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Le reti di calcolatori

Stefano Bilotta

Corso di Informatica

(Stefano Bilotta) Le reti di calcolatori Corso di Informatica 1 / 96

Le reti di calcolatori

Una rete di calcolatori puo essere definita come un insieme dicalcolatori autonomi reciprocamente collegati mediante una rete dicomunicazione.

Gli utenti di una rete di calcolatori possono interagire in modoesplicito con la rete quando attivano il collegamento con la rete stessa.


Sistema distribuito

Si parla di sistema distribuito quando per la realizzazione diun’applicazione viene utilizzata una rete di calcolatori (sistema diprenotazione di voli aerei, servizio bancomat). In questo casol’applicazione fornita risulta combinata dall’esecuzione di piumacchine.

In un sistema distribuito, l’utente non conosce necessariamenteall’architettura del sistema e interagisce con questo solo parzialmente.


Utilizzo delle reti

Grazie alle reti, e possibile realizzare molteplici applicazioni efunzionalita:

Pubblicazione e condivisione di risorse;

Condivisione e risparmio di risorse hardware e software: si puo adesempio condividere una sola stampante tra piu calcolatori;

Realizzazione di sistemi altamente affidabili grazie alla replicazione dihardware e dati: nel momento in cui un calcolatore della rete nonfosse disponibile causa mal funzionamento i dati sarebbero comunquememorizzati su altri terminali;

Applicazioni di comunicazione remota di utenti:

Suddivisa in modalita sincrone (come una chat) e asincrone (come unamail);

Vendita e acquisto di beni tramite e-commerce.


Nuovi mezzi per vecchi media

Internet rappresenta la rete di reti interconnesse per eccellenza.

Grazie a Internet, si sono sviluppate anche delle tecnologie cheripropongono funzioni che gia esistevano con delle possibilitaaggiuntive:

Comunicazione telefonica mediante connessione;

Email: un sistema postale elettronico;

Radio online;

Internet TV;

Stampa e quotidiani online.


Un po’ di storia

Storicamente, il primo esempio di trasmissione di dati a distanzaappare con il codice Morse mediante telegrafo (1837).

Negli anni 40, nascono i primi collegamenti di terminali remoti atastiere.

Anni 70: primi calcolatori collegati tra loro.

In seguito, proliferano i collegamenti in reti locali e geografiche finoalla nascita di Internet.


Internet

Il termine Internet nasce dalle parole Interconnected Networks (retiinterconnesse).

Le origini di Internet si trovano in ARPANet, un progetto della difesadegli Stati Uniti per la condivisione di informazioni e risorse di calcolocostituito da ARPA (Advanced Research Projects Agency).

Un requisito fondamentale era la resistenza globale ai guasti dellesingole macchine: anche se alcuni computer prevedevano unmalfunzionamento o venivano attaccati, la rete doveva continuare afunzionare correttamente.L’idea di ARPANet si basa sulla progettazione di un sistema distribuitosenza una coordinazione centralizzata.

Nel 73 vengono allacciate connessioni internazionali ad ARPANet.


Sviluppo

Nell’82 nasce il TCP/IP, protocollo di comunicazione utilizzatotuttora in Internet (anche se con opportune evoluzioni).

Grazie alla separazione del progetto militare ARPANet dalla rete,nasce Internet:

Aperta a tutti, sia per quanto riguarda la lettura che la pubblicazionedi informazioni.

In Europa, lo sviluppo della rete Internet e attribuito in prima istanzaal CERN (L’Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare).


Internet oggi

Da allora, Internet e cresciuta con un ritmo esponenziale.

Numero di contenuti e di servizi in continua crescita.

Grazie all’assenza di un’autorita centrale di controllo, la rete diventaun simbolo della libera espressione:

Contro: e molto difficile bloccare la diffusione di materiale illegale, peresempio frutto di pirateria.


Classificazione

Le reti si possono classificare in diverse tipologie.

Le tipologie di connessione di base sono da punto a punto omultipunto.

Inoltre, a seconda dell’estensione, le reti si classificano comepersonali, locali, metropolitane, geografiche o reti di reti (Internet)

La topologia definisce invece come le macchine in rete sono connessetra loro.


Punto a punto e broadcast

Si parla di connessioni punto a punto quando tra due macchine esisteun collegamento diretto che consente loro di comunicare. Questasoluzione non e sempre praticabile per almeno due ragioni:

Calcolatori molto distanti tra di loro;Numero elevato di calcolatori collegati tra di loro.

In contrapposizione alla tipologia punto a punto, nelle comunicazioniin multipunto (o broadcast), il trasmettitore irradia un messaggio chepuo essere ricevuto da chiunque e nell’area del segnale.

In questo caso, nel segnale saranno codificate informazioni chespecificano a chi e destinato il messaggio (in tal caso ad ognicalcolatore e associato un identificatore univoco detto indirizzo di

rete), ed il destinatario ricevera le informazioni mentre le altremacchine le ignoreranno.


Reti personali

La piu semplice tipologia di rete che si puo realizzare e una retepersonale (PAN, Personal Area Network).

Formata da un numero ridotto di dispositivi collegati tra loro esolitamente gestiti da un numero ridotto di utenti.

Esempio: allacciamento di palmari o portatili con un computer fisso,magari per il trasferimento di dati.


Reti locali (LAN)

Un’altra tipologia comune di reti sono le reti locali (LAN, Local AreaNetwork).

Una LAN e una rete di calcolatori di dimensioni limitata che siestende su di un’area ridotta (uno o due edifici vicini).

Esempio: una serie di computer di un laboratorio scientifico ouniversitario, o un insieme di computer collegati tra loro da un router(un dispositivo elettronico che si occupa di instradare i dati trasmessi).


Router

Un router e un dispositivo che consente inoltre di collegare una retelocale ad una rete piu grande (tipicamente, a internet).

Rete domestica

Internet

Router


Reti locali (LAN)

Una LAN e tipicamente realizzata tramite l’allacciamento di computertra loro tramite cavi o Wi-fi.

Grazie alla piccola estensione della rete, e possibile comunicare agrande velocita e con un numero ridotto di errori di trasmissione.

Essendo tutte le macchine collegate solitamente considerate ’fidate’,la condivisione e piu semplice poiche sono meno necessariaccorgimenti per la sicurezza.


MAN, PAN e GAN

Alcune tipologie di reti piu grandi possono essere classificate in baseall’estensione geografica:

Le reti metropolitane (Metropolitan Area Network, MAN) siestendono nella stessa area urbana.

Le reti ’allargate’ (Wide Area Network, WAN) si estendono in un’areageografica piu ampia (es. una nazione).

Le reti globali (Global Area Network, GAN) collegamento reti didimensioni minori (es. LAN) a livello planetario tramite satelliti.

Internet e formata dall’unione di tante reti dei vari tipi.


Topologia a bus

In generale, le reti si possono anche classificare in base alla lorotopologia. La topologia piu semplice e quella a bus: in cui tuttitrasmettono e leggono dati da un canale comune utilizzato inbroadcast.

Lato positivo: la rete funziona indipendentemente da quello chesuccede alle singole macchine.

Lati negativi: limitato numero di computer allacciabili per lelimitazioni dell’uso di un singolo canale e limitata distanza fisica tra icalcolatori.


Topologia ad anello

La topologia ad anello prevede una situazione in cui i calcolatori sonodisposti a cerchio, ed ognuno e collegato con le due macchineadiacenti.

In questo caso, quando un messaggio viene inviato, i calcolatori loinoltrano finche non raggiunge il destinatario.


Topologia ad anello: vantaggi e svantaggi

Rispetto alla topologia a bus, i dati inviati non occupano il canale ditutti calcolatori ma solo di alcuni computer. Tuttavia, sono comunquemolte risorse necessarie per inviare un messaggio in una rete checomprende un numeri grande di macchine.

Dunque, come per le reti a bus, una rete di calcolatori puo essereragionevolmente connessa ad anello solo se il numero di macchine emolto ridotto.


Topologia a stella

Nella topologia a stella invece tutti i calcolatori sono connessi ad undispositivo centralizzato che fa da smistatore.

Maggiore efficienza e sicurezza: ogni computer cosı riceve solo i datiche gli sono destinati

Inconveniente: se il dispositivo centrale si guasta, tutta la rete smettedi funzionare


Topologia a maglia

Nella topologia a maglia, ogni calcolatore e collegato direttamente adun numero generico di altri calcolatori

Si parla di topologia a maglia completa, se ognuno e collegato a tuttigli altri

Comunicazione molto semplice: tra ogni coppia di calcolatori esiste uncanale dedicato.Situazione inverosimile se non per un numero di macchine moltoridotto.


Topologia a maglia: esempio

Vediamo un semplice esempio di topologia a maglia completa


Topologia a maglia incompleta

Nella topologia a maglia incompleta, il flusso di dati dovra seguire unpercorso dedicato per arrivare a destinazione.

La macchina che invia dati li inviera ad una delle macchine collegate,che a sua volta li inoltrera ad un’altra fino ad arrivare a destinazione.

Per determinare a chi inviare e dove inoltrare i dati, per grandi retivengono impiegate tecniche di instradamento complesse.


Topologia a maglia incompleta: esempio

Vediamo un semplice esempio di topologia a maglia incompleta


Topologia a maglia e instradamento

Vediamo un semplcie esempio di percorso da seguire per laconnessione di due macchine.


Topologia a maglia

La topologia a maglia e in generale la tipica organizzazione deicollegamenti tra terminali.

Tale topologia, tramite un’organizzazione efficiente ed opportunialgoritmi di instradamento, puo essere molto efficiente in relazionealle risorse impiegate.

Di fatto, Internet ammette un collegamento tramite topologia amaglia, dove a volte i singoli nodi rappresentano a loro volta delle reti.


Trasmissione

Nella sua versione piu semplice un sistema di trasmissione puo essereschematizzato come segue (in realta i sistemi di comunicazione sonobidirezionali e connettono un numero arbitrario di utenti).


Trasmissione

La sorgente ad intervalli regolari emette una sequenza di simboli cheviene convertita in un segnale e quindi inviata al canale ditrasmissione, il quale trasferisce il segnale al ricevitore che lo devericonvertire in messaggio.

La velocita media con cui si emette l’informazione si dice flusso di

informazione e si misura in bit/s.

Per segnale si intende un insieme di valori che una data grandezzaassume nel tempo. La frequenza del segnale descrive la velocita concui l’ampiezza cambia nel tempo (il numero di oscillazioni al secondoche si misura in Hz)


Trasmissione

La tecnica che viene utilizzata per la decodifica di un segnale intrasmissione e analoga al meccanismo di memorizzazione, tuttavia nelcaso della trasmissione l’evoluzione del tempo tende a complicare lecose.

In particolare, il segnale trasmesso viene decodificato in manierabistatica: assumendo valore 1 quando l’ampiezza e sopra una certasoglia e assumendo valore 0 quando e sotto.


Trasmissione: esempio

Vediamo un esempio di decodifica di un segnale in digitale

1

0

Segnale decodificato

1 1 0 1 0 0 1 0


Frequenze

Una codifica ’esatta’ come quella raffigurata nell’esempio precedentee di fatto impossibile dato che il segnale e continuo e impediscedunque cambiamenti istantanei.

Nella realta il segnale trasmesso risulta molto diverso dal precedente,tuttavia puo assumere la medesima decodifica.

La corretta decodifica di un segnale dipende anche dalle frequenzeche dispone il canale di trasmissione ovvero le frequenze che puogestire (larghezza di banda).

La teoria dei segnali ci dice che all’aumentare della larghezza di bandasi hanno piu bit al secondo che possiamo trasmettere.


Frequenze insufficienti

Avendo a disposizione un intervallo troppo piccolo di frequenze, ilnumero di bit trasmettibili ogni secondo e limitato.

Nell’esempio, si vede come il segnale non viene correttamenteinterpretato in diversi punti.

1

0


1 1 0 ? 0 0 ? 0


Uso di frequenze

In questo esempio, vediamo come con un numero sufficiente difrequenze il segnale trasmesso e un’approssimazione piu chesufficiente, ed i bit vengono tutti letti correttamente.

1

0


1 1 0 1 0 0 1 0


Rumore

Durante la trasmissione di un segnale si puo incorrere in unavariazione casuale detta rumore.

Varie cause: disturbi lungo il canale di comunicazione, imprecisionenella trasmissione o nella misurazione del segnale

Vediamo un esempio di come il rumore puo portare ad unosfasamento nella misurazione del segnale trasmesso:

1

0


1 1 0 1 0 0 1 0

Segnale rilevato


Correzione degli errori

Oltre al rumore, sul canale sono comunque possibili errori ditrasmissione dovuti per esempio a imperfezioni del mezzo fisico

Per rilevare tali errori, si utilizzano i codici di correzione degli erroriche vengono rappresentati da informazioni ridondanti che consentonodi controllare l’esattezza del messaggio.

Esempio piu semplice: i bit di parita.

1 1 0 1 0 1 1 0

0: somma pari

1: somma dispari

inserire:

00 1 1 0 11 1 0 1


Comunicazione

Vediamo i requisiti genericamente necessari per una comunicazionetra due parti.

Parallelamente, vedremo come questi vengono realizzati nellospecifico nelle reti di calcolatori.


Comunicazione: canale fisico

Due o piu dispositivi possono comunicare, scambiandosi segnali, solose e presente tra di essi un’infrastruttura fisica di trasmissionegeneralmente chiamata canale.

Nelle reti esistono vari tipi di canali (come vedremo nello specifico):doppino telefonico, cavi coassiali, fibre ottiche, wireless


Comunicazioni: competenze linguistiche

Come avviene nella comunicazione tra esseri umani anche nelle reti enecessario un linguaggio comune.

Tale linguaggio di base deve essere noto a tutti i partecipanti allacomunicazione.

Nelle reti il linguaggio comune e rappresentato dai protocolli chedefiniscono le regole convenzionali affinche due dispositivi siano ingrado di condividere informazioni.

I calcolatori collegati in rete devono quindi cooperare per stabilire lacomunizione condividendo gli stessi protocolli.


Realizzazione

Per garantire la modularita (varieta) della comunicazione, sidefiniscono in realta insiemi di protocolli, ognuno dei quali e dedicatoad un particolare aspetto della comunicazione.

I protocolli di comunicazione sono organizzati in livelli, e ad ognilivello viene specificato il servizio che deve essere fornito.

L’insieme dei protocolli organizzati in livelli si chiama architettura di

rete. I modelli piu utilizzati per la descrizione e la realizzazione dellereti sono principalmente due: il modello ISO-OSI e quello INTERNET(TCP/IP).


Protocolli ISO-OSI

Nel 1982 l’International Organization for Standardization (ISO) haproposto il modello chiamato Open System Interconnection (OSI)

Il modello OSI-ISO risulta ad oggi un valido modello concettuale manon risulta utilizzato nella pratica. Brevemente, l’architettura delsistema di protocolli per la gestione della rete e descritta utilizzando 7livelli organizzati in pila:

ApplicazionePresentazioneSessioneTrasportoReteData linkLivello fisico


Livelli ISO-OSI

Il livello di applicazione dipende dal processo che sta comunicando idati e le sue funzionalita dipendono dal processo stesso.

Il livello di presentazione si occupa di gestire come vengonorappresentati i dati e di un’eventuale cifratura.

Il livello di sessione si occupa di gestire la sincronizzazione dellacomunicazione.

Il livello di trasporto si occupa della correttezza dei dati trasmessi.

Il livello di rete si occupa dell’instradamento dei dati

Il livello data link si occupa dell’indirizzamento fisico alla macchina acui devono arrivare i dati

Il livello fisico si occupa della trasmissione dei bit tramite il canale


Percorso dei dati

Vediamo come vengano trasmessi i dati tramite lo standard ISO-OSI

Invio dati Ricezione dati

Applicazione

Presentazione

Sessione

Trasporto

Rete

Data link

Livello fisico

Applicazione

Presentazione

Sessione

Trasporto

Rete

Data link

Livello fisico

Nodi intermedi della rete

Rete

Data link

Livello fisico

Rete

Data link

Livello fisico


Il protocollo TCP/IP

La famiglia TPC/IP e il risultato di ricerche degli Stati Unitifinanziato dal Corpo della Difesa per la creazione di ARPANet.

L’obiettivo era quello di far comunicare reti basate su tecnologiediverse. Nel contesto di questa ricerca compare per la prima volta iltermine Internet.

Di fatto, in Internet vengono utilizzati i protocolli TCP e IP e questifurono di fondamentale importanza per il suo sviluppo.

TCP e la sigla per Transmission Control Protocol (protocollo per lagestione della trasmissione).

IP e la sigla per Internet Protocol (protocollo di Internet).


Interazione con TCP/IP

La struttura a livelli risulta quindi la seguente:

Trasmissione dati (livello fisico)

IP

TCP

Protocollo applicazione

(HTTP / FTP / IMAP...)


Livello fisico

Il mezzo fisico utilizzato per la realizzazione del canale di trasmissionee presente ovviamente in tutte le reti. Il mezzo fisico puo esseresuddiviso in due classi che dipendono dal supporto fisico utilizzato.

I mezzi guidati sono utilizzati per trasmettere segnali elettrici tramitecavi oppure segnali ottici tramite fibre ottiche Tali mezzi sonogeneralmente corrispondenti alle connessioni punto a punto.

Il mezzo non guidato per eccellenza e lo spazio (etere) in cui vengonotrasmesse onde radio. I segnali vengono dunque irradiatinell’ambiente circostante (in broadcast) mediante generalmente Retiwireless o sistemi Mobile (cellulari).

Le comunicazioni possono essere realizzate tramite la combinazine diqueste due tipologie.


Mezzi fisici: doppino telefonico

Il doppino telefonico e il mezzo fisico probabilmente piu diffuso ed ecostituito da due coppie o piu fili di rame, isolati ed intrecciati traloro, avvolti da un ricoprimento plastico.

Puo essere utilizzato sia per segnali analogici che digitali.

Tradizionalmente viene impiegato per la telefonia e per ilcollegamento di tra calcolatori in reti locali.


Cavo coassiale

Il cavo coassiale e costituito da un conduttore centrale in rame pienoo intrecciato circondato da uno strato isolante rivestito, a sua volta,da una calza di schermatura in fili di rame. E protetto da una guainaesterna di protezione dalle sollecitazioni meccaniche.

Molto utilizzati nella TV via cavo (ricezione tramite antenna),attualmente molto meno nelle reti di calcolatori.


Fibre ottiche

Le fibre ottiche utilizzano segnali luminosi per la trasmissione dei dati,che vengono trasferiti ad altissima velocita su lunghe tratte

I dati non sono soggetti a degrado per disturbi di radiofrequenza o perinterferenze elettromagnetiche.

I conduttori in fibra ottica sono realizzati in plastica, vetro o vetrorivestito in plastica.


Caratteristiche

Vediamo a confronto alcune caratteristiche dei mezzi fisici ditrasmissione visti:

Mezzo Velocita Larghezza di banda Distanza fra ripetitori

Doppino telefonico 1-200 Mbps 3 Mhz 100m - 5 KmCavo coassiale 500 Mbps 350 Mhz 1-5 KmFibra ottica 10 Gbps 2 Ghz 10-1000 Km


Mezzi non guidati

Nelle trasmissioni non guidate, segnali elettromagnetici sono irradiatinell’ambiente.

In particolare, l’antenna del trasmettitore irradia nello spazio ondeelettromagnetiche che l’antenna del ricevitore capta e decodifica

Le frequenze utilizzate variano a seconda del tipo di trasmissione.

Trasmissione radioTrasmissione microondeTrasmissione infrarossi

In questo caso, sara il ricevente a rilevare che il messaggio eeffettivamente destinato a lui.


Coordinazione di un canale

Una problematica tipica della trasmissione e la coordinazione di uncanale usato da piu parti. Il problema e di evitare la sovrapposizionedelle trasmissioni per una comunicazione corretta.

Due soluzioni sono la suddivisione del canale nel tempo(Time-Division Multiplexing, TDM) o nelle frequenze(Frequency-Division Multiplexing, FDM)


Time-Division Multiplexing

Nel Time-Division Multiplexing, si assegna del tempo a rotazione aivari trasmettitori

Sistema a turni

Frequenze

Tempo

Can

ale

log

ico

1

Can

ale

log

ico

2

Can

ale

log

ico

3

Can

ale

log

ico

4

Can

ale

log

ico

1

Can

ale

log

ico

2

...


Frequency-Division Multiplexing

Nel Frequency-Division Multiplexing, ad ogni trasmittente vieneassegnato un intervallo di frequenze in cui e possibile la trasmissione.

In questo caso, anche se piu computer inviano daticontemporaneamente, sara possibile ricostruire il messaggio inviato daognuno.

Frequenze

Tempo

Canale logico 1

Canale logico 2

Canale logico 3

Canale logico 4

...


TDM e FDM: problemi

Entrambi i metodi visti presentano degli inconvenienti.

Nel TDM, il canale resta inutilizzato nel turno di un trasmettitore, sequesto non ha nulla da inviare.

Nel FDM, il problema e simile: anche se un solo trasmettitore inviadati, potra usare solo una piccola parte del canale, ed il resto resterainutilizzato.


Statistical Time Division Multiplexing

Per ottenere prestazioni migliori viene utilizzata una combinazione neldominio del tempo: STDM Statistical Time Division Multiplexing.

Come nel caso TDM, il canale e diviso nel tempo tra le varie sorgentima gli intervalli di tempo associati non sono prefissati. Una sorgentepuo inviare direttamente i dati quando il canale e libero, tuttaviaviene imposto un limite massimo di flusso di informazione per noncompromettere il canale.

I dati inviati vengono dunque suddivisi in piccole parti, dette pacchetti

(tale suddivisione dei dati e l’operazione inversa di ricongiunzioneviene fatta dal protocollo TCP).


I servizi di trasmissione

I servizi di trasmissione di dati tra calcolatori distanti (separati dasuolo pubblico) sono forniti dalle aziende pubbliche o private chehanno concessione goverativa per la telefonia.

Il motivo di tale situazione dipende dal fatto che spesso vengonoutilizzati gli stessi mezzi trasmissivi gia disponibili per il serviziotelefonico.

In questo ambito si ha la cosiddetta rete commutata, una strutturadove vari calcolatori (host) fanno da nodi di comunicazione, el’informazione viaggia tramite questi nodi mediante un’appositatecnica di instradamento.

Solitamente esistono tanti diversi percorsi tra due nodi, in modo che ilsistema funzioni anche se alcuni nodi smettono di funzionare.

Per trasferire i dati tra i calcolatori collegati alla rete si possonoadottare due diverse modalita di commutazione: commutazione dipacchetto e commutazione di circuito.


Commutazione di pacchetto

I dati sono divisi in pacchetti e quando i pacchetti viaggiano su di unarete commutata, vengono accompagnati da dei dati aggiunti daiprotocolli TCP/IP.

Specificati per esempio il destinatario ed il numero ordinale delpacchetto.

I nodi intermedi esamineranno questi dati, ed a seconda delladestinazione li inoltreranno in direzioni diverse (filosofia del sistemapostale).


Commutazione di circuito

La commutazione di circuito e un’alternativa alla commutazione dipacchetto.

La commutazione di circuito consiste nel creare tra sorgente edestinatario del trasferimento dati un canale di trasmissione dedicatotemporaneo (filosofia della chiamata telefonica).

Alternativa molto meno efficiente: canale dedicato inutilizzatoquando il collegamento non viene utilizzato appieno.

Maggiori garanzie di velocita ed affidabilita altrimenti non disponibili.


Connessione: ISP

Generalmente, per accedere a servizi inerenti a Internet e necessariauna stipulazione di un contratto di fornitura.

In particolare, un Internet Service Provider (ISP) e un fornitore diconnessioni ad Internet.

Si necessita solitamente di un abbonamento a pagamento.

L’utente viene abitualmente identificato tramite un nome utente eduna password.


Connessione a Internet

Comunemente, per connettere dispositivi alla rete Internet, siutilizzano infrastrutture gia presenti come la rete telefonica e lemodalita di utilizzo sono principalmente due: quella analogica (odial-up) e quella digitale (o DSL).

La rete telefonica e stata progettata originariamente per trasmetterein analogico la voce umana mediante canali capaci di gestire unospettro di frequenze compreso tra 3 KHz e 34 KHz.


Collegamento analogico

La rete telefonica non e adatta dunque a trasmettere direttamente leinformazioni digitali dei calcolatori espresse in sequenze di bit.

E’ necessario dunque convertire i segnali digitali in forma analogica(modulazione del segnale) e inviarli alla linea telefonica,ritrasformandoli nei correspondenti segnali digitali dall’altro capo dellalinea (demodulazione del segnale).

Si necessita dunque di un dispositivo da interporre tra il calcolatore ela rete telefonica: il modem.

In questo ambito la trasmissione rimane sotto i 4 KHz e durante ilcollegamento a Internet non e disponibile l’operativita telefonicatradizionale dato che la frequenza di trasmissione e la stessa.

Nel collegamento dial-up i moderni modem raggiungono la velocita di56 kbps per il flusso di informazione.


DSL

Per superare i limiti della connessione dual-up sono stai introdottenuove tecnologie di comunicazione sul doppino telefonico.

La tecnologia DSL (Digital Subscriber Line) sfrutta le frequenzesuperiori a 25 KHz per trasmettere i dati in formato digitale senzainterferire con la normale operativita telefonica della linea.

Tale tecnologia e stata progettata per un servizio di accesso a bandaa utenti privati (subscriber indica l’abbonato telefonico).


ADSL

Il tipo di collegamento ad Internet piu comune e l’ADSL(Asymmetrical Digital Subscriber Line).

La velocita di trasferimento dati e asimmtrica: quella di upload (inviodati alla rete) e molto minore di quella di download (ricezione dati),in quanto cio rispecchia l’utilizzo tipico dell’utente.

Appositi filtri suddividono le frequenze tra quelle destinate al telefonoe quelle al calcolatore.


ADSL: frequenze

Nell’ ADSL le frequenze si ripartiscono quindi come segue:

Telefono

(voce/fax)Upload

Download

(ADSL e ADSL2)

Download

(solo ADSL2)

Frequenze (KHz)

4 26 140 1100 2200


ADSL e telefono

La suddivisione tra dati e linea telefonica viene fatta lato utente daappositi filtri.

Lato provider, i dati vengono suddivisi e smistati tra la normale retetelefonica e Internet.

Filtro ADSL

Modem ADSL

Collegamento

VoIP Filtro ADSL

Internet

Rete

telefonica

Utenza ISPLinea telefonica

Voce Dati

Voce

Dati

Voce Dati

Voce

Dati


ADSL e telefono

Si noti che in generale, anziche di ’modem ADSL’, sarebbe piucorretto parlare di ’router ADSL’ visto che la trasmissione dei datilungo la linea telefonica avviene in maniera digitale lasciando libero ilcanale per il traffico della voce.

Il dispositivo introdotto tra il calcolatore e la rete telefonica si occupasoprattuto di instradare i pacchetti dati piuttosto che modulare ilsegnale.


DSL

Altri standard che sfruttano la tecnologia DSL sono:

Symmetric DSL (SDSL), con uguale velocita di download e upload.

La Rate-Adaptive DSL (RDSL), che prevede la possibilita di adattarela velocita di trasferimento in modo da ottimizzare l’efficienza.

La Very-high-bitrate DSL (VDSL), un’evoluzione della tecnologia DSLche consente velocita di trasferimento piu grandi.


TCP e IP

Come detto per le comunicazioni via Internet si utilizza il protocolloTCP/IP. Vediamo adesso alcune sue caratteristiche.

Le ragioni del successo di TCP/IP vanno ritrovate nel fatto che e unostandard aperto (utilizzabile da tutti) orientato all’affidabilita eall’ottimizzazione delle risorse. Le specifiche di tale protocollo sonoutilizzabili da tutti senza limitazione di copyright.

Di fondamentale importanza e il fatto che il protocollo TCP/IP eindipendente dalla struttura fisica a cui e appoggiata la rete.


Il protocollo IP

Il protocollo IP si occupa del livello di rete, e gestisce lo smistamentodei pacchetti nella rete garantendo che ogni pacchetto arrivi allagiusta destinazione.

In particolare, il protocollo IP assegna un indirizzo univoco ad ognicalcolatore collegato alla rete, rappresentato con un numero intero a32 bit.

L’indirizzo IP e solitamente rappresentato tramite quattro numeri da0 a 255 separati da un punto (la cosideta notazione dotted decimal).

Es. 217.12.160.169 o 173.194.35.184


Indirizzi IP

Un indirizzo IP si divide in due parti: la prima identifica la rete fisicadove risiede l’indirizzo, la seconda identifica la singola macchina.

Un’autorita si occupa dell’assegnamento degli indirizzi, assicurandosiche ogni indirizzo sia unico.

Esistono indirizzi preferenziali riservati, tuttavia l’autorita IANA(Internet Assigned Number Authority) assicura l’unicita di ogniindirizzo.


IP: evoluzione

Attualmente e in uso il protocollo IP versione 4, che tuttavia dovraessere presto rimpiazzato.

Il grande incremento del numero di dispositivi connessi a Internet haprodotto il progressivo esaurimento degli indirizzi IP disponibili.

Teoricamente disponibili 232 indirizzi (circa 4 miliardi), in realta con ilmeccanismo della suddivisione in reti molti vanno perduti.

Per tale motivo, nasce IP versione 6 che usa 128 bit invece di 32 perindirizzo, che introduce ulteriori migliorie per quanto riguarda lagestione del traffico di rete.


Il protocollo TCP

Il protocollo TCP si occupa di gestire l’affidabilita della trasmissione,garantendo la consegna del messaggio in modo completo in tutte lesue parti e ordinato correttamente.

A questo proposito, in ogni pacchetto dati trasmesso mediante TCP epresente un numero a 16 bit per l’indirizzamento detto porta (65536porte disponibili), il quale identifica a quale processo (applicazione) edestinato tale pacchetto.

Anche in questo caso vi sono delle porte riservate dall’IANA, dettewell know ports per alcuni serzizi molto diffusi e di utilizzo generale.Per esempio, la porta 80 e dedicata al protocollo di applicazioneHTTP per le pagine web.


Funzioni di TCP

Inoltre grazie a TCP, i dati che possono arrivare disordinatamentevengono riordinati.

Chiesta inoltre automaticamente la ritrasmissione dei dati corrotti.

Errori rilevati tramite codici di correzione degli errori trasmessi con ilpacchetto.


TCP e IP: incapsulamento

Il destinatario di un pacchetto dati e quindi identificato dall’unionedell’indirizzo IP e della porta TCP.

Vediamo come in questo ambito viene incapsulato un pacchettotramite i vari protocolli.

Pacchetto da inviare

Dati

TCP

Dati

Intestazione

TCP

IP

Dati

Intestazione

IP

Livello fisico

Dati

Intestazione

livello fisico

Canale di trasmissione

Pacchetto ricevuto

Dati

Decodifica intestazione TCP

Dati

Dati

Dati

Decodifica intestazione IP

Decodifica intestazione

livello fisico


IP: indirizzi numerici e simbolici

Per l’utilizzo da parte degli utenti, memorizzare indirizzi IP numericirisulta alquanto scomodo.

Per questo ogni macchina collegata puo essere identificata con unindirizzo simbolico o nome.

Es. euclide.dsi.unifi.it

Il sistema DNS (Domain Name Service) consente di associare ad ogniindirizzo IP numerico un indirizzo simbolico.


I domini dell’indirizzo

Il nome di un dispositivo collegato deve dunque essere una sequenzadi caratteri separata da punti, ogni sequenza identifica un dominio

secondo una costruzione gerarchica.

La stringa piu a destra rappresenta il dominio di primo livello eidentifica la nazione di appartenenza (es. it, en) o la categoria a cuiappartiene il proprietario del dispositivo (com, edu, org).

La penultima sequenza identifica il cosidetto dominio di secondo

livello, cioe l’organizzazione o l’ente che include il dispositivo.

I domini successivi (da destra verso sinistra) sono sempre piu specificifino all’identificazione del dispositivo il cui nome e indicato dallastringa che si trova all’estrema sinistra dell’indirizzo.


Ricerca dell’indirizzo

La ricerca dell’indirizzo associato ad un determinato nome avviene inmodo gerarchico.

Esistono servizi di rete a cui e assegnata la gestione dei domini diprimo livello, che e resposabile di cercare i relativi domini di secondolivello e cosı via. L’operazione viene ripetuta ricorsivamente da serviziche gestiscono i sottodomini fino ad aver risolto l’intero nome.

Es. ricerca di euclide.dsi.unifi.it : il gestore dei domini .it e il primo adessere interrogato, restituendo la locazione di unifi.it . Il gestore diunifi.it sapra identificare il gestore di dsi.unifi.it, che a sua voltaconoscera l’indirizzo di euclide.dsi.unifi.it


DNS e siti web

Il sistema DNS si attua a tutti i nodi della rete, anche a quelli cheforniscono servizi di siti web.

Quando un browser si collega ad una sito web (es. www.google.it),per prima cosa interroga il DNS per ottenere l’indirizzo didestinazione (es. 173.194.35.184) e poi la connessione viene apertaverso quell’indirizzo.


Architetture di rete

Esistono diversi paradigmi per modellare la comunicazione e l’uso diservizi in rete.

Il piu comune e quello client-server: una macchina detta clientrichiede un servizio ad una macchina remota detta server, e questaglielo fornisce.

Quello che succede comunemente quando si scarica una pagina web.

Il server e dedicato alla gestione della politica degli accessi e allamemorizzazione dei dati. I client si connettono al server per prelevarei dati da visualizzare o elaborare. Sul server risiede tipicamentel’archivio che definisce i permessi assegnati a ciascun utente.


Peer to peer

Un altro paradigma per modellare la comunicazione e il peer to peer orete paritetica in cui i ’ruoli’ di client e server non sono definiti, inquanto ogni computer svolge sostanzialmente le medesime funzioni ditutti gli altri.

Tale architettura viene utilizzata per abilitare il servizio di scambio econdivisione di file in reti locali o Internet tra pochi utenti.


World Wide Web

L’architettura client-server e alla base di tutti i servizi applicativi inInternet, ivi compreso World Wide Web (WWW, o brevemente Web).

Per Web si intende una grande applicazione costituita dall’insieme ditutti i server web accessibili su Internet e dai browser che gli utentiimpiegano per navigare (client), finalizzata a rendere accessibili agliutenti stessi i file memorizzati su calcolatori remoti in cui il server webe in esecuzione.


Il protocollo HTTP

Il protocollo HTTP (HyperText Transfer Protocol) e il protocollo diapplicazione comunemente utilizzato per lo scaricamento di pagineweb.

Il client richiedera una pagina web (o anche un file generico) tramiteun identificatore detto URL.

Un URL e formata come segue (alcune parti possono essere impliciteo mancanti).

http://[dominio][:porta]/[percorso]/[file][parametri].

Il dominio identifica il sito dove connettersi; la porta da usare esolitamente la porta 80, implicita se non specificata.Il percorso, il nome del file ed i parametri specificano quale risorsa vienerichiesta sul sito.Es.: http://www.unifi.it/notizie/agenda/ ohttp://www.unifi.it/dipchimica/CMpro-l-s-37.html


Il formato HTML

L’HTML (HyperText Markup Laguage) e il linguaggio per scriverepagine web.

Una pagina web e un ipertesto, cioe un testo che non si devenecessariamente leggere dall’inizio alla fine ma che consente di saltareda un punto ad un altro tramite collegamenti.

Nell’HTML si specificano sia i contenuti della pagina che la suagrafica (es. le immagini contenute, l’impaginazione, il carattereutilizzato...)


Browser web

Come detto, i programmi che consentono di navigare (permettono discaricare e visualizzare pagine web) sono detti browser.

Alcuni dei piu comuni: Firefox, Chrome, Internet Explorer, Opera,...

Nella richiesta di una pagina web, il browser eseguira le seguentioperazioni:

1. L’utente richiede la pagina mediante URL al browser web (es.scrivendola nella barra degli indirizzi).

2. Il browser richiede al DNS l’indirizzo IP del server.3. Il server DNS restituisce l’apposito indirizzo.4. Il browser richiede la pagina al server.5. Il server risponde con la pagina HTML.6. Il browser legge l’HTML e crea la grafica della pagina, che verra

visualizzata dall’utente.


Browser web: esempio

Vediamo un esempio di browser che richiede il sito wikipedia.it

Utente

Richiesta

www.wikipedia.it

Browser

Servizio DNS

Server wikipedia

(217.12.160.169)

Chi gestisce

www.wikipedia.it ?

217.12.160.169

Richiesta pagina

Invio pagina

(HTML)

Creazione grafica

della pagina

Protocolli HTTP/TCP/IP

Protocolli DNS/UDP/IP

1

2

3

4

5

6


Pagine web e contenuto attivo

All’interno delle pagine web, e possibile inserire del codice eseguibileper fare in modo che la pagina interagisca in modo attivo con l’utente.

Vari scopi: animazioni, possibilita di aggiornare parte della paginasenza ricaricarla dall’inizio, giochi online...

Il linguaggio principale per queste funzionalita si chiama Javascript.

Il codice Javascript viene eseguito all’interno del browser equest’ultimo si occupa di controllare che le operazioni svolte sianosicure, altrimenti blocca l’esecuzione.

Operazione a volte non banale: assicurarsi di tenere il browseraggiornato, gli sviluppatori si occupano continuamente di risolvereeventuali problemi di sicurezza.


Sicurezza web

In una generica comunicazione via rete, e necessario assicurarsi cheeventuali dati sensibili non siano intercettati da terze parti.

Tipici dati sensibili: numeri di carte di credito e dati di account (nomeutente e password)Piu genericamente, per motivi di privacy qualsiasi mail e comunicazionepuo necessitare di una comunicazione sicura.

Per come e strutturata la rete, e inevitabile che qualsiasi nodo tra ilmittente ed il destinatario possa leggere i dati inviati.

La soluzione e quella di inviare dati cifrati : chiunque li puo leggere,ma solo il destinatario li puo decifrare e ricostruire il messaggiooriginale.


Crittografia

Esistono algoritmi che codificano un messaggio in base ad un numerodetto chiave.

Solo chi ha la chiave puo codificare e decodificare il messaggio.

Per evitare che un hacker provi tutte le chiavi possibili, si utilizzanochiavi numeriche molto grandi.

Esempio: utilizzando chiavi a 128 bit, occorre provarne mediamente2127 per individuare quella giusta.Anche se avessimo 1000 computer in grado di provare un miliardo dichiavi al secondo, l’operazione. richiederebbe migliaia di anni.Per sicurezza, le chiavi vanno da un minimo di 128 fino a 1024 bit digrandezza

Un altro problema e quello garantire una comunicazione sicura nelmomento in cui serve accordarsi per una chiave.


Crittografia a chiave pubblica

Tali problemi di riservatezza vengono risolti con la crittografia a

chiave pubblica.

Il metodo RSA di crittografia asimmetrica prevede che per ogniutente esista una chiave pubblica ed una chiave privata.

Con la prima si codifica un messaggio; la seconda e necessario perdecodificarlo.

Le chiavi pubbliche vengono rese note a tutti tramite un’appositaautorita, in modo che chiunque possa utilizzarle; ognuno dovra invecetenere segreta la propria chiave privata.

In questo modo, se A vuole inviare un messaggio a B, il messaggioche invia A deve essere codificato (scritto) con la chiave pubblica di B(accessibile a tutti). Allora, solo B puo decodifare (leggere) talemessaggio con la sua chiave privata (propria esclusivamente di B).


Certificati nel web

Inoltre, per garantire che un sito sia effettivamente chi dice di essere(es. la macchina 173.194.35.184 sia effettivamente un server diGoogle) ed abbia una determinata chiave pubblica, esistono deicertificati.

I certificati saranno mantenuti da una determinata autoritaconsultabile al momento dell’accesso ad un sito: e possibile chiedereall’autorita se un certificato e valido o meno.

I certificati non mantenuti dall’autorita sono da considerarsi nonattendibili, visto che chiunque ne puo creare uno.


HTTPS e browser

Quando si accede ad un sito autenticato tramite certificato e si usauna connessione sicura, si utilizza il protocollo HTTPS (HTTPsecure). L’accesso sicuro ad un sito e sempre segnalato durante ad unaccesso con il browser.

Solitamente viene mostrato un lucchetto o un’icona accanto alla barradegli indirizzi e vengono forniti altri dati sul certificato, come laversione o l’autorita che lo ha rilasciato.

M ore inform ation...

You are connected to

google.com

w hich is run by

(unknow n)

Verified by: Google Inc.

Your connection to this w ebsite is encrypted

to prevent eavesdropping


HTTPS e browser

Se il certificato non e valido o non e fornito da un’autoritariconosciuta, il browser lo segnala esplicitamente:

Diffidare del sito visualizzato: potrebbe essere un tentativo di furto didati.

This Connect ion in Unstrusted

You have asked Firefox to connect securely to w w w .facebook.com , but w e can’t confirm

that your netw ork connection is secure.

Norm ally, w hen you try to connect securely, sites w ill present trusted identification to

prove that you are going to the right place. How ever, this site’s identity can’t be verified.

W hat should I do ?

If you usually connect to this site w ithout problem s, this error could m ean that som eone

is trying to im personate the site, and you shoudln’t continue.

Get m e out of here !

Technical Details

I Understand the Risks


Email

L’email (electronic mail, posta elettronica) e un sistema per lacomunicazione asincrona via rete.

Spedibili per mail sia semplice testo che testo formattato tramiteHTML.

E’ possibile allegare alle mail file di tipo generico.


Indirizzi email

Un indirizzo email deve contenere @ (chiocciola, at) che separa ildominio dal nome dell’utente.

Il dominio definisce dove viene mandata la mail e dove questa rimanefinche l’utente finale non la preleva, identificandosi con nome utente epassword.

Il nome dell’utente specifica il nome del destinatario su di unospecifico dominio.

Tipici campi presenti nell’intestazione di una mail: mittente,destinatario, destinatari in copia carbone (cc), destinatari in copiacarbone nascosta (bcc).


Scaricare l’email

Per scaricare le email da un server tramite un programma sul client(es. outlook), vengono utilizzati i protocolli POP3 (Post OfficeProtocol) o IMAP (Internet Message Access Protocol)

Il protocollo POP3 richiede che le mail siano scaricate per interodurante la visualizzazione, mentre il protocollo IMAP permette divisualizzare i dati di base (mittente, oggetto...) e poi permettereall’utente se scaricare tutta la mail (comprensiva per es. di allegati).

Per l’invio viene utilizzato invece il protocollo SMTP (Simple MailTransfer Protocol).

Lo stesso protocollo viene utilizzato per il trasferimento dal server diinvio a quello di destinazione tramite i vari nodi della rete.


Email

Come alternativa (quella di comune utilizzo), si puo accedere allapropria mail direttamente su browser tramite un’interfaccia web, unsito che consente la consultazione (es. gmail).

Le mail rimangono sempre sul server e sono consultabili da qualsiasicomputer.


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