Le reti di computer: concetti base e tipologie di connessione

Le reti di computer

- Modulo 1
Paola Piergrossi
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1Un pc standalone è un pc che non risulta collegato a nessuna rete. Le risorse locali non
risultano pertanto condivise con altri computer.
Printer
Monitor
or
Screen
-
Cpu or Systems unit
0
0
Keyboard
T
Mouse
Le risorse locali (fisiche!) sono i dispositivi connessi al computer come le memorie di
massa (esempio: hard disk, dvd, usb key, etc.) e le periferiche di I/O (esempio:
stampanti, tastiera, mouse, scanner, etc.).

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Le reti di computer - Modulo 1 | 2Una RETE INFORMATICA è costituita da un insieme di
computer collegati tra loro ed in grado di condividere sia le
risorse hardware (periferiche accessibili dai vari computer
che formano la rete), che le risorse software (programmi
applicativi e file archiviati nelle memorie di massa delle
varie postazioni).
Una rete quindi aggiunge alla capacità di elaborare dati
quella di mettere in comunicazione gli utenti, consentendo
tra loro lo scambio dei dati.

Elementi fondamentali per comunicare

• Il MEZZO TRASMISSIVO rappresenta il livello fisico
  utilizzato per trasmettere l'informazione. In base alla
  tipologia di mezzo utilizzato distinguiamo:
  • Reti Wired: utilizzano cavi fisici

· Reti Wireless: utilizza onde radio a bassa
potenza
Segnale digitale
Segnale analogico
Segnale digitale
0 1 0 11 0 1
000
1
1
O
1
0 1
00
111
0 1
Ciao!
Ciao!
Il modem modula
il segnale
convertendo gli
impulsi digitali in
un'onda analogica.
Il modem demodula
i segnali convertendo
la forma d'onda nella
sua rappresentazione
digital.

• Il PROTOCOLLO è un insieme di regole ben precise che definiscono in modo
  dettagliato le modalità con cui avviene la comunicazione. Entrambe gli
  interlocutori, per comunicare, devono conoscere il protocollo utilizzato.
• Il SERVIZIO è il motivo per cui si instaura una comunicazione. Ad esempio per
  consultare un sito web, salvare un file in rete (File Service) o stampare un
  documento su una stampante condivisa (Printer Service)

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Le reti di computer - Modulo 1 | 3TIPOLOGIE DI RETE:
In generale una rete informatica si può estendere entro pochi metri fino a raggiungere
dimensioni planetarie. La rete informatica assume denominazioni diverse in base alla
sua estensione: PAN, LAN, MAN e WAN
WAN
Wide Area Network
Reti geografiche
-
=
E
MAN
it
Metropolitan
Area Network
Reti metropolitane
LAN
Local Area Network
Reti locali

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Le reti di computer - Modulo 1 | 4PAN: (Personal Area Network): si tratta di una rete che si sviluppa intorno all'utilizzatore
con una estensione di pochi metri.
E' la tipica rete usata per collegare le periferiche ed altri dispositivi (es. macchina
fotografica digitale, cellulare, etc.) al Computer. Per stabilire la connessione basta
portare i dispositivi che si vuole collegare nel corto raggio di copertura di una rete
PAN.
Gli standard di connessione utilizzati sono:
· IrDA (Infrared Data Association - obsoleto): è basato sull'utilizzo di raggi
infrarossi diretti, con portata massima di circa un metro ed una velocità di
trasmissione dati di massima 4 Mbps. La necessità di sistemare i terminali a
distanza visiva ne ha limitato notevolmente gli ambiti applicativi.
. Bluetooth (IEEE 802.15) rappresenta uno degli standard più utilizzati per questa
tipologia di rete. La sua specifica utilizza frequenze di 2,4GHZ con una portata
massima di circa 15 metri ed una velocità di trasferimento dati fino a 2 Mbps.
Con questo standard si può costituire una rete con configurazione di tipo
master-slave, in cui il primo dispositivo attivo diviene il master, consentendo agli
altri slave di comunicare tra di loro
LAN: (Local Area Network) è
costituita da un insieme di
nodi situati solitamente
all'interno di uno stesso
edificio o al massimo in edifici
adiacenti relativi alla stessa
azienda.

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10
UNIVERSITY
B
B
B
MAN: (Metropolitan
Area Network) dette
anche reti
metropolitane si
sviluppano a livello
cittadino.
WAN: (Wide Area
Network) sono reti
geografiche ad elevata
estensione che
consentono di far
comunicare computer
anche ad grandissime
distanze. Internet è la
WAN per eccellenza
0000
0000
100
100
0000
1000 000 8 000 000000
0000 00
-
-
-
----
-
-
-
-
0000
UNIVERSIT
UNIVERSITY
0000 000 8 000 0000
COOD
000
00 0000

Topologie fisiche di rete

La disposizione fisica, cioè la configurazione spaziale di una rete è detta topologia fisica.
Si distinguono le seguenti topologie :

Rete a bus

E' il metodo più semplice per connettere in rete dei
computer. Consiste di un singolo cavo (chiamato dorsale o
backbone) che connette in modo lineare tutti i computer. E'
la topologia utilizzata dalla rete ETHERNET. Quella a bus è
una tipologia di rete passiva: i nodi ascoltano i dati trasmessi
sulla rete, ma non intervengono nello spostamento dei dati
da un computer a quello successivo. Se la backbone si
interrompe l'intera rete smette di funzionare.
Network Bus
Workstation
Server
(c)
Workstation
Server
(b)

Rete ad anello

I computer sono connessi tramite un unico cavo
circolare. I segnali sono inviati lungo il circuito
chiuso passando attraverso ciascun computer che
funge da ripetitore (poiché ritrasmette il segnale
potenziato al computer successivo). E' la topologia
utilizzata dalla rete TOKEN RING e FDDI.

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Rete a stella

Tutte i pc (workstations) sono connessi ad un punto
centrale chiamato HUB.
Se la connessione tra un computer e l'Hub si
interrompe per via di un problema sul cavo, solo quel
computer verrà isolato dalla rete; tutti gli altri
continueranno ad utilizzare la rete. Invece se il
problema è sull'Hub allora saranno interrotte tutte le
attività di rete. Questa topologia presenta i seguenti
vantaggi:
Workstation
· l'espandibilità (basta collegare un altro Hub all'Hub iniziale),
· controllo centralizzato del traffico sulla rete tramite led luminosi che permettono la
diagnostica di ogni ramo della rete.

Rete a maglia o mesh

Nella rete Mesh ogni nodo è capace di dialogare con gli altri tramite collegamenti diretti o
attraverso altri nodi. In origine nelle reti Mesh ogni nodo era connesso fisicamente con
ogni altro nodo (full mesh), adesso un nodo è connesso solamente ad un sottoinsieme dei
nodi detto cluster.
In una rete Mesh ogni nodo oltre a svolgere il classico ruolo di host, svolge anche le
funzionalità di routing, effettuando le operazioni di forwarding dei pacchetti verso gli altri
nodi. Le reti mesh sono dunque caratterizzate dalla proprietà di essere fault tolerant.

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Le reti di computer - Modulo 1 | 8Le reti a maglia si distinguono in:
· Magliata completamente connessa (full mesh): ogni nodo è connesso direttamente con
tutti gli altri nodi della rete mediante un ramo dedicato. Sono le reti che hanno la
maggior tolleranza ai guasti ma costi elevati poiché il numero dei canali aumenta con
legge quadratica rispetto al numero di nodi. E' applicabile solo a reti di piccole
dimensioni dove l'affidabilità è un fattore determinante. In questa tipologia esistono
molti cammini alternativi che connettono ogni coppia di nodi (ridondanza)
· Magliata parzialmente connessa (partial mesh): i nodi risultano parzialmente connessi
tra loro. La tolleranza ai guasti dipende dal numero di canali implementati. La rete
Internet si appoggia a una struttura magliata, di tipo non completamente connesso.
Se vogliamo collegare fra loro N
nodi, sono necessari (N-1) + (N-2)
+ ... + 2 + 1 2 N*(N-1)/2 link (ogni
link permette la comunicazione in
entrambe le direzioni per cui se è
presente un link tra il nodo A e il
nodo B non è necessario il
collegamento inverso tra il nodo B
e il nodo A).

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Topologie logiche di rete

La topologia logica, in contrapposizione con quella fisica, rappresenta il modo in cui i dati
transitano nelle linee di comunicazione. Le topologie logiche più diffuse sono Ethernet,
Token Ring e FDDI.

Ethernet (IEEE 802.3)

Conosciuto con il nome di norma IEEE 802.3 è lo standard di trasmissione dati più diffuso
per rete locale. E' stata sviluppata dalla Xerox negli anni '70 (1976). Usa la topologia
lineare ed una modalità di trasmissione broadcast. I dati sono inviati a tutti i computer
(broadcast) come segnali elettronici che vengono accettati solo dal computer
destinatario, il cui indirizzo fisico è contenuto nel segnale. Poiché un solo computer alla
volta può inviare i dati segue che: maggiore è il numero di computer connessi, maggiore è
il tempo di attesa per i singoli nodi (le prestazioni dell'intera rete diventano scadenti!).

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CSMA/CD

CARRIER
SENSE
MULTIPLE
ACCESS
COLLISION
DETECTION
CSMA/CD
Tutti i computer di una rete Ethernet sono
collegati alla stessa linea di trasmissione. La
comunicazione avviene mediante un
protocollo detto CSMA/CD (Carrier Sense
Multiple Access with Collision Detect).
L'acronimo CSMA/CD indica:
· Carrier Sense (CS): ogni stazione "ascolta" il bus e trasmette quando questo è libero;
. Multiple Access (MA): è possibile che due stazioni, trovando il mezzo trasmissivo libero,
decidano di trasmettere nello stesso momento. Questo succede a causa del ritardo
dovuto al tempo di propagazione del segnale sul bus per cui può capitare che un nodo,
trovando il canale libero, inizi la trasmissione anche se un altro nodo sulla rete lo sta già
facendo.
. Collision Detect (CD): per rilevare le collisioni, una stazione mentre trasmette ascolta il
segnale sul mezzo trasmissivo e lo confronta con il suo. Se sono differenti allora si è
verificata una collisione. I due terminali interrompono le comunicazioni ed aspettano per
un periodo di tempo aleatorio. La prima postazione che avrà terminato questo periodo
riprende a ritrasmettere.

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Token Ring (IEEE 802.5)

La rete Token Ring è una rete ad anello con passaggio del
testimone (token passing). All'interno di questa rete solo un
calcolatore alla volta può trasmettere: quello in possesso di
un particolare messaggio detto token (gettone). Ogni
calcolatore è collegato ad altri due. L'insieme delle
connessioni tra i calcolatori forma un anello.
Quando un computer deve trasmettere attende il passaggio
del token. Se questo risulta libero il calcolatore che deve
trasmettere modifica il token inserendo il contenuto del
messaggio, l'indirizzo del destinatario e quello del mittente.
Il token modificato prosegue di nodo in nodo fino a a
raggiungere il destinatario.
TOKEN
Il destinatario, quando riceve, setta un bit nell'header del pacchetto per confermare
l'avvenuta consegna e lo inoltra al nodo successivo. Il passaggio del token continua
fino al mittente, il quale riscontrata l'avvenuta ricezione, crea un nuovo token pulito
che viene reimmesso nella rete.

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