Corso TECNICO DI RETE

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1 Corso TECNICO DI RETE MODULO 1 dimensionamento architettura di rete Docente: ing.andrea Sarneri sarneri@ttc-progetti.it Lezione 1 Introduzione 1.Richiami sui sistemi operativi 2.I meccanismi base della trasmissione dell informazione 3.Richiami di nozioni di base sui calcolatori e sui formati dei dati 4.Tipologie di reti e di interconnessione 1

2 BUS 14/12/2010 ARCHITETTURA DEL COMPUTER - HARDWARE DISK ASCII Printer NETWORK PRINTER BUS CPU BUS MEMORY Scanner USB Modem Monitor Keyboard ARCHITETTURA DEL COMPUTER - HARDWARE CPU Central processing unit: è il blocco che esegue le funzioni di calcolo ed elaborazione BUS infrastruttura di comunicazione interna al computer che consente il passaggio di informazioni tra i vari dispositivi e la CPU. Il bus può essere PARALLELO o SERIALE DISPOSITIVI DI INPUT OUTPUT Tastiere, display, mouse, scanner, stampanti, sono i dispositivi che consentono l interazione con l operatore o che convertono/visualizzano i dati in entrata/uscita alla CPU DISPOSITIVI DI MEMORIZZAZIONE Si dividono in memorie permanenti (es Dischi rigidi, nastri) e volatili (es Ram). Sono caratterizzati da : tipologia di accesso (diretto o sequenziale) e velocità di accesso 2

3 ARCHITETTURA DEL COMPUTER - SOFTWARE Le ISTRUZIONI (codice sorgente) sono i comandi che, una volta codificati in BINARIO (codice macchina) e caricati nella memoria, vengono eseguiti sequenzialmente dal computer. I linguaggi di programmazione codificano le istruzioni che corrispondono alle operazioni elementari Più istruzioni possono essere raggruppate in PROCEDURE che eseguono operazioni più complesse. Più procedure costituiscono i PROGRAMMI ARCHITETTURA DEL COMPUTER - SOFTWARE La sequenza di istruzioni può essere COMPILATA in modo da creare un unico blocco di programma binario ESEGUIBILE dalla CPU. E possibile anche avere istruzioni che vengono INTERPRETATE in modo che il codice binario viene creato ad ogni passo Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione 3 Istruzione 4 Istruzione 5.. Istruzione 1 Istruzione 2 Istruzione 3 Istruzione 4 Istruzione 5.. INTERPRETE COMPILATORE.EXE (binario) Formato intermedio (Virtual Machine) Eseguibile binario 3

4 ARCHITETTURA DEL COMPUTER - SOFTWARE Ogni computer per poter funzionare deve avere almeno un programma, denominato SISTEMA OPERATIVO. Il compito principale del sistema operativo è gestire le risorse del sistema (lato hardware) e gestire e sincronizzare i vari PROGRAMMI (lato utente) Strati Interfacce Modularità ARCHITETTURA DEL COMPUTER - SOFTWARE I moderni sistemi operativi operano in modalità multitasking, ovvero sono in grado di coordinare l esecuzione contemporanea di più programmi ( task ) attraverso una gestione a slot del tempo di esecuzione assegnato ad ogni task. Il sistema operativo gestisce anche le diverse priorità assegnate ai task, ovvero il meccanismo di interruzione di un task a vantaggio di un altro a priorità maggiore 4

5 ARCHITETTURA DEL COMPUTER I DATI I dati sono la materia prima dei sistemi informatici. Gli archivi (unità di archiviazione, nelle varie tecnologie) sono i contenitori dei dati e dei programmi. Attorno agli archivi (dati e programmi) si svolgono le attività produttive principali di un sistema informatico: 1. Gestione dei dati (conservazione, immagazzinamento, trasporto) 2. Elaborazione (generazione di dati derivati ) 3. Visualizzazione e presentazione (tutto quanto legato al confezionamento dei dati, rappresentazione grafica, testuale, stampata, ) CIS - Incontro 1 9 ARCHITETTURA DEL COMPUTER I DATI I dati vanno adattati ad un formato che il computer è in grado di comprendere: IL FORMATO BINARIO: Il computer è in grado di manipolare solo le sequenze di 1 e 0 (BIT) IL FORMATO DECIMALE si può convertire in BINARIO Una sequenza di 8 BIT è denominata BYTE Il FORMATO ESADECIMALE (HEX) è un formato intermedio utilizzabile nella conversione da Decimale a binario Decimal Binary Octal Hex A B C D E F

6 ARCHITETTURA DEL COMPUTER I DATI Esempi di conversione dati in formato binario a 8 bit Numeri interi da 0 a Numeri interi negativi?..numeri >15?..Grandezze fisiche continue? Caratteri: Il formato ASCII Binary Oct Dec Hex Glyph ` a b c d e f g h i A j B k C l D m ARCHITETTURA DEL COMPUTER I DATI Quanti valori diversi si possono rappresentare con un bit? Quanti valori diversi si possono rappresentare con un nybble? Quanti valori diversi si possono rappresentare con un byte? Quanti valori diversi si possono rappresentare con due byte? N = 2 n n numero di bit Il COMPUTER MANIPOLA I DATI A MULTIPLI DI BYTE: LE WORD 6

7 ARCHITETTURA DEL COMPUTER I DATI La WORD è il formato base con cui il computer trasferisce i dati e le istruzioni al suo interno, per poi generare i risultati. Una grandezza espressa con più bit è in genere molto più precisa e accurata. In passato i computer avevano architetture a 8 bit, successivamente si è passati a 16 bit. Oggi le moderne architetture sono a parallelismo 32 o 64 bit. ARCHITETTURA DEL COMPUTER I DATI Gli archivi: Il file system (disco rigido, chiavetta USB, CD-ROM/DVD). In questo caso l unità elementare di archiviazione è il FILE ovvero un blocco di informazioni digitali (bytes) caratterizzato da un nome, una estensione, e un percorso all interno di una struttura ad albero I Database sono archivi strutturati che integrano delle funzionalità di accesso (prelievo, memorizzazione) ottimizzate e specifiche(es. Access, SQL). Al loro interno i dati sono organizzati gerarchicamente in campi,record, tabelle,..e con diverse modalità di accesso (sequenziale, random,..) CIS - Incontro

8 I MECCANISMI BASE DELLA COMUNICAZIONE La Teoria dell'informazione è quel settore dell'informatica e delle telecomunicazioni che si occupa di definire le basi teoriche su cui si fonda la scienza dell'informazione. La sua nascita è relativamente recente: essa viene solitamente fatta risalire al 1948, anno in cui Claude Shannon pubblicò Una teoria matematica della comunicazione Shannon definì i componenti base delle comunicazioni digitali: L'informazione di partenza che crea il messaggio L'individuo che, ricevute le informazioni, le traduce in messaggio da trasmettere lungo il canale Il canale, che funge da mezzo di trasmissione del segnale e che provvede a trasmetterlo a destinazione Il ricevitore, che riceve il segnale trasmesso lungo in canale e provvede a decodificarlo. Il destinatario (persona o macchina), che riceve il messaggio e ne comprende il significato CANALE I MECCANISMI BASE DELLA COMUNICAZIONE Chiamata telefonica: esempio di protocollo di chiamata CANALE 1. Chiamante alza cornetta (impegna linea chiamante) 2. Verifica disponibilità (segnale di libero) 3. Compone numero (richiesta di apertura circuito) 4. Impegno circuito (segnale di libero) 5. pronto, sono Bianchi, c è Mario? (resituzione ID chiamante, richiesta di sottoselezione destinatario) 6. ciao Mario 1. Verifica disponibilità chiamato 2. Attivazione suoneria chiamato 3. Il chiamato alza la cornetta 4. Inizio modalità conversazione 5. pronto, famiglia Rossi, chi parla? (restituzione ID mittente, richiesta ID chiamante) 6. un momento, glielo passo 7. pronto? 7. ciao, a presto 8. Riaggancio e liberazione del circuito 8

9 RETI DI TELECOMUNICAZIONI Il Sistema Postale: RETI DI TELECOMUNICAZIONI Il Sistema Postale: Sistema di codifica delle coordinate del destinatario e del mittente (es nome, cognome, indirizzo, CAP) Esistenza di una infrastruttura di trasporto : il sistema stradale, poi ferroviario e aereo Regole di trasporto del messaggio: principio della condivisione delle risorse (raccolta, smistamento, affasciamento, trasmissione e instradamento, distribuzione, consegna) Formattazione del messaggio, codifica. Adattamento del messaggio al trasporto (busta, cartolina, pacco) Negoziazione del tipo di servizio (AR, Assicurata, celere,.) 9

10 RETI DI TELECOMUNICAZIONI Il Sistema Telefonico: Il telefono viene inventato da Antonio Meucci (*) nel 1871, quasi contemporaneamente a Graham Bell negli USA. La comunicazione avviene tra due terminali collegati da un circuito, fisicamente costituito da un doppino (coppia di fili di rame intrecciati) Il telefono è FULL DUPLEX grazie all invenzione della forchetta telefonica, un circuito in grado di combinare/separare il segnale di trasmissione e ricezione sullo stesso doppino RETI DI TELECOMUNICAZIONI Il sistema telefonico: Un sistema di indirizzamento: piano di numerazione (codice, prefisso, numero) Una infrastruttura di trasporto: milioni di chilometri di doppino telefonico, centrali di commutazione, sistemi di alimentazione.. Regole di gestione della risorsa circuito : principio della condivisione e affasciamento, sistema di segnalazione della disponibilità, protocollo di attivazione e rilascio del circuito Un sistema di tariffazione dei costi del circuito ad utilizzo Monitoraggio della qualità del servizio (circuito) 10

11 I MECCANISMI BASE DELLA TRASMISSIONE DELL INFORMAZIONE Spedizione postale: esempio di protocollo di spedizione CANALE 1. Scrittura messaggio 2. Imbustamento 3. Scrittura indirizzo 4. Compilazione ricevuta di ritorno 5. Invio presso ufficio postale 1. Raccolta buste 2. Analisi CAP destinazione 3. Accorpamento buste con stesso CAP 4. Invio a centro smistamento CAP di pertinenza 5. Smistamento a ufficio locale 6. Consegna a postino 6. Ricezione ricevuta di ritorno 1. Consegna a destinatario 2. firma ricevuta di ritorno I MECCANISMI BASE DELLA COMUNICAZIONE Confronto tra sistema telefonico e sistema postale Telefono I circuiti sono una risorsa limitata La rete, una volta attivato il circuito svolge un ruolo passivo, a parte il conteggio del tempo di utilizzo Grande mole di dati: Una conversazione molto lunga è sempre possibile, a scapito degli altri utenti che non possono riusare il circuito Se il destinatario non risponde, comunque in un tempo limitato il sistema o il chiamante libera il circuito Il sistema telefonico interagisce direttamente con l operatore umano, da cui la necessità di funzionamento REALTIME, in particolare nella fase di conversazione. Posta Il tempo è una risorsa limitata La rete svolge un ruolo sempre attivo, dal trasporto allo smistamento, alla consegna finale Grande mole di dati: Per un pacco molto ingombrante può non essere possibile la spedizione (ovvero non si riesce ad adattare il contenuto al trasporto) Se il destinatario è irraggiungibile, comunque le risorse sono state impegnate e sprecate Il sistema postale NON interagisce direttamente con l operatore umano, non è necessario operare in realtime, MA è importante la ACCURATEZZA del tempo di consegna 11

12 RETI DI TELECOMUNICAZIONI Le possibili classificazioni delle reti: In base alla topologia In base al modello di comunicazione In base alle distanze geografiche In base ai servizi.. LE RETI : Topologie di connessione 12

13 LE RETI : Topologie di connessione Reti a stella:sono le più utilizzate per LAN tipo ethernet. Il numero di canali è uguale al numero di nodi meno uno (c=n-1). La tolleranza ai guasti è elevata: nel caso in cui il canale si guasti, la funzionalità della rete non viene compromessa. Al centro della stella si trova un dispositivo di rete. Reti ad anello il numero di canali è uguale al numero di nodi (c=n), nel caso in cui il canale si guasti la rete non funziona più. Si basa su una linea chiusa alla quale possono connettersi tutti i nodi della rete. Reti a bus: Non hanno tolleranza ai guasti e qualunque interruzione di canale comporta l'esclusione di una parte della rete. Il numero di canali è uguale al numero di nodi +1 c=n+1. Reti ad albero Reti a maglie completamente connesse o non completamente connesse LE RETI : modelli di connessione Commutazione di circuito Nella tecnica detta "a commutazione di Circuito" viene realizzato lungo la rete un percorso riservato tra trasmettitore e ricevitore, rimandando la connessione se ciò non è possibile. Ottenuta la linea sul percorso nessun altro nodo può utilizzare il canale, finché la comunicazione non è terminata. In questo modo il singolo colloquio avviene alla massima velocità, mentre le prestazioni globali delle rete risentono dei tempi di attesa necessari per ottenere la connessione sul percorso. 13

14 LE RETI : modelli di connessione Commutazione di pacchetto Con questa tecnica il messaggio viene suddiviso in parti di piccole dimensioni, dette Pacchetti, che vengono inoltrati sulla rete in modo indipendente l'uno dagli altri; ogni pacchetto può seguire un percorso separato, a seconda del maggiore o minor traffico delle varie linee, e giungere al destinatario in istanti diversi. La trasmissioni di piccoli pacchetti tutti delle medesime dimensioni (qualche migliaio di byte) consente di ottimizzare l'utilizzo della rete ottenendo un'alta velocità complessiva. Il protocollo di comunicazione, però, deve prevedere un metodo per la ricostruzione esatta della sequenza dei pacchetti in modo da ricomporre il messaggio originario. LE RETI : modelli di connessione - modello Client - Server Con il termine client-server si intende una applicazione destinata all utilizzo in rete. Tale applicazione è suddivisa in due componenti che dialogano fra di loro con un meccanismo di richieste (da parte del lato client) e relative risposte elaborate e fornite dal lato server. Ciascun lato della applicazione soddisfa diversi requisiti, e necessita di risorse diverse: 14

15 LE RETI : modelli di connessione - modello Client - Server CLIENT: Dovendosi interfacciare con l utente, si occupa degli aspetti di visualizzazione, di verifica dell input, dopodichè deve essere in grado di gestire la comunicazione, elaborare le richieste e formularle al server. Ottenuta la risposta dal server può ulteriormente elaborarla localmente e poi presentarla all interfaccia utente. LE RETI : modelli di connessione - modello Client - Server SERVER: Il server non ha una interfaccia utente, ma ha più client che possono richiedere servizi e dati contemporaneamente, quindi deve gestire la concorrenza delle richieste. Il server ha accesso al database e deve tradurre le richieste dei client verso il database, deve poi restituire le informazioni richieste al client. Il server deve anche curare l integrità dei dati del database. Client e server girano su macchine diverse. Caratteristiche del client: velocità di visualizzazione, minima capacità di storage Caratteristiche del server: multitasking, storage affidabile, capacita di elaborazione 15

16 Modello Client-Server Lato CLIENT PC Pippo: 1. Presentazione grafica 2. Lato Client Applicazione (istanza utente Pippo) 3. Driver di Database 4. Driver di comunicazione 5. Sistema Operativo Lato CLIENT PC Pluto: 1. Presentazione grafica 2. Lato Client Applicazione (istanza utente Pluto) 3. Driver di Database 4. Driver di comunicazione 5. Sistema Operativo Il client ha capacità di elaborazione, richiama i dati dal database del server e li elabora in locale. Ogni client opera in parallelo, il server si limita a soddisfare le richieste di dati. Lato server: 1. Applicazione Server (istanza Pippo) 2. Applicazione Server (istanza Pluto) 3. Servizio Database 4. Servizio Driver di comunicazione 5. Sistema Operativo il client può richiamare delle elaborazioni che vengono eseguite sul server per motivi di velocità ed efficienza. Modello Terminal - SERVER Lato CLIENT PC Pippo: 1. Applicazione TERMINAL client 2. Driver di comunicazione 3. Sistema Operativo Lato CLIENT PC Pluto: 1. Applicazione TERMINAL client 2. Driver di comunicazione 3. Sistema Operativo Il client NON ha capacità di elaborazione, ma funge solo da visualizzatore dell output dei processi, che vengono eseguiti sul server Lato server: 1. Applicazione (istanza Pippo) 2. Applicazione (istanza Pluto) 3. Servizio Terminal Server 4. Servizio Database 5. Servizio Driver di comunicazione 6. Sistema Operativo Il server attiva in parallelo più istanze di applicazione, una per ogni utente terminal. 16

17 LE RETI : modelli di connessione - modello Client - Server Vantaggi dell'architettura client/server Il modello client/server è particolarmente consigliato per delle reti che necessitano un elevato livello di fiducia, e i suoi principali vantaggi sono : risorse centralizzate : dato che il server è al centro della rete, può gestire delle risorse comuni a tutti gli utenti, come ad esempio un database centralizzato, per evitare i problemi di ripetizione e contraddizione una sicurezza migliore : dato il numero di punti d'entrata che permettono l'accesso ai dati è minore un'amministrazione a livello del server : considerata la poca importanza dei client in questo modello, hanno meno bisogno di essere amministrati una rete evolutiva : grazie a questa architettura è possibile sopprimere o aggiungere i client senza disturbare il funzionamento della rete e senza modifiche importanti Inconvenienti del modello client/server L'architettura client/server ha comunque qualche lacuna come : un costo elevato dovuto alla tecnicità del server una anello debole : il server è il solo anello debole della rete client/server, dato che tutta la rete è strutturata intorno a questo! Fortunatamente, il server ha una grande tolleranza ai guasti. LE RETI : modelli di connessione - modello peer to peer In un'architettura peer to peer contrariamente ad un'architettura di rete di tipo client/server, non vi è nessun server dedicato. Così ogni computer in una rete simile è per una parte server e per l'altra client. Questo significa che ognuno dei computer di rete è libero di condividere le sue risorse. Un computer collegato ad una stampante potrà quindi eventualmente condividerla affinché tutti gli altri computer possano accedervi attraverso la rete. 17

18 LE RETI : modelli di connessione - modello peer to peer Vantaggi e svantaggi Non si deve acquistare un server con potenzialità elevate, ogni computer deve avere i requisiti per sostenere l'utente in locale e in rete, ma anche gli altri utenti che desiderano accedere alle risorse di questo in remoto. Ogni utente condivide localmente le proprie risorse ed è amministratore del proprio client-server. Questo da un lato può essere positivo per una questione di "indipendenza", ma dall'altro richiede delle competenze ad ogni utente, soprattutto per quel che concerne la protezione. La velocità media di trasmissione dei dati è molto più elevata di una classica rete con sistema Server / Client, dal momento che l'informazione richiesta da un Client può essere reperita da numerosi Client connessi in modo paritario (ossia "peer"), anziché da un unico server (questo tipo di condivisione diventa tanto più efficace tanti più sono i Client connessi, in antitesi con la rete tradizionale Server/Client, dove un elevato numero di Client connessi riduce la velocità di trasmissione dati per utente). La sicurezza degli accessi ai client viene gestita localmente su ogni macchina e non centralizzata, questo significa che una rete basata su utenti deve avere lo stesso archivio reimpostato in ogni client. LE RETI : modelli di connessione - modello peer to peer ESEMPI DI RETI PEER TO PEER: La rete peer Microsoft: quando più macchine microsoft si trovano in visibilità su una LAN e non ci sono server Microsoft controllori di dominio, i client microsoft si connettono tra di loro automaticamente attraverso alcuni protocolli proprietari (NETBIOS), in particolare per la gestione dei nomi di rete (WINS).. Le reti Napster, E-Mule, Torrent, etc: attraverso la rete Internet è possibile accedere a reti di computer peer to peer che mettono in condivisione contenuti (tipicamente multimediali, mp3, files, ecc..) spesso in violazione delle norme sul copyright. Per questo è necessario scaricare ed installare specifici programmi che dialogando preliminarmente con un server, mettono poi a disposizione una serie di indici ed indirizzi delle macchine attive in rete (peer) da cui poter scaricare segmenti di tali file per poi riordinarli sul PC locale. Mentre si effettua il download in background viene effettuato anche l upload verso i peer che fanno richiesta di segmenti presenti sullo stesso PC Da cui emerge il PROBLEMA DELLA SICUREZZA 18

19 LE RETI : modelli di connessione - modello cloud E possibile superare i modelli client-server e peer2peer? Il Cloud Computing: insieme di tecnologie informatiche che permettono l utilizzo di risorse distribuite. La caratteristica principale di tale approccio è di rendere disponibili all utilizzatore tali risorse come se fossero implementate da sistemi standard. Quali risorse? Applicativi software Piattaforme software (librerie, servizi) Infrastrutture hardware Modello Cloud computing I vantaggi sono: Flessibilità di utilizzo delle risorse, utilizzo o rilascio ondemand delle risorse. Standardizzazione delle interfacce, o meglio virtualizzazione delle risorse. Ridurre i tempi di non utilizzo delle proprie risorse ottimizzando i costi di infrastruttura. Svantaggi o rischi: Consolidamento delle risorse in mano a pochi Difficile Garantire la privacy dei dati Dipendenza della operatività dalla rete 19

20 LE RETI : connessioni geografiche 20