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Reti di calcolatori
Dr. Francesco FabozziCorso di Informatica
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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
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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)
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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
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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
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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
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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
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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)
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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
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Trasmissione parallela e seriale• Trasmissione della stringa: 01010001
Trasmissione parallela0
1 0
1 0
0 0
1Trasmittente
1 0 0 0 1 0 1 0Ricevente
0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1Trasmittente Ricevente
Trasmissione seriale
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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)
Modulopresentazione
Mod. logico-funzionale
Client 1RETE
Mod. logico-funzionale
Mod. gestionedati
Server
Back-end
Front-end
Modulopresentazione
Mod. logico-funzionale
Client 2Front-end
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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
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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
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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
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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
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Domini internetpzuniv.unibas.it
dominio
sottodominio
nome elaboratore
lxplus.na.infn.it
dominio
sottodominio
nome elaboratore
sottodominio
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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
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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
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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
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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/...
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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, …