Reti di Calcolatori e Internet: tassonomia, tipologie e protocollo TCP/IP

Cos'è una rete?

RETI DI CALCOLATORI E INTERNET: Cos'è una rete?

• punto di vista logico: sistema distribuito di dati, risorse di elaborazione, utenti e regole di comunicazione;
• punto di vista fisico: insieme di hardware, collegamenti, e software che permettono la comunicazione tra macchine remote.

Perché una rete?

Perché una rete? Condivisione di risorse: riduzione costi; modularità; affidabilità e disponibilità. Comunicazione fra utenti: scambio di informazioni; collaborazione a distanza.

Tassonomia delle Reti (Estensione)

TASSONOMIA DELLE RETI (ESTENSIONE): In base all'estensione:

• rete locale;
• rete metropolitana;
• rete geografica.
• Rete locale (LAN - Local Area Network): collega due o più computer in un area non più grande di un palazzo; collega i computer di un laboratorio, gruppo di lavoro, ufficio, ditta;
• Rete metropolitana (Metropolitan Area Network): concettualmente simile ad una rete locale; collega computer di una singola organizzazione nella stessa area urbana (es. banca con filiali cittadine.);
• Rete geografica (Wide Area Network): nodi distribuiti su medio-lunga distanza (nazione, continente); trasmissione dati: attraverso messaggi;
• Rete di reti: collega più reti differenti mediante opportuni elementi di interfaccia; può avere estensione mondiale; esempio: internet.

Tassonomia delle Reti (Topologia)

TASSONOMIA DELLE RETI (TOPOLOGIA) In base alla topologia:

• Lineare;
• Anello;
• Stella;
• Punto-punto;
• Mista.

Tipologie di Reti Locali: Lineare

TIPOLOGIE DI RETI LOCALI: LINEARE Ethernet è il tipo di rete locale più diffuso: qualsiasi computer di qualsiasi tipo prevede la possibilità di usare una scheda Ethernet per connettersi alla rete locale.

Reti Locali Ethernet

RETI LOCALI ETHERNET: Quando un computer vuole comunicare invia il segnale sul cavo di collegamento. Ogni computer è in ascolto dei segnali sul cavo. Se si verifica un conflitto (due computer hanno tentato di comunicare contemporaneamente):

1. I due computer si fermano;
2. Riprovano dopo un intervallo di tempo casuale.

Velocità: 100 Megabit/secondo (Mbps)

Rete ad Anello

ANELLO: PC1 PC2 PC4 PC3 La tecnica token-ring viene usata per la comunicazione tra gli elaboratori:

• Un token (un gruppo di byte) viene continuamente passato da un computer all'altro;
• Un computer può trasmettere sulla rete solo quando è in possesso del token;
• Se un computer riceve un messaggio non destinato a lui, lo rimette in circolo.

Rete Punto a Punto

PUNTO a PUNTO: PC1 PC2 PC3 PC4 Ottima tolleranza ai guasti; ma altissimi costi per i collegamenti (O(n^2)). Utilizzabile solo per reti con pochissimi nodi.

Rete a Stella

STELLA: PC1 PC2 hub PC3 PC4 HUB: dispositivo hardware specializzato che smista le comunicazioni dei computer.

I Servizi di una Rete

I SERVIZI DI UNA RETE: L'utente di un calcolatore in rete può:

• Fruire di risorse informatiche condivise: stampanti, dischi, calcolatori più potenti ...
• Scambiare dati e messaggi con utenti di altri calcolatori connessi in rete: documenti, e-mail, newsgroups, mailing-list, web ...
• Eseguire applicazioni di uso individuale o di gruppo.

Reti Locali: Sistemi Operativi di Rete

RETI LOCALI: SISTEMI OPERATIVI DI RETE In una LAN si vogliono condividere risorse: di solito, almeno, stampanti e hard disk. Il SO deve permettere anche l'uso di quelle risorse che non sono fisicamente collegate al computer su cui si sta lavorando: i SO dei computer in rete devono quindi dialogare fra loro per permettere la condivisione delle risorse. Il SO gestisce un file system distribuito: l'utente del file system vede un'unica struttura ad albero, ma alcune parti possono risiedere sull'hard disk di un altro computer della rete. Quando si vuole eseguire un programma, il SO seleziona il computer (e quindi la CPU) più scarico su cui il processo deve girare: non è detto che il programma venga fatto girare sulla CPU locale.

Scambio di Informazioni

SCAMBIO DI INFORMAZIONII Affinchè due calcolatori possano scambiarsi dei dati sono necessari:

• Un insieme di regole che regolano lo scambio di dati;
• Un canale fisico di comunicazione tra i due calcolatori;
• La componente hardware della comunicazione;
• Il software per la comunicazione.

Protocolli di Comunicazione

PROTOCOLLI DI COMUNICAZIONE Utilizzati dai calcolatori per dialogare. Come nel caso della codifica dei dati occorre utilizzare degli standard internazionali per problemi di compatibilità. Esempi: modello ISO/OSI (open system interconnection); modello TCP/IP (standard de facto). Il solo collegamento fisico non è sufficiente per permettere la comunicazione fra calcolatori: è necessario anche che ciascun calcolatore sia dotato di una applicazione in grado di effettuare il trasferimento delle informazioni; nella comunicazione tra calcolatori, è necessaria la presenza di uno strato software che consenta lo scambio di dati sulla base di un protocollo. Un protocollo di comunicazione è un insieme di regole e convenzioni che controllano lo scambio di informazioni in una comunicazione: specifica anche il tipo di messaggi consentiti.

Mezzi di Trasmissione

MEZZI DI TRASMISSIONE Per la comunicazione tra calcolatori si possono usare diversi canali fisici di trasmissione:

• Guidati: doppino telefonico = velocità = 1-200 Mbps
• Caso coassiale: velocita = 500 Mbps
• Fibra ottica: bit = assenza/presenza segnale luminoso; velocità = 10 Gbps
• Non guidati: onde elettromagnetiche: satellite, antenne, infrarossi.

Aspetti della Trasmissione di Segnali

ASPETTI DELLA TRASMISSIONE DI SEGNALI

• Condivisione del canale: suddivisione del tempo (TDM); suddivisione dello spettro di frequenze (FDM);
• Direzione della trasmissione:
  • simplex: solo una direzione;
  • duplex: entrambe le direzioni in contemporanea;
  • half-duplex: in entrambe le direzioni, ma non in contemporanea;
• Trasmissione digitale/analogica;
• Trasmissione sincrona/asincrona.

Trasmissione Digitale

TRASMISSIONE DIGITALE 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. Semplificando un po', su questi cavi si ha una variazione del livello di tensione fra due valori: che corrisponde alla trasmissione di bit di valore zero oppure 1.

Trasmissione Analogica

TRASMISSIONE ANALOGICA Per le comunicazioni su lunga distanza, si cerca di sfruttare le reti di comunicazione esistenti, come ad esempio la rete telefonica. La rete telefonica è però fatta per comunicare la voce, cioè un segnale analogico che varia in maniera continua in una banda di frequenze. Sono necessari dei dispositivi per poter usare la rete telefonica come mezzo di comunicazione tra computer: i modem.

Modem

MODEM Informazione = digitale (seq. Bit) Segnali = analogico (continuo) Il modem (modulatore-demodulatore) trasforma bit in segnali e viceversa:

• Modulazione in frequenza: il modem altera in frequenza una sequenza portante ( 0 = freq più bassa; 1 = freq più alta);
• Modulazione in ampiezza, fase ...

I modem attuali hanno velocità di trasmissione di 14.400,28.800,38.400,56.600 bit/sec. Se due computer comunicano con un modem, la velocità di comunicazione è sempre 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.

Trasmissione Seriale/Parallela

TRASMISSIONE SERIALE/PARALLELA Trasmissione di un byte:

• Seriale: se il canale di comunicazione è fatto di un solo filo, il byte è trasmesso un bit per volta;
• Parallela: se il canale di comunicazione ha 8 fili, possiamo trasmettere gli 8 bit in contemporanea.

La trasmissione parallela è più veloce, ma più costosa da implementare: viene usata di solito solo per collegamenti punto a punto e molto corti (es. computer- stampante). La trasmissione seriale è quella normalmente usata nelle reti, locali e non locali.

Il Canale di Comunicazione: Linea Dedicata/Commutata

IL CANALE DI COMUNICAZIONE: LINEA DEDICATA/COMMUTATA

• Linea dedicata: la comunicazione avviene lungo un canale (linea fisica o parte di essa) dedicato esclusivamente ad essa. Ad esempio, due PC connessi da un cavo di comunicazione;
• Linea commutata: il canale viene costruito per ogni nuova sessione di comunicazione, collegando singoli tratti di linee dedicate. Ad esempio, comunicazione tra due computer in internet.
• Con le linee commutate si riducono i costi;
• Due modalità principali: commutazione di circuito; commutazione di pacchetto.

Commutazione di Circuito: La Rete Telefonica

COMMUTAZIONE DI CIRCUITO: LA RETE TELEFONICA I telefoni di un distretto telefonico fanno capo ad una centrale di smistamento, che comunica con le centrali degli altri distretti. Quando telefoniamo, la chiamata viene fatta passare attraverso una o più centrali, fino a raggiungere il numero chiamato. Comunicando fra loro, le centrali costruiscono una connessione diretta fra i due telefoni, che dura tutto (e solo) il tempo della telefonata. Quando due telefoni comunicano, la linea è occupata: nessuno può chiamare quei telefoni. Che succede se usiamo una comunicazione a commutazione di circuito su internet? Disastro: qualsiasi servizio offerto sarebbe disponibile ad un solo utente per volta. Ad esempio, chi riesce a connettersi ad un sito web lo può usare in esclusiva per tutto il tempo che vuole.

Commutazione di Pacchetto

COMMUTAZIONE DI PACCHETTO Ogni messaggio è diviso in tanti pacchetti numerati di dimensione fissa. Ogni pacchetto contiene l'indirizzo del computer destinatario e del mittente. Ogni pacchetto è trasmesso separatamente: una volta inviato, il mittente se ne disinteressa. Ogni pacchetto fa (virtualmente) una strada diversa per arrivare al destinatario. I pacchetti non arrivano necessariamente nello stesso ordine con cui sono stati inviati: il destinatario aspetta di aver ricevuto tutti i pacchetti per ricomporli e ricostruire il messaggio. Ogni pacchetto occupa il mezzo di trasmissione e la scheda di rete per un tempo molto breve: si ha un effetto di parallelismo: ogni computer può essere coinvolto contemporaneamente in più comunicazioni. Instradamento (routing): come far arrivare i pacchetti a destinazione? Ogni nodo della rete mantiene una tabella che indica a quale/quali vicini ritrasmettere un pacchetto non destinato a lui, in base all'indirizzo di destinazione del pacchetto. La scelta del nodo a cui inoltrare il pacchetto dipende anche da situazioni temporanee di carico della rete, guasti ...

Linea Dedicata/Commutata: Esempio

LINEA DEDICATA/COMMUTATA: esempio Nel collegamento ad internet con il telefono: dal PC al provider è in corso una comunicazione a commutazione di circuito: la linea è occupata, perché si sta effettuando una chiamata telefonica. Dal provider verso qualsiasi punto di internet al quale decidete di collegarvi, la comunicazione è a commutazione di pacchetto.

Internet

INTERNET Nata dalla fusione di reti di agenzie governative americane (ARPANET) e reti di università. E' una rete di reti, di scala planetaria, pubblica, a commutazione di pacchetto: sistema di comunicazione tra reti e sistemi eterogenei, oltre che geograficamente distribuiti; vari tipi di dispositivi di interfaccia fra le sotto-reti (repeater, bridge, router, gateway). Utilizza protocolli di comunicazione di dominio pubblico derivati dal modello TCP/IP.