Reti di Calcolatori ed Internet
Vito Perrone
Corso di Informatica A per Gestionali
Indice
• Modulazione e trasmissione dei dati
• Reti di calcolatori
– Topologia
– Messaggi e protocolli
– ISO/OSI
– Ethernet
– Architettura client/server
• Telefonia mobile
• Sistemi transazionali
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Mezzi di trasmissione dati
• Linea telefonica analogica (il doppino).
– Modem su linea telefonica commutata 56 kbit/s
– ISDN 128 kbit/s
– ADSL 640 kbit/s, fino ad alcuni Mbit/s
• Cavo coassiale
– Su brevi distanze 107 bit/s
– Su lunghe distanze 105 bit/s
• Fibra ottica 10 Gbit/s
• Onde elettromagnetiche
– BlueTooth (brevissime distanze) 700 kbit/s
– WiFi (decine/centinaia di metri) 56 Mbit/s
– Via satellite
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Modulazione e demodulazione
• Modulazione: segnale digitale segnale analogico
• Demodulazione: segnale analogico segnale digitale
• 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
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Modulazione di frequenza
0
1
0
1
1
Segnale
digitale da
trasmettere
Portante
Segnale
modulato in
frequenza
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Trasmissione dati
• Modem: MOdulatore, DEModulatore
• Linee dedicate (connessione permanente) o
commutate (connessione temporanea, es. telefono)
• Linee simpex (mododirezionali), half-duplex (senso
unico alternato), full-duplex (bidirezionali)
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Collegamento dei terminali
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Reti di calcolatori
• Le reti di calcolatori collegano elaboratori, detti “nodi
della rete”, 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
• 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, in una rete avrò:
– Calcolatori connessi direttamente
– Calcolatori che, per poter comunicare, devono far passare i
messaggi attraverso altri elaboratori
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Topologia
• Nodo centrale che inoltra i messaggi
+ Semplice
+ Più nodi possono comunicare
Stella
-
contemporaneamente
Collo di bottiglia (nodo centrale…)
Vulnerabile ai guasti del nodo centrale e della
rete (unico collegamento)
• Nessun nodo centrale: treni di messaggi
+ Nessun collo di bottiglia
+ Più nodi possono comunicare contempor.
+ Meno vulnerabile ai guasti della rete e di altri nodi
Anello
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-
(inversione direzione)
Più complesso
Più nodi da attraversare
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Topologia
• Nessun nodo centrale
Bus
+ Semplice
+ Nessun nodo da attraversare
- Vulnerabile ai guasti della rete
- Solo due nodi alla volta possono comunicare
• Nessuna topologia precisa
+ Resistente ai guasti (se routing dinamico)
+ Più nodi possono comunicare
Irregolare
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-
contemporaneamente
Complesso
Più nodi da attraversare
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Topologia
• Le topologie a stella, anello e bus sono
usate soprattutto nell’ambito delle reti
locali (LAN – Local Area Network)
• La topologia irregolare è molto diffusa
tra le reti geografiche (WAN – Wide Area
Network)
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I messaggi
• Le informazioni scambiate tra i nodi sono
strutturate in messaggi
• Ogni messaggio contiene i dati da
comunicare ed un certo insieme di
informazioni di controllo
• Spesso la quantità di dati (byte) che è
possibile inserire in un messaggio è fissa.
Se un nodo deve inviarne un numero
maggiore, è necessario utilizzare più
messaggi
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Struttura dei messaggi
Sequenza di
controllo
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Parte utile del
messaggio
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Inizio
messaggio
Mittente
Destinatario
Dati da
inviare
Caratteri di
controllo
Fine
messaggio
• La struttura dei messaggi dipende dallo
standard utilizzato ma è possibile dare
una descrizione generale:
Introduzione
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Routing dei messaggi
• 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
X
A
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Y
B
• 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)
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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 cosa fare in tutte le situazioni
che possono verificarsi (errori, ecc.)
• Deve essere conosciuto dai due interlocutori (quindi,
deve essere uno standard)
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Lo stack ISO-OSI (1)
• Lo standard ISO-OSI (Open System Interconnect)
include un insieme di protocolli che definiscono,
a vari livelli di dettaglio, le regole di comunicazione
• E’ spesso chiamato stack (pila) ISO-OSI
7. Livello applicazione
Servizio di rete (trasferimento file, e-mail, …)
6. Livello presentazione
Conversione formati (01/12/02 12/01/02)
5. Livello sessione
Apertura e chiusura dialogo (Chiamata per B...Ciao)
4. Livello trasporto
Segmentazione dati in più messaggi
Routing (instradamento)
3. Livello rete
2. Livello collegamento dati Controllo correttezza messaggi (rispedisci se errori)
1. Livello fisico
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Specifiche Hw/Sw dipositivi fisici usati per
connettere i nodi (Ethernet, cavo coassiale, …)
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Lo stack ISO-OSI (2)
• Ogni livello definisce dei protocolli che
gestiscono, a quel livello di dettaglio, la
comunicazione
• Ciascun livello rappresenta una macchina
astratta
• Ogni livello (macchina astratta) dello stack
assume di “parlare” con il medesimo livello
(macchina astratta) dell’altro nodo ed è
completamente ignaro di ciò che succede
sotto di lui
• E’ un modello di riferimento, i protocolli reali
spesso implementano solo parzialmente lo
stack
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Lo stack ISO-OSI (3)
L6
Invia file “pippo.txt”
Converti file
L5
Apri dialogo
L4
Segmenta file
Invia msg1, msg2, …
L7
L3
L2
L1
Aggiungi dati controllo
Connessione fisica
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Ricevi file
Converti file
L7
Chiudi dialogo
L5
Ricomponi file
Ricevi msg1, msg2, …
L4
Verifica messaggi
Connessione fisica
L2
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L6
L3
L1
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Lo stack ISO-OSI (4)
• Il flusso dei dati, in realtà, “scende” lungo lo
stack del nodo mittente e “risale” lungo lo
stack del nodo destinatario
• Durante la trasmissione:
– Ogni livello aggiunge informazioni o modifica
quelle provenienti dal livello superiore e le passa
al livello inferiore
• Durante la ricezione:
– Ogni livello estrae le informazioni di suo interesse
e passa quelle rimanenti al livello superiore
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Lo stack ISO-OSI (5)
Per es. invio file
pippo.txt
Mittente
L7
L7
L6
L6
L5
L5
L4
L4
L3
L3
L2
L2
L1
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Rete fisica
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Destinatario
L1
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Un esempio di LAN: ethernet
• E’ una rete a bus (ma non solo…)
• Serve un’interfaccia da installare sul PC (NIC)
• 10 Mbit/s, 100 Mbis/s (fast-ethernet) , 1000 Mbit/s
(giga-ethernet)
• Usa cavi a doppino, coassiali o ottici di lunghezza
limitata
• Solo un nodo per volta può occupare il bus e
trasmettere i dati
• Un nodo non ha modo di sapere quando gli altri nodi
inizieranno a trasmettere
• Se due nodi trasmettono contemporaneamente?
Si usa un protocollo detto “Carrier Sense Multiple
Access / Collision Detection” (CSMA/CD)
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Ethernet: struttura a bus
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Ethernet: protocollo CSMA/CD
• Si pone al livello 1 dello stack ISO-OSI
• I passi eseguiti dal protocollo sono:
– Ogni nodo che fa parte della rete “ascolta” (carrier
sense) per vedere se essa è libera o occupata
– Se nessuno trasmette, tutti i nodi possono iniziare
una comunicazione (multiple access): non c’è
alcun nodo privilegiato rispetto agli altri
– Se capita che più nodi inizino effettivamente a
trasmettere insieme, gli stessi si accorgono del
problema (collision detection), si fermano,
aspettano un intervallo casuale (piccolo) di tempo
e ritrasmettono il messaggio
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Architettura client/server
• Indica una modalità particolare di accesso alle
funzionalità offerte da una rete
• E’ Indipendente dalla topologia della rete
• 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)
• E’ molto usata. Anche in ambito Internet (DNS, Web,…)
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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
Client
Server
Client
Rete logica
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Per es. un sito Web
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Telefonia mobile
• Divisione del territorio
in celle
• Ogni stazione assegna
Stazione radio
Stazione radio
specifiche frequenze
di trasmissione
• Stazioni adiacenti gestiscono
lo spostamento di un utente
Stazione radio
da una cella ad un’altra
• Generazioni:
– 1a: TACS; analogici
– 2a: GSM; digitali, introduzione della SIM card
– 3a: UMTS; digitali, alta velocità multimediali
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Sistemi transazionali
• transazione applicativa: ciascuna unità di
interazione con il sistema in cui viene effettuata
un’operazione elementare
• Tipicamente, sono brevi unità di esecuzione
• Molto spesso, la transazione richiede anche
trasmissioni di dati (una o più transazioni ACID)
• Tipicamente, si richiede che siano eseguite in
tempi brevi
• Nelle applicazioni finanziarie, ciascuna
transazione informatica corrisponde a una
transazione economica correttezza e
sicurezza
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Sistemi transazionali: Bancomat
•
•
•
•
Gestito dai Centri Informativi regionali delle varie
banche
Coordinati dalla SIA (Società Interbancaria per
l’Automazione)
ATM (Automatic Teller Machine); carta magnetica
Tre casi di richieste di denaro:
–
–
–
Richieste provenienti da carte emesse dalla banca pagante
verifica locale, senza scambi interbancari
Richieste provenienti da carte emesse da una banca pagante
gestita dallo stesso CI autorizzazione da parte di quel CI
Richieste provenienti da carte emesse da una banca pagante
gestita da un diverso CI il CI della banca emittente verifica
la validità della carta
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Sistemi transazionali: Bancomat
Banca emittente
Centro informativo
banca emittente
Richiesta di autorizzazione
on-line. Caso 3
Emissione della carta e del
codice personale segreto
Centro informativo
banca pagante
Richiesta di autorizzazione
on-line. Caso 2+3
ATM
Banca pagante
Utente
Richiesta di
autorizzazione on-line.
Caso 1+2+3
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I servizi Internet
Indice - Internet
• Breve storia di Internet
• Il protocollo di connessione
• La posta elettronica e il World Wide
Web
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Breve storia di Internet
• Un insieme di tecnologie, standard ed applicazioni in
grado di connettere tra loro reti disomogenee (basate
cioè su standard diversi), creando una sorta di “rete di
reti”, ovvero una “inter-rete”, ovvero una Inter-Net
• Nasce alla fine degli anni ’60 negli USA per scopi
militari (ARPANET)
• Negli anni ’70 nasce il protocollo fondamentale di
Internet: TCP/IP
• Negli anni ’80 è diffusa soprattutto in ambito
accademico
• All’inizio degli anni ’90 nasce il World Wide Web
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Il protocollo di connessione
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Il protocollo TCP/IP
• 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;
corrisponde, più o meno, al livello trasporto ISO-OSI
– IP (Internet Protocol): si occupa di trasmettere ciascun
singolo pacchetto da un elaboratore all’altro; corrisponde, più
o meno, con il livello rete ISO-OSI
• Il meccanismo di routing è dinamico e tiene conto del
carico della rete
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Indirizzi Internet
• Ogni nodo della rete ha un proprio indirizzo IP:
– E’ un numero lungo quattro byte
– In modo simbolico, viene scritto separando i valori dei singoli
byte con dei punti (es. 127.123.45.156)
– Le prime due parti identificano una “rete”, la terza una “sottorete” e la quarta uno specifico calcolatore su tale sotto-rete
• A ogni nodo è assegnato anche un nome simbolico:
– Indirizzo utente: nome simbolico dell’utente, simbolo @,
nome del dominio dell’utente (es. [email protected])
• Dominio:
– Rappresenta il nodo su cui l’utente stesso risiede
– La maggior parte dei domini ha tre parti
– I domini devono essere trasformati in indirizzi numerici, i
DNS (Domain Name Server) hanno questo compito
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Telnet e ftp
• Telnet:
– E’ un protocollo per l’emulazione di un terminale
– Usa l’approccio client-server, usando il comando telnet
fornito ai client, è possibile divenire utente di un computer
remoto
– Il computer remoto deve avere in funzione il relativo
programma server in grado di dialogare con il client telnet
• ftp:
– File Transfer Protocol: programma per il trasferimento di file
– Usa l’approccio client-server
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La posta elettronica
e il World Wide Web
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La posta elettronica
• Messaggio: una stringa di caratteri di lunghezza
e contenuto arbitrari
• Il messaggio è composto da varie parti:
– Mittente (from): indirizzo utente del mittente
– Destinatario (to): indirizzo utente del destintario
– Destinatario in copia (cc): indirizzo utente del destinatario in
copia
– Oggetto (subject): titolo e breve descrizione del messaggio
– Testo del messaggio
• E’ possibile utilizzare elenchi contenenti un ampio
numero di utenti (le mailing list) al posto dell’indirizzo
del destinatario
• Gestita dal protocollo SMTP (Simple Mail Transfer
Protocol)
• Approccio client-server
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Esempio
• SMTP scambia varie informazioni con il
server:
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I mailer
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Il World Wide Web
• Il World Wide Web (WWW) è un sistema per la gestione
di documenti su Internet
• Sviluppato al CERN di Ginevra
• E’ un’evoluzione degli ipertesti
• Sito Web: insieme unitario di documenti Web
• Ogni sito Web ha una struttura gerarchica, con una
pagina iniziale (home page) e una serie di documenti
Web collegati tramite riferimenti (link)
• I link possono fare riferimento a documenti Web che
appartengono ad altri siti Web
• Si crea così una “ragnatela” di connessioni tra le pagine
Web che consente di “navigare” attraverso i siti Web
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Standard del WWW
• ULR (Uniform Resource Locator): il nome univoco
di un documento sul Web
• HTTP (HyperText Transfer Protocol): protocollo di
trasferimento
• HTML (HyperText Markup Language): linguaggio di
descrrizione di un documento Web
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Architettura del WWW
• Il WWW segue l’approccio client-server :
– Il browser: lato client; richiede le pagine al Web server e le visualizza
– Il Web server: lato server; invia le pagine richieste
• Pagine statiche, memorizzate sul file system
• Pagine dinamiche, “assemblate” dinamicamente a partire da contenuti memorizzati –
ad esempio – nei database
– Il DBMS: lato server; contiene i dai usati per assemblare le pagine
dinamiche
• Una tipica interazione:
– Il client (browser) si collega al Web server tramite HTTP
– L’utente, richiede l’accesso alle pagine Web, individuate tramite i loro
indirizzi (URL)
– Il browser contatta il server e richiede il documento
– Il server Web estrae (o costruisce dinamicamente) la pagina e la invia
al browser
– Il browser interpreta la pagina (ovvero l’HTML di cui è composta) e ne
visualizza il contenuto
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I browser
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Classificazione
•
•
•
•
•
Commercio elettronico (es. amazon.com)
Consultazione contenuti (es. giornali, biblioteca, …)
Funzioni di comunità (es. i portali)
Erogazione servizi (es. orario ferroviario)
Applicazioni intranet
– Rivolte ad una singola rete locale (per es. una rete aziendale)
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L’evoluzione del WWW
• XML: linguaggio per la definizione dei documenti
–
–
–
–
Basato su tag, come HTML
A differenza di HTML, permette di definire nuovi tag
Usato anche come linguaggio per interscambio dati
Usato anche come linguaggio per definire basi di dati
• Web Services: una collezione di standard che
consentono di invocare dei “servizi” presenti su Internet
– Ciascun servizio viene reso disponibile tramite “porte”
– I dati vengono scambiati basandosi su XML
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