Reti di calcolatori. Evoluzione dei calcolatori

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1 Reti di calcolatori Evoluzione dei calcolatori I calcolatori hanno subito nel corso degli anni un evoluzione dei modelli costruttivi, dal mainframe alla rete, che ha influito anche sulle modalità di utilizzo Modello mainframe terminali: la potenza di calcolo è concentrata in un unico grande elaboratore a cui si accede per mezzo di un certo numero di terminali; i computer sono isolati l uno dall altro e si può accedere solo in maniera diretta. I computer sono fisicamente concentrati in locali protetti; la diffusione della possibilità di utilizzo sui posti di lavoro è limitata mentre la possibilità di utilizzo domestica è praticamente inesistente. Rete di elaboratori (computer network): un grande numero di elaboratori autonomi interconnessi fra di loro cioè capaci di scambiare informazioni ed essere fruibili anche a distanza (sfruttando un opportuno mezzo fisico). Nel modello di rete la diffusione è massima, l utilizzo di un computer è possibile sia come risorsa autonoma che come risorsa integrata in una rete più generale. La possibilità di utilizzo domestica è praticamente uguale a quella lavorativa. Vantaggi delle architetture di rete Per le organizzazioni: condivisione delle risorse: si rendono disponibili a chiunque programmi e informazioni anche distanti migliaia di km; affidabilità: in rete si possono mettere sorgenti alternative delle risorse (ad es. duplicando le applicazioni e i dati su più computer). diminuzione dei costi: una rete di personal computer costa molto meno di un mainframe. scalabilità: si possono aumentare le prestazioni del sistema aumentando il numero di elaboratori (entro certi limiti); nella rete esistono alcuni elaboratori (server) destinati a funzioni di controllo o fornitori di servizi; Per i singoli individui: (di solito da casa propria tramite "fornitori di accesso o provider"): accesso ad informazioni remote, ad es.:» servizi bancari;» acquisti;» navigazione sul World Wide Web; comunicazioni fra persone:» posta elettronica;» videoconferenza; Reti I computer differiscono tra di loro per diverse componenti: sistema operativo, cpu, porte i/o Perché siano interconnettibili devono rispettare delle specifiche comuni definite come modello OSI (Open System Interconnect). Il modello è articolato su 7 livelli

2 Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete Data link Fisico Telnet, FTP, Posta POP3, SMTP, SNMP http NFS, SQL, TCP UDP IPX Net BEUI Frame+indirizzo IP, IPX, ICMP, DHCP Router Frame slip,ppp, cscma/cd Bridge e switch Mezzi trasmissivi Topologie: lineare, anello Protocolli: Ethernet, Token Ring, FDDI, ATM Modello OSI: livello fisico Questo livello descrive le specifiche della componentistica base per realizzare collegamenti di rete tra computer relativamente agli aspetti di compatibilità meccanica (cavi e connettori), elettrica e di comunicazione base, pertanto si occupa di: Mezzi trasmissivi cavi in rame e in fibra ottica Accessori schede di rete Topologie di rete Protocolli del livello fisico Apparati di rete Il cablaggio di un edificio prende il nome di cablaggio strutturato quando è realizzato con un impianto omogeneo che comprende prese di rete fisse, distribuzione di piano, armadi di distribuzione, dorsali di collegamento tra i vari piani e tra i vari edifici. Negli armadi sono presenti sia dispositivi passivi,(permutatori) che permettono di attivare o disattivare le singole prese e realizzare diverse combinazioni di collegamento senza intervenire sulle singole tratte, sia apparati attivi (hub, switch, router) che servono a gestire ed indirizzare il traffico di rete Cablaggio strutturato Cablaggio di piano in rame Edificio 1 Edificio 2 Presa di rete Cavo di rete Scheda di rete Armadio di piano Dorsale in fibra ottica

3 Mezzi trasmissivi Il mezzo più diffuso per la distribuzione orizzontale (piano) è il cavo in rame: si caratterizza per tipologia e per categoria: Cavi in rame, doppino intrecciato consiste di una coppia di conduttori in rame intrecciati l'uno con l'altro in forma elicoidale. Ciò fa si che si minimizzino le interferenze fra coppie adiacenti (due fili paralleli costituiscono un'antenna e possono quindi ricevere interferenze elettromagnetiche; se sono intrecciati non lo sono più). categoria 3: due fili isolati, leggermente attorcigliati. Quattro coppie contenute in una guaina di plastica. Comune nei cablaggi telefonici interni agli edifici; categoria 5 (dal 1988): simile alla categoria 3, ma con un più fitto avvolgimento (più giri per centimetro) e con isolamento in teflon. Migliore qualità del segnale sulle lunghe distanze, adatto a collegamenti in alta velocità in ambito LAN. categoria 6 (dal 2003) come la 5 ha cavi a 4 coppie e permette collegamenti fino a 100 metri; ha una banda di 200 Mhz, doppia rispetto alla cat 5. i cavi possono essere di tipo UTP (Unshielded Twisted Pair- doppino intrecciato non schermato) o STP (Shielded Twisted Pair- doppino intrecciato schermato). Il secondo viene usato come ulteriore misura di protezione in ambienti in cui possono esserci interferenze particolarmente forti. Tali cavi si intestano a connettori RJ 45 per i dati e RJ 11 per i telefoni cavi in rame, cavo coassiale L utilizzo di questa tipologia è ormai obsoleta; offre un miglior isolamento rispetto al doppino e quindi consente velocità di trasmissione maggiori su distanze superiori. E costituito da un conduttore centrale in rame circondato da uno strato isolante all'esterno del quale vi è una calza metallica. Si connette tramite connettori BNC fibre ottiche: si usano essenzialmente per le dorsali tra i piani e gli edifici, ma possono comparire anche a livello di presa utente in ambienti in cui servono particolari prestazioni di banda Le fibre ottiche sono di due tipi multimodali: raggi di luce diversi possono colpire la superficie con differenti angoli (detti mode), proseguendo quindi con diversi cammini. Il diametro del core è di 50 micron, come quello di un capello; monomodali: sono così sottili (il diametro del core è 8-10 micron) che si comportano come una guida d'onda: un unico raggio di luce avanza in modo rettilineo, senza rimbalzare. Sono più costose ma reggono distanze più lunghe (fino a 30 km).

4 Topologie di rete Per i collegamenti in rete sono state definite diverse topologie implicanti anche scelte tecnologiche differenti; le principali sono: Anello - I messaggi passano da un nodo al successivo fino a quando viene raggiunto il destinatario. La non disponibilità di un nodo interrompe la trasmissione. Stella - I nodi sono tutti collegati a un nodo centrale che smista i messaggi al nodo destinazione. I messaggi attraversano solo il nodo centrale che diventa critico per l intero sistema. Bus lineare - I messaggi vengono inviati sulla rete in maniera indistinta, tutti i computer ascoltano, solo il computer destinatario del messaggio attiva la comunicazione. Sulla rete viaggia tutto il traffico. Una postazione può scollegarsi dalla rete senza influire sulle altre Velocità o banda La velocità di trasmissione dei dati in una rete si misura in migliaia (K), milioni (M) o miliardi (G) di bit trasmessi al secondo Velocità tipiche sono: Fino a 56 Kbps via modem su linee telefoniche normali 640 Kbps con linee ADSL 10/100 Mbps reti con cablaggi in rame 1 Gbps con cablaggi in fibra Le reti si possono suddividere anche in funzione delle distanze che devono essere coperte. Si definiscono pertanto reti locali, reti metropolitane e reti geografiche che indicativamente coprono distanze quali quelle riportate in tabella. Distanza fra computer Ambito Tipo di rete Tecnologie di cablaggio m. Stanza Rete locale Rame Lan > 100 m. Edificio Rete locale Rame Lan o Fibra 1 km. Campus Rete locale Rame Lan o Fibra 1-10 km. Città Rete metropolitana Rame telefonico o fibra 100 km. Nazione Rete geografica Rame telefonico o fibra > 100 km Nazione, continente Internet Rame telefonico o fibra Protocolli del livello fisico Ethernet: bus lineare, è il più diffuso Token ring FDDI ATM

5 Definiscono le specifiche relative a cavi, connettori, schede di rete, apparati. Per comunicare all interno di una stessa sottorete queste componenti devono essere omogenee tra di loro. Specifiche Ethernet Tipo Collegamento Connessione Lunghezza max 10 Base 2 RG-58 coassiale BNC 185 mt 10 Base T STP Cat 3,5 RJ mt 100 Base TX Fast Ethernet UTP STP Cat 5 RJ mt 100 Base FX Fibra ottica ST o SC 2000 mt 1000 Base T UTP STP Cat 5 RJ mt 1000 Base SX 1000 Base LX Fibra ottica ST o SC 550 mt 5 km Apparati All interno degli armadi di piano o di edificio sono posizionati gli apparati di rete, apparecchiature dedicate alla gestione e all indirizzamento del traffico di rete. Una presa di rete è attiva se collegata ad una porta di un apparato. All interno della rete le risorse sono individuate da un indirizzo univoco, le informazioni viaggiano in forma di pacchetti contenuti in buste su cui è scritto l indirizzo del destinatario da raggiungere, gli apparati riconoscono tali indirizzi ed istradano il traffico in funzione delle regole decise dall amministratore di rete. Inoltre segmentano la rete in modo da evitare che il traffico inutile (generato dalle postazioni per farsi riconoscere dalla rete) occupi troppa banda rispetto al traffico utile o per istradare su percorsi alternativi se i percorsi principali sono indisponibili o saturi. Hub - è il meno intelligente degli apparati; serve a collegare computer e risorse varie (stampanti, server) dello stesso segmento di rete; a tutti gli effetti è un ripetitore di segnale che rigenera i segnali in transito sulla rete superando i limiti delle singole tratte. Possono essere collegati in cascata. Lavora solo al livello 1(fisico). Switch - alla funzione di ripetitore aggiunge le funzioni di distribuzione di tutta la banda su ogni singola tratta, di filtraggio dei pacchetti, di connessione tra sottoreti. Può riconoscere il tipo di traffico e intervenire sui persorsi. Router - sono dedicati alla interconnessione di reti tra di loro non omogenee, per esempio una lan verso internet. Schema di una rete locale In una rete locale (LAN) si possono sempre individuare: le postazioni di lavoro connesse (in generale personal computer) i server le risorse condivise stampanti, plotter, unità nastro sia locali che remote

6 gli apparati di rete Riportando il protocollo Ethernet nell esempio di schema di cablaggio strutturato visto in precedenza si ha che: il pc ha una scheda di rete Ethernet a 10 o 100 Mb con connettore RJ45; le prese sono Ethernet con frutti per connettori RJ45 e componenti cat 5; il cablaggio è STP cat.5; il permutatore ha connettori RJ45 in cat. 5; l hub o lo switch di piano è un apparato con porte Ethernet a 10 o 100 Mb con una o due porte in fibra verso la dorsale; il nodo di edificio può essere uno switch con porte in fibra a Gbps verso gli altri edifici se tra questi esistono degli indirizzi di rete omogenei o un router se negli edifici ci sono sottoreti con indirizzi diversi. Implementazione dei protocolli del livello fisico in una LAN 100BaseTX 100 Mbps Edificio 1 Edificio 2 10BaseT 10 Mbps 1000BaseLX 1Gbps Schede di rete Tutti I PC, per essere collegati in rete, devono essere dotati di schede di rete (NIC network interface card). Alcuni PC sono dotati di NIC preinstallate. Nello scegliere una NIC per un PC, considerare quanto segue: Il tipo di protocollo di rete usato Ethernet, token ring La velocità dell'apparato a cui ci si collega - Ethernet (10Mbps) o Fast Ethernet (100Mbps); esistono apparati dotati di porte a doppia velocità, 10 o 100 Mbps, che riconoscono automaticamente la velocità della scheda che viene collegata. Il tipo di connettore conseguente al cablaggio utilizzato Rj 45 per doppino o BNC per cavo coassiale; Il tipo di bus disponibile all'interno del PC - ISA o PCI.

7 L eventuale necessità di assicurare il controllo remoto del pc fino alla possibilità di comandarne un accensione a distanza Reti Geografiche Per le comunicazioni in rete geografica (all interno di una città o tra città-regioni-nazioni diverse) si usano linee di comunicazione esistenti, linee telefoniche o fibre ottiche rese disponibili da gestori che ne rivendono l utilizzo. Modem Le linee telefoniche trasportano dati analogici pertanto è necessario un dispositivo che trasforma i segnali da analogici in digitale e viceversa: tale dispositivo è il MODEM (MOdulatore DEModulatore) La massima velocità di un modem è 56Kb/s. Utilizza le normali linee telefoniche ed è molto usato per collegamenti individuali verso Internet, non consente la contemporaneità della trasmissione fonia-dati. In caso di collegamenti multiutente (per esempio una rete locale collegata verso internet su linea telefonica) il collegamento avviene mediante un router. ISDN Integrated Service Data Network è una modalità di trasmissione su rete telefonica con maggiori prestazioni rispetto al collegamento modem Viene utilizzata per avere più canali trasmissivi contemporaneamente attivi (fonia, fax, dati) Un accesso base e'composto da DUE canali digitali "B", ognuno da 64 kbit/s. I due canali B fanno tutto quello che possono fare DUE linee telefoniche tradizionali con ricerca automatica (cioe'due linee con lo stesso numero), ovvero possono trasportare telefonate, trasmissioni di fax, modem etc.; inoltre i due canali B permettono di effettuare trasmissioni digitali a 64kbit/s, oppure un unico collegamento a 128kbit/s. Gli adattatori ISDN per computer esistono sia in versione esterna che interna ("schede ISDN"). La disponibilità di collegamenti ad alta velocità (ADSL, fibra ottica) anche ad utenze di tipo domestico ha reso obsoleta la tecnologia ISDN per la trasmissione dati ADSL ADSL è l acronimo di Asymmetric Digital Subscriber Line, letteralmente linea digitale asimmetrica per l abbonato. E una tecnologia che trasforma le normali linee telefoniche (il cosiddetto doppino ) in linee digitali ad alta velocità, molto superiore rispetto allo stesso collegamento digitale ISDN. La definizione di asimmetrica è dovuta al fatto che la velocità non è identica in entrambe le direzioni, ma è molto più elevata in ricezione (dalla Rete verso l utente) che in trasmissione (dall utente verso la Rete): ciò permette una connessione a Internet molto veloce, con prestazioni particolarmente elevate soprattutto nello scaricamento (download) di informazioni. Con l adsl si possono raggiungere attualmente velocità fino a 4 Mbps. I vantaggi sono: Utilizzo delle linee telefoniche esistenti Connessione permanente a Internet: si eliminano i tempi e i costi del collegamento telefonico Alta velocità: prestazioni molto più elevate sia nella consultazione, sia nello scaricamento (download) di informazioni Ampiezza di banda tale da supportare pienamente la multimedialità (file audio/video)

8 Efficace rapporto qualità/prezzo Potenziali svantaggi possono sorgere dal fatto che elaborando i segnali con certe frequenze possono esserci problemi di interferenze per esempio con segnali radio e si ha un più rapido decadimento del segnale rispetto a quello telefonico per cui serve una frequenza di rigenerazione maggiore. L ADSL permette due tipi di applicazioni: la multimedialità e la trasmissione di dati ad alta velocità. La multimedialità comprende file audio e video come brani musicali, film, filmati televisivi, videogame, presentazioni. La trasmissione di dati riguarda l accesso a Internet e la possibilità di ricevere e inviare dati ad alta velocità. Modello OSI: livello rete - indirizzo IP In una rete tutti i dispositivi che devono comunicare devono essere individuabili tramite un indirizzo Il modello più diffuso di indirizzamento è l indirizzo IP derivato dal protocollo TCP/IP operante ai livelli 4 e 3 Trasporto e Rete L indirizzo IP utilizza uno schema a 32 bit suddiviso in 4 byte, cioè 4 valori compresi tra 0 e 255 separati da un punto, per esempio La parte a sinistra individua gli indirizzi a disposizione per le reti, la parte a destra quelli per le apparecchiature. Classe A Classe B Classe C Classe D XXX.XXX.XXX Reti con grande numero di macchine XXX.XXX.XXX Indirizzamento alto sia di reti che di macchine in genere grandi LAN XXX.XXX.XXX Pochi indirizzi per le macchine x reti di limitate dimensioni XXX.XXX.XXX Multicast Affinchè le apparecchiature possano comunicare devono essere nella stessa sottorete di indirizzi IP o appartenere a sottoreti interconnesse da apparati in grado di eseguire commutazione (switch o router). Gli indirizzi IP vengono usati sia in modo privato all interno di una organizzazione (lan, wan) sia in modo pubblico (Internet): gli indirizzi pubblici sono univoci a livello mondiale e sono rilasciati a pagamento da organismi internazionali; gli indirizzi privati sono gestiti al proprio interno dalle singole organizzazioni, non devono essere duplicati all interno della stessa Lan. Indirizzi riservati ad uso privato sono: Classe A - da a rete estendibile fino a host Classe B - da a reti estendibili fino a host ciascuna Classe C - da a reti, estendibili fino a 254 host ciascuna Una rete privata con i propri indirizzi si collega alla rete pubblica mediante dispositivi opportunamente configurati che permettono l accesso alla rete pubblica da parte di postazioni della rete privata ma bloccano il percorso inverso o lo regolamentano con opportuni sistemi di controllo.

9 Inoltre se deve essere consentito l accesso da Internet a server dell organizzazione privata questi si configurano in una zona intermedia tra la rete privata e la rete pubblica in modo da poter ulteriormente proteggere l accesso al nucleo della rete privata. Nel collegamento di una rete privata alla rete pubblica tutti gli indirizzi privati vengono tradotti in uno o pochi indirizzi pubblici sia per motivi di sicurezza sia per risparmiare indirizzi pubblici. Gli indirizzi privati possono essere assegnati in maniera fissa, generalmente da un amministratore di rete, o in maniera dinamica da un server (DHCP-Dynamic Host Configuration Protocol) visibile da tutta la rete. Tale server esegue automaticamente i controlli di unicità, può assegnare indirizzi nell ambito di segmenti diversi di rete, libera un indirizzo dopo un periodo di inutilizzo reimpostabile, etc. Gli indirizzi IP possono essere associati a nomi mnemonici (pc, utente,server) e tale nome puo essere usato nei comandi al posto dell indirizzo. Tale associazione è gestita dai server DNS Domain Name System che sono usati sia a livello locale nelle Lan sia per risolvere i nomi nella navigazione Internet. Alcuni comandi di controllo reti si basano anche sui servizi erogati dal server DNS. comando ping XXX.XXX o ping pippo Tracert indirizzo sito Nslookup nome computer Funzione Invia una richiesta di collegamento a un dispositivo (computer, stampante, apparato) individuato da un indirizzo IP. Per usare il nome deve essere funzionante un server DNS contenente l associazione Nome risorsa (pippo) indirizzo IP Risponde indicando i nodi attraversati per raggiungere il sito destinazione e i tempi impiegati. Serve a diagnosticare eventuali interruzioni di percorso. Risponde con l indirizzo IP associato al computer e il nome e indirizzo del server DNS che ha risposto Il comando ping serve per capire se c è collegamento di rete tra due dispositivi dotati di indirizzo IP. Eseguito con destinazione il proprio indirizzo serve a testare che il percorso di andata e ritorno dalla scheda di rete fino alla porta di un apparato funzionante e viceversa sia completo e funzionante. I pacchetti Sulla rete le informazioni viaggiano in forma di pacchetti contenenti i dati veri e propri e dati di controllo quali Indirizzo stazione trasmittente Indirizzo stazione di destinazione La lunghezza Controlli sull integrità Se nella trasmissione intervengono passaggi tra sottoreti o cambi di protocollo queste informazioni vengono aggiunte al pacchetto in forma di ulteriori imbustamenti. Configurazioni per il collegamento alla rete Verificate le modalità di collegamento a livello fisico, il collegamento di un computer alla rete passa attraverso alcune impostazioni e configurazioni:

10 - utilizzo di un indirizzo IP fisso o dinamico mediante le proprietà delle risorse di rete e del protocollo IP si imposta la modalità di assegnazione dell indirizzo IP e si indica il nome del server DNS da utilizzare; - assegnazione di un nome mediante le proprietà delle risorse del computer si assegna il nome con il quale il pc potrà essere riconosciuto dal DNS all interno del dominio di appartenenza; - attraverso le proprietà di Explorer si indica se l accesso ad Internet avviene attraverso un server proxy di cui bisogna fornire l indirizzo e l eventuale file di configurazione contenente le regole per l accesso ad Internet.