Reti di computer e Internet A cosa servono Tipologie principali Tipo di comunicazione Mezzi fisici di comunicazione Internet Protocollo TCP/IP Applicazioni su Internet HTTP (Web)

Condivisione di risorse e comunicazione con gli altri utenti Reti di computer Condivisione di risorse e comunicazione con gli altri utenti Anni ’70: calcolatori di grandi dimensioni, modello time-sharing, centri di calcolo Anni ’80: reti di calcolatori indipendenti ma interconnessi Informatica distribuita

Perchè collegare i computer in rete? Condivisione risorse hardware: Non è economico comprare 1 stampante laser (o uno scanner) per ogni personal Condivisione di software: programmi e dati da parte di utenti Condivisione di informazioni: database a cui molti utenti (da diversi computer) posso accedere: sistema di prenotazioni e assegnamento posti di una compagnia aerea, sistema informativo di una banca

Comunicazione tra utenti in locazioni fisiche differenti (scambio di messaggi e dati) comunicazioni in ambito di ricerca lavoro cooperativo possibilità di svolgere attività di lavoro a casa (tele-lavoro) accesso a informazioni di varia natura (Web) Organizzazione aziendale: Molte organizzazioni impiegano un notevole numero di elaboratori. (Ad esempio per gestione del magazzino, controllo della produzione, pagamento degli stipendi) Collegati insieme questi elaboratori permettono di estrarre e correlare le informazioni riguardanti l’intera azienda

Componenti fondamentali di una rete Nodo: un nodo è un qualsiasi dispositivo hardware del sistema in grado di comunicare con gli altri dispositivi che fanno parte della rete Collegamenti (links): i nodi sono collegati mediante archi. I collegamenti formano i canali di comunicazione dal punto di vista fisico possono essere cavi di vario tipo (telefonici, fibre ottiche), collegamenti satellitari Non c’e’ un modo univoco di classificare le reti di computer

Tipologie di reti (scala) LAN: local area networks MAN: Metropolitan area networks WAN: Wide area networks

Scala delle reti Un criterio per classificare le reti è legato alla loro scala, che si determina in base alla dimensione dei processori e alla loro distanza 10 m 100 m 1 km 10 km 100 km 1000 km 10000 km stanza edificio università città nazione continente pianeta Rete locale LAN Rete metropolitana MAN Rete geografica WAN Internet

Prestazioni della rete Il tipo di collegamento determina la capacità di trasmissione Si parla di banda della rete (larghezza di banda) che viene misurata in bit (e non in byte) al secondo Kilobit (Kb) Megabit (Mb)

Comunicazione nelle reti Ci sono due tipi di comunicazione nelle reti Modello broadcasting: vi è un unico canale di comunicazione condiviso da tutti i nodi della rete, un messaggio (pacchetto) contiene l’indirizzo del destinatario, viene ricevuto da tutti, tutti i nodi lo ingorano ecccetto il destinatario a cui è indirizzato Modello point-to-point: connessioni individuali tra coppie di nodi. I messaggi devono indirizzati ad un nodo non connesso devono attraversare nodi intermedi vi sono in generale diversi percorsi per giungere a destinazione

In genere Reti piccole (LAN): usano il modello broadcasting Reti grandi (WAN): usano il modello point-to-point

Protocolli di Comunicazione I nodi si scambiano dati sotto forma di messaggi I messaggi possono essere suddivisi in unità più piccole dette pacchetti Affinchè questa comunicazione possa avvenire in modo corretto si deve definire un protocollo di comunicazione un protocollo definisce l’insieme di regole che il nodo mittente e il nodo destinatario devono seguire per interagire tra loro

Le reti di computer: media e interfacce Per avere una rete è indispensabile avere un collegamento fisico tra i diversi computer Meccanismi in grado di trasmettere informazioni (canali di comunicazione) cavi elettrici cavi a fibre ottiche linee telefoniche trasmissioni via satellite Meccanismi in grado connettere i computer con i vari canali di comunicazione interfacce (porte) modem

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)

Ruolo dei computer in una rete locale Server: computer che fornisce servizi agli 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: computer che usa delle risorse condivise, messe a disposizione dal server

Tecnologia di trasmissione I dispositivi che formano una rete locale 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, topologie comuni: Lineare anello stella

Reti lineari (broadcast) hanno un unico canale di comunicazione (dorsale) condiviso da tutte le macchine della rete (Multiple access) i messaggi inviati da un elaboratore vengono ricevuti da tutti ma solo l’elaboratore destinatario elaborerà il messaggio, gli altri elaboratori lo ignoreranno

Reti ad anello i nodi sono organizzati secondo una configurazione ad anello e non sono tutti direttamente collegati 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

Reti a stella i nodi sono tutti collegati a un nodo centrale le comunicazioni tra due nodi non sono dirette ma passano attraverso il nodo centrale che provvede a smistarle verso il nodo destinazione

LAN – Interfaccia di rete Per collegare un computer ad una rete locale si usa una scheda di interfaccia di rete che ha il compito di instaurare la connessione fisica convertire i dati da trasmettere nel formato opportuno (di solito da dati paralleli a dati seriali)

LAN – Ethernet Ethernet è il tipo di rete locale più diffuso Sviluppata dalla Xerox negli anni ’70 (1976) Qualsiasi computer prevede la possibilità di usare una scheda Ethernet per connettersi ad una rete locale Usa prevalentemente la topologia lineare Velocità di trasmissione: 10, 100, 1000 Mb/sec.

Protocollo di Ethernet CSMA/CD CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection Quando un computer vuole comunicare, verifica che il canale sia libero e invia il segnale Se si verifica un conflitto (due o più computer hanno inviato i loro messaggi contemporaneamente) i computer coinvolti bloccano la trasmissione, a spettano per un tempo casuale, poi riprovano la trasmissione

LAN – Sistema operativo di rete (o distribuito) In una LAN si vogliono condividere le risorse, di solito, stampanti e hard disk 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 0010110101010011 1111000010101011 0001001010100111 0010110101000011 hardware Sistema operativo locale Sistema operativo di rete

Sistema operativo di Rete Compiti specifici del sistema operativo di rete: offrire una visione uniforme delle risorse condivise gestire i conflitti di accesso e di uso di una risorsa condivisa

MAN – Metropolitan Area Network Una rete metropolitana è sostanzialmente una versione ingrandita di una LAN Può coprire un gruppo di uffici, aziende diverse, una città Può essere pubblica o privata 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

WAN – Wide Area Network Una rete WAN copre una grande area geografica ad esempio, la rete GARR collega tutte le Università italiane Struttura delle reti WAN Computer (degli utenti) adibiti all’esecuzione di programmi detti hosts (anche sistemi terminali) La sottorete di comunicazione composta da: linee di comunicazione che permettono lo scambio di dati fra i vari host, dette anche circuiti, canali,dorsali elementi di commutazione (router o PSE), computer specializzati usati per collegare due o più linee di trasmissione

Struttura di una WAN router CDN rete1 rete2 rete3 rete4

Comunicazione in una WAN La rete contiene numerose linee di comunicazione, una per ogni coppia di router, sdoppiate in linea di ingresso e linea di uscita Se due router non sono connessi direttamente devono comunicare mediante router intermedi I router intermedi memorizzano i pacchetti in attesa che la linea di uscita sia libera e poi trasmettono il pacchetto al router successivo Ci sono quindi percorsi alternativi che un pacchetto può seguire per arrivare a destinazione Modello store and forward

Comunicazione a lunga distanza Per le comunicazioni su lunga distanza si usano: le reti di comunicazione esistenti, ad esempio la rete telefonica cablaggio ad hoc (dedicato) linee satellitari

Rete telefonica La rete telefonica è adatta a comunicare la voce, cioè un segnale elettrico analogico che varia in maniera continua in una banda di frequenze Può essere sfruttata anche per trasmettere dati digitali E’ necessario un dispositivo per usare la rete telefonica come mezzo di comunicazione tra computer Questo dispositivo è il modem

Il modem COMPUTER MODEM COMPUTER MODEM MOdulazione Segnale digitale analogico (linea telefonica) COMPUTER Segnale digitale MODEM DEModulazione

I modem attuali hanno velocità di trasmissione di 14. 400, 28. 800, 38 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 6 KByte/sec. Se due computer comunicano tramite un modem, la velocità di comunicazione è determinata da 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 provider) Il modem può essere esterno (deve essere collegato alla porta seriale del calcolatore) oppure interno (alloggiato in un apposito slot di espansione)

Difetti e pregi della rete telefonica Trasmette solo nel campo dele frequenze che vanno da 400 a 3.400 Hertz Il numero di bit al secondo che si riesce a trasmettere è, nei casi migliori, dell’ordine di 60.000 bit/s I tempi per stabilire una connessione sono lunghissimi (qualche secondo) se comparati a quelli di un calcolatore La rete telefonica è molto disturbata per la trasmissione dati quindi spesso si deve ritrasmettere i dati Pregi: diffusa capillarmente su tutta la Terra

Circuiti Diretti Circuiti Diretti Analogici (CDA): Costituiti da doppini o cavi coassiali possono trasmettere un segnale analogico continuo Circuiti Diretti Numerici (CDN): possono trasmettere solo sequenze di bit Collegamenti punto-a-punto tra un preciso trasmettittore ed un preciso ricevitore Velocità fino a qualche milione di bit/s (Megabit) Molto costosi e gestiti in Italia da Telecom

Tecniche di trasmissione dati Commutazione di circuito Si stabilisce una connessione fisica tra il computer chiamante ed il chiamato (come nella rete telefonica ma con tempi minori e qualità maggiore) grazie a centrali di commutazione Inconveniente: le risorse impegnate sono sottoutilizzate (linea occupata anche quando non si trasmette)

Commutazione di pacchetto (Internet) Calcolatori connessi tra loro con linee punto-a-punto In fase di trasmissione un messaggio (es. File) viene suddiviso in unità più piccole dette pacchetti Ogni pacchetto viene inviato al router collegato più vicino e così via fino a raggiungere la destinazione I pacchetti anche di uno stesso file possono seguire strade diverse per sfruttare meglio le risorse Il software del computer ricevente che riceve deve mettere in ordine i pezzi Se si trasmettono solo dati la soluzione è molto efficiente ma se si trasmettono file contenenti audio (o video) la soluzione è problematica (Tecnica del circuito virtuale)

Commutazione di pacchetto router router 1 2 3 4 5 router router 1 2 3 4 5

Reti di telecomunicazioni Linea ISDN (Integrated Services Digital Network) impiega sia la commutazione di pacchetto che di circuito accesso base e acesso primario ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) basata su modem ad alta velocità