Reti di calcolatori. Riferimenti: Curtin cap. 9 Console cap. 6 (vecchia ed.) o cap. 8 (nuova ed.)

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1 Reti di calcolatori Riferimenti: Curtin cap. 9 Console cap. 6 (vecchia ed.) o cap. 8 (nuova ed.)

2 Reti di calcolatori Inizialmente, con l avvento dei PC, il mondo dell elaborazione dati era diviso in due parti: i PC single user, macchine isolate workstation e mainframe server connessi su rete locale (che successivamente è stata collegata a Internet) Alcuni s.o. avevano un ridotto supporto per la comunicazione in rete (es., MS-DOS), oggi i s.o. supportano più programmi per sfruttare Internet

3 In altre parole, fino a circa a meta' degli anni 80

4 Adesso invece... E molto di piu'!

5 Reti di calcolatori Una rete di calcolatori è costituita da due o più elaboratori collegati mediante un mezzo che permette di farli colloquiare il mezzo è in genere un cavo (filo) o il vuoto (radiofrequenza) Occorre un dispositivo per la connessione (scheda di rete, modem, ) e un programma di gestione della rete (il driver della scheda)

6 Motivazioni Una rete permette di: condividere periferiche (stampanti, dischi,...) rendere più semplice e efficace la manutenzione (alcune risorse sono condivise, per cui gestite in un unico punto) aumentare la tolleranza ai guasti (se un dispositivo si rompe, sia esso un computer o una stampante, questo può essere sostituito da un altro) eseguire applicazioni distribuite (un programma può essere distribuito su più calcolatori, e quindi eseguito in modo parallelo) ma soprattutto

7 Motivazioni Permette alle persone di: di accedere a informazioni remote (World Wide Web) di comunicare con altre persone ( , messenger, newsgroup, blog) di partecipare a videogiochi con altre persone di scrivere un enciclopedia collaborativa come Wikipedia

8 Prima di parlare delle reti un breve cenno sulla Trasmissione dell' informazione

9 Trasmissione dell' informazione L'informazione viene trasmessa attraverso un trasporto di energia da una sorgente A ad un destinatario B Questa trasmissione puo' avvenire in forma analogica o digitale

10 Trasmissione dell' informazione: segnali analogici Come abbiamo gia' visto un segnale analogico puo' assumere valori continui in un intervallo. Es: Il telefono, radio e televisioni tradizionali

11 Trasmissione dell' informazione segnali digitali Un segnale digitale assume valori discreti (discontinui) come, ad esempio una sequenza di 0 e che puo' essere codificata ad esempio mediante due livelli di voltaggio

12 Trasmissione dell' informazione: larghezza di banda Larghezza di banda (in Fisica) : e' la differenza fra le frequenze piu' alte e piu' basse che un mezzo di comunicazione puo' tramettere Es: la linea telefonica trasmette da un minimo di 300 Hz ad un massimo di 3000 Hz, la larghezza di banda e' 2700 Hz

13 Trasmissione dell' informazione: larghezza di banda Il numero massimo di bit al secondo che un dato mezzo di comunicazione puo' trasmettere e' proporzionale alla larghezza di banda. Larghezza di banda (In Informatica): il numero massimo di bit /secondo ( bit/s o bips) che possono essere inviati da un mezzo di comunicazione

14 Trasmissione dell' informazione: larghezza di banda Velocita' di trasmissione : il numero di bit/s (bips) che possono essere effettivamente trasmessi Quindi velocita' di trasmissione e larghezza di banda, nel senso informatico, si misurano in bit/s, (bips)

15 Reti di Calcolatori una rete richiede: un mezzo fisico attraverso cui i dati si possano propagare dispositivi di I/O usati dai calcolatori per inviare/ricevere dati sulla rete protocolli per disciplinare le comunicazioni calcolatori dispositivi I/O mezzo fisico

16 Mezzi fisici e dispositivi per la trasmissione diversi mezzi fisici di trasmissione: doppino (linea telefonica) cavo coassiale fibra ottica onde elettromagnetiche nel vuoto (onde radio, raggi infrarossi) diversi dispositivi di I/O: modem scheda a raggi infrarossi scheda wireless

17 Componenti Nodo: un qualsiasi dispositivo hardware del sistema in grado di comunicare con gli altri nodi che fanno parte della rete Concentratore (hub): dispositivo di connessione che semplifica il collegamento fisico tra i nodi e instrada i segnali Dorsale: cavo ad alta capacità che consente la trasmissione dei dati tra i vari dispositivi

18 Esempio di architettura

19 Componenti Server: elaboratore che può essere condiviso dagli altri computer collegati in rete (in genere il più potente): file server (server gestore dei dati): gestisce la memorizzazione e la condivisione di dati su file, in genere su unità a disco server di stampa (printer server): gestisce le stampanti disponibili in una rete locale server di comunicazione: gestisce l accesso ad altre reti locali o a Internet database server: gestisce, tramite un DBMS, uno o più DB condivisi

20 Esempio di collocazione di server

21 Architettura client-server Con l architettura clientserver, più calcolatori, attraverso una rete, possono richiedere servizi a una macchina (generalmente più potente) remota

22 Tipi di rete Due modi per classificare le reti: Estensione in base all area coperta dalla rete Topologia in base a quali collegamenti esistono tra i calcolatori

23 Tipi di rete in base alla loro estensione Rete Locale (LAN, Local Area Network): collega due o più computer in un area limitata, tipicamente quella di un palazzo. Collega i computer di un laboratorio, un gruppo di lavoro, un ufficio, un istituto universitario. Rete Metropolitana (MAN, Metropolitan Area Network): simile a una rete locale, collega i computer di una singola organizzazione in un area delle dimensioni di una città (es. Banca con filiali cittadine)

24 Tipi di rete in base alla loro estensione Rete Geografica (WAN, Wide Area Network): collega computer distribuiti su aree molto vaste. Ad es., la rete GARR collega tutte le università italiane Internet: è la rete delle reti. Collega fra loro reti locali, metropolitane, geografiche e singoli computer di tutto il mondo

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26 Tipi di rete in base alla loro topologia A A bus (lineare): tutti i nodi sono collegati tramite una stessa linea Il segnale emesso da un nodo percorre tutta la linea, raggiungendo così la destinazione

27 Tipi di rete in base alla loro topologia Ad anello: i nodi sono collegati in una struttura circolare Un nodo è collegato solo ad altri due nodi Il segnale emesso da un nodo passa al successivo; se non è indirizzato a quel nodo, viene ritrasmesso al nodo seguente, finché non raggiunge il destinatario

28 Tipi di rete in base alla loro topologia A A stella: i nodi sono collegati a un nodo centrale La comunicazione tra due nodi avviene attraverso il nodo centrale L informazione trasmessa da un nodo viene smistata dal nodo centrale verso il nodo di destinazione

29 Tipi di rete in base alla loro topologia Punto-punto (o paritetiche): i nodi sono collegati a coppie, e operano allo stesso livello La comunicazione è diretta tra due nodi È utilizzabile per pochi nodi

30 Topologia La topologia non determina la disposizione dei componenti, ma il modo in cui questi sono collegati Es.: stessa disposizione, diverse topologie lineare ad anello a stella paritetica

31 Topologie miste Combinazione di più topologie semplici HUB

32 A quale topologia di rete corrisponde la figura? A: Stella B: lineare C:Paritetica D:Anello

33 A quale topologia di rete corrisponde la figura? A: Stella B: lineare C:Paritetica D:Anello Risposta : A

34 Interfaccia di rete Per collegare un elaboratore a una rete locale si usa una scheda di interfaccia di rete, che ha i compiti di: creare la connessione fisica convertire i dati da trasmettere nel formato opportuno amplificare la potenza del segnale a livello elettrico

35 Collegamento fisico delle reti locali Cavi a doppino intrecciato: simili al cavo dei telefoni, sono economici, veloci e affidabili Cavi coassiali: simili a quelli per le antenne televisive, più affidabili, con trasmissione molto veloce Cavi in fibra ottica: costituiti da fibre in plastica o vetro molto sottili, trasmissione veloce e affidabile, più difficili da installare Trasmissione in radiofrequenza

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39 Ethernet Tecnologia più diffusa per LAN Deriva da ether (ètere), cioè il cavo in cui passano i segnali Usabile con varie topologie (a bus, a stella, ) Problema: se più segnali transitano sullo stesso cavo, creano interferenze Ethernet risolve il problema con la modalità di accesso Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD)

40 Ethernet Funzionamento di CSMA/CD: 1. quando un computer vuole comunicare, controlla che nessun altro computer stia comunicando e poi invia il segnale sul cavo di collegamento; altrimenti, aspetta; 2. se si verifica un conflitto (due computer hanno tentato di comunicare contemporaneamente), entrambi i computer si fermano e aspettano per un tempo casuale, poi riprovano Carrier Sense: rileva la portante, cioè se un altro computer sta trasmettendo (passo 1.) Multiple Access: più computer possono accedere al mezzo trasmissivo Collision Detection: rileva le collisioni (passo 2.)

41 Token ring Si usa per LAN ad anello Un token (un gruppo di byte) [in italiano gettone], viene passato continuamente da un computer all altro, in sequenza sull anello Un computer può trasmettere sulla rete solo quando è in possesso del token Se un computer riceve un messaggio non destinato a lui, lo rimette in circolo sull anello

42 Token ring

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44 Collegamento fisico delle Reti Geografiche Cavi telefonici (sia fibra ottica che rame): sfruttano la rete telefonica per trasmettere i segnali Onde radio: si usano microonde ad alta frequenza su brevi distanze (simili ai segnali televisivi), come in un campus Satelliti Satelliti: usati per trasmissioni a lungo raggio, illuminano anche grandi zone

45 Collegamento fisico delle Reti Geografiche

46 Trasmissione Digitale e Analogica digitale analogico su linea telefonica digitale

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48 Il modem Velocità di trasmissione tipiche modem analogici: , , , bit/s (cioè non più di 7 KByte/s) modem ADSL: 256 Kbit/s 50 Mbit/s Il modem più lento detta la velocità di comunicazione Utilizzato principalmente per le comunicazioni di tipo privato (utente che si collega da casa a un Internet provider)

49 Trasmissione Digitale e Analogica Reti locali: comunicazione su linee dedicate, installate per la rete, e adatte alla trasmissione digitale delle informazioni Su distanze maggiori: si impiegano le reti di comunicazione esistenti, ad es. la rete telefonica, che possono trasmettere informazioni in forma analogica (ad es., la voce) Occorrono dispositivi per trasmettere le informazioni utilizzando la rete telefonica modem Anche trasmissioni digitali (per es. ADSL) usano modem per convertire le informazioni in segnali di voltaggio da spedire sulla linea telefonica

50 Trasmissione Digitale e Analogica Reti locali: comunicazione su linee dedicate, installate per la rete, e adatte alla trasmissione digitale delle informazioni In principio, su questi cavi si ha una variazione del livello di tensione fra due valori, ognuno dei quali corrisponde alla trasmissione di bit di valore 0 oppure 1

51 Trasmissione in rete: seriale o parallela Volendo trasmettere un byte: se il canale di comunicazione è composto da un solo filo, dobbiamo trasmetterlo serialmente, un bit dopo l altro se il canale di comunicazione è composto da 8 fili, possiamo trasmettere il byte in un colpo solo. Gli 8 bit sono trasmessi in parallelo

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53 Trasmissione in rete: seriale o parallela La trasmissione parallela è più veloce, ma più costosa; usata di solito solo per collegamenti punto a punto e molto corti (es. computer - stampante) La trasmissione seriale è quella normalmente usata nelle reti, locali e non locali In una LAN Ethernet, la trasmissione avviene di solito a 100 Mbit/s (cioè poco più di 10 MByte/s)

54 Protocolli di comunicazione è necessario disciplinare le comunicazioni sulla rete per evitare il caos in una telefonata seguiamo un semplice protocollo: il chiamante conosce il numero del destinatario il destinatario identifica il chiamante gli interlocutori parlano la stessa lingua parla un solo interlocutore per volta

55 Protocolli di comunicazione in una comunicazione tra due calcolatori: il calcolatore chiamante conosce l indirizzo del calcolatore destinatario il destinatario identifica l indirizzo del chiamante i calcolatori parlano la stessa lingua (generalmente) trasmette un solo calcolatore per volta

56 Protocolli di comunicazione Protocollo di comunicazione: insieme di regole che definisce in modo preciso tutti gli aspetti della comunicazione Ad esempio, l elaboratore A richiede all elaboratore B la stampa di un file (sulla stampante connessa a B) A invia a B un messaggio contenente (almeno): l indirizzo del mittente l indirizzo del destinatario il tipo di servizio richiesto (la stampa) ed eventuali dati (quelli da stampare)

57 Protocolli di comunicazione Il protocollo deve definire: come è strutturato un messaggio come associare un indirizzo all elaboratore quale percorso far seguire ai messaggi per arrivare a destinazione, come rilevare e gestire gli errori di comunicazione

58 Protocolli di comunicazione: TCP/IP TCP/IP TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) è il protocollo di comunicazione usato in Internet e anche nella maggior parte delle altre reti Praticamente tutti i servizi offerti da Internet, compreso il World Wide Web, sono basati su TCP/IP

59 Controlli di corretta ricezione Esistono tecniche sofisticate di controllo della correttezza di trasmissione, che hanno una percentuale di fallimento quasi nulla Alcune tecniche permettono di correggere l errore, e di evitare la ritrasmissione dei dati Le tecniche più sofisticate richiedono però più bit per il controllo

60 Linee dedicate e linee commutate Si ha una linea dedicata quando due sistemi di elaborazione sono collegati da una linea di comunicazione di cui possiedono il controllo assoluto Le linee utilizzate condivise tra vari elaboratori sono dette linee commutate

61 Linee commutate: il telefono Ogni telefono è collegato a una centrale, la quale è a sua volta collegata ad altre centrali Quando si telefona, la chiamata instaura un circuito passando attraverso le varie centrali fino a giungere a destinazione Cosa avviene: le centrali costruiscono un percorso tra chiamante e chiamato che dura per tutto e solo il tempo della chiamata Svantaggi: circuito occupato, anche per scambiare poche informazioni (es. telefono)

62 Commutazione di pacchetto Soluzione: commutazione di pacchetto Come il sistema postale! Messaggi suddivisi in pacchetti di dimensione fissa Ogni pacchetto contiene l indirizzo del mittente e del destinatario, ed è trasmesso separatamente Ogni pacchetto può seguire un percorso diverso Il destinatario riassembla i pacchetti per formare il messaggio

63 Commutazione di pacchetto Quindi: L ordine dei pacchetti può non essere mantenuto durante la trasmissione Il destinatario attende tutti i pacchetti per ricomporre i messaggi Ogni pacchetto occupa il mezzo trasmissivo (e le schede di rete) per un breve tempo Si ha un effetto di parallelismo, per cui un elaboratore può essere coinvolto in più comunicazioni contemporaneamente

64 Instradamento (Routing) Come far arrivare i pacchetti a destinazione? Ogni nodo ritrasmette i pacchetti ricevuti al vicino immediato più vicino alla destinazione I nodi possiedono una tabella che indica, per ogni destinazione, a quale vicino trasmettere il pacchetto Inoltre, la scelta del nodo di inoltro dipende anche da situazioni temporanee di carico della rete, guasti, alternative di inoltro, ecc.

65 Instradamento (Routing) Commutazione di pacchetto B A

66 Commutazione di Pacchetto maggiore affidabilità se un router è guasto scelgo un altra strada Internet è nata in ambiente militare USA maggiore efficienza A e B non occupano una linea completa per tutta la durata della loro conversazione ecco perché Skype è così economico Internet si è sviluppata in ambiente Universitario

67 Instradamento (Routing) Cosa succede quando ci colleghiamo da casa? Dall elaboratore di casa (tramite telefono) al provider è in atto un collegamento a commutazione di circuito; la linea risulta occupata Dal provider a un altro punto sulla rete Internet è in corso una commutazione di pacchetto

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