Reti di Calcolatori... A.A Informatica 151

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1 Reti di Calcolatori... A.A Informatica 151

2 Le reti di calcolatori... I calcolatori vengono collegati tra loro allo scopo di condividere risorse e di scambiare dati. Distinguiamo: Reti locali; Reti metropolitane; Reti geografiche. Informatica 152

3 Organizzazione fisica... Rete di elaboratori = insieme di elaboratori collegati tra loro. Una rete è formata da: Nodi: gli elaboratori; Archi: i collegamenti tra gli elaboratori. Informatica 153

4 Collegamenti Tramite cavi Di rame, coassiali, telefonici, Wireless (senza fili) Banda: Quantità di informazioni che si possono trasferire nell unità di tempo (misurata in bit al secondo) Modem 54 Kbs (Kilo-bit al secondo) Ethernet 100 Mbs, 1 Gbs,... Wireless 11 Mbs, 22 Mbs, 54 Mbs,... Influisce sulla velocità di trasmissione Informatica 154

5 Collegamenti È possibile creare una rete fra i computer in casa/ufficio in modo semplice Cavo di rete Cavo parallelo Cavo seriale Rete wireless Per collegamenti a lunga distanza questo non è fattibile in modo semplice Si devono allora utilizzare i supporti di comunicazione già esistenti (es. linea telefonica, dorsali,...) Informatica 155

6 La trasmissione... Possiamo distinguere due tipologie di trasmissione: Digitale (sequenze di bit collegamento diretto) Analogica (frequenze linea telefonica) Le informazioni sono trasmesse sotto forma di onda elettromagnetica Le variazioni di frequenza indicano le variazioni di segnale Si tratta quindi di un sistema continuo che deve dialogare con un sistema discreto Informatica 156

7 Conversione analogico-digitale Modem (MOdulatore DEModulatore) Effettua la conversione dei segnali da analogico a digitale e viceversa digitale linea telefonica analogico La La velocità di di comunicazione non comunicazione potrà mai essere maggiore non potrà di mai quella essere del più lento maggiore dei due di modem quella del più lento dei due modem digitale Informatica 157

8 Mezzi per la trasmissione... Linee dedicate Collegamento diretto attraverso un cavo dedicato. La comunicazione è sempre disponibile e non è utilizzabile da nessun altro nodo Linee commutate: Un insieme di circuiti crea il collegamento solo quando serve. Informatica 158

9 Linee dedicate Comunicazione efficiente e sempre attiva Fondamentale per nodi che comunicano tra loro pesantemente e frequentemente Costo estremamente alto Informatica 159

10 Linee commutate Si possono avere conflitti di comunicazione quando più nodi cercano di trasmettere sulla stessa linea La comunicazione può essere ritardata se tutte le linee sono occupate Informatica 160

11 Correttezza della trasmissione Il messaggio inviato al destinatario deve coincidere con quello spedito dal mittente Anche l alterazione di un solo bit in un messaggio di un migliaio di byte può creare seri problemi Un documento riporterebbe dati errati Un programma potrebbe non essere più eseguibile I mezzi di trasmissione possono non essere affidabili (rumore e disturbi di trasmissione) Informatica 161

12 Comunicazione fra computer Gli elaboratori in rete potrebbero essere eterogenei: Processori differenti Sistemi operativi differenti Stesso processore, stesso sistema operativo ma di versione differente Elaboratore di tipo differente, es. stampante È necessario un meccanismo che permetta a computer eterogenei di comunicare Informatica 162

13 Esempio Informatica 163

14 Comunicazione nelle reti... La comunicazione avviene mediante lo scambio di messaggi. Ogni messaggio sarà caratterizzato da: Mittente Destinatario Un insieme di informazioni Il servizio richiesto Un insieme di dati Informatica 164

15 Esempio di comunicazione Mittente: il computer che vuole stampare Destinatario: la stampante Informazioni: Tipo di servizio: stampa Dati: il documento da stampare Informatica 165

16 Protocollo di comunicazione Affinché la comunicazione fra due elaboratori sia possibile è necessario definire un protocollo di comunicazione: Un insieme di regole che determinano le operazioni che devono essere eseguite ad ogni scambio di informazioni Informatica 166

17 Esempi di protocolli Stabilire come associare un nome logico ed un indirizzo fisico ai nodi di una rete Fornire le regole per reperire tali nomi ed indirizzi al momento della comunicazione Scegliere un percorso che le informazioni devono seguire quando sono trasmesse da un nodo all altro Controllare che non vi siano errori durante la comunicazione Informatica 167

18 Topologia delle reti... Determina come gli elaboratori sono distribuiti e collegati nella rete al fine di: Diminuire i costi: Il costo della rete è legato la numero ed alla lunghezza delle connessioni Si deve cercare di avere poche connessioni, non troppo lunghe Aumentare la velocità di comunicazione: La comunicazione più veloce si ottiene mediante collegamento diretto fra nodi ma non sempre è possibile: Problemi di costi La distanza fra i nodi potrebbe superare la portata dei cavi Informatica 168

19 Collegamenti indiretti Due nodi possono comunicare anche se non esiste una connessione diretta: Possono utilizzare nodi intermedi che: Ricevono un messaggio Capiscono che è destinato ad un altro Ritrasmettono il messaggio verso il destinatario Perché la comunicazione sia veloce il numero di computer intermedi deve essere piccolo Informatica 169

20 Collegamenti indiretti Riescono a comunicare anche se non c è un collegamento diretto, passando attraverso 2 elaboratori Informatica 170

21 Traffico intenso È necessario che la comunicazione sia distribuita equamente fra i diversi archi Zone di traffico troppo intenso possono diventare critiche Possono rallentare l intero insieme di comunicazioni nella rete Diventano colli di bottiglia (bottleneck) per la comunicazione dell intera rete Informatica 171

22 Fault tolerance Quando un nodo si guasta, tutte le comunicazione che passavano attraverso quel nodo non sono più possibili Tolleranza ai guasti La comunicazione fra due nodi è possibile anche in presenza di malfunzionamenti Ridondanza Ci devono essere più percorsi che collegano due nodi Informatica 172

23 Collegamento punto-a-punto Esiste un collegamento per ogni coppia di nodi Informatica 173

24 Collegamento punto-a-punto Il costo di queste reti è molto elevato In una rete con N nodi sono necessari N*(N-1)/2 archi La comunicazione è Molto efficiente Molto affidabile Esistono molti cammini alternativi Informatica 174

25 Rete lineare Si ha un unico cavo lineare (dorsale) cui sono collegati tutti i nodi Informatica 175

26 Rete lineare Costo limitato Gestione e manutenzione semplice Comunicazione veloce Ogni messaggio deve attraversare un solo arco La dorsale può diventare il collo di bottiglia in quanto tutte le comunicazioni passano di lì Informatica 176

27 Rete lineare (affidabilità) La rottura di un nodo porta solamente all isolamento di quel nodo Ma se si rompe la dorsale la rete si spezza in due sottoreti che non sono più in grado di comunicare fra loro Informatica 177

28 Rete a stella Un nodo centrale collegato a tutti gli altri nodi Informatica 178

29 Rete a stella Ottimo compromesso fra costi e prestazioni Il nodo centrale deve essere un elaboratore potente Tutte le comunicazioni passano da lui Diventa il collo di bottiglia della rete Se si guasta questo nodo la comunicazione diventa impossibile Informatica 179

30 Internet Rete di reti Una rete geografica di estensione planetaria Varie reti sono connesse tra di loro per formare un unica rete mondiale Informatica 180

31 Internetworking Quando si collegano due o più reti si parla di internetworking Le reti possono essere interconnesse in vari modi mediante dispositivi differenti repeater, bridge e router, switch, gateway Informatica 181

32 Reti a commutazione di circuito È richiesta una reale connessione fisica tra due dispositivi comunicanti realizzata attraverso la connessione di nodi intermedi sulla rete Il collegamento fisico stabilito è dedicato in modo esclusivo a quella sessione di comunicazione Esempio: rete telefonica Informatica 182

33 Reti a commutazione di pacchetto Internet si basa sulla commutazione di pacchetto Le informazioni vengono suddivise in pacchetti Ogni pacchetto viene inviato separatamente e può seguire percorsi differenti È compito del protocollo di comunicazione Suddividere in pacchetti Riassemblare i pacchetti alla ricezione Controllare che tutti i pacchetti vengano ricevuti correttamente Informatica 183

34 Router e Gateway Dispositivi di comunicazione che interconnettono reti locali anche tecnologicamente molto diverse tra loro router router router router Informatica 184

35 Router e Gateway inoltrano i pacchetti da una rete ad un'altra, fino a fargli raggiungere i computer di destinazione; quando un computer collegato alla rete locale invia i dati, il gateway può inoltrare i pacchetti ad altri gateway finché i dati non arrivano alla destinazione finale; I router e i gateway prendono anche delle decisioni sul percorso che tali pacchetti dovrebbero seguire Informatica 185

36 Indirizzi IP ogni computer connesso ad Internet viene identificato in modo univoco da un indirizzo, detto indirizzo IP (Internet Protocol address) Un indirizzo IP è un numero a 32 bit che viene scritto come quattro segmenti di otto bit ciascuno che sono espressi in forma decimale come una sequenza di quattro numeri, compresi tra 0 e 255 (2 8-1), separati da un punto: Es Informatica 186

37 Indirizzi IP Ogni indirizzo IP è diviso in due campi Es. 24 bit per la rete, 8 per l'host; oppure 16 bit per la rete e 16 per l'host Campo rete: identifica, all'interno di Internet, la rete a cui l'host (computer) è connesso (così che tutti gli host di una stessa rete hanno lo stesso campo rete) Campo host identifica un particolare host attaccato ad una data rete Es rete host Informatica 187

38 Indirizzo IP Il campo rete dell indirizzo IP è assegnato da un autorità internazionale, il NIS (Network Information Service), che in Italia è rappresentato dal GARR-NIS (Gruppo Armonizzazione delle Reti di Ricerca), Gli amministratori locali hanno la responsabilità dell assegnazione degli indirizzi per i singoli computer di una data rete Informatica 188

39 Esempio Se l indirizzo di destinazione ha lo stesso indirizzo di rete, la consegna del messaggio avviene tramite la rete locale Es spedisce a router Informatica 189

40 Esempio Se l indirizzo di destinazione non ha lo stesso indirizzo di rete, la consegna viene delegata al router Es spedisce a router router router router Informatica 190

41 Protocollo TCP/IP Un insieme di regole di comunicazione che tutti i computer su Internet dovevano seguire per poter comunicare. L'insieme di questi standard viene riferito come TCP/IP (il nome completo è TCP/IP Internet Protocol Suite) e prende il nome dai due più importanti protocolli che lo compongono: il Transmission Control Protocol (TCP) l'internet Protocol (IP) Il TCP/IP permette comunicazioni tra macchine aventi diverse architetture hardware e differenti sistemi operativi Informatica 191

42 Protocollo TCP/IP Suddivide i messaggi che devono essere inviati da un computer ad un altro in una sequenza di pacchetti aggiungendo ad ognuno di essi un intestazione (header) che contiene varie informazioni il numero di sequenza del pacchetto, gli indirizzi IP del computer di partenza e del computer di destinazione istruzioni per instradare il pacchetto attraverso le varie reti su Internet. Informatica 192

43 Protocollo TCP/IP I pacchetti vengono infine inviati sul mezzo fisico di connessione della rete locale ed inoltrati di rete in rete finché non raggiungeranno il computer di destinazione. Su tale computer il software di rete provvederà a togliere gli header e a riassemblare i vari pacchetti così da formare il messaggio originale Informatica 193

44 La struttura di Internet il contenuto della comunicazione protocollo applicativo: livello applicativo Posta elettronica Login remoto NNTP SMTP/POP TELNET Copia di files World Wide Web FTP HTTP protocolli di trasmissione: livello di trasmissione TCP/IP infrastruttura telematica: livello di connessione fisica Informatica 194

45 Affidabilità su TCP/IP IP è un protocollo connectionless (non orientato alla connessione) frammenta il messaggio in datagrammi; ogni datagramma viene inviato a destinazione lungo percorsi indipendenti; il controllo (checksum) consente soltanto la verifica dell integrità dell intestazione, ma non dei dati; attenzione: non c è garanzia che tutti i pezzi arrivino a destinazione né che arrivino in ordine la correttezza e l ordine di ricezione dei dati devono essere assicurati da protocolli di livello più elevato. Informatica 195

46 Affidabilità su TCP/IP TCP è un protocollo connection oriented (orientato alla connessione) garantisce la consegna di un messaggio completo di tutte le sue parti e ordinato correttamente, il controllo consente la valutazione della correttezza sia dell intestazione TCP che dei dati. Informatica 196

47 Affidabilità su TCP/IP La combinazione delle due modalità permette di ottenere sia una buona efficienza di trasmissione che una elevata affidabilità: OK per applicazioni client-server; Quando l affidabilità non è un requisito essenziale, TCP può essere sostituito con altri protocolli (e.g. UDP - User Datagram Protocol). Informatica 197

48 Indirizzi numerici vs indirizzi simbolici Gli indirizzi IP sono machine-oriented, quindi difficili da utilizzare per un utente umano ; è stato definito un sistema per passare da indirizzi numerici (gli indirizzi IP) a nomi facilmente memorizzabili, il Domain Name System; Domain Name System (DNS) associa a ogni indirizzo IP uno o più indirizzi simbolici, gestisce la conversione tra indirizzi simbolici e indirizzi IP organizzato in maniera gerarchica (domini, sotto-domini, sotto-sotto-domini, ) per semplificarne l utilizzo DNS server1.isttec.liuc.it Informatica 198

49 DNS Il nome DNS di un calcolatore è costituito da una successione di stringhe alfanumeriche separate da punti (per esempio, educ.di.unito.it) ogni stringa identifica un dominio Informatica 199

50 DNS la stringa più a destra rappresenta il dominio di primo livello (detto anche dominio generale) identifica la nazione di appartenenza (it per Italia, uk per Gran Bretagna, fr per Francia ) identifica la categoria cui appartiene la società proprietaria del calcolatore (com per commerciale, edu per università o istituzioni che si occupano di formazione, org per organizzazioni non-profit di vario genere ); Informatica 200

51 DNS la seconda stringa, sempre proseguendo da destra verso sinistra, indica il dominio di secondo livello è un sottodominio del dominio di primo livello di solito individua una singola organizzazione (università, azienda, ente ) Informatica 201

52 DNS Le stringhe successive indicano i domini di terzo livello (sottodomini dei domini di secondo livello), quelli di quarto livello, e così via finché non si arriva a individuare un dominio che comprende il singolo host. per esempio, educ.di.unito.it Informatica 202

53 Gerarchie di domini Indirizzo simbolico composto da una sequenza di identificatori di dominioseparati da. Domini organizzati in una gerarchia root com edu gov int mil net org fr... it... zw top level = generici = relativi a nazioni gnu. libero unifi www. www smtp dsi www Informatica o livello 3 o livello