cui deve comunicare.

Modalità di instradamento nella commutazione di pacchetto

Datagram

È di tipo connectionless in cui ogni pacchetto emesso da un host è considerato come una PDU a sé stante e viene instradato dai nodi di rete in modo indipendente dagli instradamenti eseguiti per gli altri pacchetti, anche relativi a uno stesso scambio di dati.

Caratteristiche:

• 1 sola fase (scambio dei pacchetti, ognuno dei quale ha indirizzo del mittente e del destinatario)
• Ogni nodo coinvolto effettua una decisione di routing (instradamento)
• Non è un servizio affidabile, non viene garantito che i pacchetti giungano al destinatario, né che vi giungano senza errori o nella giusta sequenza.

Vantaggi:

• Rete molto robusta, gli host possono continuare a comunicare anche se alcuni nodi non funzionano.
• Rete autoconfigurante, i nodi di rete possono scambiarsi informazioni di instradamento.

Svantaggi:

• Se non si utilizza un protocollo dello strato 4 per la correzione degli errori e il controllo di flusso non ci sono garanzie riguardo la corretta sequenza in cui arrivano i pacchetti.
• Se si attiva negli host un protocollo dello strato 4 si hanno ritardi evidenti.

Per i precedenti vantaggi questa modalità ha avuto molto successo ed è stata adottata dal protocollo IP.

Virtual Circuit

È una modalità di instradamento di tipo connection-oriented che consiste nel definire preliminarmente il percorso che dovrà essere seguito dalle PDU che i sistemi finali si scambiano per comunicare. Si distinguono due tipi di Virtual Circuit:

• Permanent Virtual Circuit: percorsi fissi permanenti instaurati dal gestore di una rete
• Switched Virtual Circuit: percorsi definiti volta per volta al momento della comunicazione.

L'identificazione del percorso che deve essere seguito avviene etichettando ciascuna PDU tramite un apposito campo dell'header.

Vantaggi:

• Consente di emulare un circuito fisico.
• È adatta a supportare una comunicazione multimediale
• Consente di realizzare nodi di rete ad alte prestazioni (operano in modo più semplice rispetto al Datagram)
• Consente a un operatore di rete di stabilire il percorso che le varie PDU devono seguire
• Consente di aggregare più flussi che devono seguire lo stesso percorso

Per consentire alle reti basate sulla suite di protocolli TCP/IP di supportare la modalità Virtual Circuit è stata sviluppata la tecnologia MPLS (MultiProtocol Label Switching).

Classificazione delle reti a commutazione di pacchetto

• PAN (Personal Area Network): decina di metri. Sfrutta solitamente tecnologie wireless (come Bluetooth)
• LAN (Local Area Network, reti locali): centinaio di metri. Reti fisiche che supportano la comunicazione tra computer posti in un’area geografica limitata.
• SAN (Storage Area Network, reti di dispositivi di memorizzazione): Reti che interconnettono dispositivi di memorizzazione e i computer server presenti nei data centre.
• MAN (Metropolitan Area Network): Reti che interconnettono ad altissima velocità apparati informatici e delle LAN poste in un ambito cittadino.
• WAN: Reti che interconnettono nell'ambito nazionale e internazionale. Reti private che interconnettono LAN poste in luoghi fisici differenti.

Classificazione delle reti basate sulla suite TCP/IP

• Internet: Insieme di reti interconnesse il cui accesso è pubblico e viene offerto da Internet Service Provider (ISP)
• Intranet: Rete privata di un’azienda o ente il cui accesso è in genere consentito solo ai dipendenti dell’azienda stessa
• Extranet: Rete privata che interconnette porzioni di reti di aziende o enti diversi che cooperano

Suite TCP/IP

Architettura di protocolli suddivisa in 3 strati:

• Applicazione, comprende le funzioni degli strati OSI 5,6,7
• Trasporto, corrisponde allo strato 4 OSI
• Internet, corrisponde allo strato 3 OSI

La suite TCP/IP non comprende le funzioni degli strati 1 e 2 del modello OSI; perché deve essere indipendente dalle tecnologie trasmissive e dai protocolli di linea, quindi queste funzioni possono essere implementate con soluzioni diverse a seconda del tipo di connessione disponibile.

Per evitare ambiguità si definisce segmento TCP la PDU generata nello strato 4 del modello OSI, pacchetto IP la PDU generata nello strato 3 del modello OSI e frame la PDU dello strato 2 del modello OSI.

Protocolli dello strato di applicazione

• Servizi di comunicazione agli utenti : HTTP (o HTTPS per le reti più sicure), trasferimento di pagine web, FTP (trasferimento file), SMTP e POP3 (per il trasferimento di e-mail), IRC per le chat
• Servizi per la configurazione e la gestione delle reti: DHCP (configurazione indirizzi IP), DNS (conversione nome – indirizzo IP)
• Servizi interni per l’aggiornamento delle tabelle di routing dei router: protocolli di routing RIP, OSPF
• Servizi per il trasferimento di file audio e video digitalizzati: Protocollo RTP e per lo scambio della segnalazione in comunicazioni multimediali, protocolli SIP.

Protocolli strato di trasporto

• TCP (Transmission Control Protocol): connessioni affidabili con il controllo di errore
• UDP (User Datagram Protocol): connessioni veloci senza controllo di errore

Protocolli strato di internet

• IP (Internet Protocol): fornisce ai protocolli dello strato superiore un servizio di comunicazione senza correzione dell’errore. Esistono due versioni di questo protocollo: IPv4 e IPv6
• ICMP (Internet Control Message Protocol): implementato per la verifica della capacità di comunicazione IP
• ARP (Address Resolution Protocol): impiegato nelle reti locali (LAN) Ethernet per ricercare l’indirizzo di una scheda di rete conoscendone il solo indirizzo IP

Protocolli di rete

I principali protocolli dello strato 2 impiegati nelle connessioni fisiche sono:

• Ethernet: per l’invio di pacchetti IP su una LAN di tipo Ethernet
• HDLC: per il trasferimento di dati su una linea dedicata che interconnette 2 apparati
• PPP (Point to Point Protocol) per il trasferimento di dati su una linea dedicata o commutata su una connessione ADSL con la quale l’host accede a una rete IP
• Frame Relay, quando si usano le Virtual Circuit fornite da una rete Frame Relay per l’interconnessione di un certo numero di router
• ATM, quando si usa una rete fisica in tecnica ATM per l’interconnessione di un certo numero di router
• SNDCP, usato nelle reti cellulari per incapsulare i pacchetti IP da inviare via radio alla rete cellulare

Identificazione dei protocolli e dei servizi

L’identificazione dei protocolli nei diversi strati avviene con le seguenti modalità:

• I protocolli dello strato 4 (TCP e UDP) identificano i protocolli dello strato di applicazione e quindi i servizi di comunicazione tramite l’assegnazione di un numero denominato port number
• Per il protocollo IP, appartenente allo strato 3, l’identificazione del protocollo dello strato superiore avviene tramite un numero contenuto in un campo dell’intestazione del pacchetto IP denominato protocol number
• Il protocollo dello strato 2 Ethernet utilizza un campo frame, denominato protocol type, per identificare il protocollo dello strato superiore che può essere IP o ARP

Caratteristiche dei protocolli dello strato di applicazione

Architettura client-server

Il software che implementa i protocolli di applicazione è molto spesso organizzato con un’architettura denominata client-server in cui:

• Il Client è il software che risiede nel dispositivo utilizzato per richiedere informazioni e che invia le richieste stesse
• Il Server è il software installato sulla macchina che fornisce le informazioni. Il server è in attesa di ricevere le richieste che gli giungono su una certa porta TCP o UDP. Una volta ricevuta una richiesta valida, il server risponde inviando le informazioni cercate.

Classificazione dei protocolli di applicazione

I protocolli di applicazione offrono vari tipi di servizi e possono essere classificati in:

• Protocolli che forniscono agli utenti servizi completi per il recupero di informazioni:
  • HTTP: per il trasferimento di pagine web in chiaro senza crittografia, da un server HTTP, su cui sono memorizzati i file HTML che realizzano le pagine web verso un client HTTP che ne ha fatto richiesta
  • HTTPS, per il trasferimento di pagine web in modalità sicura