Reti Reti: una prospettiva storica Reti di calcolatori: vantaggi

Reti
Da leggere:
Cap.5
Sawyer, Williams (testo A)
Viviana Patti
Informatica di base - 3/12/03
Reti: una prospettiva storica
Once upon a time...tutti i calcolatori erano isolati l'uno
dall'altro e potevano essere utilizzati solo da chi aveva
accesso ad essi.
Oggi invece i calcolatori sono connessi a formare delle
reti
i dati sono fruibili in modo più semplice, anche a
distanza -> il loro valore informativo aumenta!
dall'interazione uomo-macchina si passa all'interazione
uomo-calcolatore remoto
Viviana Patti
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Reti di calcolatori: vantaggi
Condivisione di dispositivi periferici:
connettere una periferica costosa (scanner,
stampante...) a una rete che serva più
utenti.
Condivisione di programmi e dati: più utenti
usano lo stesso software e devono accedere
alle stesse informazioni
Comunicazione
...
Viviana Patti
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Sommario
Cos'è una rete:
nodo (host), arco (link), canali di
comunicazione
Comunicazione nelle reti
scambio di messaggi e protocolli
Topologie di rete e tecnologie di trasmissione
reti lineari, ad anello a stella
commutate
Reti LAN e WAN
Trasmissione analogica e digitale
il modem
Viviana Patti
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Reti di calcolatori
insieme di nodi (calcolatori, periferiche, risorse)
collegati fra loro da una rete di comunicazione, in grado
di comunicare gli uni con gli altri e di condividere
applicazioni/dati
Rete di comunicazione: infrastruttura che rende
possibile la comunicazione fra un insieme di dispositivi
PC
Terminale
Server
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PC
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Terminologia: componenti di una rete
Nodo: un nodo (host) è un qualsiasi dispositivo
hardware del sistema in grado di comunicare con gli
altri dispositivi che fanno parte della rete
Arco: i nodi sono collegati mediante archi (link) -> vari
tipi di canali di comunicazione: dai semplici cavi
telefonici a tecnologie di trasmissione più sofisticate
come le fibre ottiche, a tecnologie di trasmissione
wireless: collegamenti satellitari;
Il tipo di cavo determina la capacità di trasmissione=
quantità di informazione che posso trasferire nell'unità
di tempo
Si parla di banda della rete; unità di misura: bit al
secondo: Kilobit (Kb), Megabit (Mb) per secondo
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Comunicazione nelle reti
Scopo fondamentale di una rete di computer:
consentire la comunicazione tra i nodi
I nodi si scambiano dei dati sotto forma di
messaggi codificati in forma digitale
Ogni messaggio è caratterizzato da
un mittente (S = sender),
un destinatario (R= receiver),
un insieme di informazioni che
costituiscono il corpo del messaggio: tipo di
servizio richiesto da S a R e insieme di dati
S
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R
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Comunicazione nelle reti
Affinché questa comunicazione possa
avvenire in modo corretto occorre definire un
protocollo di comunicazione
Come nella vita reale si stabiliscono delle
convenzioni per il comportamento tra gli
individui, nel caso della comunicazione tra gli
elaboratori un protocollo definisce
quell’insieme di regole che il nodo mittente
e il nodo destinatario devono seguire per
interagire tra loro
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Comunicazione nelle reti
In generale, un protocollo di rete fornisce delle
funzionalità per
gestione dell'indirizzamento (addressing)
gestione dell'instradamento (routing)
gestione di eventuali errori di trasmissione
(error detection, error recovery, sequence control)
gestione della velocità di comunicazione
(flow control)
vedremo un esempio di protocollo di rete quando
parliamo di Internet
Viviana Patti
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Tipi di reti: Topologie
I nodi che formano una rete possono
essere collegati tra loro in vari modi che
determinano l’architettura o topologia della
rete
La topologia della rete determina la modalità
di trasmissione dei dati all’interno della rete
reti punto-punto: più connessioni individuali
fra coppie di calcolatori
reti multi-punto: canale di trasmissione
condiviso da tutti i calcolatori della rete
commutate -> reti geografiche
Viviana Patti
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Tipi di reti: Topologie
multi-punto
punto-punto
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Cosa valutiamo?
costo: legato al numero e alla lunghezza delle
trasmissioni; domanda chiave: "dati N nodi
quanti collegamenti devo realizzare?"
velocità di trasmissione: il collegamento
diretto è il più veloce, se non è diretto devo
minimizzare il passaggio per nodi intermedi ->
calcolo del tempo di trasmissione sulla base
del numero di archi attraversati
comunicazione equamente distribuita fra i vari
nodi: no bottle neck!
affidabilità, tolleranza ai guasti -> ridondanza
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Reti punto-punto
Ciascuna coppia di nodi è direttamente collegata
modalità di trasmissione: point-to-point, uno a uno
Qual'è
il numero dei
collegamenti
necessari dati
N nodi?
N*(N-1)/2
Viviana Patti
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Reti punto-punto
costo alto: più alto è il numero di collegamenti
da realizzare -> più alto è il costo
difficoltà realizzativa/pratica
efficienza della comunicazione:
esiste un collegamento diretto
(dedicato per ogni coppia di
nodi)
affidabilità: esistono molti cammini
alternativi per collegare ogni coppia di nodi
(ridondanza)
Viviana Patti
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Tipi di reti
Tutte le topologie attuali prevedono collegamenti in cui
solo alcune coppie di nodi sono effettivamente collegate
tramite cavi
I nodi non fisicamente collegati fra loro, sono
collegati mediante nodi intermedi (topologie puntopunto ad anello, a stella)
o attraverso canali condivisi (topologia lineare)
-> reti multi-punto
(o broadcast)
Viviana Patti
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Reti ad anello
i nodi sono connessi punto a punto secondo una
configurazione ad anello, e non sono tutti direttamente
collegati
Numero di
collegamenti
N>2
=
N
il segnale emesso da un nodo passa al nodo successivo; se
non è indirizzato a quel nodo, viene ritrasmesso al nodo
seguente, finché non raggiunge il destinatario
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Reti ad anello
efficienza della comunicazione:
la velocità di comunicazione
è inferiore rispetto alla rete
lineare,
i messaggi devono attraversare dei nodi
intermedi -> trasmissione in una sola
direzione, nel caso medio attraverso metà dei
nodi
affidabilità: scarsa, la rottura di un nodo causa
un'interruzione delle comunicazioni nella rete
Viviana Patti
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Reti a stella
i nodi sono tutti collegati mediante connessioni
punto a punto a un nodo centrale detto host
Numero di
collegamenti
=
N-1
le comunicazioni tra due nodi non sono dirette ma passano
attraverso il nodo host che provvede a smistarle verso il nodo
destinazione Informatica di base - 3/12/03
Viviana Patti
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Reti a stella
la velocità di comunicazione
buona, i messaggi da nodo a
nodo devono attraversare
solo attraverso il nodo centrale
affidabilità: cruciale il funzionamento del nodo
centrale: se si guasta ogni comunicazione
diventa impossibile
Problema: il nodo centrale può diventare il
collo di bottiglia della rete: tutto il traffico
passa di lì
Viviana Patti
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Esempio di architettura con hub
Per risolvere il problema del traffico sul nodo centrale si
usano dispositivi specializzati detti hub
Concentratore (hub): dispositivo di connessione che
semplifica il collegamento fisico tra i nodi e instrada i
segnali
Dorsale: cavo ad alta capacità di trasmissione dei dati
rete a
stella
Viviana Patti
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Reti lineari (a bus)
Tutti i nodi sono collegati allo stesso mezzo trasmissivo,
la dorsale della rete -> RETI MULTI-PUNTO
modalità di trasmissione: broadcast, uno a molti
I dati trasmessi da un calcolatore sono visibili a tutti gli
altri
Problema principale: condivisione della linea
i messaggi inviati da un elaboratore vengono ricevuti da tutti ma solo
l’elaboratore destinatario elaborerà il messaggio, gli altri elaboratori lo
ignoreranno
Viviana
Patti
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Comunicazione broadcast: una metafora
DEF di Broadcast: Modalità di trasmissione che prevede
l'invio di un messaggio a tutti i computer collegati in
rete
In generale si dice che in una rete la modalità di
trasmissione è broadcast quando la rete ha queste
caratteristiche:
canali di trasmissione condivisi da tutti i calcolatori
della rete
a ogni calcolatore deve essere associato un
identificatore univoco (indirizzo di rete); nome
logico/indirizzo fisico
un messaggio inviato sulla rete raggiunge tutti
calcolatori della rete ma soltanto il calcolatore il cui
indirizzo corrisponde all'indirizzo indicato nel
messaggio lo tratterrà per elaborarlo
Viviana Patti
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Comunicazione broadcast: una metafora
Un’analogia con questo tipo di comunicazione è quella di una
classe in cui docenti e studenti condividono lo stesso mezzo di
comunicazione (l’aria). Diventa cruciale decidere chi deve
parlare e quando, e gli esseri umani hanno stabilito una serie
di regole (un protocollo) per usare questo "canale di
comunicazione condiviso"
Si deve dare a ciascuno l’opportunità di parlare
Non si deve parlare fino a quando non si è interrogati
Non si deve monopolizzare la comunicazione
Si deve alzare la mano quando si ha una domanda
Non si deve interrompere chi sta parlando
Anche le reti di calcolatori hanno dei protocolli, detti multiple
access protocol, con i quali i nodi regolano le loro trasmissioni
sul canale di broadcast
Viviana Patti
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Reti lineari
costi: ho 1 solo arco,
la dorsale della rete
facilità di realizzazione
efficienza della comunicazione:
la comunicazione è veloce, un messaggio deve
attraversare solo 1 arco, la dorsale
la dorsale può diventare il collo di bottiglia
affidabilità: un nodo fuori uso rimane isolato > l'unico punto debole è la dorsale
Viviana Patti
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LAN
Le topologie di reti che abbiamo visto hanno di
solito un'elevata capacità di trasmissione
(100-1000 Mbit/sec.)
ma
Ridotta scala geografica: (10m - 2-3 KM)
Reti di questo tipo sono dette Reti Locali o LAN
(Local Area Networks)
-> quando devo connettere computer a una
distanza maggiore...
Viviana Patti
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Reti commutate
poiché è impossibile collegare fisicamente
tutte le macchine, si utilizza una infrastruttura
condivisa
meno veloci:
100Mbit/sec
estensione enorme:
migliaia
di Km
Rete
composta
da commutatori:
ognuno dei quali
ha il
compito
di
smistare i dati
a un altro
commutatore
etc.
Viviana Patti
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ne riparliamo
nella lezione
su Internet
Tipi di reti: scala
...criterio per classificare le reti legato alla loro
scala, che si determina in base alla dimensione
dei processori e alla loro distanza
Viviana Patti
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LAN - Local Area Network
Reti private per la condivisione di risorse all’interno
di un edificio o in edifici vicini
elaboratori
stampanti
dati
Sono generalmente di dimensioni ridotte
Si possono distinguere a seconda della topologia
(punto-a-punto, ad anello, a stella, lineare)
Viviana Patti
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LAN – Scheda di rete
Per collegare un computer ad una rete locale si
usa una scheda di rete che permette di
instaurare una connessione fisica
consente al computer di inviare e ricevere messaggi
tramite la rete: es.converte i dati da trasmettere nel
formato opportuno, fa in modo che il protocollo di
comunicazione sia rispettato
una caratteristica importante è la velocità con cui i dati
vengono trasmessi
Viviana Patti
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Reti LAN Client/Server
Gli elaboratori in una LAN possono avere ruoli
diversi
Server: elaboratore che può essere condiviso
dagli altri computer collegati in rete
server gestore dei dati (file server): gestisce la
memorizzazione e la condivisione di dati
server di stampa (printer server): gestisce le
stampanti disponibili in una rete locale
server di comunicazione: permette l’accesso ad
altre reti locali o ad Internet
Client: elaboratore che usa delle risorse
condivise, messe a disposizione dal server
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Reti LAN Client/Server
Viviana Patti
Informatica di base - 3/12/03
Esempio di architettura client/server
Pensate alla rete in laboratorio:
server -> area dati del docente
vostri PC -> il server si preoccupa di gestire la
condivisione dei dati sull'area di memoria del
docente ai vostri PC collegati in rete
Viviana Patti
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LAN - Software di rete
In una LAN si vogliono condividere delle risorse
Il sistema operativo (locale) non è in grado di gestire
le risorse che non appartengono all’elaboratore e si
introduce un nuovo livello nella “struttura a cipolla”: il
sistema operativo di rete
Viviana Patti
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LAN - Software di rete
Supporta l'accesso di più utenti offrendo le funzionalità
di riconoscimento tramite password
Gestisce l'accesso alle risorse condivise (es. stampante,
o disco di memoria secondaria)
...
Windows NT/2000 (tecnologia su cui si basa anche XP,
in laboratorio)
Viviana Patti
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LAN - Ethernet
Ethernet è il tipo di rete locale più diffuso
Sviluppata dalla Xerox negli anni ’70 (1976)
Qualsiasi computer di qualsiasi tipo prevede la
possibilità di usare una scheda Ethernet per
connettersi alla rete locale
Usa prevalentemente la topologia lineare e una modalità
di trasmissione broadcast
Velocità di trasmissione: 10, 100, 1000 Mb/sec.
Viviana Patti
Informatica di base - 3/12/03
LAN - Modalità di accesso al canale
condiviso: CSMA/CD
Non è previsto nessun controllo centralizzato (vigile):
tutti i computer sono collegati e potenzialmente possono
trasmettere e ogni nodo si preoccupa di trasmettere il
messaggio cercando di evitare le collisioni
Schema di funzionamento
Quando un computer vuole trasmettere
un'informazione...
prima verifica che il canale sia libero, poi invia il
messaggio in broadcast
Se si accorge che un altro computer sta
trasmettendo, aspetta
Viviana Patti
Informatica di base - 3/12/03
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LAN - Modalità di accesso CSMA/CD
Se si verifica un conflitto (due o più computer hanno
inviato i loro messaggi contemporaneamente) i
computer coinvolti si fermano, aspettano per un tempo
T casuale, e poi riprovano la trasmissione
-> CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access / Collision
Detection
Viviana Patti
Informatica di base - 3/12/03
LAN aperte - interconnessione
Oggi raramente una LAN è chiusa, non connessa ad
altre reti -> es. Internet
Esistono dei dispositivi appositi che fanno da interfaccia
e creano queste connessioni
Bridge: interfaccia di comunicazione per reti dello
stesso tipo (es. 2 Ethernet)
Gateway: interfaccia per reti con ambienti applicativi
diversi (es. 2 LAN basate su sistemi op. diversi)
Router: computer che dirige lo scambio di
comunicazione fra più reti (es. connessione fra una LAN
e Internet); in particolare instradano i pacchetti di dati
da una rete all'altra
Viviana Patti
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LAN aperte - interconnessione
Viviana Patti
Informatica di base - 3/12/03
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WAN - Wide Area Network
Una rete WAN copre una grande area geografica
-> esempio, la rete GARR collega tutte le Università
italiane
Nella maggior parte delle reti WAN la sottorete di
comunicazione è formata da
linee di trasmissione (che spostano i dati fra i vari
nodi)
elementi di commutazione, ossia calcolatori
specializzati usati per collegare due o più linee di
trasmissione
Viviana Patti
Informatica di base - 3/12/03
Reti Internet Private
Intranet: rete privata interna di un'azienda;
condivisione di informazioni utili per condurre il proprio
lavoro: informazioni sui prodotti, indirizzi, numeri di
telefono
Firewall: i dati riservati di un'azienda devono essere
mantenuti privati -> firewall: tutti i pacchetti di dati che
arrivano da Internet nella Intranet passano attraverso
una determinata porta che identifica gli utenti
autorizzati, controlla la presenza di virus etc.
Viviana Patti
Informatica di base - 3/12/03
Trasmissione: analogico e digitale
Nelle reti locali, la comunicazione tra due
computer passa di solito su cavi dedicati,
installati esplicitamente per la rete, e adatti
per la trasmissione digitale delle informazioni
Semplificando un po’: su questi cavi si ha una
variazione del livello di tensione fra due valori,
che corrisponde alla trasmissione di bit di
valore 0 oppure 1
Viviana Patti
Informatica di base - 3/12/03
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Trasmissione: analogico e digitale
Per le comunicazioni su lunga distanza, si
cerca di sfruttare le reti di comunicazione
esistenti, come ad esempio la rete
telefonica
La rete telefonica è adatta a comunicare la
voce, cioè un segnale analogico che varia in
maniera continua in una banda di frequenze
Sono necessari dei dispositivi per poter usare
la rete telefonica come mezzo di
comunicazione tra computer
Viviana Patti
Informatica di base - 3/12/03
Analogico e digitale
In generale l'informazione trasmessa in una rete può
essere portata da un segnale analogico o digitale
Digitale
Rappresentazione dell'informazione tipica dei
computer: 2 cifre 0 1 rappresentati da due impulsi
elettrici “acceso” e “spento”
Un mezzo di trasmissione per dati digitali trasmette i
segnali elettrici corrispondenti ai due valori in modo
discontinuo -> il segnale è costituito da una serie di
impulsi discreti
Viviana Patti
Informatica di base - 3/12/03
Analogico e digitale
Analogico
i dati analogici sono rappresentati come variazioni
continue della potenza e/o della quantità
vengono trasmessi come segnali elettrici sotto forma
di onda continua
Mezzi di trasmissione analogici: telefono, radio,
televisione e TV via cavo
Viviana Patti
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Funzione del modem
Converte i segnali da analogici a digitali e
viceversa
Modem significa modulatore - demodulatore; il
nome stesso suggerisce le due funzioni di
questo dispositivo hardware:
Modula i segnali digitali trasformandoli
in segnali analogici
Demodula i segnali analogici
riconvertendoli in segnali digitali
Viviana Patti
Informatica di base - 3/12/03
Funzione del modem
Viviana Patti
Informatica di base - 3/12/03
Il modem
Se si deve trasmettere un bit che vale 1 allora
il modem fischia una certa nota lungo la linea
telefonica altrimenti se deve trasmettere uno
0 fischia una nota differente
Chiaramente, il ricevitore deve avere un
modem che esegue il lavoro opposto:
se sente un fischio con una la nota
associata al bit uguale a 0 allora trasmette
al computer un bit 0 altrimenti nell’altro
caso trasmette un 1
Viviana Patti
Informatica di base - 3/12/03
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Il modem: caratteristiche
I modem attuali hanno velocità di trasmissione di
14.400, 28.800, 38.400, 56.600 bit/sec. Ossia una
velocità massima di
non più di 56 Kbit/sec
Se due computer comunicano tramite un modem, la
velocità di comunicazione è sempre quella del modem
più lento
Il modem è usato soprattutto per le comunicazioni
private (ad esempio un utente che si collega ad Internet
tramite il suo Internet Provider)
Viviana Patti
Informatica di base - 3/12/03
Il modem nel computer
modem esterno: deve essere collegato alla
porta seriale del calcolatore)
modem interno: (alloggiato in un apposito slot
di espansione della scheda madre)
Viviana Patti
Informatica di base - 3/12/03
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