Università degli Studi di Roma Tor Vergata Facoltà di Ingegneria Corso di Ingegneria Medica. Infrastrutture di rete. Cos è una rete?

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1 Università degli Studi di Roma Tor Vergata Facoltà di Ingegneria Corso di Ingegneria Medica Infrastrutture di rete Cos è una rete? Una rete è un complesso di elementi hardware (servers, workstations, canali trasmissivi, stampanti, instradatori, personal computer, etc.) software (Sistemi operativi di rete, applicazioni) Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 2 1

2 Perché nascono le reti NECESSITA trasferire informazioni (comunicazione) condivisione (dati / software / hardware) affidabilità (backup file / ridondanza risorse) pubblicazione (distribuzione informazioni) conservare i link qualsiasi cosa accada... Ridondanza della struttura della rete connettere tutti con tutti!!! (Napster - emule) Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 3 Scambio dati Collegamento diretto Scambio di unità di memoria modem collegamento su rete telefonica pubblica modem Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 4 2

3 Classificazione delle reti Tipologia della rete Multipunto (Broadcast) punto-a-punto Estensione della rete LAN Local Area Network Estensione limitata edifici MAN Metropolitan Area Network Aree urbane estensione media WAN Wide Area Network Aree geografiche estensione continentale Web reti di reti internetworking Estensione mondiale intreccio tra reti diverse per hardware e software sull intero pianeta Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 5 Banca dati Reti globali guidati Banca dati Utente Non guidato direzionale Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 6 3

4 Tipologia rete geografica LAN Gateway MAN WAN WAN Gateway MAN MAN Gateway Gateway Gateway LAN LAN LAN LAN Bridge Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 7 Bassissima velocità Velocità vs Servizi Telemetria telecontrollo - teleallarmi Bassa velocità Fonia fax POS transazioni remote Media velocità Audio H.F. video low sampling Alta velocità Interconnessione reti trasferimento file Altissima velocità Applicazioni video (HDTV, conferenza, biblioteca Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 8 4

5 Mezzi di trasmissione Qualità della trasmissione Capacità del canale Attenuazione del segnale Interferenza tra segnali Numero di elementi collegati nel canale Tipi di collegamento ISDN (Integrated Services Digital Network) xdsl (Digital Subsciber Loop) ADSL ( Asymmetric Digital Subsciber Line) HDSL (High-bit-rate Digital Subsciber Line) VDSL (Very-high Digital Subsciber Line) Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 9 Mezzi guidati Mezzi di trasmissione Linee fisiche (rame - fibra ottica) Doppino Mbps 3 MHz 100 mt / 5 Km Cavo 500 Mbps 350 MHz 1-5 Km Fibra 10Gbps 2 GHz Km Mezzi non guidati Segnali elettromagnetici (radio-comunicazione) Trasmissione via etere (direzionale e non) Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 10 5

6 Tipologie di trasmissione ad onde elettromagnetiche Radiofrequenze Fino a 300 MHz Microonde lunghezza d'onda =1 mt da 300 MHz a 300 GHz (1 mt a 1 mm) Infrarossi da 300 GHz a 428 THz ( 1 mm a 700 nm) Direzionale e non (dipendente dal tipo di antenna) Via satellite (geostazionario a Km) Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 11 Tipologie di trasmissione ad onde elettromagnetiche GSM (General System for Mobile communications) GPRS (General Packet Radio Service) UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) FDD (Frequency Duplex Division) circa 400 Kbps TDD (Time Duplex Division) Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 12 6

7 Tecnologie di trasmissione SORGENTE DESTINAZIONE SORGENTE SORGENTE CANALE DESTINAZIONE DESTINAZIONE SORGENTE DESTINAZIONE Half Duplex ( uso del canale alternativamente) Full Duplex (uso del canale contemporaneo) TMD (Time-Division Multplexing) FDM (Frequency-Division Multiplexing) STMD (Statistical Time-Division Multiplexing) Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 13 Topologia delle reti - Rete ad Anello memoria di massa. Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 14 7

8 Rete a stella Stazione 1 Stazione 5 Stazione 45 HUB CONCENTRATORE Stazione 19 Stazione 7 stazione 23 Stazione 2 Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 15 Metodi di accesso Condivisione delle risorse di rete A contesa Il bus essedo comune piò essere utilizzato da colui che lo impegna per primo Il bus deve essere liberato per l'utilizzo da parte di altri A gettone La postazione che ha la disponibilità della rete può inviare dati Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 16 8

9 Bus condiviso CSMA/CD ( Carrier Sense Multiple access with Collision Detection) Collisione Bus condiviso Metodi di accesso Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 17 Tipologia di Rete Elaborazione centralizzata Client / Server Il terminal è un elemento hardware del tutto incapace di funzionare da solo Il calcolatore host ha prestazioni molto elevate che vengono utilizzate da tutti i terminal collegati Elaborazione distribuita Peer to Peer Il client è un calcolatore a tutti gli effetti in grado di funzionare anche autonomamente Il server è un calcolatore dalle prestazioni elevate che risponde alle richieste dei client 9

10 Tipologia rete geografica Users HOST HOST HOST Rete Host HOST IMP 1 IMP n IMP 2 HOST HOST HOST HOST IMP Interface Message Processor Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 19 La rete pubblica italiana GARR acronimo di Gruppo per l'armonizzazione delle Reti della Ricerca Mappe Registrazione domini NIC Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia slide 20 / gen-14 10

11 Mappa collegamenti principali Link Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia slide 21 / gen-14 Mappa collegamenti principali Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia slide 22 / gen-14 11

12 La rete GARR Percorso menu Home Rete Statistiche Weathermap Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 23 ANALOGIA CON RETI TELEFONICHE elementi condivisi in tempi diversi Cosa è cambiato! PUNTO Switchs Commutatori Nodo di Commutazione Commutazione di circuito PUNTO Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 24 12

13 ESEMPIO di RETE (strutturata come grafo non orientato) A E B D C Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 25 Fasi del collegamento comm. circuito Risposta operatore B Inizio chiamata operatore A Come leggere l immagine presentata nel testo di riferimento Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 26 13

14 MODEM MOdulatore - DEModulatore Il modem trasforma i segnali digitali seriali, i singoli bit in frequenze definite che possono viaggiare sulla rete telefonica 500 Hz 1 sec 1000 Hz 1 sec 500 Hz 1 sec 1000 Hz 1 sec 1000 Hz 1 sec 500 Hz 1 sec 500 Hz 1 sec 1000 Hz 1 sec Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 27 MODEM Con due diverse frequenze posso in quella frazione di tempo inviare 1 solo bit Hz 500 Hz 1 sec Hz 1000 Hz 1 sec Allora se sono in grado produrre dal lato sorgente e riconoscere dal lato destinazione quattro diverse frequenza senza errore posso inviare una coppia di bit nella stessa frazione di tempo Hz 500 Hz 1 sec Hz 1000 Hz 1 sec Hz 1500 Hz 1 sec Hz 2000 Hz 1 sec Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 28 14

15 MODEM Ulteriore conseguenza di ciò è nel poter inviare 4 bit nella stessa frazione di tempo, se sono in grado di generare e riconoscere 16 diverse frequenze Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz 500 Hz 1 sec 750 Hz 1 sec 1000 Hz 1 sec 1250 Hz 1 sec 3750 Hz 1 sec 4000 Hz 1 sec 4250 Hz 1 sec 4500 Hz 1 sec Low Frequency High Frequency A B C 941 * 0 # D Tecnologicamente tutto ciò viene realizzato con la combinazione di 8 frequenze che rappresentano una matrice di 4x4, 4 basse e 4 alte; in modo da evitare interferenze tra le rispettive armoniche Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 29 Commutazione digitale Comunicazione a pacchetto L idea fondamentale di questa modalità di trasmissione, che ancora oggi è alla base della comunicazione nella rete, è dovuta ad un ingegnere Paul Baran dipendente di un industria bellica; che nei primi anni sessanta pensò di frammentare l informazione in tanti piccoli pezzi indipendenti che potessero prendere nella rete percorsi alternativi. Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 30 15

16 Commutazione a pacchetto mittente mittente destinatario destinatario Smistamento Roma Smistamento Torino Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 31 RETE DIGITALE PUNTO A PUNTO B Instradatori digitali di pacchetto Commutazione di pacchetto - circuiti virtuali Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 32 16

17 Fasi del collegamento comm. pacchetto operatore D operatore A Come leggere l immagine presentata nel testo di riferimento Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 33 Trasmissione e re-indirizzamento dei pacchetti Sequenze di arrivo e reinvio dei pacchetti dati Utente a pacchetto 1 e 2 destinazione Milano Utente b pacchetto 1 destinazione Ancona Utente c pacchetto 1 destinazione Venezia Venezia 1 c 2 a 1 a 1 b 1 c X 2 a 1 b 1 c 1 a X Ancona 1 b Nodo di Roma Nodo di Bologna 2 a 1 a Milano Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 34 17

18 MODEM Quanta informazione può viaggiare sulla rete? Velocità si esprime in bit / ses. bps. trasferire 1 Mbyte = bit a 2400 bps 3495 secondi = 58,2 minuti a bps 291 secondi = 4,8 minuti a bps 148 secondi = 2,4 minuti a bps 65 secondi = 1 minuto a 5 Mbps 1,6 secondi a 100 Mbps 83 millisecondi a 1 Gbps 8,3 millisecondi Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 35 La velocità sul collegamento dipende dal tratto a più bassa velocità bps bps Nodo di commutazione Nodo di commutazione Nodo di commutazione Nodo di commutazione 2400 bps bps 9600 bps Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 36 18

19 Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia slide 37 Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia slide 38 19

20 INTERNET Gateway Firewall Web Page Stazione 1 Stazione 2 Stazione 3 Stazione n Stazione n+1 Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 39 Rete locale Ogni elemento della rete locale deve aver un unico identificatore (nome numerico) Ogni elemento intermedio tra reti locali deve avere un unico identificatore Sono necessarie procedure di reindirizzamento tra sorgrnte e destinazione e tutte devono andare d accordo per non creare confusione sorgente e destinatario devono parlare la stessa lingua ( protocollo ) Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 41 20

21 Problematiche IBM DIGITAL SUN Gen.Elect In generale quindi si vuole che macchine con interfacce diverse verso la rete e con software diversi possano scambiare dati Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 42 Problematiche Collegamento diretto o mediato dalla rete Tecnica di conversazione tra due sistemi autonomi Architettura del sistema A Sistema Operativo A Applicativi di A Architettura del sistema B Sistema Operativo B Applicativi di B HANDSHAKE Protocolli e regole di comunicazione Modello ISO-OSI Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 43 21

22 Il modello ISO / OSI Modello di gestione delle informazioni in transito sulla rete Client-Server ISO - International Standards Organization OSI - Open Systems Interconnection Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 44 Struttura Nel 1983 presso l'iso fu ideato e definito a livello di standard l'osi (Open System Interconnection) o X.200. Si tratta di una struttura multi-livello la cui finalità è quella di rendere più facile e sicuro il trasferimento di informazioni all'interno di una rete di calcolatori. La struttura consta di 7 livelli, ciascuno dei quali provvede a fornire un servizio determinato ai segnali che vi transitano, colloquiando con i servizi adiacenti La suddivisione in servizi più semplici e definiti fornisce il grande vantaggio di poter modificare, in base alle esigenze dell'utilizzatore (costruttore), ogni singolo servizio adattandolo alle specifiche senza impattare sul funzionamento degli altri. Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 45 22

23 Struttura Per esempio si può cambiare l'applicativo senza intervenire sulla visualizzazione o sulla struttura della rete oppure si può cambiare la tipologia fisica della rete senza dover intervenire sulle altre strutture. Lo standard è stato concepito per rendere più semplice ed affidabile l'adattamento dei sistemi alle sempre più rapide e crescenti necessità di aggiornamento dei sistemi informatici di rete. Questo standard nasce per connettere sistemi aperti, per mettere in comunicazione qualsiasi tipologia di sistema e permettere di riprogettare qualsiasi strato senza interferire con gli altri. Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 46 Struttura Gli obiettivi a cui si è ispirato il comitato tecnico che ha messo a punto lo standard possono essere riassunti in : 1. Ciascuno strato o servizio esegue funzioni diverse che non interferiscono con le precedenti o successive 2. Il modello nel suo complesso ed i singoli strati devono essere adattabili internazionalmente (es. lingua, supporti trasmissivi, etc..) 3. Il numero ed i servizi devono essere strettamente necessari alle esigenze di comunicazione, ma non pesanti per l'elaborazione. Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 47 23

24 7-APPLICAZIONE 6-PRESENTAZIONE 5-SESSIONE 4-TRASPORTO 3-RETE 2-DATA LINK Rappresenta l'interfaccia utente, l'applicazione con cui l'utente (uomo/macchina) manipola i dati (es. FTP, DNS, SMPT, Telnet) Effettua le conversioni sintattiche e semantiche sui dati per renderli compatibili con i formati sistema client <> server I servizi di questo livello sono addetti a sincronizzare client e server per una determinata sessione di connessione Responsabile della trasmissione ottimale delle informazioni definito secondo le specifiche host / client Responsabile del corretto indirizzamento di rete ( ricerca dei percorsi e reinstradamento dei pacchetti) Responsabile del corretto trasferimento dei dati al livello Fisico (presenta il livello fisico come esente da errori) 1-FISICO Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Responsabile del corretto invio dei segnali sul canale di trasmissione come segnali elettrici-connessioni Slide 48 of 84 _ Sorgente Destinazione Applicazione Applicazione Presentazione Presentazione Sessione Sessione Trasporto Trasporto Rete Rete Rete Rete Data link Data link Data link Data link Fisico Fisico Fisico Fisico Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 49 24

25 TCP / IP Transmission Control Protocol and Internet Protocol Si tratta di un protocollo nato negli anni 70 presso la Berkeley University su richiesta del Dipartimento della Difesa Federale ed è il protocollo base per le reti di grandi dimensioni. Il protocollo di Internet usa identificatici logici e univoci, sia per le stazioni finali che per i nodi. Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 50 Protocollo TCP/IP Dati Utente Dati dell applicazione che invia Intestazione TCP Specifiche di trasporto del protocollo TCP controllo dati Intestazione IP Specifiche sulla tipologia della rete di comunicazione ed indirizzamento Gestione dei segnali sulla rete fisica Intestazione rete Link Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 51 25

26 IP Address E un numero binario a 32 bit. Protocollo IPv4 E come un numero telefonico, ma in binario FF. FF. FF. FF Si possono identificare fino a differenti stazioni Normalmente l indirizzo viene presentato con una sequenza di 4 numeri decimali compresi tra 0 e 255 separati da punti notazione decimale puntata Il primo numero identifica la struttura classificata Rete con elevato numero di computer > ( a ) Reti con numero di computer < ( a ) Tante reti con un num. limitato di computer < 254 ( a ) Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 52 IP Address Saturazione degli indirizzi!!!! Protocollo IPv6 E un numero binario a 128 bit. L indirizzo è definito su 4 blocchi da 4 byte DA A FF.FF.FF.FF FF.FF.FF.FF FF.FF.FF.FF FF.FF.FF.FF Si possono identificare fino a 3,4 E (E ) differenti postazioni Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 53 26

27 Recapito dei pacchetti Il recapito dei messaggi necessita anche dell indirizzo hardware che la rete locale identifica automaticamente ed è un codice scritto direttamente sulla scheda di rete dal costruttore. Gli identificatori del pacchetto sono : IP address (indirizzo logico) della macchina Mac address (identificatore fisico della scheda) N di porta (applicativo che gestisce i dati del pacchetto) Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 54 Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia slide 55 27

28 Invio pacchetti da a Recapito dei pacchetti IP MA 723 IP MA 400 Sottorete xx IP MA 350 Router Bridge IP MA 873 Sottorete xx Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 56 Nomi di Dominio Internet Data la difficoltà a ricordare numeri da parte degli esseri umani, al posto degli indirizzi numerici sono stati introdotti i nomi di dominio DNS Il software dei computer della rete provvede a convertire i nomi simbolici in indirizzi fisici che permettono di raggiungere la destinazione Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 57 28

29 Accesso Remoto Si tratta della connessione alla rete attraverso una comune linea telefonica, grazie ad un ISP (Internet Service Provider es. Telecom, Wind, Tiscali,.) L utente ha bisogno di un computer dotato di modem o collegamento ISDN, ADSL, HDSL,. Un accreditamento d accesso da parte di un provider ( fornitore, gestore d accesso) il quale per disposizioni legislative deve conservare le informazioni identificative dell utente e mantenere la tracciabilità degli indirizzi utilizzati. modem modem ISP Dorsale di rete Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 59 Navigare nella rete E il termine più usato per indicare la capacità di spostarsi all interno di un archivio di dimensioni sempre più grandi. Per navigare nella rete c è bisogno di programmi specifici. Le informazioni nei server di rete si trovano archiviate in svariate tipologie: file HTML (Hyper Text Markup Language) file MP3 file di Database proprietari PubMed Etc., etc., etc. Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 60 29

30 Browser (sfogliare) Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 61 Barre degli strumenti di. IE 8 Google Chrome Informatica - Ingegneria Medica Franco Del Bolgia Slide 62 30

31 Università degli Studi di Roma Tor Vergata Facoltà di Ingegneria Corso di Ingegneria Medica Domande? Grazie per l'attenzione 31