Mainframe Server Switching node Reti di computer

Reti di computer Tipi di reti: Locale: di un’università, azienda, scuola, ecc. Geografiche: per esempio Internet (la rete delle reti) Cambiamenti portato da Internet (da Snyder): Nessun luogo è remoto Le persone sono interconnesse Le relazioni sociali stanno mutando L’inglese sta diventando un linguaggio universale La libertà di parola e di associazione si è estesa

Reti di computer Perché collegare i computer nelle reti? Condivisione risorse: Risorse fisiche: per esempio non è economico comprare 1 stampante laser per ogni personal Dati e programmi: per esempio base di dati a cui molti utenti (da diversi computer) possono accedere Sistema di prenotazioni e assegnamento posti di una compagnia aerea, sistema informativo di una banca, ecc. Comunicazione tra utenti in locazioni fisiche differenti (scambio di messaggi e dati) Comunicazioni in ambito di ricerca, lavoro cooperativo, possibilità di volgere attività di lavoro a casa (tele-lavoro), ecc.

Il modello centralizzato Anni ’70: modello centralizzato (time-sharing multi-utente) Il collegamento di molti utenti ad un unico elaboratore potente (centralizzato) attraverso terminali Terminale: usato solo per inserire dati e ricevere dati per la visualizzazione (per esempio, con tastiera, schermo, mouse, ma senza capacità di elaborazione) Svantaggio: più utenti  necessità di usare computer (centralizzati) più potenti

Il modello distribuito Anni ’80: il modello distribuito Collegare in rete gli elaboratori (di varie potenze, tipi, nella stessa località o in località diverse) Vantaggi rispetto al modello centralizzato: Flessibilità: In un sistema centralizzato, in caso di guasto all’elaboratore centrale nessuno può lavorare Nel caso distribuito invece, la rottura di una macchina blocca un solo utente mentre gli altri possono continuare a lavorare Economicità: In termini di costi, è più conveniente acquistare molti elaboratori personali e collegarli in rete

Internet Nato da ARPAnet (creato alla fine degli anni ’60, una rete singola e chiusa) e altre reti (reti proprietarie) Rete delle reti: basato sull’interconnessione delle reti (eterogenee) già esistente (inter-networking) Idea di interconnessione tra le reti è dei primi anni ’70 Router Router Router Router Rete 2 Rete 1 Rete 3

Internet Anni ’90: esplosione di Internet In particolare, negli primi anni ’90: creazione del World Wide Web Dicembre 2007: 1,3 bilioni di persone hanno accesso ad Internet (circa 39% in Asia, 26% in Europa, 18% in America del Nord, 10% in America del Sud, 5% in Africa, 3% in Medio Oriente, 2% in Oceania) Informazione dal sito www.internetworldstats.com Principalmente, studieremo Internet in questa parte del corso

Tipi di comunicazione Comunicazione sincrona: il mittente e il destinatario sono attivi nello stesso momento Per esempio, una conversazione telefonica Comunicazione asincrona: l’invio e la ricezione hanno luogo in istanti diversi Per esempio, una cartolina Comunicazione broadcast: un singolo mittente e molti destinatari Per esempio, la radio, la TV Comunicazione multicast: un singolo mittente e un numeri limitato di destinatari: Per esempio, le riviste Comunicazione point-to-point: un singolo mittente e un singolo destinatario Per esempio, il telefono

Tipi di comunicazione Internet può essere considerato come un mezzo di comunicazione universale Asincrona point-to-point: per esempio, la posta elettronica Sincrona point-to-point: per esempio, Instant Messaging, Voice over IP Multicast: per esempio, gruppi di piccola o media dimensione possono comunicare nelle chat Broadcast: per esempio, le pagine web

Componenti di Internet Modem Host (o sistema terminale) Stazione base Commutatore di pacchetto Collegamento satellitare

Componenti di Internet ISP distrettuale ISP locale Rete aziendale

Componenti di Internet Host (o sistema terminale): Tradizionalmente, un PC, un workstation, o un computer più potente Sempre più connessi i sistema terminali come portatili, PDA, televisori, telefoni cellulari, automobili, elettrodomestici, ecc. Collegamenti (communication link): Di vari tipi: cavi (di rami, fibre ottiche ecc.), onde elettromagnetiche (collegamenti senza fili, satellitari ecc.) Commutatori di pacchetto: I computer vengono connessi in un modo indiretto tramite dispositivi di instradamento Prendono informazioni da uno dei collegamenti e ritrasmettono su un altro collegamento (verso la destinazione finale)

Componenti di Internet ISP (Internet Service Provider): Potrebbe essere istituzionale (per esempio, le compagnie telefoniche), aziendale, universitari ecc. Contiene un insieme di collegamenti e commutatori di pacchetto Fornisce ai sistemi terminali vari tipi d’accesso ad Internet Per esempio, dial-up a 56 Kbps via modem, a banda larga, senza fili ecc. Fornisce anche ai fornitori di contenuti l’accesso a Internet Per esempio, per connettere un sito web a Internet

Client/server I host possono essere identificati come client e/o server Client: il computer che richiede servizi da un altro computer Normalmente: i PC, PDA, ecc. Server: il computer che fornisce un servizio a un client Normalmente: computer potenti

Client/server Esempi di server (in una rete locale): Server gestore dei dati (file server): gestisce la memorizzazione e la condivisione di dati Server di stampa (printer server): gestisce le stampanti disponibili nella rete Server di comunicazione: permette l’accesso ad altre reti locali o ad Internet Esempio di server (in Internet): Web server: risponde alle richieste per accedere a una pagina web Server di posta elettronica: riceve e memorizza email, permette la lettura della casella di posta elettronica

Client/server Tipicamente, in un certo (lungo) intervallo di tempo: un host può essere client di molti server un host può essere server di molti client Per esempio: un client può richiedere tanti siti web, un web server può fornire una pagina web a tanti client Client Client Client Server Server Server Client Client Server Client Server Client Server Client

Client/server Nel contesto di software per le reti: Programma client: un programma eseguito da un host che richiede e riceve un servizio da un programma server in esecuzione su un altro host Programmi Peer-to-peer (P2P): un programma P2P sul host funziona sia come client che come server Un host in questo caso viene chiamato peer Un host agisce come client quando richiede un documento da un altro peer … agisce invece come server quando invia un file a un altro peer Esempio: la telefonia Internet (Voice over IP), condivisione dei file (file sharing)

I protocolli I protocolli controllano l’invio e la ricezione di informazione in Internet, e nelle reti in generale Usati dai sistemi terminali, i commutatori di pacchetto e altre parte di Internet Dal testo “Internet e Reti di Calcolatori” di Kurose e Ross: “Un protocollo definisce il formato e l’ordine dei messaggi scambiati tra due o più entità in comunicazione, così come le azioni intraprese in fase di trasmissione e/o di ricezione di un messaggio o di un altro evento” I principali protocolli in Internet: nome collettivo di TCP/IP TCP: Transmission Control Protocol IP: Internet Protocol

I protocolli Un analogia: Ciao Ciao Sai l’ora? 2:00 Tempo Tempo

I protocolli Richiesta di connessione TCP Risposta di connessione TCP Get http://www.di.unito.it/sproston <file> Tempo Tempo

I protocolli Il protocollo usato quando si invia una richiesta per una pagina web: Nostro computer invia la richiesta per una connessione al server web (il computer che fornisce la pagina web) Il server web risponde con un messaggio di risposta di connessione Nostro computer invia il nome della pagina che vuole prelevare tramite il messaggio “Get” Il server web restituisce la pagina (<file>) a nostro computer

I 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 l’intero 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 un’altra

I protocolli Tedesco Francese Francese a inglese Inglese a tedesco

I protocolli Nei protocolli di comunicazione nelle reti si ipotizzano dei livelli e Il livello n di un dispositivo in rete comunica (virtualmente) con il livello n di un altro dispositivo In realtà nessun dato viene trasferito da un livello n ad un altro (n>1) ma passa ad un livello sottostante Un protocollo di livello n svolge le sue funzioni usando i servizi forniti dal livello n-1 e fornisce i servizi al livello n+1

I protocolli Per ogni coppia di livelli adiacenti esiste una interfaccia Al di sotto del livello più basso c’è il mezzo fisico che serve per il trasferimento dei dati Un livello di protocollo può essere implementato via software, hardware, o in modo combinato Possibili svantaggi del uso dei livelli: La possibilità che un livello duplichi le funzionalità di quello inferiore Un livello può richiedere informazioni presenti solo in un altro livello

I protocolli Internet: TCP/IP La famiglia di protocolli TCP/IP - cinque livelli: Applicazione Trasporto Rete Collegamento Fisico Applicazione Trasporto Rete Collegamento Fisico

I protocolli Internet: TCP/IP Livello di applicazione HTTP FTP SMTP TELNET … DNS … TCP UDP Livello di trasporto IP Livello di rete Livello di collegamento Livello fisico

I protocolli Internet: TCP/IP I protocolli del livello di applicazione: Ruolo: vari funzioni, relativi ai programmi applicativi di Internet usati dagli utenti Per esempio: SMTP: Simple Mail Transfer Protocol FTP: File Transfer Protocol TELNET HTTP: HyperText Transfer Protocol DNS: Domain Name System Creano messaggi di vari tipi (per esempio, messaggi di richiesta per la visualizzazione di una pagina web, un messaggio che contiene un’email/una pagina web, ecc.) Applicazione Trasporto Rete Collegamento Fisico

I protocolli Internet: TCP/IP I protocolli del livello di trasporto: Ruolo: trasferimento dei messaggio dal livello di applicazione dall’origine alla destinazione (da un host a un altro) In Internet, due protocolli di trasporto: TCP (Transmission Control Protocol): Garantisce il trasferimento dei messaggi Controlla il flusso in rete (fa il confronto della velocità tra il mittente e il destinatario) Frazione il messaggio in frammenti più brevi (pacchetti) UDP: non fornisce nessuna garanzia di consegna di un messaggio (tipicamente usati per la telefonia Internet e la videoconferenza) Applicazione Trasporto Rete Collegamento Fisico

I protocolli Internet: TCP/IP I protocolli del livello di rete: Ruolo: trasferimento dei pacchetti dall’origine alla destinazione (da un host a un altro) Due principali componenti: Protocollo IP: definisce l’informazione che deve essere aggiunto al pacchetto per realizzare il trasferimento nella rete Protocolli per instradamento: determinano i percorsi che i pacchetti devono seguire nella rete Internet è una rete di reti: ognuna può scegliere il proprio protocollo di instradamento Livello spesso chiamato livello IP Applicazione Trasporto Rete Collegamento Fisico

I protocolli Internet: TCP/IP I protocolli del livello di collegamento: Ruolo: trasferimento dei pacchetti da un nodo della rete al successivo Alcuni protocolli del livello di collegamento garantiscono la consegna affidabile Un pacchetto potrebbe essere gestito da differenti protocolli lungo il suo percorso dall’origine alla destinazione Esempi: Ethernet, PPP (protocollo punto-a-punto) Applicazione Trasporto Rete Collegamento Fisico

I protocolli Internet: TCP/IP Ethernet: diffuso per le reti locale, in cui un numero di computer condividono un mezzo di comunicazione Quando un computer vuole comunicare, verifica che il mezzo di comunicazione sia libero e invia il segnale Se invece si accorge che un altro computer sta trasmettendo, aspetta 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 riprovano la trasmissione Lo stesso tipo di gestione di conflitti: anche in reti senza fili (IEEE 802.11) Applicazione Trasporto Rete Collegamento Fisico

I protocolli Internet: TCP/IP I protocolli del livello fisico: Ruolo: trasferire i singoli bit da un nodo (host, commutatore ecc.) nella rete a un altro Sono dipendenti dall’effettivo mezzo trasmissivo del collegamento Per esempio, possiamo avere protocolli diversi per tipi di cavi diversi, per collegamenti satellitari diversi, ecc. Applicazione Trasporto Rete Collegamento Fisico

Indirizzi IP e DNS Ogni computer collegato in Internet ha un indirizzo unico: il suo indirizzo IP Un indirizzo IP contiene 32 bit, che sono suddivisi in 4 campi da 8 bit ciascuno Per esempio: 10000000000101000011111010101011 Suddivisi in: 10000000 00010100 00111110 10101011 Di solito si usa una rappresentazione formata da 4 numeri decimali (tra 0 e 255) separati da un punto Per esempio: 128.20.62.171

Indirizzi IP e DNS Gli indirizzi IP devono essere univoci Per questo motivo è stata istituita una organizzazione, Internet Assigned Number Authority, preposta ad assegnare gli indirizzi IP garantendone l’univocità Quando vi collegate ad Internet da casa è il provider (ISP) che vi assegna un indirizzo IP scegliendolo tra quelli che ha acquistato I futuri indirizzi IP consisteranno di sedici numeri per aumentare i numeri degli indirizzi IP disponibili

… nome5.nome4.nome3.nome2.nome1 Indirizzi IP e DNS Gli indirizzi IP numerici sono difficili da ricordare Si usano quindi degli indirizzi simbolici che sono più significativi per l’essere umano di.unito.it, cs.bham.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

Indirizzi IP e DNS Sono costruiti a partire da uno schema gerarchico di nomi basato sul concetto di dominio root … … com edu gov mil net org au it zw Livello 1 gnu unito unige Livello 2 www.gnu.org www di psych disi Livello 3 www.di.unito.it www www elios Livello 4

Indirizzi IP e DNS Domini di primo livello (top level): alcuni esempi Non vi è alcuna corrispondenza diretta tra i domini e le reti che costituiscono Internet Cioè, computer nella stessa rete fisica possono essere in domini logici diversi Computer in reti fisiche diverse possono trovarsi nello stesso dominio logico com aziende edu università americane gov istituzioni governative mil istituzioni militari net fornitori d’accesso org organizzazioni non-profit … au Australia ch Svizzera fr Francia it Italia jp Giappone uk Regno Unito …

Indirizzi IP e DNS Anche gli indirizzi di posta elettronica hanno una struttura: La parta a destra della @ ha una struttura basato sui domini (interpretato dal computer che spedisce il messaggio) La parta a sinistra della @ è l’identificativo dell’utente (interpretato dal computer che riceve il messaggio) Ogni dominio deve essere in grado di “risolvere i nomi” dei calcolatori di sua competenza Si usano i name server (anche chiamati i server DNS) che gestiscono la corrispondenza tra nomi simbolici e indirizzi IP numerici I name server sono organizzati in modo gerarchico

Indirizzi IP e DNS Server dei nomi di root Quando un’applicazione deve collegarsi ad una risorsa di cui conosce il nome logico (ad es. www.unito.it), invia una richiesta al suo name server locale Il name server locale, se conosce la risposta, la invia direttamente al richiedente Altrimenti interroga il name server di top level (root) Questo può conoscere l’indirizzo oppure inoltrare l’interrogazione ai suoi figli nella gerarchia Server dei nomi locale: dns.di.unito.it Server del dominio dns.unito.it Client che fa richiesta: shakespeare.di.unito.it

Indirizzi IP e DNS Server dei nomi di root Si continua con le interrogazioni fino a quando non si ottiene l’indirizzo IP numerico della risorsa Quando l’applicazione riceve la risposta crea una connessione TCP con la destinazione, usando l’indirizzo IP appena ricevuto Server dei nomi locale: dns.di.unito.it Server del dominio dns.psych.unito.it Client che fa richiesta: shakespeare.di.unito.it

Pacchetti IP Abbiamo visto che … Un ruolo del protocollo TCP è di suddividere il messaggio in frammenti più brevi (pacchetti) Il protocollo IP definisce l’informazione che deve essere aggiunto al pacchetto per realizzare il trasferimento nella rete Come funziona il trasferimento dei pacchetti in Internet?

Pacchetti IP Trasferimento dei pacchetti: Usiamo un’analogia (da Vincent Cerf, uno dei inventori di Internet): mandare un romanzo da Tahiti alla casa editrice a New York usando solo cartoline postali

Pacchetti IP Bisogna spezzare il romanzo in frammenti (ognuno di poche riga) … numerare ogni cartolina (in modo tale che la sequenza corretta può essere ricostruita) … scrivere l’indirizzo della casa editrice (il destinatario) su ogni cartolina … mettere le cartoline nella casella di lettere Poi il servizio postale di Tahiti le invierà alla casa editrice

Pacchetti IP Non è detto che tutte le cartoline seguano lo stesso itinerario Alcuni arrivano a New York via Hong Kong … … alcuni arrivano a New York via Los Angeles, ecc. Alla casa editrice, la numerazione delle cartoline permette la ricostruzione del romanzo

Pacchetti IP Pacchetto IP: contiene lo spazio per scrivere: Informazione (una quantità limitata) Un numero progressivo (identificatore) L’indirizzo IP del destinatario I pacchetti IP sono inviati attraverso Internet uno alla volta Possono seguire percorsi diversi dallo stesso mittente e lo stesso destinatario Giunti la destinazione sono reordinati secondo al numero identificatore

Pacchetti IP Un vantaggio della possibilità di seguire diversi percorso in rete: Nel caso di congestioni in rete (potrebbe essere più efficiente seguire un percorso invece di un altro) Nel caso di un guasto di un dispositivo di un percorso (in questa situazione, il percorso non è più disponibile) Per visualizzare un percorso tra nostro computer e quello di un sito web: www.traceroute.org

Collegare un computer a Internet Un computer è collegato ad Internet tramite un ISP (Internet Service Provider) Tre modi principali per collegare un computer a Internet: Accesso residenziale Accesso aziendale o universitarie Accesso senza fili

Collegare un computer a Internet Accesso residenziale: Sono necessari dei dispositivi per poter usare la rete telefonica come mezzo di comunicazione tra computer: i modem Segnale digitale MOdulazione Computer Modem Segnale analogico (linea telefonica) DEModulazione Segnale digitale Modem Computer

Accesso residenziale ISP - per esempio: tiscali.it, aruba.it Il classico collegamento via modem: Il modem del computer dell'utente deve essere connesso alla rete telefonica (usando un spinotto identico a quello usato per i normali apparecchi vocali) Per accedere ad Internet, il modem deve comporre il numero del provider Il provider anche ha un computer (permanentemente) connesso ad Internet tramite un modem Una connessione tra il computer del utente e il computer del provider è creato

Accesso residenziale Il computer del provider abilita l'invio e la recezione di informazione in Internet al computer dell'utente Per esempio, quando l'utente clicca su un link in una pagina web: La richiesta per accedere alla nuova pagina passa dal computer dell'utente a quello del provider ... poi dal computer del provider al web server remoto che gestisce la pagina richiesta ... poi il web server manda la pagina al computer del provider ... poi il computer del provider manda la pagina al computer dell'utente

Accesso residenziale Modem dial-up: Usa la stessa linea utilizzata per le normali chiamate telefoniche Frequenza può raggiungere 56 Kbps (Kilobit per secondo) Sempre meno diffuso: Negli Stati Uniti, in 2000, 74% del accesso residenziale ad Internet era realizzato tramite modem dial-up In 2006, il percentuale è diventato 36%

Accesso residenziale Negli ultimi anni sono diffuse tecnologie come ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) Un esempio di accesso residenziali a banda larga Velocità (asimmetrico): Verso l'utente: tipicamente circa 10 Mbps (Megabit per secondo) Verso l'ISP: tipicamente circa 1 Mbps Progettato per brevi distanze tra i modem residenziali e quelli dell'ISP Permette una frequenza di trasmissione più alta rispetto a quella dei modem dial-up tradizionali

Accesso residenziale ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) Usa tre bande di frequenza non sovrapposte: un canale verso l'utente, un canale verso l'ISP, un canale telefonico ordinaria a due vie

Collegare un computer a Internet Accesso aziendali o universitarie (LAN): I computer sono collegati sotto forma di rete locale (LAN, Local Area Network) Ethernet è comunemente usato nelle LAN: versione Ethernet di 2006 ha una velocità di 10 Gbps Intranet: un nome per la rete locale di un'organizzazione Tramite un computer chiamato gateway, una rete locale (e quindi tutti i computer che contiene) può essere connesse ad Internet

Collegare un computer a Internet Accesso senza fili: Rete senza fili (wireless): una variante di un LAN Un computer chiamato hub è fisicamente collegato a Internet (forse tramite altri computer e dispositivi nella LAN) Il hub è capace di ricevere e trasmettere (in broadcast) segnali, solitamente in radiofrequenza I computer mobili (portali, PDA, ecc.) anche sono in grado di ricevere e trasmettere sulla stessa frequenza Il protocollo usato dalle reti senza fili funzione come Ethernet (che è anche un protocollo di "broadcast") Per esempio, IEEE 802.11 (velocità della versione di 2003: 54 Mbps)

Il WWW WWW (World Wide Web): tutti i web server (che hanno il ruolo di inviare file ai browser) e i loro file I file normalmente sono le pagine web, ma anche possono essere file di audio, filmati ecc. Distinzione tra Internet e il WWW: Internet: cavi e router che collegano i computer che hanno un indirizzo IP WWW: un servizio di Internet fornito dal sottoinsieme di quei computer (i web server)

Il WWW Una richiesta per visualizzare una pagina web: tramite uno Universal Resource Locator (URL) Per esempio: Tre parti principali: Protocollo: http:// indica al computer come gestire i file Nome del server: www.di.unito.it, che è il nome simbolico dell'indirizzo IP del web server della pagina richiesta Percorso della pagina: /~sproston/Psicologia/0708/magistrale0708.html identifica il file e la sua posizione nel file system del web server http://www.di.unito.it/~sproston/Psicologia/0708/magistrale0708.html

Il WWW Le pagine sono rappresentate (memorizzate, spedite) sotto forma di sorgente Sorgente: una descrizione di come la pagina deve apparire all'utente Non è il caso che le pagine sono rappresentate come un grafico I file di descrizione in generale richiedono meno spazio (rispetto alla rappresentazione grafico di una pagina) Il browser può adattare la visualizzazione di una pagina Per leggere il sorgente di una pagina: scegliere Visualizza dalla barra dei menu del browser, poi Sorgente o HTML Sorgente tipicamente scritto nel linguaggio HTML (Hypertext Markup Language)