Reti di calcolatori 1

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1 Reti di calcolatori 1

2 Reti di calcolatori Networking: come i computer possono essere collegati per condividere informazioni e risorse? Rete di comunicazione: infrastruttura che permette la comunicazione tra un insieme di dispositivi PC Rete di comunicazione Terminale Server PC 2

3 Reti di calcolatori Per avere una rete è indispensabile: collegamento fisico tra i diversi computer (nodi) Meccanismi in grado di trasmettere informazioni: canali di comunicazione cavi di rame coassiali cavi a fibre ottiche linee telefoniche collegamento satellitare collegamento wireless (tecnologia di trasmissione radio) Dispositivi in grado di collegarsi al canale scheda di rete (Ethernet) Modem sistema software operativo di rete, che supporti l accesso di più utenti contemporaneamente e gestisca l accesso alle risorse condivise 3

4 Reti di calcolatori: organizzazione fisica Le caratteristiche e la qualità della trasmissione dipendono da: capacità del canale (larghezza di banda - in Hz - che determina la velocità di trasmissione misurata in bit/sec) attenuazione del segnale (necessità di ripetitori) interferenza del segnale (necessità di schermatura di cavi) numero ricevitori (ogni ricevitore introduce attenuazioni di segnale) 4

5 Reti: tecnologie di trasmissione Trasmissione analogica e digitale analogica: i segnali sono trasmessi sotto forma di onda (sistema continuo) => collegamento telefonico/via satellite digitale: i segnali sono trasmessi in un linguaggio con due soli simboli (sistema discreto) => via cavi di tipo elettrico/ottico Trasmissione su linee commutate e dedicate linea dedicata: una linea privata è sempre disponibile tra due nodi linea commutata: collegamento tra due nodi temporaneo 5

6 Reti: linee commutate Linee commutate: esiste un insieme di circuiti di comunicazione e il collegamento tra due nodi viene creato solo quando serve, come succede per il traffico telefonico. La commutazione può essere di circuito o di pacchetto commutazione di circuito: viene creata una connessione temporanea commutando alcuni dei canali, la connessione viene mantenuta dall inizio alla fine e le linee vengono utilizzate in base al tempo A E B D C 6

7 Reti: linee communtate commutazione di pacchetto: Il funzionamento è analogo a quello del sistema merci ferroviario o del sistema postale. I treni in partenza da una stazione vengono spediti alla stazione di smistamento più vicina da dove alcuni treni vengono diretti a stazioni locali, altri ad ulteriori stazioni di smistamento. I messaggi sono suddivisi in parti (pacchetti) spedite in maniera indipendente. Le linee vengono utilizzate in base alla quantità di informazione da trasferire mittente A A B destinatario B 7

8 Reti: trasmissione digitale e analogica Una delle soluzioni più diffuse per la trasmissione dei dati è rappresentata dalla rete telefonica commutata che trasmette informazioni in forma analogica. Per trasformare il segnale continuo in una forma digitale occorre un dispositivo elettronico, chiamato modem (modula segnali digitali trasformandoli in analogici e demodula i segnali analogici riconvertendoli in digitali) segnale digitale modem segnale analogico linea telefonica segnale digitale modem segnale analogico 8

9 Reti: classificazione dimensionale LAN (Local Area Network) Reti locali, che collegano elaboratori vicini tra di loro (singolo edificio, complesso di edifici) Condivisione risorse: stampante laser, scanner Condivisione di programmi/dati da parte di utenti WAN (Wide Area Network) Reti geografiche, che collegano elaboratori in località remote comunicazioni in ambito di ricerca utilizzo di basi di dati in locazioni remote lavoro cooperativo possibilità di svolgere attività di lavoro a casa (telelavoro) accesso a informazioni di varia natura (Internet) 10

10 Comunicazione tra processi Modello Client-server Client: processo che esegue le richieste Server: processo che soddisfa le richieste dei client In genere: Un server, molti client I Server devono essere continuamente in esecuzione (ed in attesa) I client iniziano la comunicazione Modello Peer-to-peer Due processi comunicano in maniera paritaria I processi Peer possono essere di breve durata

11 Il modello client/server in confronto con il modello peer-to-peer 18

12 Reti di calcolatori: software Come stabilire l interazione tra due processi che devono comunicare per coordinarsi ed eseguire i compiti loro affidati? Come identificare i nodi nella rete? Naming Le linee/canali di comunicazione sono risorse condivise da più nodi. Se più nodi decidono di trasmettere contemporaneamente sullo stesso canale i messaggi potrebbero arrivare a destinazione modificati (corrotti) o non arrivare. Come stabilire il diritto di accesso? Quale percorso deve fare un messaggio per raggiungere il nodo destinatario a partire dal nodo mittente? Instradamento dei messaggi Routing 19

13 Informatica Reti di calcolatori: software a.a Una rete deve funzionare in modo affidabile! Regole in base alle quali vengono condotte le attività Protocolli In generale, un protocollo di rete fornisce delle funzionalità per: gestione dell indirizzamento (addressing) gestione dell instradamento (routing) gestione di eventuali errori di trasmissione gestione della velocità di comunicazione 20

14 Reti di calcolatori: protocolli Gli attuali protocolli di comunicazione di rete sono strutturati a livelli. Ogni livello fornisce i servizi necessari al livello superiore. I vantaggi di questa organizzazione sono i seguenti: il protocollo formalizza una astrazione della comunicazione le funzioni associate ad ogni livello sono ben definite e omogenee ogni livello fornisce servizi ai livelli superiori mascherando i dettagli implementativi le interfacce tra i vari livelli sono strutturate in modo da minimizzare la necessità di scambi di informazioni tra i livelli 21

15 Reti di calcolatori: protocolli Le suite di protocolli più note sono: ISO-OSI costituito da sette livelli TCP/IP costituito da quattro livelli, è la suite attualmente più utilizzata

16 Reti : identificazione dei nodi Come identificare i nodi nella rete? Per instaurare una comunicazione tra due nodi è necessario poterli identificare Indirizzamento dei nodi: Ad ogni nodo viene associato un indirizzo univoco nella rete che permette di identificarlo (nome logico, sequenza di bit) Una volta assegnati gli indirizzi ai nodi, deve essere possibile localizzarli. Corrispondenza tra gli indirizzi logici e indirizzi fisici. 23

17 Reti : Routing Quale percorso deve fare un messaggio per raggiungere il nodo destinatario a partire dal nodo mittente? Instradamento dei messaggi (routing) Diverse strategie Instradamento fisso Instradamento variabile Instradamento dinamico Packet switching 25

18 Reti: Informatica Routing a.a Packet switching I messaggi sono suddivisi in pacchetti, tutti delle stesse dimensioni. Questi sono spediti separatamente I pacchetti viaggiano su percorsi differenti Si devono ricordare le posizioni dei pacchetti all interno del messaggio originale per poter ricostruire il messaggio a destinazione (numerazione pacchetti) Vantaggio: maggior flessibilità, minor tempo di comunicazione Tecnica diffusa sia nelle reti locali che geografiche mittente A A B destinatario B 26

19 Reti di computer: software Rilevazione/correzione errori Il messaggio che arriva al destinatario deve coincidere con quello inviato dal mittente Ci possono essere degli errori di trasmissione o interferenze Sono necessarie tecniche che consentano al destinatario di rilevare, ed eventualmente correggere, gli errori che si possono verificare durante la trasmissione dei messaggi Insieme ai messaggi vengono spedite informazioni aggiuntive per la rilevazione-correzione degli errori Protezione dei messaggi Firewall Filtri anti spam 27

20 Reti di computer: unione di reti Connettere reti esistenti per formare un sistema di comunicazione più esteso. Dispositivi usati: Repeater Collega due bus per formarne uno più lungo, passa il segnale tra i due bus (in genere amplificandolo) senza considerare il loro significato Switch Collega due bus. Considera gli indirizzi di destinazione dei messaggi ed inoltra il messaggio solo quando questo è destinato ad un nodo all altra estremità 28

21 Il router è un computer che appartiene ad entrambe le reti e che inoltra messaggi da una rete ad un altra Reti di computer: unione di reti Deve eseguire una conversione tra le caratteristiche delle due reti originali Esempi: Conversione tra i sistemi di indirizzamento router 29

22 Internet Internet: una internet di dimensione globale Finanziata inizialmente da DARPA nel 1973 (ARPANET) Oggi conta milioni di macchine 30

23 Architettura Internet Dominio: una collezione di reti Ogni dominio in genere consiste di reti di una singola organizzazione Per creare un nuovo dominio, è importante che esso venga registrato presso l ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) Gateway: un router che connette la rete di un dominio ad un altra rete già connessa ad Internet. Rappresenta il cancello attraverso il quale si passa dall infrastruttura del dominio al mondo esterno Il mondo esterno è a volte chiamato cloud nuvola. 31

24 Indirizzamento Internet: Indirizzi IP (v4) Indirizzo IP = identificatore di un host composto da 32 bit Identificatore di rete = parte assegnata dall ICANN Indirizzo dell Host = parte assegnata dal responsabile del dominio Notazione decimale puntata = standard di visualizzazione degli indirizzi IP Esempio:

25 Indirizzamento Internet: nomi degli host Host name = nome simbolico Esempio: mymachine.aw.com Nome del dominio = parte assegnata da una registar Esempio: aw.com Top level domain (TLD) = classificazione generica del domino In base all uso Esempio:.com = commerciale In base alla nazione Esempio:.au = Australia Sotto-domini e nomi delle singole macchine Assegnati dal responsabile del dominio Il responsabile del dominio deve eseguire un name server DNS (Domain Name System) fornisce una infrastruttura di name server per risolvere il nome simbolico in indirizzo IP, ossia trasforma mymachine.aw.com in

26 Suffissi di classificazione dei domini Top-level Domains (TLD) com = commercial institution edu = educational institution gov = government institution org = general classified organizations net = ed organization int = internet organization mil = military institution museum = museums ca = Canada cn = China 36

27 Applicazioni Internet Electronic mail ( ) File Transfer Protocol (FTP) Remote login: telnet, etc. World Wide Web 37

28 Modello di servizio a livelli di Internet Il software di Internet deve fornire gli strumenti astratti necessari al trasferimento dei messaggi nella rete. Viene usata una gerarchia a quattro livelli nella suite di protocolli TCP/IP: applicazione trasporto rete collegamento 38

29 I livelli software di Internet 39

30 I livelli software di Internet Livello applicazione: programmi che devono poter comunicare l un l altro attraverso Internet. www (world wide web) ftp (file transfer protocol): un protocollo per il trasferimento di file. SMTP (simple mail transfer protocol): protocollo usato dai server di posta elettronica durante la spedizione/ricezione dei messaggi. applicati on transport applicati on transport applicati on transport 40

31 I livelli software di Internet Livello trasporto: adempie ai compiti relativi alla gestione dell origine e della destinazione finale di un messaggio. Scompone i messaggi lunghi in segmenti di dimensione tale da essere compatibile con il sottostante livello rete. Può aggiungere numeri di sequenza ai segmenti così che il messaggio possa essere ricostruito una volta giunto a destinazione. Può apporre l indirizzo di destinazione ad ogni segmento. applicati on transport applicati on transport Queste unità (pacchetti) vengono mandati al livello rete. 41

32 I livelli software di Internet Livello rete: si assicura che i pacchetti ricevuti vengano opportunamente inoltrati da una rete ad un altra, fino a quando essi raggiungono la destinazione finale. Ad ogni hop, il nodo intermedio di una rete, in base all indirizzo di destinazione: Se è un router, inoltra i pacchetti verso una rete più vicina alla destinazione Se è l indirizzo di destinazione corrisponde al nodo finale, allora il messaggio è giunto alla fine del suo percorso. applicati on transport applicati on transport 42

33 I livelli software di Internet link Livello collegamento: si occupa dei dettagli di comunicazione specifici della rete dove le macchine risiedono. Se la macchina è in una rete token-ring, la macchina aspetta il token prima di trasmettere. Se la macchina è in una Ethernet, deve ascoltare il bus prima di trasmettere. 43

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35 La suite di protocolli TCP/IP TCP/IP suite è una collezione di protocolli che definiscono i quattro livelli gerarchici usati da Internet. TCP/IP sono in realtà due dei protocolli di questa suite. TCP = Transmission Control Protocol: definisce una modalità di trasporto. IP = Internet Protocol: è il protocollo principale del livello rete. 45

36 User Datagram Protocol Un alternativa a livello trasporto è definito da UDP (User Datagram Protocol) Due differenze principali tra TCP e UDP: Il livello TCP stabilisce una connessione con la destinazione prima di spedire i dati spedisce un messaggio alla destinazione, quindi aspetta un acknowledgement (riscontro) della ricezione da parte del nodo destinazione prima di trasmettere i dati. UDP non stabilisce una connessione prima di spedire i dati semplicemente spedisce i pacchetti all indirizzo di destinazione e se ne dimentica (connectionless protocol). 46

37 TCP/IP vs. UDP Seconda differenza fondamentale tra TCP e UDP: TCP obbliga nodo origine e nodo destinazione a cooperare tramite la spedizione di riscontri e di eventuali ritrasmissioni. È un protocollo affidabile. UDP non fa niente di tutto questo è un protocollo inaffidabile. 47

38 Scegliere tra TCP e UDP 48