Sistemi di Elaborazione delle Informazioni Reti di calcolatori

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1 Sistemi di Elaborazione delle Informazioni Reti di calcolatori Tullio Facchinetti 29 ottobre :32

2 Sommario panoramica infrastrutture hardware mezzi e tecniche di trasmissione dati architettura e organizzazione delle reti infrastrutture software protocolli di rete programmi e servizi architettura dei servizi di rete client-server, peer-to-peer la rete Internet cenni storici protocolli e servizi principali: TCP, IP, WWW,

3 Una rete di computer connette due o più computer autonomi i computer possono essere geogracamente ubicati ovunque

4 Applicazioni delle reti condivisione di risorse hardware (tempo di calcolo, dischi/storage, stampanti) software (programmi) condivisione di informazioni accesso semplicato ovunque (le, database) ricerca (WWW) comunicazione chat e VoIP elaborazione remota elaborazione distribuita (grid computing)

5 Vantaggi per le aziende: comunicazione, scambio di informazioni condivisione di risorse (da centri di calcolo a sistemi decentrati) adabilità abbattimento dei costi per le persone: accesso a informazioni e servizi remoti comunicazione personale (VoIP) intrattenimento (giochi, video streaming,...)

6 Problemi riservatezza (privacy) sicurezza dei dati e delle applicazioni mancanza di connessione

7 Caratteristiche distintive mezzo di trasmissione elementi sici impiegati per il trasporto dell'informazione tra due punti distinti di una rete di telecomunicazioni caratteristiche: segnale sico che veicola le informazioni velocità massima di trasmissione (larghezza di banda) distanza della comunicazione costo dell'infrastruttura

8 Cavo coassiale caratteristiche: segnale: elettrico velocità: max 1 Gb/s distanza: max 100 m costo: basso applicazioni: prime versioni delle reti Ethernet antenna televisiva strumenti di misura da laboratorio connessioni Internet via cavo

9 Doppino telefonico caratteristiche: segnale: elettrico velocità: max 1 Mb/s distanza: elevate costo: basso applicazioni: telefonia rete Ethernet automazione industriale

10 Fibra ottica caratteristiche: segnale: onda elettromagnetica (spettro visibile) velocità: +10 Gb/s distanza: elevata costo: relativamente elevato applicazioni: telecomunicazioni

11 Onde elettromagnetiche caratteristiche: segnale: onda elettromagnetica broadband velocità: 1 Gb/s distanza: elevata costo: dipendente dalla tecnologia applicazioni: WiFi, Bluetooth comunicazione cellulare (GSM, GPRS, UMTS, 3G, HSPA, 4G) telecomunicazioni (satellitare)

12 Infrarossi caratteristiche: segnale: onda elettromagnetica direzionata (luce) velocità: molto bassa, nelle applicazioni tipiche distanza: (tipicamente) ravvicinata costo: basso note: richiede line-of-sight applicazioni: domotica comando a distanza

13 Estensione di una rete si intende l'area geograca coperta/servita dalla rete Wide Area Network (WAN): rete distribuita geogracamente su scala nazionale o planetaria Metropolitan Area Networks (MAN): rete a livello di città Local Area Networks (LAN): reti di piccola scala geograca come stanza, palazzo, campus Personal Area Networks (PAN): comunicazione tra dispositivi prossimi al singolo utente Body Area Networks (BAN): interconnettono dispositivi indossabili

14 Topologia di rete la topologia di rete denisce il modo in cui computer, stampanti e ogni altro dispositivo connesso sono collegati tra loro rete a bus descrive lo schema dei li e dei collegamenti tra dispositivi delinea il percorso seguito dalle informazioni durante la loro trasmissione rete ad anello rete mesh rete a stella estesa rete a stella

15 Reti a bus comunemente denito bus lineare tutti i dispositivi sono collegati da un unico lo problema dell'arbitraggio del canale (gestione degli accessi simultanei): se più nodi trasmettono contemporaneamente il segnale sul canale viene disturbato topologia a bus

16 Reti a stella i nodi possono essere computer o componenti per smistare il traco (router, switch, ecc.) è la tipica architettura delle reti Ethernet LAN reti più estese usano l'architettura a stella estesa l'uso di router, switch o bridge limita il traco sui li inviando i dati soltanto ai nodi destinatari rete a stella estesa rete ad albero

17 Esempio di rete a stella una rete a stella è tipicamente basata su dispositivi di comunicazione come router, hub o switch

18 Reti ad anello dette anche token ring un frame (token) viene inoltrato da un nodo al successivo, in direzione costante se un nodo deve trasmettere un dato, lo aggiunge al frame insieme all'indicazione del destinatario quando il frame raggiunge il destinatario, questi preleva il dato ed inoltra il frame rete a ad anello

19 Reti ad anello si dividono in: reti a singolo anello: ciascuna coppia di nodi è collegata da un solo cavo reti a doppio anello: due li connettono ciascuna coppia di noti nelle reti a doppio anello è possibile far circolare il token nelle due direzioni, migliorando il tempo di invio di un messaggio rete a ad anello rete a doppio anello

20 Reti mesh ciascun nodo è collegato a tutti gli altri nodi della rete schema utilizzato quando è necessario aumentare la ridondanza delle connessioni per motivi di fault tolerance sono usate nelle WAN per interconnettere più LAN per applicazioni mission critical di tipo bancario/nanziario l'implemetazione è dicoltosa e costosa rete mesh

21 Rete a commutazione di pacchetto utilizzata dalla rete Internet i dati digitali vengono suddivisi in pacchetti distinti, che verranno spediti separatamente sui canali di comunicazione ad accesso multiplo ogni pacchetto dovrà contenere l'informazione relativa a mittente e destinatario ogni nodo che riceve un pacchetto deve stabilire se il pacchetto è arrivato a destinazione o deve essere inoltratoad altri nodi (tecnica store and forward)

22 Ethernet standard universalmente adottato per le reti locali LAN (es., uci, abitazioni) tecnologia inizialimente sostenuta da Xerox, Intel e DEC (ne anni '70) nel 1985 viene pubblicato lo standard IEEE 802.3

23 Ethernet la tecnologia è stata una delle prime ad essere proposte sul mercato si è diusa velocemente grazie alla buona qualità della comunicazione altre tecnologie proposte successivamente, come FDDI e ATM, non hanno trovato spazio economica e facile da usare la diusione ha determinato una riduzione dei costi dei componenti buone prestazioni (velocità di comunicazione) assenza di manutenzione adatta all'uso del protocollo TCP/IP (alla base di Internet)

24 Il cavo di rete rivestimento schermatura complessiva schermatura del doppino doppino (twisted pair) velocità di comunicazione di 10, 100 o 1000 Mbit/s diametro circa 7 mm lunghezza massima di circa 100 metri (lunghezze cavi commerciali di 1/3/5/10 metri) costo di meno di 1 euro per cavi da 1 o 5 metri

25 Il connettore connettore di rete Ethernet cavo connesso al computer

26 Dispositivi di connessione hub, switch, router, wireless access point, modem, ecc. wireless access point switch scheda di rete hub

27 Architettura client-server i servizi sono posti in un computer dedicato (il server) la cui funzione è quella di rispondere alle richieste dei client il server è (dovrebbe essere) sempre acceso in attesa di richieste il server contiene le, applicazioni, interfaccia stampanti, gestisce l'autenticazione e altri servizi

28 Cos'è un protocollo di comunicazione denizione formale delle modalità di comunicazione/interazione tra due apparecchi sono deniti il linguaggio, il formato e il contenuto dei messaggi scambiati per permettere la comunicazione è importante la standardizzazione dei protocolli l'uso di protocolli standard permette a due macchine qualsiasi di comunicare semplicemente disponendo dell'implementazione del protocollo (interoperabilità) organizzazione a strati/livelli dell'architettura del software di rete ogni strato scambia informazioni solo con strati adiacenti

29 Cos'è un protocollo di comunicazione

30 Cos'è un protocollo di comunicazione computer 1 livello n computer 2 livello n livello 1 livello 1 interfaccia interfaccia il computer 1 invia dati al computer 2 attraverso i vari strati di protocolli

31 Protocolli Internet sono protocolli alla base delle moderne telecomunicazioni sono anche detti protocolli TCP/IP dal nome dei due più importanti protocolli organizzazione a strati

32 Protocolli Internet computer 1 computer 2 application layer application layer transport layer transport layer network layer network layer link layer link layer physical layer physical layer il computer 1 invia dati al computer 2 attraverso i vari strati di protocolli Internet

33 Suddivisione in strati application layer: sbocco verso l'utente di tutto l'insieme dei protocolli di comunicazione transport layer: gestisce la coda di pacchetti di dati generati tra due computer che comunicano su una connessione full-duplex; gestisce l'ordine di consegna dei pacchetti e controlla la congestione della rete network layer: gestisce l'indirizzamento dei nodi della rete e l'instradamento dei pacchetti link layer: gestisce le modalità di trasferimento dei dati su ciascuna tratta della rete tra due elaboratori physical layer: trasmette il messaggio sul canale sico sotto forma di onde elettromagnetiche (impulsi elettrici o radio) o acustiche

34 Alcuni protocolli al livello applicazione HTTP: alla base del World Wide Web (WWW) HTTPS: versione cifrata di HTTP SMTP, POP3, IMAP: posta elettronica FTP, NFS, SFTP, SCP: trasferimento le DNS: gestione dei nomi di dominio ( SSH: accesso remoto sicuro (cifrato) DHCP: assegnamento automatico di indirizzi di rete

35 Alcuni protocolli al livello trasporto TCP: contraddistinto dalla gestione del concetto ci connessione tra nodi, ovvero di usso di pacchetti UDP: non esiste il concetto di connessione; ogni pacchetto inviato è a se stante

36 Il protocollo TCP/IP costituito da due protocolli base: TCP: Transmission Control Protocol IP: Internet Protocol nato negli anni '70 dalla ricerca del DARPA (Dipartimento della Difesa US) obiettivo: sviluppare un protocollo a pacchetti per reti altamente distribuite in grado di garantire la comunicazione in caso di conitto nucleare

37 Internet Service Providers (ISP) gli host accedono a Internet attraverso gli Internet Service Providers (ISP) un ISP è una rete di router e link di comunicazione gli ISP di base (aziendale, universitario, residenziale) sono connessi tra loro attraverso ISP di livello nazionale e internazionale le reti di ISP sono gestite indipendentemente, usano il protocollo IP (Internet Protocol) e aderiscono a convenzioni su indirizzamento e nomenclatura

38 Indirizzo IP indirizzo IP identicativo numerico associato ad una macchina collegata ad una rete nella quale viene usato il protocollo IP per la comunicazione composto da 4 byte 4 numeri, ciascuno nell'intervallo [0, 255] tipica rappresentazione con punti che separano i singoli valori esempi:

39 I nuovi indirizzi IP: IPv6 sistema di indirizzamento nato per ovviare all'esaurimento degli indirizzi disponibili mediante IPv4 IPv4 permette di assegnare circa 4.3 miliardi di indirizzi diversi gli indirizzi vengono assegnati in blocchi da circa 16.8 milioni ad oggi (ottobre 2013) tutti i blocchi non riservati di indirizzi sono stati assegnati l'ipv4 non può sostenere l'enorme domanda di indirizzi nata con la diusione di Internet e con l'avvento dei dispositivi mobili

40 I nuovi indirizzi IP: IPv6 composto da 16 byte 8 gruppi di 4 numeri in base 16 tipica rappresentazione con due-punti che separano i singoli valori sono disponibili circa indirizzi esempio: 2001:0DB8:0000:0000:0000:0000:0000:0001

41 Il protocollo TCP/IP: esempio di funzionamento 1 al livello applicazione del client vi è il programma di comunicazione (browser, chat, VoiP, ecc.) 2 il livello di trasporto accoda i messaggi di client e server e li aggrega in pacchetti 3 la consegna di un messaggio è noticata mediante la restituzione si un messaggio di ACK 4 al livello rete esiste in concetto di porta, utile per gestire la comunicazione con più elaboratori 5 uso di timeout per vericare la perdita di pacchetti 6 a ciascun nodo della rete Internet è assegnato un indirizzo IP che lo identica univocamente 7 gli URL (Uniform Resource Locator) del tipo non sono altro che nomi simbolici associati ad un indirizzo IP per facilitarne l'uso

42 Domain Name Server (DNS) utilizzare gli indirizzi IP per riferirsi ad un computer collegato in rete è scomodo per l'utente il DNS è il protocollo che permette di associare un nome di dominio ad un indirizzo IP esempi: robot.unipv.it (IP: ) (IP: ) (IP: )

43 Domain Name Server (DNS) il nome di dominio è una serie di stringhe separate da punti l'organizzazione è gerarchica a partire da destra più a destra si trova il dominio di primo livello (.com,.org,.it,.eu) poi viene il dominio di secondo livello (es. unipv.it) quanto viene registrato un dominio di secondo livello l'assegnatario può usare tutti i domini di livello 3+

44 Domain Name Server (DNS) domini di primo livello (tre lettere): com: per aziende commerciali edu: per enti educative americane, soprattutto universitarie gov: per organismi governativi americani (whitehouse.gov) mil: per enti militari americani org: per organizzazioni (unicode.org) domini di primo livello (due lettere): eu: siti dell'unione Europea it: siti italiani ch: siti cinesi

45 Domain Name Server (DNS) alcuni domini di terzo livello di unipv.it: iii.unipv.it robot.unipv.it

46 Domain Name Server (DNS) interazione del client con il server DNS per la risoluzione del dominio: fonte: Wikipedia

47 Il protocollo HTTP HTTP (Hypertext Transfer Protocol) protocollo di codica delle informazioni del World Wide Web permette sia la ricerca che il recupero dell'informazione in maniera veloce permette di seguire i collegamenti ipertestuali protocollo stateless il protocollo che non conserva memoria della connessione fatta permette di seguire velocemente i collegamenti a server diversi ad ogni richiesta viene eettuata una nuova connessione al server che viene chiusa al termine del trasferimento dell'oggetto richiesto (pagina HTML, immagine, ecc.)

48 Indirizzi Web: gli URL Uniform Resource Locator (URL) metodo uniformato per il reperimento di risorse in rete gli URL HTTP identicano le risorse accessibili dal browser

49 Il linguaggio HTML HyperText Markup Language (HTML) è il linguaggio utilizzato per la denizione delle pagine Web non è un linguaggio di programmazione, ma un linguaggio di markup descrive le modalità o istruzioni di impaginazione, formattazione o visualizzazione graca (layout) del contenuto, testuale e non, di una pagina web non supporta nessuna gestione di istruzioni, variabili, sequenze o strutture di comando tipiche di un'elaborazione vera e propria

50 Il linguaggio HTML il browser interpreta il linguaggio HTML e presenta la pagina web in un formato graco, accessibile dall'utente nale