RETI E PROTOCOLLI INFORMATICA | Tesine di Maturità di Informatica

RETI E PROTOCOLLI

Rete di calcolatori

Una rete di calcolatori è un sistema informatico costituito da due o più calcolatori

collegati attraverso un sistema di comunicazione.

L’esistenza delle reti di calcolatori è importante in quanto rende possibile le

applicazioni distribuite: applicazioni composte da diversi elementi, che sono messi in

esecuzione su macchine diverse, e che cooperano comunicando tra loro attraverso

una rete di

calcolatori.

Quadro storico

All’inizio degli anni ’60, cominciano a esistere i calcolatori commerciali, ma sono

troppo costosi per permetterne un uso individuale (anzi, solo le aziende di medie

grandi dimensioni si possono permettere un calcolatore). In compenso, però, le

esigenze dei singoli utenti sono abbastanza limitate da permettere la condivisione

della potenza di calcolo fornita da un singolo elaboratore. Allora, in questo periodo,

si hanno “reti” composte da un unico elaboratore centrale a cui sono connessi,

mediante linee telefoniche, dei terminali remoti “stupidi”, senza capacità di

elaborazione, che sono in grado di effettuare l’input e l’output da parte del

calcolatore. Le connessioni sono tipicamente organizzate secondo un’architettura a

stella: ogni

terminale è connesso esclusivamente con l’elaboratore centrale. Infatti, lo scopo

principale della comunicazione è quello di poter disporre i terminali remotamente

rispetto all’elaboratore.

Tra la fine degli anni ’60 e gli anni ’70, grazie ai circuiti integrati, il costo

dell’hardware diminuisce più velocemente di quello delle linee telefoniche. Ciò ha

principalmente due conseguenze:

• Si diffondono i terminali intelligenti, in grado di effettuare una qualche

preelaborazione dei dati in locale.

• Risulta conveniente utilizzare la stessa linea telefonica per più terminali

geograficamente vicini, mediante un’architettura con concentratori o con linee

multipunto.

Negli anni ’80, il costo dell’hardware continua a scendere, si diffondono i personal

computer, e diventa quindi sempre più importante condividere applicazioni e dati

(anche perché i primi personal computer avevano una capacità di memorizzazione

molto limitata, quindi, soprattutto nelle aziende, era necessario poter accedere a

dati situati su calcolatori centrali più potenti). Perciò, nascono le reti locali e

geografiche di micro/personal computer.

Tecnologia di rete

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RETI E PROTOCOLLI

Rete di calcolatori Una rete di calcolatori è un sistema informatico costituito da due o più calcolatori collegati attraverso un sistema di comunicazione. L’esistenza delle reti di calcolatori è importante in quanto rende possibile le applicazioni distribuite: applicazioni composte da diversi elementi, che sono messi in esecuzione su macchine diverse, e che cooperano comunicando tra loro attraverso una rete di calcolatori. Quadro storico All’inizio degli anni ’60, cominciano a esistere i calcolatori commerciali, ma sono troppo costosi per permetterne un uso individuale (anzi, solo le aziende di medie grandi dimensioni si possono permettere un calcolatore). In compenso, però, le esigenze dei singoli utenti sono abbastanza limitate da permettere la condivisione della potenza di calcolo fornita da un singolo elaboratore. Allora, in questo periodo, si hanno “reti” composte da un unico elaboratore centrale a cui sono connessi, mediante linee telefoniche, dei terminali remoti “stupidi”, senza capacità di elaborazione, che sono in grado di effettuare l’input e l’output da parte del calcolatore. Le connessioni sono tipicamente organizzate secondo un’architettura a stella: ogni terminale è connesso esclusivamente con l’elaboratore centrale. Infatti, lo scopo principale della comunicazione è quello di poter disporre i terminali remotamente rispetto all’elaboratore. Tra la fine degli anni ’60 e gli anni ’70, grazie ai circuiti integrati, il costo dell’hardware diminuisce più velocemente di quello delle linee telefoniche. Ciò ha principalmente due conseguenze:

Si diffondono i terminali intelligenti, in grado di effettuare una qualche preelaborazione dei dati in locale.
Risulta conveniente utilizzare la stessa linea telefonica per più terminali geograficamente vicini, mediante un’architettura con concentratori o con linee multipunto. Negli anni ’80, il costo dell’hardware continua a scendere, si diffondono i personal computer, e diventa quindi sempre più importante condividere applicazioni e dati (anche perché i primi personal computer avevano una capacità di memorizzazione molto limitata, quindi, soprattutto nelle aziende, era necessario poter accedere a dati situati su calcolatori centrali più potenti). Perciò, nascono le reti locali e geografiche di micro/personal computer. Tecnologia di rete

Le reti di calcolatori possono essere caratterizzate rispetto a vari aspetti. Tutti questi, complessivamente, costituiscono la tecnologia di rete, che può essere riassunta da alcuni parametri:

la distanza di trasmissione possibile;
la velocità di trasmissione (in bit al secondo);
il costo. Classificazione delle reti per estensione Le reti vengono configurate con uno scopo ben preciso, che può essere la trasmissione di dati da un sistema all’altro o quello di rendere disponibili nella rete risorse comuni quali server, database o stampanti. In base alla grandezza e al raggio d’azione del sistema dei computer è possibile distinguere diverse dimensioni di rete. Per topologia area geografica:  Local Area Network (LAN)  Metropolitan Area Network (MAN)  Wide Area Network (WAN)  Global Area Network (GAN) LOCAL AREA NETWORK(LAN) Solitamente più computer sono collegati assieme in un’unica rete tramite una Local Area Network (LAN). Una rete locale di questo tipo può collegare due computer in una casa privata così come collegare mille apparecchi in un’azienda. Anche le reti delle istituzioni pubbliche come autorità, scuole o università sono realizzate tramite LAN. Uno standard ampiamente diffuso per le Local Area Network collegate via cavo. La trasmissione dati avviene o per via elettronica tramite cavi in rame o tramite fibra ottica , ossia attraverso filamenti in fibra di vetro. Nel caso in cui più di due computer siano connessi in una rete LAN, sono necessarie ulteriori componenti di rete come hub, bridge, e switch che fungono da elementi di unione e nodi di connessione. La rete LAN è stata sviluppata al fine di rendere possibile una trasmissione veloce di grandi quantità di dati. Le reti LAN consentono uno scambio di informazioni facile tra apparecchi diversi collegati tra loro in rete. Solitamente nelle aziende tramite una rete LAN vengono messi a disposizione tra più computer file server, stampanti o programmi. La portata di una rete LAN dipende dagli standard e dal mezzo di trasmissione utilizzati, tuttavia è possibile aumentarla attraverso un ripetitore ( repeater ). METROPOLITAN AREA NETWORK (MAN) La Metropolitan Area Network (MAN), che in italiano potrebbe essere tradotta come rete metropolitana senza fili, viene definita come una rete di telecomunicazione a banda larga, che collega più LAN geograficamente vicine. Di solito si tratta di singole filiali di un’azienda, che vengono connesse ad una MAN attraverso l’affitto di linee

ma la comunicazione con i vicini risulta privilegiata rispetto a quella con i calcolatori più lontani.

Rete a bus:
Topologia irregolare: i computer sono organizzati come opportuno, ad esempio in base ai diversi ruoli di ciascuno di essi. Mezzi trasmissivi Un’altra caratterizzazione delle reti è data dal tipo di mezzo trasmissivo utilizzato. Ne esistono molti, tra cui
doppino telefonico,
cavo coassiale,
fibra ottica,
onde elettromagnetiche,
porte a infrarossi,
ecc. e, in generale, anche all’interno di una stessa rete, è possibile usare combinazioni di mezzi diversi. I mezzi trasmissivi determinano il costo e la banda (cioè la quantità di informazione che può essere trasmessa nell’unità di tempo – in pratica, la velocità) della rete. Senso di trasmissione La trasmissione tra due nodi può essere:  simplex: il senso di trasmissione è fisso, unico;  half-duplex: la trasmissione è possibile alternativamente nei due sensi;

 full-duplex: la trasmissione è possibile contemporaneamente nei due sensi. Commutazione In generale, in una rete non c’è comunicazione diretta tra tutti i nodi. Allora, per collegare due nodi, occorre stabilire tra di essi un collegamento. Esistono fondamentalmente due modi di farlo: commutazione di circuito: si crea un collegamento “fisico” (come se ci fosse un filo elettrico connesso tra i due nodi); commutazione di pacchetto: il collegamento è “virtuale”. Commutazione di circuito La connessione a commutazione di circuito era quella tipica delle comunicazioni telefoniche “classiche”: componendo un numero si dava a una serie di centraline l’istruzione di realizzare un circuito fisico tra il telefono chiamante e il telefono chiamato. Una connessione di questo tipo garantisce una determinata banda, ma, di conseguenza, tale banda risulta occupata anche mentre non è concretamente sfruttata dalla comunicazione. Perciò, la commutazione di circuito comporta costi elevati. Commutazione di pacchetto Con una connessione a commutazione di pacchetto, il traffico viene diviso in tanti piccoli messaggi, chiamati appunto pacchetti, ciascuno di poche centinaia di byte. Ogni tratto della rete viene occupato da un pacchetto solo per il tempo strettamente necessario. Allora:

quando un calcolatore collegato in rete non utilizza la banda, questa può essere utilizzata da altri calcolatori, consentendo così più comunicazioni simultanee;
pacchetti diversi possono seguire percorsi diversi per arrivare alla stessa destinazione;
si ha lo svantaggio che la comunicazione è frammentata: i dati da inviare devono prima essere divisi in pacchetti, e il destinatario deve poi riuscire a ricostruirli dai pacchetti ricevuti.

I protocolli per le reti di calcolatori sono organizzati secondo una pila (stack), una gerarchia a strati: salendo nella gerarchia, cresce il livello di astrazione dei servizi offerti dai protocolli, e ogni protocollo si appoggia ai protocolli di più basso livello per fornire un servizio di qualità superiore. Modello ISO/OSI L’Open Systems Interconnection, meglio noto come modello o stack ISO/OSI, è uno standard de iure per reti di calcolatori, stabilito nel 1978 dall’International Organization for Standardization (ISO) Questo modello prevede una pila di protocolli suddivisa in 7 livelli (layer):

Per ciascuno di questi livelli, sono definiti diversi protocolli. Ad esempio: Livello Esempi di protocolli  7 Applicazione HTTP, FTP, DNS, SNMP, Telnet  6 Presentazione SSL, TLS  5 Sessione NetBIOS, PPTP  4 Trasporto TCP, UDP  3 Rete IP, ARP, ICMP, IPSec  2 Collegamento PPP, ATM, Ethernet  1 Fisico Ethernet, USB, Bluetooth Nella comunicazione tra due nodi A e B, il livello n del nodo A può scambiare informazioni con il livello n del nodo B, e non con gli altri. In realtà, per realizzare questa comunicazione, il livello n di A utilizza il livello sottostante (n − 1), che a sua volta utilizza quello ancora sottostante (n − 2), e così via, fino ad arrivare al livello fisico (l’unico al quale avviene concretamente la comunicazione); quest’ultimo parla con il livello fisico di B, e, da qui, si “risale” fino al livello n. Inoltre, spesso il percorso di comunicazione da A a B passa da dei nodi intermedi: anche per questi nodi, si ha lo stesso meccanismo dei livelli. Livello fisico Si occupa della gestione fisica (cioè, tipicamente, meccanica ed elettrica/ottica) dell’interfaccia con il mezzo fisico usato per il collegamento. I protocolli a livello fisico definiscono le regole per l’interpretazione dei segnali scambiati attraverso il mezzo trasmissivo (tensioni, modulazione, ecc.). Livello di collegamento (data link) Si occupa dello spostamento di una stringa di bit da un nodo all’altro, con un certo grado di affidabilità. Esso svolge tre principali funzioni: distingue il segnale dal rumore, riconosce certi tipi di errori, e li corregge (almeno in parte). Livello di rete Si occupa dell’indirizzamento dei messaggi lungo la rete, implementando gli opportuni meccanismi di commutazione. Esso permette quindi di stabilire connessioni tra due nodi (host) della rete.

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