Laboratorio di Informatica (Chimica)

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1 Laboratorio di Informatica (Chimica) Lezione 03: Le Reti. Walter Cazzola Dipartimento di Informatica e Comunicazione Università à degli Studi di Milano. Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 1

2 Le Reti Telematiche Tra le tecnologie del XX secolo dominano l elaborazione e la distribuzione delle informazioni Nascono le reti di telecomunicazioni Si sviluppano le componenti HW e SW dei calcolatori A partire dagli anni 70 informatica e telecomunicazioni convergono nelle reti telematiche Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 2

3 Le Reti Telematiche Una rete consiste in: un certo numero di dispositivi interconnessi, capaci di comunicare e di condividere le proprie risorse con gli altri calcolatori (per l elaborazione dei dati) event.. con compiti differenziati dispositivi e canali di comunicazione (per il trasferimento fisico dei dati) modem,... cavi, onde, software di gestione della rete Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 3

4 Le Reti Telematiche Finalità: Condivisione di risorse dati (database remoti o distribuiti,, ) programmi dispositivi (stampanti, elaboratori, dischi,, ) Comunicazione tra utenti messaggi ( , chat, irc, news, bbs,, file ma anche videoconferenza,,... Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 4

5 Le Reti Telematiche Miglioramento dell affidabiltà del sistema replicazione di file e di risorse Risparmio condivisione (stampanti,, ) realizzazione di grandi sistemi di calcolo a partire da tanti piccoli elaboratori (downsizing) Intrattenimento video on demand, musica on line, giochi di rete Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 5

6 Sistema di Comunicazione Sorgente Sistema di Trasmissione sender segnale receiver Canale di Trasmissione Destinatario Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 6

7 Sistema di Comunicazione Problemi da affrontare: come mettere in comunicazione più sorgenti e più destinatari schemi di connessione (topologia) tecnologie di trasmissione come trasmettere i segnali in modo affidabile e efficiente mezzi di trasmissione codifiche e protocolli Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 7

8 Le Reti di Calcolatori Per quanto riguarda come mettere in comunicazione più sorgenti e più destinatari, le reti sono caratterizzate in base a: Scala, cioè distanza tra i nodi Topologia, cioè lo schema di connessione tra i nodi Tecnologia di trasmissione: : a diffusione (broadcast), punto a punto Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 8

9 Le Reti di Calcolatori Rappresentate mediante grafi vertici: nodi della rete computer (host)) e terminali apparati di rete o elementi di commutazione (router, gateway) archi: connessioni tra i nodi cavi, collegamenti satellitari, micro-onde onde Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 9

10 Topologie di Rete La topologia, cioè lo schema di connessione tra i nodi, può essere bus o lineare anello stella albero maglia Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 10

11 Topologia a Bus Topologia a bus o lineare: tutti i computer sono collegati ad un cavo lineare condiviso sul quale trasmettono a turno (secondo una predefinita regola di arbitraggio), e ascoltano simultaneamente Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 11

12 Topologia ad Anello Topologia ad anello: i computer sono collegati su un anello i computer trasmettono a turno (secondo una regola di arbitraggio prestabilita) i dati inviati da un nodo percorrono l anello fino a quando raggiungono il destinatario es: Token Ring Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 12

13 Topologia a Stella Topologia a stella: : tutti i nodi sono collegati ad un calcolatore centrale ( (host), che riceve i dati inviati dai singoli e li smista ai destinatari. Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 13

14 Topologia ad ALbero Altri schemi di connessione dei nodi di una rete sono varianti o combinazione dei precedenti. Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 14

15 Topologia a Maglia Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 15

16 Scala Le reti sono classificate in base alla scala, cioè alla distanza tra i nodi: locale metropolitana geografica internetwork Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 16

17 Scala - Sistemi Multiprocessore Reti interne al computer: nei computer paralleli (cioè dotati di più processori) ) i processori sono collegati attraverso una rete. Hanno una estensione molto ridotta (da 1 cm. a 1 m. massimo). Sono molto veloci Gli schemi di connessione dei nodi formano strutture con particolari proprietà (alberi, maglie, ipercubi) Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 17

18 Scala: Reti locali Reti locali (LAN, Local Area Network) collegano i computer di una stanza, un edificio, un quartiere (si estendono al più per qualche km) sono veloci (Gb/s) sono usate in modo esclusivo dal proprietario LAN Hub LAN Server Stampante Non Condivisa Stampante Condivisa Aula Computer Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 18

19 Scala: Reti Metropolitane Reti metropolitane (MAN, Metropolitan Area Network) collegano i computer di vari edifici a livello cittadino realizzate spesso con la stessa tecnologia delle LAN possono trasportare dati e voce possono essere private o pubbliche sono mediamente veloci (Mb/s) Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 19

20 Scala: Reti Geografiche Reti geografiche (WAN, Wide Area Network) collegano i computer sul territorio nazionale usano linee di comunicazione pubbliche (telefoniche, canali satellitari) hanno una topologia complessa velocità dell ordine dei Kb/s - Mb/s Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 20

21 Scala: RetiR di Reti Sono una aggregazione di varie reti più reti dello stesso tipo reti di tipo diverso tecnologie e scale diverse hardware e software diversi esempio: Internet - la rete delle reti Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 21

22 Le Reti Telematiche Per quanto riguarda come trasmettere i segnali in modo affidabile e efficiente, possiamo vedere le reti come un insieme di: canali di comunicazione (dedicati/condivisi) trasportano fisicamente le informazioni codificate protocolli (proprietari/standard pubblici) definiscono le regole e il modo per trasferire le informazioni apparati di rete codificano l informazione e la inviano sui cavi. che collegano tra loro computer distinti Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 22

23 Canali di Comunicazione Canali guidati doppino telefonico, cavo coassiale, fibre ottiche, Canali non guidati onde radio, micro onde, infra rossi. canali guidati Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 23

24 Canali di Comunicazione tipo velocità minima velocità massima doppino telefonico 300bps 10 mbps micro onde 256kbps 100 mbps satellite 256kbps 100 mbps cavo coassiale 56 kbps 200 mbps fibra ottica 500 kbps 10 gbps Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 24

25 Canali di Comunicazione Esempio di sistema a collegamento misto Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 25

26 Dispositivi di Rete I segnali trasmessi in rete devono essere: amplificati per arrivare più lontano convertiti per essere trasferiti ad una rete diversa inviati nella giusta direzione Ripetitori ( (repeater) rigenerano e amplificano i segnali Ponti ( (bridge) connettono reti che utilizzano collegamenti fisici diversi. Instradatori (router) instradano un messaggio da un nodo in una rete ad un nodo in un altra rete Gateway collegano reti che utilizzano protocolli di comunicazione diversi Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 26

27 Dispositivi di rete LAN repeater LAN bridge LAN gateway router LAN internet Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 27

28 Le Reti Telematiche Per quanto riguarda i protocolli, che definiscono le regole e il modo per trasferire le informazioni, possiamo distinguere le reti in base a: organizzazione gerarchica paritetica tecnologia di trasmissione a diffusione ( (broadcast) punto a punto software (standard di comunicazione) modello ISO-OSI OSI architettura TCP/IP Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 28

29 Organizzazioni client/server /server. organizzazione gerarchica il server gestisce centralmente la condivisione delle risorse, la sicurezza della rete e la sua gestione i client fanno le richieste al server. peer-to to-peer organizzazione paritetica ogni stazione si occupa dei propri problemi di gestione. Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 29

30 Tecnologie di Trasmissione a diffusione (broadcast) tutti i nodi condividono un unico canale di comunicazione l informazione spedita dalla sorgente viene ricevuta da tutti i nodi della rete solo la destinazione la elabora tipica di reti locali e reti senza fili (wireless) Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 30

31 Tecnologie di Trasmissione punto a punto connessioni tra coppie di nodi l informazione raggiunge la destinazione attraversando i nodi intermedi sul cammino dalla sorgente ad essa ciascun nodo intermedio deve sapere in quale direzione far proseguire l informazione ricerca del cammino tolleranza ai guasti grazie a cammini multipli dalle reti geografiche in sù Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 31

32 Trasmissione punto a punto Strategie di instradamento: commutazione di circuito modello dei collegamenti telefonici crea un canale logico temporaneo dedicato, costituito da una successione di connessioni tra nodi della rete. commutazione di pacchetto modello delle spedizioni postali informazione suddivisa in pacchetti di dati di piccole dimensioni (KByte) Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 32

33 Commutazione di Pacchetto I pacchetti, cioè le unità minime di trasmissione, sono composti da intestazione (header)) e dati (payload) sono instradabili indipendentemente contengono ciascuno mittente e destinatario e le informazioni necessarie per ricomporre i pacchetti nel formato originale dell informazione Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 33

34 Standard di Comunicazione Per poter comunicare, due calcolatori devono concordare delle convenzioni, o standard di comunicazione, relative a: formato dei dati struttura dei pacchetti e informazioni di controllo velocità di trasmissione... Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 34

35 Standard di Comunicazione Modello ISO/OSI Organizzato a livelli per ridurne la complessità e aumentarne la flessibilità il numero dei livelli e le loro funzionalità dipendono dal tipo di rete; ogni livello formalizza un particolare aspetto (livello di astrazione) della comunicazione; ogni livello fornisce servizi per, e comunica fisicamente solo con, i due livelli adiacenti, superiore e inferiore (se esistono). Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 35

36 Standard di Comunicazione Esempio: A B pacco pacco spedizioniere spedizioniere container container c. aerea aereo c. aerea Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 36

37 Standard di Comunicazione Livelli adiacenti comunicano mediante interfacce definiscono le operazioni primitive e i servizi che il livello sottostante offre a quello soprastante sono strutturate in modo da ridurre al minimo gli scambi di informazione. Le regole per la comunicazione sui vari livelli si chiamano protocolli stabiliscono come la comunicazione deve procedere e il formato dei pacchetti ogni protocollo aggiunge un instestazione al messaggio con le informazioni che servono al livello omologo all altro capo della comunicazione per interpretare il messaggio. Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 37

38 Standard di Comunicazione L insieme dei protocolli usati ai vari livelli di una rete è detto pila dei protocolli. L insieme dei livelli e dei protocolli si chiama architettura di rete. Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 38

39 Standard di comunicazione Il modello di riferimento ISO-OSI OSI Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 39

40 L architettura TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol sviluppata per consentire l interoperabilità tra reti fisiche diverse negli anni 70. Composta da 5 livelli (lo stack TCP/IP è una realizzazione del modello ISO/OSI) applicazione trasporto internet accesso alla rete fisico Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 40

41 L architettura TCP/IP Livello fisico le caratteristiche del mezzo di trasmissione la natura dei segnali la velocità di trasmissione Livello di accesso alla rete organizzazione dei dati instradamento all interno di una rete Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 41

42 L architettura TCP/IP Livello internet definisce il formato dei messaggi sistema di tipo senza connessione verifica l integrità dell intestazione, ma non quella dei dati non garantisce l ordine di consegna né la consegna i pacchetti possono seguire percorsi diversi definisce lo schema di indirizzamento gestisce l attraversamento di reti diverse ( (router) trasparente all utente finale Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 42

43 L architettura TCP/IP Livello Trasporto organizza in pacchetti la sequenza di byte da trasmettere,, la riorganizza all arrivo usa il Transport Control Protocol, orientato alla connessione garantisce l ordine dei pacchetti garantisce la consegna garantisce la correttezza dei byte trasmessi ritrasmette in caso di errore controlla il flusso perché un ricevente lento non soffochi a causa di un trasmittente veloce Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 43

44 L architettura TCP/IP Livello Trasporto (segue) può usare lo User Datagram Protocol privo di connessione non garantisce l ordine dei pacchetti inaffidabile veloce non controlla la correttezza adatto per servizi in cui il tempo di risposta è più importante della correttezza.. Es., video, audio Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 44

45 L architettura TCP/IP Livello applicazione TCP/IP TCP/IP non è orientato ad alcuna specifica applicazione. Livello applicazione di TCP/IP specifica specifica come un applicazione può utilizzare l insieme dei protocolli TCP/IP, fornendo quindi la possibilità di comunicazione tra applicazioni eseguite su calcolatori diversi definiti al di sopra di TCP/IP Protocolli applicativi: definiti al di sopra di TCP/IP Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 45

46 L architettura TCP/IP È un eccellente piattaforma per la realizzazione di applicazioni client-server affidabili. Permette di condividere informazioni tra organizzazioni diverse connesse alla rete Internet. È implementato nella gran parte dei sistemi operativi. Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 46

47 Internet Definizioni: Una rete di reti basate sui protocolli TCP/IP; un insieme di risorse informative che tale rete rende disponibili; una comunità di individui che usa tale rete. Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 47

48 Internet Schema di indirizzamento Definito da IP, a 32 bit (4 Byte) Gli indirizzi IP (IP address) vengono rappresentati in forma decimale, un numero per ogni Byte. Ogni calcolatore sulla rete è identificato univocamente da un indirizzo simbolico oltre che da uno numerico athena.cs.wm.edu = Ogni indirizzo IP è concettulamente diviso in due parti la rete fisica a cui la stazione è collegata la singola stazione nell ambito della rete fisica Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 48

49 Internet Schema di indirizzamento I campi dell indirizzo identificano gerarchicamente la macchina nella rete da sin a dx nel simbolico da dx a sin nel numerico. esempio athena.cs.wm.edu = edu (128): la rete della ricerca & istruzione USA wm (239): l istituzione cs (26): il dipartimento athena (67): la macchina Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 49

50 Internet Il suffisso simbolico è fisso. Per gli USA.edu: istituti universitari e simili.gov: enti governativi.org: enti non commerciali.com: siti commerciali, ormai internazionale.mil: siti militari Per gli altri paesi è l indificativo del paese:.it (Italia),.de (Germania),.uk. (Regno Unito),.au (Australia( Australia),.ch. (Svizzera), ecc. Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 50

51 Internet Protocolli applicativi i protocolli di alto livello che i prodotti software usano per offrire servizi agli utenti finali offrono una comunicazione basata su un architettura di tipo client-server server. Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 51

52 Internet Servizi e Protocolli applicativi Connessione a calcolatori remoti: : il proprio calcolatore è impiegato come terminale a interfaccia alfanumerica. telnet rsh ssh Trasferimento di file tra calcolatori FTP: File Transfer Protocol Posta elettronica: : consente agli utenti di scambiarsi messaggi. SMTP: Simple Mail Transfer Protocol - POP: Post Office Protocol - lettura remota della posta elettronica Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 52

53 Internet Servizi e Protocolli applicazione News: messaggistica all interno di gruppi di interesse (newsgroups) NNTP: Network News Transport Protocol World Wide Web: consultazione interattiva di ipermedia con modalità point-and and-click HTTP: HyperText Transfer Protocol accesso ad altri servizi posta elettronica trasferimento file Walter Cazzola Lezione 3: Reti di Computer 53

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