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Le reti telematiche
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Le reti telematiche
• Tra le tecnologie del XX secolo dominano
l’elaborazione e la distribuzione delle
informazioni
• Nascono le reti di telecomunicazioni
• Si sviluppano le componenti hw e sw dei
calcolatori
• Dagli anni ‘70 informatica e
telecomunicazioni convergono nelle reti
telematiche
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Le reti telematiche
• Una rete consiste in un certo numero di
dispositivi
– autonomi
– interconnessi
– capaci di comunicare
– e di condividere le proprie risorse con gli altri
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Le reti telematiche
• 1/6 Permettono di condividere risorse
– dati (database remoti o distribuiti), programmi
– elaboratori, dischi, stampanti
• 2/6 Migliorano l’affidabilità del sistema
– replicazione
• 3/6 Realizzano grandi sistemi di calcolo a
partire da tanti piccoli elaboratori
– sistemi distribuiti
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Le reti telematiche
• 4/6 Permettono di accedere a informazioni
remote
– database
• 5/6 Permettono di comunicare tra persone
– email, chat, irc, news, bbs, videoconferenza
– scambio di file
• 6/6 Forniscono intrattenimento
– video on demand, musica on-line, giochi di
rete
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Schema di comunicazione
sorgente
(messaggio)
sistema di trasmissione
canale di trasmissione
trasmettitore
ricevitore
(segnale)
(messaggio)
rumore
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destinatario
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Problemi da affrontare
• Come mettere in comunicazione più
sorgenti e più destinatari
– schemi di connessione (topologia)
– tecnologie di trasmissione
• Come trasmettere i segnali in modo
affidabile e efficiente
– mezzi di trasmissione (canali e dispositivi)
– codifiche e protocolli (software)
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Le reti telematiche
• Una rete consiste di
– calcolatori
• eventualmente con compiti differenziati
– nodi terminali
• calcolatori e periferiche
– dispositivi e canali di comunicazione (per il
trasferimento fisico dei dati)
• modem, cavi, onde, ...
– Software di gestione della rete
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Le reti telematiche
Componenti principali
• computer: strutturati gerarchicamente o allo
stesso livello
• canali di comunicazione
– doppino telefonico, fibre ottiche, infrarossi, ...
• DEFINIZIONE:
– nodi terminali: i punti di ingresso/uscita dei dati
• microcomputer e periferiche (stampanti, fax, ecc.)
• PC con il ruolo di terminali e computer stand-alone
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Le reti telematiche
• Insieme di canali, protocolli, apparati di rete che
collegano tra loro computer distinti
– i canali (dedicati/condivisi) trasportano fisicamente le
informazioni opportunamente codificate
– i protocolli definiscono le regole e il modo per
trasferire le informazioni
• standard pubblici/proprietari
– gli apparati di rete codificano l’informazione e la
inviano sui canali
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Le reti telematiche
Componenti principiali di una rete di calcolatori
(definizione):
1) calcolatori e altri dispositivi (nodi terminali e non);
1a) calcolatori (nodi terminali);
1b) altri dispositivi (nodi terminali);
1c) calcolatori (nodi “interni”);
2) canali di comunicazione;
3) protocolli.
NB Æ nei calcolatori sono inclusi in questo caso i
dispositivi utilizzati per l’accesso ai canali di
comunicazione (es. modem, scheda wireless, …)
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I canali di comunicazione
• Canali guidati
– doppino telefonico
– cavo coassiale
– fibra ottica
• Canali non guidati
– onde radio
– micro onde
– infrarossi
Canali guidati
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I canali di comunicazione
Tipo
doppino telefonico
Velocità min. Velocità max.
300 bps
10 Mbps
micro onde
256 Kbps
100 Mbps
satellite
256 Kbps
100 Mbps
56 Kbps
200 Mbps
500 Kbps
10 Gbps
cavo coassiale
fibra ottica
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I canali di comunicazione
Esempio di sistema a collegamento misto
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Le reti di calcolatori
Sono caratterizzate in base a
• scala (distanza tra i nodi)
• topologia (schema di connessione tra i
nodi)
• organizzazione (gerarchica/paritetica)
• tecnologia di trasmissione (broadcast/peer
to peer)
• standard di comunicazione (ISO-OSI/TCPIP)
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Scala
•
•
•
•
•
Interna all’elaboratore
Locale (LAN)
metropolitana (MAN)
geografica (WAN)
internetwork (rete di reti)
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Reti interne all’elaboratore
• Collegano i processori delle macchine
parallele o multiprocessore
– occupano spazi molto ridotti (0.1m - 1m)
• Molto veloci
• Seguono standard proprietari
• Hanno topologie particolari
– formano strutture con particolari proprietà
(alberi, maglie, ipercubi)
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Rete locale
• LAN (Local Area Network)
• Collega i computer di una stanza, edificio,
campus (si estende al più per pochi
chilometri)
• E’ mediamente veloce (100 Mbps/1 Gbps):
il tempo max di connessione è legato alle
dimensioni della rete
• E’ in genere privata: i cavi sono utilizzati in
modo esclusivo dal proprietario
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Rete locale
• Spesso è una rete broadcast
– a bus: cavo lineare condiviso su cui sono
collegati tutti i computer della rete e sul quale
i computer trasmettono a turno (secondo una
regola di arbitraggio) e ascoltano
simultaneamente (Ethernet)
– ad anello: tutti i computer sono collegati su
un anello in cui ruotano i bit; i computer
trasmettono a turno secondo una regola di
arbitraggio (Token ring)
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Rete metropolitana
• MAN (Metropolitan Area Network)
• Collega i computer di edifici a livello
cittadino
• Usa spesso la tecnologia delle LAN, ma
esiste uno standard specifico (Distr.
Queue Dual Bus)
• Può trasportare dati e voce
• Può essere privata o pubblica
• E’ mediamente veloce
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Rete geografica
• WAN: Wide Area Network
• Collega i computer sul territorio nazionale
• Usa linee di comunicazione a larga banda
e pubbliche (linee telefoniche - point to
point, canali satellitari - broadcast)
• Ha una topologia complessa
• La velocità è dell’ordine dei Kb/s-Mb/s
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Rete geografica
• Usa router o elementi di commutazione
– computer specializzati per collegare linee di
trasmissione decidono su quale linea in uscita
instradare l’informazione
• L’insieme delle linee di comunicazione e
router viene detto sottorete
• La topologia è molto complessa e
irregolare
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Reti di reti
• Per connettere
– più reti dello stesso tipo
– reti di tipo diverso
• I segnali trasmessi in rete devono essere
– amplificati per arrivare più lontano
– convertiti per essere trasferiti a una rete
diversa
– inviati nella giusta direzione
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Reti di reti
• Aggregazione di varie reti
– Tecnologia e scala diverse
– Hardware e software complessi
• Gateway come elementi di collegamento
– traducono i formati dei pacchetti
– conoscono il software di entrambe le reti che
vogliono collegare
• Internet - la rete delle reti
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Reti di reti
• Dispositivi di rete
– ripetitori: rigenerano ed amplificano i segnali
– ponti (bridge): connettono reti che utilizzano
dispositivi fisici diversi
– instradatori (router): instradano un
messaggio da un nodo in una rete ad un nodo
in un’altra rete
– gateway: collegano reti che utilizzano
protocolli di comunicazione diversi
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Reti di reti
LAN
Recupero del
segnale
LAN
Ripetitore
Reti che
utilizzano
canali di
trasmissione
diversi
LAN
Ponte
Gateway
Internet
Instradatore
Quale è il
percorso
migliore per i
dati?
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Sistema
telefonico
Reti che
utilizzano
protocolli di
trasmissione
diversi
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Le reti di calcolatori
Sono caratterizzate in base a
• scala (distanza tra i nodi)
• topologia (schema di connessione tra i
nodi)
• organizzazione (gerarchica/paritetica)
• tecnologia di trasmissione (broadcast/peer
to peer)
• standard di comunicazione (ISO-OSI/TCPIP)
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Topologia
Rappresentata mediante grafi
• vertici: nodi della rete
– computer (host) e terminali
– apparati di rete o elementi di comunicazione
(router, gateway)
archi: connessioni tra i
nodi
Nodo
Arco
• cavi, collegamenti
satellitari, micro onde
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Topologia
La topologia, cioè lo schema di connessione
tra i nodi, può essere a
• bus o lineare
• anello
• stella
• albero
• maglia ...
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Topologia a bus (o lineare)
• Tutti i computer sono collegati ad un cavo
lineare condiviso sul quale trasmettono a
turno (secondo una predefinita regola di
arbitraggio) e ascoltano simultaneamente
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Topologia ad anello
• Tutti i computer sono collegati su un anello
• I computer trasmettono a turno, secondo una
regola di arbitraggio prestabilita
• I dati inviati da un nodo
percorrono l’anello fino
a quando raggiungono
il destinatario
• Es: Token ring
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Topologia a stella
• Tutti i nodi sono collegati ad un calcoltore
centrale (host), che riceve i dati inviati
dalle sorgenti e li smista ai destinatari
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Topologia
• Altri schemi di
connessione
sono varianti o
combinazione
dei precedenti
• Es.: topologia ad
albero
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Topologia a maglia
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Topologia e scala
• Al crescere della scala della rete, la
topologia si complica!
• Non esiste un gestore della rete;
• Esistono molti percorsi per attraversare la
rete (robustezza).
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Le reti di calcolatori
Sono caratterizzate in base a
• scala (distanza tra i nodi)
• topologia (schema di connessione tra i
nodi)
• organizzazione (gerarchica/paritetica)
• tecnologia di trasmissione (broadcast/peer
to peer)
• standard di comunicazione (ISO-OSI/TCPIP)
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Organizzazione
• Client/server
– organizzazione gerarchica
– il server gestisce centralmente la condivisione
delle risorse e la sicurezza della rete
– i client fanno le richieste al server
• Peer to peer (punto a punto)
– organizzazione paritetica
– ogni stazione si occupa di propri problemi di
gestione
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Le reti di calcolatori
Sono caratterizzate in base a
• scala (distanza tra i nodi)
• topologia (schema di connessione tra i
nodi)
• organizzazione (gerarchica/paritetica)
• tecnologia di trasmissione (broadcast/peer
to peer)
• standard di comunicazione (ISO-OSI/TCPIP)
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Trasmissione broadcast
• Tutti i nodi condividono un unico canale di
comunicazione
• L’informazione spedita viene ricevuta da tutti i
nodi della rete, solo la destinazione la elabora
• Due tecniche di accesso al canale di
comunicazione
– a contesa (risolve i conflitti): protoc. a collisione
– non a contesa (evita i conflitti): protoc. a gettone
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Trasmissione punto a punto
• Connessioni tra coppie di nodi
• L’informazione raggiunge la destinazione
attraversando i nodi intermedi sul
cammino dalla sorgente ad essa
– ciascun nodo intermedio deve sapere in quale
direzione far proseguire l’informazione
– ricerca del cammino
– tolleranza ai guasti grazie a cammini multipli
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Trasmissione punto a punto
• Reti dedicate (es. reti private)
– costi di installazione e mantenimento elevati
– disponibilità di tutto il canale
• Reti commutate: strutturate
gerarchicamente
– rete di trasmissione: canali di trasmissione e
IMP (Interface Message Processor, per
l’instradamento e la verifica di correttezza)
– rete di calcolatori, rete di utenti
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Le reti di calcolatori
Sono caratterizzate in base a
• scala (distanza tra i nodi)
• topologia (schema di connessione tra i
nodi)
• organizzazione (gerarchica/paritetica)
• tecnologia di trasmissione (broadcast/peer
to peer)
• standard di comunicazione (ISO-OSI/TCPIP)
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Standard di comunicazione
• Per poter comunicare, due calcolatori
devono concordare delle convenzioni (o
standard di comunicazione) relative a
– formato dei dati
– struttura dei pacchetti e informazioni di
controllo
– velocità di trasmissione
– ...
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Standard di comunicazione
B
A
pacco
pacco
spedizioniere
spedizioniere
container
container
c. aerea
aereo
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c. aerea
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Standard di comunicazione
• Organizzato a livelli per ridurne la
complessità e aumentarne la flessibilità
– il numero dei livelli e le loro funzionalità
dipendono dal tipo di rete
– ogni livello formalizza un particolare aspetto
(livello di astrazione) della comunicazione
– ogni livello fornisce servizi per, e comunica
fisicamente solo con, i due livelli adiacenti,
superiore e inferiore (se esistono)
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Organizzazione a livelli
•
•
•
•
•
•
•
il mittente si occupa solo di preparare il pacco, scrivendo l’indirizzo sul
pacco; il mittente non si occupa di come il pacco sarà consegnato (es. via
aerea, navale, …);
il mittente non si interfaccia direttamente con la compagnia aera, della quale
tra l’altro non conosce le procedure per l’invio di un pacco!
lo spedizioniere deve interfacciarsi con il mittente e con la la compagnia
aerea (tramite la consegna di un container riempito di materiale);
lo spedizioniere conosce le procedure per l’invio di un pacco con la
compagnia aerea, e fornisce in questo modo un servizio al mittente.
lo spedizioniere non si preoccupa di come saranno organizzati i container
nel vano di carico dell’aereo!
La compagnia aerea non sa cosa c’è nei pacchi, non sa cosa c’è nei
container, si occupa solo di organizzare il trasporto dei container da un
posto all’altro
Non si interfaccia direttamente con mittente e destinatario!
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Standard di comunicazione
• Livelli adiacenti comunicano mediante
interfacce
– definiscono le operazioni primitive e i servizi
che il livello sottostante offre a quello
soprastante
– sono strutturate in modo da ridurre al minimo
gli scambi di informazione
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Standard di comunicazione
• Le regole per la comunicazione sui vari
livelli si chiamano protocolli
– stabiliscono come la comunicazione deve
procedere e il formato dei pacchetti
– ogni protocollo aggiunge un’intestazione al
messaggio con le informazioni che servono al
livello omologo all’altro capo della
comunicazione per interpretare il messaggio
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Standard di comunicazione
• L’insieme dei protocolli usati ai vari livelli di
una rete è detto pila dei protocolli
• L’insieme dei livelli e di protocolli si chiama
architettura di rete
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Esempio di livelli
B
A
livello 4
protocollo di livello 4
livello 4
interfaccia di livello 3-4
livello 3
protocollo di livello 3
livello 3
interfaccia di livello 2-3
livello 2
protocollo di livello 2
livello 2
interfaccia di livello 1-2
livello 1
protocollo di livello 1
livello 1
mezzo fisico
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Lo standard ISO-OSI
application protocol data unit
presentation protocol data unit
Presentazione
Presentazione
session protocol data unit
Sessione
Host A
Applicazione
Sessione
transport protocol data unit
Trasporto
Trasporto
Host B
Applicazione
livello della sottorete di comunicazione
Rete
packet
Rete
packet
Rete
packet
Rete
Data link
frame
Data link
frame
Data link
frame
Data link
Fisico
bit
Fisico
bit
Fisico
bit
Fisico
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Lo standard ISO-OSI
• “Ricostruzione” parziale dei dati (fino al
livello di rete) nei nodi intermedi, per
l’instradamento dei dati.
• Numero massimo di nodi raggiungibili (64)
per evitare il ricircolo infinito di pacchetti di
dati in rete.
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Il modello ISO-OSI
• I messaggi vengono scomposti in
pacchetti, l’unità di informazione
scambiata dagli Interface Message
Processor (IMP)
• Gli IMP possono includere
– 3 livelli (instradatori)
– 2 livelli (ponti)
– 1 livello (ripetitori)
– tutti i livelli (gateway)
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L’architettura TCP/IP
• Trasmission Control Protocol/Internet
Protocol
– sviluppato per consentire l’interoperabilità tra
reti fisiche diverse, definito nel 1974 da Vinton
Cerf
• Composto da 5 livelli
•
•
•
•
•
applicazione
trasporto
internet
accesso alla rete
fisico
TCP
IP
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L’architettura TCP/IP
• E’ un’eccellente piattaforma per la
realizzazione di applicazioni client-server
affidabili
• Permette di condividere informazioni tra
organizzazioni diverse connesse ad
Internet
• E’ implementata nella gran parte dei
sistemi operativi
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Applicazioni TCP/IP
Protocolli applicativi
• i protocolli di alto livello che i prodotti
software usano per offrire servizi agli
utenti finali
• offrono una comunicazione basata su
un’architettura di tipo client-server
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Applicazioni TCP/IP
• Connessione a calcolatori remoti: il
proprio calcolatore è impiegato come
terminale a interfaccia numerica
– telnet (porta 23)
• Trasferimento di file tra calcolatori
– FTP: File Transfer Protocol (porta 21)
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Applicazioni TCP/IP
• Posta elettronica: consente agli utenti di
scambiarsi messaggi
– SMTP: Simple Mail Transfer Protocol (porta
25)
– POP: Post Office Protocol - lettura remota
della posta elettronica (porta 110)
– IMAP: Internet Message Access Protocol lettura remota della posta elettronica (porta
143)
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Applicazioni TCP/IP
• News: messaggistica all’interno di gruppi
di interesse (newsgroup)
– NNTP: Network News Transfer Protocol
(porta 119)
• DNS: Domain Name Service - rubrica
(porta 53)
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Applicazioni TCP/IP
• World Wide Web: consultazione
interattiva di ipermedia con modalità pointand-click
– HTTP: HyperText Transfer Protocol (porta 80)
– accesso ad altri servizi
• posta elettronica
• scaricamento file
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Internet
• La “rete delle reti”
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