Reti di Calcolatori. Telematica: Si occupa della trasmissione di informazioni a distanza tra sistemi informatici, attraverso reti di computer

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1 Reti di Calcolatori 1. Introduzione 2. Storia 3. Topologia delle reti 4. Livelli della rete protocolli e servizi 5. Progetto dei livelli 6. Modello ISO OSI 7. Internet Protocol suite / / Modello TCP IP 8. Livello Physical (1 bit) 9. DataLink (2 pacchetti) 10. Sottolivello MAC (Medium Access Control) Reti broadcast 11. Network (3 datagram) 12. Trasporto (4 segmenti TPDU) 13. Il livello di trasporto in Internet 1. Introduzione Telematica: Si occupa della trasmissione di informazioni a distanza tra sistemi informatici, attraverso reti di computer Reti di calcolatori : Un certo numero di elaboratori autonomi, interconessi tra loro. Combinazione di hardware, software e cablaggio che permettono a + dispositivi di elaborazione di comunicare tra loro SO di Rete Software di Rete Interfaccia di Rete (I/O) Mezzo di trasmissione fisico Livello applicativo Comunicazione logica Comunicazione fisica ( dati ) ( messaggi e pacchetti ) ( Segnali elettrici digitali ) Aree di applicazione : Condivisione di risorse. o Hardware Stampanti Memorie di massa Scanner o Software

2 Programmi dati Comunicazione tra utenti. Miglioramento dell affidabilità del sistema complessivo. Nomenclatura: Host elaboratore di una rete per l esecuzione dei programmi utente (in grado di inviare e ricevere pacchetti) Server di rete: controlla e soddisfa le richieste di utilizzo di una risorsa da parte dei diversi utenti collegati tramite tre tipi principali di programmi server: o Gestore dei file: memorizzazione di dati e programmi o Gestore delle stampe: organizza le code di stampa o Gestore delle comunicazioni: gestisce le comunicazioni tra i nodi Router elemento di comunicazione o Funzioni: Riceve un pacchetto in ingresso, lo memorizza in un buffer interno ed appena la linea in uscita è disponibile lo spedisce. Nel caso di connessioni tra reti LAN progettualmente diverse occorrono router speciali multiprotocollo (gateway) che includono tutti i livelli. Provider : è una rete LAN della quale si può fare parte tramite Modem + collegamento telefonico (ISP Internet Service Provider).Subnet in una WAN sono i router più le linee di trasmissione Protocolli o standard di rete: insieme di regole per la trasmissione. o Normalmente i due termini sono sinonimi, ma in realtà protocollo si dovrebbe riferire solo ad un processo. o Compiti dei protocolli di linea: Provvedere alla sincronizzazione tra trasmittente e ricevente Dare un struttura formale ai dati Gestire il flusso Controllare eventuali errori di trasmissione Network subnet + tutti gli host collegati Internetwork collezione di + WAN connesse tramite gateway Protocol Stack è l insieme dei protocolli attivi su di un host (possono essere + di uno) Bridge elemento di comunicazione tra reti LAN (opera a livello Data Link). Ripetitore Elemento di collegamento tra segmenti di cavo (include solo il primo livello)

3 2. Storia L intelligenza si sposta progressivamente verso i terminali. Terminali Remoti o Anni (calcolatori molto costosi) o Sistemi centralizzati o Un mainframe (concorrenza + time sharing) + tanti terminali (video + tastiera) o Programmi che si alternano per l uso delle risorse (microprocessore CPU, RAM, ) Reti di Peers o Anni o Sistemi distribuiti o Più di un computer per ogni rete o Nuove esigenze Scambio files Condivisione stampanti e scanner o Esistono computer dedicati alla gestione dei dati in transito o Nascono i modelli di rete proprietari IBM crea SNA DEC crea DECnet Risultava impossibile connettere tra loro due reti SNA e DECnet Soluzioni: Gateway che converte uno standard in un altro Modelli e protocolli di rete pubblici Reti locali e geografiche o Sistemi distribuiti o LAN : rete di peers senza computer dedicati al transito ( Mbs) o WAN : LAN + Routers + connessioni geografiche tra router Internet nasce nel 68 Accesso privato dal 93 Anni 80 o Disponibilità di tecnologie ad alta velocità per LAN (fibre ottiche fino a 100 Mbps) o Nascita delle reti digitali per WAN (64 Kbps 2 Mbps) Anni 90 o Reti Client Server o Reti paritetiche: Peer to Peer

4 3. Topologia delle reti Topologia a stella Tutte le stazioni sono collegate a una stazione centrale, detta HUB. Questa topologia è caratterizzata dalla presenza di un numero di canali pari al numero di stazioni meno uno. Conviene adottare questa topologia quando si desidera mantenere un controllo centrale di tutte le connessioni. Facilità di controllo, che è centralizzato. Affidabilità: il blocco di una stazione periferica non compromette il funzionamento della rete; l affidabilità dipende solo dal punto centrale. Topologia BUS Topologia caratterizzata dalla presenza di un unico cavo a cui sono collegate tutte le stazioni. Semplicità di installazione hardware e software. Problematiche di affidabilità e sovraccarico di trasmissione. Topologia ad anello Tutte le stazioni sono collegate ad una particolare configurazione circolare chiusa, mediante connessioni punto a punto. La connessione avviene in un unico senso (verso). Problemi di affidabilità (ogni malfunzionamento ad un nodo o l inserimento di un nuovo nodo blocca la rete nel suo complesso).

5 Topologia a maglia In una topologia a maglia le varie stazioni sono collegate a due a due (punto a punto). Se ciascuna stazione è collegata a tutte le altre si parla di connessione completa, altrimenti incompleta. Più è alto il numero di connessioni, più la rete è affidabile e la topologia (e quindi i costi) complessi. Tecnologia di trasmissione: Reti broadcast unco canale di distribuzione condiviso da tutti gli elaboratori o Topologie possibili: BUS rettilineo Ring ad anello o Struttura comune per LAN Ethernet Eccezione rete ATM che è punto a punto Reti punto a punto insieme di connessioni tra coppie di elaboratori (problema dell instradamento routing) o Topologie: Completamente connessa Ad albero o gerarchica : c è un sistema principale che gestisce tutta la struttura (root) Stella : hub (computer centro stella) come redistributore dei messaggi. Anello : rischio guasti Maglia : difficile gestione o Struttura comune per WAN Eccezione rete via satellite Bluetooth Reti che si connettono senza fili dinamicamente tra loro con tecnica di trasmissione a salto di frequenza (Frequency Hopping) o Topologia a stella Controllore centrale o master Fino a sette dispositivi attivi detti slave a formare una piconet Più piconet possono stare insieme per formare una scatternet o Tecnologia innovativa per reti LAN Wireless LAN Trasmissione radio nelle bande di frequenza libere da licenza o Permettono la realizzazione di reti locali con prestazioni paragonabili alle reti LAN Ethernet o Basate sullo standard IEEE Nessuna delle soluzioni di sicurezza previste nello standard è efficiente

6 Scala dimensionale: Rete locale LAN Local Area Network (rete ubicata in un complesso di edifici contigui estensione max di alcune decine di km) o In genere sono reti possedute da una organizzazione privata o Velocità Mbps Rete geografica WAN (l intero pianeta) o Comprendono Un insieme di host (end system) Comunication subnet, a sua volta suddivisa in: Linee di trasmissione Elementi di commutazione (switching elements router IMP) o Si occupano dell instradamento e della verifica di correttezza o In genere una WAN contiene numerose linee telefoniche che connettono coppie di router Un router riceve un pacchetto in ingresso, lo memorizza in un buffer interno ed appena la linea in uscita è disponibile lo spedisce. Tipologia di collegamenti: Linee dedicate: costituiscono collegamenti permanenti tra due nodi. Reti commutate: i collegamenti lungo la linea sono aperti o chiusi a seconda della connessione che deve essere stabilita. o Costi inferiori o Commutazione di circuito: la connessione è stabilita cercando un cammino libero e verificando che il destinatario sia disponibile (tutti i pacchetti viaggeranno lungo quella connessione) o Commutazione di pacchetto: i pacchetti sono spediti singolarmente sulla rete La rete non è mai occupata interamente da un utente come può avvenire per la commutazione di circuito

7 4. Livelli della rete Protocolli e Servizi Un protocollo di comunicazione è un insieme di regole che devono essere eseguite tra due interlocutori per la mutua comprensione. I protocolli utilizzati dai calcolatori sono organizzati secondo una gerarchia a livelli. Lo scopo di un livello è quello di offrire servizi ai livelli più alti nascondendo i dettagli su come tali servizi siano implementati. Ciò permette di immaginare una comunicazione alla pari tra due livelli n su due host (peer entity); quando in realtà si ha il passaggio per tutti i livelli inferiori. I servizi sono disponibili ai SAP ( Service Access Point ); i SAP del livello n (n SAP) sono i punti di accesso (indirizzi) ai quali il livello n+1 può accedere ai servizi. L informazione passata dal livello n al livello n-1 si dice PDU (Protocol Data Unit) e nel passaggio diventa SDU (Service Data Unit). Il livello n-1 aggiunge la PCI (Protocol Control Information). n PDU (n-1) SDU (n-1) PDU (n-1) SAP (n-1) PCI 2 classi di servizi: Connection Oriented: I computer prima di effettuare la comunicazione si assicurano della reciproca presenza in linea instaurando la connessione che rimane attiva per tutto lo scambio dei dati. o Si stabilisce la connessione o Si scambiano i dati o Si rilascia la connessione Connectionless Mode: non ci assicura della reciproca presenza e di un unico percorso; ciascun pacchetto PDU viaggia in modo indipendente dagli altri. All interno di una struttura di rete tutti gli host devono contenere implementazioni conformi in termini di livelli e protocolli, ma gli host possono contenere implementazioni che differiscono in termini di dettagli implementativi e interfacce tra livelli. Architetture di rete: Proprietaria il produttore non rende note le specifiche e non si possono produrre apparati compatibili. o Es) IBM SNA Standard de facto basata su specifiche di pubblico dominio o Es) Architettura TCP/IP Standard de iure basata su specifiche approvate da istituti internazionali o Es) ISO OSI o Es) IEEE 802

8 Le entità usano i protocolli per l implementazione dei propri servizi. Host 1 Host 2 Livello n Servizi Protocolli Livello n Servizi Livello n-1 Livello n-1 Primitive OSI: Request : il livello N+1 richiede un certo servizio al livello N. Indicate : si viene indicati dal servizio di qualche evento. Response : si risponde ad un evento. Confirm : la risposta che si attendeva è arrivata. Esempio) Stabilire una connessione tra 2 peer entità A & B: 1. A invia una connect.request() dal livello n a n-1 2. B riceve una connect.indication() dal livello n-1 a n 3. B invia una connect.response() dal livello n a n-1 4. A riceve una connect.confirm() dal livello n-1 a n Se il servizio non richiede conferma avremo solo i primi due passi.

9 5. Progetto dei livelli Decisioni di progetto per ogni livello: Meccanismi di identificazione mittente destinatario. Flussi trasmissivi sui cavi di connessione Meccanismi per il controllo degli errori Meccanismi per il mantenimento o ricostruzione dell ordine originario dei dati Meccanismi per la regolazione della velocità Decisioni sulla dimensione dei messaggi e sull eventuale frammentazione Meccanismi di multiplexing su una unica connessione Meccanismi di routing Modello di riferimento: definisce il numero, le relazioni e le caratteristiche funzionali dei livelli ma non definisce i protocolli effettivi. Architettura di rete: definisce livello per livello i protocolli effettivi.

10 6. Modello ISO OSI Modello ISO OSI ( International Standard Organization Open System Interconnection ). 7. Application 6. Presentation 5. Session 4. Trasporto 3. Network 2. Data Link 1. Physical Strato di applicazione Strato di rete Ricezione Tolgo header Invio Inserisco header PCI I livelli 1 4 si occupano della mera trasmissione. I livelli 5 7 si occupano del dialogo tra le applicazione e gli utenti finali. I livelli 1 3 hanno funzioni box to box (considerano eventuali nodi intermedi). I livelli 4 7 hanno funzioni end to end (considerano solo i nodi terminali della comunicazione).

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12 7. Internet Protocol suite / / Modello TCP IP Non è solamente un modello di riferimento in quanto comprende anche due protocolli effettivi che danno il nome al modello. Ha sconfitto in breve tempo tutti gli altri standard. E normalmente incluso in tutti i Sistemi Operativi più diffusi. IETF (Internet Engineering Task Force) definisce gli standard (in documenti RFC) man mano che vengono evoluti (www.ietf.org). Nella realizzazione del proprio lavoro si basa su altre organizzazioni: IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) per reti LAN ITU (International Telecommunication Union) per reti WAN Protocolli principali: TCP per il ripristino degli errori a livello 4 IP per l indirizzamento logico (routing) a livello 3 Si presta bene come protocolli ma non una un modello suo; in pratica si rifà ad un modello OSI semplificato. Livello Host to Network o Non è specificato, prevede di utilizzare quelli disponibili sulle varie piattaforme (riguarda la caratteristiche fisiche del mezzo di trasmissione e la natura dei segnali). Livello Internet o Livello connectionless (Protocolli IP Internet Protocol) o Routing (indirizzamento) o Controllo di gestione (traffico) Livello Trasport o Livello end to end o Controlla che tutto funzioni correttamente ed eventualmente ritrasmette o Sono definiti due protocolli

13 TCP Con connessione ed affidabile UDP Senza connessione e non affidabile Livello Application o Specifica come le applicazioni su calcolatori diversi possono utilizzare TCP/IP per comunicare tra loro. o Comprende tutti i protocolli di alto livello utilizzati nelle applicazioni reali telnet ftp smtp e pop dns nntp http Nel seguito analizzeremo il modello TCP/IP completato dai primi due livelli OSI.

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