L Evoluzione dell Informatica. La Rivoluzione Telematica. Le Reti di Calcolatori. Introduzione e Classificazione delle Reti di Calcolatori
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- Graziano Grosso
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1 I semestre 03/04 L Evoluzione dell Informatica Introduzione e Classificazione delle Reti di Calcolatori Prof. Vincenzo Auletta auletta@dia.unisa.it Università degli studi di Salerno Laurea in Informatica 1 L industria informatica è nata negli anni 40 sistemi centralizzati con terminali stupidi collegati a mainframe Gli anni hanno visto la nascita ed il diffondersi del PC Il modello centralizzato è stato sostituito dal PC su ogni scrivania grandi potenze di calcolo e capacità di archiviazione disponibili ad ogni utente possibilità di gestire dati multimediali i PC possono comunicare tra loro? Le Reti di Calcolatori La Rivoluzione Telematica 2 Alla fine degli anni 60 sono stati costruiti i primi prototipi di sistemi di computer connessi tra loro tramite una rete di comunicazione questi sistemi sono detti reti di calcolatori Le reti di calcolatori hanno rivoluzionato il modello di organizzazione aziendale il grande e potente mainframe è stato sostituito da centinaia di calcolatori indipendenti ma interconnessi organizzazione più economica e flessibile 3 Il progresso tecnologico negli anni ha portato ad una progressiva integrazione tra informatica e telecomunicazioni computer scambiano dati attraverso una rete di telecomunicazioni in tempo (quasi) reale La telematica è basata su nessuna differenza sostanziale tra trattamento dei dati e trasmissione nessuna differenza tra trasmissione di dati, voce, immagini, video superamento delle distinzioni tra macchina monoprocessore o multiprocessore, rete locale o rete geografica
2 I Sistemi Distribuiti Un sistema distribuito consiste di dispositivi distinti ed indipendenti, collegati tramite una rete di interconnessione, visti dall utente come un unico dispositivo virtuale l utente non si accorge se il comando che ha lanciato è eseguito in locale o in remoto e non sa dove sono localizzati i dati il sistema operativo si preoccupa di assegnare le elaborazioni ai vari processori e di spostare i dati sulla rete Il Calcolo Distribuito La progettazione di sistemi distribuiti richiede la definizione di un modello di calcolo distribuito un programma consta di varie parti, eseguite su piattaforme hardware e software differenti, che interagiscono tramite una rete modello client/server e peer-to-peer Corba, DCOM, Web Services, etc. ambienti di sviluppo Java,.NET, etc. 4 5 Sistemi di Comunicazione obbiettivo: consentire lo scambio di dati tra due entità localizzate in posti differenti Sistemi di Comunicazione Sorgente genera i dati da trasmettere (PC, telefono, rilevatore) Trasmettitore 6 7 trasforma e codifica i dati (modem, trasmettitore radio) Sistema di Trasmissione consente la trasmissione di un segnale (rete telefonica, rete locale, etere) Ricevitore decodifica e trasforma i segnali (modem, sintonizzatore, ricevitore digitale) Destinazione riceve i dati inviati dalla sorgente
3 Esempio di Sistema di Comunicazioni Modello Semplificato di Comunicazione Dati Comunicazione tra una workstation ed un file server tramite rete telefonica 8 9 m = messaggio da trasmettere g(t) = rappresentazione binaria del messaggio s(t) = segnale analogico rappresentante g(t) r(t) = segnale analogico ricevuto (r(t) s(t)) g (t) = rappresentazione binaria del messaggio ricevuto m = messaggio ricevuto Aspetti di un Sistema di Comunicazione Reti di Comunicazione 10 Accesso al sistema condivisione, multiplexing Interfaccia Generazione del segnale Sincronizzazione trasmittente/ricevente Gestione dell'interazione simplex, duplex, half duplex Individuazione e correzione degli errori Controllo del Flusso Indirizzamento Istradamento Recovery ripristino di una connessione interrotta per un guasto Formattazione messaggi Sicurezza riservatezza, autenticazione Gestione della rete configurazione, amministrazione, monitoraggio 11 In genere non conviene collegare direttamente due dispositivi che devono comunicare distanza costo connessione necessaria solo per breve tempo SOLUZIONE Colleghiamo tutti i dispositivi ad un unica rete di comunicazione a commutazione tutti usano la stessa rete solo per il tempo necessario possibili ritardi e disfunzioni per traffico
4 Esempio di Reti di Comunicazione Eterogeneità delle Reti Esistono svariati tipi di rete utilizzano tecnologie hardware e modalità di trasmissione differenti ogni tecnologia di rete è adatta ad uno specifico utilizzo libri di 500 pagine con elenco degli acronimi utilizzati Dispositivi collegati a reti diverse non possono comunicare direttamente Classificazione delle reti per tecnologia di trasmissione dimensione Classificazione delle Reti: Tecnologie di Trasmissione Principali tecnologie di trasmissione Broadcast Multicast Point-to-Point Trasmissione Broadcast e Multicast BROADCAST unico canale, trasmissione ricevuta da tutti, regolamentazione di accesso al canale identificazione del destinatario MULTICAST unico canale, ma dispositivi divisi in gruppi messaggio diretto al gruppo destinatario mittente
5 16 Trasmissione Point-to-Point Pont-to-Point ogni canale di comunicazione collega due dispositivi la trasmissione da A a B può passare attraverso C mittente destinatario 17 Classificazione di Reti: Dimensione Tipologia macchine multiprocessore Personal Area Network (PAN) Local Area Network (LAN) Metropolitan Area Network (MAN) Wide Area Network (WAN) Global Area Network (GAN) Dimensione decine di centimetri pochi metri da pochi metri a qualche chilometro qualche decina di chilometri fino a migliaia di chilometri tutto il pianeta Esempio server di un grosso sito Web cellulare portatile -- stampante rete dipartimentale (casa, o ufficio) rete cittadina rete nazionale o continentale Internet Macchine Multiprocessore Reti Locali (LAN) 18 Calcolatori paralleli con più unità che lavorano concorrentemente i processori risiedono sulla stessa scheda o su schede dello stesso sistema i processori comunicano scambiandosi messaggi I messaggi viaggiano sui bus di sistema comunicazione molto veloce e (quasi) senza errori 19 Collegano dispositivi all'interno di un edificio o di un campus consentono scambio di informazioni e condivisione di risorse In genere sono private Principali caratteristiche dimensione ridotta: ritardo di trasmissione limitato e noto a priori trasmissione affidabile: pochi controlli sugli errori condivisione del canale di trasmissione: necessità di regolare l'accesso
6 20 Esempi di Reti Locali Ethernet 10Mbps fino a 2,5 Km Token Ring 4-16 Mbps FDDI (fibra ottica) 100 Mbps fino a 200 Km Fast Ethernet e Gigabit Ethernet 100 Mbps e 1 Gbps poche decine o centinaia di metri ATM LAN 21 Reti Metropolitane (MAN) Collegano dispositivi all'interno di una città o di un'area delimitata simili alle reti locali ma sempre in fibra ottica in genere supportano sia dati che voce Si distinguono dalle LAN perché è stato definito uno standard apposito DQDB (Dual Bus Dual Queue) non utilizza trasmissione broadcast Reti Geografiche (WAN) Coprono un'area molto grande Basate su infrastrutture pubbliche o concessioni governative Reti a commutazione condivise con altri utenti Reti dedicate alto costo Reti geografiche (WAN) Costituite da stazioni terminali e nodi di interconnessione (switch, router) la comunicazione tra le stazioni passa attraverso i nodi commutazione ogni nodo si occupa solo di commutare comunicazioni tra stazioni i nodi sono collegati da linee punto-punto 22 23
7 Tecnologie di Comunicazione su WAN Principali tecnologie di comunicazione commutazione di circuito commutazione di pacchetto (64Kbps) Frame relay (2Mbps) ATM (da 25Mbps a 622Mbps) Commutazione di Circuito prima di avviare la comunicazione stabilisce un canale fisico nella rete tra le due stazioni che devono comunicare le risorse assegnate al canale sono in esclusiva si paga anche se non si trasmette Es. rete telefonica Commutazione di Pacchetto Il messaggio è diviso in pezzi (pacchetti) trasmessi indipendentemente uno dall'altro pezzi dello stesso messaggio possono seguire percorsi diversi La stazione invia ogni pacchetto ad un router il router riceve il pacchetto, lo memorizza e lo rispedisce alla stazione destinazione o ad un altro router (store and forward) Es. rete postale Frame Relay e ATM Evoluzioni delle tecniche di commutazione di pacchetto e commutazione di circuito creano un circuito virtuale all interno del quale viaggiano i pacchetti ATM crea pacchetti di dimensione fissata (celle) eliminano tutte le ridondanze e le operazioni per il controllo degli errori aumentano il tasso di trasmissione dati effettivo Adatti a moderne reti di telecomunicazione alto tasso di trasmissione e basso tasso di errore 26 27
8 28 ISDN Integrated Services Digital Networks (Reti Digitali per Servizi Integrati) adatte a trasmettere ogni tipo di dato forniscono un'ampia gamma di servizi ad alto valore aggiunto Narrow ISDN: 64 kbps basato su Frame Relay (disponibile da casa) Broadband ISDN: 100s Mbps basato su ATM (in futuro, forse) Basate su interfaccia utente standard switch digitali Creano una rete digitale mondiale uniforme ogni paese ha la sua rete ISDN la separazione tra paesi è trasparente all'utente 29 Reti senza filo Uno dei campi in maggiore evoluzione Basate su collegamenti radio infrarossi, microonde, onde radio Utilizzate per collegamenti temporanei collegamenti in assenza di cablaggio collegamenti satellitari collegamenti tra utenti mobili Comunicazione Universale L'utente richiede un servizio di comunicazione universale Connessione con un altro utente indipendentemente dal tipo di rete e dal tipo di software utilizzato L internetworking definisce un modello astratto di rete di comunicazione Tutti gli utenti operano usando lo stesso modello il software di rete rende trasparente all'utente le differenze tra le reti fisiche Internetworking Una internet è l'insieme di più reti reti distinte collegate tramite gateway le reti possono anche essere di tipo differente Vantaggi il software di rete rende trasparente all'utente le differenze tra le reti fisiche Il software applicativo è indipendente dalla tecnologia hardware utilizzata (lo stesso programma può essere usato su una LAN e su una WAN) 30 31
9 Il Gateway ed il Router Esempio di internet 32 Il gateway è un dispositivo con due o più interfacce di rete Collega due reti fisiche distinte Traduce i pacchetti dal formato di una rete in quello dell altra Il router è un dispositivo con due o più interfacce di rete Indirizza i pacchetti verso la loro destinazione Acquisisce informazioni sulla topologia dell internet In genere coincidono 33 Esempio di internet locale Server Linux o Windows Rete Gateway Windows2000 Client Linux Internet E la più famosa delle internet Basata sugli standard definiti dalla Internet Society Ogni dispositivo che vuole collegarsi a Internet deve utilizzare i suoi standard Ogni azienda può implementare liberamente gli standard dell Internet Society 34 Client SUN Gateway Linux Client Windows 2000 Client Windows 98 35
10 36 Intranet ed Extranet L enorme diffusione di Internet ha spinto ad utilizzare i suoi standard anche in altri ambiti Intranet Rete che collega i dispositivi di un azienda Extranet Rete che collega un azienda ed i suoi partner (clienti e fornitori) dette anche VPN (Virtual Private Network) 37 Standard per Internetworking Uno standard definisce regole che stabiliscono come un dispositivo si interfaccia con il mondo esterno ci sono molteplici standard che codificano dalla forma fisica dei connettori, al tipo di segnale utilizzato nella trasmissione, fino al formato ed al significato dei messaggi scambiati Esistono due tipi di standard standard proprietari: definiti da un azienda privata e validi solo per i suoi dispositivi standard aperti: definiti da organismi internazionali ed utilizzabili da tutti senza pagare royalties Sistemi Aperti e Sistemi Chiusi Pro e Contro dei Sistemi Aperti 38 Sistemi chiusi basati su standard proprietari sono costituiti da dispositivi hardware o piattaforme software della stessa marca ci si lega alle politiche dell azienda Sistemi aperti basati su standard aperti sono costituiti da dispositivi e piattaforme software di diversi produttori La maggior parte delle moderne reti di telecomunicazioni sono sistemi aperti per facilitare l interconnessione 39 Pro Definiti da organizzazioni internazionali largamente riconosciute come imparziali processo di definizione "a maggioranza" i membri dell'organizzazione si impegnano ad accettarli consentono la comunicazione tra dispositivi diversi Contro il processo è lento ci sono troppi standard
11 40 Organizzazioni di Standard ISO (International Standard Organizzation) agenzia internazionale non governativa volontaria raccoglie rappresentanti delle maggiori aziende Ha sviluppato OSI (Open System Interconnection) modello di riferimento per l'intera architettura di un sistema aperto ANSI (American National Standards Institute) rappresentante Stati Uniti in ISO 41 Organizzazioni di Standard ITU-T ( International Telecommunications Union- Telecommunications Sector ) agenzia delle Nazioni Unite si occupa di tutti gli aspetti delle telecomunicazioni (questioni tecniche, operative, tariffarie, ecc.) ogni 4 anni invia Raccomandazioni agli stati membri Responsabile della standardizzazione di B-ISDN ATM Forum organizzazione non profit fondata dalle compagnie si occupa dello sviluppo di ATM Organizzazioni di Standard Organizzazioni di Standard 42 Internet Society organizzazione professionale responsabile dello sviluppo e della pubblicazione degli standard relativi a Internet Divisa in gruppi di lavoro IAB (Internet Architecture Board) IETF (Internet Engineeirng Task Force) IRTF (Internet Research Task Force) Le proposte di standard sono pubblicate come RFC (Request For Comments) recuperabili gratuitamente sul Web 43 IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) più grande organizzazione professionale del mondo organizza conferenze e pubblica giornali si occupa di standardizzazioni nel campo dell'ingegneria elettrica e informatica Ha definito lo standard IEEE 802 per le reti locali
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