RETI DI COMPUTER. 1. Definizione. 2. Un po di storia. Istituto Tecnico Angioy Informatica. Prof. Gianfranco Ciaschetti

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1 Istituto Tecnico Angioy Informatica RETI DI COMPUTER Prof. Gianfranco Ciaschetti 1. Definizione Una rete è un insieme di apparecchiature in grado di trasmettere e ricevere segnali, collegate tra loro mediante un mezzo trasmissivo. Esaminando la definizione precedente, notiamo innanzitutto che una rete è costituita da apparecchiature in grado di trasmettere e ricevere segnali. Ma cosa sono i segnali? Sono grandezze elettriche, che possono essere analogiche o digitali; a queste grandezze sono legate le informazioni che devono essere scambiate. segnali analogici e digitali Se le apparecchiature collegate in rete sono dei computer, esse devono essere dotate di dispositivi per l invio e la ricezione dei segnali elettrici digitali, che si chiamano schede di rete (le vedremo più in dettaglio in seguito). E un mezzo trasmissivo, cos è esattamente? Due computer legati tra loro con uno spago non costituiscono una rete, in quanto non è possibile far viaggiare segnali elettrici sullo spago. Occorre allora che il mezzo di collegamento sia in grado di trasportare segnali elettrici: esso può essere un cavo (wire, in inglese), oppure l aria (come avviene nelle comunicazioni wireless). 2. Un po di storia Le prime reti di computer nascono intorno agli anni 70. Al computer centrale, detto mainframe, vengono collegati più terminali o workstation, piccoli computer utilizzati soprattutto per le operazioni di input e output, per mezzo di cavi elettrici. Lo scopo è quello di permettere a tutti coloro che ne fanno richiesta, l utilizzo della macchina calcolatrice, che da qualche tempo ha iniziato a semplificare i calcoli dell uomo. Tutte le capacità di elaborazione e di memorizzazione sono nel mainframe, mentre i terminali sono utilizzati solo per dire al mainframe cosa fare, per l inserimento dei dati da parte degli utenti, e per la visualizzazione dei risultati dell elaborazione. Possiamo dire che la rete è di tipo client/server,

2 poiché il mainframe offre servizi (server) alle workstation che li chiedono (client). Abbiamo già visto, parlando di sistemi operativi, che in questo contesto nascono i sistemi operativi multi-tasking, che introducono il concetto di time-sharing per la condivisione della CPU tra diversi utenti, ricordate? reti client/server Successivamente, con l avvento dei PC (Personal Computer), che possiamo vedere come delle workstation con maggiori capacità di memoria e di elaborazione, si sono sviluppate invece delle reti distribuite, anche dette peer-to-peer (P2P, significa da pari a pari in inglese), in cui ogni PC costituiva un unità di elaborazione e di memorizzazione utilizzabile dagli altri PC. Questo tipo di reti, a differenza delle reti client/server, ha prodotto i vantaggi di avere: - maggiori risorse di calcolo (tutti i microprocessori dei diversi PC collegati in rete, utilizzabili ad esempio per effettuare un calcolo parallelo) - maggiori risorse di memoria (ogni PC può accedere agli hard disk degli altri PC) - maggiore economia (il costo dei PC rispetto a quello del mainframe è notevolmente inferiore) - maggiore scalabilità (è più facile aumentare il numero di PC in una rete P2P, piuttosto che il numero di workstation in una rete client/server) - maggiore affidabilità (se si blocca un PC, gli altri possono continuare a funzionare in rete tranquillamente, mentre se si blocca il mainframe l intera rete si ) Per contro, lo svantaggio delle reti P2P è sul fronte della sicurezza: gestire gli accessi e gli eventuali attacchi alla rete è sicuramente più difficile: i mainframe sono dotati di meccanismi di sicurezza (in genere molto costosi) per l accesso alla rete, che risultano così non facilmente bucabili, a differenza delle reti di PC in cui non è difficile fare hackering. Inoltre, una rete P2P richiede un sistema operativo di rete (ad esempio, è un sistema operativo di rete Windows XP Server, ma non Windows XP Home) che sia in grado di gestire la comunicazione tra i diversi PC. reti peer-to-peer Parallelamente allo sviluppo delle reti P2P, si sviluppano le telecomunicazioni e l uso della comunicazione a distanza delle comunicazioni digitali: nasce il concetto di telematica, dalla fusione delle parole telecomunicazioni e informatica, che porta alla diffusione di quelle che oggi si 2

3 chiamano Information and Communication Technologies (ICT), che raggruppano i servizi digitali di rete quali la posta elettronica, il file sharing, la messaggistica istantanea, i social network, i forum di discussione e i blog, il world wide web (www). 3.1 Classificazione delle reti (in base alla distanza) - LAN (Local Area Network) Si tratta di reti molto piccole, che coprono una distanza fino a 100 metri. Investono un area privata (nel senso che esiste un proprietario della rete) e solitamente sono di tipo wired (o cablate, cioè i computer sono collegati con un cavo), anche se oggi sono molto diffuse anche le WLAN (wireless LAN) senza cavo. - MAN (Metropolitan Area Network) Investono un area pubblica (sono di proprietà dei cittadini, gestite solitamente dalle pubbliche amministrazioni); possono essere wired o wireless: nel primo caso viene usata la fibra ottica, nel secondo il W-MAX; possono coprire una distanza fino a qualche chilometro. - WAN (Wide Area Network) Coprono grandi distanze, anche intercontinentali; utilizzano ponti radio o satelliti, e ovviamente non sono mai di tipo wired. Sono gestite da società di telecomunicazioni, che le affittano agli utilizzatori. La rete Internet, della quale parleremo in seguito, è un insieme di reti LAN, MAN e WAN tutte collegate tra loro. 3.2 Classificazione delle reti (in base al tipo di trasmissione) In una rete di computer, sia essa di tipo LAN, MAN o WAN, possiamo avere diversi tipi di trasmissione: - broadcast da uno verso tutti: ad esempio le trasmissioni televisive o radiofoniche su pc - multicast da uno verso tanti, ma non tutti: ad esempio, tra tutti i clienti, si trasmette solo a coloro che hanno pagato per ricevere un determinato servizio, oppure nei servizi di file sharing, quando uno stesso file è scaricato da più utenti contemporaneamente. - point to point (P2P) da uno a uno: ad esempio, nei servizi di messaggistica istantanea (msn, skype, ecc.) o nella posta elettronica. 3.3 Classificazione delle reti (in base al ruolo) In questa classificazione distinguiamo due tipi di reti: - reti client/server - reti peer-to-peer (P2P) 3

4 Abbiamo già introdotto questi due tipi di reti, e visto che la differenza sostanziale tra le due è che nelle reti client/server c è un computer (il mainframe) che si comporta da server, cioè che offre servizi, e altri computer (le workstation) che si comportano da client, cioè che richiedono servizi al server; nelle reti P2P invece ogni computer della rete può essere al tempo stesso client e server (si pensi al servizio di archiviazione di un file, che può essere offerto e richiesto da uno qualunque dei computer in rete). In realtà, la distinzione tra queste due categorie non è così netta, e può essere solo logica, anziché fisica: non è detto che c è sempre un computer che si comporta da server e altri che si comportano da client: ad esempio, nel nostro laboratorio di informatica la stampante è collegata al computer del docente, il quale si comporta come server di stampa per tutti gli altri computer, ma può comportarsi come client per altri servizi, come ad esempio accedere a uno scanner collegato a un altro computer. Parlando di internet, sappiamo che sulla rete delle reti troviamo diversi tipi di servizi di tipo client/server o di tipo P2P: ad esempio, possiamo avere mail server, web server, proxy server, dns server, che noi usiamo come client dal nostro computer quando ci connettiamo; ma sappiamo anche che possiamo avere connessioni di tipo P2P, come ad esempio con i servizi di file sharing come emule o torrent. Si noti, infine, che l acronimo P2P è utilizzato sia per indicare le reti peer-to-peer, sia per indicare le comunicazioni di tipo point-to-point, ma facendo attenzione al contesto al quale ci si riferisce non si dovrebbe rischiare di sbagliare. 4. Mezzi trasmissivi I mezzi trasmissivi per collegare tra loro dei computer possono essere di tipo wired o wireless. Nel primo caso stiamo parlando di cavi elettrici (wire in inglese significa cavo), nel secondo dell aria. Per quanto riguarda i primi, possiamo distinguere: - il cavo coassiale cavo coassiale connettore a T è costituito da un anima in metallo (ferro o rame) rivestita di materiale isolante, a sua volta rivestito da una rete metallica in alluminio che ne permette la schermatura con l esterno, rendendo minime le interferenze, il tutto avvolto in una guaina protettiva. Permette una velocità di trasmissione fino a Mbps (megabit al secondo) al secondo, richiede una connessione a T, ha ottime capacità di mantenimento del segnale grazie alla schermatura e all elevato diametro dell anima in metallo (si possono realizzare reti con collegamenti fino a 500m), e un costo elevato (diversi euro al metro). E utilizzato nelle reti a bus o ad anello. - il doppino telefonico unshielded twisted pair connettore RJ45 4

5 tecnicamente detto UTP (Unshielded Twisted Pair) è costituito da due cavi elettrici incrociati tra loro (da qui il nome twisted), che realizzano una sorta di schermatura senza bisogno della rete metallica (unshielded significa infatti non schermato). Permette una velocità di trasmissione fino a Mbps, richiede connessioni di tipo RJ45 (simili a quelle del telefono, ma un po più grandi), mantiene il segnale meno del cavo coassiale (al massimo 100m) ma costa molto meno (qualche decina di centesimi al metro). E utilizzato nelle reti a stella e nelle reti ad anello cablate a stella tramite MAU. - la fibra ottica fibra ottica è realizzata con dei tubicini in plastica con l interno a specchio nel quale la luce viaggia rimbalzando sulle pareti, il tutto racchiuso in una guaina protettiva. Trattandosi di segnali luminosi e non elettrici (da qui il nome di fibre ottiche), le trasmissioni viaggiano a una maggior frequenza, arrivando a velocità fino a 100MBps (megabyte al secondo). E molto costosa e pertanto poco indicata nella realizzazione delle reti LAN, mentre è piuttosto utilizzata nelle reti MAN. Può mantenere il segnale fino a una distanza di 2 km. Parlando invece dei segnali che viaggiano nell aria, cioè wireless, sappiamo che esistono diverse tecnologie di trasmissione, che vanno dalle onde radio, agli infrarossi, al moderno bluetooth (mircoonde), fino alle trasmissioni satellitari. Non entreremo in dettaglio per questo tipo di collegamenti. 5. Topologia delle reti LAN Parliamo ora in dettaglio di come possono essere organizzate le reti LAN. Per le MAN e le WAN occorrerà fare delle ulteriori considerazioni, a valle di ciò che ci apprestiamo a dire. Esistono diversi tipi di topologie di rete (dalle parole greche topos e logos, significa dire come è fatta la pianta della rete, cioè come sono organizzati i suoi collegamenti), tra le quali ne distinguiamo tre principali: - RETI A BUS rete a bus 5

6 I computer sono collegati tra loro per mezzo di un bus comune sul quale viaggiano tutti i messaggi. Tutte le connessioni sono realizzate con cavo coassiale, al quale le schede di rete dei diversi PC sono collegate con connettori a T. All estremità del bus ci sono due terminatori, che servono a catturare il messaggio, cioè a non far rimbalzare il segnale avanti e indietro sul bus, occupando inutilmente la rete. La trasmissione avviene in modo broadcast: un messaggio viene mandato a tutti, ma viene catturato solo dal destinatario, mentre viene ignorato da tutti gli altri. I conflitti (quando due o più computer intendono trasmettere contemporaneamente) sono risolti mediante il protocollo CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection): ogni computer ascolta la rete, e se la trova libera trasmette il suo messaggio; se invece si verifica una collisione, esso aspetta un certo tempo (casuale) prima di ritrasmettere il messaggio. Si noti che in questo modo non si risolve il problema dei conflitti in modo definitivo, sebbene la probabilità che accadano sia molto bassa. I vantaggi principali delle reti a bus sono la loro scalabilità (la possibilità di aumentare quanto si vuole il numero di PC della rete), e la tolleranza ai guasti (si dice che la rete è fault tolerant): se si blocca un PC il resto della rete continua a funzionare senza problemi. Solo se si rompe il cavo si blocca l intera rete, ma questo è molto difficile. Gli svantaggi principali sono il costo (dovuto principalmente all elevato costo del cavo) e la non completa risoluzione dei conflitti, che appesantiscono il traffico sulla rete. - RETI A STELLA rete a stella In questa topologia di rete c è un accentratore (hub o switch) al quale sono collegati tutti i PC, tramite doppino telefonico (UTP, Unshielded Twisted Pair) e connessioni RJ45. La trasmissione avviene in modo broadcast se si utilizza un hub, e in modo P2P se si utilizza uno switch, il quale riesce a leggere l indirizzo del destinatario e a effettuare l instradamento. Entrambi replicano il segnale, amplificandolo e ripristinandone così la potenza originaria, che tende a decadere con la distanza. Lo switch costa di più rispetto a un hub, e ha il vantaggio di occupare meno la rete. I conflitti possono essere risolti in modo CDMA/CD se si utilizza un hub, oppure in modo token-passing se si utilizza uno switch (ne parleremo più avanti nelle reti ad anello), il quale provvede ad assegnare ogni volta l autorizzazione a trasmettere. I vantaggi principali delle reti a stella sono il costo (il doppino telefonico costa molto meno del cavo coassiale, e un hub costa solo qualche decina di euro, un po di più lo switch), e inoltre sono più facili da monitorare rispetto alle reti a bus, è quindi più facile individuare eventuali guasti. Per contro, sono meno fault tolerant delle reti a bus proprio per la presenza 6

7 dell accentratore, che se dovesse guastarsi bloccherebbe l intera rete. Inoltre, è richiesto più cavo rispetto alle reti a bus, e anche se il doppino costa poco, cavi eccessivamente lunghi possono portare a un decadimento sostanziale del segnale, rendendo difficili le trasmissioni nella rete. - RETI AD ANELLO rete ad anello Nelle reti ad anello i computer sono direttamente collegati l uno all altro, come in figura, come a formare un anello, appunto, mediante cavo coassiale e connettori a T. Le trasmissioni sono di tipo multicast: ricevono un messaggio tutti i PC che sono nel tragitto dal mittente al destinatario, andando sempre in senso orario. Tutte le stazioni intermedie ripetono il segnale verso la stazione successiva, ignorandone il contenuto. I conflitti sono risolti completamente mediante il protocollo token passing: un token (gettone, in italiano) gira continuamente per la rete, e si può trasmettere solo usando il token. Se un PC vuole trasmettere, acchiappa il token, ci aggiunge il proprio messaggio e l indirizzo del destinatario, e lo rimanda in giro per la rete. A questo punto il destinatario del messaggio stacca il suo messaggio dal token, e aggiunge un segnale di ricevuto (ack, o acknowledgement) per A, e rimanda il token in circolo. Quando A riceve l ack da B, stacca l ack e rimanda il token in circolo, per permettere altre trasmissioni. La sequenza è illustrata nella figura seguente: protocollo token-passing 7

8 I vantaggi della rete ad anello sono principalmente nella risoluzione dei conflitti. Gli svantaggi sono molteplici, dal costo (dovuto principalmente al cavo coassiale) alla poca tolleranza ai guasti (se un PC si blocca, si blocca l intera rete), alla scarsa capacità di individuazione dei guasti. Attualmente, le reti ad anello sono realizzate cablandole a stella utilizzando un accentratore detto MAU (Multistation Access Unit), che permette le connessioni con doppino e connettori RJ45, riducendo i costi della rete e permettendo un maggior controllo della rete. Altre topologie di rete note, che per brevità non esamineremo in questa dispensa, sono: - Reti ad albero (connessioni gerarchiche) - Reti a maglie (connessioni multiple, tanti PC connessi direttamente con tanti PC) - Reti a grafo completo (connessioni complete, ogni PC connesso direttamente con tutti i PC) 6. Gli standard delle architetture di rete Gli standard architetturali sono descrizioni fatte a tavolino da organismi competenti, i quali definiscono come devono essere strutturate le reti di computer, specificandone il mezzo trasmissivo, la topologia, il metodo di accesso e risoluzione dei conflitti, i protocolli utilizzati, il formato dei pacchetti di bit che viaggiano sulla rete, gli hardware e i software necessari, ecc. Ogni apparecchiatura che deve essere collegata in rete deve soddisfare uno standard prestabilito, e potrà comunicare in rete solo seguendo quel particolare standard. L IEEE (International Electric and Electronic Engineers association) ha definito due dei più famosi e utilizzati standard, e cioè: - ETHERNET (IEEE 802.3): Accesso e risoluzione dei conflitti CDMA/CD; velocità 10/100 Mbps; topologia a bus o a stella; cavo coassiale o doppino UTP. - TOKEN RING (IEEE 802.5): Accesso e risoluzione dei conflitti token-passing; topologia a stella o anello; cavo UTP; velocità 10/100 Mbps. Attualmente, lo standard Ethernet è molto più utilizzato dello standard Token ring. 7. Gli standard di comunicazione OSI e TCP/IP La comunicazione tra diversi PC in una rete di computer avviene seguendo determinate regole, che si chiamano protocolli. C è un protocollo diverso per ogni tipo di comunicazione, come ad esempio il protocollo http per il web, i protocolli POP3 e SMTP per le mail, e così via. Tuttavia, ognuno di questi protocolli segue delle regole base di comunicazione, definite da un organismo internazionale per la definizione degli standard, chiamato ISO (International Standards Organization). Queste regole di comunicazione prendono il nome di modello OSI (Open System Interconnection) e per questo motivo si parla spesso di modello ISO-OSI per le reti. Il modello consiste nel suddividere ogni stazione della rete (ogni PC) in 7 livelli, secondo lo schema di figura seguente. Il pacchetto dati da inviare viene generato a livello più alto, e successivamente ogni livello inferiore aggiunge al pacchetto alcune informazione proprie di quel livello, che saranno interpretate ed estratte dal pari livello dell altro PC coinvolto nella comunicazione. Si realizza così una sorta di comunicazione virtuale, che segue un determinato protocollo, tra pari livelli. 8

9 il modello OSI - Il livello physical si occupa della trasmissione e ricezione fisica dei segnali sul mezzo trasmissivo. A questo livello si trovano la topologia della rete, il mezzo trasmissivo, le schede di rete e l hub. La scheda di rete di ogni PC dispone di un transceiver per inviare e ricevere segnali binari, effettuandone anche la codifica/decofidica. Gli indirizzi di questo livello sono gli indirizzi fisici MAC delle schede di rete. - Il livello data link si occupa del trasferimento affidabile dei dati, controllando e/o correggendo eventuali errori di trasmissione. A questo livello si trovano gli switch e i modem. Inoltre, gestisce l accesso alla rete tramite i protocollo CSMA/CD e token-passing. - Il livello network si occupa dell instradamento (routing, in inglese), cioè si preoccupa di far arrivare i pacchetti al destinatario, inserendone l indirizzo nel pacchetto. E a questo livello che gli indirizzi logici IP vengono trasformati in indirizzi fisici MAC, e viceversa (a seconda che si tratti di trasmissione o ricezione). - Il livello transport esegue l assemblaggio (in ricezione) e il disassemblaggio (in trasmissione) del messaggio in pacchetti, in formati comodi da trasportare sulla rete, seguendo lo standard TCP oppure lo standard UDP (User Datagram Protocol). - Il livello session gestisce l intero collegamento, cioè la sessione di comunicazione tra le applicazioni che devono comunicare, tenendo traccia del momento di inizio, del numero di pacchetti scambiati, della durata del collegamento. - Il livello presentation si occupa della compressione eventuale di pacchetti per minimizzare la quantità di informazioni che circolano, oltre alle problematiche di sicurezza (crittografia, ad esempio) e formattazione opportuna dei dati (es. ASCII oppure UNICODE). - Il livello application è quello relativo ai programmi, che richiedendo servizi di rete come mail, web, file transfer, ecc. inviano e ricevono pacchetti sulla rete. A questo livello appartengono i protocolli http, ftp, telnet, smtp, pop, mime. Con il diffondersi di internet, tuttavia, è emersa la necessità di avere regole di comunicazione più agevoli, per cui è andato diffondendosi uno standard de facto (a differenza di quello OSI che è de jure, cioè definito a tavolino ) denominato TCP/IP (Transfer Control Protocol / Internet Protocol), che è una semplificazione di quello OSI. Esso è costituito da solo quattro livelli: 9

10 OSI vs. TCP/IP - Application, che raggruppa insieme i livelli application, presentation, e session del modello OSI; - TCP relativo al livello transport del modello OSI; - IP relativo al livello network del modello OSI; - Network, che raggruppa insieme i livelli data link e fisico del modello OSI. Attualmente il modello di comunicazione TCP/IP è largamente usato per tutte le comunicazioni su reti internet e intranet, e ha rimpiazzato quasi totalmente il modello OSI. 8. Apparecchiature di rete Per fare si che i computer comunichino tra loro, c è bisogno oltre ai protocolli e le diverse regole di comunicazione e accesso alla rete, di particolari dispositivi hardware, ed esattamente: - scheda di rete (NIC, Network Interface Card) è solitamente montata su slot ISA o PCI; ha connettori a T o di tipo RJ45 per il cablaggio; attualmente, su quasi tutti i computer portatili (notebook) è montata una schede di rete wireless che dispone anche di un connettore RJ45 per rete ethernet; ha un suo proprio indirizzo fisico detto MAC (Media Access Control) utilizzato come destinatario dal livello fisico del modello OSI, e costituito da 6 byte, 3 per indicare il nome del produttore, 3 per indicare il modello e numero di serie. Ogni scheda di rete è identificabile tramite il proprio MAC address. - modem serve per convertire i segnali digitali della scheda di rete del computer in segnali analogici, per il trasferimento su linea telefonica, e viceversa. E usato solitamente per connettere il computer di casa a un ISP (Internet Service Provider), il quale fornisce la connessione a internet. Attualmente, non è più molto utilizzato per via dello sviluppo delle reti telefoniche digitali, che permettono velocità di trasferimento molto maggiori di quelle analogiche (fino a 80MBps per le digitali, contro i 56KBps per quelle analogiche). - modem ADSL ha le stesse funzionalità del modem tradizionale, cioè è utilizzato per la connessione a un ISP, solo che non esegue la conversione analogico/digitale in quanto ora sulle linee telefoniche possono viaggiare anche direttamente i segnali digitali, per mezzo di un opportuno filtro ADSL. Riesce a raggiungere velocità di trasmissione fino a 80MBps. Nelle moderne W-LAN, il modem ADSL si comporta anche da router. - hub è l accentratore per le reti a stella, e ne abbiamo già parlato: riproduce il segnale rimandandolo in broadcast a tutti i computer della rete. 10

11 - switch è l accentratore per le reti a stella, e anche di questo abbiamo già parlato: come l hub, riproduce il segnale rimandandolo, anziché in broadcast a tutti i computer della rete come l hub, solo al destinatario. - bridge collega tra loro due reti LAN, anche di topologie e standard diversi tra loro (ad esempio, possono essere collegate una rete token ring ad anello con una rete ethernet a stella). Esegue un routing statico, cioè ha una tabella di routing prefissata e segue sempre quella. - router serve per collegare due reti tra loro, ma non necessariamente di tipo LAN. E questa caratteristica che lo rende lo strumento indispensabile per collegare una rete a internet, che è costituita, come vedremo, di reti LAN, MAN e WAN collegate tra loro. Le moderne W-LAN sono delle reti wireless locali, pertanto per connetterle a internet occorre che il modem ADSL abbia anche funzionalità di router. - gateway ha le stesse funzionalità di un router, ma è multiprotocollo, nel senso che è possibile collegare tra loro qualsiasi tipo di reti. 9. La rete internet Nel 1957, l Advanced Research Projects Agency (ARPA) del Ministero della Difesa USA progetta una rete di computer in ambito militare denominate ARPANET. Lo scopo è quello di condividere informazioni militari su più punti del territorio statunitense, in risposta al lancio dello Sputnik, il primo satellite artificiale sovietico. La rete, inizialmente a commutazione di circuito (connessione analogica, con collegamenti fisici che restano invariati durante tutta la sessione di comunicazione, come i vecchi centralini telefonici) diventa una rete commutazione di pacchetto (connessione digitale: il messaggio viene suddiviso in pacchetti di dati che viaggiano e vengono instradati separatamente; ogni pacchetto deve contenere le informazioni del destinatario e per la ricostruzione del messaggio da parte del destinatario) nel 1962, e nel 1969 vengono connesse alla rete ARPANET alcuni computer delle università impegnate in queste ricerche. Successivamente, nei primi anni 70 il lavoro di ricerca sulla rete ARPANET si arricchisce della definizione dei primi protocolli per i servizi di posta elettronica (POP, SMTP), collegamento remoto (TELNET) e trasferimento dei file (FTP, File Transfer Protocol). Nel 1979 nasce, parallelamente ad ARPANET, la rete CSNet che collega tra loro tutte le università statunitensi. Solo un anno più tardi, nel 1980, ARPANET e CSNet vengono collegate insieme, e i loro servizi cominciano ad essere estesi anche ad altri operatori che vogliono collegarsi in rete: è la nascita ufficiale di INTERNET, che solo qualche anno più tardi, nel 1989, potrà contare più di computer collegati in rete. Mentre nel 1990 nasce la prima dorsale (backbone, un collegamento ad altissima velocità tra i principali host della rete), a Ginevra un ricercatore di nome Tim Berners Lee inventa il linguaggio HTML e il world wide web, una vetrina su cui pubblicare documenti. Un anno più tardi, nel 1991, viene definito dal consorzio W3C (www consortium) il protocollo http per il trasferimento di file html tra client (il nostro computer di casa) e web server (il pc dove risiede il sito internet che vogliamo visitare). Dal punto di vista strutturale, la rete INTERNET è organizzata a bruco, in cui le dorsali rappresentano i collegamenti principali, le autostrade della rete, e gli host rappresentano i punti di accesso alla rete. 11

12 la rete internet Ogni computer della rete ha un proprio indirizzo IP (Internet Protocol), di cui parleremo nel prossimo paragrafo. Quando cerchiamo una risorsa su internet, coinvolgiamo nella nostra richiesta un host e un server DNS: - la traduzione dei nomi in indirizzi è effettuata per mezzo di un server DNS (Domain Name System). Se digitiamo, ad esempio, sulla barra degli indirizzi del nostro browser (Internet Explorer, Mozilla Firefox, Opera, Google Chrome, ecc), stiamo richiedendo al nostro server DNS (di solito si trova sull host con cui siamo collegati a internet) di tradurre il nome del dominio richiesto in un indirizzo IP. L host del provider internet (Alice, Tiscali, ecc.) al quale siamo collegati provvederà ad inoltrare alla rete la richiesta della pagina iniziale del dominio, fornendone l indirizzo IP. La richiesta arriverà al web server di google, che provvederà a rimandarci attraverso la rete un file.html da visualizzare nel nostro browser. - un web server utilizza il protocollo http per lo scambio di file html. Oltre agli host, ai server DNS e i web server, in rete si trovano molti altri servizi: - un proxy server, ad esempio, è un computer che naviga in internet al posto nostro, mettendoci a disposizione la sua cache per visualizzare più velocemente le pagine. Facciamo un esempio: supponiamo che tutti i computer dell Istituto Angioy si collegano frequentemente al sito del Ministero dell Istruzione. Se viene utilizzato un proxy server, il proxy si connetterebbe una sola volta al sito del Ministero e manterrebbe in memoria (sull hard disk) cache le sue pagine html, evitando così di andare sulla rete a ogni richiesta. - un mail server è un computer che gestisce la posta elettronica per più utenti, e utilizza i protocolli SMTP (Simple Mail Transfer Protocol, solo per file di testo) o MIME (Multipurpose Internet Mail Extension, per file multimediali) per la posta in uscita, e i protocolli POP (Post Office Protocol) e IMAP (Internet Message Access Protocol) per la posta in ingresso. - un ftp server è un server con il quale possiamo fare l upload e il download remoto di file, e utilizza il protocollo ftp. Ma i server più importanti sono quelli relativi ai domini! Un dominio in internet è l indirizzo mnemonico di un sito, come ad esempio oppure informaticangioy.altervista.org, ed ha un proprio indirizzo IP. 10. Gli indirizzi IP Gli indirizzi IPv4 di cui parleremo in questa dispensa (versione 4 byte, fino a 2 32 = diverse apparecchiature collegate indirizzabili; da qualche anno è emersa la necessità di un maggior numero di indirizzi, dando vita agli indirizzi IPv6 con 6 byte, fino a 2 48 =

13 diverse apparecchiature collegate indirizzabili), sono l indirizzo unico che ha ogni computer connesso a internet. Essi possono essere statici o dinamici: quando ci colleghiamo a internet da casa attraverso un ISP come Alice o Tiscali, probabilmente ci stiamo collegando a un host che funge da server DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), il quale ci assegna un indirizzo IP che vale per tutta la sessione di collegamento, e che può essere diversa da sessione a sessione. Se invece ci colleghiamo a internet attraverso il computer del laboratorio di informatica della nostra scuola, essendo questo in una rete LAN, avrà un proprio indirizzo IP statico assegnato da chi ha configurato la rete. Gli host della rete sono tutti i computer che dispongono di un indirizzo statico. Gli indirizzi IPv4 sono gruppi di 4 byte, quindi una quaterna di numeri da 0 a 255 (in decimale), che rappresentano l indirizzo della rete + quello dell host. Abbiamo tre diverse classi di indirizzi: - classe A: gli indirizzi vanno da 1.xxx.xxx.xxx a 126.xxx.xxx.xxx. Il primo byte è utilizzato per identificare la rete, gli altri tre per identificare l host. Il primo bit del primo byte è sempre 0. Si possono identificare quindi fino a 2 7 = 126 reti, ognuna delle quali può contenere fino a 2 24 = host. - Classe B: gli indirizzi vanno da 128.xxx.xxx.xxx a 191.xxx.xxx.xxx. I primi due byte sono utilizzati per la rete, gli altri due per l host. I primi due bit del primo byte sono sempre 10. Si possono identificare quindi fino a 2 14 = reti, ognuna delle quali può contenere fino a 2 16 = host. - Classe C: gli indirizzi vanno da 192.xxx.xxx.xxx a 223.xxx.xxx.xxx. I primi tre byte sono utilizzati per la rete, il quarto per l host. I primi tre bit del primo byte sono sempre 110. Si possono identificare quindi fino a 2 21 = reti, ognuna delle quali può contenere fino a 2 8-2= 254 host (i numeri 0 e 255 sono riservati). Quando dobbiamo collegare un computer o una LAN a internet, ad esempio comprando un dominio, possiamo scegliere se avere indirizzi di classe A, B, o C. Quelli di classe A sono i più costosi, perché ci permettono di collegare più host, mentre quelli di classe C sono i meno costosi. Quando si collega una LAN a internet tramite un router o un gateway, si utilizza una maschera di sottorete (subnet mask), che serve per stabilire quali sono gli indirizzi che appartengono alla LAN e quali sono esterni. Per gli indirizzi di classe A la subnet mask è , per gli indirizzi di classe B la subnet mask è , per gli indirizzi di classe C la subnet mask è Lo 0 è la parte di indirizzo riservata agli host della sottorete. L indirizzo di rete viene calcolato effettuando un AND logico tra l indirizzo IP e la subnet mask. Ad esempio, se l indirizzo IP è e la subnet mask è , l indirizzo di rete calcolato sarà

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