Reti di Calcolatori e Internet

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1 Reti di Calcolatori e Internet Corso di Laurea in Ingegneria Civile Politecnico di Bari Sede di Foggia Fondamenti di Informatica Anno Accademico 2010/2011 docente: prof. ing. Michele Salvemini 1/39 Sommario (1/2) Rete di Calcolatori Il Canale di Comunicazione Caratteristiche Tassonomia delle Reti Estensione Topologia Punto a Punto, Anello, Stella Reti e Sistemi Operativi La Trasmissione dei Dati Mezzi di Trasmissione Bus, Aspetti della Trasmissione Trasmissione Analogica e Digitale Linea Commutata e Dedicata Commutazione di Circuito Commutazione Pacchetto Scambio di Informazioni Protocolli di Comunicazione I due filosofi Architettura a Strati Modello ISO/OSI Modello TCP/IP di Il Modem Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39

2 Sommario (2/2) Internet I Provider Programmi Client-Server Word Wide Web Domain Name Server Indirizzi IP URL HTML Formato Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39 Rete di Calcolatori Cos'è una Rete di Calcolatori? Punto di vista logico sistema distribuito di dati, risorse di elaborazione, utenti e regole di comunicazione Punto di vista fisico insieme di hardware, collegamenti, e software che permettono la comunicazione tra macchine remote Perché una rete Condivisione di risorse Riduzione costi Modularità Affidabilità e disponibilità Comunicazione fra utenti Scambio di informazioni Collaborazione a distanza Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39

3 Rete di Calcolatori - Caratteristiche Latenza: tempo richiesto per trasferire un messaggio di lunghezza 0 Velocità di trasmissione: numero di bit trasmessi al secondo kbit/s linee telefoniche Gbit/s dorsali di rete Espandibilità: Costo: fortemente dipendente dalla tecnologia maggiore durata investimento infrastruttura interfaccia verso il nodo Gestione: apparecchiature di rete gestite da remoto Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39 Tassonomia delle Reti - Estensione Rete locale (LAN -Local Area Network) collega due o più computer in un area non più grande di un palazzo. collega i computer di un laboratorio, gruppo di lavoro, ufficio, ditta. Rete metropolitana (Metropolitan Area Network) concettualmente simile ad una rete locale collega computer di una singola organizzazione nella stessa area urbana (es.: banca con filiali cittadine). Rete geografica (Wide Area Network) Nodi distribuiti su medio-lunga distanza (nazione, continente) Trasmissione dati: attraverso messaggi Reti di reti collega più reti differenti mediante opportuni elementi di interfaccia Può avere estensione mondiale Esempio: Internet Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39

4 Tassonomia delle Reti - Topologia Punto a Punto Ottima tolleranza ai guasti; ma altissimi costi per i collegamenti ( O(n2) ) Utilizzabile solo per reti con pochissimi nodi Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39 Tassonomia delle Reti - Topologia Bus In una rete a bus tutti i nodi sono disposti lungo un unico bus. in ogni istante solo un elaboratore può trasmettere, gli altri devono astenersi; è necessario un meccanismo di arbitraggio per risolvere i conflitti l'arbitraggio può essere centralizzato o distribuito; standard IEEE (Ethernet) rete a bus arbitraggio distribuito operante a 10 o 100 Mbps estesa fino a 1Gbps Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39

5 Tassonomia delle Reti - Topologia Bus Ethernet Introdotta nel 1982, nel 1985 diventa standard IEEE Tecnica CSMA/CD per l accesso al mezzo CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection CSMA/CD Carrier Sense: ogni stazione che deve trasmettere ascolta il bus e trasmette solo se è libero Multiple Access: due stazioni, se trovano il canale libero, possono trasmettere contemporaneamente Collision Detection: se si verifica una collisione, la stazione ascolta dati diversi da quelli trasmessi In caso di collisione si sospende la trasmissione e la si riprende dopo un intervallo casuale Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39 Tassonomia delle Reti - Topologia Anello In una rete ad anello gli elaboratori sono disposti lungo un circuito chiuso. I messaggi circolano lungo l anello. Ciascun nodo riceve tutti i messaggi dal nodo precedente preleva dal treno dei messaggi quelli a lui indirizzati e aggiunge i suoi messaggi verso altri nodi; infine invia il treno al nodo successivo. è necessario un meccanismo di arbitraggio (spesso basato sul possesso si un gettone (token) che abilita alla trasmissione); arbitraggio distribuito Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39

6 Tassonomia delle Reti - Topologia Stella Una rete a stella ha un unico nodo centrale collegato a un insieme di nodi periferici spesso è usato come nodo centrale un HUB o in alternativa uno Switch tutti i computer sono collegati in modo indipendente a questo dispositivo In caso di guasto di una scheda di rete o di un cavo tutto il resto della rete continua a funzionare Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39 Reti e Sistemi Operativi In una LAN si vogliono condividere risorse di solito, almeno, stampanti e hard disk Il S.O. deve permettere anche l uso di quelle risorse che non sono fisicamente collegate al computer su cui si sta lavorando I S.O. dei computer in rete devono quindi dialogare fra loro per permettere la condivisione delle risorse. Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39

7 La Trasmissione dei Dati - Mezzi di Trasmissione Per la comunicazione tra calcolatori si possono usare diversi canali fisici di trasmissione Guidati doppino telefoni cavo coassiale fibra ottica non guidati: onde elettromagnetiche Satellite, antenne, infrarossi Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39 La Trasmissione dei Dati - Aspetti della trasmissione Condivisione del canale suddivisione del tempo (TDM) suddivisione dello spettro di frequenze (FDM) Direzione della trasmissione Simplex: solo una direzione Duplex: entrambe le direzioni in contemporanea Half-Duplex: in entrambe le direzioni, ma non in contemporanea Trasmissione digitale/analogica Trasmissione sincrona/asincrona Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39

8 La Trasmissione dei Dati - Trasmissione Analogica e Digitale Il Modem Il Modem(Modulatore-Demodulatore) trasforma bit in segnali e viceversa Modulazione in frequenza, ampiezza, fase, Considerazioni I modem attuali hanno velocità di trasmissione di , , , bit/sec Se due computer comunicano via modem, la velocità di comunicazione è sempre quella del modem più lento Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39 Il Canale di Comunicazione - Linea Commutata e Dedicata linea dedicata La comunicazione avviene lungo un canale (linea fisica o parte di essa) dedicato esclusivamente ad essa Es: due PC connessi da un cavo di comunicazione linea commutata Il canale viene costruito per ogni nuova sessione di comunicazione, collegando singoli tratti di linee dedicate Esempio: comunicazione tra due computer in Internet altri computer fanno da tramite tra i due che devono comunicare, ritrasmettendo i loro messaggi Con le linee commutate si riducono i costi 2 modalità principali: commutazione di circuito commutazione di pacchetto Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39

9 Il Canale di Comunicazione - Linea Commutata e Dedicata - Commutazione di Circuito La rete telefonica I telefoni di un distretto telefonico fanno capo ad una centrale di smistamento, che comunica con le centrali degli altri distretti Quando telefoniamo, la chiamata viene fatta passare attraverso una o più centrali, fino a raggiungere il numero chiamato Comunicando fra loro, le centrali costruiscono una connessione diretta fra i due telefoni, che dura tutto (e solo) il tempo della telefonata Quando due telefoni comunicano, la linea e occupata: nessuno può chiamare quei telefoni. Che succede se usiamo una comunicazione a commutazione di circuito su internet? qualsiasi servizio offerto sarebbe disponibile ad un solo utente per volta. Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39 Il Canale di Comunicazione - Linea Commutata e Dedicata - Commutazione di Pacchetto Ogni messaggio e diviso in tanti pacchetti numerati di dimensione fissa. Ogni pacchetto contiene l indirizzo del computer destinatario e del mittente. Ogni pacchetto e trasmesso separatamente Una volta inviato, il mittente se ne disinteressa Ogni pacchetto fa (virtualmente) una strada diversa per arrivare al destinatario Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39

10 Il Canale di Comunicazione - Linea Commutata e Dedicata - Commutazione di Pacchetto I pacchetti non arrivano necessariamente nello stesso ordine con cui sono stati inviati Il destinatario aspetta di aver ricevuto tutti i pacchetti per ricomporli e ricostruire il messaggio Ogni pacchetto occupa il mezzo di trasmissione e la scheda di rete per un tempo molto breve Si ha un effetto di parallelismo: ogni computer può essere coinvolto contemporaneamente in più comunicazioni Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39 Il Canale di Comunicazione - Linea Commutata e Dedicata - Commutazione di Pacchetto Come far arrivare i pacchetti a destinazione? Ogni nodo della rete mantiene una tabella che indica a quale/quali vicini ritrasmettere un pacchetto non destinato a lui, in base all indirizzo di destinazione del pacchetto La scelta del nodo a cui inoltrare il pacchetto dipende anche da situazioni temporanee di carico della rete, guasti, ecc. Linea dedicata/commutata Nel collegamento ad Internet col telefono dal PC al provider e in corso una comunicazione a commutazione di circuito la linea e occupata, perché si sta effettuando una chiamata telefonica dal provider verso qualsiasi punto di Internet al quale decidete di collegarvi, la comunicazione e a commutazione di pacchetto Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39

11 Scambio di Informazioni Affinché due calcolatori possano scambiarsi dei dati sono necessari un insieme di regole che regolano lo scambio di dati un canale fisico di comunicazione tra i due calcolatori la componente hardware della comunicazione il software per la comunicazione Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39 Protocolli di Comunicazione Utilizzati dai calcolatori per dialogare Modello ISO/OSI (Open System Interconnection) Modello TCP/IP (standard de facto) Il solo collegamento fisico non è sufficiente per permettere la comunicazione fra calcolatori è necessario anche che ciascun calcolatore sia dotato di una applicazione in grado di effettuare il trasferimento delle informazioni nella comunicazione tra calcolatori, è necessaria la presenza di uno strato software che consenta lo scambio di dati sulla base di un protocollo un protocollo di comunicazione è un insieme di regole e convenzioni che controllano lo scambio di informazioni in una comunicazione specifica anche il tipo di messaggi consentiti Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39

12 Protocolli di Comunicazione - I due filosofi Due filosofi, uno africano e uno cinese, vogliono discutere dell oryctolagus cunilicus (il coniglio) l africano vuole esprimere la sua simpatia per i conigli Problema N 1 i filosofi non parlano la stessa lingua, né riescono a trovare un interprete che conosca le loro lingue Soluzione Problema N 2 I filosofi possono comunque accordarsi su una lingua da usare nella comunicazione (Inglese) possono poi comunicare utilizzando due interpreti, ciascuno dei quali sa tradurre dalla lingua nota a uno dei filosofi alla lingua usata per la comunicazione I due filosofi non vivono nello stesso luogo, e non sono abituati a viaggiare Soluzione Decidono di comunicare usando il fax Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39 Protocolli di Comunicazione - I due Filosofi conclusioni Con gli accordi presi, i due filosofi possono effettivamente comunicare hanno adottato due diversi protocolli di comunicazione un protocollo relativo alla lingua (inglese) un protocollo relativo al mezzo di comunicazione (il fax) La comunicazione con fax è possibile grazie al supporto del servizio di telefonia locale e internazionale Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39

13 Protocolli di Comunicazione - Architettura a Strati La stratificazione di un sistema riduce la complessità mediante livelli di astrazione Ogni livello è composto da più entità (applicazioni, processi, calcolatori, ) L obiettivo di un livello è di fornire servizi alle entità del livello superiore, nascondendo il modo in cui i servizi sono realizzati Livelli adiacenti comunicano tramite la loro interfaccia Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39 Protocolli di Comunicazione - Modello ISO/OSI ISO International Organization for Standards OSI Open Systems Interconnection Sistema aperto Il modello ISO/OSI è una guida per il progetto di una famiglia di protocolli Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39

14 Protocolli di Comunicazione - Modello ISO/OSI Livello 7: applicazioni ogni protocollo specifica come una particolare applicazione usa la rete Livello 6: presentazione ogni protocollo specifica come rappresentare i dati (conversione di dati in un formato comune) Livello 5: sessione ogni protocollo specifica come stabilire sessioni tra computer diversi (es. autenticazione mediante password) Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39 Protocolli di Comunicazione - Modello ISO/OSI Livello 4: trasporto ogni protocollo specifica come trasportare dati da un host ad un altro indipendentemente dalla rete sottostante (es. frammentazione, controllo errori e ritrasmissione, controllo del flusso) Livello 3: rete ogni protocollo specifica la scelta del cammino da percorrere, controllo delle congestioni Livello 2: collegamento dati ogni protocollo specifica l organizzazione dei bit in data frame, controllo dell accesso al canale condiviso Livello 1: fisico trasmettere bit lungo un canale di comunicazione (specifica dell hardware di rete) Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39

15 Protocolli di Comunicazione - Modello TCP/IP Il modello TCP/IP è uno standard de facto perché tutti oggi usano questa famiglia di protocolli Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39 Internet Nata dalla fusione di reti di agenzie governative americane (ARPANET) e reti di università E una rete di reti, di scala planetaria, pubblica, a commutazione di pacchetto sistema di comunicazione tra reti e sistemi eterogenei, oltre che geograficamente distribuiti vari tipi di dispositivi di interfaccia fra le sotto-reti Repeater, Bridge, Router, Gateway Utilizza protocolli di comunicazione di dominio pubblico derivati dal modello ISO/OSI Al giorno d oggi è accessibile a tutti tramite provider che sono fisicamente collegati a internet Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39

16 Internet - I Provider Internet Service Provider (ISP) organizzazioni, pubbliche o private, che affittano all'utenza privata accessi ad Internet Un provider dispone di uno o più host collegati ad Internet con linee dedicate le linee sono attive 24 ore su 24 gli host possono fornire temporaneamente accesso ai servizi di rete a decine o centinaia di computer mediante modem e linee telefoniche Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39 Programmi Client-Server Il client è un programma dotato di interfaccia utente, che consente di richiedere dati ed elaborazioni al server Il server mantiene dati e programmi e si occupa di effettuare elaborazioni e trasmissioni su richiesta Il dialogo client-server è regolato da protocolli del livello delle applicazioni, tra cui: Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) per la posta File Transfer Protocol (FTP) per i file Hyper-Text Transfer Protocol (HTTP) per il Web Alcuni programmi Client che consentono di usufruire dei servizi della rete. mailer (Eudora, Netscape Comunicator, Outlook, ) browsers (Netscape, Microsoft Explorer, ) plug-in (Adobe Acrobat Reader, Real Player, ) Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39

17 Programmi Client-Server Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39 Word Wide Web (WWW) Architettura software per gestire dati distribuiti geograficamente basata sulla nozione di ipertesto Pagine web: ipertesti che possono contenere testo, immagini, suoni, programmi eseguibili un utente legge le pagine, se seleziona un link la pagina viene sostituita con quella richiesta (scaricata dal sito remoto) Si appoggia al TCP/IP Architettura Client-server Il client (browser) permette la navigazione nel web trasmette le richieste di pagine/dati remoti, riceve le informazioni e le visualizza sul client A volte utilizza programmi esterni (plug-in) per gestire i dati ricevuti Il Server è un processo sempre attivo che aspetta e serve le richieste dei client restituisce la pagina richiesta oppure un messaggio di errore Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39

18 Domain Name Server Servizio utilizzato per la risoluzione di nomi di host in indirizzi IP e viceversa. Realizzato tramite un database distribuito, costituito dai server DNS lo spazio dei nomi è diviso in zone gestiti da un server principale e server secondari che mantengono la lista degli host Se un server non trova un nome nel suo database manda una richiesta al server del dominio antenato o successore e così via Si usa una memoria cache per mantenere gli indirizzi recuperati tramite altri server Indirizzi IP codice numerico (binario) utilizzato dal protocollo di invio dati del modello TCP/IP suddiviso in Es Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39 Indirizzi IP - Formato Indirizzo formato da un prefisso e un suffisso Il prefisso identifica la rete ogni rete in Internet ha un network number unico Il suffisso identifica l host all interno della rete l host address o host number è unico per quel prefisso ed è gestito dall amministratore della rete Un indirizzo IP è un numero di 32 bit suddiviso in quattro gruppi da 8 bit ciascuno la forma con la quale viene rappresentato è detta decimale puntata Utilizzando 32 bit per indirizzo è possibile avere combinazioni di indirizzi differenti. Alcune combinazioni sono utilizzate per indirizzi speciali Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39

19 URL URL (Uniform Resource Location) è uno standard per il formato degli indirizzi delle risorse sul Web Specifica: Come si vuole accedere alla risorsa (protocollo) Dove si trova la risorsa (indirizzo server) Nome della risorsa (nome) Formato protocollo://host/nome Alcuni Protocolli Applicativi http: protocollo gestione ipertesti ftp: trasferimento file news: gruppi di discussione telnet: accedere a macchine remote file: accedere a documenti locali Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39 URL - Nome della Risorsa Path name (cammino) che porta al file contente la risorsa (es pagina, foto, ecc) nello spazio di dati gestito dal server del sito contattato Esempio Solitamente ogni sito ha una pagina di ingresso denominata index.html (.php,.jsp, ) I seguenti url sono equivalenti Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39

20 HTML Si utilizza il linguaggio HTML (HyperText Markup Language) che utilizza annotazioni per descrivere come verrà visualizzato il documento sul browser di un cliente Es: La prossima parola è in <b>neretto</b> Il browser interpreta le annotazioni traducendole in effetti grafici Es: La prossima parola è in neretto Alcuni Tag Pagina web racchiusa nel comando <HTML>...</HTML> Intestazione: <HEAD>...</HEAD> Corpo pagina: <BODY>...</BODY> <P>:inizia un paragrafo <BR>:fine linea <B>...</B>:testo in bold <I>...</I>:testo in italico Fondamenti di Informatica - Reti di Calcolatori e Internet Politecnico di Bari sede di Foggia - 02 Feb /39

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