PROGRAMMAZIONE AVANZATA JAVA E C

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1 PROGRAMMAZIONE AVANZATA JAVA E C Massimiliano Redolfi L11:Networks Reti di calcolatori

2 Architetture di rete e loro componenti LAN/WAN internet, extranet modello OSI TCP/IP componenti passive componenti attive funzionalità avanzate: VoIP, IP64, wireless: , bluetooth LAN/WAN: classificazione in base all estensione fisica LAN: Local Area Network (rete locale) estensione limitata (poche centinaia di metri) interna ad un edificio o gruppo di edifici tecnologia più utilizzata: Ethernet (IEEE 802) WAN: Wide Area Network (rete geografica) estensione globale internet è una WAN tecnologie: ATM,

3 LAN/WAN: classificazione in base alla topologia Maglia completa R = N*(N-1)/2 Stella R = N Albero Maglia incompleta R < N*(N-1)/2 Anello R = N Bus R = N LAN/WAN: classificazione in base alla topologia reti a maglia o reti distribuite: massimamente efficiente ed affidabile (costo e complessità crescono al crescere della completezza della rete). I dati viaggiano lungo un cammino determinato e variabile. Tipica configurazione di sistemi WAN reti a stella: utilizzate soprattutto in reti locali (LAN), i dati passano sempre dal centro stella rete a stella interconnessa: una via di mezzo tra rete a maglia e rete a stella è utilizzata nelle centrali telefoniche, in cui centrali e sottocentrali sono collegate tra loro e con gli utenti formando una gerarchia a stella con connessioni tra i nodi. reti a bus: tutti i nodi sono collegati ad un cavo centrale, la gerarchia dei nodi e dei bus assume una forma ad albero. I dati viaggiano in tutte le direzioni. Utilizzate all interno di apparecchiature, dove il numero di nodi è limitato. reti ad anello: i nodi sono connessi a formare un anello e le informazioni viaggiano in una sola direzione (rete token ring) (LAN)

4 Internet: la rete delle reti oggi collega tra loro milioni di reti diverse e miliardi di utenti grazie ad un insieme di protocolli comune: TCP/IP nasce nel 1966 all Advanced Research Projects Agency (ARPA) per opera di Bob Taylor (nel 1969 prende il via Arpanet) internet non ha nodi centrali, la distruzione di un nodo non impedisce la realizzazione di nuovi percorsi (commutazione di circuito) in internet l informazione viaggia a pacchetti che possono fluire tra sorgente e destinazione seguendo percorsi diversi (commutazione di pacchetto) nel 1973 nasce il TCP/IP ad opera di Vinton Cerf e Bob Kahn Modello OSI modello a strati basato sul soddisfacimento di alcune semplici regole: funzionalità simili nello stesso strato funzionalità diverse in strati diversi interfaccia tra due strati stabilita in modo da minimizzare la complessità ed il numero di interazioni tra gli strati l esigenza di semplicità ha guidato lo sviluppo del modello modello standard ISO

5 Modello OSI: sette strati si identificano in questo modo sette strati: strato di applicazione (7, Application) strato di presentazione (6, Presentation) strato di sessione (5, Session) strato di trasporto (4, Transport) strato di rete (4, Network) strato di collegamento (2, Data Link) strato fisico (1, PHysiscal) Modello OSI: architettura Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Collegamento Fisico Protocollo di Applicazione Protocollo di Presentazione Protocollo di Sessione Protocollo di Trasporto Protocollo di Protocollo di Collegamento Protocollo Fisico Mezzo fisico di trasmissione Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Collegamento Fisico

6 TCP/IP o meglio Internet Protocol Suite TCP (Transmission Control Protocol) e IP (Internet Protocol) sono i due più noti protocolli di internet ma internet è basata su un insieme più esteso di protocolli di cui fa parte ad esempio l UDP, su cui si basa tra l altro NFS i protocolli di internet sono specificati tramite standard detti RFC (Request For Comments), RFC 791 del 1981 specifica il protocollo IP TCP/IP vs ISO/OSI OSI Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Collegamento Fisico Internet Protocol Suite Telnet FTP SMTP SNMP ICMP Arp e Rarp TCP e UDP IP Non Specificati NFS XDR RPC Protocolli di routing IPS permette l esistenza di pile alternative ottimizzate per determinate applicazioni esempi di pila: FTP / TCP / IP / Ethernet NFS / XDR / UDP / IP / Token-Ring

7 Sotto l IP L architettura TCP/IP non specifica i livelli 1 e 2 (fisico e collegamento), ma utilizza quelli normalmente disponibili e conformi agli standard. E quindi possibile sfruttare reti preesistenti, ad esempio: reti locali: Ethernet/IEEE802.3, Token-Ring, FDDI reti geografiche: HDLC, PPP, SLIP, X.25, Frame Relay, SMDS, ATM Il protocollo IP livello 3 (rete) datagram non connesso si occupa di: instradare i messaggi spezzare e riassemblare i pacchetti rilevare eventuali errori (ma non correggerli)

8 Il protocollo IP (IPv4) Il protocollo IP (IPv4) Indirizzo: formato da 4 byte ( ) Possibili elementi indirizzabili: 2^32 ~ 4.3 MLD Tanti?

9 Il protocollo IP (IPv6) Indirizzo: formato da 16 byte (fdb7:b263:4d9:9c6f:c47c:6c41:79ed:b006) Possibili elementi indirizzabili: 2^128 ~ 3,4 * 10^38 di più!! Classi di indirizzi IPv4 Classe A: reti di dimensioni molto grandi (primo campo tra ), fino a 16M di host Classe B: reti medio-grandi (primo campo tra ), fino a 64K host Classe C: reti di dimensioni piccole (primo campo tra ), fino a 256 host Classe D: applicazioni multicast (primo campo tra ) Classe E: usi futuri

10 Il protocollo TCP protocollo di trasporto di tipo connection oriented full-duplex (bidirezionale contemporaneo) con acknowledge e controllo di flusso le applicazioni si connettono alle porte TCP le applicazioni principali sono associate a porte prestabilite (http è sulla porta 80, telnet 23, ) TCP segmenta e riassembla i dati secondo le proprie necessità: ad esempio se un applicazione fa tre scritture su una porta il destinatario potrà dover effettuare una o dieci letture per ottenere i dati è un protocollo sliding window, con meccanismi di timeout e ritrasmissione (la ricezione dei dati deve essere confermata dall applicazione remota Il protocollo TCP: header

11 Gli applicativi Telnet, rlogin FTP, RCP, TFTP SMTP DNS BOOTP ISODE RSH, REXEC, RWHO NFS, Netbios SNMP NIR: da cui WAIS, gopher, WWW, Mezzi Trasmissivi: componenti passive Elettrici: il mezzo conduttore è elettrico doppino di rame (LAN) cavo coassiale (WAN) Onde elettromagnetiche: non c è mezzo ponti radio terrestri (extralan, WAN) canali irradianti/multiaccesso (telefonia) ponti satellitari (WAN intercontinentali) Ottici: il mezzo è la fibra ottica usata sia in WAN che in LAN oltre ad avere una banda straordinaria è immune ai disturbi elettromagnetici

12 Mezzi Trasmissivi: componenti attive Repeater e Hub (livello 1) servono per superare le limitazioni di alcuni mezzi trasmissivi Bridge e Switch (livello 2) hanno algoritmi di instradamento molto semplici si utilizzano normalmente per interconnessioni locali Router (livello 3) hanno algoritmi di instradamento sofisticati si utilizzano normalmente per interconnessioni geografiche Gateway (livello 7) si utilizzano per interconnettere architetture di rete diverse (es. SNA e Internet) Mezzi Trasmissivi: Repeater è un apparato di livello 1 (fisico), quindi interpreta solo i segnali elettrici e ha come unità trasmissiva il singolo bit serve ad estendere la lunghezza del canale trasmissivo su LAN omogenee porta a realizzare topologie ad albero rigenera stringhe di bit ricevute su un canale e le ritrasmette sugli altri canali

13 Mezzi Trasmissivi: Repeater Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Data Link Fisico Repeater Fisico Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Data Link Fisico Mezzi Trasmissivi: Hub è un repeater multiporta è un concentratore di cablaggio (opera a livello fisico) serve a collassare una topologia a bus o ad anello in un topologia a stella, semplificando (e rendendo più affidabili) le operazioni di cablaggio e manutenzione non aumenta la capacità trasmissiva

14 Mezzi Trasmissivi: Bridge interconnettono LAN anche con livelli fisici e MAC diversi, ma con lo stesso LLC se protocolli sono diversi, necessaria traduzione delle intestazioni (PCI) funzionano in modalità store and forward non intervengono sul contenuto dei pacchetti intelligenza di instradamento limitata LAN interconnesse da bridge sono separate Mezzi Trasmissivi: Bridge Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Data Link Fisico BRIDGE Data Link Fisico Fisico Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Data Link Fisico

15 Mezzi Trasmissivi: Switch è funzionalmente equivalente ad un bridge che opera su più di 2 porte sono associati a topologie a stella o ad albero (cablaggio strutturato) spesso ha una sola stazione per porta collegata talvolta non supporta l algoritmo spanning tree supporta le LAN virtuali Mezzi Trasmissivi: Router lavora a livello 3 (rete) tipicamente è multiprotocollo

16 Mezzi Trasmissivi: Router Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Data Link Fisico Router Data Link Data Link Fisico Fisico Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Data Link Fisico Mezzi Trasmissivi: Gateway permette di collegare sistemi appartenenti ad architetture di rete diverse Lavorando a livello applicativo (livello 7 OSI) un esempio è rappresentato dal gateway per la posta elettronica (può ad esempio filtrare i messaggi di posta a seconda dell oggetto, della dimensione, etc )

17 Mezzi Trasmissivi: Gateway Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Data Link Fisico Gateway Applicazione Presentazione Presentazione Sessione Sessione Trasporto Trasporto Data Link Data Link Fisico Fisico Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Data Link Fisico Architetture logiche e fisiche

18 Stand Alone tipico applicativo anni 1980 nessun problema di concorrenza spesso nessuna scomposizione orizzontale reale dell applicativo ma un soluzione monolitica scalabilità nulla Client Server: database condiviso tutta la logica sul client fat client (very fat) problemi di aggiornamento e gestione dei client elevate richieste di risorse sul client i client evolvono con l applicativo

19 Client Server a due livelli logica di interazione legata al client logica applicativa nel server, spesso integrata nel database (store procedure, ) client come player (Oracle Form) o sistemi dedicati (AS/ 400, ) Architetture WEB/Mobile (3-tier) logica di interfaccia sul client ridotti problemi di aggiornamento dei client separazione netta tra informazione e sua rappresentazione logica applicativa completamente centralizzata il client non è che un player generico per linguaggio standard (html, ) si possono aggiungere nuove tipologie di client senza modificare l applicativo

20 Macrolivelli logici di un software applicativo la scomposizione permette di: semplificare modularizzare riutilizzare integrare distribuire lo sviluppo ed il sistema realizzato concentrarsi su un dato problema Macrolivelli logici di un software applicativo: Client ambiente utente controlli interazione con l utente nel contesto dell utente

21 Macrolivelli logici di un software applicativo: Presentation multicanalità separazione tra informazione e sua rappresentazione interazione con la logica applicativa Macrolivelli logici di un software applicativo: Business logica applicativa rutine e librerie comuni gestione dell accesso alle informazioni gestione delle transazioni congruenza applicativa dell informazione

22 Macrolivelli logici di un software applicativo: Data storage permanente dell informazione gestione della coerenza strutturale dell informazione Architetture Multilayer Facilità di gestione Scomposizione ben definita Automatizzazione Riutilizzo Gestione delle Responsabilità Modulrità Scalabilità Distribuzione del lavoro Protezione della conoscenza

23 Architetture Multilayer: livelli comuni e propri Livelli Framework Livelli applicativi Architetture Multilayer: Sicurezza e Gestione Sicurezza Autorizzazioni Utenti Oggetti - Ruoli MANAGMENT

24 Affidabilità e scalabilità di un sistema informatico I sistemi in cluster Affidabilità e Scalabilità: tali caratteristiche vanno di pari passo con il concetto di clustering Un cluster è un gruppo di server che lavorano in totale coordinazione in modo da: apparire come una singola entità all utente sopperire al fallimento di un nodo con l inserimento di un altro in modo trasparente (failover). Questo sistema architetturale fa in modo che i dati e gli stati logici siano sempre attivi e preservati, e permette di aggiungere componenti hardware o aumentare l utenza più agevolmente (scalabilità).

25 Application & DB Cluster: Dedicated Secondary Node primario secondario il nodo primario supporta tutti gli utenti in linea, mentre il secondario è in standby. in caso di fault, il secondario entra in gioco divenendo il primario e prendendosi carico delle risorse in uso. active/passive: uno dei due nodi non è mai in funzione tipicamente su 2 nodi utilizzata spesso nei database server quando clustered info (RAID esterno) Application & DB Cluster: High Avaliable Cluster primario secondario affidabilità paragonabile alla configurazione Active / Passive ma performance più elevate in quanto entrambi i nodi sono on line la capacità dei nodi deve essere scelta non per prestazioni del singolo sottosistema, ma per essere in grado di sobbarcarsi anche delle risorse del compagno in caso di fallimento active/active: entrambi i nodi sono sempre on-line load balancing predittivo tipicamente su 2 nodi utilizzata nei database server con elevate performance maggiori difficoltà di gestione e costi superiori all A/P clustered info (RAID esterno)

26 Web Cluster: Load Balancing NLB Cluster tutti i nodi erogano gli stessi servizi bilanciamento del carico basato su virtualizzazione dell indirizzo IP delle macchine le macchine compaiono all esterno come un unica entità in caso di fault di una macchina le richieste vanno sulle restanti macchine (ovviamente le sessioni aperte sulla macchina in Architetture cluster a più livelli NLB A/A A/P Tipica architettura di FARM (non sono rappresentati i sistemi di sicurezza e gestione)

27 Caching Web Cache Database Cache