Computer RETI DI CALCOLATORI INTRODUZIONE Isolato Effettua calcoli Connesso in rete comunica A cosa serve una rete? Accedere a risorse comuni Comunicare Backup Effetti della comunicazione (Networking) nessun luogo è remoto; le persone sono interconnesse; le relazioni sociali stanno mutando; l inglese sta diventando linguaggio universale; libertà di parola estesa Cosa si connette con una rete? Computer Stampante Fax Router Scanner Plotter La Rete è un insieme di : Stazioni Collegamentie e dispositivi di ricezione e trasmissione Protocolli di collegamento Protocolli di trasmissione Tutti hanno gli stessi dispositivi di ricezione e trasmissione dati. Reti e sottoreti INTRODUZIONE Le reti di calcolatori collegano elaboratori, detti nodi della rete o host, situati ad una cerca distanza fra di loro, fornendo a ciascuno di essi vari servizi di rete, ossia funzionalità disponibili a tutti i calcolatori della rete stessa Necessità di protocolli di trasmissione di collegamento INTRODUZIONE Protocollo: insieme di regole ed informazioni per costruire e mantenere un collegamento: Indirizzi Velocità Controllo errori 1
Sincrona (Telefono) Impostare velocità comune COMUNICAZIONE (collegamento) COMUNICAZIONE (collegamento) Broadcast da uno a tutti Multicast da uno a molti Asincrona (Posta ) Diverse velocità da gestire Point to point da uno a uno (File sharing) Modulazione Modulazione COME SI TRASMETTE IL SEGNALE? Modulazione e demodulazione Modulazione: segnale digitale segnale analogico Demodulazione: segnale analogico segnale digitale MOdulazionel i DEModulazioned l i La linea telefonica trasporta un segnale analogico (segnale portante) che viene modulato in modo da trasportare uno 0 oppure un 1 Tecniche di modulazione del segnale portante: Frequenza Fase Ampiezza Modulazione Modulazione 2
Modulazione in frequenza Segnale digitale Modulazione in frequenza Segnale analogico (onda portante) Modulazione in ampiezza Modulazione Segnale modulato Modulazione Modulazione in fase Modulazione CLASSIFICAZIONE DELLE RETI Suddivisione delle reti di comunicazione in base a Topologia (disposizione geometrica del sistema informativo) Protocollo (insieme di regole per la trasmissione e controllo dei dati) Architettura (punto a punto o client server) Dimensione Linee dedicate (connessione permanente) Linee commutate (connessione temporanea, es. telefono) Modulazione simplex (mododirezionali), [radio] half duplex (senso unico alternato), [walkie talkie] full duplex (bidirezionali) [telefono] 3
Topologia delle reti Ogni rete è basata su di una certa topologia. Essa descrive le modalità con le quali si scelgono i calcolatori da connettere direttamente tra loro Infatti, si possono avere: Calcolatori connessi direttamente Calcolatori che, per poter comunicare, devono far passare i messaggi attraverso altri elaboratori Stella Nodo centrale che inoltra i messaggi + Semplice + Più nodi possono comunicare contemporaneamente Collo di bottiglia (nodo centrale ) Vulnerabile ai guasti del nodo centrale e della rete (unico collegamento) Topologia delle reti Topologia delle reti Anello Bus Nessun nodo centrale: treni di messaggi + Nessun collo di bottiglia + Più nodi possono comunicare contemporaneame + Meno vulnerabile ai guasti della rete e di altri no (inversione direzione) Più complesso Più nodi da attraversare Nessun nodo centrale + Semplice + Nessun nodo da attraversare Vulnerabile ai guasti della rete Solo due nodi alla volta possono comunicare Topologia delle reti Topologia delle reti 4
: a commutazione di circuito Nessuna topologia precisa + Resistente ai guasti (se routing dinamico) + Più nodi possono comunicare contemporaneamente Complesso Più nodi da attraversare il collegamento tra le stazioni è continuativo Vantaggi: è esclusivo per 2 utenti è possibile usare voce e dati (ISDN) è indipendente dai protocolli ( basta che sia comune) blocchi di dimensione varia Topologia delle reti Svantaggi: si paga a tempo non è ottimizzata (nei tempi morti la linea è inutilizzata) protocolli e velocità di modulazione uguali : A commutazione di pacchetti : a pacchetti Non è previsto un collegamento continuativo. I dati vengono inviati a blocchi o PACCHETTI I pacchetti vengono sincronizzati temporaneamente in nodi intermedi dai quali vengono inviati al nodo successivo. Metodo STORE AND FORWARD (memorizzo e inoltro) Vantaggi: si paga il traffico ottimizzazione (più utenti) invio pacchetti a diversi destinatari le centrali adeguano i protocolli le centrali cercano la via più breve Permette la trasmissione contemporanea di più stazioni Si possono avere percorsi differenti per i pacchetti Svantaggi: i pacchetti possono essere mescolati (velocità minore) i pacchetti sono memorizzati in ogni nodo (velocità minore) dimensione dei pacchetti fissata dai gestori al pacchetto sono aggiunte informazioni di controllo (aumento di volume, costo e diminuzione velocità) 5
Struttura dei messaggi Instradamento dei messaggi La struttura dei messaggi dipende dallo standard utilizzato ma è possibile dare una descrizione generale: Se due nodi non sono connessi direttamente, il messaggio dovrà attraversare nodi intermedi I nodi intermedi dovranno ricevere il messaggio e rispedirlo verso un nodo a loro connesso e più vicino alla destinazione (routing o instradamento) Il caso più complesso è quello di una rete con topologia irregolare Fine messaggio Caratteri di controllo Dati da inviare D estinatario Mittente Inizio messaggio X Y Se A vuole comunicare con B, deve passare attraverso X, oppure attraverso X e Y Il nodo X deve decidere quale strada usare (routing statico o dinamico) Sequenza di controllo Parte utile del messaggio Introduzione A B Protocolli di rete Un protocollo stabilisce le regole di comunicazione che debbono essere seguite da due interlocutori A: Chiamata per B B: Pronto, chi parla? A: Sono A, sei pronto a ricevere dati? B: Sì A: Ecco i dati bla bla bla fine dei dati B: Dati ricevuti con successo A: Ciao B: Ciao Il protocollo stabilisce bl cosa fare in tutte le situazioni che possono verificarsi (errori, ecc.) Protocollo di comunicazione: modello OSI (Open System Interconnection) Regola il collegamento tra 2 computer attraverso 7 livelli 7 Applicazione Servizio di rete (trasferimento file, e mail, ) 6 Presentazione Conversione formati (01/12/02 12/01/02) 5 Sessione Apertura e chiusura dialogo (Chiamata per B...Ciao) 4 Trasporto scambio di informazioni affidabile e sicuro interagisce in modo diretto con le applicazioni usate dall utente, fornendo i servizi di rete preparare le informazioni ricevute dal livello Applicazione in un formato adatto alla trasmissione; compressione e crittografia attivare la connessione tra due stazioni, di mantenerla per tutta la durata del trasferimento dei dati e di abbatterla a fine trasmissione. controlla il flusso delle informazioni, invia i segmenti nella sequenza corretta, effettua il controllo e il recupero dei pacchetti 3 Rete Routing (instradamento) Definisce l instradamento, determinando il percorso più breve. Evita la congestione della rete Deve essere conosciuto dai due interlocutori (quindi, deve essere uno standard) 23 2 Collegamento dati (o data link) Controllo correttezza messaggi (rispedisci se errori) 1 Fisico Specifiche dispositivi fisici usati per connettere i nodi (Ethernet, cavo coassiale, ) indirizzamento fisico, ordinamento e e preparazione, sincronizzazione tra mittente e destinatario Definisce le modalità di connessione tra il cavo e la scheda di rete e di conseguenza le caratteristiche dei mezzi di collegamento fisico 6
Protocollo di comunicazione: TCP / IP Mittente Rete fisica Destinatario TCP/IP: il protocollo usato per connettere calcolatori e reti E una combinazione di due protocolli: TCP (Transmission Control Protocol): ha il compito di controllare la trasmissione dei dati sotto forma di pacchetti; IP (Internet Protocol): si occupa di trasmettere ciascun singolo pacchetto da un elaboratore all altro; L7 L6 L5 L4 L3 L2 L1 Invia file pippo.txt Ricevi file Converti file Converti file Apri dialogo Chiudi dialogo Segmenta file Ricomponi file Invia msg 1, msg 2, Ricevi msg 1, msg 2, Aggiungi dati controllo Verifica messaggi Connessione fisica Connessione fisica L7 L6 L5 L4 L3 L2 L1 Il protocollo IP (Internet Protocol) si occupa del trasferimento di pacchetti. I dati binari da inviare vengono frammentati in pacchetti (la dimensione è di qualche centinaio di byte) i i pacchetti httivengono mandati dtiindipendentemente d t l uno dall altro lt si occupa dell instradamento di pacchetti (evitare la congestione) e della rilevazione d errore Non si assicura: la consegna, l integrità, la non duplicazione l ordine di consegna TCP (Transport Control Protocol) consentire la comunicazione tra due stazioni Quando il destinatario riceve un pacchetto, invia un pacchetto di avvenuta ricezione al mittente I I pacchetti httiip possono non giungere a destinazione i (o giungere troppo tardi) a causa di guasti e/o congestione sulla rete. TCP realizza un meccanismo di acknowledge (una sorta di ricevuta di ritorno) per garantire che tutti i pacchetti vengano ricevuti Se il mittente non riceve il messaggio di avvenuta ricezione entro un tempo limite, reinvia il pacchetto Tutti i pacchetti che si riferiscono ad una certa applicazione vengono identificati attraverso un numero di porta (indirizzo IP porta TCP) A ciascun indirizzo IP possono corrispondere più applicazioni attive (ad esempio browser web e posta elettronica). A ciascuna applicazione corrisponde un numero di porta 7
Protocollo di comunicazione: TCP / IP Protocollo OSI Protocollo TCP IP Applicazione Applicazione Presentazione Sessione Trasporto TCP (o UDP) Rete Internet IP Collegamento dati Fisico Telnet FTP Mail DNS nome server NFS Network file system ROUTING instradamento Le tecniche di instradamento (routing) sono messe in atto da appositi calcolatori (router) che si trovano agli estremi di ogni linea di collegamento della WAN. TCP UDP Su questi calcolatori eseguono programmi che inoltrano i pacchetti sulla base dell analisi locale del traffico di rete al fine di effettuare: La ricerca del percorso più breve La ricerca di un percorso che passi o non passi da un dato nodo IP Stt Sottoretet Ethernet Tolken Ring ISDN ADSL Trasmissione Radio Sottorete Router Router Router Sottorete 8
Cos è un indirizzo IP? Indipendentemente dalla tipologia di rete i calcolatori possono essere raggiunti perché dotati di un indirizzo. Il protocollo utilizzato per indirizzare i calcolatori sulla rete Internet è il protocollo IP (Internet Protocol). Un indirizzo IP è costituito da 4 byte e si rappresenta in forma testuale come una sequenza di 4 numeri separati dal carattere.. Esempio: 102.54.94.97 01100110.00110110.01011110.01100001 Standard IPv4 =32 bit 256 x 256 x 256 x 256 = 4.294.967.296 = oltre 4 miliardi di indirizzi Standard IPv6 = 128 bit = oltre 4 x 10 38 Cos è un indirizzo IP? L indizzo IP fornisce informazioni su: Rete Host attraverso la Subnet mask La rete è suddivisa in classe A, classe B, classe C. Lo scopo della divisione è di facilitare la ricerca di un computer sulla rete. E possibile ricercare in un primo tempo la rete che si desidera raggiungere e poi cercare un computer sulla stessa. L'attribuzione degli indirizzi IP si effettua secondo la dimensione delle rete. Classe Numero di reti possibili Numero massimo di computer su ciascuna A 126 16777214 B 16384 65534 C 2097152 254 Cos è un indirizzo IP? Cos è un indirizzo IP? rete host host host Classe A da 1.0.0.0 a 126.0.0.0 16777214 possibili computer rete rete host host Classe B da 128.0.0.0 a 191.255.0.0 65534 possibili computer rete rete rete host Classe C da 192.0.0.0 a 223.255.255.0 254 possibili computer Classe D da 224.0.0.0 multicast Classe E da 240.0.0.0 usi futuri Indirizzi privati In un ente un solo computer può essere connesso a internet e funge da intermediario per gli altricomputer di rete per l'accesso a internet (si parla generalmente di proxy) Indirizzi privati di classe A: 10.0.0.1 a 10.255.255.254 Indirizzi IP privati di classe B: 172.16.0.1 a 172.31.255.254 Indirizzi IP privati di classe C: 192.168.0.1 a 192.168.0.254, Subnet mask Classe A: 255.0.0.0 255000 Classe B: 255.255.0.0 Classe C: 255.255.255.0 9
Mio computer Cos è un indirizzo IP? www.indirizzo ip.com 27/10/2010 10 Mio computer: connessione Alice Mio computer: connessione Alice
Cos è un indirizzo IP? le porte sono lo strumento utilizzato per aumentare le connessioni a livello di trasporto, ovvero per permettere ad un calcolatore di effettuare più connessioni contemporanee verso altri calcolatori, facendo in modo che i dati contenuti nei pacchetti in arrivo vengano indirizzatial i processoche li staaspettando tt FTP (21), SMTP (25) HTTP (80) IMAP (143) POP (109) Cos è un indirizzo IP? Nomi e indirizzi dei computer indirizzo IP: ogni computer connesso a Internet riceve un indirizzo numerico unico nomi di dominio: nomi simbolici facilmente comprensibili agli esseri umani, organizzati secondo una gerarchia. Trasformati attraverso l applicazione DNS (Domain Name System) DNS Il Domain Name System traduce i nomi gerarchici comprensibili agli esseri umani in indirizzi IP Su Internet ogni host conosce l indirizzo IP del server DNS più vicino, un computer che mantiene aggiornata una lista di nomi simbolici e degli indirizzi IP corrispondenti Quando usate un nome simbolico per inviare informazioni, il vostro computer chiede al server DNS di reperire il relativo indirizzo IP Se il server DNS non conosce l indirizzo IP, lo chiede a un server dei nomi di root, che conserva la lista principale delle coppie nome indirizzo Architettura CLIENT/SERVER PEER to PEER Architettura 11
Architettura Architettura CLIENT/SERVER SERVER mette a disposizione risorse e servizi CLIENT singolo computer che accede al server Una macchina particolare (detta server) offre una serie di servizi (disco condiviso, stampanti, database, ecc.) ed aspetta richieste Le altre macchine (dette client) utilizzano i servizi offerti dal server Quindi, il server generalmente si limita ad attendere che qualcuno lo contatti. Sono sempre i client ad iniziare il dialogo (chiedendo un certo servizio) ii E molto usata. Anche in ambito Internet Architettura Architettura CLIENT/SERVER Più Client possono contattare contemporaneamente lo stesso Server. Il server gestisce una coda di richieste nella quale accoda i messaggi provenienti dal client ed estrae quello che, in un dato istante, elaborerà NET SERVER: gestisce e controlla la rete FILE SERVER: archiviazione centrale dei file APPLICATION SERVER: archiviazione programmi applicativi WEB e MAIL SERVER: siti web e posta elettronica Architettura PEER to PEER Tipi di rete: classificazione geografica PRO un costo ridotto una semplicità di installazione Non vi è nessun server dedicato. Così ogni computer in una rete simile è per una parte server e per l'altra client. Ognuno dei computer di rete è liberodi condividere le sue risorse. Un computer collegato ad una stampante potrà quindi eventualmente condividerla affinché tutti gli altri computer possano accedervi attraverso la rete. FILE SHARING Reti LAN (Local Area Network) Reti MAN (Metropolitan Area Network) Reti WAN (Wide Area Network) Reti GAN (Global Area Network) 10 1000 m 10km 100 km regione 1000 km continente 10000 km intercontinent Architettura CONTRO non centralizzato quindi difficile da amministrare la sicurezza è poco presente nessun anello della catena è affidabile Tipologie di reti 12
Reti LAN Come avviene il collegamento? Esistono diverse tecnologie LAN; le più comuni sono: Ethernet e Fast Ethernet. Requisiti: modulari ed espandibili Economiche Poca memoria Codice compatto Standard Buoone prestazioni Tipologie di reti Ethernet funziona a 10 Megabit per secondo (o Mbps) e Fast Ethernet funziona a 100Mbps. Iniziano a diffondersi connessioni ad 1Gbps (GigaEthernet) Come avviene il collegamento? Linea telefonica analogica (il doppino). Modem su linea telefonica commutata 56 kbit/s ISDN 128 kbit/s ADSL da 640 kbit/s, fino ad alcuni Mbit/s Cavo coassiale Su brevi distanze 100000 kbit/s Su lunghe distanze 1000 kbit/s Fibra ottica 10000000 Kbit/s Onde elettromagnetiche BlueTooth (brevissime distanze) 700 kbit/s WiFi (decine/centinaia di metri) 56000 bit/s Via satellite Il doppino Costituito da due fili di rame ricoperti da una guaina e ritorti Tipicamente utilizzato per trasmissione telefonica Con più doppini utilizzati contemporaneamente si ottengono velocità di trasmissione medio alte (100 Mbps su rete locale, recentemente fino a 1000 Mbps) Su rete telefonica le velocità è più bassa 13
Cavo coassiale FIBRA OTTICA Il cavo coassiale ha al suo centro un singolo conduttore di rame. Esiste poi l'isolamento tra il centro del conduttore ed uno schermo di metallo intrecciato (maglia). Lo schermo di metallo aiuta a bloccare le interferenze Grande gamma di frequenza per trasportare più segnali, che lo rendono ideale per il compimento di molte trasmissioni televisive via cavo. Ogni canale ha anche una maggiore larghezza di banda che permette di video ad alta definizione. La schermatura consente una maggiore lunghezza del cavo tra amplificatori. Tuttavia, il cavo coassiale è più costoso da installare. Costituito da una fibra di vetro ricoperta, capace di trasportare segnali luminosi La trasmissione avviene nel campo ottico sfruttando diodi fotoelettrici alle estremità del cavo Permette velocità àdi trasmissione molto elevate, dell ordine d dll delle decine di Gbps Problemi nelle curve troppo brusche Tipologie di reti DSL e ADSL Connessioni a banda larga (almeno 256000 bps) DSL ( Digital Subscriber Line) usa i cavi telefonici normali, ma utilizza frequenze diverse e trasmette solo segnali digitali. Il traffico voce non interferisce con quello digitale Connessione sempre attiva ADSL (asymmetric, ) la velocità di trasmissione è diversa nella direzione di download ( da rete a utente) e di upload (da utente a rete). velocità download 2 8 Mbits velocità upload 0.25 1 Mbits WIRELESS connessioni senza fili basate su onde radio. Bluetooth onde radio a corto raggio (massimo qualche decina di metri). Tecnologia basso costo e basso consumo Più lento Applicazioni locali Wi fi (wireless fidelity) sistema a corto range (decine di metri) connette un utente ad una rete locale che generalmente è collegata ad Internet Applicazioni università, aeroporti, Wi Max (world Interoperability for Microwave Access) sistema a grande copertura (molti kilometri) Connessioni punto a punto a Interne da un Internet Server Provider all utente finale Problemi di sovrapposizione delle onde (forno a microonde) Prestazioni migliori con visibilità diretta dell antenna Applicazioni città, http://www.cittadinanzadigitale.it/node/67 14
PWR COLCOL SWITCH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 131415161718192021222324 1 2 3 4 13 14 15 16 5 6 7 8 17 18 19 20 9 10 11 12 21 22 23 24 UPLINK PWR COLCOL SWITCH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 131415161718192021222324 1 2 3 4 13 14 15 16 5 6 7 8 17 18 19 20 9 10 11 12 21 22 23 24 UPLINK 27/10/2010 Tipo di collegamento Velocità (bps) Tempo trasmissione Immagine 1000x1000x16 bit Telefonica a composizione / GPRS 33.6 K / 56 K 7.9 min / 4.7 min ISDN dedicata 128 K 2.1 min UMTS 384 K 40.7 sec ADSL 640 K 24.4 sec Ethernet (cavo coassiale) 10 M 15.26 sec Radio LAN (2.4 GHz) 54 M 0.28 sec Fast Ethernet (Cavo coassiale, fibra ottica, 100 M 0.15 sec cavo multipolare) Gigabit Ethernet (Cavo coassiale, fibra 1G 0.015015 sec ottica, cavo multipolare) ATM (fibra ottica) 155 M / 622 M 0.1 sec / 0.026 sec HARDWARE PER LA CONNESSIONE AD UNA RETE Tutti i PC, per essere connessi ad una rete, devono essere dotati di schede di rete. Alcuni PC sono dotati di schede di rete preinstallate (portatili). HUB il termine hub indica un componente dell'apparecchiatura di rete che collega assieme i PC fungendo da ripetitore: ripete tutte le informazioni che riceve, a tutte le porte. Gli hub sono adatti alle piccole reti; per le rete con elevato livello di traffico si consiglia un'apparecchiatura supplementare di networking come lo switch capace di suddividere la rete in più tronconi isolati. SWITCH Apparentemente simili agli hub, gli switch si avvalgono degli indirizzi di ciascun pacchetto per gestire il flusso del traffico di rete separando ogni troncone. Monitorando i pacchetti httiche riceve, uno switch "impara"" a riconoscere l indirizzo dei dispositivi che sono collegati alle proprie porte per poi inviare i pacchetti solamente alle porte pertinenti. Lo switch riduce la quantità di traffico non necessario, dato che le informazioni ricevute nella porta vengono trasmesse solo al dispositivo con il giusto indirizzo di destinazione e non, come negli hub, a tutte le porte. Gli switch e gli hub vengono spesso utilizzati nella stessa rete. Gli hub ampliano la rete fornendo un numero maggiore di porte, mentre gli switch dividono la rete in sezioni più piccole e meno congestionate. ACTACT 10M100M PORTE ACTACT 10M100M PORTE 15
MODEM Il modem è un dispositivo che va collegato direttamente al computer e che si avvale della linea telefonica per effettuare una connessione di rete dial up (ad es. verso un servizio online o un ISP). Il compito essenziale di un modem è di convertire i dati digitali necessari al computer in segnali analogici per la trasmissione attraverso la linea telefonica, e viceversa. I modem tradizionali supportano velocità fino a 56Kbps. Negli ultimi anni si sono diffusi i modem ADSL che supportano velocità molto più elevate (anche 20 Mbps). ROUTER Il router è uno strumento fisico, o in alcuni casi un software in un personal computer, che determina il successivo punto della rete a cui inoltrare il pacchetto di dati ricevuto. Il router quindi è colui che instrada il pacchetto di dati verso la destinazione finale. Un router, in generale, è connesso a due o piu reti e decide quale percorso far compiere ai dati basandosi su informazioni dello stato delle reti alle quali è collegato. Il ruoter è presente in ogni gateway (dove due reti si incontrano) ed è spessoparte parte di uno switch. Può creare e gestire una tabella delle possibili vie e delle condizioni di queste vie, e quindi decidere che percorso far compiere al pacchetto anche in base alla distanza. 16