Le reti telematiche Laboratorio di Informatica 1 AA 2008/2009

Transcript

1 Le reti telematiche 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 Dagli anni 70 informatica e telecomunicazioni convergono nelle reti telematiche 2

3 Le reti telematiche Una rete consiste in un certo numero di dispositivi autonomi interconnessi capaci di comunicare e di condividere le proprie risorse con gli altri 3

4 Le reti telematiche 1/6 Permettono di condividere risorse dati (database remoti o distribuiti), programmi elaboratori, dischi, stampanti 2/6 Migliorano l affidabilità del sistema replicazione 3/6 Realizzano grandi sistemi di calcolo a partire da tanti piccoli elaboratori sistemi distribuiti 4

5 Le reti telematiche 4/6 Permettono di accedere a informazioni remote database 5/6 Permettono di comunicare tra persone , chat, irc, news, bbs, videoconferenza scambio di file 6/6 Forniscono intrattenimento video on demand, musica on-line, giochi di rete 5

6 Schema di comunicazione sorgente (messaggio) sistema di trasmissione canale di trasmissione trasmettitore (segnale) ricevitore rumore destinatario (messaggio) 6

7 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 (canali e dispositivi) codifiche e protocolli (software) 7

8 Le reti telematiche Una rete consiste di calcolatori eventualmente con compiti differenziati nodi terminali calcolatori e periferiche dispositivi e canali di comunicazione (per il trasferimento fisico dei dati) modem, cavi, onde,... Software di gestione della rete 8

9 Le reti telematiche Componenti principali computer: strutturati gerarchicamente o allo stesso livello canali di comunicazione doppino telefonico, fibre ottiche, infrarossi,... DEFINIZIONE: nodi terminali: i punti di ingresso/uscita dei dati microcomputer e periferiche (stampanti, fax, ecc.) PC con il ruolo di terminali e computer stand-alone 9

10 Le reti telematiche Insieme di canali, protocolli, apparati di rete che collegano tra loro computer distinti i canali (dedicati/condivisi) trasportano fisicamente le informazioni opportunamente codificate i protocolli definiscono le regole e il modo per trasferire le informazioni standard pubblici/proprietari gli apparati di rete codificano l informazione e la inviano sui canali 10

11 Le reti telematiche Componenti principiali di una rete di calcolatori (definizione): 1) calcolatori e altri dispositivi (nodi terminali e non); 1a) calcolatori (nodi terminali); 1b) altri dispositivi (nodi terminali); 1c) calcolatori (nodi interni ); 2) canali di comunicazione; 3) protocolli. NB nei calcolatori sono inclusi in questo caso i dispositivi utilizzati per l accesso ai canali di comunicazione (es. modem, scheda wireless, ) 11

12 I canali di comunicazione Canali guidati doppino telefonico cavo coassiale fibra ottica Canali non guidati onde radio micro onde infrarossi Canali guidati 12

13 I canali di comunicazione Tipo Velocità min. Velocità max. doppino telefonico 300 bps 10 Mbps micro onde 256 Kbps 100 Mbps satellite 256 Kbps 100 Mbps cavo coassiale 56 Kbps 200 Mbps fibra ottica 500 Kbps 10 Gbps 13

14 I canali di comunicazione Esempio di sistema a collegamento misto 14

15 Le reti di calcolatori Sono caratterizzate in base a scala (distanza tra i nodi) topologia (schema di connessione tra i nodi) organizzazione (gerarchica/paritetica) tecnologia di trasmissione (broadcast/peer to peer) standard di comunicazione (ISO-OSI/TCP- IP) 15

16 Scala Interna all elaboratore Locale (LAN) metropolitana (MAN) geografica (WAN) internetwork (rete di reti) 16

17 Reti interne all elaboratore Collegano i processori delle macchine parallele o multiprocessore occupano spazi molto ridotti (0.1m - 1m) Molto veloci Seguono standard proprietari Hanno topologie particolari formano strutture con particolari proprietà (alberi, maglie, ipercubi) 17

18 Rete locale LAN (Local Area Network) Collega i computer di una stanza, edificio, campus (si estende al più per pochi chilometri) E mediamente veloce (100 Mbps/1 Gbps): il tempo max di connessione è legato alle dimensioni della rete E in genere privata: i cavi sono utilizzati in modo esclusivo dal proprietario 18

19 Rete locale Spesso è una rete broadcast a bus: cavo lineare condiviso su cui sono collegati tutti i computer della rete e sul quale i computer trasmettono a turno (secondo una regola di arbitraggio) e ascoltano simultaneamente (Ethernet) ad anello: tutti i computer sono collegati su un anello in cui ruotano i bit; i computer trasmettono a turno secondo una regola di arbitraggio (Token ring) 19

20 Rete metropolitana MAN (Metropolitan Area Network) Collega i computer di edifici a livello cittadino Usa spesso la tecnologia delle LAN, ma esiste uno standard specifico (Distr. Queue Dual Bus) Può trasportare dati e voce Può essere privata o pubblica E mediamente veloce 20

21 Rete geografica WAN: Wide Area Network Collega i computer sul territorio nazionale Usa linee di comunicazione a larga banda e pubbliche (linee telefoniche - point to point, canali satellitari - broadcast) Ha una topologia complessa La velocità è dell ordine dei Kb/s-Mb/s 21

22 Rete geografica Usa router o elementi di commutazione computer specializzati per collegare linee di trasmissione decidono su quale linea in uscita instradare l informazione L insieme delle linee di comunicazione e router viene detto sottorete La topologia è molto complessa e irregolare 22

23 Reti di reti Per connettere più reti dello stesso tipo reti di tipo diverso I segnali trasmessi in rete devono essere amplificati per arrivare più lontano convertiti per essere trasferiti a una rete diversa inviati nella giusta direzione 23

24 Reti di reti Aggregazione di varie reti Tecnologia e scala diverse Hardware e software complessi Gateway come elementi di collegamento traducono i formati dei pacchetti conoscono il software di entrambe le reti che vogliono collegare Internet - la rete delle reti 24

25 Reti di reti Dispositivi di rete ripetitori: rigenerano ed amplificano i segnali ponti (bridge): connettono reti che utilizzano dispositivi 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 25

26 Reti di reti Reti che utilizzano canali di Recupero del trasmissione LAN segnale LAN diversi LAN Ripetitore Ponte Internet Instradatore Quale è il percorso migliore per i dati? Sistema telefonico Gateway Reti che utilizzano protocolli di trasmissione diversi 26

28 Topologia Rappresentata mediante grafi vertici: nodi della rete computer (host) e terminali apparati di rete o elementi di comunicazione (router, gateway) archi: connessioni tra i nodi cavi, collegamenti satellitari, micro onde Nodo Arco 28

29 Topologia La topologia, cioè lo schema di connessione tra i nodi, può essere a bus o lineare anello stella albero maglia... 29

30 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 30

31 Topologia ad anello Tutti 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 31

32 Topologia a stella Tutti i nodi sono collegati ad un calcoltore centrale (host), che riceve i dati inviati dalle sorgenti e li smista ai destinatari 32

33 Topologia Altri schemi di connessione sono varianti o combinazione dei precedenti Es.: topologia ad albero 33

34 Topologia a maglia 34

35 Topologia e scala Al crescere della scala della rete, la topologia si complica! Non esiste un gestore della rete; Esistono molti percorsi per attraversare la rete (robustezza). 35

37 Organizzazione Client/server organizzazione gerarchica il server gestisce centralmente la condivisione delle risorse e la sicurezza della rete i client fanno le richieste al server Peer to peer (punto a punto) organizzazione paritetica ogni stazione si occupa di propri problemi di gestione 37

39 Trasmissione broadcast Tutti i nodi condividono un unico canale di comunicazione L informazione spedita viene ricevuta da tutti i nodi della rete, solo la destinazione la elabora Due tecniche di accesso al canale di comunicazione a contesa (risolve i conflitti): protoc. a collisione non a contesa (evita i conflitti): protoc. a gettone 39

40 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 40

41 Trasmissione punto a punto Reti dedicate (es. reti private) costi di installazione e mantenimento elevati disponibilità di tutto il canale Reti commutate: strutturate gerarchicamente rete di trasmissione: canali di trasmissione e IMP (Interface Message Processor, per l instradamento e la verifica di correttezza) rete di calcolatori, rete di utenti 41

43 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... 43

44 Standard di comunicazione A B pacco spedizioniere c. aerea container aereo pacco spedizioniere c. aerea container 44

45 Standard di comunicazione 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) 45

46 Organizzazione a livelli il mittente si occupa solo di preparare il pacco, scrivendo l indirizzo sul pacco; il mittente non si occupa di come il pacco sarà consegnato (es. via aerea, navale, ); il mittente non si interfaccia direttamente con la compagnia aera, della quale tra l altro non conosce le procedure per l invio di un pacco! lo spedizioniere deve interfacciarsi con il mittente e con la la compagnia aerea (tramite la consegna di un container riempito di materiale); lo spedizioniere conosce le procedure per l invio di un pacco con la compagnia aerea, e fornisce in questo modo un servizio al mittente. lo spedizioniere non si preoccupa di come saranno organizzati i container nel vano di carico dell aereo! La compagnia aerea non sa cosa c è nei pacchi, non sa cosa c è nei container, si occupa solo di organizzare il trasporto dei container da un posto all altro Non si interfaccia direttamente con mittente e destinatario! 46

47 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 47

48 Standard di comunicazione 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 intestazione al messaggio con le informazioni che servono al livello omologo all altro capo della comunicazione per interpretare il messaggio 48

49 Standard di comunicazione L insieme dei protocolli usati ai vari livelli di una rete è detto pila dei protocolli L insieme dei livelli e di protocolli si chiama architettura di rete 49

50 Esempio di livelli A B protocollo di livello 4 livello 4 livello 4 interfaccia di livello 3-4 protocollo di livello 3 livello 3 livello 3 interfaccia di livello 2-3 protocollo di livello 2 livello 2 livello 2 interfaccia di livello 1-2 protocollo di livello 1 livello 1 livello 1 mezzo fisico 50

51 Lo standard ISO-OSI Applicazione application protocol data unit Applicazione Presentazione presentation protocol data unit Presentazione Sessione session protocol data unit Sessione Host A Trasporto transport protocol data unit livello della sottorete di comunicazione Trasporto Host B Rete packet packet packet Rete Rete Rete Data link frame Data link frame Data link frame Data link Fisico bit bit bit Fisico Fisico Fisico 51

52 Lo standard ISO-OSI Ricostruzione parziale dei dati (fino al livello di rete) nei nodi intermedi, per l instradamento dei dati. Numero massimo di nodi raggiungibili (64) per evitare il ricircolo infinito di pacchetti di dati in rete. 52

53 Il modello ISO-OSI I messaggi vengono scomposti in pacchetti, l unità di informazione scambiata dagli Interface Message Processor (IMP) Gli IMP possono includere 3 livelli (instradatori) 2 livelli (ponti) 1 livello (ripetitori) tutti i livelli (gateway) 53

54 L architettura TCP/IP Trasmission Control Protocol/Internet Protocol sviluppato per consentire l interoperabilità tra reti fisiche diverse, definito nel 1974 da Vinton Cerf Composto da 5 livelli applicazione trasporto internet accesso alla rete fisico TCP IP 54

55 L architettura TCP/IP E un eccellente piattaforma per la realizzazione di applicazioni client-server affidabili Permette di condividere informazioni tra organizzazioni diverse connesse ad Internet E implementata nella gran parte dei sistemi operativi 55

56 Applicazioni TCP/IP 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 56

57 Applicazioni TCP/IP Connessione a calcolatori remoti: il proprio calcolatore è impiegato come terminale a interfaccia numerica telnet (porta 23) Trasferimento di file tra calcolatori FTP: File Transfer Protocol (porta 21) 57

58 Applicazioni TCP/IP Posta elettronica: consente agli utenti di scambiarsi messaggi SMTP: Simple Mail Transfer Protocol (porta 25) POP: Post Office Protocol - lettura remota della posta elettronica (porta 110) IMAP: Internet Message Access Protocol - lettura remota della posta elettronica (porta 143) 58

59 Applicazioni TCP/IP News: messaggistica all interno di gruppi di interesse (newsgroup) NNTP: Network News Transfer Protocol (porta 119) DNS: Domain Name Service - rubrica (porta 53) 59

60 Applicazioni TCP/IP World Wide Web: consultazione interattiva di ipermedia con modalità pointand-click HTTP: HyperText Transfer Protocol (porta 80) accesso ad altri servizi posta elettronica scaricamento file 60

61 Internet La rete delle reti 61