IDUL 2009 RETI E PROTOCOLLI. INTERNET. IDEE PRINCIPALI IN QUESTA LEZIONE Reti: Aspetto logico della rete e tipologie: peer-to-peer, a hub, a bus Trasmissione.

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2 IDUL 2009 RETI E PROTOCOLLI. INTERNET.

3 IDEE PRINCIPALI IN QUESTA LEZIONE Reti: Aspetto logico della rete e tipologie: peer-to-peer, a hub, a bus Trasmissione dei dati: commutazione di pacchetto (Packet- switching) Protocolli Internet e TCP/IP Application level: Client / server Email Web

4 EVOLUZIONE DEI SISTEMI INFORMATICI

5 IL MODELLO CENTRALIZZATO Negli anni settanta, prevalse il modello time-sharing multi-utente (il modello centralizzato) che prevede il collegamento di molti utenti ad un unico elaboratore potente attraverso terminali Terminale: un dispositivo hardware, usato solo per inserire dati e ricevere dati per la visualizzazione (per esempio, con tastiera, schermo, mouse, ma senza capacità di elaborazione)

6 INFORMATICA DISTRIBUITA Gli anni ottanta hanno visto nascere lera dellinformatica distribuita Una nuova tendenza che consiste nel collegare in rete gli elaboratori (di varie potenze, e tipi), e quindi gli utenti, che si trovano in uno stesso ufficio o in località diverse

7 Il modello distribuito Gli elaboratori sono collegati tra di loro e possono condividere le risorse Ogni utente ha a disposizione una macchina (per esempio, un personal computer, come nel laboratorio) su cui lavorare, ma può anche condividere le informazioni e le risorse con gli altri utenti Linformatica distribuita offre molteplici vantaggi rispetto al modello centralizzato

8 Il modello distribuito: (s)vantaggi rispetto al modello centralizzato Flessibilità: In un sistema centralizzato, in caso di guasto allelaboratore centrale nessuno può lavorare Nel caso distribuito invece, la rottura di una macchina blocca un solo utente mentre gli altri possono continuare a lavorare Di contro: Macchine separate richiedono installazioni separate del software e dellhardware, riparazioni individuali, protezione individuale dai virus, ecc. In un sistema centralizzato il problema dei guasti può essere affrontato rendendo ridondante il server (p.es. dischi RAID)RAID

9 Il modello distribuito: (s)vantaggi rispetto al modello centralizzato Economicità: In termini di costi, la diffusione dei PC personali è stata la spinta che ha portato alla produzione di massa e quindi al crollo del costo dellhardware. La rete costa poco. Di contro: I PC sono quasi sempre sovradimensionati rispetto ai compiti che devono eseguire. Gli utenti comprano potenza che non usano.

10 Il modello distribuito: (s)vantaggi rispetto al modello centralizzato Sicurezza Mantenere i propri dati su PC assicura la massima libertà su cosa condividere e cosa no. Se i dati sono su un server, dobbiamo fidarci del grado di privacy promesso dai gestori del server Di contro: I PC singoli possono essere rubati o danneggiati più facilmente dei server. Sono anche più soggetti a virus (ma meno ad attacchi web)

11 COSE UNA RETE Un insieme di calcolatori AUTONOMI collegati tra di loro tramite una connessione fisica o radio, che si scambiano dati tramite protocolli di comunicazione.

12 IL PUNTO DI VISTA FISICO: TIPI DI RETI Le reti possono essere classificate sulla base della loro TOPOLOGIA TECNOLOGIA DI TRASMISSIONE SCALA

13 TOPOLOGIA Reti PEER to PEER Consistono di molte connessioni individuali tra coppie di elaboratori

14 RETI PEER-to-PEER Vantaggi: Semplicita Basso costo Svantaggi: Utilizzabile solo per pochi nodi (tipicamente non piu di 5) Attenzione a non confondere reti peer to peer con scambio dati peer-to-peer; nel secondo caso I computer coinvolti non sono direttamente collegati

15 RETI A STELLA / HUB (Tipica architettura per LAN di tipo Ethernet) I nodi sono tutti collegati a un nodo centrale detto HUB Hub

16 RETI A STELLA: VANTAGGI E SVANTAGGI

17 TOPOLOGIA: RETI LINEARI (A BUS) Reti lineari (broadcast) Hanno un unico canale di comunicazione (dorsale) condiviso da tutte le macchine della rete I messaggi inviati da un elaboratore vengono ricevuti da tutti ma solo lelaboratore destinatario elaborerà il messaggio, gli altri elaboratori lo ignoreranno (Altra architettura molto usata per Ethernet)

18 RETI A BUS: VANTAGGI E SVANTAGGI

19 SCHEDE DI RETE Necessarie su ogni computer collegato in rete Parallele o seriali Dotate di numero MAC (Media Access Control) univoco Tra le periferiche più economiche

20 TECNOLOGIA DI CONNESSIONE La trasmissione di dati tra calcolatori puo avvenire tramite MEZZI GUIDATI: linee fisiche che portano il messaggio al ricevitore. (Esempio: doppino telefonico, fibre ottiche) MEZZI NON GUIDATI: irradiazione di segnali nello spazio. (Satelliti, wireless)

21 MEZZI GUIDATI

22 MEZZI NON GUIDATI

23 CARATTERISTICHE DELLA TRASMISSIONE Capacità del canale (larghezza di banda) misurata in Mbps (Megabit al secondo) Grado di attenuazione del signale (ripetitori) Interferenza (cavi schermati o meno) Numero dei ricevitori

24 SCALA DELLE RETI Reti locali: LAN (Local area networks) si possono usare connessioni specializzate dedicate solo a trasmissione di segnali digitali Reti a lunga distanza (WAN, Wide Area Networks) si cerca di sfruttare le reti esistenti, in particolare la rete telefonica, che pero e progettata per trasmettere dati analogici. Uso crescente di connessioni in fibra ottica Internet il risultato della connessione tramita gateway di WAN, ottenendo una rete globale.

25 TRASMISSIONE DIGITALE / ANALOGICA Nel caso di trasmissioni a breve distanza su doppini telefonici fatti per portare segnali analogici, occorre un metodo per trasformare dati in forma digitale in analogica, e viceversa. Il MODEM (MODulatore DEModulatore) Visto che il modem (come il fax) produce suoni udibili, non si può usare se la linea è utilizzata per una telefonata vocale.

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27 ADSL Negli ultimi anni i modem analogici sono stati soppiantati dalla tecnologia DSL (Digital Subscriber Link), in particular A(symmetrical)DSL (download veloce, upload lento) ADSL (<8Mbps), ADSL2 (<12Mbps), ADSL2+ (<24Mbps)… queste velocità si riferiscono al download Uso di frequenze inaudibili (>25KHz) per trasmettere i segnali in formato digitale su doppino telefonico, senza interferire con il segnale vocale. Uso di filtri alle prese telefoniche per separare i due segnali. Velocità effettive dipendenti dalla distanza percorsa dal segnale Non disponibile su tutte le linee (dipende da presenza di DSLAM; tecnologie sorpassate quali MUX, UCR; distanza dalla centralina)

28 ADSL e Digital Divide Vista la quantità di servizi che passano su rete digitale, la esclusione da una connessione ADSL comporta problemi crescenti. Nonostante la presenza di centraline telefoniche adatte allADSL nelle città la situazione nelle aree rurali ed in quelle sotto centraline che non possono essere convertite allADSL rimane insoddisfacente (vedi. http://it.wikipedia.org/wiki/Copertura_ADSL ) http://it.wikipedia.org/wiki/Copertura_ADSL Possibile soluzione: reti wireless (UMTS, HDSPA, Wi- Max). Problemi: troppi standard in competizione; necessità di ulteriori frequenze radio.

29 Digital Divide Da cosa si resta esclusi restando esclusi dal mondo digitale? Uso di base del computer (videoscrittura, email; lavoro) SE non si ha banda larga (ma uso del MODEM): Nessun servizio che richiede di essere reperibili on-line (visto che la linea è commutata): ad esempio VOIP (telefonia via internet) Difficoltà a scaricare siti web di dimensioni sempre crescenti Difficoltà a scaricare (magari in automatico) aggiornamenti software (inclusi aggiornamenti antivirus) Difficoltà nelle ricerche su web Niente radio/TV via internet (per la TV non basta una ADSL lenta)

30 I MECCANISMI DELLE RETI Come avviene effettivamente la trasmissione dei dati?

31 TRASMISSIONE DEI DATI: COMMUTAZIONE DI PACCHETTO Ogni messaggio diviso in pacchetti numerati di dimensione fissa Ogni pacchetto contiene lindirizzo del computer destinatario e del computer mittente Ogni pacchetto e inviato separatamente e potenzialmente almeno può usare un percorso completamente diverso

32 COMMUTAZIONE DI PACCHETTO (PACKET SWITCHING)

33 PACKET SWITCHING Dati Packet Mittente Destinatario

34 PACKET SWITCHING Controllo Parte di dati

35 PACKET SWITCHING

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37 I pacchetti non arrivano necessariamente nellordine giusto; il destinatario aspetta che arrivino tutti prima di ricostruire il messaggio Ogni pacchetto occupa la connessione per un tempo molto breve. Potenzialmente, i pacchetti possono essere inviati in parallelo.

38 LA RETE COME STRUMENTO DI COMUNICAZIONE Luso fondamentale di una rete è quello di 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, un destinatario, e un insieme di informazioni che costituiscono il corpo del messaggio

39 PROTOCOLLI Affinché questa comunicazione possa avvenire in modo corretto si deve 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 quellinsieme di regole che il nodo mittente e il nodo destinatario devono seguire per interagire tra loro

40 PROTOCOLLI Un protocollo specifica: A che velocità vengono trasmessi i messaggi; Come verificare la correttezza del messaggio; Come segnalare che il messaggio è stato ricevuto; Dove inviare il messaggio (addressing) ed attraverso quale percorso (routing)

41 STANDARD Come nel caso della codifica dei dati, sono necessari degli STANDARD internazionali per garantire che la comunicazione avvenga senza errori e confusioni Esempio: TCP/IP

42 Comunicazione nelle reti – protocolli Un protocollo monolitico che realizzi tutte le funzionalità necessarie per la comunicazione tra elaboratori in rete è difficile da realizzare Inoltre, se cambia qualche componente della rete, si deve modificare lintero protocollo Per ridurre la complessità di progettazione la maggior parte dei protocolli è organizzata come una serie di livelli Il numero dei livelli, il loro nome, le funzionalità differiscono da una rete ad unaltra

43 Comunicazione multilivello Per ogni coppia di livelli adiacenti esiste una interfaccia Le convenzioni usate nella conversazione sono il protocollo Si tratta di un accordo tra i partecipanti su come deve avvenire la comunicazione Al di sotto del livello più basso cè il mezzo fisico che serve per il trasferimento dei dati

44 Comunicazione multilivello: lo standard ISO - OSI Modello teorico di riferimento per definire le caratteristiche della comunicazione multilivello OSI: Open Standard Interconnection Application Presentation Session Transport Network Data link Physical

45 Comunicazione multilivello: ISO - OSI Modello teorico di riferimento per definire le caratteristiche della comunicazione multilivello OSI: Open Standard Interconnection Application Presentation Session Transport Network Data link Physical Servizi per utilizzo delle rete Comunicazione end-to-end Indirizzamento, routing tra reti Per esempio: Ethernet, TokenRing, 802.11 ethernet, doppino,..

46 Comunicazione multilivello: ISO - OSI Application Presentation Session Transport Network Data link Physical Application Presentation Session Transport Network Data link Physical

47 Comunicazione multilivello: ISO - OSI Application Presentation Session Transport Network Data link Physical Application Presentation Session Transport Network Data link Physical Il livello n di un calcolatore comunica virtualmente con il livello n di un altro calcolatore In realtà nessun dato viene trasferito da un livello n ad un altro ma passa ad un livello sottostante

48 Comunicazione multilivello: ISO - OSI I livelli più bassi sono quelli più vicini allhardware e definiscono delle regole di basso livello che consentono di azzerare le differenze tra le diverse reti fisiche Si introduce un livello virtuale uniforme sul quale si basano i livelli successivi che possono essere definiti in modo indipendente dalle reti fisiche sottostante

49 ETHERNET Serie di protocolli a livello DATA LAYER e PHYSICAL LAYER sviluppati meta anni 70 che ha soppiantato tecnologie precedenti Idee chiave: NODI connessi da SEGMENTI Messaggi inviati in blocchi chiamati FRAMEs Scheda internet ed indirizzi MAC x ogni nodo Ethernet REPEATER ogni certo numero di segmenti Protocollo per OSSERVARE COLLISIONI

50 INTERNET La reti delle reti: collega fra loro reti locali, metropolitane, geografiche e singoli computer di tutto il mondo

51 INTERNET Una macchina è in Internet se: utilizza il protocollo TCP/IP ha un suo indirizzo IP (Internet Protocol) ed ha la capacità di spedire pacchetti IP a tutte le altre macchine su Internet

52 Come funziona Internet Un aspetto importante di Internet è la sua topologia distribuita e decentrata N7 N3 N4 N5 N6 N2 N1 In questo modo se un percorso è interrotto o troppo trafficato i dati possono prendere strade alternative Questo aspetto deriva dalla storia (militare) di internet (vedi: http://www.youtube.com/watch?v=9hIQjrMHTv4http://www.youtube.com/watch?v=9hIQjrMHTv4 )

53 LIVELLI DI PROTOCOLLI INTERNET

54 I DUE PROTOCOLLI DI BASE: TCP / IP Insieme, si occupano di: Dividere il messaggio in pacchetti Instradarli Assicurarsi che arrivino (tramite meccanismi di conferma della ricezione e segnalazione di errori)

55 Network layer: IP Internet può essere vista come una collezione di sottoreti diverse (eterogenee) connesse tra loro (internetworking) La colla che tiene insieme le varie sottoreti è lInternet Protocol (IP) Permette di trasportare i dati dalla sorgente alla destinazione, sfruttando la presenza di reti intermedie lungo il percorso Application Transport Network Link & Physical

56 Network layer: IP Una entità di livello Network è presente su tutti i dispositivi ad Internet Trasmissione di tipo packet switching Application Transport Network Link & Physical Application Transport Network Link & Physical

57 Network layer: IP Ogni computer collegato ad Internet possiede un indirizzo univoco detto indirizzo IP (32 bit) I 32 bit di un indirizzo IP sono suddivisi in 4 campi da 8 bit ciascuno Per esempio: 10000000 00010100 00111110 10101011 Di solito si usa una rappresentazione formata da 4 numeri decimali separati da un punto Per esempio: 128.10.2.30

58 Network layer: IP Gli indirizzi IP devono essere univoci Per questo motivo è stata istituita una organizzazione, Internet Assigned Number Authority (IANA), preposta ad assegnare gli indirizzi IP garanthendone lunivocitàIANA Quando vi collegate ad Internet da casa è il provider che vi assegna un indirizzo IP scegliendolo tra quelli che ha acquistato Non sempre questo indirizzo sarà visibile da fuori della rete del provider (IP pubblico/privato)

59 Network layer: IP IP fornisce anche linstradamento (routing) dei pacchetti tra mittente e destinatario Protocollo di routing: Scopo: determinare un buon percorso nella rete tra sorgente e destinazione Percorso buono: in genera significa più corto La topologia della rete può cambiare (qualche router o link si può guastare)

60 Transport layer Il compito del livello Transport è quello di fornire un trasporto affidabile dallhost di origine a quello di destinazione, indipendentemente dalla rete utilizzata In Internet il protocollo di questo livello è chiamato Transmission Control Protocol (TCP) Application Transport Network Link & Physical

61 Application layer Si colloca al di sopra del livello Transport ed è il livello nel quale viene svolto il lavoro utile per lutente In questo livello si trovano diversi protocolli, alcuni relativi alle applicazioni che usiamo abitualmente in Internet HTTP: HyperText Transfer Protocol Pagine web SMTP: Simple Mail Transfer ProtocolInvio E-Mail POP: Post Office ProtocolScaricamento E-Mail FTP: File Transfer ProtocolTrasporto File SSH: Secure Shell login su un computer remoto Application Transport Network Link & Physical

62 I PROTOCOLLI INTERNET IP TCPUDP HTTPFTPSMTPTELNETDNS… … Application layer Transport layer Network layer Link + physical layer

63 APPLICATION LAYER: POSTA ELETTRONICA Un applicazione Internet che permette lo scambio di messaggi tra gli utenti collegati alla rete È necessario fornire: L indirizzo del mittente L indirizzo del destinatario Il corpo del messaggio Gli indirizzi devono avere un formato ben preciso non sono sensibili alla differenza tra maiuscole e minuscole.

64 HEADER DI UN MESSAGGIO From massimo.poesio@unitn.it From: Massimo Poesio To: Caio Sempronio Subject: Posta elettronica Date: 24/02/2007 Caro Caio, ….

65 POSTA ELETTRONICA: DUE APPROCCI Scaricare la posta dal server al proprio computer, La posta attende sul server, da dove viene scaricata tramite i protocolli POP ed inviata tramite il protocollo SMTP. Una volta ricevuta, la posta risiede su mio computer Posso leggerla o rispondervi scollegato dalla rete Oppure, consultarla sul web tramite un browser. La posta resta sul browser; lettura e composizione venegono effettuati tramite il browser. Posso accedere alla posta da qualsiasi computer, purchè connesso ad internet Sistemi ibridi (p.es. protocollo IMAP)

66 E-MAIL CLIENT & SERVER MAIL SERVER

67 Application layer: DNS Gli indirizzi IP numerici sono difficili da ricordare Si usano quindi degli indirizzi simbolici che sono più significativi per lessere umano dit.unitn.it, essex.ac.uk, developer.netscape.com Questi nome vengono tradotti in indirizzi IP numerici mediante il Domain Name System (DNS) Gli indirizzi simbolici hanno un formato come quello seguente … nome5.nome4.nome3.nome2.nome1

68 Application layer: DNS Sono costruiti a partire da uno schema gerarchico di nomi basato sul concetto di dominio gnu comedugovmilnetorgauitzw unitnunito lettdit www di www … … www.gnu.org www.lett.unitn.it root Livello 1 Livello 2 Livello 3 Livello 4

69 NUOVI DOMINI TOP-LEVEL Oltre a.com,.it,.edu ecc., sono stati recentemente aggiunti una serie di nuovi domini top level Vedi: http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Internet_top- level_domains http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Internet_top- level_domains

70 Application layer: DNS Ogni dominio deve essere in grado di risolvere i nomi dei calcolatori di sua competenza Si usano i name server che gestiscono la corrispondenza tra nomi simbolici e indirizzi IP numerici Quando un applicazione deve collegarsi ad una risorsa di cui conosce il nome logico (ad es. www.unitn.it), invia una richiesta al suo name server localewww.unitn.it

71 INTERNET: STORIA IN BREVE 1962: inizio del progetto ARPANET: creare una rete sperimentale che collega siti universitari e governativi negli USA 1964: prima LAN (Lawrence Livermore Labs) 1973: Metcalfe pubblica paper su Ethernet 1974: Kahn & Cerf propongono idee di base 1978: separazione di TCP da IP 1990: 3000 reti e 200.000 computer (detti host) 1992: viene collegato il milionesimo host Agli esordi il numero di host cresce in modo esponenziale mentre in questi anni si osserva un rallentamento, con incremento annuo del del 6% 2002: hanno accesso ad Internet 457 milioni di persone (di cui 174 milioni negli Stati Uniti)

72 Situazione attuale Vedi http://www.internetworldstats.com/stats.htm http://www.internetworldstats.com/stats.htm Popolazione mondiale 6,767,805,208 Utenti Internet 1,668,870,408 Percentuale utenti 24.7 % Percentuale crescita362.3 %

73 APPLICATION LAYER: WORLD WIDE WEB Una `ragnatela di DOCUMENTI collocati su computer in tutto il mondo Il piu grande serbatoio di informazioni che sia mai esistito Si accede tramite: Un client chiamato BROWSER Servers sui siti che distribuiscono informazione Basato su: Il protocollo HTTP per la trasmissione di documenti La nozione di ipertesto

74 STORIA BREVE DEL WWW Fine anni 80: iniziativa di Tim Berners-Lee al CERN di Ginevra per la condivisione di documenti tra fisici delle alte energie 1989-1991: prime definizioni di URL, HTTP, ed HTML 1993-1993: primo browser facile da usare, NCSA MOSAIC 1995: Nascita di NETSCAPE, inizio della crescita esplosiva Oggi: almeno 8 miliardi di pagine Web

75 DALLIPERTESTO AL WEB Un ipertesto (HYPERTEXT) e un testo diviso in parti testuali vere e proprie collegate da rimandi (LINKS)

76 TESTI: LETTURA SEQUENZIALE

77 IPERTESTI

78 ESEMPI DI IPERTESTI Quasi tutte le opere enciclopediche oggi hanno forma ipertestuale Esempio: http://it.wikipedia.org/wiki/Ipertestohttp://it.wikipedia.org/wiki/Ipertesto Formato molto comune anche per articoli scientifici (bibliografia, note a pie di pagina) Per esempio, nella BiomedicinaBiomedicina Ma anche nelle materie umanistichematerie umanistiche Narrativa ipertestuale: Lettore puo scegliere che percorso seguire Primo esempio riconosciuto: Afternoon, a story di Michael Joyce La Electronic Literature Organization mantiene una Electronic Literature Directory Electronic Literature Directory

79 DALLIPERTESTO AL WEB 1945 Vannevar Bush: lorganizzazione lineare dei testi non corrisponde veramente a come pensiamo Il termine HYPERTEXT introdotto da Ted Nelson (1965) Nel 1980 Bill Atkinson sviluppo per la Apple il programma HYPERCARD che permetteva di creare ipertesti tramite il linguaggio HYPERTALK 1989 Tim Berners-Lee sviluppa come parte del progetto WWW il linguaggio HTML, che permette di esprimere links. Il WWW e un immenso hypertext distribuito

80 ASPETTI TECNICI CHIAVE DEL WWW Meccanismo di indirizzamento universale: URL Protocollo HTTP per la trasmissione di documenti Linguaggio HTML per la formattazione dei documenti

81 HTML Il linguaggio storico della Web Un linguaggio di annotazione dei documenti che permette di collegare documenti in un ipertesto Due funzioni principali: Specificare come il documento devessere visualizzato Specificare links (usando URL) Discusso nei laboratori

82 INDIRIZZI SU RETE: URL URL (Uniform Resource Locator) e lo standard per gli indirizzi delle risorse su Web Specifica: Come accedere alla risorsa (PROTOCOLLO) Dove si trova la risorsa (indirizzo dellhost) Nome della risorsa (path) Formato: protocollo://host/path

83 URL PER HTTP Forma generale: scheme://host:port/path?parameter=value#anchor Esempi: http://www.unitn.it/ http://www.dit.unitn.it/~poesio/Teach/IU http://www.google.it/search?hl=it&q=URL

84 HTTP Si basa sul protocollo HTTP (HyperText Transfer Protocol) che gestisce l interazione tra un client e un server web Client e server si scambiano dei messaggi Richieste da parte del client Risposte da parte del server Pi ù precisamente: L utente richiede una pagina residente su un server e il suo browser richiede una connessione TCP con il server Il server accetta la connessione iniziata dal browser Il browser ed il server si scambiano messaggi La connessione viene chiusa

85 ESEMPIO DI COMUNICAZIONE HTTP GET /wiki/Pagina_principale HTTP/1.1 Connection: Keep-Alive User-Agent: Mozilla/5.0 (compatible; Konqueror/3.2; Linux) (KHTML, like Gecko) Accept: text/html, image/jpeg, image/png, text/*, image/*, */* Accept-Encoding: x-gzip, x-deflate, gzip, deflate, identity Accept-Charset: iso-8859-1, utf-8;q=0.5, *;q=0.5 Accept-Language: en Host: it.wikipedia.org BROWSER SERVER HTTP/1.0 200 OK Date: Mon, 28 Jun 2004 10:47:31 GMT Server: Apache/1.3.29 (Unix) PHP/4.3.4 Content-Language: it Content-Type: text/html; charset=utf-8 …. [...]

86 LETTURE Tomasi, capitoli 2 e 5 Wikipedia: http://it.wikipedia.org/wiki/Rete_informatica http://it.wikipedia.org/wiki/Internet http://it.wikipedia.org/wiki/Sistemi_Client/Server Posta elettronica World Wide Web