Internet e architettura di rete

Cos'è Internet?

è una lista di host collegati tra loro, queste connessioni possono essere effettuate (in maniera fisica) grazie ad una rete di connessioni di rame/fibra ottica/satellitare o wireless. I vari host riescono a comunicare tra di loro inviandosi pacchetti, che vengono instradati nella direzione giusta tramite router e switch.

Un host può essere un singolo dispositivo come una rete interna ad un azienda. I vari host comunicano tramite pacchetti i cui contenuti vengono interpretati grazie all'utilizzo di protocolli standard.

DSL

Riutilizzano le reti telefoniche per trasferimento di dati e chiamate vocali su una stessa rete

Reti di accesso wireless

Due categorie:

• WLAN, sono connessioni wireless a basso raggio, di solito in un edificio/casa
• WWAN, sono connessioni wireless a largo raggio, di solito forniti dagli operatori telefonici. Esempio sono 3G, 4G, etc...

Trasferimento dati

Un applicativo di un host vuole inviare un messaggio tramite l'internet, allora lo spezzetta in porzioni piccole chiamati pacchetti di lunghezza $L$ (bits), e li trasferisce su una rete che ha una capacità di trasmissione $R$ (bits/sec). E quindi per poter trasmettere un messaggio di L bits in una connessione che ha capacità R ci impiega $\frac{L}{R}$ secondi

Tipologie di mezzi trasmissivi

• Cavo coassiale: ha due conduttori concentrici di rame, permette comunicazione bidirezionale ed è a banda larga.
• Fibra ottica: fibra di vetro che trasmette impulsi luminosi, riesce ad avere una velocità di trasmissione molto elevata, ed è immune al rumore elettromagnetico
• WLAN: classica connessione wifi
• WWAN: connessioni telefoniche 3g/4g etc...
• Satellitare: connessione wireless tramite satellite.

Nucleo della rete

Un host comunica con l'esterno tramite dei pacchetti. Questi pacchetti devono essere instradati alla corretta destinazione, questo è il compito dei router.

I router usano la strategia del Store and forward, quello che fanno è propagare un pacchetto da un host ad un altro host/router. Ma prima di poter propagare il pacchetto, esso deve essere ricevuto nella sua interezza.

Se il rapporto dei dati in arrivo eccede il trasmission rate della connessione fra due host, i pacchetti inviati vengono accodati in attesa di essere trasmessi, e se questa coda raggiunge la sua massima capacità, i pacchetti possono essere "scartati" e quindi verranno persi.

I router hanno due compiti fondamentali:

• routing: determina il cammino sorgente-destinazione dei pacchetti, cercando di minimizzare la durata di trasmissione.
• Forwarding: Muove i pacchetti in ingresso al router, alla prossima destinazione

In alternativa si può creare una connessione diretta fra due host, in maniera fisica, cosi che possano comunicare senza router nel mezzo. Questa tecnica veniva usata nelle reti telefoniche tradizionali.

FDM vs TDM

• Frequency division multiplexing: può essere usato solo in connessioni analogiche, permette di far comunicare più utenti, assegnando ad ogni host una frequenza specifica
• Time division multiplexing: può essere usato sia in una connesione analogica che digitale, usa una singola frequenza ma trasmette i messaggi in piccoli segmenti, uno per utente.

Suddivisione della rete

Il problema è permettere il collegamento di tutti gli ISP che gestiscono la propria rete, a tutti quanti gli altri ISP. Naturalmente un collegamento diretto fra tutti gli ISP non è fattibile, per questo motivo ci sono diversi "strati" di ISP, che rendono più facile la connessione fra un ISP agli altri, passando da un ISP più grande intermediario.

Al centro troviamo un piccolo numero di grandi reti che sono collegati fra di loro (le grandi ISP, anche considerabili come un intera nazione), ai cui i più piccoli ISP si connettono per parlare con il resto dell'internet

Ritardo dei pacchetti

Un pacchetto può essere perso o ritardare, le cause di ciò sono:

• $d_{proc}$ il tempo di elaborazione di un nodo, come per esempio controllare che il pacchetto sia valido, determinare il canale di uscita, etc
• $d_{queue}$ il tempo di accodamento, in attesa che il pacchetto venga spedito dal router, dipende dal livello di congestione del router
• $d_{trans}$ il ritardo di trasmissione, quanto tempo ci vuole per trasmettere il pacchetto di lunghezza $L$ su una bandwidth di capacità $R$
• $d_{prop}$ il tempo di propagazione fisico, quindi quanto tempo ci mette il segnale a percorrere il tragitto che collega un nodo ad un altro

Un pacchetto può essere perso all'interno dell'internet per colpa del riempimento dei buffer dei router, che se è ricevuto quando è pieno, non può essere salvato da alcuna parte, e quindi semplicemente scartato. Questo pacchetto può poi essere reinviato dall'host originale, o semplicemente ignorato.

Modello ISO/OSI

L'intero concetto di trasmissione di dati viene astratto ad una struttura a strati, dove ogni strato ha un compito specifico ed indipendente. Il modello ISO/OSI ha 7 strati:

• Applicazione: Supporto alle applicazioni tramite protocolli come FTP, HTTP, SMTP, etc...
• Presentazione: premette alle applicazioni di interpretare il significato dei dati, es., crittografia, compressione, convenzioni machine-specific (NON IN INTERNET)
• Sessione: sincronizzazione, checkpointing, recupero di uno scambio di dati (NON IN INTERNET)
• Trasporto: Trasferimento di dati da processo a processo come TCP, UDP
• Rete: instradamento dei datagrammi dalla sorgente alla destinazione, IP e protocolli di routing
• Link: trasferimento dei dati tra elementi vicini
• Fisico: trasferimento fisico dei dati tramite un mezzo di trasmissione

Sicurezza in internet

• DoS: Denial of Service, quando tanti host inviano moltissimi pacchetti ad un singolo host con lo scopo di sovraccaricarlo e non permettere agli host legittimi di comunicare con l'host attaccato dal DoS
• Packet Sniffing: Il malintenzionato ascolta i messaggi inviati in una rete
• Ip spoofing: Il malintenzionato finge di essere l'host legittimo, per poter ricevere i messaggi