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03/05/17
Università degli Studi di Cagliari
Facoltà di Scienze
Corso di Laurea in Matematica
Corso di Elementi di Informatica
Lezione
02 maggio 2017
Dott. Paolo Garau
A.A. 2016/2017
[email protected]
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Paolo Garau
Reti di Calcolatori e Sistemi distribuiti
Reti di Calcolatori e Sistemi distribuiti
Caratteristiche delle Reti di Calcolatori
-
Insieme di calcolatori autonomi (nodi della rete) collegati tra
loro per mezzo di una rete di comunicazione;
-
Gli utenti sono in grado di interagire in modo esplicito con la
rete (e in alcuni casi sono tenuti a farlo);
-
I calcolatori connessi alla rete mantengono un certo grado di
indipendenza (in caso di indisponibilità della rete ogni
calcolatore continua a funzionare individualmente).
Paolo Garau
2
1
03/05/17
Reti di Calcolatori e Sistemi distribuiti
Caratteristiche dei sistemi distribuiti
-
Insieme di calcolatori collegati fra loro progettato per eseguire
un’applicazione particolare (es.: bancomat);
-
Gli utenti non hanno visibilità sull’architettura del sistema;
-
Solitamente si parla di applicazioni distribuite piuttosto che di
sistemi distribuiti
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Paolo Garau
Reti di Calcolatori
Perché una rete?
Ø Condivisione delle risorse (fisiche e informative)
Ø Miglioramento dell’affidabilità del sistema
Ø Modularità della struttura
Ø Comunicazione tra utenti (sincrona e asincrona)
Ø Pubblicazione di risorse informative (documenti statici e
applicazioni eseguite su calcolatori remoti)
Paolo Garau
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Reti di Calcolatori
La struttura dei sistemi Informatici e l’organizzazione dei
sistemi informativi
Mainframe
terminali
PC stand alone
Rete di PC
Informazione
centralizzata
Informazione
“sparpagliata”
Informazione
distribuita e
coordinata
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Paolo Garau
Reti di Calcolatori
Classificazione delle Reti
Le reti possono essere classificate in base a due
criteri:
Per modalità di collegamento fra calcolatori
Ø
reti multipunto (broadcast)
Ø
reti punto-a-punto (point-to-point)
Per estensione geografica della rete
Ø
Ø
Ø
Paolo Garau
reti locali (LAN, Local Area Networks)
reti metropolitane (MAN, Metropolitan Area Networks)
reti geografiche (WAN, Wide Area Networks)
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3
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Reti di Calcolatori
Reti multi-punto o broadcast
Ø Canali di trasmissione condivisi da tutti
i calcolatori della rete
Ø Comunicazione fra due calcolatori:
Ø
Ø
A ogni calcolatore è associato un
identificatore univoco (indirizzo di
rete), 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.
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Paolo Garau
Categorie di Software
Reti Punto a Punto
Ø Più connessioni individuali tra
coppie di calcolatori
Ø Comunicazione
calcolatori:
-
-
Paolo Garau
fra
due
se esiste un canale di
trasmissione diretto, lo si usa
per la comunicazione.
se non esiste un canale di
trasmissione
diretto
(calcolatori troppo distanti o
elevato numero di nodi), la
comunicazione
avviene
passando
attraverso
calcolatori intermedi che si
occupano di instradare il
messaggio.
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4
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Reti di Calcolatori
Riepilogo
MULTIPUNTO
PUNTO-A-PUNTO
la linea comune
SI ENTRA NELLA RETE
CONNETTENDOSI A
un nodo già connesso
riconfigurabilità
VANTAGGIO PRINCIPALE
estendibilità
condivisione della linea
PROBLEMA PRINCIPALE
instradamento
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Paolo Garau
Reti di Calcolatori
La dimensione delle Reti
l
Reti locali (LAN)
-
Di limitata estensione
-
Collegano dispositivi collocati nello stesso edificio o in edifici
adiacenti.
l
Reti metropolitane (Metropolitan Area Network, MAN)
-
Collegano
dispositivi
collocati
nella
stessa
area
urbana
(andrebbero considerate reti geografiche ma utilizzano tecnologie
tipiche delle reti locali)
Paolo Garau
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Reti di Calcolatori
l
Reti geografiche (WAN)
-
Collegano dispositivi diffusi in un’ ampia area geografica
(nazione, continente, ..);
l
Reti di reti (internetwork)
-
Collegano più reti differenti (in termini sia hardware che
software) mediante opportuni elementi di interfaccia e si possono
estendere fino a tutto il pianeta (Internet):
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Paolo Garau
Reti di Calcolatori
1
LAN
B
Y
LAN
Interconnessione
di reti
LAN
LAN
X
G
G
G
3
G
2➁
WAN
G
LAN
B
G
B
4➃
LAN
WAN
Ogni utente può
comunicare con
qualsiasi altro nodo
della rete a patto di
conoscerne l’indirizzo
Z
Paolo Garau
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Sistema di Comunicazione
Il Sistema di Comunicazione dei dati
Sorgente
messaggio
Trasmettitore
Sistema di trasmissione
Canale di trasmissione
Ricevitore
segnale
messaggio
rumore
Destinazione
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Paolo Garau
Sistema di Comunicazione
Il Sistema di Comunicazione
l
l
Sorgente d’informazione
- genera un messaggio e lo invia al sistema di trasmissione allo
scopo di farlo giungere al destinatario;
Il sistema di trasmissione:
-
-
-
Paolo Garau
Il trasmettitore
- Converte il messaggio per renderlo trasmissibile in modo
efficiente;
Il canale di trasmissione
- Connette il trasmettitore con un ricevitore
- Può essere una semplice linea di trasmissione o un sistema
complesso.
Il ricevitore è complementare al trasmettitore
- Riceve il segnale dal canale di trasmissione e lo converte in
una forma comprensibile al destinatario.
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Sistema di Comunicazione
La Trasmissione dei Segnali
Canale
Segnale
Analogico
Analogico
Digitale
Modulazione
Digitale
Digitalizzazione
(es.: AM, FM, PM)
(campionamento e
quantizzazione)
Modulazione
Codifica
(es.: Modem)
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Paolo Garau
Sistema di Comunicazione
Modulazione e Demodulazione
l
Modulazione: segnale digitale à segnale analogico
l
Demodulazione: segnale analogico à segnale digitale
l
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)
Paolo Garau
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Sistema di Comunicazione
Esempio di Modulazione di Frequenza
0
0
11
00
1
1
1
1
Segnale
digitale da
trasmettere
Portante
Segnale
modulato in
frequenza
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Paolo Garau
Sistema di Comunicazione
I mezzi di Trasmissione
l
Nella comunicazione gioca un ruolo importante il mezzo fisico
utilizzato per realizzare il canale di trasmissione
-
Mezzi guidati, linee fisiche che portano il segnale fino al ricevitore
l Supportano
la trasmissione di segnali elettrici (doppino
telefonico e cavo coassiale) oppure ottici (fibre ottiche)
-
Mezzi non guidati, si basano sull’irradiazione di segnali
elettromagnetici nello spazio.
l I segnali vengono trasmessi e ricevuti mediante antenne:
l’antenna del trasmettitore irradia nello spazio onde
elettromagnetiche che l’antenna ricevente capta. Può essere
direzionale (punto-a-punto) o non direzionale (multipunto).
Paolo Garau
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Sistema di Comunicazione
Che cosa influenza la qualità della trasmissione?
Le caratteristiche e la qualità della trasmissione dipendono dalle
caratteristiche sia del mezzo che del segnale e in particolare da:
Ø Capacità del canale (chiamata impropriamente larghezza di banda)
(Corrisponde al numero di bit che il canale è in grado di
trasmettere nell’unità di tempo)
Ø Il grado di attenuazione del segnale
Ø Le interferenze fra segnali
Ø Il numero di ricevitori
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Paolo Garau
Sistema di Comunicazione
Mezzi Guidati
Doppino telefonico
Calza
Isolante
Cavo coassiale
Conduttore
di segnale
Guaina
protettiva
Cladding
Fibra ottica
Fonte di emissione
luminosa (laser)
Core
Guaina protettiva opaca
Paolo Garau
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Sistema di Comunicazione
Dettagli Mezzi Guidati
Mezzo di
trasmissione
Doppino
telefonico
Velocità di
trasmissione
Cavo
coassiale
Fibra ottica
1-10 Gbit/s
10 000 Gbit/s
Onde
elettromagnetiche
1-100 Mbit/s
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Paolo Garau
Reti di Comunicazione
Le Reti Geografiche
l
Una rete geografica può essere vista nella sua forma più semplice
come una rete di trasmissione fra calcolatori fisicamente distanti
collegati fra loro attraverso mezzi di trasmissione dedicati (è il caso
delle reti private).
-
Paolo Garau
Una rete di questo tipo ha costi elevati.
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Reti di Comunicazione
l
Nel caso più generale una rete geografica può essere rappresentata
come la composizione di tre livelli di rete
-
La rete di trasmissione si occupa del trasferimento delle
informazioni fra i diversi nodi
l
Formata dai canali di trasmissione e dai sistemi che si
occupano
dell’instradamento
IMP
(Interface
Message
Processor).
-
La rete dei calcolatori, formata dall’insieme delle stazioni (detti
host) connesse ai relativi IMP
-
La rete degli utenti finali che utilizzano tali stazioni.
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Paolo Garau
Reti Geografiche (WAN)
Reti di Comunicazione
Paolo Garau
Rete degli utenti
Rete di calcolatori
IMP
IMP
IMP
IMP
Rete di
trasmissione
IMP
IMP
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Reti di Comunicazione
Rete commutata e instradamento
A
2
E
1
D
6
4
B
3
C
5
In una rete di questo tipo, detta commutata, i dati sono immessi
nella rete da un host e vengono instradati a destinazione
passando da IMP a IMP
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Paolo Garau
Reti di Comunicazione
Tecniche per instradare i pacchetti (segnali)
l
l
Commutazione di circuito
-
Il collegamento fisico fra sorgente e destinatario viene stabilito su
richiesta e dura per tutto il tempo della connessione;
-
È utilizzato per le comunicazioni telefoniche (voce).
Commutazione di pacchetto
-
Il messaggio viene suddiviso e trasmesso in pacchetti
Ogni pacchetto contiene tra l’altro l’indirizzo del
destinatario e il num. progressivo del pacchetto
le connessioni fra due nodi vengono stabilite e rilasciate per ogni
singolo pacchetto;
-
-
Paolo Garau
Una stessa linea fisica può trasmettere in successione pacchetti
appartenenti a messaggi diversi.
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Reti di Comunicazione
Le reti Locali
l
l
I dispositivi sono collegati a breve distanza tra loro.
-
Le tecnologie adottate sono diverse da quelle delle WAN
-
Le LAN sono di proprietà della stessa organizzazione che
possiede i dispositivi collegati
Le LAN utilizzano un approccio di tipo broadcast:
-
Non esistono nodi intermedi di commutazione (IMP)
Ogni stazione include un trasmettitore/ricevitore (la scheda di
rete) che comunica su un canale di trasmissione condiviso da tutte
le stazioni della rete.
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Paolo Garau
Reti di Comunicazione
Ø Caratteristiche generali:
l
l
l
l
l
elevata velocità di trasmissione;
modularità e facilità di connessione;
notevole affidabilità dell’intero sistema;
espandibilità e flessibilità nella modifica delle dimensioni della rete;
economicità;
Ø Ogni stazione è collegata alla rete mediante un connettore (tap)
agganciato alla scheda di interfaccia di rete (Network Interface
Card, NIC)
• La scheda di rete ha la funzione di memorizzare temporaneamente,
codificare, decodificare, trasmettere e ricevere i dati da e verso il
mezzo di trasmissione o il calcolatore.
• a ogni scheda di rete è associato un indirizzo fisico univoco MAC.
Paolo Garau
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Reti di Comunicazione
l
Differenze tra diverse tipologie di LAN:
-
i mezzi di trasmissione utilizzati;
-
la topologia, ossia la configurazione fisica 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.
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Paolo Garau
Topologie delle reti
Diverse topologie di
rete locale
Bus
SERVER
Stella
SERVER
Anello
SERVER
Paolo Garau
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Topologie delle reti
Topologie di Rete
l
Nodo centrale che inoltra i messaggi
-
Stella
l
Nessun nodo centrale: treni di messaggi
-
Anello
Semplice
Più nodi possono comunicare
contemporaneamente
Collo di bottiglia (nodo centrale…)
Vulnerabile ai guasti del nodo centrale e della
rete (unico collegamento)
-
Nessun collo di bottiglia
Meno vulnerabile ai guasti della rete e di altri
nodi (inversione direzione)
Più complesso
Più nodi da attraversare
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Paolo Garau
Topologie delle reti
l
Bus
n
Nessun nodo centrale
-
Semplice, flessibile, economica, affidabile
-
Dipendenza da un unico mezzo
trasmissivo
Le prestazioni possono essere critiche in
caso di traffico elevato (solo due nodi alla
volta possono comunicare).
-
Reti wireless (WLAN)
Nelle reti locali senza fili non si può parlare di una vera e propria
topologia in quanto la trasmissione avviene tramite un canale radio.
n In questo caso la modalità di collegamento è necessariamente
broadcast.
Paolo Garau
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