A. A Introduzione alle Reti di Calcolatori e Architettura del World Wide Web

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1 Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Gestionale Corso di Sistemi Informativi: II Modulo A. A Introduzione alle Reti di Calcolatori e Architettura del World Wide Web

2 Indice Reti di calcolatori Il modello ISO/OSI Protocollo TCP/IP Architettura del World Wide Web Elementi di base del World Wide Web: URI, URL, URN, IRI, Protocollo HTTP, Unicode Il World Wide Web Consortium (W3C)

3 Reti di calcolatori Le reti di calcolatori collegano elaboratori, detti nodi della rete (hosts), situati ad una certa distanza fra di loro, fornendo a ciascuno di essi vari servizi di rete, ossia funzionalità disponibili a tutti i calcolatori della rete stessa Ogni rete è basata su di una certa topologia. Essa descrive le modalità con le quali si scelgono i calcolatori da connettere direttamente tra loro Infatti, in una rete avrò: Calcolatori connessi direttamente Calcolatori che, per poter comunicare, devono far passare i messaggi attraverso altri elaboratori

4 Reti geografiche e locali LAN (Local Area Network): rete locale Distanza compresa tra un metro e un chilometro (edificio, campus) Velocità elevatissima MAN (Metropolitan Area Network): rete metropolitana Distanza fino alla decina di chilometri (area cittadina) Velocità elevata WAN (Wide Area Network): rete geografica Collega sistemi a qualsiasi distanza Internet è la più diffusa WAN I tre tipi sono organizzati gerarchicamente: le LAN sono collegate da MAN, collegate dalle WAN

5 Topologia (1) Stella Anello Nodo centrale(apparato di rete specializzato negli scambi) che inoltra i messaggi + Semplice + Più nodi possono comunicare contemporaneamente - Collo di bottiglia (nodo centrale ) - Vulnerabile ai guasti del nodo centrale e della rete (unico collegamento) Nessun nodo centrale: treni di messaggi + Nessun collo di bottiglia + Più nodi possono comunicare contemporaneamente + Meno vulnerabile ai guasti della rete e di altri nodi (inversione direzione, a meno di doppio guasto) - Più complesso - Più nodi da attraversare

6 Topologia (2) Bus Irregolare Nessun nodo centrale + Semplice + Nessun nodo da attraversare - Vulnerabile ai guasti della rete - Solo due nodi alla volta possono comunicare Nessuna topologia precisa + Resistente ai guasti (se routing dinamico) + Più nodi possono comunicare contemporaneamente - Complesso - Più nodi da attraversare

7 Topologia (3) Le topologie a stella, anello e bus sono usate soprattutto nell ambito delle reti locali (LAN Local Area Network) La topologia irregolare è molto diffusa tra le reti geografiche (WAN Wide Area Network)

8 I messaggi Le informazioni scambiate tra i nodi sono strutturate in messaggi Ogni messaggio contiene i dati da comunicare ed un certo insieme di informazioni di controllo Spesso la quantità di dati (byte) che è possibile inserire in un messaggio è fissa. Se un nodo deve inviarne un numero maggiore, è necessario utilizzare più messaggi

9 Struttura dei messaggi La struttura dei messaggi dipende dallo standard utilizzato ma è possibile dare una descrizione generale: Fine messaggio Caratteri di controllo Dati da inviare Destinatario Mittente Inizio messaggio Sequenza di controllo Parte utile del messaggio Introduzione

10 Routing dei messaggi Se due nodi non sono connessi direttamente, il messaggio dovrà attraversare nodi intermedi I nodi intermedi dovranno ricevere il messaggio e rispedirlo verso un nodo a loro connesso e più vicino alla destinazione (routing o instradamento) Il caso più complesso è quello di una rete con topologia irregolare A X Y Se A vuole comunicare con B, deve passare attraverso X, oppure attraverso X e Y Il nodo X deve decidere quale strada B usare (routing statico o dinamico)

11 Protocolli di rete Un protocollo definisce il formato e l'ordine dei messaggi scambiati tra due o più entità in comunicazione, così come le azioni intraprese in fase di trasmissione e/o di ricezione di un messaggio o di un altro evento Un protocollo stabilisce le regole di comunicazione che debbono essere seguite da due interlocutori A: Chiamata per B B: Pronto, chi parla? A: Sono A, sei pronto a ricevere dati? B: Sì A: Ecco i dati bla bla bla fine dei dati B: Dati ricevuti con successo A: Ciao B: Ciao Il protocollo stabilisce cosa fare in tutte le situazioni che possono verificarsi (errori, ecc.) Deve essere conosciuto dai due interlocutori (quindi, deve essere uno standard)

12 Lo stack ISO-OSI (1) Lo standard ISO-OSI (Open System Interconnect) include un insieme di protocolli che definiscono, a vari livelli di dettaglio, le regole di comunicazione E spesso chiamato stack (pila) ISO-OSI 7. Livello applicazione Servizi telematici(trasferimento file, , ) 6. Livello presentazione Conversione formati (01/12/02 12/01/02) 5. Livello sessione Apertura e chiusura dialogo (Chiamata per B...Ciao) 4. Livello trasporto Segmentazione dati in più messaggi 3. Livello rete Routing (instradamento) 2. Livello collegamento dati Controllo correttezza messaggi (rispedisci se errori) 1. Livello fisico Specifiche Hw/Sw dipositivi fisici usati per connettere i nodi (Ethernet, cavo coassiale, )

13 Lo stack ISO-OSI (2) Ogni livello definisce dei protocolli che gestiscono, a quel livello di dettaglio, la comunicazione Ciascun livello rappresenta una macchina astratta Ogni livello (macchina astratta) dello stack assume di parlare con il medesimo livello (macchina astratta) dell altro nodo ed è completamente ignaro di ciò che succede sotto di lui I messaggi di ogni livello sono incapsulati nei messaggi di livello sottostante senza alcuna manipolazione E un modello di riferimento, i protocolli reali spesso implementano solo parzialmente lo stack

14 Lo stack ISO-OSI (3) L7 Invia file pippo.txt Ricevi file L7 L6 Converti file Converti file L6 L5 Apri dialogo Chiudi dialogo L5 L4 Segmenta file Ricomponi file L4 L3 Invia msg 1, msg 2, Ricevi msg 1, msg 2, L3 L2 Aggiungi dati controllo Verifica messaggi L2 L1 Connessione fisica Connessione fisica L1

15 Lo stack ISO-OSI (4) Il flusso dei dati, in realtà, scende lungo lo stack del nodo mittente e risale lungo lo stack del nodo destinatario Durante la trasmissione: Ogni livello aggiunge informazioni o modifica quelle provenienti dal livello superiore e le passa al livello inferiore Durante la ricezione: Ogni livello estrae le informazioni di suo interesse e passa quelle rimanenti al livello superiore

16 Lo stack ISO-OSI (5) Per es. invio file pippo.txt Mittente L7 L6 L5 L4 L3 L2 L1 Rete fisica L7 L6 L5 L4 L3 L2 L1 Destinatario

17 Internet Breve storia Un insieme di tecnologie, standard ed applicazioni in grado di connettere tra loro reti disomogenee (basate cioè su standard diversi), creando una sorta di rete di reti, ovvero una inter-rete, ovvero una Inter-Net Nasce alla fine degli anni 60 negli USA per scopi militari (ARPANET) Negli anni 70 nasce il protocollo fondamentale di Internet: TCP/IP Negli anni 80 è diffusa soprattutto in ambito accademico All inizio degli anni 90 nasce il World Wide Web In poche parole Internet è una rete mondiale di reti di computer ad accesso pubblico, attualmente rappresentante il principale mezzo di comunicazione di massa, che offre all'utente una vasta serie di contenuti potenzialmente informativi e servizi

18 Il protocollo di connessione TCP/IP TCP/IP: insieme di protocolli usati per connettere calcolatori e reti Il termine è una combinazione di due dei protocolli più importanti: TCP (Transmission Control Protocol): corrisponde, più o meno, al livello trasporto ISO-OSI IP (Internet Protocol): corrisponde, più o meno, con il livello rete ISO-OSI

19 TCP/IP e stack ISO OSI Application TCP/UDP IP Network Interface Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Media Internet Modello ISO OSI

20 Livelli di rete e trasporto Rete: IP individua il nodo di destinazione ed effettua il routing dinamico di ogni pacchetto da un nodo sorgente a un nodo destinazione, collegando anche reti diverse tra loro, senza garantire la corretta consegna(è connectionless) Trasporto: al di sopra di IP crea una connessione end to end (canale virtuale nonostante la divisione in pacchetti) tra applicazione sorgente e destinazione TCP controlla la corretta trasmissione dei dati sotto forma di pacchetti, occupandosi dell eventuale ritrasmissione di pacchetti persi UDP(USER DATA PROTOCOL): non garantisce la corretta trasmissione dei pacchetti perché non usa i pesanti meccanismi di controllo del TCP: meno affidabile, più efficiente

21 Livello Application Protocolli Applicativi, poggiano sul trasporto e permettono il funzionamento delle diverse applicazioni su Internet. Esempi: HTTP su TCP, permette il funzionamento del web SMTP su TCP, permette l invio di posta elettronica POP3 su TCP, permette la ricezione di posta elettronica RTP su UDP, permette la trasmissione della TV su Internet

22 Nomi e Domini: il DNS A ogni computer su Internet (indirizzo IP) può essere assegnato anche un nome simbolico: nome di dominio Indirizzo utente: nome simbolico dell utente, nome del dominio dell utente (es. Dominio: Rappresenta il nodo su cui l utente stesso risiede La maggior parte dei domini ha tre livelli: etichette rilasciate da organismi Gerarchia di livelli nel dominio Primo livello:.it,.com,.org,.eu,.(creati da ICANN e delegati ai singoli enti nazionali, che lo danno a vari mantainer) Secondo livello: poliba., unimi., polimi., uniba., (creati da enti nazionali del primo livello) Terzo livello: java., mail.,.(gestiti dall azienda che ha comprato il dominio) Esempio: in il Poliba ha acquistato il dominio dal NIC(Network Information Center) di Pisa (gestisce il.it) e gestisce il computer www nella propria rete I domini devono essere trasformati in indirizzi numerici: DNS (Domain Name Server) come protocollo applicativo poggiato su UDP e progettato secondo il paradigma client server: secondo richiesta al DNS più vicino

23 Il World Wide Web (WWW) 1989: Tim Berners-Lee al CERN inventa il WWW Idea: ipertesti (Collezione di documenti connessi da collegamenti ipertestuali hyperlink) attraverso Internet Il World Wide Web (WWW) è una applicazione che usa la rete Internet. Si basa su tre tecnologie fondamentali: URL (Uniform Resource Locator): meccanismo universale di identificazione e indirizzamento delle risorse nel WWW HTTP (HyperText Transfer Protocol): protocollo client-server di alto livello per trasferire documenti e altri file HTML (HyperText Markup Language): linguaggio di markup derivato da SGML per descrivere i documenti

24 Architettura del WWW

25 Architettura del WWW Il WWW segue l approccio client-server : Il browser(firefox, Internet Explorer, Opera,..) : lato client; richiede le pagine al Web server e le visualizza Il Web server: lato server; invia le pagine richieste Pagine statiche, memorizzate sul file system Pagine dinamiche, assemblate dinamicamente a partire da contenuti memorizzati ad esempio nei database (il DBMS -lato server- contiene i dati usati per assemblare le pagine dinamiche) Una tipica interazione: Il client (browser) si collega al Web server tramite HTTP L utente, richiede l accesso alle pagine Web, individuate tramite i loro indirizzi (URL) Il browser interpreta l URL e invia una richiesta HTTP al server che detiene il documento Il server Web estrae (o costruisce dinamicamente) la pagina e la invia con HTTP al browser Il browser interpreta la pagina (ovvero l HTML di cui è composta) e ne visualizza il contenuto in base alle regole contenute nel file HTML

26 URL URL = Uniform Resource Locator Schema: http Host o Server: Percorso: Didattica/index.html Fragment: #Contatti

27 URI URI = Uniform Resource Identifier Generalizzazione dell'url: sono ammessi diversi schemi http, ftp, maito, imap, https,... (il registro ufficiale è manutenuto dall'internet Assigned Number Authority IANA) Un URI è fondamentalmente rappresentato come schema:parte-specifica-dello-schema Esempi Sono URI ma non sono URL : isbn: doi: / È sia un URI che un URL:

28 URN, IRI URN = Uniform Resource Name È un particolare tipo di URI che non fa riferimento a nessuna locazione fisica. Esempio: urn:isbn: x IRI = Internationalized Resource Identifiers Permettono l'uso di caratteri che non appartengono alla codifica ASCII

29 HTTP HTTP (HyperText Transfer Protocol) è un protocollo di livello applicativo per sistemi informativi ipermediali collaborativi e distribuiti (RFC 2616) Nato per lo scambio di documenti ipertestuali, ma utilizzato attualmente in un vasto insieme di applicazioni Caratteristiche basilari di HTTP: Generico Stateless

30 Versioni di HTTP HTTP è esistito in tre versioni: 0.9: semplicissimo protocollo client-server di sola richiesta di risorse HTML, senza flessibilità né nella direzione, né nel formato delle risorse. Uso esclusivo del metodo di richiesta GET 1.0 (RFC 1945): Prima versione standard: protocollo generico e privo di stato. Vengono introdotti ulteriori metodi di richiesta delle risorse 1.1 (RFC 2068, 2069, 2616, 2617): la versione attuale di HTTP, introduce nuovi meccanismi di caching, permette multi-homing (più siti sullo stesso host) e connessioni persistenti

31 Principio di funzionamento di HTTP Modello client-server Protocollo di tipo richiesta-risposta

32 Definizioni base Protocollo generico: HTTP è indipendente dal formato dati con cui vengono trasmesse le risorse. Può funzionare per documenti ipertestuali HTML, ma anche per file binari, eseguibili, oggetti distribuiti o altre strutture dati. Assenza di stato: Il server non è tenuto a mantenere informazioni che persistano tra una connessione e la successiva sulla natura, identità e precedenti richieste di un client. Il client è tenuto a ricreare da zero il contesto necessario al server per rispondere. Non vi è memoria delle richieste effettuate.

33 Principali Entità in Gioco Client: un applicazione che richiede una connessione HTTP, con lo scopo di inviare richieste Server: un applicazione che accetta connessioni HTTP e genera risposte User agent: il client che inizia una richiesta HTTP. Tipicamente è un browser. Origin server: il server che possiede fisicamente la risorsa richiesta

34 Struttura di una richiesta Method: indica l azione del server richiesta dal client URL: è il percorso della risorsa, normalmente relativo al server Version: è HTTP/1.0 o HTTP/1.1 Header: sono linee RFC 822, classificabili come: generali, di entità, di richiesta Body: è un messaggio MIME

35 Esempio di richiesta GET /index.html HTTP/1.1 Referer: User-Agent: Mozilla/4.61 Host: Accept: image/gif, image/jpeg, image/png, */* Accept-Encoding: gzip Accept-Language: it Accept-Charset: iso ,*,utf-8

36 I metodi della richiesta Esistono numerosi metodi I più importanti: GET; HEAD; POST; PUT Meno (quasi mai) usati OPTIONS DELETE TRACE CONNECT Un metodo HTTP può essere: Sicuro: non genera cambiamenti allo stato interno del server Idempotente: l effetto sul server di più richieste identiche è lo stesso di quello di una sola richiesta

37 Metodo GET Il metodo più frequentemente usato (ed unico in v. 0.9) è GET, che richiede una risorsa ad un server GET è sicuro ed idempotente, e può essere: assoluto (normalmente, cioè quando la risorsa viene richiesta senza altre specificazioni) condizionale (se la risorsa fa match con un criterio indicato negli header If-match, If-modified-since, If-range, etc.) parziale (se la risorsa richiesta è una sottoparte di una risorsa memorizzata)

38 Metodo HEAD Il metodo HEAD è simile al metodo GET, ma il server deve rispondere soltanto con gli header relativi, senza il corpo. HEAD è sicuro ed idempotente, e viene usato per verificare: la validità di un URI: la risorsa esiste e non è di lunghezza zero l accessibilità di un URI: la risorsa è accessibile presso il server, e non sono richieste procedure di autenticazione del documento la coerenza di cache di un URI: la risorsa non è stata modificata nel frattempo, non ha cambiato lunghezza, valore hash o data di modifica

39 Metodi PUT e DELETE Il metodo PUT serve per trasmettere delle informazioni dal client al server, creando o sostituendo la risorsa specificata In generale, l argomento del metodo PUT è la risorsa che ci si aspetta di ottenere facendo un GET in seguito con lo stesso URL PUT è idempotente ma non sicuro DELETE richiede la rimozione della risorsa dal Web server

40 Metodo POST Il metodo POST trasmette dal client al server delle informazioni subordinate (aggiuntive) ad una risorsa (generalmente preesistente) Esempi: un record a un database, un messaggio su un forum o newsgroup, un file a una directory, etc. Caso tipico: invio dei dati immessi dall'utente in un form POST non è sicuro né idempotente Il server può rispondere positivamente in tre modi: 200 Ok: dati ricevuti e trasmessi alla risorsa specificata; è presente un body nel messaggio di risposta 201 Created: dati ricevuti, la risorsa non esisteva ed è stata creata 204 No content: dati ricevuti e trasmessi alla risorsa specificata; non è presente un body nel messaggio di risposta

41 Struttura di una risposta

42 Esempio di risposta HTTP/ OK Date: Fri, 11 Mar :42:03 GMT Server: Apache/1.3.3 Last-Modified: Tue, 1 Feb :21:02 GMT Content-Length: 127 Content-Type: text/html <HTML>... </HTML>

43 Status code E' un numero di tre cifre, di cui la prima indica la classe della risposta, le altre due la risposta specifica. Esistono le seguenti classi: 1xx: Informational. Una risposta temporanea alla richiesta, durante il suo svolgimento 2xx: Successful. Il server ha ricevuto, capito e servito la richiesta 3xx: Redirection. Il server ha ricevuto e capito la richiesta, ma sono necessarie altre azioni da parte del client per portarla a termine 4xx: Client error. La richiesta del client non può essere soddisfatta per un errore da parte del client (errore sintattico o richiesta non autorizzata) 5xx: Server error. La richiesta può anche essere corretta, ma il server non è in grado di soddisfare la richiesta per un problema interno (suo o di applicazioni CGI)

44 Esempi di status code + reason phrase 100 Continue (se il client non ha ancora mandato il body) 200 Ok (GET con successo) 201 Created (PUT con successo) 301 Moved permanently (URL non valido, il server conosce la nuova posizione) 400 Bad request (errore sintattico nella richiesta) 401 Unauthorized (manca l autorizzazione) 403 Forbidden (richiesta non autorizzabile) 404 Not found (URL errato) 500 Internal server error (tipicamente, bug in un CGI) 501 Not implemented (metodo non conosciuto dal server)

45 HTML: codifica dei caratteri Per il linguaggio HTML cfr. lucidi 03-HTML.pdf Le pagine Web (HTML) sono rappresentate come file di testo: Un file di testo è logicamente una sequenza di caratteri, ma fisicamente una sequenza di byte Esistono diverse codifiche ASCII EBCDIC Unicode Unicode mira a coprire tutti i caratteri in tutte le lingue scritte passate e presenti

46 Caratteri UNICODE Un carattere è un simbolo che appare in un testo Lettere dell'alfabeto Pittogrammi (es. ) Accenti I caratteri Unicode sono entità astratte LATIN CAPITAL LETTER A LATIN CAPITAL LETTER A WITH RING ABOVE HIRAGANA LETTER SA RUNIC LETTER THURISAZ THURS THORN

47 Glifi UNICODE Un glifo è un segno grafico Esempio: Å Questo può rappresentare diversi caratteri LATIN CAPITAL LETTER A WITH RING ABOVE ANGSTROM SIGN O persino una sequenza di caratteri LATIN CAPITAL LETTER A COMBINING RING ABOVE Viceversa, alcuni caratteri possono corrispondere a glifi diversi

48 Code Point UNICODE Per risolvere l'ambiguità, Unicode assegna un code point (un numero) a ciascun carattere I code point vanno da 0 a 1'114'112 Solo circa 100'000 sono attualmente usati Esempio: al carattere HIRAGANA LETTER SA è assegnato il code point 12'373 I code point da 0 a 127 coincidono con ASCII Alcuni code point vengono lasciati come non assegnati

49 Codifica di caratteri UNICODE Una codifica di caratteri interpreta una sequenza di byte come sequenza di code point I byte vengono prima raggruppati in code unit di lunghezza fissa Per indicare un code point servono una o più code unit Esempi: UTF-8, UTF-16, UTF-32

50 World Wide Web Consortium (W3C) Sviluppa molte delle tecnologie del Web: HTML, CSS, XML, RDF, OWL,... Fondato nel 1994 Oltre 300 aziende e organizzazioni ne sono membri Diretto da Tim Berners-Lee Sedi principali: MIT (USA), Inria (Francia), Keiko (Giappone) Uffici nazionali in molti Paesi (anche in Italia)

51 Attori e principi del W3C Attori: Membri ($50000/anno - $5000 per università ed enti no-profit) Team Advisory board Technical Architecture Group Working Groups Principi: Consenso tra i membri Limitato ricorso a vincoli di proprietà intellettuale (brevetti, etc.) Accesso libero via Web a tutti i documenti (diversamente da ISO, ad esempio)

52 Documenti del W3C Le specifiche del W3C seguono questo percorso: Working Draft Candidate Recommendation Proposed Recommendation Recommendation Documenti non normativi Working Group Notes Member Submissions Staff Comments Team Submissions

53 Riferimenti Dispensa disponibile al link : sisinflab.poliba.it/colucci/files/si2ig1415/lucidi%20corso/11bintro_reti.pdf Di Noia, De Virgilio, Di Sciascio, Donini, Semantic Web: tra ontologie e Open Data, Apogeo, 2013 (cap. 1). R. Fielding, J. Gettys, J. Mogul, H. Frystyk, L. Masinter, P. Leach, T. Berners-Lee, Hypertext Transfer Protocol -- HTTP/1.1, RFC 2616,

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