Conoscenze fondamentali sulle reti

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1 Piano Nazionale di Formazione degli Insegnanti sulle Tecnologie dell'informazione e della Comunicazione 23/09/2003 Conoscenze fondamentali sulle reti

2 Obiettivi Identificare e descrivere: Vantaggi e svantaggi degli ambienti di rete e non di rete. Gli aspetti relativi alla sicurezza, privacy, ridondanza, eccetera, connessi agli ambienti di rete. Aspetti relativi alle convenzioni per i nomi (userid, , password, eccetera). Protocolli e standard di rete

3 Argomenti Introduzione Ambienti di rete Modelli correnti e standard Topologie LAN Protocolli e standard di LAN Approfondimenti Introduzione alle reti di calcolatori L'architettura di rete tcp/ip Mezzi trasmissivi e cablaggio Protocolli di trasporto in internet

4 Che cosa è una rete? Una rete informatica può essere definita come un insieme di PC e di altri dispositivi collegati tra loro mediante mezzi trasmissivi che consente lo scambio di informazioni tra gli utenti e la condivisione di risorse.

5 Quali sono le finalità di una rete? Condivisione dell informazione Condivisione delle risorse Comunicazione tra utenti Accesso a risorse remote Alta affidabilità Convenienza economica Crescita graduale

6 Classificazione Tra i parametri con cui classificare le reti, due sono particolarmente importanti: la tecnologia di comunicazione (tecnologia trasmissiva) l estensione della rete (scala dimensionale)

7 Classificazione - comunicazione trasmissiva Reti di tipo multipunto (broadcast) Pacchetto Reti punto-a-punto. Elaboratore Connessione

8 Le reti multipunto (broadcast) Sono caratterizzate da canali di trasmissione condivisi da tutti i calcolatori della rete. Ad ogni calcolatore deve essere associato un identificatore univoco (detto indirizzo di rete), associato al dispositivo fisico utilizzato per connettersi alla rete e ogni messaggio inviato da un qualunque calcolatore contiene l indirizzo del pc destinatario. Il messaggio inviato sulla rete raggiunge tutti i calcolatori della rete ma solo quello il cui indirizzo corrisponde a quello presente nel messaggio lo tratterrà per elaborarlo

9 Esempio di rete broadcast Un unico canale condiviso da tutti gli elaboratori

10 Le reti punto-a-punto Sono costituite da più connessioni individuali tra coppie di calcolatori. Nel caso più semplice la comunicazione avviene tra due dispositivi connessi tra loro attraverso un canale di trasmissione diretto. Nei casi più complessi la comunicazione avviene passando attraverso calcolatori intermedi che instradano il messaggio in modo che possa raggiungere il destinatario.

11 Esempio di rete punto-a-punto Pacchetto Elaboratore Connessione

12 Classificazione - scala dimensionale Le reti possono essere distinte in base alla loro estensione in: reti locali (Local Area Network, LAN), di limitata estensione (un edificio o edifici adiacenti). reti metropolitane (Metropolitan Area Network, MAN), di dimensioni tali da collegare dispositivi appartenenti ad una stessa area urbana. reti geografiche (Widw Area Network, WAN), di ampie dimensioni (un ampia area geografica) reti di reti (Internetwork), collegano reti differenti situate su tutto il pianeta (internet)

13 Differenza in termini di distanza coperta Area coperta Distanza Tipo di rete Stanza Edificio Campus Città Area metropolitana Stato o Nazione Continente Pianeta 10 metri 100 metri 1 kilometro 10 kilometri 100 kilometri kilometri kilometri kilometri LAN LAN LAN MAN MAN WAN WAN WAN

14 Esempio di reti eterogenee interconnesse

15 Le reti locali Le reti LAN (Local Area Network), in genere: Sono possedute da una organizzazione (reti private) Hanno un'estensione che arriva fino a qualche km Si distendono nell'ambito di un singolo edificio o di edifici vicini (non si possono, di norma, posare cavi sul suolo pubblico) Sono usatissime per connettere PC o workstation

16 Le Lan - Caratteristiche Dimensione limitata Elevata velocità di trasmissione dei dati ( da 10 a 100 Mbps) con basso ritardo di propagazione del segnale da un capo all'altro del canale (qualche decina di microsecondi) e basso tasso di errore Modularità e facilità di connessione Espandibilità e flessibilità nella modifica delle dimensioni della rete Economicità

17 Reti MAN Le reti MAN (Metropolitan Area Network) hanno un estensione tipicamente urbana (quindi anche molto superiore a quella di una LAN) Sono generalmente di proprietà di un azienda, ma destinate al servizio pubblico (ad es. l azienda Telecom Italia mette la rete telefonica a disposizione di chiunque desideri, subordinato al pagamento di una tariffa).

18 Le MAN - Caratteristiche Le principali caratteristiche di queste reti sono: Alte velocità di trasmissione; Costi molto elevati di realizzazione e di manutenzione.

19 Reti WAN Le reti WAN (Wide Area Network) sono reti geografiche che si estendono al livello di una nazione, di un continente o di un intero pianeta. Sono generalmente formate da un insieme di più MAN, e il loro accesso è spesso fornito da un ISP (Internet Service Provider) i cui servizi, generalmente, sono gratuiti.

20 Le WAN - Caratteristiche Le principali caratteristiche di queste reti sono: Realizzate su supporto pubblico; Bassi costi; Velocità medio-bassa (da 9.6 Kbps a qualche Mbps) e quindi ritardi elevati; Distanza coperta molto elevata; Richiedono elaboratori dedicati alla comunicazione (router); Utilizzo di linee telefoniche standard come mezzo di comunicazione principale.

21 Le topologie di rete

22 Il concetto di topologia La TOPOLOGIA è la struttura utilizzata per poter collegare tra loro i calcolatori di una rete. È fondamentale, al momento della progettazione della rete, scegliere la modalità giusta per evitare problemi futuri.

23 Le topologie di rete - LAN Ogni rete LAN è caratterizzata dalla sua topologia, cioè dalla struttura dell insieme delle connessioni e dal loro numero. Esistono tre topologie principali: a bus a stella ad anello

24 Le topologie di rete - LAN Bus Stella Anello

25 Le topologie di rete - LAN Esistono varie topologie che, nel corso degli anni, hanno riscosso fortune alterne. la topologia ad ANELLO, a causa dei costi, è rimasta relegata ad ambienti prevalentemente aziendali; nelle scuole si è assistito ad una iniziale proliferazione delle reti a BUS, caratterizzate da investimenti minimi e bassi costi di gestione; negli ultimi 5-6 anni si sono progressivamente affermate le reti con topologia a STELLA, decisamente più performanti e meno critiche da gestire.

26 La topologia a BUS

27 La topologia a BUS La più semplice ed economica da implementare, è costituita da un cavo dorsale di tipo coassiale a cui vengono collegati i computer. Alle estremità del cavo vengono posti particolari tappi detti terminatori.

28 La topologia a BUS Ogni computer (o nodo) della rete partecipa in modo passivo, restando in ascolto e in attesa di messaggi a lui destinati. Ogni nodo può inviare dati, questi vengono ricevuti da tutti i nodi ma solo il destinatario può intercettarli e leggerli. Il nodo A trasmette al nodo B; C riceve ma non decifra A B C OK!???

29 La topologia a BUS La trasmissione di un pacchetto di dati può essere effettuata da un solo nodo alla volta; in caso di conflitto (due nodi che trasmettono contemporaneamente), la rete utilizza una sorta di mediazione. Lo standard Ethernet, per esempio, gestisce le collisioni annullando entrambe le trasmissioni per ritentarle dopo un tempo variabile.

30 La topologia a BUS Malgrado la semplicità e il basso costo, questa topologia presenta alcuni inconvenienti: non è affidabile, in quanto un interruzione del cavo determina il blocco dell intera rete; difetta in scalabilità, in quanto malgrado sia semplice aggiungere nodi, questi non possono superare un certo limite; non è veloce (max 10Mbps), è la velocità diminuisce drasticamente con l aumentare dei nodi e del traffico.

31 La topologia a BUS VANTAGGI: economica semplice da realizzare facilmente ampliabile SVANTAGGI: poco affidabile numero max di nodi limitato decadimento prestazioni in caso di traffico

32 La topologia ad ANELLO

33 La topologia ad ANELLO È costituita da cavi speciali che collegano tra loro i vari computer formando un cerchio chiuso I dati trasmessi scorrono in un solo senso, la trasmissione si intende terminata quando le informazioni, dopo un intero ciclo, ritornano al mittente.

34 La topologia ad ANELLO C Ogni nodo della rete partecipa in modo attivo, ricevendo ed inoltrando i pacchetti di dati (a volte anche amplificandone il segnale) ad una velocità max di 16Mbps In caso di interruzione del cavo o guasto ad un nodo, si rischia il blocco dell intera rete B A Il nodo B, ricevuto un pacchetto dal nodo A, lo inoltra al nodo C, che a sua volta

35 La topologia ad ANELLO Si utilizza un sistema a gettoni (token) per evitare conflitti di trasmissione. Il token (un ridotto numero di bit) circola nell anello da nodo a nodo ininterrottamente, solo chi in quel momento detiene il token può trasmettere dati. Il nodo trasmittente modifica il token per indicare che è in uso e lo trasmette insieme al pacchetto di dati I nodi si passano il token e i dati trasmessi fino al destinatario, che a sua volta modifica il token per indicare l avvenuta ricezione

36 La topologia ad ANELLO VANTAGGI: stesse possibilità per i nodi di trasmettere le prestazioni non decadono aumentando i nodi SVANTAGGI: scarsamente diffusa, poco economica In taluni casi difetta in affidabilità

37 La topologia ad STELLA

38 La topologia a STELLA Ogni nodo è collegato con un proprio cavo ad un apparato centrale chiamato HUB o concentratore I dati trasmessi (fino a 1000Mbps) giungono all hub, che replica il pacchetto inviandolo a tutti i nodi collegati È facile monitorare il funzionamento della rete, grazie alle spie luminose dell hub Hub

39 La topologia a STELLA I dati inviati da un nodo, malgrado vengano ricevuti da tutti i nodi, sono intercettabili solo dal destinatario Hub In caso di conflitto di trasmissione, la topologia a stella cerca una mediazione tra i contendenti (nello standard Ethernet)

40 La topologia a STELLA Dato che ogni nodo è connesso all hub con un proprio cavo, l interruzione di questo non interferisce con gli altri collegamenti Viceversa, l elemento cruciale in una rete a stella è l hub; un guasto a questo componente (comunque abbastanza affidabile) comporta il blocco di tutti i collegamenti Quando i nodi aumentano ed un hub non è più sufficiente, è possibile aggiungere altri hub in cascata: si forma così una topologia mista (stella-bus o stella-anello).

41 La topologia a STELLA conclusioni VANTAGGI: molto diffusa, componenti economici nessuna interruzione in caso di guasti ad un cavo/nodo facilmente scalabile SVANTAGGI: consistente utilizzo di cavi blocco completo in caso di guasto dell hub

42 Le topologie MISTE

43 Le topologie MISTE Spesso, nel creare una rete di una certa dimensione, si può ricorrere ad un misto di topologie Quasi sempre la struttura a stella è il cardine di una topologia mista, grazie alla possibilità di essere facilmente ampliata e modificata. collegamento a stella collegamento a bus collegamento a stella

44 Le topologie MISTE collegamento a stella collegamento a stella collegamento ad ANELLO collegamento a stella

45 Le topologie MISTE In una rete a stella mista, assume fondamentale importanza la qualità dei cavi che collegano tra di loro i vari hub (detti dorsali o backbone) In una rete di grandi dimensioni, l utilizzo di switch al posto degli hub consente di razionalizzare la circolazione delle informazioni, a fronte di un aumento non indifferente dei costi. Lo switch dirige infatti le informazioni trasmesse solamente verso il nodo destinatario