Manuale multimediale sulle reti di computer
Zenone Salvatore_E7
Telematica o ICT:
telecomunicazioni e informatica
.. La parola Telematica indica una nuova
disciplina, nata dall’unione delle tecnologie delle
comunicazioni e dell’informatica.
Un termine alternativo a telematica è ICT
(Information and Communication Tecnology)
che sottolinea l’importanza nelle moderne
tecnologie dell’unione tra Informatica e
Telecomunicazioni.
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LE
TELECOMUNICAZIONI
..L’obiettivo principale delle tecomunicazioni (o
comunicazioni elettriche) è quello di trasmettere a
distanza, e quindi attraverso lo spazio, informazioni
(dati codificati) utilizzando come supporto segnali di
tipo elettrico.
Problemi fondamentali della telecomunicazione:
- inviduazione dei mezzi e dei modi
- coerenza delle informazioni scambiate
(qualità della trasmissione)
- velocità del processo di scambio
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Elementi di un sistema di
telecomunicazione
•Sorgente
(che produce il messaggio)
•Trasmettitore (che trasforma il messaggio
in un segnale)
•Mezzo di trasmissione (il veicolo fisico sul quale
si propaga il segnale)
•Ricevitore (che trasforma il segnale in un messaggio)
•Destinatario (che utilizza il segnale ricevuto)
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Rete informatica
..consiste nell'insieme:
- delle macchine Hosts collegate da un mezzo trasmissivo
- di uno o più mezzi trasmissivi (Communications Media)
- dei Protocolli di comunicazione (le regole formali che
definiscono le metodologie di generazione trasmissione
e ricezione dei dati).
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"Chi è chi" nel mondo degli standard
PTT
Post, Telegraph & Telephon è
l'amministrazione che gestisce in una nazione
i servizi trasmissivi.
( in Italia il Ministero
delle poste e delle Telecomunicazioni).
CCITT
Comité Consultatif International de Telegraphie
et Telephonie è l'organismo internazionale
che emette le specifiche tecniche che
devono essere adottate dalle PTT.
è recentemente entrato a far parte dell'ITU
(International Telecommunication Union).
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"Chi è chi" nel mondo degli standard
ISO
International Standard Organization
è il principale ente di standardizzazione
internazionale che si occupa anche
di reti di calcolatori .
ANSI
American National Standards Institute
è il rappresentante USA nell'ISO .
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“Chi è chi” nel mondo degli standard
IEEE
Institute of Electrical and Electronics Engineers
è l'organizzazione professionale mondiale
degli ingegneri elettrici ed
elettronici
con gruppi di standardizzazione sulle reti di
calcolatori .
UNINFO è il rappresentante italiano nell'ISO
per le tematiche di reti di calcolatori.
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Tipologia di base nella
Trasmissione dei Dati (TD)
Parallela:
• i dati oggetto della trasmissione vengono trasmessi e ricevuti
contemporanemente perchè dotati ognuno di un proprio canale di
comunicazione.
• trova uso comune nella interconnessione delle singole componenti
logiche di un computer oppure ogniqualvolta si deve instaurare un
collegamneto per brevi distanze che non superano alcuni metri
(Stampanti).
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Tipologia di base nella
Trasmissione dei Dati
(TD)
Seriale:
• i dati oggetto della trasmissione vengono trasmessi e ricevuti
su di un unico canale di comunicazione scomposti in una serie
temporale .
• trova uso comune nella trasmissione dei dati a distanza.
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Tipologia di base nella
Trasmissione dei Dati
(TD)
Seriale tipologie:
Asincrona: che contiene oltre che le informazioni
anche i dati necessari alla decodifica
temporale.
Sincrona:
che affida la decodifica temporale
dell’ informazione ad un segnale
di coincidenza (sincronizzazione).
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Tipi di reti:
-LAN
(Local Area Network)
-MAN
(Medium(campus)Area Network)
-WAN
(Wide Area Network)
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LAN:
Una LAN (Local Area Network) è un
sistema che consente l'interazione e lo
scambio di dati tra risorse di calcolo
eterogenee, in un ambito geografico
limitato, mediante un supporto trasmissivo
comune ad alta velocità e basso tasso di
errore
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LAN:
Funzionalità :
• Condivisione e distribuzione ad alta velocità
delle risorse (pregiate):HW e SW
• Ottimizzazione della distribuzione delle utenze
semplificando il cablaggio.
• Possibilità di comunicazione tra utilizzatori
tramite l’implementazione di meccanismi
di messaggistica.
• Controllo e gestione centralizzati delle risorse
di calcolo ed in generale di tutti i
dispositivi ad esse connesse.
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LAN
Elementi caratterizzanti :
• Tipologia delle risorse connesse
• Omogeneità delle risorse
• Criteri di accesso al mezzo trasmissivo
• Topologia della rete
• Supporti fisici trasmissivi
• Tipo di segnale utilizzato
• Velocità di trasmissione
• Costo
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LAN
Tipologia risorse connesse:
• MainFrame
• WorkStation
(Sistema operativo proprietario)
(Unix)
• Home Computer (PC-Mac)
• Periferia intelligente (Stampanti di rete,
Strumenti di misura etc).
• Host Diskless (Xterminal, Java Terminal).
• Host con funzioni dedicate all'implentazione
di particolari funzioni di protocolli.
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LAN
Standard :
Reti aperte: sono basate su modalità standardizzate,accessibili a tutti i
costruttori di calcolatori e di apparati di rete, che consentono
l'interconnessione di risorse diverse tra loro per sistema operativo,
provenienza potenza computazionale e finalità.
Reti chiuse: sono basate su modalità proprie da una casa costruttrice
in particolare, per interconnettere le proprie macchine con protocolli
"ad hoc". Es.:AppleTalk,DECnet,WANGnet.
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LAN
Topologie Architetturali:
Bus Lineare:
•Semplicità di connessione
•Basso costo
•Nessuna unità dedicata e/o prioritaria
Star:
•Necessità di una unità dedicata (HUB)
•Possibilità di gerarchia (Tree)
Ring:
•Spesso necessità di una unità dedicata(MAU)
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Cablaggio Strutturato
Il Cablaggio è l’insieme
delle tecniche e delle
operazioni necessarie per
costruire fisicamente la
rete.
I cablaggi conformi a
normative internazionale si
definiscono strutturati
Standard di
riferimento:
TIA-EIA 568
A/B
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LAN
Velocità di trasmissione:
Sono sempre espresse
tempo Mbit/sec .
in
Milioni
di
Bit
nell'unità
di
Non si riferiscono al solo dato oggetto della trasmissione ma
all'insieme di quest'ultimo e di tutte le informazioni che il
protocollo trasmissivo utilizzato impiega nell'espletamento delle
proprie funzioni (frame-trama-pacchetto).
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LAN
Supporti fisici trasmissivi:
•Cavo coassiale
•Doppino non schermato (UTP)
•Doppino schermato (STP)
•Fibra ottica
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LAN
Modalità di trasmissione del segnale:
BroadBand
(trasmissione
in
banda
larga):
la banda
passante disponibile viene suddivisa in piu' canali logici utilizzabili
simultaneamente.
Si tratta di una tecnica sofisticata e costosa.
BaseBand (trasmissione in banda base): in ogni momento
viene trasmesso un solo segnale.
Trattandosi di una tecnica semplice, economica e molto affidabile è
utilizzata prevalentemente nella Trasmissione Dati.
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LAN
Criteri di accesso ai mezzi trasmissivi:
Probabilistici:
CSMA/CD
(Carrier Sense Multiple Access Collision Detection).
CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision
Avoidance): protocollo di livello MAC per l'accesso multiplo ad un
mezzo condiviso con meccanismo di contesa iniziale per evitare le
collisioni dei pacchetti di dato. Utilizzato nelle reti wireless e
nella rete LocalTalk (Apple).
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LAN
Algoritmo di funzionamento:
Una stazione che intende trasmettere un dato (trama o pacchetto) deve verificare lo
stato del mezzo trasmissivo: libero od occupato da altre stazioni in comunicazione
(Carrier Sense).
Nel primo caso si può iniziare la trasmissione sul mezzo comune (Multiple Access)
altrimenti si deve rimandare sino a quando la portante si rende disponibile (Delay).
Dopo aver iniziato la trasmissione, la stazione verifica le eventuali collisioni con altre
trasmissioni 'simultanee' (Collision Detection).
In caso positivo la trasmissione viene mantenuta per altri 32 bit per far sì che tutte
le stazioni abbiano potuto rilevare condizione (JAM) e poi abortita.
Tutte le stazioni che hanno dovuto interrompere l'invio della trama a causa della
collisione riproporranno la trasmissione dopo un intervallo di tempo calcolato in modo
pseudo-casuale per ridurre al minimo la probabilità di un nuovo evento.
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Trasmissione senza collisione
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Transmissione con collisione
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LAN
Criteri di accesso ai mezzi trasmissivi:
Deterministici:Token Passing
Algoritmo di funzionamento:
Definita una sequenza di dati (trama) con certe caratteristiche 'Token'
questa viene trasmessa continuamente tra le stazioni.
Una stazione
adiacente.
Una stazione
non-token.
Dopo aver
destinataria,
che non necessita di accesso la legge e poi la ritrasmette alla
che deve comunicare dopo averla letta inizia una trasmissione
ricevuto un trama di 'acknowledgement' dalla stazione
la stazione trasmittente considera conclusa la trasmissione ed
invia un token alla stazione successiva...
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LAN
Soluzioni attuali per l'implentazione di una Lan:
Reti proprietarie: AppleTalk, OmniNet,...
Reti su standard aperti: IEEE 802.3 (Ethernet)
ANSI X.3T9 (FDDI)
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LAN
ISO-OSI:
Modello di riferimento per la descrizione di
implementazioni di reti informatiche.
Storia:
Nel 1980 l'Organizzazione Internazionale per gli Standard
(ISO) iniziò la codifica di un modello di riferimento per la
descrizione delle implementazioni di reti informatiche che fu
rilasciato poi nel 1984: l'OSI (Open System Interconnection
Model ).
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ISO/OSI e IEEE 802
7
Offre servizi per la gestione di applicazioni distribuite, email ecc.
6
5
Traduzione e conversione di sintassi, compattazione,
crittografia
4
Controllo della rete, congestione e multiplazione
3
2
Assicura il trasferimento all’interno della rete.
Instradamento.
1
Gestione diretta del mezzo fisico, assicura il trasferimento dei
bit
Creazione sessione, modalità dialogo
Assicura il trasferimento libero da errori di frame, controllo
di flusso
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Il progetto IEEE 802
Interfaccia unificata
LLC
MAC
con il livello network
802.2 Logical Link Control
ISO 8802.2
802.3
ISO
8802.3
802.05
ISO
8802.05
FDDI
ISO
9314
802.11
ISO
8802.1
LIVELLO
NETWORK
LIVELLO
DATA LINK
802.12
ISO
8802.12
LIVELLO
FISICO
CSMA/CD
TOKEN
RING
FDDI
WIRELESS
ANYLAN
Tecnologie trasmissive differenziate
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LAN
IEEE 802:
L'Ente Statunitense IEEE si occupa della stesura delle
normative relative per l'ingegneria elettronica ed
elettrotecnica.
Il proprio lavoro è articolato in comitati di lavoro.
Il comitato 802 è dedicato alle LAN ed è suddiviso in
sottocomitati che si occupano delle tematiche costituenti:
IEEE 802.1:
Relazione tra i vari standard 802.X ed il modello ISO-OSI;
architettura e gestione.
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LAN
IEEE 802.2:
Logical Link Controll- protocollo comune a tutti i tipi di
rete previsti dagli standard dei sottocomitati fratelli.
IEEE 802.3:
Reti locali a Bus Lineare con accesso CSMA/CD: ETHERNET
IEEE 802.4:
Reti locali a bus lineare con accesso Token Passing
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LAN
IEEE 802.5:
Reti locali ad anello con accesso Token Passing: FDDI
IEEE 802.6:
Reti metropolitane (MAN)
IEEE 802.7:
Reti locali di tipo BroadBand
IEEE 802.8:
Reti locali in fibra ottica
IEEE 802.9:
Reti integrate voce-dati
IEEE 802.11:
Reti Wireless
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IEEE 802.3 (CSMA/CD)
•Topologia: bus
•Cablaggio: bus, stella
•Arbitraggio del canale trasmissivo: tramite contesa
•Tipologia del protocollo: non deterministico,
tempo di attesa non limitato superiormente
•Velocità Trasmissiva: 10 Mb/s
•Throughput massimo: 4 Mb/s
•Evoluzione della rete Ethernet proposta da
Digital, Intel, Xerox (DIX)
•Coincide praticamente con l`Ethernet V2
•IEEE 802.3u: versione
a 100 Mb/s
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Standard a livello fisico(802.3)
Gli standard a livello fisico:
•10base5: usa il coassiale di tipo thick
•10base2: usa il coassiale di tipo thin
•10baseT: usa il doppino
•FOIRL:
usa la fibra ottica per connettere i repeater
•10baseFL: è un’evoluzione del FOIRL per connettere repeater o
stazioni
•10baseFB: è uno standard in fibra ottica con caratteristiche
di fault tolerance
•10baseFP: è uno standard che fa uso di stelle ottiche passive
La velocità trasmissiva
è sempre 10 Mb/s
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10base2
•Lunghezza massima del cavo 185 m
•Numero massimo di stazioni 30
•Distanza minima tra le stazioni 0.5 m
•Minima velocità di propagazione 65%
•Lunghezza massima transceiver cable 50m
Transceiver connessi:
Tagliando il cavo
“crimpando i connettori”
connettendo i due spezzoni con un T
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10base2
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10baseT
Standard per IEEE 802.3 su doppino UTP
(Unshielded Twisted Pair)
Caratteristiche:
• concepito per applicazioni d'ufficio.
• utilizzo di UTP a basso costo.
• facilità di connettorizzazione (RJ45).
• Standard di tipo link (punto a punto):
richiede l'adozione di repeater per collegare
le stazioni.
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10baseT
la connessione tra Repeater e Stazione è fatta
usando due doppini (due coppie):
•TX stazione - RX repeater
•RX stazione - TX repeater
Concepito per adattare IEEE 802.3
a cablaggi strutturati:
•EIA/TIA 568
•ISO/IEC 11801
•TIA/EIA 568A
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10baseT
Cavo UTP 100:
• costo del cavo minore di 50 centesimi/metro
Lunghezza massima consigliata 100 m:
• 90 m di cablaggio strutturato
• 10 m di cavetti di patch
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Connettori per 10baseT
Presa Femmina
Spinotto(plug) maschio
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RJ45:assegnazione delle coppie
•TD+
•TD•RD+
•Non Utilizzato
•Non Utilizzato
•RD•Non Utilizzato
•Non Utilizzato
Vista frontale del connettore
• I pin usati sono 1-2-3-6
secondo lo standard EIA/TIA 568
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Thin Ethernet
•
Utilizzato nelle reti Ethernet 10baseT ( tipo
RG58).
Costituito da :
un conduttore centrale in rame di tipo trefolato.
isolante di materiale espanso o compatto.
uno schermo in foglio di alluminio.
•
uno schermo in calza
Attenuazione 2.7 volte superiore al cavo Thick
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Il doppino
•Costituito da una o più coppie (pair) di
conduttori di rame ritorti (binati,twisted)
•Impiegato in fonia,reti locali,cablaggio strutturato
le caratteristiche elettriche richieste per impiego
sulle reti locali sono nettamente superiori a quelle
per impieghi in sola fonia
•Banda passante più bassa del coassiale
•Costi ridotti e installazione semplice
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Categorie dei cavi UTP ed impieghi
Impieghi inerenti alle 5 categorie di cavi:
• categoria 1: per telefonia analogica
• categoria 2: per telefonia digitale a trasmissione dati
a bassa velocità linee seriali
• categoria 3: reti locali che non producano frequenze
fondamentali superiori a 12.5 MHz Ethernet 10BaseT
• categoria 4: reti locali che non producano frequenze fondamentali
superiori a 20 MHz Token Ring 16 Mb/s.
• categoria 5: reti locali che non producano frequenze fondamentali
superiori a 32 MHz FDDI MLT-3, Ethernet 100BaseTX
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Connessioni Hardware
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Transceiver
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10baseT: Crossover Function
La funzione di crossover può essere implementata
automaticamente nel MAU
MAU: Medium Attachment Unit (Transceiver)
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HUB (Concentratore centro stella)
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Gli indirizzi MAC
Sono standardizzati dalla IEEE
sono lunghi 6 byte,cioè 48 bit
si scrivono come 6 coppie di cifre esadecimali
Ad esempio:
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Indirizzi MAC
Si compongono di due parti grandi 3 byte ciascuna:
I tre byte più significativi indicano il lotto di
indirizzi acquistato dal costruttore della scheda,
detto anche vendor code o OUI(Organization Unique Identifier)
I tre meno significativi sono una numerazione
progressiva decisa dal costruttore
OUI assegnato dall’ IEEE
Assegnato dal costruttore
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Ethernet – IEEE 802.3
•Preambolo:7 ottetti di sincronizzazione
•SFD:
Start Frame Delimiter indica l`inizio del pacchetto
•DSAP:
Destination Services Address Point indirizzo (32bit) del destinatario
•SSAP:
Source Services Address Point indirizzo (32bit) della sorgente
•Length:
definisce l`estensione del campo Data
•Type:
identifica il protocollo trasportato nel campo data
•Data:
i dati trasportati dal pacchetto
•LLC-PDU: Logical Link Control - Protocol Data Unit
•PAD:
Packet Assembler Disassembler
•FCS:
Frame Check Sequence contiene il Cyclic Redudancy Code
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L’Architettura di rete TCP/IP
OSI
Internet Protocol Suite
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Indirizzi IP
• Sono ampi 32 bit (4 byte)
• Si scrivono come 4 numeri decimali separati dal
carattere [ . ]
• Ogni numero rappresenta il contenuto di un
byte ed e’ quindi compreso tra 0 e 255
• Esempi:
192.168.0.2
10.10.2.17
82.48.27.33
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IP Protocol Suite
ARP: Address Resolution Protocol
RARP: Reverse ARP
ICMP: Internet Control Message Protocol
Verificare lo stato della rete
• Echo request ed Echo reply
Riportare anomalie
•Destination Unreachable
•Time Exceeded for a Datagram
•Parameter Problem on a Datagram
Scoprire la netmask
•Mask Request
•Address Mask Reply
Migliorare il routing
•Redirect
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Protocolli di routing:
IGP: Interior Gateway Protocol
RIP:
Routing Information Protocol (Distance Vector)
IGRP: Interior Gateway Routing Protocol (DistanceVector)
OSPF: Open Shortest Path First (Link-State)
Integrated IS-IS: (Link-State)
EGP: Exterior Gateway Protocol
EGP: Exterior Gateway Protocol (Reachability-only)
BGP: Border Gateway Protocol (Distance Vector)
IDRP: Inter Domain Routing Protocol
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IP:Internet Protocol
•
•
•
•
È il livello Network di TCP/IP
Offre un servizio non connesso
Semplice protocollo di tipo Datagram
Un protocollo datato ... ma
non obsoleto
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IP
Funzionalità:
•Frammentazione e riassemblaggio dei pacchetti.
•Gestione indirizzi a 32 bit a livello di rete e di host.
•Routing.
•Monitoring della connessione.
•Configurazione di classi di servizio.
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Formato del pacchetto IPv4
0
4
8
16
19
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24
31
Classe A
•Campo rete
7 bit
max 128 reti
valori compresi tra 0 e 127
•Campo host
24 bit
max 16M host
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Classe B
•Campo rete
14 bit
max 16K reti
valori compresi tra 128 e 191
•Campo host
16 bit
max 64K host
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Classe C
•Campo rete
21 bit
max 2M reti
valori compresi tra 192 e 223
•Campo host
8 bit
max 256 host
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Classi D ed E
Classe D
Sono riservati al multicasting, cioè all'indirizzamento
di gruppi di host.
Classe E
Sono riservati per usi futuri.
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Subnetting
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Netmask
• Parametro che specifica il subnetting
bit a 1 in corrispondenza dei campi network e subnetwork
bit a 0 in corrispondenza del campo host
•Esempio: si supponga di voler partizionare una
Rete di classe B in 16 subnet da 4096 host
Netmask 11111111 11111111 11110000 00000000
Netmask esadecimale ff ff f0 00
Netmask decimale 255.255.240.0
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Nomi e Indirizzi
•Agli indirizzi IP si associano per comodità uno o
più nomi
•Definizione locale in un file “host”
223.1.2.1
223.1.2.2
223.1.2.3
223.1.2.4
223.1.3.2
223.1.4.2
alpha
beta
gamma
delta mycomputer
epsilon
iota
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DNS: Domain Name Server
• Il file host diviene impraticabile quando la rete
IP cresce di dimensione
• Si può utilizzare una base di dati distribuita per
la gestione dei nomi (DNS)
• Non esiste corrispondenza tra domini e reti
• Nomi di tipo gerarchico
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Trasmission Control
Protocoll o (UDP)
The Internet Protocol Suite:
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Connessione TCP/IP
•Una connessione è una quintupla:
protocollo= TCP o UDP
indirizzo= indirizzo IP (32 bit)
porta= punto di accesso (16 bit)
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TCP e UDP
•Due protocolli di trasporto alternativi.
•Realizzano funzionalità comuni a tutti gli
applicativi.
•Possono operare simultaneamente con molti
applicativi diversi, tramite il concetto di porta.
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UDP: User Datagram Protocol
•Protocollo di trasporto di tipo non connesso
•Aggiunge due funzionalità a quelle di IP:
-multiplexing delle informazioni tra le varie applicazioni
tramite il concetto di porta.
-checksum (opzionale) per verificare l’integrità dei dati.
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UDP: applicazioni
•NFS (Network File System)
•SNMP(Simple Network Management Protocol)
•Applicazioni R-Unix
•rwho
•ruptime
•rexec
•….
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TCP: Transmission Control Protocol
Un protocollo di trasporto:
•byte-oriented
•connesso
Utilizzato da applicativi che richiedono la
trasmissione affidabile dell’informazione:
•telnet
•ftp (file transfer protocol)
•smtp (simple mail transfer protocol)
•rcp (remote copy)
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TCP: princiali funzionalità
Supporto della connessione tramite circuiti virtuali:
•full-duplex
•acknowledge
•controllo di flusso
•Error Checking
Controllo sulla trasmissione per:
•flusso
•stato
•Sincronizzazione
Garantisce la consegna del pacchetto
(Il TCP remoto deve fornire un acknowledge
dei dati).
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Porte TCP e UDP
•Sono il mezzo con cui un programma client
Indirizza un programma server
un ftp client(ad esempio) per connettersi ad un ftp server
indica:
l’indirizzo IP dell’ elaboratore remoto
il numero della porta associata allo ftp server
•Caratteristiche
•identificate da un numero naturale su 16 bit
•0….1023 = porte privilegiate
•1024…65535= porte utente
•porte statiche (quelle dove un server è in ascolto)
•porte dinamiche (quelle usate per completare
richiesta di connessione e svolgere un lavoro
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una
Well Known Port
Sono associate agli applicativi principali,
Ad esempio:
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Repeater
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I Bridge
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I Router
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GATEWAY
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