RETI
PREMESSA
Un computer è una macchina in grado di manipolare informazione rappresentata in
forma digitale. Durante il normale funzionamento, i bit viaggiano incessantemente e
velocemente tra le varie componenti interne di un computer, attraverso dei canali detti
bus: dalla memoria alla CPU; dalla CPU alla scheda grafica; dalla scheda grafica,
trasformati in segnali analogici, fuori, verso il monitor.
Una rete di computer estende questa “capacità di circolazione” dei bit per consentire la
trasmissione di informazione in formato digitale tra diversi computer.
La parola telecomunicazione unisce la radice di origine greca tele (lontano) con il verbo
latino comunicare e significa trasmissione di informazioni a distanza. Trasmettere
informazioni a distanza, superando il limite fisico dei nostri sensi, è da sempre un
obiettivo dell'uomo, si pensi ad esempi quali la comunicazione tramite luce riflessa da
specchi nelle navi da guerra (già utilizzata dagli antichi romani) o la comunicazione con
segnali di fumo degli indiani d'america. Nei tempi moderni si è imparato ad utilizzare i
segnali elettromagnetici per la comunicazione a distanza e gli sviluppi della tecnologia
nel campo delle comunicazioni elettriche e dell'elettronica hanno permesso la nascita
delle moderne telecomunicazioni.
Una volta che risultino disponibili strumenti per la telecomunicazione, emergono una
serie di altri problemi legati all'organizzazione del sistema che si rende necessario per
garantire accesso a questo servizio a grandi popolazioni di utenti (siano essi esseri
umani o calcolatori). Questi sistemi complessi sono le reti di telecomunicazioni.
COS’È UNA RETE?(1)
Un computer isolato è un “personal”, due o più computer
insieme collegati formano una rete”.
Una rete è un insieme di computer collegati tra loro.
I primi esempi di connessione tra computer
risalgono agli anni ’60 quando i sistemi per
l’elaborazione
erano molto costosi e
complessi e vi era la necessità di
condividere tra più persone le risorse
disponibili. Si affiancava al computer più
potente (detto mainframe) una serie di
semplici terminali in grado di connettersi al
computer centrale e sfruttarne le risorse. E’
importante sottolineare che un terminale,
disconnesso dalla rete, non era utilizzabile
in quanto necessitava di risorse essenziali
(come per es. il disco fisso) presenti sul
mainframe.
COS’È UNA RETE?(2)
Le prime reti furono realizzate all’interno delle Università e delle grandi
aziende, in particolare nelle banche, dove esisteva la necessità di trasferire
dati tra computer che effettuavano operazioni dettagliate, in modo da poter
realizzare un archivio dati centralizzato come base del lavoro di tutta la
banca. Successivamente, con la nascita e la diffusione dei personal
computer, si è passati dal modello mainframe-terminali, in cui tutta la
potenza di calcolo era concentrata in un unico elaboratore, alle moderne
reti di computer, formate da un grande numero di elaboratori autonomi
(ovvero non ci sono relazioni di dipendenza tra i vari sistemi : ogni computer,
anche se disconnesso dalla rete, rimane funzionante) e interconnessi (
ovvero capaci di scambiare informazioni). Nascono così le reti di computer
(computer network) cioè un insieme di due o più computer in grado di
trasmettere dati tra loro. Si è passati quindi da sistemi di elaborazione delle
informazioni aventi la caratteristica di essere concentrati, cioè strutture
hardware composte da una singola CPU alla quale venivano connessi più
terminali, alle stazioni di lavoro connesse fra loro e dotate di capacità
elaborativa propria cioè a sistemi distribuiti.
VANTAGGI DI UNA RETE(1)
Possibilità di scambiare dati (es.dati da un PC a un altro
senza utilizzare CD, pen-disk)
Possibilità di condividere risorse (es .la stampante
collegata al vostro computer con gli altri PC, il
collegamento a Internet degli altri PC della rete
attraverso la connessione ADSL,un gioco, ecc..)
Possibilità di archiviare dati (es. utilizzare il capiente
hard disk di un PC per l’archiviazione di dati di altri pc)
o, con le nuove tecnologie, condividere un disco virtuale
su web
Introduzione di un nuovo strumento di comunicazione
tra esseri umani (social network, forum, ecc)
VANTAGGI DI UNA RETE(2)
Inoltre :
Esiste un migliore rapporto prestazioni/costo : rispetto
ai sistemi centralizzati, i piccoli sistemi in rete offrono un
basso costo dell’hardware e , con lo stesso numero di
utenti, una maggiore velocità in quanto ogni utente
condivide solo dati e programmi e non l’hardware
Facilità di espansione del sistema (scalabilità) tempi
diversi e con hardware diversi
Maggiore affidabilità del sistema (fault tolerance) : il
guasto di un Pc non blocca il lavoro degli altri
Maggiori vantaggi organizzativi : possibilità di collegarsi
con un portatile alla rete Intranet aziendale anche da
luoghi distanti dal posto di lavoro
COMPONENTI DI UNA RETE
Come avviene per il singolo computer, anche una
rete ha :
componenti fisichel’hardware
componenti logiche il software
HARDWARE DI RETE
Le componenti hardware di una rete sono costituite (oltre che dai
computer, ovviamente) da
Schede di rete
Mezzi di trasmissione
La scheda di rete funziona da vero e proprio ricetrasmettitore:
in trasmissione trasforma le sequenze binarie di zeri ed uno, in
segnali elettrici che vengono inviati lungo la rete;
in ricezione trasforma i segnali elettrici della rete in sequenze
binarie intelligibili per il computer.
MEZZI DI TRASMISSIONE(1)
Il mezzo trasmissivo utilizzato incide notevolmente sulle
caratteristiche della rete in termini di prestazioni e di costo.
Attualmente esistono tre grandi categorie di mezzi trasmissivi
che si differenziano per il fenomeno fisico utilizzato: mezzi
elettrici (dove viene sfruttata la capacità dei metalli di condurre
energia elettrica), onde radio (dove si sfrutta la possibilità di
trasferire variazioni di corrente elettrica a distanza tramite
onde elettromagnetiche) e mezzi ottici (che utilizzano la luce
per trasferire le informazioni). Tutti i mezzi utilizzati hanno la
caratteristica di trasportare una qualche forma di energia
equindi sono soggetti a due fenomeni che ne limitano le
prestazioni: l'attenuazione (dovuta alla resistenza opposta dal
mezzo fisico attraversato) ed il rumore (la sovrapposizione alle
formazioni di segnali provenienti da altri dispositivi vicini).
MEZZI DI TRASMISSIONE(2)
Mezzi elettrici :
doppino telefonico: formato da una coppia di fili di rame, permette trasmissioni di dati fino a
9600 bps (bit per secondo); particolari accorgimenti consentono di arrivare fino a 100 Mbps.
Di semplice uso (vengono usati i cavi già posati che consentono le conversazioni telefoniche)
ed economico, è il mezzo trasmissivo attualmente più utilizzato sia per le reti locali che per
alcuni tratti delle reti più grandi.
Cavo coassiale: formato da una coppia di cavi coassiali (e non affiancati come per il doppino) è
particolarmente insensibile alle interferenze elettromagnetiche e consente trasmissioni fino
alla velocità di 106 bps; oggi in progressivo disuso sostituito dal doppino nelle reti locali e dalle
fibre ottiche sulle distanze maggiori.
Mezzi ottici
Fibre ottiche: il supporto fisico dove viaggia la luce è vetro filato in diametri molto piccoli e
ricoperto di materiale opaco; con l'attuale tecnologia è possibile ottenere fili di vetro sottilissimi
e flessibili e si arriva ad una velocità di 109 bps; saranno il mezzo del futuro dopo
l'abbattimento dei loro alti costi
Onde radio:
Ponti radio o satellitari : le onde elettromagnetiche sono inviate da un trasmettitore e,
viaggiando ad una velocità prossima a quella della luce, arrivano all’antenna ricevente; sono
usati per collegamenti a grandi distanze ; alto costo
VELOCITÀ DI TRASMISSIONE DI RETE
La velocità di trasmissione (ricezione) si misura in bps (bit per
second); alcune reti attuali raggiungono velocità di diversi Gbps
(Giga-bit per second)
il termine velocità di trasmissione (o di trasferimento) indica la
quantità di dati che possono essere trasferiti, attraverso una
connessione su un canale, in un dato periodo di tempo. In particolare
in telecomunicazioni la velocità massima di trasmissione è detta
anche capacità di trasmissione della linea, mentre la quantità di
informazione trasportata in un certo momento su un canale, minore
o uguale alla capacità, è detta portata del canale (throughput) e
dipende esclusivamente da quanta informazione è immessa sul
canale nella trasmissione.
Poiché l'informazione viene memorizzata e viaggia in forma digitale,
ovvero è sostanzialmente una sequenza di bit, è naturale che tale
velocità venga misurata in bit per secondo (e da qui il termine
equivalente inglese bitrate).
SOFTWARE
Le componenti logiche di una rete sono invece i
programmi che servono a :
Gestire il collegamento e il traffico dei dati
A definire le regole necessarie affinché la
comunicazione avvenga in modo corretto
tecnicamente sono denominati protocolli
CLASSIFICAZIONI DELLE RETI
Le reti di comunicazione (Network) possono essere
catalogate in base alle seguenti caratteristiche:
Estensione geografica: la grandezza
Architettura logica: cioè il tipo di relazione esistente tra i
computer. Le reti possono essere classificate a seconda
se impiegano un’architettura:
peer-to-peer
client-server
Topologia fisica : È la tecnica usata per collegare
fisicamente i vari nodi della rete
Topologia logica : Il modo in cui i vari nodi dialogano fra
loro
ESTENSIONE GEOGRAFICA
Da questo punto di vista si distinguono due classi:
rete locale, o LAN (da Local Area Network): terminali nella
stessa stanza/edificio possiamo utilizzare collegamenti diretti
(senza passare per reti pubbliche)
rete geografica, o WAN (da Wide Area Network): Nodi
distribuiti su medio-lunga distanza. Possiamo usare
la rete di comunicazione pubblica utilizzando modem o affittando
linee di trasmissione
Oppure reti digitali di trasmissione dati
ARCHITETTURA LOGICA(1) – PEER TO PEER
Peer-to-peer: E’ una rete sulla quale i computer comunicano l’uno con
l’altro da pari a pari. In una rete di questo tipo la condivisione , la
sicurezza sono lasciate a ciascuno computer
Il primo esempio eclatante di servizio utilizzante un dialogo peer-to-peer
è il famoso sistema Napster per la distribuzione di brani musicali che
tanta risonanza ha avuto anche sui mezzi di comunicazione a seguito
della battaglia legale per la tutela dei diritti d'autore con le case
discografiche.
Le reti peer to peer hanno molti inconvenienti :
questo
sistema non è per niente centralizzato, cosa che lo rende difficile
da amministrare
la sicurezza è poco presente
nessun anello della catena è affidabile
Così, le reti peer to peer sono valide solo per un numero limitato di
computer (generalmente una dozzina), e per delle applicazioni che non
necessitano di una grande sicurezza (è quindi sconsigliato per una rete
professionale con dei dati sensibili).
ARCHITETTURA LOGICA(2) – PEER TO PEER
L'architettura peer to peer ha però anche dei vantaggi, fra i quali :
un costo ridotto (i costi generati da una rete simile sono il software, i cavi e la
manutenzione)
una semplicità innegabile!
Le reti peer to peer non necessitano degli stessi livelli di performance e di sicurezza che
i software di rete per i server dedicati. Si può quindi usare Windows NT Workstation,
Windows per Workgroups o Windows 7 dato che tutti questi sistemi operativi integrano
tutte le funzionalità delle reti peer to peer. La realizzazione di una simile architettura di
rete si basa su delle soluzioni standard :
Mettere i computer sulla scrivania degli utenti
Ogni utente è amministratore di se stesso e pianifica la sua sicurezza
Per le connessioni, si utilizza un sistema di cablaggio semplice e apparente
Si tratta normalmente di una soluzione soddisfacente per degli ambienti con le seguenti
caratteristiche :
Meno di 10 utenti
Tutti gli utenti si trovano in una stessa zona geografica
La sicurezza non è un problema cruciale
Nè l'azienda nè la rete sono suscettibili di evolversi in maniera significativa in un futuro
prossimo
ARCHITETTURA LOGICA(3) – CLIENT-SERVER
E’ una rete in cui tutte le risorse condivise sono presenti e gestite da un
server. In una tale rete, il compito di impostare le autorizzazioni di
accesso alle varie risorse e di gestire il server è affidato
all’amministratore di rete
Server : condivide / offre servizi
Client : utilizza risorse messe a disposizione dai server
Un tipico esempio è il WWW in cui i server mettono a disposizione dei
client pagine di testo, immagini, eccetera, che siano reperibili e
visualizzabili tramite i normali browser (Internet Explorer, Netscape,
Opera, eccetera).
Questo modello di dialogo è di tipo asimmetrico nel senso che i due
soggetti partecipanti alla comunicazione svolgono funzioni diverse: il
server mette a disposizione le informazioni, il client le reperisce e le
rende consultabili localmente dall'utente.
Per svolgere questa funzione i server devono essere sempre disponibili,
quindi sempre accessi, sempre connessi alla rete e sempre pronti ad
accettare nuove comunicazioni. Inoltre i server devono essere
opportunamente configurati al fine di salvaguardare il più possibile
l'integrità delle informazioni e del servizio.
ARCHITETTURA LOGICA(4) – CLIENT-SERVER
Molte applicazione funzionano in un sistema
client/server, questo significa che dei terminali client
(dei terminali che fanno parte della rete) contattano un
server, un terminale solitamente molto potente in
termini di capacità d'entrata-uscita, che fornisce loro dei
servizi. Questi servizi sono dei programmi che
forniscono dei dati come l'ora, dei file, una connessione,
ecc. I servizi sono sfruttati da dei programmi, chiamati
programmi client, che si eseguono su terminali client. Si
parla quindi di client (client FTP, client di messaggeria,
ecc.) quando si definisce un programma che gira su un
terminale client, capace di trattare delle informazioni
che recupera da un server (nel caso del client FTP si
tratta di file, mentre per il client di messaggeria si tratta
di posta elettronica).
ARCHITETTURA LOGICA(5) – CLIENT-SERVER
Vantaggi dell'architettura client/server
Il modello client/server è particolarmente consigliato per delle reti che
necessitano un elevato livello di fiducia, e i suoi principali vantaggi sono :
delle risorse centralizzate : dato che il server è al centro della rete, può
gestire delle risorse comuni a tutti gli utenti, come ad esempio un database
centralizzato, per evitare i problemi di ripetizione e contraddizione
una sicurezza migliore : dato il numero di punti d'entrata che permettono
l'accesso ai dati è minore
un'amministrazione a livello del server : considerata la poca importanza dei
client in questo modello, hanno meno bisogno di essere amministrati
una rete evolutiva : grazie a questa architettura è possibile cancellare o
aggiungere i client senza disturbare il funzionamento della rete e senza
modifiche importanti
Inconvenienti del modello client/server
un costo elevato dovuto alla tecnicità del server
un anello debole : il server è il solo anello debole della rete client/server,
dato che tutta la rete è strutturata intorno a questo! Fortunatamente, il
server ha una grande tolleranza ai guasti (soprattutto grazie al sistema
RAID)
ARCHITETTURA LOGICA(6) – CLIENT-SERVER
Funzionamento di un sistema client/server
Un sistema client/server funziona secondo il seguente schema:
•Il client emette una richiesta verso il server con il suo indirizzo IP e la porta, che
definisce un servizio particolare del server
•Il server riceve la richiesta e risponde attraverso l'indirizzo del terminale client e
della sua porta
ARCHITETTURA LOGICA(7)
In sintesi : Vantaggi e svantaggi delle architetture
Peer-to-peer
Client-Server
Costo ridotto
Costo elevato
Nessuna necessità di amministrazione
Necessita di amministratore
Nessun sistema operativo di rete
dedicato
Sistema operativo di rete
Prestazioni a rischio
Eccellenti prestazioni
Sicurezza scarsa
Sicurezza elevata
Backup complessi
Backup semplici
TOPOLOGIA FISICA(1)
In generale le reti si possono dividere in due topologie
fisiche principali: point-to-point e broadcast
Nel primo caso la rete contiene numerose linee, ciascuna
che connette due nodi e i nodi che non condividono una
linea, per comunicare, devono farlo attraverso altri nodi.
Nelle reti di tipo broadcast, invece, c'è un singolo canale di
comunicazione condiviso dai nodi. I messaggi spediti da
ciascun nodo sono ricevuti da tutti gli altri con qualcosa nel
messaggio che specificare a chi è diretto; ricevendo un
messaggio non destinato ad esso, un nodo lo ignora.
Nella realtà però abbiano anche delle reti con topologia
ibrida : formate dalla combinazione delle topologie di rete
descritte sopra.
TOPOLOGIA FISICA(2) : TOPOLOGIA POINT TO POINT
Le topologie più note di reti point-to-point sono:
Stella
Anello
Completa o a maglia
TOPOLOGIA FISICA(3) : TOPOLOGIA POINT TO POINT
Topologia a stella
Nelle reti a stella tutti i nodi sono collegati ad un elaboratore centrale
(che smista i messaggi detto centro stella) come la definizione lascia
supporre.
E’ stata la topologia degli inizi delle reti in quanto il cablaggio
coincideva con quello della soluzione con mainframe e terminali
remoti e consentiva di riutilizzare strutture già esistenti. Presenta
come vantaggi la facilità di controllo (che è concentrata in un unico
punto) , la facilità con la quale di possono aggiungere e togliere
stazioni in qualsiasi momento, le alte prestazioni (collegamenti punto
a punto), una discreta fault tolerance
TOPOLOGIA FISICA(4) : TOPOLOGIA POINT TO POINT
Topologia ad anello
Le due estremità sono connesse a formare un anello: una
struttura unidirezionale rinchiusa su se stessa in cui le
informazioni si propagano in una sola direzione. Come
svantaggio fondamentale questa topologia presenta una
forte
criticità
nella
fault
tolerance
poiché
il
malfunzionamento di un nodo dell rete provoca l’interruzione
dell’intera rete. E’ stato posto parzialmente rimedio a questo
problema con l’inserimento di dispositivi particolari di
commutazione all’interno dell’anello
TOPOLOGIA FISICA(5) : TOPOLOGIA POINT TO POINT
Topologia completa (o a maglia)
E’ una topologia che presenta sia connessioni punto a punto
che multi punto. Se og ni stazione è connessa a tutte le altre
si parla di topologia a maglia completamente connessa
(molto costosa)La topologia a maglia prevede che tutti i
computer della rete siano direttamente connessi l' uno all'
altro. Come detto all' inizio, al crescere del numero di
computer da collegare, cresce il costo del sistema con il
quadrato del numero dei nodi.
TOPOLOGIA FISICA(6) : TOPOLOGIA BROADCAST
Topologia Broadcast
Le topologie più note di reti broadcast sono :
a BUS: tutti i nodi sono collegati a un cavo lineare (bus),
come gli affluenti di un fiume, mediante delle diramazioni
cui sono collegati i computer. In questo tipo di rete tutti i nodi
condividono un medesimo canale di trasmissione, ed inoltre
ogni messaggio viaggia sempre in tutte le direzioni. Questo
comporta dei notevoli problemi di controllo della
trasmissione, e comunque limita l’uso della topologia alla
realizzazione di reti locali, dove il numero di nodi è limitato.
..UN’ALTRA CLASSIFICAZIONE...
Abbiamo già visto che non sempre la stazione trasmittente e quella ricevente sono
collegate direttamente. Disporre di un collegamento dedicato per ogni coppia di stazioni
presenta indubbi vantaggi ma anche costi esorbitanti. Il sistema adottato quindi si basa
sul principio della commutazione ovvero realizzare un circuito virtuale fra due stazioni
nel caso in cui ci sia la richiesta di trasmissione e la disponibilità della linea.Il
collegamento quindi viene stabilito all’atto della richiesta e permane solo per il tempo
della trasmissione. Esistono due tipi di commutazione :
commutazione di circuito : è utilizzata nella conversazioni telefoniche nelle quali
viene costruito un canale fisico tra i due interlocutori, attraverso le centraline. Il
percorso identificato viene impegnato fisicamente e in modo esclusivo
commutazione di pacchetto :i messaggi vengono divisi in piccole parti, chiamate
pacchetti e ciascun pacchetto è trasmesso individualmente. Ogni pacchetto può
essere spedito senza aspettare che tutti i precedenti siano arrivati a destinazione e
può anche seguire un percorso diverso. I pacchetti sono sequenze di byte (sequenze
di blocchi di 8 bit), in genere di eguale lunghezza. Tra il calcolatore A (mittente) e il
calcolatore B (destinatario) il pacchetto attraversa molti calcolatori intermedi . I
dispositivi di ricezione dei dati dovranno ricostruire l’esatta sequenza dei pacchetti
prima della consegna al destinatario.
....SOFTWARE DI RETE
Il problema principale in un processo di comunicazione
è la definizione di un linguaggio comune ai diversi attori
in gioco, che, nel nostro caso, sono in primo luogo i
computer. E i computer, come noto, pur usando tutti lo
stesso alfabeto - il codice binario - “parlano” spesso
linguaggi differenti e incompatibili: computer diversi
usano sistemi operativi, codici di caratteri, strutture di
dati, che possono essere anche molto diversi.
Il protocollo è un accordo fra le parti che comunicano
sul modo in cui la comunicazione deve procedere.
… LA NECESSITÀ DI UNO STANDARD(1)
Storicamente le prime reti di calcolatori vengono sviluppate negli anni '70.
L'esperimento pilota, finanziato dall'agenzia statunitense DARPA, prende il nome di
ARPAnet e nasce ufficialmente nel 1969. A questa esperienza seguono, nel corso degli
anni '70, numerose implementazioni di reti di calcolatori, molte delle quali di tipo
proprietario, cioè sviluppate da un solo costruttore ed incompatibili con sistemi di altri
costruttori. Alcune tra le più note furono DECnet della Digital, SNA di IBM e XNS della
Xerox. La caratteristica fondamentale di queste reti è quella di essere sistemi chiusi,
ossia sostanzialmente incapaci di comunicare fra loro. Una volta che un utente decide
di adottare una di queste reti è legato al relativo produttore, che è l'unico fornitore di
apparati compatibili con la rete installata. Questo fenomeno detto di captivity, limita
molto le scelte dell'utente, che è costretto a seguire l'evoluzione e le scelte tecnologiche
del tipo di rete che ha scelto. Al contrario sarebbe auspicabile che queste reti fossero
sistemi aperti, ossia tali che qualunque calcolatore fosse in grado di comunicare con
qualunque altro indipendentemente dalla sua architettura e dal suo costruttore. Un
sistema aperto ha infatti alcuni importanti vantaggi:
favorire la diffusione delle reti di calcolatori tramite l'interconnessione delle reti
esistenti;
rendere possibile agli utenti e ai costruttori di reti approvvigionarsi da qualunque
produttore, favorendo la concorrenza.
… LA NECESSITÀ DI UNO STANDARD(2)
Per realizzare reti di calcolatori che siano sistemi aperti è necessario:
delineare un modello di riferimento per la comunicazione fra calcolatori che
sia base comune di questi sistemi;
giungere alla definizione di standard universalmente accettati che
specifichino in modo preciso le funzioni che sono necessarie per realizzare
la comunicazione.
La comunicazione fra calcolatori di tipo diverso è in generale un problema
abbastanza complesso. Per semplificare la progettazione dal punto di vista
tecnico di una rete di calcolatori risulta quindi conveniente suddividere il
problema complessivo in una serie di sottoproblemi ben confinati, chiarendo
poi come essi debbano interagire. Questo tipo di approccio è stato
sostanzialmente comune a tutte le implementazioni di reti di calcolatori, anche
quando queste si presentavano come sistemi chiusi.
… LA NECESSITÀ DI UNO STANDARD(3)
I vantaggi che si hanno nell'operare un approccio a strati sono:
riduzione della complessità nella costruzione di architetture protocollari introducendo livelli di
astrazione;
indipendenza per l'operatività e le strutture interne di ogni strato; ogni strato deve compiere un
compito diverso dagli altri e la sua struttura non è vincolata da quella degli altri livelli;
interazione tramite servizi; i livelli sono disposti a pila, uno sopra l'altro. Ogni livello fornisce
servizi al livello superiore e usufruisce di servizi dal livello sottostante, comunicando tramite la
loro interfaccia;
facilità di attuare cambiamenti su uno strato senza alterare i restanti; gli strati interagiscono tra
loro tramite servizi, essendo quindi indipendenti tra loro possono essere modificati nel tempo
con nuove tecnologie senza che questo richieda interventi negli altri strati;
possibilità di utilizzare differenti protocolli per compiti specifici con complessità più trattabile;
potendo scegliere le modalità di funzionamento e il livello su cui operare le funzioni di
commutazione e di multiplazione, si possono ottimizzare alcuni aspetti del modo di
trasferimento.
Due livelli di pari grado posti su due calcolatori differenti comunicano tra loro tramite
protocollo, mentre due livelli adiacenti della stessa macchina comunicano tra loro tramite
interfaccia. L'obiettivo di un livello è quello di servire servizi al livello superiore nascondendo a
questo il modo in cui i servizi sono realizzati.
IL MODELLO DI RIFERIMENTO OSI(1)
Open System Interconnection
Rappresenta lo standard (anche se non da tutti adottato) che i costruttori di
apparecchiature di rete devono adottare per la gestione delle diverse fasi
del processo di trasmissione.
Emanato dall’ISO (International Organization for Standardization) nella sua
versione definitiva nel 1984 , descrive un modello di architettura versatile
ed efficiente basato su una serie di livelli o strati gerarchici in cui adattare
gli standard esistenti o indirizzare quelli futuri ovvero ha lo scopo di :
fornire uno standard per la connessione di sistemi aperti;
fornire una base comune per lo sviluppo di nuovi standard per
l'interconnessione di sistemi;
fornire un modello rispetto a cui confrontare le architetture di rete.
I LIVELLI DEL MODELLO ISO/OSI
I livelli più alti sono vicini all’uomo, quelli più bassi sono vicini all’hardware di rete.
COME COMUNICANO 2 CALCOLATORI
Quando 2 calcolatori devono comunicare tra loro, i dati passano dall’alto verso il
basso attraverso i livelli del Pc di partenza.
Ogni livello aggiunge informazioni di controllo addizionali che verranno utilizzati
per determinare le modalità del trasferimento dei dati sulla rete.
Una volta giunti sul Pc di destinazione i dati attraversano i vari livelli in senso
inverso. Questa volta ogni livello elimina le informazioni di controllo a lui destinate
finchè al termine dell’operazione non restano che i dati nella loro forma originaria.
I DISPOSITIVI DI RETE
I dispositivi di rete sono nodi che garantiscono il funzionamento , l’efficienza,
l’affidabilità e la scalabilità della rete stessa.
Hub e repeater : l’hub consente la connessioni fra più host mentre il repeater
consente di connettere due diverse reti fra loro. Operano al livello 1 della pila
ISO/OSI e non gestiscono l’accesso al mezzo trasmissivo e quindi non controllano
l’eventuale collisione di messaggi. I messaggi vengono replicati su tutte le porte
dell’hub
Bridge e switch : collegano host diversi e reti diverse tra loro. Operano al livello 2
della pila ISO/OSI e instradano il messaggio ricevuto verso la destinazione stabilita.
Lo switch rispetto al bridge ha interfacce multiple per cui consente il collegamento
diretto fra più host e fornisce prestazioni migliori
Router : sono dispositivi in grado di identificare mittente e destinatario dei messaggi
attraverso l’indirizzo IP. Operano a livello 3 della pila ISO/OSI
Gateway : collega reti di tipo diverso e passa informazioni dall’una all’altra
convertendo i protocolli. Opera a livello 7 della pila ISO/OSI
Quando un mezzo trasmissivo è condiviso può essere attraversato da un solo
messaggio alla volta e per regolamentare l’uso del mezzo trasmissivo si usano
protocolli particolari. Il più noto e ormai diventato uno standard è il protocollo a
contesa CSMA/CD che ha dato origine alla rete Ethernet, il più diffuso modello oggi
di rete locale.
RETE ETHERNET(1)
È un protocollo standard di schede e cavi per il collegamento veloce fra computer in rete
locale . Originariamente sviluppato nel 1976 da Xerox, Intel e Digital per le rete locali a
10 Megabit al secondo, è definito nel documento base dello standard Ethernet
chiamato IEEE 802.3. I computer in rete Ethernet possono anche essere di diverso tipo
o utilizzare diversi sistemi operativi. Sui computer o nodi devono essere installate
schede di comunicazione che si connettono alla rete tramite cavo coassiale o doppino
telefonico. Nel corso degli anni la tecnologia è stata sviluppata ulteriormente e, ad oggi,
lo standard di comunicazione Ethernet può arrivare a 1000 Mbps ( fast ethernet) .
Ethernet non è necessariamente la migliore delle tecnologie possibili, ma si è
dimostrata la più economica e la più facile da utilizzare il che ne ha decretato un
enorme successo a tutti i livelli d'impiego e in qualsiasi area geografica del mondo.
Prevede un'architettura a bus ed è basata sull'impiego del protocollo di accesso
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). In pratica ogni
stazione può decidere in qualunque momento di accedere al mezzo trasmissivo
(Multiple Access), ma deve prima assicurarsi che questo non sia già occupato da
qualcun altro che sta trasmettendo (Carrier Sense); a volte può succedere che due
stazioni inizino a trasmettere nel medesimo istante e si verifica quindi una collisione
che viene rilevata da entrambe le stazioni trasmittenti, le quali interrompono la
trasmissione e la ritentano in tempi differenti (Collision Detection).
RETE ETHERNET(2)
Il metodo di contesa del mezzo trasmissivo della rete Ethernet ha le seguenti regole base :
quando una stazione vuole trasmettere un messaggio si mette in ascolto per verificare che il
mezzo trasmissivo sia libero, ovvero che non ci sia nessuna trasmissione in atto;
se il mezzo trasmissivo è libero inizia la trasmissione del messaggio, che può essere indirizzato
ad una particolare stazione, a un gruppo di stazioni o a tutte le stazioni;
tutte le stazioni ricevono il messaggio;
la stazione a cui è riferito il messaggio immagazzina il medesimo e ne analizza il contenuto;
le stazioni a cui non è riferito il messaggio lo scartano.
Nel caso in cui capiti che due stazioni incominciano a trasmettere quasi contemporaneamente ,
essendo entrambe anche in ascolto, rilevano la collisione, e si comportano nel seguente modo:
interrompono immediatamente la trasmissione;
aspettano qualche istante; il tempo di attesa è determinato da un particolare algoritmo
denominato back-off;
riprovano a trasmettere in tempi diversi.
È molto improbabile che due stazioni trasmettano contemporaneamente, in genere può
intercorrere un tempo compreso tra poche centinaia di nanosecondi ad alcune decine di
microsecondi tra la partenza delle due trasmissioni. Può succede invece che una stazione si metta
in ascolto sul canale trasmissivo lo senta libero, ma in effetti non lo è in quanto in un punto
distante della rete un’altra stazione ha già iniziato una trasmissione, ma i relativi segnali elettrici o
ottici non si sono ancora propagati lungo tutto il mezzo trasmissivo.
MODELLO INTERNET
La rete Internet si è sviluppata al di fuori dal modello ISO-OSI e presenta una struttura
solo parzialmente aderente al modello OSI. L'architettura di rete Internet Protocol Suite
nota anche come architettura TCP/IP, è una architettura composta da 4 strati:
strato di accesso alla rete (network access layer); comprende le funzioni che nel
modello OSI sono comprese negli strati fisico, di collegamento e parte di quello di
rete, non è specificato nell'architettura, perché prevede di utilizzare quelli delle varie
piattaforme hardware e conformi agli standard;
strato Internet Protocol (IP); è collocabile nella parte alta dello strato di rete del
modello OSI, è di tipo senza connessione e best effort, si occupa di instradare e di
controllo di congestione;
strato di trasporto (TCO o UDP); corrisponde al livello di trasporto del modello OSI, ed
è implementato in due versioni, TCP (Transmission Control Protocol) che è un
protocollo con connessione ed affidabile, e UDP (User Datagram Protocol) che è
senza connessione e non affidabile;
strato di applicazione (application protocol); nell'architettura Internet non sono
previsti gli strati di sessione e di presentazione, ma solo quello di applicazione;
questo strato contiene i protocolli utilizzati poi dai programmi residenti sulle
macchine. I protocolli utilizzati in questo strato sono FTP (File Transfer Protocol - per
il trasferimento dei file), POP (Post Office Protocol) e SMTP (Simple Mail Transfer
Protocol) per la posta elettronica, Telnet per il terminale virtuale, http (HyperText
Transfer Protocol - per le pagine Web), DNS (Domain Name Service per convertire
nomi alfanumerici in indirizzi IP), NNTP (News Network Transfer Protocol trasferimento articoli dei newsgroup) )
IL PROTOCOLLO TCP/IP(1)
Trasmission Control Protocol / Internet protocol
Rappresenta in un certo modo l'insieme delle regole di comunicazione su internet e
si basa sulla nozione di indirizzamento IP, cioè il fatto di fornire un indirizzo IP ad
ogni terminale di rete per poter inviare dei pacchetti di dati.
Su internet, i computer comunicano fra loro grazie al protocollo IP che usa degli
indirizzi numerici, detti Indirizzi IP, composti da 4 numeri interi (4 byte) compresi tra
0 e 255 e siglati sotto la forma di xxx.xxx.xxx.xxx. Ad esempio 194.153.205.26 è un
indirizzo IP dato in forma tecnica.
Questi indirizzi servono ai computer di rete per comunicare fra loro, quindi ogni
computer di rete ha un indirizzo IP unico sulla rete stessa.
E' l'ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) ad essere
incaricata di distribuire gli indirizzi IP pubblici, cioè gli indirizzi IP dei computer
direttamente connessi alla rete pubblica internet.
Un indirizzo IP è un indirizzo a 32 bits, solitamente siglato sotto forma di 4 numeri
interi separati da punti. Nell'indirizzo IP si distinguono effettivamente due parti : la
parte dei numeri posti a sinistra designa la rete ed è chiamata ID di rete (in inglese
netID), i numeri di destra designano i computer della rete stessa e sono detti host-ID.
Una rete siglata 102.0.0.0 può contenere dei computer con un indirizzo IP che varia
tra 102.0.0.1 e 102.255.255.254 (256*256*256-2=16777214 possibilità), mentre
una rete siglata 194.26 non potrà contenere che dei computer con un indirizzo IP
compreso fra 194.26.0.1 e 194.26.255.254 (256*256-2=65534 possibilità), e
questa è la nozione di classe d'indirizzo IP.
IL PROTOCOLLO TCP/IP(2)
Gli indirizzi IP sono ripartiti in classi, secondo il numero di bytes che rappresentano la rete.
Classe A
In un indirizzo IP di classe A, il primo byte rappresenta la rete. Il bit di peso forte (il primo bit,
quello di sinistra) è a zero, il che significa che vi sono 27(00000000 a 01111111) possibilità di
reti, ossia 128 possibilità. Tuttavia, la rete 0 (bits che valgono 00000000) non esiste e il
numero 127 è riservato per designare il vostro terminale. Le reti disponibili in classe A sono
quindi le reti che vanno da 1.0.0.0 a 126.0.0.0 (gli ultimi bytes sono degli zero che indicano
che si tratta effettivamente di reti e non di computer!) I tre bytes di destra rappresentano i
computer di rete, la rete può quindi contenere un numero di computer uguale a
224-2 = 16777214 computer.
Classe B
In un indirizzo IP di classe B, i primi due bytes rappresentano la rete. I primi due bits sono 1 e
0, il che significa che vi sono 214(10 000000 00000000 a 10 111111 11111111) possibilità
di reti, ossia 16384 reti possibili. Le reti disponibili in classe B sono quindi le reti che vanno da
128.0.0.0 a 191.255.0.0 I due bytes di destra rappresentano i computer della rete. La rete
può quindi contenere un numero di computer pari a:
216-21 = 65534 computer.
Classe C
In un indirizzo IP di classe C, i primi tre bytes rappresentano la rete. I primi tre bits sono 1,1 e
0,il che significa che vi sono 221possibilità di reti, cioè 2097152. Le reti disponibili in classe C
sono quindi le reti che vanno da 192.0.0.0 a 223.255.255.0 . Il byte di destra rappresenta i
computer di rete, la rete può quindi contenere:
28-21 = 254 computer.
IL PROTOCOLLO TCP/IP(3)
Classe
A
B
C
Numero di reti possibili
126
16384
2097152
Numero massimo di
computer su ciascuna
16777214
65534
254
Gli indirizzi di classe A sono riservati a delle reti molto grandi, mentre ad esempio si attribuiranno degli indirizzi di
classe C a delle piccole reti aziendali
Capita spesso che in un'azienda o in un ente vi sia un solo computer connesso a internet, che funge da
intermediario per gli altri computer di rete per l'accesso a internet. In questa configurazione, solo il computer
connesso a internet ha bisogno di riservare un indirizzo IP presso l'ICANN. Tuttavia, gli altri computer hanno
comunque bisogno di un indirizzo IP per poter comunicare insieme in interno.
Così l'ICANN ha riservato alcuni indirizzi in ciascuna delle classi per permettere di attribuire un indirizzo IP ai
computer di una rete locale collegata a internet senza rischiare di creare dei conflitti di indirizzi IP sul web. Si
tratta dei seguenti indirizzi :
Indirizzi privati di classe A: 10.0.0.1 a 10.255.255.254, che permettono la creazione di rete private estese che
comprendono migliaia di computer.
Indirizzi IP privati di classe B: 172.16.0.1 a 172.31.255.254, che permettono di creare delle reti private di medie
dimensioni.
Indirizzi IP privati di classe C: 192.168.0.1 a 192.168.0.254, per la realizzazione di piccole rete private.
MASCHERA DI SUB-RETE
Si fabbrica una maschera che contiene degli 1 al posto dei bits che si desidera
conservare, e degli 0 per quelli che si vogliono annullare. Una volta creata la maschera,
basta fra uno xor logico tra il valore che si vuole mascherare e la maschera per
mantenere intatta la parte desiderata e annullare il resto. Cosi, una maschera di rete (in
inglesenetmask) si presenta sottoforma di 4 bytes separati da punti (come un indirizzo
IP); essa comprende degli zero a livello dei bits dell'indirizzo IP che si vogliono annullare
e degli 1 a livello di quelli che desidera conservare.
Permette di identificare la rete associata ad un indirizzo IP. Vediamo con un
esempio. Una rete è determinata da un certo numero di bytes dell'indirizzo IP ad es
la rete associata all'indirizzo34.56.123.12 è 34.0.0.0. Per conoscere l'indirizzo di
rete associato all'indirizzo IP34.56.123.12, basterà quindi applicare una maschera il
cui primo byte prevede solo degli 1 poi degli 0 sui bytes seguenti.
La maschera è:11111111.00000000.00000000.00000000
La maschera associata all'indirizzo IP 34.208.123.12 è quindi 255.0.0.0.
Il valore binario di 34.208.123.12 è :00100010.11010000.01111011.00001100
Un AND logico tra l'indirizzo IP e la maschera da quindi il seguente risultato :
00100010.11010000.01111011.00001100 AND
11111111.00000000.00000000.00000000 =
00100010.00000000.00000000.00000000 Si ottiene 34.0.0.0
RETI BASATE SU TCP/IP
Nelle reti basate sul protocollo TCP/IP ogni nodo è
identificato da :
un indirizzo MAC ovvero un codice univoco inserito
nella scheda di rete composto da 48 bit ( 24 dei
quali assegnati dall’IEEE e conservati in un
registro mondiale così da evitare duplicazioni e 24
assegnati dal produttore della scheda ). (per
vedere quella del proprio computer in ambiente
dos digitare Arp –a)
un indirizzo IP
un nome logico assegnato da chi configura la rete.
