Dr. Francesco Fabozzi Corso di Informatica Reti di calcolatori Dr. Francesco Fabozzi Corso di Informatica

Concetto di rete Una rete di elaboratori è un insieme di elaboratori connessi tra loro mediante collegamenti fisici Anni ’40: primi tentativi di trasmissione dati tra elaboratori Anni ’70: sviluppo del concetto attuale di rete Ambito militari e scientifico Anni ’90: diffusione delle reti locali e di Internet

Utilità delle reti Servizi offerti da una rete: Condivisione delle risorse Comunicazione (trasmissione dati) fra elaboratori Con l’introduzione delle reti l’informatica amplia il proprio ambito e coinvolge anche le tecnologie della comunicazione Si parla di ICT (Information and Communication Technology)

Condivisione delle risorse Ogni elaboratore in rete può accedere alle risorse di tutti gli altri sistemi nella stessa rete Quindi l’utente di un singolo nodo della rete ha il possesso (virtuale) di tutte le risorse messe a disposizione da tutti gli altri nodi

Condivisione delle risorse Esempio: condivisione delle unità disco File server: elaboratore che mette a disposizione i suoi dischi agli utenti Si evita la duplicazione dei file ottimizzando l’uso della memoria secondaria Esempio: condivisione delle stampanti Le stampante può essere collegata direttamente alla rete o mediante un elaboratore detto print server Si ottimizza l’uso di una stampante eliminando i tempi morti

Comunicazione La rete consente la trasmissione dati tra elaboratori e quindi lo scambio di informazioni tra gli utenti della rete Le informazioni scambiate possono essere di tipo testuale o anche multimediale Trasferimento di file Posta elettronica Mailing list Gruppi di discussione Chat Teleconferenza

Elementi di una rete In una rete possiamo identificare i seguenti elementi: Elaboratori Un mezzo fisico di comunicazione Ex.: cavi di collegamento Delle regole per la comunicazione (protocollo) Stabiliscono le modalità dell’inizio della trasmissione, del trasferimento dati e della fine della trasmizzione Strumenti software Posta elettronica, web browser per navigazione in internet, ftp per trasferimento file

Collegamenti In una rete gli elaboratori sono fisicamente collegati mediante un mezzo trasmissivo Il mezzo di trasmissione incide sui costi e sulle prestazioni del sistema Tipologia dei mezzi di comunicazione Mezzi elettrici Onde radio Mezzi ottici Le prestazioni sono limitate da Attenuazione del segnale lungo la linea Rumore (sovrapposizione di segnali spuri)

Trasmissione dei dati L’informazione è codificata in stringhe di bit Unità di informazione: byte (stringa di 8 bit) Trasmissione seriale I bit sono trasmessi in sequenza lungo una sola linea Trasmissione parallela I bit arrivano parallelamente su 8 linee distinte Necessità di sincronizzare le varie linee Più veloce di quella seriale Più canali di trasmissione quindi aumento costi

Trasmissione parallela e seriale Trasmissione della stringa: 01010001 Trasmissione parallela Trasmittente Ricevente 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 Trasmissione seriale Trasmittente Ricevente 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1

Velocità di trasmissione La velocità di trasmissione di un sistema si misura in bit per secondo (bps) Si usano frequentemente multipli Kbps (103) Mbps (106)

Velocità di trasmissione Esempio: Per vedere sul monitor un filmato di qualità televisiva occorre una risoluzione di almeno 640x480 pixel = 307200 pixel Se utilizziamo 8 bit per codificare il colore di un pixel, la visualizzazione di un solo fotogramma richiede 307200x8 bit = 2457600 bit Per avere l’impressione del movimento bisogna visualizzare 30 fotogrammi al secondo Quindi per vedere un film sul computer occorre un mezzo di trasmissione con una velocità di 73Mbps Molto grande! Fortunatamente esistono tecniche di compressione per ridurre il numero di bit necessari a visualizzare un fotogramma

Tecnologie di collegamento Doppino telefonico Coppia di fili di rame Velocità di trasmissione: 9600 bps Semplice ed economico (sfrutto cavi telefonici esistenti), usato per reti locali Coppia di cavi coassiale Minore sensibilità al rumore Velocità di trasmissione fino a 1 Mbps

Tecnologie di collegamento Fibre ottiche La luce viaggia per riflessione in tubicini di vetro filato (diametro circa 10 micron) ricoperto di materiale opaco Robuste, flessibili, di piccole dimensioni Permettono la trasmissione lungo grandi distanze ad alta velocità (Gbps) Immunità al rumore Costi elevati

Tecnologie di collegamento Ponti radio o satellitari L’informazione viene trasmessa sotto forma di onde elettromagnetiche Occorre un dispositivo trasmettitore e un’antenna ricevente Permette la trasmissione a grandi distanze senza fili Costi elevati

Architettura delle reti Collegamento punto a punto Due nodi sono collegati direttamente Architettura a bus Unica linea di trasmissione che collega i vari nodi della rete Non fault-tolerant

Architettura delle reti Architettura a stella I nodi sono collegati a un elaboratore centrale (controllore della rete o host) che instrada i segnali dal nodo trasmittente a quello ricevente Un interruzione di un collegamento non pregiudica la rete L’elaboratore centrale è critico (va quindi sovradimensionato) Host

Architettura delle reti Architettura ad anello I messaggi viaggiano in un solo senso Un interruzione di un collegamento blocca la rete L’anello viene raddoppiato per consentire la trasmissione nei due sensi

Topologie di collegamento Architettura a maglia Ogni nodo della rete collegato con più nodi Maglia completa: se ogni nodo è collegato con ogni altro nodo E’ fault-tolerant Costosa E’ l’architettura di Internet (a maglia incompleta)

Tipologie di rete A seconda dell’estensione della rete (cioè della distanza che intercorre tra le varie unità connesse in rete) si parla di: CAN Cluster Area Network LAN Local Area Network MAN Metropolitan Area Network WAN Wide Area Network

CAN Nell’ambito di una stanza diverse unità di calcolo possono essere collegate fra loro e si dice che costituiscono un cluster Si dice anche che costituiscono una rete CAN (Cluster Area Network) una rete che si estende su distanze di qualche metro

LAN Quando i dispositivi in rete si trovano nello stesso edificio si dice che costituiscono una rete locale o LAN (Local Area Network) Una LAN: Copre distanze dell’ordine delle centinaia di metri Usa mezzi trasmissivi dedicati e privati Non attraversa il suolo pubblico Si usano doppini in rame, cavi coassiali o fibre ottiche Velocità di connessione tipica: 100 Mbps

LAN: cablaggio Un edificio che deve ospitare una LAN deve essere appositamente cablato Bisogna prevedere e predisporre tutti i collegamenti per la connessione in rete degli utenti Si possono realizzare ponti radio e avere una wireless LAN Una stazione centrale collegata alla rete trasmette segnali radio Con una wireless un portatile può essere spostato in diversi uffici senza l’intralcio dei cavi

LAN: servizi Già in una LAN è possibile avere tutta una serie di servizi quali Posta elettronica Condivisione delle periferiche Stampanti, dischi rigidi Condivisione dei file Velocità nello scambio di informazioni, possibilità di lavoro di gruppo sugli stessi dati Applicazioni di rete

LAN: elementi In una LAN distinguiamo alcuni elementi fondamentali: Nodo Qualsiasi dispositivo hardware capace di comunicare con gli altri elementi della rete Hub (o concentratore) Pannello di connessione dei vari nodi che permette di instradare i segnali inviati da un nodo a un altro Dorsale Cavo ad alta capacità a cui possono essere connessi più nodi o hub e che trasporta grandi quantità di dati

LAN: server e client In una rete locale distinguiamo uno o più computer server e un certo numero di computer client Il server è il computer più potente del sistema da cui dipendono i client Contiene i dati, i programmi, e permette la connessione tra i vari dispositivi Abbiamo già visto come esempi il file server e il print server

Struttura client/server Con la rete si può realizzare uno schema di elaborazione distribuita Il client utilizza le risorse del server Un programma viene suddiviso in tre parti logiche Modulo di presentazione (parte di interfaccia con utente) Modulo logico-funzionale (specifica compiti del programma) Modulo di gestione dati (esegue il programma) Ex.: banche dati

Struttura client/server Front-end sul client, back-end sul server Il modulo di back-end può servire in contemporanea più moduli front-end (cioè più utenti) Client 1 Server RETE Front-end Modulo presentazione Mod. logico- funzionale Mod. logico- funzionale Client 2 Mod. gestione dati Front-end Modulo presentazione Mod. logico- funzionale Back-end

LAN: accesso alla rete Un dispositivo per poter accedere a una LAN deve avere innanzitutto una scheda di interfaccia rete detta adattatore LAN Nel caso dei PC si tratta di schede PCI Occorre poi un metodo di accesso alla rete o MAC (Media Access Control) Ex.: sistema di accesso Ethernet Sviluppato dalla XEROX negli anni 70 per collegare i computer alle stampanti I nodi interrogano la rete ,e solo se è libera provano a spedire i dati Il primo a trasmettere acquisisce il controllo della rete Oggi: Gigabit Ethernet e Fast Ethernet

MAN MAN (Metropolitan Area Network) Permette di estendere i servizi di rete a un’intera area metropolitana Forniscono servizi di vario tipo Ex.: interconnessione di computer, telefonia, TV via cavo Possono essere reti private e pubbliche

WAN WAN (Wide Area Network) Dette anche reti geografiche I nodi si trovano a notevoli distanze reciproche Si appoggiano tipicamente alle linee telefoniche Una WAN consente il collegamento delle reti locali e metropolitane

Protocollo di trasmissione Il protocollo è l’insieme di regole che specificano l’interazione tra i vari nodi della rete per lo scambio di informazioni Ad esempio: protocollo TCP/IP Inizialmente il protocollo di Internet A causa del successo di Internet è diventato uno standard universale

Internet Negli anni ’60 il dipartimento della difesa americano vara un progetto con l’obiettivo di garantire un sistema di trasmissione di messaggi anche in caso di guerra atomica Nasce ARPAnet (Advanced Research Project Agency Network) Rete ad architettura decentrata con nodi totalmente autonomi Nel 1983 ARPAnet viene divisa in MILnet (la rete militare) e NSF (National Science Foundation, la rete universitaria)

Internet La separazione permette alla rete universitaria di svilupparsi in maniera libera e aperta I ricercatori sviluppano un sistema hardware/software per permettere la comunicazione tra reti diverse (cioè che usano elaboratori e protocolli diversi) Ogni rete preesistente viene dotata di un computer (detto router) dotato di questa tecnologia Tutti i router dovevano poi essere collegati tra loro Quindi il trasferimento dei dati tramite Internet può avvenire solo attraverso i router

Internet Fine anni ’80: al CERN nasce il World Wide Web (WWW) Consente l’organizzazione ipertestuale delle informazioni Anni ’90: sviluppo tecnologie + diminuzione dei costi Diffusione capillare di Internet

Protocollo TCP/IP Transmission Control Protocol / Internet Protocol (TCP/IP) Regole che specificano le modalità di trasmissione e trasferimento dei dati dal nodo di partenza al nodo di arrivo

Protocollo TCP/IP La componente TCP sul computer trasmittente scompone i dati e li inserisce in pacchetti che verranno poi trasferiti in rete La componente TCP sul computer ricevente ricostruisce i dati a partire dai pacchetti ricevuti La componente IP indirizza i pacchetti, sceglie la strada migliore per farli arrivare a destinazione e ne garantisce la corretta trasmissione

Indirizzo di un nodo Internet In Internet un elaboratore (nodo della rete) è identificato univocamente tramite un indirizzo IP (detto anche IP address o host number) Codice del tipo nnn.nnn.nnn.nnn che specifica la rete di appartenenza e il numero identificativo del singolo elaboratore Ogni terna nnn va da 0 a 255 Esempio di indirizzo IP: 192.184.1.1

Indirizzo di un nodo Internet Problema: difficoltà di memorizzazione degli indirizzi IP E’ pertanto utile associare un indirizzo simbolico (cioè un nome) a ogni elaboratore Necessità di un database (Domain Name System, DNS) dove a ogni nome è associato il corrispondente IP Il lavoro del DNS è molto complesso ed è eseguito da molti computer distribuiti su tutta la rete Continuamente aggiornato dai gestori delle reti

Domini internet Un insieme di nodi Internet prende il nome di dominio Tipicamente corrisponde al livello nazionale .it per Italia, .fr per Francia Negli USA sono invece tipologici .com (dominio per siti commerciali) .gov (dominio per siti governativi) .edu (per siti universitari) Ogni dominio è assegnato a un ente che gestisce i nomi dei nodi al suo interno Esistono anche sottodomini la cui gestione è affidata ad enti locali

Domini internet pzuniv.unibas.it lxplus.na.infn.it dominio sottodominio nome elaboratore lxplus.na.infn.it dominio sottodominio sottodominio nome elaboratore

Il World Wide Web Alla fine degli anni ’80 al CERN c’e’ la necessità di un sistema che permetta di condividere informazioni tra i fisici (sparsi nel mondo) che lavorano negli esperimenti in corso Tim Berners-Lee realizza il World Wide Web (WWW) Il WWW Si diffonde a partire dal 1994 Consente l’organizzazione ipertestuale delle informazioni

L’ipertesto L’ipertesto è un documento elettronico formato da testo, suono e filmati con organizzazione non sequenziale Nel testo esistono collegamenti (link) ad altri documenti in Internet logicamente collegati a cui l’utente può accedere Possibilità di saltare da un documento a un’altro collegato anche se si trova fisicamente su un’ultra macchina Il WWW permette di vedere la rete come un unico ipertesto distribuito

Ingredienti del WWW Il WWW si basa su: Un protocollo per il trasferimento dei dati HTTP (HyperText Transfer Protocol) Un linguaggio per la creazione di un ipertesto HTML (HyperText Markup Language) Specifica come rappresentare il testo, dove posizionare le immagini, le destinazioni dei link, ecc. Programma per “navigare” nel WWW Browser (Ex.: Internet Explorer, Mozilla, Netscape Navigator) Un browser ricostruisce sul momento l’ipertesto seguendo le indicazioni del linguaggio HTML

URL Ogni risorsa nel WWW è identificata con un nome URL (Uniform Resource Locator) o indirizzo web tipo://indirizzo/percorso/oggetto Il tipo indica il protocollo di trasferimento dei dati o il tipo di servizio richiesto http, ftp, file, … L’indirizzo è il nome dell’elaboratore che contiene la risorsa Il percorso è il path logico della risorsa L’oggetto rappresenta il nome della risorsa Ex.: http://www.na.infn.it/...

Motori di ricerca Come faccio a trovare un documento nel web relativo a un certo argomento? Non posso conoscere tutti gli URL… Esistono i cosiddettti motori di ricerca Siti web che permettono di effettuare ricerche automatiche di documenti nel web in seguito a richieste dell’utente Google, Yahoo, Virgilio, …