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] 1 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 3 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 4 2 03/05/17 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 5 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) 6 3 03/05/17 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. 7 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. 8 4 03/05/17 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 9 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 10 5 03/05/17 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): 11 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 12 6 03/05/17 Sistema di Comunicazione Il Sistema di Comunicazione dei dati Sorgente messaggio Trasmettitore Sistema di trasmissione Canale di trasmissione Ricevitore segnale messaggio rumore Destinazione 13 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. 14 7 03/05/17 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) 15 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 16 8 03/05/17 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 17 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 18 9 03/05/17 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 19 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 20 10 03/05/17 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 21 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. 22 11 03/05/17 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. 23 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 24 12 03/05/17 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 25 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. 26 13 03/05/17 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. 27 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 28 14 03/05/17 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. 29 Paolo Garau Topologie delle reti Diverse topologie di rete locale Bus SERVER Stella SERVER Anello SERVER Paolo Garau 30 15 03/05/17 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 31 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 32 16