Elementi di Informatica
Reti di calcolatori
Dispensa-06
Febbraio 2008
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06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
Contenuti
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Accesso al World Wide Web
Reti di calcolatori
scambio di dati tra calcolatori
connessione in rete di calcolatori
reti di reti di calcolatori
architettura a livelli della comunicazione
il modello cliente/servente
06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
Introduzione
La fusione delle tecnologie dell’informazione e della
comunicazione ha avuto un impatto notevole sul modo in cui i
moderni sistemi informatici sono organizzati
il modello di organizzazione prevalente dei sistemi informatici
è quello delle reti di calcolatori
z una rete di calcolatori è un insieme di calcolatori
indipendenti, che sono collegati tra di loro per potersi
scambiare dati
z le applicazioni per reti di calcolatori sono organizzate
sulla base del modello cliente/servente (client/server) e
del concetto di servizio (offerto dalla rete)
Vengono ora studiati
Internet, la più grande rete di calcolatori
il World Wide Web, il principale servizio di Internet
alcuni elementi tecnologici e architetturali
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06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
Accesso al World Wide Web
Che cosa sono Internet e il World Wide Web? Come funzionano?
anche in questo caso, è possibile rispondere a queste
domande in molti modi, relativamente a diversi punti di vista
Il nostro studio di Internet e del World Wide Web seguirà questo
percorso
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vengono ora introdotti informalmente alcuni concetti
elementari, dal punto di vista dell’utente del servizio World
Wide Web di Internet
verranno successivamente considerati gli aspetti tecnologici e
architetturali delle reti di calcolatori, di Internet e del World
Wide Web
06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
Reti di calcolatori
Una rete di calcolatori è un insieme di calcolatori che operano
autonomamente e che sono collegati per potersi scambiare dati
collegamenti
rete di calcolatori
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06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
Servizi in una rete di calcolatori
I calcolatori in una rete di calcolatori
possono essere usati per eseguire applicazioni di uso
individuale
possono essere usati per usufruire di “servizi” basati sullo
scambio di dati
z
ad esempio, possono condividere risorse informatiche —
come stampanti e dischi
z
possono scambiarsi dati e messaggi
Intuitivamente, un servizio in una rete di calcolatori corrisponde
a una modalità di condivisione di dati e/o risorse tra i calcolatori
collegati alla rete
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06- Reti di Calcolatori
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Internet e World Wide Web
Internet è la più grande rete di calcolatori, a diffusione mondiale
La connessione di un calcolatore a Internet può avvenire con
diverse modalità
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un calcolatore può essere collegato a Internet mediante una
scheda di rete nell’ambito di una rete di calcolatori
un calcolatore può essere collegato a Internet mediante un
modem e una connessione telefonica di accesso remoto a un
fornitore (provider) di servizi Internet
06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
World Wide Web
Internet, in quanto rete di calcolatori, rende disponibile ai suoi
utenti diversi servizi
ad esempio, il servizio di posta elettronica e il servizio di
trasferimento di file
Il World Wide Web (o, più semplicemente, Web) è il servizio più
diffuso di Internet
il Web permette la condivisione e l’accesso a documenti che
sono distribuiti sui calcolatori di Internet e collegati tra di loro
La condivisione di documenti su Internet e sul Web è resa
possibile dal fatto che a ciascuna risorsa di Internet è associato
un nome univoco
possibili risorse su Internet e sul Web sono i calcolatori, gli
utenti, i documenti
il nome di una risorsa di Internet è l’indirizzo della risorsa
z gli indirizzi su Internet sono chiamati anche URL
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06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
Browser web
Per accedere a documenti sul Web, un calcolatore
deve essere collegato a Internet
deve disporre di una applicazione chiamata browser web
z ad esempio, Microsoft Internet Explorer o Netscape
Communicator
Un browser web è una applicazione che permette l’accesso a
documenti sul Web
è possibile accedere a documenti sul Web con diverse
modalità
z fornendo al browser l’indirizzo del documento —
scrivendolo nella barra dell’indirizzo
z raggiungere un documento seguendo un collegamento
ipertestuale nel documento correntemente visualizzato dal
browser — cliccando con il mouse sul collegamento
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06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
Accesso a documenti sul web
Esempio di accesso all’indirizzo www.virgilio.it
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Navigazione ipertestuale
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... cliccando sul collegamento Alla conquista dello spazio
06- Reti di Calcolatori
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Siti web
Un sito web è un insieme di documenti gestiti da una
organizzazione, memorizzati su uno o più calcolatori collegati a
Internet, e che possono essere acceduti mediante il servizio Web
L’accesso a un sito web inizia solitamente da un documento
chiamato home page del sito
l’home page di un sito
z fornisce informazioni di carattere generale sul sito
z contiene collegamenti alle parti principali del sito, che
possono essere accedute mediante navigazione
ipertestuale
z contiene collegamenti ad altri siti correlati
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06- Reti di Calcolatori
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Il Web e il paradigma ipertestuale
Il World Wide Web è un vastissimo insieme di documenti
l’unità di informazione sul Web è il documento o pagina
z una pagina è composta solitamente da testi e immagini
z ciascuna pagina ha un indirizzo univoco
il Web è un insieme di pagine
I documenti del Web sono organizzati mediante una struttura
ipertestuale
agli elementi (come parole, frasi e immagini) di una pagina
possono essere associati dei collegamenti ad altre pagine
un collegamento ipertestuale è composto da
z l’elemento della pagina a cui è associato il collegamento —
chiamato ancora (letto àncora)
z la pagina referenziata dal collegamento, mediante il suo
indirizzo — che viene visualizzato dal browser sulla barra
di stato quando il cursore del mouse si trova sopra
l’ancora
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06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
Un esempio di ipertesto
pagine
Piccola guida al
sistema solare
ancore
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Il sistema solare è
composto da nove
pianeti che ruotano
intorno al Sole.
Questi pianeti, in
ordine di distanza
crescente dal Sole
sono: Mercurio,
Venere, Terra,
Marte, Giove,
Saturno, Urano,
Nettuno e Plutone.
…
collegamenti
Il Sole
La struttura interna del
Sole è stata ricostruita in
base all'elaborazione
teorica dei dati conosciuti.
…
La Terra
La Terra è il terzo pianeta
in ordine di distanza dal
Sole, e il quinto per
dimensioni. …
06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
Reti di calcolatori
Una rete di calcolatori è un insieme di calcolatori che operano
autonomamente e che sono collegati per potersi scambiare dati
vengono ora discussi i seguenti aspetti della tecnologia delle
reti di calcolatori
z scambio di dati tra una coppia di calcolatori
z collegamento in rete di un insieme di calcolatori
z reti di reti di calcolatori
z architettura a livelli della comunicazione in una rete di
calcolatori
z modello cliente/servente per applicazioni per reti di
calcolatori
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06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
Scambio di dati tra calcolatori
Lo scopo di una rete di calcolatori è quello di permettere la
comunicazione (ovvero, lo scambio di dati) tra due o più
calcolatori
viene ora affrontato il problema della comunicazione tra due
calcolatori — chiamata comunicazione punto-punto
z che cosa serve affinché due calcolatori possano scambiarsi
dei dati?
Sono necessari
un canale fisico di comunicazione tra i due calcolatori
z la componente hardware della comunicazione
un insieme di regole che regolano lo scambio di dati
z la componente software della comunicazione
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06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
Mezzi di trasmissione
Per la comunicazione tra calcolatori è possibile usare molti canali
(mezzi) fisici di trasmissione
collegamento elettrico con cavi in rame
z consente una velocità/capacità di trasmissione fino a 100
Mbit/s su una distanza di 100 m
collegamento con fibra multimodale
z consente una velocità/capacità di trasmissione superiore al
Gbit/s su una distanza di 1-10 km
collegamento con fibra monomodale
z consente una velocità/capacità di trasmissione superiore al
Gbit/s su una distanza di 10-100 km
Sono possibili anche altre tipologie di collegamento
collegamento alla rete telefonica mediante modem
collegamento wireless (senza fili)
collegamento mediante ponti radio
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Protocolli di comunicazione
Si supponga di voler effettuare il trasferimento di un file tra due
calcolatori collegati fisicamente
la presenza del collegamento fisico non è sufficiente (anche
se è necessaria) per permettere il trasferimento del file
è necessario anche che ciascun calcolatore sia dotato di una
applicazione in grado di effettuare il trasferimento del file
Nella comunicazione tra calcolatori, è necessaria la presenza di
uno “strato” software che consenta lo scambio di dati sulla base di
un insieme prefissato di regole e convenzioni
un protocollo di comunicazione è un insieme di regole,
relative ai messaggi consentiti e al loro formato, che
controllano lo scambio di informazioni in una comunicazione
La comunicazione tra due o più entità è possibile solo sulla base
dell’accettazione e dell’adozione di uno o più protocolli
solitamente, è necessaria l’adozione di un protocollo per
ciascun diverso aspetto della comunicazione
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06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
Esempio — i due filosofi
Due filosofi, uno africano e uno cinese, vogliono discutere del
oryctolagus cunilicus (il coniglio)
il filosofo africano vuole esprimere al suo collega cinese la sua
simpatia a favore dei conigli
Problema
i due filosofi non parlano la stessa lingua, e nemmeno
riescono a trovare un interprete che conosca entrambe le loro
lingue
z l’africano parla swahili e inglese, il cinese parla cinese e
francese
i filosofi possono comunque accordarsi su una lingua da
usare nella comunicazione (ad esempio, il danese)
z possono poi comunicare utilizzando due interpreti,
ciascuno dei quali sa tradurre da una delle lingue note a
uno dei filosofi alla lingua usata per la comunicazione
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06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
I due filosofi . . .
Altro problema
i due filosofi non vivono nello stesso luogo, e non sono
abituati a viaggiare
i due filosofi possono comunque decidere di comunicare in
altro modo
z ad esempio, scelgono di utilizzare il fax, ricorrendo al
supporto del servizio di telefonia locale e internazionale
Ora i due filosofi possono effettivamente comunicare
hanno adottato due diversi protocolli di comunicazione
z il protocollo relativo alla lingua - il danese
z il protocollo relativo al mezzo di comunicazione - il fax
la comunicazione basata sul fax è possibile solo perché
esistono degli standard internazionali sulle caratteristiche
elettriche e temporali dei segnali utilizzati per la telefonia
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06- Reti di Calcolatori
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I due filosofi . . .
I like rabbits
Jáime les lapins
Danese
Ik hou konijnen
Danese
Ik hou konijnen
Fax
Danese
Ik hou konijnen
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Fax
Danese
Ik hou konijnen
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Connessione in rete di calcolatori
Come è possibile collegare un insieme di calcolatori ?
Sono possibili diverse scelte
z
z
z
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1) ciascun calcolatore è collegato direttamente a
tutti gli altri mediante una collegamento puntopunto dedicato
2) ciascun calcolatore è collegato a uno stesso
mezzo di comunicazione - collegamento a bus
3) ciascun calcolatore è collegato ad almeno un
altro calcolatore, e quindi tra di loro sono tutti
connessi, anche se non tutti direttamente
06- Reti di Calcolatori
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Collegamento punto - punto
Nel collegamento punto-punto ogni calcolatore è
collegato a ciascuno degli altri calcolatori ed è
semplice realizzare lo scambio di dati tra essi
Se il calcolatore A deve inviare un insieme di dati
(un messaggio) a un calcolatore B, lo può fare
direttamente sulla connessione punto-punto che
collega A a B
Questa soluzione è evidentemente molto costosa !
In pratica, vengono adottate le soluzioni 2 e 3
Come può avvenire la comunicazione in questi casi?
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06- Reti di Calcolatori
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Collegamento a bus
Nel collegamento a bus, ogni calcolatore è collegato a un insieme
di collegamenti condivisi, il bus
calcolatori
rete a bus
bus
La soluzione basata sul bus è adottata frequentemente
esistono realizzazioni tecnologiche del bus estremamente
economiche
z un semplice cavo coassiale
esistono anche realizzazioni estremamente sofisticate, che
garantiscono una velocità elevata di comunicazione
z soluzioni basate su hub
è una soluzione facilmente espandibile
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06- Reti di Calcolatori
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Collegamento a bus
Un possibile protocollo di comunicazione (semplificato) basato sul
collegamento a bus è il seguente
se il calcolatore A deve inviare il messaggio M al calcolatore B
A forma un pacchetto di dati P usando il messaggio M e i
nomi del destinatario B e del mittente A (con un formato
specificato dal protocollo) e trasmette P sul bus
z un pacchetto è simile a una busta, che all’interno contiene
un messaggio e all’esterno riporta i nomi del destinatario e
del mittente
i pacchetti trasmessi sul bus sono ricevuti da tutti i calcolatori
z ogni calcolatore riceve ciascun pacchetto P che viaggia sul
bus, e ne decodifica il messaggio M, il destinatario e il
mittente
z se un calcolatore si identifica nel destinatario di un
messaggio M codificato in un pacchetto, allora ascolta e
interpreta il messaggio M, che è effettivamente rivolto a lui
z gli altri calcolatori, invece, ignorano il messaggio
z
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06- Reti di Calcolatori
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Collegamento ad anello
Nel collegamento ad anello, i calcolatori sono disposti
logicamente ad anello, con un collegamento tra ciascuna coppia
di calcolatori adiacenti
ogni pacchetto transita nell’anello in una direzione fissata, dal
mittente al destinatario
z
z
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se un calcolatore non è il destinatario del messaggio, allora
ritrasmette il pacchetto al calcolatore successivo nell’anello
il destinatario del messaggio leva il pacchetto dall’anello
06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
Altri tipologie di collegamento
Le figure mostrano altre tipologie di collegamenti
ogni linea indica la presenza di un collegamento punto-punto
tra una coppia di calcolatori
stella
completo
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albero
irregolare
06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
Reti di reti di calcolatori
Una rete di reti di calcolatori è un insieme di reti di calcolatori,
tra di loro collegate (interconnesse) per potersi scambiare dati
ci sono diverse motivazioni per voler collegare tra di loro più
reti di calcolatori
z
z
superare i limiti fisici dei mezzi di comunicazione usati in
una rete (tra reti omogenee)
collegare reti che utilizzano mezzi di comunicazione
diversi
z
collegare reti fisicamente lontane
z
collegare reti eterogenee
La realizzazione di una rete di reti richiede la presenza di
dispositivi di rete dedicati alla ritrasmissione dei dati tra reti
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questi dispositivi sono genericamente chiamati IMP (Interface
Message Processor) e corrispondono a ripetitori, ponti,
instradatori (router) e gateway
06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
Interconnessione di reti
In una rete di reti
ciascuna rete contiene almeno un IMP
z un IMP può essere considerato un calcolatore dedicato
l’insieme degli IMP forma una rete, chiamata sottorete
IMP
sottorete
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06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
Instradamento
Ciascun IMP ha il compito di far giungere i pacchetti che riceve
all’IMP della rete destinataria del pacchetto
per i pacchetti originati dalla propria rete e destinati a
calcolatori che non appartengono alla propria rete
z l’IMP deve ritrasmetterli a un IMP adiacente affinché vengano
trasmessi all’IMP della rete destinataria
per i pacchetti ricevuti da altri IMP
z se sono destinati alla propria rete, deve ritrasmetterli sulla
propria rete affinché giungano al calcolatore destinatario
z se non sono destinati alla propria rete, deve ritrasmetterli a
un IMP adiacente
Gli IMP devono risolvere il problema dell’instradamento
il problema dell’instradamento di un pacchetto consiste nel
determinare (in modo dinamico e distribuito) un percorso per il
pacchetto tra un insieme di IMP che sono generalmente
collegati in modo irregolare e variante nel tempo
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06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
Instradamento . . .
I possibili percorsi tra una coppia di calcolatori
mittente
destinatario
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per risolvere il problema dell’instradamento, ciascun IMP
dispone di informazioni relative alle reti e agli IMP a cui è
attualmente collegato
06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
Architettura a livelli
Per ridurre la complessità della comunicazione in una rete (di reti)
di calcolatori, le reti di calcolatori sono organizzate con una
architettura a livelli
Può essere utile per capire il funzionamento, fare una analogia
con una comunicazione telefonica, come mostrato in figura.
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06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
Architettura a livelli . . .
Nell’architettura a livelli
ciascun livello è relativo a un particolare aspetto
della comunicazione
ciascun livello permette la comunicazione con il
livello analogo di un altro calcolatore
ciascun livello è basato su un diverso protocollo di
comunicazione
In pratica, la comunicazione richiede l’adozione di un
insieme di protocolli, uno per ciascun livello della
comunicazione
un insieme compatibile di protocolli è chiamato una
famiglia di protocolli
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06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
Il modello ISO-OSI
Esistono diverse famiglie di protocolli per reti di calcolatori
ad esempio, il modello ISO-OSI (teorico), TCP-IP (o Internet
Suite), SNA
la figura mostra il modello di riferimento OSI proposto
dall’ISO
Applicazione
Presentazione
Protocollo di presentazione
Applicazione
Presentazione
Sessione
Protocollo di sessione
Sessione
Trasporto
Protocollo di trasporto
Trasporto
Rete
Collegamento dati
Fisico
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Protocollo di applicazione
Protocollo del livello di rete
Protocollo del livello
di collegamento dati
Protocollo del livello fisico
06- Reti di Calcolatori
Rete
Collegamento dati
Fisico
Elementi di Informatica
I livelli nel modello ISO-OSI
Applicazione
a questo livello si trovano i programmi applicativi che
utilizzano i servizi offerti dalla rete, mediante una varietà di
protocolli di alto livello
z ad esempio, la posta elettronica, il trasferimento di file, il
World Wide Web
in generale, i servizi sono basati sullo scambio bidirezionale
di messaggi tra utenti di applicazioni
Presentazione
si occupa di un insieme di funzionalità relative alla sintassi dei
messaggi trasmessi (ad esempio, codifica, compressione e
crittografia)
Sessione
gestisce l’instaurazione e il controllo di sessioni di
comunicazione tra utenti collegati ai calcolatori della rete
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06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
I livelli nel modello ISO-OSI . . .
Trasporto
si occupa della trasmissione di messaggi tra coppie di
calcolatori, gestendo la suddivisione dei messaggi in pacchetti
Rete
si occupa della trasmissione di pacchetti tra reti, gestendo il
problema dell’instradamento
Collegamento dei dati (data link)
si occupa della comunicazione libera da errori di sequenze
(chiamate trame) di byte, tra nodi della rete collegati
direttamente
Fisico
si occupa della trasmissione dei singoli bit attraverso il canale
fisico di comunicazione, gestendo quindi gli aspetti di livello
più basso della comunicazione
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06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
Il modello cliente/servente
Una applicazione distribuita è una applicazione costituita da più
componenti software che vengono eseguite, in modo più o meno
coordinato, su più calcolatori collegati da una rete
l’utente di una applicazione distribuita ha l’impressione di
utilizzare una tradizionale applicazione informatica
in pratica, l’esecuzione dell’applicazione è distribuita su più
calcolatori
L’architettura più comunemente usata nella realizzazione di
applicazione distribuite è descritta dal modello cliente/servente
(client/server)
ad esempio, una applicazione cliente/servente può essere
realizzata suddividendo funzionalmente l’applicazione in due
componenti
z il servente, che fornisce un insieme di servizi applicativi,
come la gestione dei dati e l’esecuzione di operazioni
z il cliente, dedicato all’interazione con l’utente e alla
visualizzazione dei dati
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06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
Servizi, serventi e clienti
Il modello cliente-servente è basato sui seguenti concetti
servizio
z un servizio è una risorsa informatica da condividere
z ad esempio, un insieme di dati o una operazione
servente
z è una applicazione in grado di erogare uno o più servizi ad
altre applicazioni
cliente
z è una applicazione utilizzatrice di servizi
L’erogazione di servizi da parte di un servente avviene solo su
richiesta da parte di un cliente
per ottenere un servizio, un cliente deve richiederne
l’erogazione a un servente
i clienti hanno un ruolo attivo, i serventi hanno un ruolo
reattivo
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06- Reti di Calcolatori
Elementi di Informatica
