IDUL 2010 IDEE PRINCIPALI IN QUESTA LEZIONE EVOLUZIONE DEI SISTEMI INFORMATICI. Il modello centralizzato. Il modello distribuito

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1 IDEE PRINCIPALI IN QUESTA LEZIONE IDUL 2010 RETI E PROTOCOLLI. INTERNET. Reti: Aspetto logico della rete e tipologie: peer-to-peer, a hub, a bus Trasmissione dei dati: commutazione di pacchetto (Packetswitching) Protocolli Internet e TCP/IP level: Client / server Web 1 2 EVOLUZIONE DEI SISTEMI INFORMATICI Il modello centralizzato Negli anni settanta, prevalse il modello time-sharing multi-utente (il modello centralizzato) che prevede il collegamento di molti utenti ad un unico elaboratore potente attraverso terminali Terminale: un dispositivo hardware, usato solo per inserire dati e ricevere dati per la visualizzazione (per esempio, con tastiera, schermo, mouse, ma senza capacità di elaborazione) 3 4 Il modello distribuito Se gli elaboratori sono collegati tra di loro, possono condividere le risorse Ogni utente ha a disposizione una macchina (per esempio, un personal computer, come nel laboratorio) su cui lavorare, ma può anche condividere le informazioni e le risorse con gli altri utenti L informatica distribuita offre molteplici vantaggi rispetto al modello centralizzato 5 Il modello distribuito: (s)vantaggi rispetto al modello centralizzato Flessibilità: In un sistema centralizzato, in caso di guasto all elaboratore centrale nessuno può lavorare Nel caso distribuito invece, la rottura di una macchina blocca un solo utente mentre gli altri possono continuare a lavorare Di contro: Macchine separate richiedono installazioni separate del software e dell hardware, riparazioni individuali, protezione individuale dai virus, ecc. In un sistema centralizzato il problema dei guasti può essere affrontato rendendo ridondante il server (p.es. dischi RAID) 6

2 Il modello distribuito: (s)vantaggi rispetto al modello centralizzato Economicità: In termini di costi, la diffusione dei PC personali è stata la spinta che ha portato alla produzione di massa e quindi al crollo del costo dell hardware. La rete costa poco. Di contro: I PC sono quasi sempre sovradimensionati rispetto ai compiti che devono eseguire. Gli utenti comprano potenza che non usano. Il modello distribuito: (s)vantaggi rispetto al modello centralizzato Sicurezza Mantenere i propri dati su PC assicura la massima libertà su cosa condividere e cosa no. Se i dati sono su un server, dobbiamo fidarci del grado di privacy promesso dai gestori del server Di contro: I PC singoli possono essere rubati o danneggiati più facilmente dei server. Sono anche più soggetti a virus (ma meno ad attacchi web) 7 8 COS E UNA RETE Un insieme di calcolatori AUTONOMI collegati tra di loro tramite una connessione fisica o radio, che si scambiano dati tramite protocolli di comunicazione. IL PUNTO DI VISTA FISICO: TIPI DI RETI Le reti possono essere classificate sulla base della loro TOPOLOGIA TECNOLOGIA DI TRASMISSIONE SCALA 9 10 RETI PEER-to-PEER Vantaggi: Semplicita Basso costo Svantaggi: Utilizzabile solo per pochi nodi (tipicamente non piu di 5) Attenzione a non confondere reti peer to peer con scambio dati peer-to-peer ; nel secondo caso I computer coinvolti non sono direttamente collegati 12

3 RETI A STELLA: VANTAGGI E SVANTAGGI 14 RETI A BUS: VANTAGGI E SVANTAGGI 16 SCHEDE DI RETE Necessarie su ogni computer collegato in rete Parallele o seriali Dotate di numero MAC (Media Access Control) univoco Tra le periferiche più economiche TECNOLOGIA DI CONNESSIONE La trasmissione di dati tra calcolatori puo avvenire tramite MEZZI GUIDATI: linee fisiche che portano il messaggio al ricevitore. (Esempio: doppino telefonico, fibre ottiche) MEZZI NON GUIDATI: irradiazione di segnali nello spazio. (Satelliti, wireless) 17 18

4 MEZZI GUIDATI 19 CARATTERISTICHE DELLA TRASMISSIONE Capacità del canale (larghezza di banda) misurata in Mbps (Megabit al secondo) Grado di attenuazione del signale (ripetitori) Interferenza (cavi schermati o meno) Numero dei ricevitori 21 SCALA DELLE RETI Reti locali: LAN (Local area networks) si possono usare connessioni specializzate dedicate solo a trasmissione di segnali digitali Reti a lunga distanza (WAN, Wide Area s) si cerca di sfruttare le reti esistenti, in particolare la rete telefonica, che pero e progettata per trasmettere dati analogici. Uso crescente di connessioni in fibra ottica Internet il risultato della connessione tramita gateway di WAN, ottenendo una rete globale. 22 TRASMISSIONE DIGITALE / ANALOGICA Nel caso di trasmissioni a breve distanza su doppini telefonici fatti per portare segnali analogici, occorre un metodo per trasformare dati in forma digitale in analogica, e viceversa. Il MODEM (MODulatore DEModulatore) Visto che il modem (come il fax) produce suoni udibili, non si può usare se la linea è utilizzata per una telefonata vocale. Ormai quasi interamente ripiazzato dall' ADSL (dove possibile) 23 24

5 ADSL ADSL e Digital Divide Negli ultimi anni i modem analogici sono stati soppiantati dalla tecnologia DSL (Digital Subscriber Link), in particular A(symmetrical)DSL (download veloce, upload lento) ADSL (<8Mbps), ADSL2 (<12Mbps), ADSL2+ (<24Mbps) queste velocità si riferiscono al download Uso di frequenze inaudibili (>25KHz) per trasmettere i segnali in formato digitale su doppino telefonico, senza interferire con il segnale vocale. Uso di filtri alle prese telefoniche per separare i due segnali. Velocità effettive dipendenti dalla distanza percorsa dal segnale Non disponibile su tutte le linee (dipende da presenza di DSLAM; Vista la quantità di servizi che passano su rete digitale, la esclusione da una connessione ADSL comporta problemi crescenti. Nonostante la presenza di centraline telefoniche adatte all ADSL nelle città la situazione nelle aree rurali ed in quelle sotto centraline che non possono essere convertite all ADSL rimane insoddisfacente (vedi. ) Possibile soluzione: reti wireless (UMTS, HDSPA, Wi- Max). Problemi: troppi standard in competizione; necessità di ulteriori frequenze radio. tecnologie sorpassate quali MUX, UCR; distanza dalla centralina) Digital Divide Da cosa si resta esclusi restando esclusi dal mondo digitale? Uso di base del computer (videoscrittura, ; lavoro) SE non si ha banda larga (ma uso del MODEM): Nessun servizio che richiede di essere reperibili on-line (visto che la linea è commutata): ad esempio VOIP (telefonia via internet) Difficoltà a scaricare siti web di dimensioni sempre crescenti Difficoltà a scaricare (magari in automatico) aggiornamenti software (inclusi aggiornamenti antivirus) Difficoltà nelle ricerche su web Niente radio/tv via internet (per la TV non basta una ADSL lenta ) 27 I MECCANISMI DELLE RETI Come avviene effettivamente la trasmissione dei dati? 28 TRASMISSIONE DEI DATI: COMMUTAZIONE DI PACCHETTO COMMUTAZIONE DI PACCHETTO (PACKET SWITCHING) Ogni messaggio diviso in pacchetti numerati di dimensione fissa Ogni pacchetto contiene l indirizzo del computer destinatario e del computer mittente Ogni pacchetto e inviato separatamente e potenzialmente almeno può usare un percorso completamente diverso 29 30

6 PACKET SWITCHING I pacchetti non arrivano necessariamente nell ordine giusto; il destinatario aspetta che arrivino tutti prima di ricostruire il messaggio Ogni pacchetto occupa la connessione per un tempo molto breve. Potenzialmente, i pacchetti possono essere inviati in parallelo. LA RETE COME STRUMENTO DI COMUNICAZIONE L uso fondamentale di una rete è quello di consentire la comunicazione tra i nodi I nodi si scambiano dei dati sotto forma di messaggi codificati in forma digitale Ogni messaggio è caratterizzato da un mittente, un destinatario, e un insieme di informazioni che costituiscono il corpo del messaggio 35 36

7 PROTOCOLLI Affinché questa comunicazione possa avvenire in modo corretto si deve definire un protocollo di comunicazione Come nella vita reale si stabiliscono delle convenzioni per il comportamento tra gli individui, nel caso della comunicazione tra gli elaboratori un protocollo definisce quell insieme di regole che il nodo mittente e il nodo destinatario devono seguire per interagire tra loro PROTOCOLLI Un protocollo specifica: A che velocità vengono trasmessi i messaggi; Come verificare la correttezza del messaggio; Come segnalare che il messaggio è stato ricevuto; Dove inviare il messaggio (addressing) ed attraverso quale percorso (routing) STANDARD Come nel caso della codifica dei dati, sono necessari degli STANDARD internazionali per garantire che la comunicazione avvenga senza errori e confusioni Esempio: TCP/IP Comunicazione nelle reti protocolli Un protocollo monolitico che realizzi tutte le funzionalità necessarie per la comunicazione tra elaboratori in rete è difficile da realizzare Inoltre, se cambia qualche componente della rete, si deve modificare l intero protocollo Per ridurre la complessità di progettazione la maggior parte dei protocolli è organizzata come una serie di livelli Il numero dei livelli, il loro nome, le funzionalità differiscono da una rete ad un altra Comunicazione multilivello Comunicazione multilivello: lo standard ISO - OSI Per ogni coppia di livelli adiacenti esiste una interfaccia Le convenzioni usate nella conversazione sono il protocollo Si tratta di un accordo tra i partecipanti su come deve avvenire la comunicazione Al di sotto del livello più basso c è il mezzo fisico che serve per il trasferimento dei dati 41 Modello teorico di riferimento per definire le caratteristiche della comunicazione multilivello OSI: Open Standard Interconnection Presentation Session Data link Physical 42

8 Comunicazione multilivello: ISO - OSI Comunicazione multilivello: ISO - OSI Modello teorico di riferimento per definire le caratteristiche della comunicazione multilivello OSI: Open Standard Interconnection Presentation Session Data link Physical Per esempio: Servizi per utilizzo delle rete Comunicazione end-to-end Indirizzamento, routing tra reti Ethernet, TokenRing, ethernet, doppino,.. 43 Presentation Session Data link Physical Presentation Session Data link Physical 44 Comunicazione multilivello: ISO - OSI Comunicazione multilivello: ISO - OSI Presentation Session Data link Physical Presentation Session Data link Physical Il livello n di un calcolatore comunica virtualmente con il livello n di un altro calcolatore In realtà nessun dato viene trasferito da un livello n ad I livelli più bassi sono quelli più vicini all hardware e definiscono delle regole di basso livello che consentono di azzerare le differenze tra le diverse reti fisiche Si introduce un livello virtuale uniforme sul quale si basano i livelli successivi che possono essere definiti in modo indipendente dalle reti fisiche sottostante un altro ma passa ad un livello sottostante ETHERNET Serie di protocolli a livello DATA LAYER e PHYSICAL LAYER sviluppati meta anni 70 che ha soppiantato tecnologie precedenti Idee chiave: NODI connessi da SEGMENTI Messaggi inviati in blocchi chiamati FRAMEs Scheda internet ed indirizzi MAC x ogni nodo Ethernet REPEATER ogni certo numero di segmenti Protocollo per OSSERVARE COLLISIONI 47 INTERNET La reti delle reti: collega fra loro reti locali, metropolitane, geografiche e singoli computer di tutto il mondo 48

9 INTERNET Una macchina è in Internet se: utilizza il protocollo TCP/IP ha un suo indirizzo IP (Internet Protocol) ed ha la capacità di spedire pacchetti IP a tutte le altre macchine su Internet Come funziona Internet Un aspetto importante di Internet è la sua topologia distribuita e decentrata In questo modo se un percorso è interrotto o troppo trafficato i dati possono prendere strade alternative Questo aspetto deriva dalla storia (militare) di internet (vedi: N1 N5 ) N2 N6 N4 N7 N LIVELLI DI PROTOCOLLI INTERNET I DUE PROTOCOLLI DI BASE: TCP / IP Insieme, si occupano di: Dividere il messaggio in pacchetti Instradarli Assicurarsi che arrivino (tramite meccanismi di conferma della ricezione e segnalazione di errori) layer: IP Link & Physical layer: IP Internet può essere vista come una collezione di sottoreti diverse (eterogenee) connesse tra loro (internetworking) La colla che tiene insieme le varie sottoreti è l Internet Protocol (IP) Permette di trasportare i dati dalla sorgente alla destinazione, sfruttando la presenza di reti intermedie lungo il percorso Ogni computer collegato ad Internet possiede un indirizzo univoco detto indirizzo IP (32 bit) I 32 bit di un indirizzo IP sono suddivisi in 4 campi da 8 bit ciascuno Per esempio: Di solito si usa una rappresentazione formata da 4 numeri decimali separati da un punto Per esempio:

10 layer: IP IP: il problema del numero Gli indirizzi IP devono essere univoci Per questo motivo è stata istituita una organizzazione, Internet Assigned Number Authority (IANA) (emanazione di ICANN, un organismo del governo americano), preposta ad assegnare gli indirizzi IP garantendone l univocità Quando vi collegate ad Internet da casa è il provider che vi assegna un indirizzo IP scegliendolo tra quelli che ha acquistato (dunque IP diversi in sessioni diverse) 55 La numerazione IP garantisce >4 miliardi di indirizzi. Sembrano tanti ma: Dispositivi internet portatili (p.es. Smartphone, netbook) e mercati emergenti (Cina, India, Brasile) Soluzione 1: Indirizzi privati nelle sottoreti I nodi di una LAN possono avere indirizzi identici a quelli altri nodi in altre reti, ma questi indirizzi non sono visibili dal resto di internet (IP pubblico/privato) La rete ha un nodo gateway che smista i messaggi tramite un meccanismo di Address Translation (NAT) 56 Ipv4 vs. IPv6 layer: IP Entro circa 2 anni si prevede che gli indirizzi IP saranno esauriti Soluzione a lungo termine: passare ad un sistema con indirizzi di 4 numeri di 32 bit (IPv6) La migrazione è in corso, e potrebbe assumere il carattere di una emergenza. Ipv6 da 2^128 indirizzi: abbastanza per poter assegnare indirizzi univoci a qualsiasi oggetto o posto sul pianeta. Verso una internet delle cose (Uniform Resource Identifier per qualsiasi risorsa, vedi IP fornisce anche l instradamento (routing) dei pacchetti tra mittente e destinatario Protocollo di routing: Scopo: determinare un buon percorso nella rete tra sorgente e destinazione Percorso buono : in genera significa più corto La topologia della rete può cambiare (qualche router o link si può guastare) layer Link & Physical layer Link & Physical Il compito del livello è quello di fornire un trasporto affidabile dall host di origine a quello di destinazione, indipendentemente dalla rete utilizzata In Internet il protocollo di questo livello è chiamato Transmission Control Protocol (TCP) 59 Si colloca al di sopra del livello ed è il livello nel quale viene svolto il lavoro utile per l utente In questo livello si trovano diversi protocolli, alcuni relativi alle applicazioni che usiamo abitualmente in Internet HTTP: HyperText Transfer Protocol Pagine web SMTP: Simple Mail Transfer Protocol Invio POP: Post Office Protocol Scaricamento FTP: File Transfer Protocol Trasporto File SSH: Secure Shell login criptato su un computer remoto 60

11 I PROTOCOLLI INTERNET HTTP FTP SMTP TELNET DNS TCP IP UDP layer layer layer Link + physical layer APPLICATION LAYER: POSTA ELETTRONICA Un applicazione Internet che permette lo scambio di messaggi tra gli utenti collegati alla rete È necessario fornire: L indirizzo del mittente L indirizzo del destinatario Il corpo del messaggio Gli indirizzi devono avere un formato ben preciso non sono sensibili alla differenza tra maiuscole e minuscole HEADER DI UN MESSAGGIO POSTA ELETTRONICA: DUE APPROCCI From: Roberto Zamparelli <roberto.zamparelli@unitn.it> To: Caio Sempronio <caio.sempronio@indirizzo.it> CC: Massimo Poesio <massimo.poesio@unitn.it> Subject: Posta elettronica Date: 24/02/2010 Caro Caio,. 63 Scaricare la posta dal server al proprio computer, La posta attende sul server, da dove viene scaricata tramite i protocolli POP ed inviata tramite il protocollo SMTP. Una volta ricevuta, la posta risiede su mio computer Posso leggerla o rispondervi scollegato dalla rete Oppure, consultarla sul web tramite un browser. La posta resta sul browser; lettura e composizione venegono effettuati tramite il browser. Posso accedere alla posta da qualsiasi computer, purchè connesso ad internet Sistemi ibridi (p.es. protocollo IMAP) 64 layer: DNS layer: DNS Gli indirizzi IP numerici sono difficili da ricordare Si usano quindi degli indirizzi simbolici che sono più significativi per l essere umano dit.unitn.it, essex.ac.uk, developer.netscape.com Questi nome vengono tradotti in indirizzi IP numerici mediante il Domain Name System (DNS) Gli indirizzi simbolici hanno un formato come quello seguente nome5.nome4.nome3.nome2.nome1 Sono costruiti a partire da uno schema gerarchico di nomi basato sul concetto di dominio com edu gov mil net org au it zw www root gnu lett unitn dit unito di Livello 1 Livello 2 Livello www www 66 www Livello 4

12 NUOVI DOMINI TOP-LEVEL Oltre a.com,.it,.edu ecc., sono stati recentemente aggiunti una serie di nuovi domini di primo livello non nazionali (generici) P.es. biz, info, name, museum Vedi: 67 layer: DNS Ogni dominio deve essere in grado di risolvere i nomi dei calcolatori di sua competenza Si usano i domain name server, che gestiscono la corrispondenza tra nomi simbolici e indirizzi IP numerici Quando un applicazione deve collegarsi ad una risorsa di cui conosce il nome logico (ad es. invia una richiesta al suo name server locale, ottenendone l' IP A volte non si riesce a collegarsi a internet solo perchè il DNS è irragiungibile (soluzione: selezionare un altro DNS) 68 INTERNET: STORIA IN BREVE 1962: inizio del progetto ARPANET: creare una rete sperimentale che collega siti universitari e governativi negli USA 1964: prima LAN (Lawrence Livermore Labs) 1973: Metcalfe pubblica paper su Ethernet 1974: Kahn & Cerf propongono idee di base 1978: separazione di TCP da IP 1990: 3000 reti e computer (detti host) 1992: viene collegato il milionesimo host Agli esordi il numero di host cresce in modo esponenziale mentre in questi anni si osserva un rallentamento, con incremento annuo del del 6% 2002: hanno accesso ad Internet 457 milioni di persone (di cui 174 milioni negli Stati Uniti) 69 Situazione attuale Vedi Popolazione mondiale 6,845,609,960 Utenti Internet Percentuale utenti 28.7 % Crescita % 70 APPLICATION LAYER: WORLD WIDE WEB Una `ragnatela di DOCUMENTI collocati su computer in tutto il mondo Il piu grande serbatoio di informazioni che sia mai esistito Si accede tramite: Un client chiamato BROWSER Servers sui siti che distribuiscono informazione Basato su: Il protocollo HTTP per la trasmissione di documenti La nozione di ipertesto 71 STORIA BREVE DEL WWW Fine anni 80: iniziativa di Tim Berners-Lee al CERN di Ginevra per la condivisione di documenti tra fisici delle alte energie : prime definizioni di URL, HTTP, ed HTML : primo browser facile da usare, NCSA MOSAIC 1995: Nascita di NETSCAPE, inizio della crescita esplosiva Oggi: almeno 8 miliardi di pagine Web 72

13 DALL IPERTESTO AL WEB TESTI: LETTURA SEQUENZIALE Un ipertesto (HYPERTEXT) e un testo diviso in parti testuali vere e proprie collegate da rimandi (LINKS) IPERTESTI ESEMPI DI IPERTESTI Quasi tutte le opere enciclopediche oggi hanno forma ipertestuale Esempio: Formato molto comune anche per articoli scientifici (bibliografia, note a pie di pagina) Per esempio, nella Biomedicina Ma anche nelle materie umanistiche Narrativa ipertestuale: Lettore puo scegliere che percorso seguire Primo esempio riconosciuto: Afternoon, a story di Michael Joyce La Electronic Literature Organization mantiene una Electronic Literature Directory DALL IPERTESTO AL WEB 1945 Vannevar Bush: l organizzazione lineare dei testi non corrisponde veramente a come pensiamo Il termine HYPERTEXT introdotto da Ted Nelson (1965) Nel 1980 Bill Atkinson sviluppo per la Apple il programma HYPERCARD che permetteva di creare ipertesti tramite il linguaggio HYPERTALK 1989 Tim Berners-Lee sviluppa come parte del progetto WWW il linguaggio HTML, che permette di esprimere links. Il WWW e un immenso hypertext distribuito ASPETTI TECNICI CHIAVE DEL WWW Meccanismo di indirizzamento universale: URL Protocollo HTTP per la trasmissione di documenti Linguaggio HTML per la formattazione dei documenti 77 78

14 HTML Il linguaggio storico della Web Un linguaggio di annotazione dei documenti che permette di collegare documenti in un ipertesto Due funzioni principali: Specificare come il documento dev essere visualizzato Specificare links (usando URL) Discusso nel laboratorio di Bucchiarone HTML Il linguaggio storico della Web Oggi giunto alla versione 5 (permette di rappresentare contenuti multimedialia anche in movimento, in alternativa a programmi esterni come Adobe Flash o Microsoft Silverlight) Standard Internazionale Pubblico (a differenza di PDF, Flash, Silverlight) INDIRIZZI SU RETE: URL URL (Uniform Resource Locator) e lo standard per gli indirizzi delle risorse su Web Specifica: Come accedere alla risorsa (PROTOCOLLO) Dove si trova la risorsa (indirizzo dell host) Nome della risorsa (path) Formato: protocollo://host/path URL PER HTTP Forma generale: scheme://host:port/path?parameter=value#anchor Esempi: HTTP Si basa sul protocollo HTTP (HyperText Transfer Protocol) che gestisce l interazione tra un client e un server web Client e server si scambiano dei messaggi Richieste da parte del client Risposte da parte del server Più precisamente: L utente richiede una pagina residente su un server e il suo browser richiede una connessione TCP con il server Il server accetta la connessione iniziata dal browser Il browser ed il server si scambiano messaggi La connessione viene chiusa 83 ESEMPIO DI COMUNICAZIONE HTTP BROWSER GET /wiki/pagina_principale HTTP/1.1 Connection: Keep-Alive User-Agent: Mozilla/5.0 (compatible; Konqueror/3.2; Linux) (KHTML, like Gecko) Accept: text/html, image/jpeg, image/png, text/*, image/*, */* Accept-Encoding: x-gzip, x-deflate, gzip, deflate, identity Accept-Charset: iso , utf-8;q=0.5, *;q=0.5 Accept-Language: en Host: it.wikipedia.org HTTP/ OK Date: Mon, 28 Jun :47:31 GMT Server: Apache/ (Unix) PHP/4.3.4 Content-Language: it Content-Type: text/html; charset=utf-8. <HTML> [...] 84 SERVER

15 LETTURE Lazzari, cap. 3 Wikipedia: Posta elettronica World Wide Web 85