Prin cipi di Reti di Calcolatori e Problematiche di Internet

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1 Prin cipi di Reti di Calcolatori e Problematiche di Internet Prof. S an t o Motta Prof. Francesco Pappalardo

2 Reti di Calcola tori MODEM MODEM 2

3 Reti di Calcola tori Cosa è una rete? Punto di vista logico: sistem a di da ti ed utenti distribuito Punto di vista fisico: in sie m e di hardware, collegam enti, e protocolli che perm e ttono la comunica zione tra m a cchine rem ote Prin cipi di Re t i d i Ca lcola tori e Prob lematiche di internet 3

4 Reti di Calcola tori Una rete di calcola tori offre alcuni va ntaggi rispe tto a ll u so di un calcola tore isola to: Con division e d e ll Informazione Con division e d e lle Risorse Acc e s so a Risors e Re mote Alta Affida b ilità Con ve n ie n za Econ omica Cres cita Gra d u a le 4

5 Mezzi fisici di trasmissione da ti Mezzi di trasm issione (bp s = bit/sec) Cavo a doppino intrecciato Doppino te lefonico (ve locità fino ai 20 Mbit/s ADSL2+ ) Cavo Ethernet (fino a 100 Mbit/s - 1 Gbit/s) Cavo coassiale ( bps) Fibra ottica (monomodali e multimodali) (bit = a sse nza/pre se nza se gnale luminoso; 10 9 bps) Ond e e lettromagne tiche (e s. via sa te llite ) 5

6 Trasmissione del segnale Digita le-ana logico L in fo rma zione tra sm e s s a è digit ale (s e q u e n za di b it) S e g n a li = a n a lo g ic o (con tin u o ) Il Mode m (Mod ula tore - D e m o d u la to re) tras fo rm a u n a s e q u e n z a di b it in s e g n a li a n alo g ici e vice v e rs a Meccanismo di funzionamento: un onda base detta frequenza portante o carrier viene opportunamente modulata per trasmettere un segnale. Tipi di modulazione: - Modulazione in frequenza: il modem a lte ra in frequenza una s equ enza portante 0 = freq più bassa;1 = freq più alta - Mo dulazione in a mpiezza: Si modula l ampiezza del carrier. - Modulazione in fase: Si modula la fase del carrier. 6

7 Tipi di modulazione ASK (Amplitude Shift Keying) => Modulazione d'ampiezza (deriva dall AM) FSK (Frequency Shift Keying) PSK (Phase Shift Keying) DPSK (Differential Shift Keying) => Modulazione di frequenza (deriva dalla FM) => Modulazione di fase (deriva dalla PM) => Modulazione di fase (deriva dalla PM) QAM (Quadrature Amplitude Modulation) => Modulazione mista di ampiezza e fase Segnale Modulazione in ampiezza Modulazione in frequenza Modulazione in fase 7

8 Velocità delle reti di Calcola tori Le p re s ta zioni di u n a rete sono d a te d a lla la rg h e zza d i b a n d a. La la rghe zza di band a indica la quantità di informazione che la rete è in grado di trasmette re. La la rghe zza di band a viene misura ta in bit a l secondo: un collegamento telefon ico via mod e m analogico PSTN (fin o a 5 6 Kb ps). un collegamento telefon ico d edica to ISDN (fino a 128 kbps usando 2 canali) o ADSL (fino a 20Mb ps). un collegamento di u na rete loca le (fin o a 1Gbps). 8

9 Da PSTN a ADSL Come siamo passati dai 56kbps dei vecchi modem PSTN ai 20 Mbps (ed oltre) dei moderni modem ADSL visto che entrambe utilizzano lo stesso supporto? PSTN: Usava modem analogici che modulavano opportunamente un segnale sonoro attraverso il doppino telefonico. Il cavo di rame del doppino telefonico è però in grado di trasmettere non solo le frequenze che vanno da 0 a 4 khz (comunicazione vocale) ma è in grado di arrivare molto oltre (ordine di 8000 khz!!) ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line): Riservare le frequenze da 0 a 4 khz per le chiamate. E dividere le frequenze più alte rimanenti (fino a 1104 per l ADSL e fino a 2.2 Mhz per l ADSL2) per la trasmissione digitale. Le frequenze disponibili sono a loro volta divise in tanti canali di trasmissione di ampiezza di circa 4 khz. 9

10 E la fibra?

11 Classificazione delle Reti in base alla dimensione Le reti s ono class ificate in b ase a lla loro d im e n s ion e: Rete personale (PAN: Personal area network) Rete loca le (LAN: Local Area network) Rete Me trop olita n a (MAN: Metropolitan area network) Rete Geog rafica (WAN: Wide Area Network) 11

12 Reti Loca li Term inali n ella stess a stanza /e dificio: utilizzano colle g a m enti diretti (se nza passa re p er reti pubbliche) Reti loca li più diffu se: E th e rne t e Fas t Et h e r n e t, Gigabit ethernet.fa mig lia d i com p one n ti (h a rd wa re e s oftwa re ) che g e s tis con o la tra s mis s ione d a ti in una re te locale 12

13 Rete Locale Printer pc pc LAN d orsa le se rver pc 13

14 Reti Metropolitane e Geografiche Nodi distribuiti su distanza m e d io-lunga E possibile usa re la re te di com u n icazion e p u b blica u tilizzando mod e m o a ffitta n d o line e d i tra s mis s ione (PSTN) re ti d ig itali d i tra s mis s ion e d a ti (ISDN / ADSL) Trasmissione da ti: a ttraverso m essaggi 14

15 Topologia di una Rete A s t e lla = tutti i nodi sono collega ti ad un elabora tore centrale (che sm ista m essaggi) Ad a n ello = treno di m essaggi A b us = nodi disposti lungo un unico cana le Irregolare = a ttraverso host e nodi di trasmissione 1 2

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17 Me ssa ggi? S eq u e n ze d i b it (com e a l s olito ) trasmesse da una sorgente ad una destinazione attraverso una rete. I messaggi che vengono trasferiti da un computer ad un altro vengono di solito spezzettati in pezzi più piccoli ed impacchettati in pacchetti di uguale lunghezza che contengono: Mitte n te D estinata rio Ca ratte ri di controllo (pe r consiste nza) Conte nuto Numero del pacchetto (per ricostruire il messaggio) Timestamp del pacchetto (data e ora) Nodo d i tras mis sion e (router): riceve e ritras m e tte un m e s s a g g io a l d e s tin a tario o a d u n n odo vicino s e il d e s tin a ta rio non è direttamente colleg a to Rou t in g = il p e rcorso d el m e s s a g gio n e lla rete p u ò e s sere s ta tico o d ina m ico. 17

18 Classificazione in base al tipo di connessione Come vengono instradati i pacchetti all interno di una rete (routing)? Reti a commutazione di circuito: Viene stabilito un percorso fisso tra sorgente e destinazione. Tutti i pacchetti del messaggio seguiranno quel percorso. Vantaggio: i pacchetti vengono consegnati nell ordine di spedizione. Svantaggio: Se il tragitto si interrompe in un punto c è alto rischio di perdita di dati. Reti a commutazione di pacchetto: Ogni pacchetto può seguire un percorso tra sorgente e destinazione destinazione diverso. Vantaggio: più resistente nel caso di interruzioni del percorso. Svantaggio: L ordine dei pacchetti non è (quasi mai) garantito. 18

19 Circuit Switching Router Packet Switching 1 9

20 Pro tocolli di Com unicazione Utilizza ti d a i c a lcolato ri p e r d ialog a re Com e n e l ca s o d ella cod ifica d e i d a ti, occorre u tilizza re d e g li s ta n d ard intern azion a li p er p roblem i d i com p a tib ilità Ese mpio Modello TCP/IP (standa rd d e fac to) 20

21 Modello TCP/IP Suddiviso in va ri liv elli Applicazione: software a pplicativo Trasporto: trasform a dati in m essag gi usa ndo i proto colli TCP (tra smissione sicura ) e UDP (trasmission e veloce). Intern et: protocollo IP d i spe dizion e dei m essa ggi su lla re te (routing). Indirizzo IP = ind irizzo d egli host (computer) in rete Fisico: A s p e tti le g a ti a l tip o d i re te 21

22 HTTP FTP SMTP DNS UDP TCP I P ARPANET LAN 2 2

23 Inte rnet In te r-re te (cioè ch e colleg a m o lte s ottore ti tra loro) n a ta d a lla fu sion e d i divers e reti d i a g e n zie g overn a tive a m e rica n e (ARPANET) e re ti d i unive rsità Rete di calco la to ri ch e p e rmette pote n zialm e n te la com u nicazione tra tu tti i calcola to ri d e l mon d o: Un indirizzo dive rso p er ogni calcola tore (ind irizzo IP) Protocollo di comun icazione comun e (TCP/IP) p er lo s ca mbio di m es saggi tra i calcola tori 23

24 Indirizzi IP (Livello Internet) Un indirizzo IP è composto da una sequenza di qua ttro numeri compresi tra 0 e 255 (IPv4) Esiste un sistema detto Domain Name System (DNS) che perme tte di associa re dei nomi sim bolici agli indirizzi IP. foresto.ce.unipr.it

25 Indirizzi IPv4 e IPv6 Abbiamo 2 32 (4 miliardi circa) possibili indirizzi. Alcuni indirizzi e range di indirizzi speciali sono riservati (reti private, broadcast etc ) Originariamente suddivisi in classi: Attualmente non sufficienti. Si usano di solito degli escamotage (es: indirizzi IP Dinamici). Futuro: IPv6 (2 128 indirizzi possibili) (8 word da 16 bit, o 8 gruppi di 4 cifre esadecimali) es: 2001:0db8:85a3:0000:1319:8a2e:0370:7344 Quantificando con un esempio, per ogni metro quadrato di superficie terrestre, ci sono indirizzi IPv6 unici (cioè miliardi di miliardi), ma solo 0, IPv4 (cioè solo 7 IPv4 ogni milione di metri quadrati) (fonte wikipedia). 25

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27 Indirizzi IP privati e speciali 27

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29 Indirizzi IP e denominazione simbolica I nom i s im bolici a s so cia ti a gli indirizzi IP n on so n o libe ri, m a a s s e g n a ti d a u ffici a p positi. Il s im b olo te rmin a le è a s s e g n a to a livello intern azion a le e p uò e s s e re d i due tip i: Indicante il tipo di orga n izzazione com e d u gov n e t biz org Indicante la nazione (it, uk, fr, ) 29

30 Dominio Domini = suddivision e logica di Inte rne t per fa cilita re la gestione dei nom i de lle risorse Inte rne t è su ddivisa in un a moltitu dine di domini ra dice Domin i nazionali: u k it de us jp eu Domin i g en erici: com org e du biz Un d omin io ra dice (o di primo livello) includ e u n a collezion e d i host e p uò e s sere s u d diviso a s u a volta in so ttod omin i e così via Sottod omin io d el vostro dipartimento: dominio radice (o di primo livello) Sottodominio 30

31 Spazio dei nom i dei domini com gov org it... jp yahoo unict unipi ac co microsoft research dmi ceda di 31

32 Na m e Serve r (Se rve r DNS) Lo spazio de i nom i è diviso in zone (domini) gestite da un se rver principale e se rve r se conda ri nei quali è m ante nuta la lista degli host inclusi nel dominio ste sso (da taba se dei nomi) S e u n s e rve r n on trova u n n om e n el s uo d a tab a s e m a n d a u n a rich ie s ta a l s e rv e r d e l domin io a n te n a to o s uccess ore e così via (in te rrog a zion i ricorsive ) Questi server mantengono in memoria gli indirizzi più richiesti/più recenti re cupe ra ti tra mite a ltri s erve r. 32

33 Domain Nam e System (livello applicazione) Lo s p azio d e i n om i è m e m orizza to q u indi so tto forma d i d a ta b a s e d is trib u ito (DNS) Ogn i rete loca le h a u n p rop rio s e rve r DNS ch e map p a n om i log ici (ind irizzi DNS) in ind irizzi fisici (ind irizzi IP) Ricord a te che Indirizzi IP = codice bina rio utilizzato dal protocollo di invio da ti d el mod ello TCP/IP (live llo In te rne t) Es

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35 Servizi di Inte rnet La rete interne t fornisce qua ttro servizi (protocolli) principali: FTP (File Tran s fe r Protocol) SMTP (pop/imap) (Sim ple Mail Tra n sfe r Proto col) TELNET HTTP (Hyp e rte xt Transfer Protocol) 35

36 WorldWide Web Assiem e alla posta ele ttronica, il WorldWide Web (WWW o We b) è il modo più diffuso di utilizzare la rete Interne t. Il Web perme tte agli utenti di Interne t di m ettere a disposizione e di a cce dere a documenti via HTTP. Il Web si basa su due programmi: Il We b s e rver Il We b clien t (b rows e r) Attenzione: Internet -> Rete di computers WWW -> Servizio di Internet (che usa servizi di TCP/IP) basato sul concetto di ipertesto 36

37 L ipe rte sto globale : l ide a della ragna tela (we b) a protocollo unico universa le (CERN di Ginevra) : sviluppo della pia ttaform a ad interfaccia grafica pe r l acce sso ai siti (20 0 s e rve r web) : va rie decin e di m ilioni di s e rver w eb 2 000: 50 0 milioni di s e rve r web 37

38 Il succe sso del web Distribuzione pla netaria : si s e rve del ca na le di distribuzione più vasto e ram ifica to del mondo (Internet attraverso le line e tele foniche) Facilità di utilizzo Organizzazione ipertestuale Possibilità di trasm ettere / ricevere informazioni m ultim e d iali Se m plicità di gestione pe r i fornitori di informazioni (tutti gli utenti) 38

39 I concetti ba se del WWW Iperte s to : informa zione org a n izzata in m o do no n s e q u e nziale m a reticolare Ese mpio di informa zion e s e q u e n ziale : libro in cu i le p a g ine s ono lette in s e quen za Un iperte s to è cos titu ito d a u n ità in form a tive (nod i) e colleg a m e n ti ch e p e rme tto no di p a s s a re d a u n n odo a d u n a ltro 39

40 World Wide We b (WWW) Archite ttu ra softwa re per ge stire da ti distribuiti ge ogra ficam en te, ba sa ta sulla nozione di iperte sto Pa gin e w e b : iperte sti che possono conte nere tes to, im magini, suoni, p rogrammi e seg uibili u n u te n te legge le pagin e, se se leziona u n lin k (collega m ento a d un altra pagina, e ve n tualmente conte n uta in u n s e rve r rem oto, associato a d un oggetto d ell ipe rte s to) la pagina vie ne sostituita con quella rich ie s ta Si a p p og g ia a HTTP e a TCP/IP, e q u indi è compa tib ile con og n i tip o d i m acchin a colleg a ta a d In te rne t 40

41 Struttura del Web Arch ite ttu ra Client - s e rve r Clie n t (a d e s e m p io In te rne t Exp lore r) p e rme tte la n a vigazione n e l we b tras m ette le rich ie ste di pagine /dati re moti, rice ve le in formazion i e le visualizza sul compu te r sul q uale è in e s e cuzione A volte u tilizza p rog rammi e s te rn i (plug -in ) p er g es tire i dati rice vu ti, se codifica ti s e condo formati non supporta ti Il S e r v e r è u n p r o c e s s o s e m p re a ttivo (su un computer remoto ch e a spetta e s e rv e le rich ie s te d e i clien t Res tituisce la pa gina richies ta oppure u n m essaggio di e rrore 41

42 Architettura Clie nt - Server Richiesta SERVER Exp lorer CNN.COM Late st News Pagina INTERNET 42

43 Le regole del web Forma to unive rsa le d e i docum e n ti (HTML) Hyper text markup language Proto collo (linguag gio) di co m u nicazione s tanda rd tra l u te n te (clie n t) e d il s e rv e r: HTTP Hyper text trasport protocol Stru m e n to e s s enzia le è il b row ser: p rog ramma ch e rice ve i com andiu te n te, li tras m e tte a l s erve r, rice ve d a q u e sto le in formazioni (d ocu m e n ti) rich ie s te, n e in terpreta il form ato e n e e ffettu a la p resenta zione s u l PC sul q u ale è in esecuzione 43

44 Le regole del web Attrave rso appo siti progra m m i (Com mon Ga tewa y In terfa ce) il serve r we b e segue le richieste del clie n t Il linguaggio HTML (Hype r Text Ma rkup Langua ge) Le istruzioni con te n g ono d e i marca tori, d e tti ta g (s e q u e nze di c a ra tte ri ASCII) ch e s e rvono a d e s crive re la s tru ttu ra, la compos izion e e l im p a g inazione d e l d ocu m e n to ip erte s tu a le Alcune componenti aggiuntive (filmati etc..) v e n g ono g e s tite d al b rows e r a ttrave rs o a p positi p rog ram mi detti plug-in 44

45 Le regole di un ipertesto I colleg a m e n ti d e von o e s s e re colloc a ti in p u n ti in cu i il rife rim e n to a d a ltre in forma zioni sia rileva n te s ema n tica m e n te (con tig u ità a n a logica, a p p rofon d im e n to, rife rim e n to te matico) WWW : i nodi s ono distrib u iti n e g li e labora tori d e lla re te Cyb ers p a zio in te s o com e p os s ib ilità di s a lta re (n avigare) d a u n p u n to a d u n qualsiasi a ltro d e lla re te (logico, fisico) 45

46 La tecnica di indirizza mento URL (Uniform Re source Loca tor) : indirizzo unico della rete Indirizzam ento alla risorsa : file, documento, pagin a web, com puter. Ese m pio di indirizzo: h ttp:// e r.it/in d e x.h tm N ome compute r N om e d el file 46

47 URL: indirizzi ne l WEB Per a cce d e re a una ris orsa s u We b bisog n a con o scere il s u o ind irizzo. L indirizzo è d e tto URL (Un iform Re s ource Locator) e d è compos ta d a q u attro p a rti: Il p rotocollo (a d e s e m pio, h ttp ). L indirizzo d el calcolatore s u cu i è in e s e cuzione il We b s e rver. Il n u m ero di p orta (op ziona le : d efa u lt 8 0 ). Il p ercorso p e r a cc e dere il file. 47

48 URL: specifiche standa rd Spe cifica : Com e si vuole acce d ere a lla risorsa (m etodo) Dove si trova la risorsa (indirizzo se rve r DNS) Nom e d ella ris ors a (n om e) Forma to: Metodo://host/n ome e.unipr.it/inde x.html e.unipr.it/ e.unipr.it/p eople / 48

49 Pro tocolli ( metodi ) h ttp: protocollo gestione ipertesti ftp: trasferimento file ne ws : gruppi di discussione telne t: a ccedere a m acchine remote file : a ccedere a docum enti locali 49

50 Nome Nom e (m ne m onico) di dom inio del serv er DNS al qua le si vuole chiedere la risorsa Ese m pio: Serve r We b DII-PR: ip r.it Serve r FTP DII-PR: ftp.ce.u nipr.it 50

51 Nome risorsa Pathna m e (cam min o) che porta a l file con ten te la ris orsa (e s. p a g ina, foto, e cc) n e llo sp azio di d ati g e s tito d a l s e rve r ch e è s ta to con ta tta to Solita m e n te ogni sito h a una pagina di ingre sso d en omin ata index.h tml: p er m olti se rve r è u n d efault h ttp:// e.unip r.it/ p er m olti se rve r e quivale a h ttp:// e.unip r.it/index.h tml 51