Sistemi Operativi e Reti Capitolo 12

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1 Sistemi Operativi e Reti Capitolo 12 Gianluca Amato Dipartimento di Economia Università di Chieti-Pescara Anno Accademico Revisione del 21 ottobre 2015 basate sulle slide ufficiali del libro The Architecture of Computer Hardware, Systems Software & Networking: an Information Technology Approach 5th Edition, Irv Englander John Wiley and Sons 2013 Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 1 / 43

2 Introduzione Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 2 / 43

3 Rete come dispositivo di I/O Rete vista come uno dei tanti dispositivi di I/O di un computer Ad un utente non interessa che un file si trovi sul disco locale o su un server a migliaia di chilometri di distanza... a lui basta che il file sia accessibile. Visione sintetizzata dalla figura: La visione più adatta a un programmatore o ad un utente finale Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 3 / 43

4 Rete come struttura portante Rete come componente centrale di una moderna infrastruttura tecnologica Un computer è semplicemente un altro dispositivo collegato alla rete Visione sintetizzata dalla figura: Visione di chi progetta o amministra la rete Sarà la nostra visione per le prossime lezioni Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 4 / 43

5 Componenti di una rete Il semplice meccanismo di comunicazione dell LMC. Messaggio: il numero di tre cifre scambiato. Canale di comunicazione: il foglio di carta contenente il messaggio- Protocollo: assumiamo che sia il programma che l utente diano sappiano qual è il significato dei numeri che si inviano. La rete telefonica tradizionale Messaggio: conversazione tra gli utenti. Canale di comunicazione: fili di rame, fibra ottica o altro che convogliano la voce da un utente all altro. Il canale di comunicazione è più complesso del caso precedente e può utilizzare vari mezzi trasmissivi. Protocollo: assumiamo che gli interlocutori parlino la stessa lingua. Inoltre, l interlocutore che risponde dice "Pronto" e il chiamante risponde con "Ciao, sono... ". Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 5 / 43

6 Il canale di comunicazione Il canale di comunicazione per la rete telefonica può variare: cavi di rame e connessione fisica tra i due utenti realizzata tramite centralinista cavi di rame e connessione fisica tra i due utenti realizzata tramite centralini automatici cavi di rame, fibra ottica e altro che trasmettono voce digitalizzata Per gli utenti (quasi) nulla è cambiato: usano il telefono come prima, tranne Indirizzamento: come individuare una persona da chiamare numero di telefono urbane con o senza prefisso Instaurazione della comunicazione: come far partire la chiamata interazione con centralinista composizione del numero sul telefono Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 6 / 43

7 Comunicazione web Messaggio: Canale di comunicazione: Internet Protocollo: HTTP Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 7 / 43

8 Concetti di base Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 8 / 43

9 Modello di comunicazione (1) Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 9 / 43

10 Modello di comunicazione (2) Il messaggio è l oggetto principale della comunicazione e può essere qualsiasi cosa si possa rappresentare in maniera digitale noi lo vedremo come una sequenza di byte Le due entità comunicanti si chiamano in vario modo: sistemi terminali, end-node, host I sistemi terminali devono essere concorsi sul significato dei messaggi, ovvero devono adoperare lo stesso protocollo Il canale è il mezzo su cui viene trasmesso il messaggio e potrebbe essere condiviso tra molti sistemi terminali Un messaggio lungo potrebbe bloccare il canale per molto tempo Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 10 / 43

11 Pacchetti Per risolvere il problema dei messaggi troppo lunghi, essi vengono divisi in pacchetti e si parla di reti a commutazione di pacchetto pacchetto come un foglio in un esame contiene un parte di dati insieme ad informazioni necessarie per ricostruire il messaggio (nome dello studente, numero di pagina) I pacchetti viaggiano autonomamente sul canale di comunicazione e vengono ricostruiti dal destinatario Informazioni aggiuntive dei pacchetti contenuti nell header e nell eventuale footer indirizzo sorgente e destinatario del pacchetto descrizione dei dati presenti nel pacchetto codici di controllo e correzione errori etc... Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 11 / 43

12 Vantaggi della divisione in pacchetti Ogni pacchetto può viaggiare in maniera isolata, anche prendendo strade diverse Il canale può essere condiviso facilmente tra più messaggi e più sistemi terminali Ogni sorgente o destinatario si comporta come se avesse un canale dedicato Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 12 / 43

13 Il canale di comunicazione È il mezzo che trasporta i pacchetti... può essere in realtà un mezzo virtuale, composto da più collegamenti fisici. Ulteriori protocolli regolano il funzionamento dei singoli collegamenti. Ogni collegamento può essere visto come un canale di comunicazione tra i due nodi adiacenti. Canale end-to-end: il canale complessivo virtuale formato da tutti i collegamenti. Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 13 / 43

14 Caratteristiche di un canale Per il canale end-to-end Tipo di interfaccia agli estremi del canale, oggi quasi sempre Ethernet Larghezza di banda (bandwidth, bitrate): il numero di bit/sec che possono essere inviati sul canale. Dipende dal collegamento più lento. Tempo di propagazione: tempo che impiegano i bit inviati a raggiungere il destinatario. Per i singoli collegamenti Larghezza di banda Tempo di propagazione dipende in misura notevole dalla lunghezza del collegamento) Mezzo guidato o non guidato Trasmissione analogica o digitale Simplex, half-duplex o full-duplex Trasmissione punto-punto o multi-punto dipende in gran parte dal mezzo trasmissivo Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 14 / 43

15 Topologia di rete Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 15 / 43

16 Topologia della rete (1) Descrive i percorsi tra due nodi della rete Influenza prestazioni, traffico e congestione della rete Esempio: full-mesh Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 16 / 43

17 Topologia della rete (2) Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 17 / 43

18 Topologia di una rete complessa I sistemi di elaborazione effettivamente usati dagli utenti sono ai margini della rete (per questo si chiamano sistemi terminali) I nodi interni sono di solito dispositivi speciali chiamati switch, router o gateway. Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 18 / 43

19 Tipi di reti Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 19 / 43

20 Local Area Network Rete che collega computer ed altri dispositivi sopra un area relativamente piccola (una stanza, un edificio, un complesso di edifici). I computer sono tipicamente personal computer o piccoli server Di solito basate sullo standard Ethernet Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 20 / 43

21 Varianti di Wired Ethernet Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 21 / 43

22 Topologia di una rete Wired Ethernet Hub Switch Sembrano uguali ma non lo sono... Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 22 / 43

23 Topologia di una rete Wi-Fi (Wireless Ethernet) Modalità ad-hoc: i nodi comunicano direttamente tra di loro Modalità infrastruttura: una stazione base fa da tramite tra i nodi Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 23 / 43

24 Nodi nascosti e nodi out-of-range Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 24 / 43

25 Varianti di Wireless Ethernet Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 25 / 43

26 Backbone Network Collega assieme più LAN e fornisce accesso all esterno (Internet) Basata sulle stesse tecnologie delle LAN Fibra ottica più comune dei cavi in rame Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 26 / 43

27 Metropolitan Area Network (MAN) Una rete geograficamente estesa ad una città o comprensorio Se l area è estesa bisogna attraversare terreni appartenenti a terze persone Necessario rivolgersi a un service provider (compagnia telefonica) Edge connection: collegamento tra il cliente e l access point del provider Inizia ad assomiglia ad una Wide Area Network (WAN) Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 27 / 43

28 Esempio di Metropolitan Area Network Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 28 / 43

29 Wide Area Network (WAN) Una rete geograficamente estesa in tutto il mondo Fa uso massiccio di service provider Di solito non interessa come il provider realizza al suo interno le connessioni a lunga distanza. Per chi progetta la rete, il provider mette a disposizione una serie di collegamenti privati virtuali Ragioni primarie per adottare una WAN Una organizzazione necessita di collegamenti privati affidabili tra i propri uffici sparsi nel mondo o tra i propri uffici e quelli dei partner commerciali Una organizzazione ha bisogno di accesso veloce ad Internet in qualunque parte del mondo Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 29 / 43

30 Esempi di Wide Area Network Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 30 / 43

31 Internet Chiamata spesso la rete delle reti perché ottenuta collegando tra di loro reti locali, metropolitane e WAN Per ottimizzare le prestazioni, ha assunto in maniera autonoma una struttura gerarchica. Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 31 / 43

32 Un ISP internazionale: Globbal Crossing Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 32 / 43

33 La rete delle univiersità italiane Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 33 / 43

34 Piconet / Personal Area Network Reti per uso personale di un singolo individuo Esempio: interconnessione tra cellulare, impianto autoradio e smart watch Connessioni tra utenti differenti sono possibili ma rare Ampiezza della rete: circa 10 metri max. Bluetooth è la tecnologia più utilizzata Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 34 / 43

35 Interconnessione Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 35 / 43

36 Problematiche di interconnessione Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 36 / 43

37 Commutazione di circuito Un percorso fisico viene selezionato e dedicato esclusivamente per connettere A e B il percorso è dedicato, A e B sono fisicamente connessi tra di loro e possono percorso permanente o temporaneo non necessità di divisione dei messaggi in pacchetti Esempio: la vecchia rete telefonica Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 37 / 43

38 Commutazione di pacchetto I dati vengono divisi in pacchetti che viaggiano separatamente. il percorso non è dedicato, sullo stesso collegamento passano anche pacchetti con altre sorgenti e/o destinazioni Reti a datagramma Reti a circuito virtuale Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 38 / 43

39 Reti a circuito virtuale Un circuito virtuale è un percorso che viene stabilito per consentire la comunicazione tra due nodi. permanent virtual circuit: il circuito virtuale è creato una volta per tutte switched virtual circuit: il circuito virtuale viene creato (e può essere diverso) tutte le volte che si instaura una nuova connessione tra A e B. Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 39 / 43

40 Reti a datagramma Ogni singolo pacchetto (chiamato datagramma in questo contesto) viene indirizzato separatamente. ogni nodo intermedio decide separatamente come far avanzare il pacchetto verso la destinazione pacchetti diverso possono arrivare tramite percorsi diversi e in ordine diverso Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 40 / 43

41 Router e gateway Router: dispositivo specializzato per connettere tra di loro due reti diverse Gateway: un router che converte da una rete di un tipo ad una rete di altro tipo. Esempio: modem ADSL. Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 41 / 43

42 Standardizzazione Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 42 / 43

43 Enti di standardizzazione ISO: International Organization for Standardization. più di standard di ogni genere, compreso il modello di riferimento OSI (Open System Interconnection) IEEE: Institute for Electrical and Electronics Engineers standard relativi alle tecnologie di trasmissione Ethernet (802.3), Wi-Fi (802.11), Bluetooth (802.15) e WiMax (802.16) IETF: Internet Engineering Task Force standard relativi alla rete Internet hanno la forma di RFC (Request for Comments) protocolli HTTP, DNS, IMAP,... ICANN: Internet Corporation for Assigned Names and Numbers allocazione di indirizzi IP, nomi di dominio IANA: Internet Assigned Numbers Authority Gianluca Amato (UniCH) Sistemi Operativi e Reti A.A. 2015/16 43 / 43