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Reti di calcolatori e internet
Perché una rete?
Condividere risorse utilizzo razionale di dispositivi costosi modularità della struttura affidabilità e disponibilità Comunicare tra utenti scambio informazioni collaborazione a distanza
Evoluzione dei sistemi informativi
Da organizzazione centralizzata … tanti “terminali” collegati allo stesso calcolatore (in genere un mainframe); … a organizzazione distribuita … tanti PC collegati tra di loro; la rete di collegamento tra i PC è il mezzo principale per condividere le informazioni e le risorse … attraverso operazioni di downsizing (= riduzione delle dimensioni) … crescita e diffusione delle reti sono state assai disomogenee:
- in ogni sede o edificio dell’azienda si è dapprima realizzata una rete locale che servisse alle proprie esigenze;
- poi si è rivelato necessario collegare le diverse sedi mediante una rete geografica; … e di internet working (=collegamento di reti diverse) evoluzione bottom-up della rete aziendale:
- integrazione delle diverse reti locali;
- interesse verso l’organizzare di reti di calcolatori aziendali multiprotocollo.
Tassonomia delle reti: la tecnologia di comunicazione
Reti broadcast (multi punto) : canali di trasmissione condivisi da tutti i calcolatori della rete; Ogni calcolatore deve essere associato un identificatore univoco (indirizzo direte), associato al dispositivo fisico utilizzato per connettersi alla rete; un messaggio inviato “sulla rete” raggiunge tutti i calcolatori della rete, ma solo il calcolatore il cui indirizzo corrisponde a quello presente nel messaggio lo tratterrà per elaborarlo. Reti punto a punto più connessioni individuali tra coppie di calcolatori; comunicazione tra due calcolatori
Tassonomia delle reti: la dimensione delle reti
Reti locali(Local Area Network, LAN) : di limitata estensione; collegano dispositivi collocati nello stesso edificio in edifici adiacenti. Reti metropolitane (Metropolitan Area Network, MAN) : collegano dispositivi collocati nella stessa area urbana. Reti geografiche(Wide Area Network, WAN) :collegano dispositivi diffusi in un’ampia area geografica(nazione, continente, …);
“Reti di reti” (Internetwork): collega meno più reti differenti (in termini siahardware chesoftware) mediante opportuni elementi di interfaccia, che si possono estendere su tutto il pianeta(e.g. Internet).
Servizi vs. velocità
bassissima velocità : telemetria, telecontrollo, teleallarmi; bassa velocità : fonia, fax, POS (point of sale), transazioni remote (come prenotazione ditratte aeree, connessioni remote con calcolatori, …); media velocità: audio Hi-Fi, video a bassa velocità, fax a elevata risoluzione; alta velocità : interconnessione diretti di calcolatori, trasferimento di file; altissima velocità: distribuzione di segnali video, video on demand, TV ad alta definizione(HDTV), videoconferenze, videoteche.
I mezzi di trasmissione
Qual è il mezzo fisico utilizzato per realizzare il canale di trasmissione? Mezzi guidati
- linee fisiche che portano il segnale fino al ricevitore,
- supportano la trasmissione di segnali elettrici oppure ottici,
- segnali elettrici: doppino telefonico o cavo coassiale;
- segnali ottici: fibre ottiche; mezzi non guidati
- irradiazione di segnali elettromagnetici nello spazio, in modo più o meno diretto;
- antenne, satelliti, infrarossi, …
Cosa influenza la trasmissione?
La capacità del canale (chiamata anche larghezza di banda) Il grado di attenuazione del segnale Le interferenze tra segnali Il numero di ricevitori
Doppino telefonico
È costituito da due o più coppie di fili di rame, singolarmente ricoperti di materiale isolante, intrecciati uno intorno all’altro per ridurre le interferenze elettromagnetiche (da qui il suo nome inglese, twisted pair) e isolati da una guaina. È il mezzo di trasmissione meno costoso e più utilizzato per segnali sia analogici che digitali. Esistono diverse tipologie di doppini UTP (Unshielded Twisted Pair), identificate in classi di qualità crescente.
Cavo coassiale
I cavi coassiali sono costituiti da un corpo centrale conduttore, in cui si propaga il segnale da trasmettere; una protezione isolante; una rete di sottili fili metallici(chiamata calza) che realizza una schermatura del conduttore dalle interferenze esterne; una guaina protettiva esterna Ø Due tipi dicavi coassiali ; Thin
- larghezza di banda da 10 Mbps
- ~3 mm di diametro
Trasmettitore e ricevitore debbono cooperare: i dati vengono tipicamente trasmessi un bit per volta lungo il canale(trasmissione seriale) ;la temporizzazione di questi bit deve essere la stessa tra trasmettitore e ricevitore Trasmissione sincrona: trasmettitore e ricevitore devono avere orologi sincronizzati per gestire la temporizzazione dei bit trasmessi; l’informazione di sincronizzazione può essere contenuta nei dati mediante speciali codifiche. Trasmissione asincrona: trasmissioni di breve durata, un carattere per volta(da 5 a 8 bit); il ricevitore deve risincronizzarsi all’inizio di ogni nuovo carattere(segnalato mediante un bit di start); la fine di un carattere è poi segnalata da un altro bit di controllo, il bit di stop. Direzione della trasmissione Simplex: solo in una direzione (solo da A verso B) ; Full duplex: contemporaneamente in entrambe le direzioni (da A a B e da B ad A contemporaneamente) § Half duplex: in entrambe le direzioni, ma non contemporaneamente (da A a B xorda B ad A)
Le reti locali
Caratteristiche generali: ampia larghezza di banda; modularità e facilità di connessione; notevole affidabilità dell’intero sistema; espandibilità e flessibilità nella modifica delle dimensioni della rete; economicità; ogni stazione è collegata alla rete mediante un connettore(tap) agganciato alla scheda di interfaccia di rete(Network Interface Card, NIC)
- esegue le operazioni di conversione dei segnali e implementa il metodo di accesso alla rete
- a ogni scheda di rete è associato un indirizzo fisico univoco. Differenze tra diverse tipologie di LAN: i mezzi di trasmissione utilizzati; la topologia, ossia la configurazione fisica (anello, dorsale, stella e albero) e logica (anello, dorsale, albero) della rete; i metodi di accesso ai mezzi trasmissivi, ossia le regole di accesso al mezzo che tutte le stazioni collegate devono rispettare; l’architettura di rete; i metodi di comunicazione, ovvero il software di rete.
Topologia a stella
Le connessioni, in genere punto-a-punto, fanno capo a un unico nodo centrale Consente un controllo centralizzato delle comunicazioni Vantaggi: prestazioni elevate, grazie alle connessioni punto-a-punto dedicate; facilità di controllo centralizzato del server; semplicità del protocollo di comunicazione Svantaggi: possibilità di sovraccarico in caso di traffico elevato, con possibile blocco delle comunicazioni; lunghezza dei cavi richiesti; dipendenza dall’affidabilità del server, dato che un suo guasto blocca l’intera rete. Oggi si usa una topologia “star-wired bus”: tutte le postazioni sono collegate a un dispositivo centrale(HUB), che ritrasmette i dati ricevuti a tutte le postazioni di lavoro a esso collegate; collegamenti realizzati mediante doppino telefonico; connettore RJ45.
Reti wireless (Wi-Fi)
Operano in bande di frequenza che non necessitano di licenza (come invece avviene per la telefonia mobile e in particolare per le licenze (UMTS), quindi senza costi di licenza per i fornitori di accesso Sono basate sulla classe di protocolli standard IEEE 802.11 (a/b/g/…) Le reti Wi-Fi possono operare secondo due procedure base: rete ad hoc, centralizzata Bluetooth: sviluppato per connettere telefoni cellulari con altri dispositivi, poi esteso alle reti locali (PAN – Personal Area Network) i prodotti che adottano lo standard Bluetooth hanno un minuscolo ricetrasmettitore a breve raggio, che opera sulla banda radio priva di licenza disponibile a livello mondiale, 2.45 GHz, e supporta velocità di trasferimento dati fino a 721 Kbps.
Tipologie di rete
client-server : il server gestisce la condivisione delle risorse e la sicurezza della rete ; le altre stazioni della rete sono dette client ; le risorse condivise e rese accessibili ai client sono quelle collegate direttamente al server, per cui la condivisione di dati e programmi richiede che essi siano stati memorizzati su un disco di rete collegato e gestito direttamente dal server. peer-to-peer : insieme di stazioni connesse in modo paritetico, in modo tale che non esiste una gerarchia tra stazioni per la gestione e il controllo della rete: ognuna può inviare messaggi e condividere risorse sia hardware che software ; ogni stazione deve gestire il controllo degli accessi alle proprie risorse, definendo cosa condividere e con chi, in modo da proteggersi da eventuali intrusioni.
I protocolli di comunicazione
Per comunicare i calcolatori debbono seguire delle le regole: i protocolli di comunicazione. I protocolli di comunicazione specificano: i formati dei dati, la struttura dei pacchetti (includendo la definizione delle informazioni di controllo) , la velocità di trasmissione … Definire tutte queste proprietà tramite un unico protocollo è praticamente impossibile, per questo si definisce un insieme di protocolli: ogni protocollo gestisce univocamente una componente ben definita della comunicazione; ogni protocollo condivide con gli altri protocolli i dati di cui essi necessitano.
Per comunicare …
è necessario che esista un canale fisico adatto (requisito per la connessione fisica) è necessario avere competenze linguistiche comuni(requisito per la trasmissione) è necessario avere competenze di contenuto comuni (requisito per la comunicazione) Se le soluzioni adottate per soddisfare le tre precondizioni sono efficienti, la comunicazione si realizza come se esse non fossero più necessarie (“trasparenza” dei protocolli e dell’infrastruttura)
Architettura a livelli di un insieme di protocolli
La trasmissione dell’informazione avviene simulando la connessione tra i livelli corrispondenti (peer) dei due sistemi che si scambiano blocchi formattati di dati, seguendo le regole stabilite dal protocollo definito per quel livello. Gli elementi chiave di un protocollo sono pertanto: la sintassi da seguire per la formattazione dei blocchi dei dati; la semantica, che riguarda, per esempio, le modalità di controllo della trasmissione e di gestione degli errori; la temporizzazione, ovvero l’adattamento della comunicazione alla velocità di trasmissione e la sequenzializzazione delle attività. Modello ISO-OSI: International Standard Organization (ISO), Open Systems Interconnect (OSI). Nel modello ISO-OSI, la comunicazione è originata dal livello più alto della stazione che invia il messaggio, passa ai livelli inferiori (sette in tutto), in cui il messaggio viene elaborato e preparato per la trasmissione, fino a giungere al livello fisico, che si occupa dell’effettiva trasmissione verso la stazione di destinazione.
TCP/IP
Modello “Internet” impostato su un’architettura a cinque livelli: livello fisico; livello di accesso alla rete livello internet – IP (Internet Protocol) ; livello di trasporto (host to host) – TCP (Transmission Control Protocol) ; livello di applicazione Il successo di questa architettura si deve alle seguenti ragioni: è stata ed è un’eccellente piattaforma per la realizzazione di applicazioni client-server affidabili ed efficienti in particolare nell’ambito di reti geografiche; ha permesso da subito di condividere informazioni tra organizzazioni diverse; è stato implementato nella gran parte dei sistemi operativi ed è stato supportato da subito dai produttori di bridge e router.
TCP/IP: indirizzamento
Schema di indirizzamento generale su due livelli: indirizzo IP + porta TCP ; Indirizzo IP indirizzo associato a ogni calcolatore collegato a una sottorete;
