Reti di Computer
Telematica
Neologismo che evidenzia l’integrazione tra tecnologie
informatiche e tecnologie delle telecomunicazioni.
Reti
Un insieme di sistemi per l’elaborazione delle informazioni
messi in comunicazione fra loro.
Reti di Computer
Il modello mainframe-terminali : condivisione del
processore e della memoria centrale
Reti di Computer
Il modello networking : un insieme di elaboratori
autonomi ed interconnessi
• autonomi: non c’è una relazione master-slave
• interconnessi : permette lo scambio di
informazioni
Servizi per gli utenti
• Condivisione del software
• Consultazione archivi comuni
• Comunicazione dati fra i sistemi
Vantaggi del networking
• Condivisione delle risorse : rendere disponibili le
informazioni a chiunque
• Rapporto prestazioni/costo : diminuzione del
costo hardware ed aumento della velocità di
utilizzo
• Scalabilità: espansione dell’hardware in tempi
differenti per aumentare le prestazioni del sistema
• Fault tolerance : l’interruzione del singolo
elaboratore non blocca l’attività del sistema
Modello client/server
Dal paradigma mainframe/terminali basato sul time-sharing
al paradigma client/server basato sui messaggi.
• Client : programma utente che richiede dei servizi (accesso
ai dati, stampa, etc.)
• Server : programma che fornisce servizi al client
• Messaggio : informazioni che vengono trasmessi tra due
sistemi della rete
Richiesta
Risposta
Client
Server
Classificazione dei sistemi di una rete
Una rete è composta essenzialmente da:
• sistemi di elaborazione anche di diversa potenza
• una rete di comunicazione
La classificazione viene effettuata in base alla
funzione che il sistema espleta nella rete :
• host : sistema destinato alla distribuzione delle
informazioni per gli utenti della rete
• client : sistema connesso in rete che fruisce dei
servizi messi a disposizione dagli host
Classificazione delle reti
• Reti locali LAN ( Local Area Network )
Coprono un’area circoscritta alla struttura
aziendale.
Condivisione dati e software rilevanti alle attività
aziendali.
Condivisione dispositivi hardware quali stampanti
laser, modem etc.
Velocità trasmissiva da 10 Mbps a 100 Mbps
Classificazione delle reti
• Reti metropolitane MAN ( Metropolitan Area
Network )
Estensioni delle LAN in ambito urbano spesso con
dorsali in fibra ottica.
Velocità trasmissiva da 10 Mbps a 100 Mbps
• Reti geografiche WAN( Wide Area Network )
Reti geograficamente di estese dimensioni. Un
limite di tale estensione è la velocità di
funzionamento per l’utilizzo delle infrastrutture
esistenti, generalmente il servizio telefonico
Classificazione delle reti
Rete geografica WAN
LAN
Router
LAN
LAN
Tecnologie di comunicazione
Simplex
T
R
Half-duplex
T/R
R/T
Full-duplex
T/R
R/T
Topologie di rete
• Topologia : disposizione degli oggetti nello spazio
Topologie di rete
Due nodi possono essere messi in comunicazione :
• con una connessione fisica quando è presente un
canale che li collega in modo diretto
• con una connessione logica quando si sfrutta più
di una connessione fisica, tipica delle reti
geografiche
Fisica
Logica
Topologie di rete
• Topologia di rete : l’insieme dei collegamenti
fisici e logici in una rete
Le disposizioni standard per le reti sono :
• Reti a stella
• Reti ad anello
• Reti a bus
• Rete a stella : Ogni dispositivo può accedere in modo
indipendente al canale. E’ diventata la struttura più
utilizzata sulle reti LAN moderne basate sullo standard
IEEE802.3 (Ethernet) data la sua facile implementazione e
la facilità con cui si può riconfigurare la rete locale. Il
centro-stella è di solito rappresentato da un dispositivo di
rete (Hub o Switch) con funzioni di collettore dei cavi
provenienti dai vari sistemi
• Rete ad anello :La topologia ad anello o ring prevede
un anello (che può essere fisico o logico) su cui viaggiano i
pacchetti informativi trasmessi dalle varie stazioni. Questa
topologia, implementata soprattutto nelle reti Token Ring è
oggi in disuso per la difficoltà di riconfigurazione ed
intervento in caso di aggiornamenti o guasti.
• Rete a bus:
La topologia a bus vede i sistemi connessi
ad un unico mezzo fisico che costituisce l'elemento di
interconnessione. Semplici da realizzare e poco costose.
Caratteristiche delle reti locali
Le reti locali rappresentano una necessità per molte
realtà produttive, per questo motivo, le LAN si
sono evolute sviluppando caratteristiche sempre
migliori quali:
• Alte velocità: fino a 100 Mbps
• Basse probabilità d’errore: le reti LAN, a causa delle
estensioni ridotte e dei mezzi fisici utilizzati, possono
consentire di raggiungere probabilità d’errore molto basse.
•
Caratteristiche delle reti locali
• Elevata affidabilità : le reti locali, se opportunamente
progettate, possono continuare ad operare anche in
presenza di guasti o malfunzionamenti di alcuni apparati;
• Espandibilità : le reti locali possono essere progettate in
modo da crescere nel tempo secondo le esigenze
dell’utente senza significativi cambiamenti della rete;
• Basso costo : le reti locali hanno ormai raggiunto una
elevata diffusione in tutti gli ambienti e presentano, per
questo motivo, un costo complessivo abbastanza modesto
•
Tecniche di commutazione
Nella sua forma più semplice, la comunicazione di dati ha
luogo tra due nodi che sono direttamente connessi da un
qualche mezzo trasmissivo. Spesso, tuttavia, non è
realistico che due dispositivi siano direttamente connessi;
la comunicazione è invece ottenuta trasmettendo i dati
dalla sorgente alla destinazione attraverso una serie di nodi
intermedi. Le due tecniche sono :
• Commutazione di circuito
• Commutazione di pacchetto
Tecniche di commutazione
La commutazione di circuito comporta una reale
connessione fisica tra due stazioni comunicanti realizzata
attraverso la connessione di nodi intermedi sulla rete. Ogni
comunicazione coinvolge tre fasi:
• apertura della connessione. Prima che i dati possano
essere trasferiti deve essere stabilito un cammino che
collegherà il mittente ed il destinatario per tutto il tempo
necessario a trasmettere i dati. L'uso del cammino è
esclusivo e continuo;
• trasferimento dei dati;
• chiusura della connessione.
Tecniche di commutazione
L’esempio più comune di rete a commutazione di circuito è
la rete telefonica. La commutazione di circuito in certi casi
può rivelarsi inefficiente dato che, per tutta la durata della
connessione, la capacità del canale trasmissivo è
interamente dedicata anche se non viene trasferito alcun
dato
Connessione fisica
Centrale di commutazione
Tecniche di commutazione
La commutazione di pacchetto non comporta l’attivazione di
una linea di comunicazione dedicata fra un computer ed un
altro, massimizzando così l'utilizzazione dei mezzi
trasmissivi impiegati. L'informazione da trasmettere è
suddivisa in pacchetti ; ad ognuno di essi viene aggiunta
un’intestazione che contiene tutta l'informazione necessaria
affinchè il pacchetto sia inoltrato alla sua destinazione
finale. I pacchetti vengono inviati individualmente
attraverso la rete e vengono poi riassemblati nella loro
forma originale quando arrivano sul computer di
destinazione.
Tecniche di commutazione
Il pacchetto è costituito da due parti : la parte dei dati e da
una intestazione ( header)
M
D
P
Dati
Nodi
Il modello ISO/OSI
Nella progettazione e nella realizzazione delle reti si
fa riferimento ad alcuni aspetti teorici e formali
che sono stati fissati come standard a livello
internazionale , tale modello è stato definito con la
sigla OSI ( Open System Interconnection )
dall’ ISO ( Organismo internazionale per gli
standard : International Standards Organization ).
• necessità di operare una standardizzazione
• esigenza di espandere le reti verso dimensioni
planetarie
Il modello ISO/OSI
Il concetto base dell’architettura OSI consiste nel
suddividere in strati funzionali o livelli le funzioni
che un sistema di elaborazione deve intraprendere
affinché un suo processo applicativo cooperi con
uno residente su un sistema remoto. Ogni livello
fornisce servizi al livello superiore aggiungendo
"valore" ai servizi forniti dai livelli inferiori
Il modello ISO/OSI
All’ interno del modello OSI l'informazione che
deve essere inviata da un sistema all’altro passa da
un livello a quello immediatamente inferiore, il
quale eseguirà le funzioni che gli sono proprie ed
aggiungerà alle informazioni pervenutigli dal
livello superiore delle proprie informazioni di
controllo prima di passare i dati al livello
sottostante. Questo processo si ripete sino a
quando non si giunge al livello piu` basso.
I livelli del modello ISO/OSI
Host A
Host B
Applicazione
Applicazione
7
Presentazione
Presentazione
6
Sessione
Sessione
5
Trasporto
Trasporto
4
Rete
Rete
3
Dati
Dati
2
Fisico
Fisico
1
I sette livelli del modello ISO/OSI
1
Connessione fisica: struttura elettronica che realizza il
collegamento e aspetti tecnici delle interconnessioni
Data Link
2
Composizione dei messaggi per la trasmissione,
controllo della integrità dei messaggi ricevuti.
Strutturazione dei messaggi sotto forma di pacchetti
Rete
3
Instradamento dei messaggi, assegnazione dell’ indirizzo,
individuazione del percorso ottimale
4
Spostamento dei dati da un nodo all’altro.
Frammentazione dei pacchetti per adattarli a standard
diversi, correzioni degli errori
5
Interazione tra sistema operativo con i livelli
inferiori, interfaccia tra l’utente e la rete, procedure
di accesso ai servizi di rete
6
Decodifica delle informazioni per renderle visualizzabili
sui normali dispositivi di output ( video, stampanti )
7
Tale livello fornisce infatti gli strumenti per utilizzare i
livelli sottostanti all’interno dei programmi applicativi.
Livello fisico
Trasporto
Sessione
Presentazione
Applicazione
I mezzi trasmissivi
I mezzi trasmissivi più frequentemente utilizzati
nella cablatura delle reti sono i seguenti:
• cavo coassiale;
• doppino telefonico - twisted pair
• fibra ottica;
• segnali radio o raggi di luce infrarossa
(wireless LAN).
Codifica dei dati
• dato : entità che racchiude un significato
• segnale : codifica elettrica dei dati
• trasmissione : comunicazione dei dati attraverso
l’elaborazione dei segnali
La codifica dei dati è l’operazione di trasformazione
dei dati per renderli più idonei al mezzo
trasmissivo.
Segnale analogico e digitale
Un segnale analogico e` un'onda elettromagnetica
che varia con continuita` e che puo` essere
trasmesso sopra una larga varieta` di mezzi;
esempi sono i cavi quali il doppino telefonico, il
cavo coassiale, la fibra ottica e la propagazione
nell'atmosfera o nello spazio.
Un segnale digitale e` una sequenza di impulsi che
possono invece essere trasmessi solo attraverso un
cavo.
Segnale analogico e digitale
1
1
1
0
Segnale digitale
0
0
Segnale analogico
Modem
Per fare comunicare i computers utilizzando la rete telefonica,
cioè per trasmettere su rete telefonica i segnali digitali è
indispensabile tradurli in segnali analogici. A tale scopo
tra gli elaboratori e le linee telefoniche vengono inseriti
particolari dispositivi chiamati modem (modulatori
/demodulatori), i quali hanno un duplice compito:
• convertono i dati digitali in un segnale analogico che possa
venire trasmesso sulle usuali linee telefoniche
• convertono i segnali analogici ricevuti tramite la linea
telefonica in segnali digitali che possano essere trattati dal
computer.
Modem
Linea telefonica
Modem
Modem
Interconnessione di più reti
• Internetworking : collegamento di due o più reti per
superare i limiti della singola rete locale quali la sua
estensione, il numero dei sistemi connessi sulla Lan e la
quantità di traffico.
Le reti possono essere interconnesse in vari modi. I
dispositivi usati sono:
• repeater
• bridge e router
• switch
• gateway.
Interconnessione di più reti
• Un repeater e’ un dispositivo che riceve i segnali su una
porta , li amplifica e li ritrasmette su tutte le altre porte
senza esaminarli. Infatti tale dispositivo si limita a
"copiare" segnali elettrici (incluso il rumore) da un
segmento della rete al successivo.
• I repeater operano al Livello Fisico dell’OSI, e non hanno
alcuna capacita’ di filtrare il traffico o di tradurre i
pacchetti.
Interconnessione di più reti
• I bridges e i routers sono entrambe apparecchiature
utilizzate per collegare insieme differenti LAN o segmenti
di LAN allo scopo di estendere l’area geografica che una
rete puo’ coprire.
• I bridges filtrano i pacchetti tra le LAN semplicemente
decidendo per ogni pacchetto che ricevono se inoltrarlo
oppure no. Se la destinazione di un pacchetto è una
stazione che si trova sullo stesso segmento su cui è
connesso il mittente del pacchetto, quest’ultimo non è
inoltrato. Se invece il pacchetto è diretto ad una stazione
che si trova su un’altra LAN connessa ad una differente
porta del bridge il pacchetto sarà inoltrato a quella porta.
Interconnessione di più reti
• Il router (instradatore) non solo inoltra i pacchetti da una
rete ad un'altra, ma prende anche delle decisioni sul
percorso che tali pacchetti dovrebbero seguire. Infatti tale
dispositivo, in funzione di opportuni algoritmi di
instradamento, inoltra un pacchetto da una LAN ad
un’altra cercando di ottimizzarne il percorso in funzione di
parametri quali il costo della tratta, la velocità trasmissiva
associata ad un certo link, etc.. I routers sono
apparecchiature più complesse e tipicamente più costose
dei bridges.
Interconnessione di più reti
Gli switches sono usati per aumentare la performance di una
rete segmentando reti grandi in reti locali piu’ piccole e
meno congestionate. Avere segmenti più piccoli significa
che poche stazioni competono per avere l’accesso al mezzo
trasmissivo; Gli switches aumentano la performance di rete
fornendo ad ogni porta una larghezza di banda dedicata
Interconnessione di più reti
I
gateway sono elementi di comunicazione usati
nell'interconnessione di reti locali tra loro eterogenee, sia
su scala locale che su scala geografica, a cui possono
essere affidate complesse funzioni di conversione di
protocolli, rappresentazione dati e modalità di accesso a
risorse in maniera trasparente alle singole reti (ad esempio
rendono possibile collegare direttamente una rete a
commutazione di pacchetto con una a commutazione di
circuito).
Il protocollo TCP/IP
Il problema di ogni processo di comunicazione è la
definizione di un linguaggio comune che sia condiviso tra i
diversi soggetti della comunicazione. In ambito telematico
un protocollo di comunicazione definisce le regole
comuni per manipolare e scambiare informazioni tra
diversi sistemi che usano architetture e ambienti anche
diversi tra loro. Il protocollo o meglio la famiglia di
protocolli che ha permesso il funzionamento di questa
società multietnica viene indicato con il termine TCP/IP.
Il protocollo TCP/IP
Il protocollo non specifica in due livelli più bassi e questo
significa che il protocollo IP si può innestare su qualunque
livello sottostante, quindi su qualunque LAN.
Applicazione
Applicazione
Presentazione
Sessione
Trasporto
TCP
Rete
IP
Data Link
Fisico
Rete
Il protocollo TCP/IP
Il TCP/IP quindi può appoggiarsi indifferentemente su una
Ethernet, su una linea telefonica, fibra ottica etc.
IP ( Internet Protocol ) e TCP ( Transport Control Protocol )
sono i due protocolli più rappresentativi della famiglia
In fase di invio i dati partono dal livello delle applicazioni, e
passano in sequenza attraverso la pila di strati. Ogni strato
è gestito da uno o più protocolli. Il protocollo del singolo
strato aggiunge le informazioni che gli competono in un
header e poi passa tutto al livello inferiore. Al momento
della ricezione avviene il meccanismo contrario come una
sorta di scatole cinesi.
L’Internet Protocol e gli indirizzi di rete
La trasmissione dei dati e la gestione dei dati sono governati
dal protocollo IP. Esso ha il compito di impacchettare i
dati in uscita e di inviarli, trovando la strada migliore per
arrivare a destinazione. Tutto questo è possibile grazie ad
uno schema di indirizzamento basato su un sistema di
indirizzi numerici univoci. Gli indirizzi IP sono costituiti
da una sequenza di quattro numeri decimali, ciascuno di
tre cifre. Un esempio è:
193.181.31.43
I quattro numeri sono memorizzati con 4 Byte, cioè 32 bit;
ciascuno dei quattro numeri può variare dunque da 0 a 255.
L’Internet Protocol e gli indirizzi di rete
L’indirizzo IP noto come IPv4
rispecchia questa
caratteristica: la parte sinistra indica una certa sottorete
nell’ambito di Internet, e la parte destra indica il singolo
host di quella sottorete. La distribuzione dei 4 byte tra
indirizzo di rete e indirizzo di host dipende dalla classe
della rete. Esistono tre classi principali A,B,C. Una rete di
classe A, ad esempio utilizza il primo byte per indicare la
rete, e i restanti tre per indicare i singoli nodi.. Una rete di
classe C invece usa i primi tre per indicare la rete e
l’ultimo per l’host. Inoltre, poiché il riconoscimento viene
effettuato sul primo byte, esistono dei vincoli sul valore
che esso può assumere.
L’Internet Protocol e gli indirizzi di rete
0
A
7 8
Rete
0
Host
0
B
1
31
15 16
0
Rete
0
C
1
31
Host
23 24
1
0
Rete
Indirizzi IP di classe A = 128 da 1 a 127
Indirizzi IP di classe B = 16384
Indirizzi IP di classe C = 2097152
31
Host
16 Mega Host
65534 Host
254 Host
