UNITA’ DIDATTICA:
Reti e loro topologie
Prof. Luigi Ilardi
Che cosa è una rete?
Una rete informatica è un insieme
di PC e di altri dispositivi che sono
collegati tra loro tramite cavi o
antenne ed in grado di comunicare.
Elementi fondamentali una rete
Elementi fondamentali una rete
Nodo:
– un nodo è un qualsiasi dispositivo hardware del sistema in
grado di comunicare con gli altri dispositivi che fanno
parte della rete
Arco:
– i nodi sono collegati mediante archi
– formano i canali di comunicazione, ad esempio cavi
telefonici, fibre ottiche, collegamenti satellitari, …
nodo
arco
Classificazione delle reti
E‘ possibile classificare le diverse reti in base a due fattori:
– la tecnologia di comunicazione adottata;
– l'estensione della rete.
Le tecnologie applicate ai mezzi di comunicazione possono
vedere l'impiego di canali di comunicazione condivisi da tutti
gli elaboratori collegati in rete (canali broadcast).
– In questo caso, ogni elaboratore è identificato in maniera
univoca da quello che è chiamato indirizzo di rete.
Classificazione delle reti
In base all’estensione della rete è possibile identificare:
reti locali o LAN(Local Area Network): questo tipo di rete è
caratterizzato da dimensioni limitate (solitamente interne a
un edificio o ad edifici adiacenti).Un esempio potrebbe
essere una rete di un ufficio o di un istituto universitario;
reti metropolitane o MAN (Metropolitan Area Network): reti
di dimensioni tali da coprire l'estensione di un'area urbana.
Per esempio la RCM (la rete civica milanese), oppure Iperbole
(la rete civica di Bologna);
reti geografiche o WAN (Wide Area Nerwork): reti di vaste
dimensioni utilizzate per consentire il collegamento di
dispositivi distanti tra di essi. Un esempio potrebbe essere
la rete degli Stati Uniti che collega le due coste;
Topologie di reti
Topologia delle reti
La topologia di una rete è la disposizione e il
conseguente funzionamento dei suoi diversi
dispositivi nello spazio.
Si distingue in:
- La topologia fisica descrive la dislocazione spaziale
- La topologia logica descrive come avviene il flusso di
dati attraverso una determinata dislocazione
spaziale
Topologia fisica
Topologie di rete
Bus: i computer sono connessi a un canale comune
Stella (star): i computer sono connessi a segmenti di
cavo che partono da una locazione centrale
Anello (ring): i computer sono connessi a un cavo che
forma un cerchio attorno a una locazione centrale
Albero: i computer sono connessi tramite
ramificazioni che partono da un tronco centrale.
Magliatura (parziale o completa): i computer della
rete sono (tutti) connessi l’uno all’altro
Ibride: unione di più topologie diverse.
Scelta della topologia
Il principale problema nello scegliere una
topologia di rete piuttosto che un'altra è
quello di quantificare i collegamenti
necessari
per
connettere
in
modo
efficiente i nodi presenti.
Topologia a BUS
Topologia a BUS
Singolo cavo (dorsale )che connette in modo lineare
tutti i computer.
Bus
Terminazione
Terminazione
Topologia a BUS
I dati sono inviati a tutti i computer e vengono
accettati solo dal computer il cui indirizzo è
contenuto nel segnale di origine.
Un solo computer alla volta può inviare i dati,quindi
maggiore è il numero dei computer connessi,più
saranno lunghi i tempi di trasmissione.
Le estremità del cavo hanno un terminatore che
assorbe i dati liberi rendendo disponibile il cavo.
Se un computer si disconnette o se manca un
terminatore,i dati rimbalzano e l ’attività su tutta
la rete è interrotta.
Topologia a BUS
I vantaggi di tale configurazione sono costituiti dal fatto
che il mezzo trasmissivo è completamente passivo e l'
aggiunta di nuove stazioni in rete è semplificata, no n
dovendo procedere ad una riconfigurazione dell' intero
sistema.
Un grosso limite di questa topologia è rappresentato dal
fatto che un' interruzione del cavo interrompe il servizio
per tutte le stazioni connesse al bus.
Il numero di computer della rete influisce la performance
della rete. Più computer sono connessi più la rete è lenta e
maggiore è il rumore.
Un altro grande problema e’ dato dal fatto che il
cavo,essendo di lunghezza fissa, non consente un
inserimento illimitato di nodi.
Topologia a stella
Host
Topologia a stella
Ogni nodo è connesso ad un sistema centrale con un cavo
individuale.
Il sistema centrale può essere un nodo con particolari
funzioni (server) o un concentratore.
Il sistema centrale che ha la funzione di controllare che la
trasmissione tra due dispositivi avvenga correttamente.
Le richieste di comunicazione di un dispositivo con un altro
passano sempre attraverso il sistema centrale, che stabilisce un
circuito, cioè una connessione dedicata tra i due dispositivi.
Fin quando la connessione è attiva, le due stazioni lavorano
come se fossero collegate punto a punto.
Topologia a stella
Vantaggi:
Prestazioni elevate, grazie alle connessioni punto-a-punto
dedicate
Facilita’ di controllo centralizzato del server
Semplicita’ del protocollo di comunicazione
Svantaggi:
Possibilita’ di sovraccarico in caso di traffico elevato, con
possibile blocco delle comunicazioni,
Lunghezza dei cavi richiesti
Dipendenza dall’affidabilita’ del server, dato che un suo
guasto blocca l’intera rete.
Topologia ad anello
Topologia ad anello
I nodi sono organizzati secondo una configurazione
ad anello e non sono tutti direttamente collegati
Topologia ad anello
I nodi sembrano collegati da un cavo che si chiude su se
stesso; in realtà l'anello consiste in un insieme di
collegamenti punto a punto che prendono la forma di un
cerchio.
Ogni nodo riceve un messaggio dal nodo precedente e se non
è indirizzato a lui lo invia al nodo successivo.
La ripetizione del segnale lo amplifica, quindi non ci sono i
problemi di indebolimento con l'aggiunta di nuovi nodi.
Le reti con topologia ad anello sono utilizzate anche per aree
geografiche dove quelle a stella non sono convenienti e come
sicurezza per le dorsali.
Topologia ad anello
Svantaggi:
Limitata flessibilita’: l’aggiunta di una nuova stazione
comporta l’apertura dell’anello e il collegamento del nuovo
nodo tra due gia’ collegati tra loro e richiede quindi la
sospensione dell’attivita’ di rete per il tempo necessario
dell’inserimento.
Affidabilita’ della rete: dipende dall’affidabilita’ di tutti i
nodi collegati, se uno diessi ha un malfunzionamento,l’anello si
interrompe e i messaggi possono essere scambiati solo sui
tratti rimasti collegati e comunque sempre in una sola
direzione.
Per ovviare a questo problema, si realizzano reti a doppio
anello, con due collegamenti, uno per direzione, tra ogni
coppia di nodi, in modo che la rete mantenga la sua
funzionalita’ anche in caso di guasto di un nodo.
Topologia ad albero
Topologia ad albero
In una topologia ad albero (tree topology), computer via via
più piccoli sono collegati a strati ad un host computer.
Generalmente tale gerarchia comprende tre o quattro livelli:
– un mainframe ha la funzione di host
– minicomputer o microcomputer elaborano i dati a livelli
inferiori.
I vari nodi della rete possono comunicare unicamente con i
nodi presenti al livello direttamente superiore o inferiore.
Occasionalmente una topologia ad albero presenta links
orizzontali tra nodi allo stesso livello per estendere le
comunicazioni e condividere le risorse.
Topologia ad albero
La topologia ad albero è un'estensione di quella a
stella, in quanto sono entrambe gestite da un nodo
centrale
– anche se in questo caso il nodo host è molto
meno
coinvolto
nella
gestione
delle
comunicazioni non essendo il centro della rete.
La topologia ad albero consente di ridurre
l'impatto che potrebbe avere un fermo del nodo
centrale, in quanto i nodi al terzo e quarto livello
non sono direttamente connessi ad esso.
Topologia ad albero
La topologia ad albero presenta un'elevata
vulnerabilità ai guasti poiché esiste un unico
cammino tra due nodi
– questo
aspetto,
tuttavia,
consente
di
semplificare notevolmente le procedure di
instradamento.
Se si presenta un problema in un nodo della
struttura, allora i suoi figli non hanno più
possibilità di dialogo con il resto della rete. In
generale un guasto in un nodo qualsiasi (tranne le
foglie) causa una spaccatura dell’architettura in
vari sottoalberi disgiunti.
Topologia a maglia
Topologia a maglie completa
La topologia a maglie prevede di interconnettere i
sistemi con canali trasmissivi bidirezionali.Se ogni
sistema e’ connesso con tutti gli altri si parla di
maglia completa
Topologia a maglie incompleta
La topologia a maglie prevede di interconnettere i
sistemi con canali trasmissivi bidirezionali.Se un o
piu’ sistema non e’ connesso con tutti gli altri si
parla di maglia incompleta
Topologia a maglie
Una topologia di questo tipo assicura buone
prestazioni in quanto il traffico viene ripartito sui
vari percorsi.
Inoltre, essa conferisce una elevata affidabilità
all’intera struttura, proprio grazie alla presenza di
percorsi multipli.
Allo stesso tempo, però, i costi dei collegamenti
possono anche essere elevati ed inoltre la gestione
della struttura è chiaramente più complessa
rispetto agli altri casi esaminati.
