ACCESSO RESIDENZIALE ISP (Internet Service Provider)
L’accesso residenziale vuol dire semplicemente come arriva Internet nelle nostre case. In pratica si tratta di una connessione PTP (Point-to-Point) tra L’ISP (Vodafone, Tim, Fastweb etc.) e il cliente. L’Internet Service Provider ci consente di accedere ad una rete molto più ampia, la rete Internet, che vedremo in seguito. Le modalità di accesso più comuni sono state Dial-Up, ISDN per arrivare ai giorni nostri con:
XDLS
- xDSL (Digital Subscriber Line) che è una famiglia di tecnologie che consentono di usare il doppino telefonico in rame contemporaneamente sia per i dati digitali che per il segnale telefonico analogico, grazie al fatto che questi due segnali viaggiano su bande diverse. Infatti tipicamente si mette un filtro tra il telefono e il modem per isolare ulteriormente le due bande.
Più specificamente parliamo di:
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- ADSL (DSL Asimmetrica)
Tipica connessione domestica e small office, dove la banda in download è nettamente superiore rispetto all’upload. La banda è sbilanciata più in download che in upload per questo motivo si parla di DSL Asimmetrica.
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- HDSL (DSL ad alto bit rate)
Tipica connessione aziendale, a banda simmetrica. Banda dedicata tra utente e provider
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- VHDSL (Very High Speed DSL)
Banda larga a breve distanza (max. 300 metri)
FIBRA OTTICA
- Spesso arriva solo alla cabina (~100mt dall’abitazione) e l’ultimo miglio verso l’abitazione sfrutta ancora il vecchio doppino in rame (preinstallato)
- Alcune recenti installazioni portano direttamente la fibra ottica nell’abitazione.
IL PROTOCOLLO PPP
La funzione di PPP è quella di incapsulare pacchetti IP o di altri protocolli di livello 3, e trasmetterli su un canale punto punto. PPP svolge altre importanti funzioni come l’autenticazione e la compressione, e il controllo della qualità del link. Le operazioni effettuate da PPP comprendono le seguenti fasi:
- Stabilimento della connessione e negoziazione dei parametri
- Determinazione della qualità della connessione (opzionale)
- negoziazione della configurazione del protocollo di livello 3
PPP comprende tre componenti principali:
- Un metodo per incapsulare i pacchetti provenienti dal livello superiore
- Un protocollo, LCP (Link Control Protocol), il cui compito è stabilire, configurare e controllare lo stato del link durante la sessione di comunicazione, e terminare il collegamento
- Una famiglia di protocolli, NCP (Network Control Protocol) per configurare diversi protocolli di livello rete (IP, IPX).
Il PPP è un protocollo generico di livello due per connessioni punto-punto tra due stazioni. È nato per l’utilizzo come strato di data link di Internet (cioè da TCP/IP) ma è progettato per poter servire altri protocolli di livello 3. Tipicamente utilizzato per connettere il PC di casa ad Internet utilizzando una connessione via modem. Le principali caratteristiche del PPP sono
- protocollo orientato al byte, con framing tramite byte di flag e byte stuffing
- utilizzo di codifica a rilevazione di errori
- supporto di un protocollo (LCP: Link Control Protocol) per la gestione della connessione, test della linea, negoziazione dei parametri della comunicazione
- supporto di un protocollo (NCP: Network Control Protocol) per la negoziazione dei parametri relativi al protocollo di rete soprastante
- supporto – tramite NCP – per diversi protocolli di rete
- autenticazione
- implementa servizio non affidabile, ma puo’ essere configurato tramite LCP per fornire un servizio affidabile
BYTE STUFFING
Se il pattern del flag byte è presente nella sequenza di byte del messaggio, dovrebbe esserci una strategia in modo che il destinatario non consideri il pattern come la fine del frame. Qui, un byte speciale chiamato carattere di Escape (ESC) viene inserito prima di ogni byte nel messaggio con lo stesso schema del byte flag. Se la sequenza ESC viene trovata nel byte del messaggio, viene inserito un altro byte ESC prima di essa. In pratica il livello data link sorgente aggiunge nei dati, davanti a tale byte, un altro carattere di Escape (ESC). Naturalmente, il livello data link di destinazione rimuove i caratteri di Escape aggiunti dentro ai dati prima di consegnarli al livello tre.
FUNZIONAMENTO DEL PPP
Il PC inizia una connessione via modem verso il provider, stabilita la connessione a livello fisico, si attiva il PPP, che inizia la negoziazione dei parametri della connessione tramite il protocollo LCP. Stabiliti i valori dei parametri per la connessione corrente, opzionalmente si avvia una procedura di autenticazione, segue una fase di negoziazione dei parametri del protocollo di livello 3, tramite il protocollo NCP. A questo punto la connessione a livello 3 è stabilita, e gli applicativi possono trasmettere i dati in rete lungo la pila dei protocolli. Alla fine del collegamento il PPP attiva, tramite LCP, una procedura per la chiusura della connessione
PROTOCOLLO LCP
LCP è uno dei principali protocolli che rendono possibile l’efficienza di un PPP (Point to Point Protocol) o una connessione PPPoE (Point to Point over Ethernet). Una suite PPP crea e mantiene un collegamento da un punto a altro. Il LCP (Link Control Protocol) è uno dei protocolli più importanti quando si tratta di creazione e collega due punti tramite un link. LCP controlla ogni aspetto del collegamento, dalla creazione all’utilizzo. Il protocollo LCP ha la funzione di negoziare le caratteristiche della trasmissione a livello 2. Non fornisce le specifiche dei parametri (che sono definiti e capiti dal PPP), ma solo un mezzo per negoziarli. Sostanzialmente LCP ha quattro tipi di istruzioni:
- configure: permette ai processi paritari PPP di proporre, accettare, rifiutare con controproposte o dichiarare non negoziabili i parametri relativi a
- massima dimensione del payload
- abilitazione della autenticazione
- protocollo di rete da utilizzare
- abilitazione del controllo sulla qualita’ della linea
- compressione dell’header
- terminate: per notificare ed accettare la disconnessione della linea
- reject: per comunicare che un frame non è stato interpretato (errore non rilevato o utilizzo di versioni differenti di PPP)
- echo: per il controllo della qualita’ della linea (ad esempio utilizzabile per testare la funzionalità del canale trasmissivo in caso di problemi)
LCP svolge il compito di terminare la connessione anche indipendentemente dalla volontà dell’utente. Ciò accade nel caso in cui si verifica un evento che costringe LCP a chiudere il collegamento. Per es. perdita della portante, mancata autenticazione, timeout su inattività dell’apparato, perdita di qualità del collegamento. Una volta configurato il link è possibile opzionalmente configurare l’autenticazione. PPP usa due protocolli di autenticazione: PAP e CHAP
- PAP (Password Authentication Protocol). ll client invia ripetutamente il proprio nome e la propria password al provider aspettando una conferma di autenticazione. La password viene inviata solo nella fase di autenticazione e attraversa la rete in chiaro. Per questo può essere intercettata da terzi e riutilizzata.
- CHAP (Challenge Authentication Password Protocol). In questo caso il processo di autenticazione rimane attivo per tutta la durata della sessione di comunicazione. Il meccanismo di autenticazione è più complesso e presuppone che ciascuno dei nodi conosca l’username dell’altro e un’unica password condivisa. Il processo si svolge secondo queste modalità: l’autenticatore, diciamo R2, invia un pacchetto “challenge” contenente una stringa numerica random, un id e il suo username. L’utente che chiede di essere autenticato, diciamo R1, dopo aver verificato se l’username ricevuto esiste, utilizza i dati inviati da R2 e la password condivisa per calcolare un codice, con uno speciale algoritmo, e invia il risultato a R2 insieme ad un ID e il suo username R2 confronta il codice pervenuto con quello calcolato sui dati che ha inviato e l’username sui dati pervenuti. Se i due codici sono uguali l’autenticazione ha esito positivo.
PROTOCOLLO NCP
Il protocollo NCP è dedicato alla configurazione dei parametri relativi al protocollo di rete che viene servito dal PPP. Generalmente il corretto funzionamento del protocollo di livello 3 prevede la configurazione di alcuni parametri specifici, quali indirizzo di rete, indirizzo del gateway di riferimento ed altri ancora, tipicamente il proprietario del PC che si connette al provider non ha modo di sapere come configurare questi parametri, Il protocollo PPP, implementando NCP, permette una configurazione automatica di questi parametri, che generalmente vengono definiti dinamicamente all’atto della connessione. Poiché’ ogni protocollo di rete ha i propri parametri di configurazione, diversi in numero e significato, il PPP dovrà fornire una implementazione specifica per ogni protocollo di rete supportato. Il PPP supporta sempre il protocollo IP (e quindi lo stack TCP/IP nel suo complesso)
IN CONCLUSIONE
PPP è un protocollo di livello 2 e quindi riceve servizi dal livello 1 e fornisce servizi al livello 3. Per utilizzare i servizi del livello fisico, impiega il protocollo LCP (Layer Control Protocol), che consente:
- di stabilire una connessione fisica,
- effettuare test sulla linea di comunicazione,
- negoziare le opzioni di collegamento,
- gestire la chiusura della connessione.
Per fornire servizi al livello 3 si avvale del protocollo NCP (Network Control Protocol), che consente di gestire le opzioni di livello rete e di supportare diversi protocolli di livello rete, anche se il più utilizzato è lP. Consideriamo, per esempio, un utente che utilizza il computer di casa per collegarsi a un ISP Vediamo una sintesi delle fasi in cui opera PPP:
- il PC chiama il router del provider (ISP) tramite il modem;
- il router risponde e stabilisce una connessione fisica con il PC;
- il PC manda al router ISP una serie di pacchetti LCP nel campo Payload per stabilire i parametri della connessione fisica a questo punto la connessione fisica è attiva e ha inizio uno scambio di pacchetti NCP per configurare lo strato rete;
- il provider assegna un indirizzo IP al PC per la durata della connessione ora il PC , è connesso a Internet e può iniziare a inviare e ricevere pacchetti IP;
- quando l’utente ha terminato di utilizzare il collegamento, NCP termina la connessione con lo strato rete e libera l’ indirizzo IP; dopodiché LCP chiude la connessione data link di livello 2: il computer comunica al modem di chiudere la linea e rilasciare la connessione fisica.
APPROFONDIMENTO AI
Il PPP (Point-to-Point Protocol) è un protocollo di comunicazione che permette il collegamento diretto tra due nodi di rete. È comunemente utilizzato per stabilire connessioni Internet tra un computer e un provider di servizi Internet (ISP) tramite linea telefonica, modem, connessione seriale o collegamenti su reti cellulari.
Ecco una descrizione dettagliata del PPP:
1. Funzionalità Principali
Il PPP fornisce diverse funzionalità utili per stabilire e mantenere una connessione sicura e stabile tra due dispositivi:
•Incapsulamento di dati: PPP incapsula pacchetti di dati provenienti da vari protocolli di rete (come IP) e li trasmette attraverso collegamenti punto-punto.
•Autenticazione: PPP supporta vari protocolli di autenticazione, come PAP (Password Authentication Protocol) e CHAP (Challenge Handshake Authentication Protocol), per verificare l’identità del dispositivo remoto.
•Compressione: PPP può comprimere i dati per migliorare l’efficienza del trasferimento, riducendo la quantità di dati da trasmettere.
•Rilevamento e correzione degli errori: PPP integra meccanismi per rilevare e correggere errori nei pacchetti trasmessi.
•Multilink: PPP supporta il “Multilink Protocol” che consente di aggregare più canali per ottenere un maggiore throughput, combinando più collegamenti fisici in uno virtuale.
2. Struttura del PPP
Il protocollo PPP è suddiviso in diversi livelli e fasi operative:
•Strato di collegamento: PPP opera a livello di collegamento dati del modello OSI (livello 2), fornendo funzionalità per la trasmissione dei dati in modo affidabile su un collegamento punto-punto.
•Frame PPP: I dati vengono incapsulati in “frame” PPP, che contengono vari campi per sincronizzazione, indirizzo, controllo e rilevamento errori. La struttura tipica di un frame PPP include:
•Flag: Un marcatore di inizio e fine (01111110 in binario).
•Indirizzo: Valore predefinito (di solito 0xFF).
•Campo di controllo: Tipicamente impostato su 0x03 per indicare una modalità senza numeri di sequenza.
•Protocollo: Identifica il protocollo incapsulato, come IP o IPX.
•Informazioni: Il payload, cioè i dati effettivi trasmessi.
•Checksum (FCS): Utilizzato per rilevare errori nei dati.
3. Fasi di Connessione
La procedura per stabilire e gestire una connessione PPP segue una serie di fasi:
•Fase di Negoziazione:
•LCP (Link Control Protocol): Questa fase iniziale serve a negoziare i parametri del collegamento, come dimensione del pacchetto, compressione e rilevamento degli errori. LCP è responsabile di stabilire, configurare, mantenere e terminare il collegamento.
•Autenticazione:
•PAP (Password Authentication Protocol): Un protocollo semplice che invia username e password in chiaro (non criptati). Poco sicuro rispetto ad altre tecnologie moderne.
•CHAP (Challenge Handshake Authentication Protocol): Più sicuro di PAP, utilizza un sistema di sfida/risposta in cui il server invia una “sfida” crittografica e il client risponde con una risposta calcolata, evitando di trasmettere password in chiaro.
•Negoziazione del protocollo di rete:
•NCP (Network Control Protocol): Dopo che il collegamento è stato stabilito e autenticato, il PPP utilizza il NCP per configurare il protocollo di rete da utilizzare, ad esempio IP, IPv6 o IPX. Il NCP è un insieme di protocolli che gestiscono le funzionalità di livello 3 del modello OSI.
•Fase di Trasmissione:
Durante questa fase, i dati vengono incapsulati nei frame PPP e trasmessi tra i due dispositivi. Ogni pacchetto di dati include un campo per identificare il protocollo di livello 3 (ad esempio IP) utilizzato per il payload.
•Fase di Chiusura:
Una volta che la sessione di trasmissione è terminata, PPP chiude la connessione rilasciando le risorse allocate. Questa fase è gestita di nuovo dall’LCP, che invia pacchetti di “terminazione”.
4. Vantaggi e Svantaggi
Vantaggi:
•Compatibilità: PPP può essere utilizzato con vari protocolli di livello 3, inclusi IP, IPv6 e IPX, rendendolo versatile.
•Autenticazione: Supporta diversi protocolli di autenticazione, permettendo una certa flessibilità nella gestione della sicurezza.
•Affidabilità: Grazie al controllo degli errori e alla negoziazione dei parametri, PPP garantisce una trasmissione dati stabile e affidabile.
Svantaggi:
•Efficienza: PPP può introdurre un overhead aggiuntivo rispetto a protocolli più leggeri, specialmente quando vengono utilizzati protocolli di autenticazione e compressione.
•Limitato alle connessioni punto-punto: Non è progettato per gestire connessioni multiple o reti complesse, essendo concepito per collegamenti punto-punto.
5. Usi Comuni
•Connessioni dial-up: In passato, il PPP era ampiamente utilizzato per connessioni dial-up tramite modem analogici.
•Connessioni su reti cellulari: Viene utilizzato in alcune implementazioni su reti cellulari per stabilire connessioni dati.
•VPN: In alcuni contesti, PPP può essere impiegato per stabilire connessioni VPN su tunnel cifrati come PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol).
Conclusione
Il protocollo PPP è stato per anni uno standard nel collegamento punto-punto, soprattutto in contesti di connessioni telefoniche e VPN. Nonostante l’avvento di tecnologie più moderne, come Ethernet e Wi-Fi, che offrono maggiore velocità e flessibilità, PPP continua ad essere utilizzato in specifici scenari dove è necessario stabilire connessioni sicure e affidabili su collegamenti punto-punto.
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