Reti di computer e Internet

A cosa servono Tipologie principali Tipo di comunicazione Mezzi fisici di comunicazione Internet Protocollo TCP/IP Applicazioni su Internet HTTP (Web)

Condivisione di risorse e comunicazione Condivisione di risorse e comunicazione con gli altri utenticon gli altri utenti

Anni ’70: calcolatori di grandi dimensioni, modello time-sharing, centri di calcolo

Anni ’80: reti di calcolatori indipendenti ma interconnessi

Informatica distribuita

Reti di computerReti di computer

Perchè collegare i computer in rete?

Condivisione risorse hardware: Non è economico comprare 1 stampante laser (o uno scanner) per ogni personal

Condivisione di software: programmi e dati da parte di utenti

Condivisione di informazioni: database a cui molti utenti (da diversi computer) posso accedere:

– sistema di prenotazioni e assegnamento posti di una compagnia aerea,

– sistema informativo di una banca

Comunicazione tra utenti in locazioni fisiche differenti (scambio di messaggi e dati)

– comunicazioni in ambito di ricerca

– lavoro cooperativo

– possibilità di svolgere attività di lavoro a casa (tele-lavoro)

– accesso a informazioni di varia natura (Web) Organizzazione aziendale: Molte organizzazioni impiegano un

notevole numero di elaboratori. (Ad esempio per gestione del magazzino, controllo della produzione, pagamento degli stipendi)

Collegati insieme questi elaboratori permettono di estrarre e correlare le informazioni riguardanti l’intera azienda

Nodo: un nodo è un qualsiasi dispositivo hardware del sistema in grado di comunicare con gli altri dispositivi che fanno parte della rete

Collegamenti (links): i nodi sono collegati mediante archi.- I collegamenti formano i canali di comunicazione- dal punto di vista fisico possono essere cavi di

vario tipo (telefonici, fibre ottiche), collegamenti satellitari

Non c’e’ un modo univoco di classificare le reti di

computer

Componenti fondamentali di una reteComponenti fondamentali di una rete

Tipologie di reti (scala)

LAN: local area networks MAN: Metropolitan area networks WAN: Wide area networks

Un criterio per classificare le reti è legato alla loro scala, che si determina in base alla dimensione dei processori e alla loro distanza

Scala delle retiScala delle reti

10 m

100 m

1 km

10 km

100 km

1000 km

10000 km

stanza

edificio

università

città

nazione

continente

pianeta

Rete localeLAN

LAN

LAN

Rete metropolitanaMAN

Rete geograficaWAN

Internet

Internet

Prestazioni della rete

Il tipo di collegamento determina la capacità di trasmissione

Si parla di banda della rete (larghezza di banda) che viene misurata in bit (e non in byte) al secondo

Kilobit (Kb) Megabit (Mb)

Ci sono due tipi di comunicazione nelle retiModello broadcasting: vi è un unico canale di comunicazione condiviso da

tutti i nodi della rete, un messaggio (pacchetto) contiene l’indirizzo del

destinatario, viene ricevuto da tutti, tutti i nodi lo ingorano ecccetto il destinatario a cui è

indirizzatoModello point-to-point: connessioni individuali tra coppie di nodi. I messaggi devono indirizzati ad un nodo non

connesso devono attraversare nodi intermedi vi sono in generale diversi percorsi per giungere a

destinazione

Comunicazione nelle retiComunicazione nelle reti

In genere Reti piccole (LAN): usano il modello

broadcasting Reti grandi (WAN): usano il modello point-to-

point

I nodi si scambiano dati sotto forma di messaggi I messaggi possono essere suddivisi in unità più

piccole dette pacchetti Affinchè questa comunicazione possa avvenire in

modo corretto si deve definire un protocollo di comunicazione

un protocollo definisce l’insieme di regole che il nodo mittente e il nodo destinatario devono seguire per interagire tra loro

Protocolli di ComunicazioneProtocolli di Comunicazione

Le reti di computer: media e interfacce

Per avere una rete è indispensabile avere un collegamento fisico tra i diversi computer– Meccanismi in grado di trasmettere informazioni (canali di

comunicazione)• cavi elettrici• cavi a fibre ottiche• linee telefoniche• trasmissioni via satellite

– Meccanismi in grado connettere i computer con i vari canali di comunicazione

• interfacce (porte)• modem

Reti private per la condivisione di risorse all’interno di un edificio o in edifici vicini

elaboratori stampanti dati

Sono generalmente di dimensioni ridotte

Si possono distinguere a seconda della topologia (punto-a-punto, ad anello, a stella, lineare)

LAN – Local Area Network

Server: computer che fornisce servizi agli altri computer collegati in rete

server gestore dei dati (file server): gestisce la memorizzazione e la condivisione di dati

server di stampa (printer server): gestisce le stampanti disponibili in una rete locale

server di comunicazione: permette l’accesso ad altre reti locali o ad Internet

Client: computer che usa delle risorse condivise, messe a disposizione dal server

Ruolo dei computer in una rete localeRuolo dei computer in una rete locale

I dispositivi che formano una rete locale possono essere collegati tra loro in vari modi che determinano l’architettura o topologia della rete

- La topologia della rete determina la modalità di trasmissione dei dati all’interno della rete, topologie comuni:- Lineare

- anello

- stella

Tecnologia di trasmissioneTecnologia di trasmissione

Reti lineari (broadcast) hanno un unico canale di comunicazione

(dorsale) condiviso da tutte le macchine della rete (Multiple access)

i messaggi inviati da un elaboratore vengono ricevuti da tutti ma solo l’elaboratore destinatario elaborerà il messaggio, gli altri elaboratori lo ignoreranno

Reti ad anello i nodi sono organizzati secondo una configurazione ad

anello e non sono tutti direttamente collegati il segnale emesso da un nodo passa al nodo successivo;

se non è indirizzato a quel nodo, viene ritrasmesso al nodo seguente, finché non raggiunge il destinatario

Reti a stella i nodi sono tutti collegati a un nodo centrale le comunicazioni tra due nodi non sono dirette ma passano attraverso il nodo centrale che provvede a smistarle verso il nodo destinazione

Per collegare un computer ad una rete locale si usa una scheda di interfaccia di rete che ha il compito di

instaurare la connessione fisica

convertire i dati da trasmettere nel formato opportuno (di solito da dati paralleli a dati seriali)

LAN – Interfaccia di reteLAN – Interfaccia di rete

Ethernet è il tipo di rete locale più diffuso Sviluppata dalla Xerox negli anni ’70 (1976) Qualsiasi computer prevede la possibilità di usare una

scheda Ethernet per connettersi ad una rete locale Usa prevalentemente la topologia lineare Velocità di trasmissione: 10, 100, 1000 Mb/sec.

LAN – EthernetLAN – Ethernet

Protocollo di Ethernet CSMA/CDProtocollo di Ethernet CSMA/CD

Quando un computer vuole comunicare, verifica che il canale sia libero e invia il segnale

Se si verifica un conflitto (due o più computer hanno inviato i

loro messaggi contemporaneamente) i computer coinvolti bloccano la trasmissione, a

spettano per un tempo casuale, poi riprovano la trasmissione

CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection

LAN – Sistema operativo di rete LAN – Sistema operativo di rete

(o distribuito)(o distribuito)

0010110101010011

1111000010101011

0001001010100111

0010110101000011

hardware

Sistema operativo locale

Sistema operativo di rete

In una LAN si vogliono condividere le risorse, di solito, stampanti e hard disk

Il sistema operativo (locale) non è in grado di gestire le risorse che non appartengono all’elaboratore e si introduce un nuovo livello nella “struttura a cipolla”: il sistema operativo di rete

Sistema operativo di Rete

Compiti specifici del sistema operativo di rete: offrire una visione uniforme delle risorse

condivise gestire i conflitti di accesso e di uso di una

risorsa condivisa

Una rete metropolitana è sostanzialmente una versione ingrandita di una LAN

Può coprire un gruppo di uffici, aziende diverse, una città

Può essere pubblica o privata Nelle reti locali, la comunicazione tra due computer

passa di solito su cavi dedicati, installati esplicitamente per la rete, e adatti per la trasmissione digitale delle informazioni

MAN – Metropolitan Area NetworkMAN – Metropolitan Area Network

Una rete WAN copre una grande area geografica

ad esempio, la rete GARR collega tutte le Università italiane

Struttura delle reti WAN Computer (degli utenti) adibiti all’esecuzione di

programmi detti hosts (anche sistemi terminali) La sottorete di comunicazione composta da:

– linee di comunicazione che permettono lo scambio di dati fra i vari host, dette anche circuiti, canali,dorsali

– elementi di commutazione (router o PSE), computer specializzati usati per collegare due o più linee di trasmissione

WAN – Wide Area NetworkWAN – Wide Area Network

Struttura di una WAN

router router

CDN

rete1 rete2

rete3 rete4

router router

CDN

router

router

CDN

Comunicazione in una WAN

La rete contiene numerose linee di comunicazione, una per ogni coppia di router, sdoppiate in linea di ingresso e linea di uscita

Se due router non sono connessi direttamente devono comunicare mediante router intermedi

I router intermedi memorizzano i pacchetti in attesa che la linea di uscita sia libera e poi trasmettono il pacchetto al router successivo

Ci sono quindi percorsi alternativi che un pacchetto può seguire per arrivare a destinazione

Modello store and forward

Per le comunicazioni su lunga distanza si usano:– le reti di comunicazione esistenti, ad esempio la

rete telefonica– cablaggio ad hoc (dedicato)– linee satellitari

Comunicazione a lunga distanzaComunicazione a lunga distanza

Rete telefonica

La rete telefonica è adatta a comunicare la voce, cioè un segnale elettrico analogico che varia in maniera continua in una banda di frequenze

Può essere sfruttata anche per trasmettere dati digitali

E’ necessario un dispositivo per usare la rete telefonica come mezzo di comunicazione tra computer

Questo dispositivo è il modem

COMPUTER MODEMSegnale digitale

MODEMCOMPUTER

Segnaleanalogico(linea telefonica)

Il modemIl modem

Segnale digitale

MOdulazione

DEModulazione

I modem attuali hanno velocità di trasmissione di 14.400, 28.800, 38.400, 56.600 bit/sec. Ossia una velocità massima di non più di 6 KByte/sec.

Se due computer comunicano tramite un modem, la velocità di comunicazione è determinata da quella del modem più lento

Il modem è usato soprattutto per le comunicazioni private (ad esempio un utente che si collega ad Internet tramite il suo provider)

Il modem può essere esterno (deve essere collegato alla porta seriale del calcolatore) oppure interno (alloggiato in un apposito slot di espansione)

Difetti e pregi della rete telefonica

Trasmette solo nel campo dele frequenze che vanno da 400 a 3.400 Hertz

Il numero di bit al secondo che si riesce a trasmettere è, nei casi migliori, dell’ordine di 60.000 bit/s I tempi per stabilire una connessione sono lunghissimi (qualche secondo) se comparati a quelli di un calcolatore

La rete telefonica è molto disturbata per la trasmissione dati quindi spesso si deve ritrasmettere i dati

Pregi: diffusa capillarmente su tutta la Terra

Circuiti Diretti

Circuiti Diretti Analogici (CDA): Costituiti da doppini o cavi coassiali possono trasmettere un segnale analogico continuo

Circuiti Diretti Numerici (CDN): possono trasmettere solo sequenze di bit– Collegamenti punto-a-punto tra un preciso

trasmettittore ed un preciso ricevitore – Velocità fino a qualche milione di bit/s (Megabit)– Molto costosi e gestiti in Italia da Telecom

Tecniche di trasmissione dati

Commutazione di circuito– Si stabilisce una connessione fisica tra il computer

chiamante ed il chiamato (come nella rete telefonica ma con tempi minori e qualità maggiore) grazie a centrali di commutazione

– Inconveniente: le risorse impegnate sono sottoutilizzate (linea occupata anche quando non si trasmette)

Commutazione di pacchetto (Internet)

Calcolatori connessi tra loro con linee punto-a-punto– In fase di trasmissione un messaggio (es. File)

viene suddiviso in unità più piccole dette pacchetti– Ogni pacchetto viene inviato al router collegato più

vicino e così via fino a raggiungere la destinazione– I pacchetti anche di uno stesso file possono

seguire strade diverse per sfruttare meglio le risorse

– Il software del computer ricevente che riceve deve mettere in ordine i pezzi

– Se si trasmettono solo dati la soluzione è molto efficiente ma se si trasmettono file contenenti audio (o video) la soluzione è problematica (Tecnica del circuito virtuale)

Commutazione di pacchetto

router

router

routerrouter

1 2 3 4 5

1 2

3 4

5

Reti di telecomunicazioni

Linea ISDN (Integrated Services Digital Network) – impiega sia la commutazione di pacchetto

che di circuito– accesso base e acesso primario

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) basata su modem ad alta velocità