uda 2le reti di computer

UDA 2LE RETI DI COMPUTER
Aspetti evolutivi delle reti
Una rete è un insieme di computer messi in comunicazione tra loro. I primi esempi di connessione tra computer
risalgono agli anni ’60, quando ad un computer più potente detto mainframe, si collegavano una di semplici terminali,
utilizzato solo per le operazioni di I/O e non di elaborazione dati.
I servizi per gli utenti e per le aziende
Il compito principale delle moderne reti di computer è la condivisione di risorse. Queste risorse possono essere:
- Risorse hardware: ad esempio permette agli utenti connessi alla rete di utilizzare una stampante, un disco fisso.
- Condivisione di file: permette di leggere un file da un computer all’altro oppure di spostarlo.
- Condivisione di programmi e servizi: è possibile condividere l’uso di programmi e applicazioni.
Il modello client/server
Il modello client/server suddivide i sistemi connessi alla rete in due categorie:
- Computer server (servente): che mette in condivisone delle risorse (per esempio dischi fissi, stampanti) o
offrono servizi per gli latri computer connessi alla rete.
- Computer client (richiedente): sono i sistemi che utilizzano i servizi e le risorse messe in condivisione da
altri computer.
In una rete client/server ci sono dunque i client che richiedono i servizi e i server che li offrono. In questo modello la
comunicazione ha la forma di un messaggio a un server da parte di un client, che richiede l'esecuzione di un lavoro. Il
server esegue il lavoro e restituisce la risposta. Per favorire la trasmissione dei dati, i messaggi da trasmettere sono
suddivisi in segmenti chiamati pacchetti.
Il modello peer to peer
Nelle reti p2p ogni computer funziona sia come client che come server, mettendo dell’intera rete alcune risorse. Questo
modello viene utilizzato solamente in casi particolari o per reti di piccole dimensioni, in quanto presenta molti problemi
sulla sicurezza e la stabilità e l’efficienza della rete stessa.
Classificazione delle reti per estensione
Un aspetto molto importante nello studio delle reti è la loro dimensione. Tutte le reti vengono quindi classificate in 3
categorie principali:
- Reti Locali LAN (Local Area Network): Sono le reti di dimensione minori e possono coprire un’area
corrispondente a dimensioni variate tra quelle di un ufficio a quelle di una struttura aziendale composta da più
edifici. Questa rete permette la condivisione di file e di dispositivi hardware, ma soprattutto consentono una
notevole velocità nella trasmissione e ricezione dei dati. L’unità di misura utilizzata è Mbps, nell’intervallo 41000 Mbps.
- Reti metropolitane MAN: Le reti MAN sono estensioni delle reti locali che possono arrivare a coprire un
intera metropoli. La velocità è tra i 2-140 Mbps.
- Reti geografiche WAN: le reti WAN possono arrivare a coprire l’intero pianeta. Le reti Wan hanno la
necessità di realizzare particolari strutture per il controllo dell’accesso alla rete stessa, si pensi ad una banca
che comunica con le sue filiali o con il bancomat. Oltre ai mezzi trasmissivi posati a terra, cavi fisici, possono
utilizzare anche satelliti o i ponti radio.
Esistono essenzialmente 3 tipi di regole per il traserimento dei dati:
 Linea simplex: per la quale la comunicazione è monodirezionale, cioè il sistema che riceve il messaggio non è
in grado di rispondere, ad esempio la trasmissione radiotelevisiva.
 linea half-duplex: per la quale la comunicazione è possibile in entrambe le direzioni ma uno alla volta, ad
esempio al ricetrasmettitore.
 linea full-duplex: per la quale la comunizazione è possibile in entrambe le direzioni anche in contemporanea,
ad esempio la comunicazione telefonica.
Topologie di reti
Con il termine topologia si fa riferimento alla disposizione degli oggetti fisici nello spazio. Definire la topologia di una
rete significa progettare nei particolari la configurazione e l’ubicazione dei componenti della rete stessa. Due nodi della
rete possono essere messi in comunicazione in 2 modi:
- Con una connessione fisica, quando tra i due nodi è presente un canale fisico che li collega in modo diretto.
- Con una connessione logica, quando sfrutta più di una connessione fisica.
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I parametri più importanti da tenere in considerazione nello studio della topologia di rete sono, il numero dei nodi, il
numero dei canali trasmissivi, e la ridondanza cioè la possibilità di scegliere tra più strade.
Topologie di rete classiche:
- Reti a stella: in questo tipo il numero dei canali è uguale al numero dei nodi meno uno, al centro della stella di
solito si trova un hub, cioè un apparecchiatura fisica che assolve alle funzioni di collettore e di concentratore
dei cavi provenienti dai vari sistemi connessi in rete. In questo caso se un canale si guasta la funzionalità della
rete viene compromessa.
- Reti ad anello: in questo tipo il numero dei canali è uguale al numero dei nodi. Questa tipologia è basata su
una linea chiusa alla quale possono connettersi tutti i nodi della rete, così facendo ogni nodo per comunicare
con un altro deve far scorrere lungo la struttura le proprie informazioni finchè non arrivano al destinatario,
ogni nodo ha un suo indirizzo riconoscitivo. Anche in questa in caso in cui un canale si guasti la rete non
funziona più.
- Reti a bus: sono le più utilizzate per LAN di tipo Ethernet. Dal punto di vista logico sono reti di tipo
broadcast, in quanto il messaggio trasmesso da un nodo viene ricevuto da tutti gli altri nodi. In questo tipo
l’utilizzo del canale condiviso è semplificato rispetto alle topologie ad anello, perché qualora un sistema riceva
delle informazioni che non lo riguardano non deve ritrasmetterle al nodo vicino in quanto verranno ricevute da
tutti i nodi della rete.
- Reti ad albero: è la topologia magliata con il minor numero di canali e perciò adatta per le reti WAN. Ha una
fault tolerance inesistente perciò in caso in cui un canale si guasti la rete non funziona più.
- Reti magliate non completamente connesse:sono reti tipicamente geografiche, in cui la tolleranza ai guasti
dipende dal numero dei canali implementati.
- Reti magliate completamente connesse: definite le migliori dato che hanno la maggior tolleranza ai guasti e
costi rilevanti, perché il numero dei canali aumenta n volte rispetto ai nodi. Si utilizzano solo in reti di piccole
dimensioni dove l’affidabilità e le prestazioni sono fattori determinanti.
Le tecniche di commutazione
Nelle reti per metter in comunicazione due utenti, esistono fondamentalmente due tecniche:
- La commutazione di circuito: derivante dal sistema telefonico, crea un reale collegamento fisico dedicato.
Questo collegamento tra i due utenti rimane stabile e riservato per tutta la durata della commutazione, ma non
permette di sfruttare appieno la capacità dei una linea. Sono previste 3 fasi:
o Attivazione del circuito: in cui si stabilisce la connessione fisica.
o Utilizzo del canale trasmissivo: è la fase in cui i dati possono essere trasmessi.
o Svincolo: è la fase in cui la connessione viene chiusa.
- La commutazione di pacchetto: di derivazione informatica, che utilizza la tecnica dell’instradamento. In
questo caso si un operazione di imbustamento, dove si creano i pacchetti per essere inviati. Un pacchetto è
costituito da 2 parti, la parte di intestazione (indirizzo mittente – indirizzo destinatario – numero progressivo) e
quella dei dati vera e propria. Quando il pacchetto hanno dimensioni massime vengono spezzati per poi essere
ricomposti durante la ricezione grazie al numero progressivo. In una rete geografica esistono due tipi di nodi,
quelli intermedi e quelli finali. I nodi intermedi svolgono una funzione di instradamento, cioè decidono su
quale canale inviare il pacchetto, invece i nodi finali sono gli elaboratori connessi alla rete, cioè controllano i
pacchetti in entrata, controllando se sono per loro.
Architettura di rete
Per ridurre la complessità di progetto, le reti sono organizzate a livelli, le regole e le convenzioni usate nel dialogo tra
livelli sono conosciute come protocolli di comunicazione, si dividono in:
- Protocolli orientati alla connessione: prevedono un controllo sugli errori di trasmissione, cioè ricevono una
conferma sulla ricezione del pacchetto.
- Protocolli non orientati alla connessione:dove non si ha una conferma della corretta ricezione del messaggio
I modelli per le reti
All’inizio dell’era informatica, la gestione delle comunicazioni tra sistemi si era rivelata uno dei problemi più grandi,
nacque così la necessità di trovare un protocollo comune a tutti compatibile però con tutto l’hardware già esistente. Il
modello di riferimento è stato quindi definito dell’ISO nel 1984 con la sigla OSI. Questo modello è stato creato al fine
di produrre uno standard a livello internazionale per guidare sia l’attività di progettazione delle reti di comunicazione,
che l’attività di programmazione delle applicazioni di rete. Per gestire la complessità dei problemi, OSI ha adottato un
approccio a livelli (layer); l’intero problema della comunicazione tra due applicazioni è stato scomposto in un insieme
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di 7 livelli, ciascuno dei quali segue funzioni specifiche. Per la creazione si è partito dei livelli bassi, quelli più vicini
all’hardware, ed è salito verso quelli alti, più vicini all’utente. In particolare l’architettura OSI è stata applicata dal
progetto IEEE 802 relativamente ai due livelli più bassi, mentre nei livelli più alti il mercato ha sancito il protocollo
TCP/IP come standard.
I livelli del modello ISO/OSI
Il modello ISO/OSI è basato su 7 strati, ogni livello può in generale comunicare solamente con il livello inferiore e
fornisce servizio solo a quello superiore. I livelli sono:
1. Livello di collegamento fisico: a questo livello spetta la definizione delle funzioni basilari della connessione
fisica. Questo è il livello che gestisce le caratteristiche hardware. Il livello fisico si occupa della trasmissione
dei singoli bit da un estremo all’altro dei vari mezzi di comunicazione. Gli elementi che si trovano a questo
livello sono:
a. Schede di rete, che spesso vengono installate all’interno dei computer
b. Hub, sono semplici apparecchiature che collegano fra di loro gruppi di utenti. Sono caratterizzati dal
numero di porte, generalmente da 4 a 16. Ogni pacchetto di dati trasmesso da un qualsiasi host viene
ricevuto dall’hub su una porta e trasmesso a tutte le altre.
2. Livello di collegamento dati: il livello del collegamento dati riguarda i dispositivi che gestiscono il
collegamento dati da un PC all’altro della stessa rete. Provvede alla formattazione delle informazioni e alla
sincronizzazione dei messaggi. Gli elementi che si trovano a questo livello sono:
a. Switch, sono dispositivi più intelligenti degli hub e si caratterizzano anch’essi per il numero di porte
disponibili. L’utilizzo dello switch offre un’efficienza di trasmissione maggiore dell’hub.
b. Bridge, è un dispositivo di rete che si colloca al livello datalink del modello ISO/OSI e che traduce da
un mezzo fisico ad un altro all'interno di una stessa rete locale. Esso è quindi in grado di individuare
all'interno, l'indirizzo del nodo mittente e quello del nodo destinatario e in base a questi operare un
indirizzamento dei pacchetti tra più segmenti di rete ad esso interconnessi.
3. Livello di controllo della rete: a questo livello appartengono alcune funzioni tipicamente di rete. Nel livello
di rete i messaggi vengono suddivisi in pacchetti che, una volta giunti a destinazione, vengono riassemblati
nella loro forma originaria. Il protocollo di rete più utilizzato in questo livello è il protocollo IP. Il principale
elemento di interconnessione della rete a livello 3 è il router. Ancora più intelligenti, determinano il nodo
intermedio successivo che deve ricevere il pacchetto. I router possono fare in modo che i pacchetti
raggiungono le loro destinazioni attraverso i percorsi più idonei.
4. Livello del trasporto: gestisce la trasmissione dei pacchetti. Ha il compito specifico di assicurare il
trasferimento dei dati tra stati di sessione appartenenti a sistemi diversi, geograficamente separati, senza che
sui dati vi siano errori o duplicazioni. Tra i protocolli standard utilizzati nel livello 4 ci sono i protocolli TCP
e UDP.
5. Livello di sessione: gestisce la corretta sincronizzazione della corrispondenza dei dati che verranno poi
visualizzati. Instaura una sessione, cioè un collegamento logico e diretto tra due interlocutori, organizzandone
il dialogo. Per sincronizzazione si intende invece la capacità di sapere sempre fino a che punto la
comunicazione sia arrivata a buon fine.
6. Livello di controllo di presentazione: le varie informazioni che viaggiono all’interno della rete subiscono a
questo livello una particolare decodifica, che le trasforma in modo da renderle visualizzabili nei normali
dispositivi di output a disposizione degli utenti. Il livello di presentazione gestisce quindi i formati di
conversione dei dati, cioè effettua tutte le opportune conversioni.
7. Livello di applicazione: questo livello gestisce la visualizzazione dei dati relativa a programmi dei login
remoto, file transfer, posta elettronica. Il problema si presenta quando due sistemi che vogliono comunicare
possiedono video o tastiere diverse, e quindi non compatibili.
I mezzi trasmissivi
Gli elementi di connessione tra i sistemi di elaborazione sono i connettori, cavi, i dispositivi necessari per il cablaggio
delle reti oppure antenne e parabole nel caso di installazioni wireless. Esistono:
- Doppino telefonico: impiegato enormemente dalle compagnie telefoniche, formato da un doppio filo di rame
intrecciato. Negli ultimi anni ha avuto un netto miglioramento, permettendo anche il cablaggio delle reti locali
sostituendo il cavo coassiale.
- Cavo coassiale: utilizzato per le trasmissioni radio-televisive, costituito da un cavo di rame spesso avvolto da
un isolante in PVC, che separa il filo di rame da una gabbia metallica.
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Fibre ottiche: sono un mezzo di recente realizzazione e di notevole potenza. Non sono è soggetto alle
interferenze del mondo esterno, e viceversa. I segnali elettrici vengono convertiti in impulsi luminosi con un
modulatore e instradati nella fibra ottica, dove viaggiano alla velocità della luce.
- Wireless: si sono diffuse negli ultimi anni, specialmente nell’ambito delle reti locali. Esse permettono di
installare reti senza installare alcun tipo di cablaggio. Questa rete viene creata grazie ad un accessorio detto
accesspoint, collegato fisicamente alla rete. Questa rete può essere protetta da chiavi di sicurezza per non far
accedere nessun altro.
Il modello TCP/IP
Il modello TCP/IP è più propriamente definibile come protocollo, o meglio insieme di protocolli, esso ha avuto una
maggiore diffusione nella connessione delle reti, grazie alla sua semplicità. IP e TCP sono i due protocolli più
rappresentativi ai livelli 3 e 4 del modello ISO/OSI. Nel livello di rete nel modello TCP/IP è incaricato di muovere i
pacchetti dalla sorgente fino alla destinazione finale, attraversando tanti sistemi intermedi (router).
Gli indirizzi IP
Ad ogni rete viene associato un numero chiamato indirizzo IP che permette di identificare il computer all’interno della
rete. Esistono due tipi di indirizzi IP:
- IPv4: usato nelle reti attuali, formato da 4 byte (32 bit), separati da un punto, cioè è formato da 4 numeri
ognuno compreso tra 0 e 255.
- IPv6: destinato a sostituire il primo per far fronte alla crescente richiesta di indirizzi IP, sono a 16 byte.
In ogni rete vi è poi un altro IP particolare chiamato indirizzo di broadcast, che viene utilizzato per trasmettere a tutti i
computer della rete e che non può essere utilizzato per definire nessun nodo in particolare. Invece per risalire da un
indirizzo IP all’indirizzo di rete si utilizza la netmask.
Classi di rete:
 Reti di tipo A: hanno il primo bit uguale a 0, utilizzano 7 bit per indicare la rete, e i restanti 24 bit per i nodi.
 Reti di tipo B: i primi 2 bit uguali a 10, utilizzano 14 bit per indicare la rete e i restanti 16 bit per i nodi.
 Reti di tipo C: i primi 3 bit uguali a 110, utilizzano 21 bit per indicare la rete e i restanti 8 bit per i nodi.
 Reti di tipo D: i primi 4 bit uguali a 1110 (destinate a usi speciali)
 Reti di tipo E: i primi 5 bit uguali a 11110 (destinate a usi sperimentali)
I livelli applicativi nel modello TCP/IP
Al livello di applicazione si possono trovare i seguenti protocolli utilizzati per la rete Internet:
http: per la trasmissione di informazioni ipertestuali.
FTP: per la trasmissione di file tra due sistemi
SMTP: per il trasferimento di posta elettronica
Telnet: per accedere a un computer remoto come utente di quel sistema, abbandonato per motivi di sicurezza.
SSH: ha le stesse funzioni di Telnet, ma gestisce trasmissioni criptate.
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