Reti - u n i t o . i t

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Viviana Patti Informatica di base - 3/12/03

Reti

Da leggere:Cap.5Sawyer, Williams (testo A)


Reti: una prospettiva storica

Once upon a time...tutti i calcolatori erano isolati l'uno dall'altro e potevano essere utilizzati solo da chi aveva accesso ad essi. Oggi invece i calcolatori sono connessi a formare delle reti i dati sono fruibili in modo più semplice, anche a distanza -> il loro valore informativo aumenta!dall'interazione uomo-macchina si passa all'interazione uomo-calcolatore remoto


Reti di calcolatori: vantaggi

Condivisione di dispositivi periferici:connettere una periferica costosa (scanner, stampante...) a una rete che serva più utenti.Condivisione di programmi e dati: più utenti usano lo stesso software e devono accedere alle stesse informazioniComunicazione...

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SommarioCos'è una rete:

nodo (host), arco (link), canali di comunicazione

Comunicazione nelle retiscambio di messaggi e protocolli

Topologie di rete e tecnologie di trasmissionereti lineari, ad anello a stellacommutate

Reti LAN e WANTrasmissione analogica e digitale

il modem


Reti di calcolatori insieme di nodi (calcolatori, periferiche, risorse) collegati fra loro da una rete di comunicazione, in grado di comunicare gli uni con gli altri e di condividere applicazioni/datiRete di comunicazione: infrastruttura che rende possibile la comunicazione fra un insieme di dispositivi

Server

PC

PC

Terminale


Terminologia: componenti di una rete

Nodo: un nodo (host) è un qualsiasi dispositivo hardware del sistema in grado di comunicare con gli altri dispositivi che fanno parte della reteArco: i nodi sono collegati mediante archi (link) -> vari tipi di canali di comunicazione: dai semplici cavi telefonici a tecnologie di trasmissione più sofisticate come le fibre ottiche, a tecnologie di trasmissione wireless: collegamenti satellitari;Il tipo di cavo determina la capacità di trasmissione= quantità di informazione che posso trasferire nell'unità di tempoSi parla di banda della rete; unità di misura: bit al secondo: Kilobit (Kb), Megabit (Mb) per secondo

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Comunicazione nelle reti

Scopo fondamentale di una rete di computer:consentire la comunicazione tra i nodi

I nodi si scambiano dei dati sotto forma dimessaggi codificati in forma digitale

Ogni messaggio è caratterizzato da un mittente (S = sender),un destinatario (R= receiver), un insieme di informazioni checostituiscono il corpo del messaggio: tipo di

servizio richiesto da S a R e insieme di dati

S R



Affinché questa comunicazione possa avvenire in modo corretto occorre definire un protocollo di comunicazione

Come nella vita reale si stabiliscono delle convenzioni per il comportamento tra gli individui, nel caso della comunicazione tra gli elaboratori un protocollo definisce quell’insieme di regole che il nodo mittente e il nodo destinatario devono seguire per interagire tra loro



In generale, un protocollo di rete fornisce dellefunzionalità per

gestione dell'indirizzamento (addressing)gestione dell'instradamento (routing)gestione di eventuali errori di trasmissione

(error detection, error recovery, sequence control)gestione della velocità di comunicazione

(flow control)

vedremo un esempio di protocollo di rete quando parliamo di Internet

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Tipi di reti: Topologie

I nodi che formano una rete possonoessere collegati tra loro in vari modi chedeterminano l’architettura o topologia dellarete

La topologia della rete determina la modalità di trasmissione dei dati all’interno della rete

reti punto-punto: più connessioni individuali fra coppie di calcolatori reti multi-punto: canale di trasmissione condiviso da tutti i calcolatori della retecommutate -> reti geografiche


Tipi di reti: Topologie

multi-punto

punto-punto


Cosa valutiamo?

costo: legato al numero e alla lunghezza delle trasmissioni; domanda chiave: "dati N nodi quanti collegamenti devo realizzare?"velocità di trasmissione: il collegamento diretto è il più veloce, se non è diretto devo minimizzare il passaggio per nodi intermedi -> calcolo del tempo di trasmissione sulla base del numero di archi attraversaticomunicazione equamente distribuita fra i vari nodi: no bottle neck!affidabilità, tolleranza ai guasti -> ridondanza

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Reti punto-puntoCiascuna coppia di nodi è direttamente collegatamodalità di trasmissione: point-to-point, uno a uno

Qual'èil numero dei collegamenti necessari dati

N nodi?

N*(N-1)/2


costo alto: più alto è il numero di collegamenti da realizzare -> più alto è il costodifficoltà realizzativa/praticaefficienza della comunicazione:

esiste un collegamento diretto(dedicato per ogni coppia di nodi)

affidabilità: esistono molti camminialternativi per collegare ogni coppia di nodi

(ridondanza)

Reti punto-punto


Tipi di retiTutte le topologie attuali prevedono collegamenti in cui solo alcune coppie di nodi sono effettivamente collegate tramite cavi

I nodi non fisicamente collegati fra loro, sono collegati mediante nodi intermedi (topologie punto-punto ad anello, a stella)

o attraverso canali condivisi (topologia lineare)-> reti multi-punto

(o broadcast)

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Reti ad anelloi nodi sono connessi punto a punto secondo una configurazione ad anello, e non sono tutti direttamente collegati

Numero di collegamenti

N > 2=N

il segnale emesso da un nodo passa al nodo successivo; senon è indirizzato a quel nodo, viene ritrasmesso al nodoseguente, finché non raggiunge il destinatario


efficienza della comunicazione:la velocità di comunicazione è inferiore rispetto alla rete lineare,

i messaggi devono attraversare dei nodi intermedi -> trasmissione in una sola direzione, nel caso medio attraverso metà dei nodiaffidabilità: scarsa, la rottura di un nodo causa un'interruzione delle comunicazioni nella rete

Reti ad anello


Reti a stella

i nodi sono tutti collegati mediante connessioni punto a punto a un nodo centrale detto host

Numero di collegamenti

=N-1

le comunicazioni tra due nodi non sono dirette ma passanoattraverso il nodo host che provvede a smistarle verso il nododestinazione

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la velocità di comunicazionebuona, i messaggi da nodo anodo devono attraversare solo attraverso il nodo centrale

affidabilità: cruciale il funzionamento del nodo centrale: se si guasta ogni comunicazione diventa impossibileProblema: il nodo centrale può diventare il collo di bottiglia della rete: tutto il traffico passa di lì

Reti a stella


Esempio di architettura con hub

Per risolvere il problema del traffico sul nodo centrale si usano dispositivi specializzati detti hubConcentratore (hub): dispositivo di connessione che semplifica il collegamento fisico tra i nodi e instrada i segnaliDorsale: cavo ad alta capacità di trasmissione dei dati

rete a stella


Reti lineari (a bus)Tutti i nodi sono collegati allo stesso mezzo trasmissivo, la dorsale della rete -> RETI MULTI-PUNTOmodalità di trasmissione: broadcast, uno a moltiI dati trasmessi da un calcolatore sono visibili a tutti gli altri Problema principale: condivisione della linea

i messaggi inviati da un elaboratore vengono ricevuti da tutti ma solo l’elaboratore destinatario elaborerà il messaggio, gli altri elaboratori lo ignoreranno

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Comunicazione broadcast: una metaforaDEF di Broadcast: Modalità di trasmissione che prevede l'invio di un messaggio a tutti i computer collegati in reteIn generale si dice che in una rete la modalità di trasmissione è broadcast quando la rete ha queste caratteristiche:

canali di trasmissione condivisi da tutti i calcolatori della retea ogni calcolatore deve essere associato un identificatore univoco (indirizzo di rete); nome logico/indirizzo fisicoun messaggio inviato sulla rete raggiunge tutti calcolatori della rete ma soltanto il calcolatore il cui indirizzo corrisponde all'indirizzo indicato nel messaggio lo tratterrà per elaborarlo


Comunicazione broadcast: una metaforaUn’analogia con questo tipo di comunicazione è quella di una classe in cui docenti e studenti condividono lo stesso mezzo di comunicazione (l’aria). Diventa cruciale decidere chi deve parlare e quando, e gli esseri umani hanno stabilito una serie di regole (un protocollo) per usare questo "canale di comunicazione condiviso"

Si deve dare a ciascuno l’opportunità di parlareNon si deve parlare fino a quando non si è interrogatiNon si deve monopolizzare la comunicazioneSi deve alzare la mano quando si ha una domandaNon si deve interrompere chi sta parlando

Anche le reti di calcolatori hanno dei protocolli, detti multiple access protocol, con i quali i nodi regolano le loro trasmissioni sul canale di broadcast


costi: ho 1 solo arco, la dorsale della rete

facilità di realizzazioneefficienza della comunicazione:

la comunicazione è veloce, un messaggio deve attraversare solo 1 arco, la dorsalela dorsale può diventare il collo di bottigliaaffidabilità: un nodo fuori uso rimane isolato -> l'unico punto debole è la dorsale

Reti lineari

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LAN

Le topologie di reti che abbiamo visto hanno di solito un'elevata capacità di trasmissione (100-1000 Mbit/sec.)

maRidotta scala geografica: (10m - 2-3 KM)Reti di questo tipo sono dette Reti Locali o LAN (Local Area Networks)-> quando devo connettere computer a una distanza maggiore...


Reti commutate

poiché è impossibile collegare fisicamente tutte le macchine, si utilizza una infrastruttura condivisa

Retecomposta

da commutatori:ognuno dei quali

ha il compito

di smistare i dati

a un altro commutatore

etc.

meno veloci:100Mbit/sec

estensione enorme:migliaia di Km

ne riparliamonella lezione su Internet


Tipi di reti: scala

...criterio per classificare le reti legato alla loro scala, che si determina in base alla dimensione dei processori e alla loro distanza

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LAN - Local Area Network

Reti private per la condivisione di risorse all’internodi un edificio o in edifici vicini

elaboratoristampantidati

Sono generalmente di dimensioni ridotteSi possono distinguere a seconda della topologia

(punto-a-punto, ad anello, a stella, lineare)


LAN – Scheda di rete

Per collegare un computer ad una rete locale siusa una scheda di rete che permette di

instaurare una connessione fisica

consente al computer di inviare e ricevere messaggi tramite la rete: es.converte i dati da trasmettere nel formato opportuno, fa in modo che il protocollo di comunicazione sia rispettato

una caratteristica importante è la velocità con cui i dati vengono trasmessi


Gli elaboratori in una LAN possono avere ruolidiversi

Server: elaboratore che può essere condivisodagli altri computer collegati in rete

server gestore dei dati (file server): gestisce la memorizzazione e la condivisione di datiserver di stampa (printer server): gestisce le stampanti disponibili in una rete locale

server di comunicazione: permette l’accesso ad altre reti locali o ad Internet

Client: elaboratore che usa delle risorsecondivise, messe a disposizione dal server

Reti LAN Client/Server

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Reti LAN Client/Server


Esempio di architettura client/serverPensate alla rete in laboratorio:

server -> area dati del docentevostri PC -> il server si preoccupa di gestire la condivisione dei dati sull'area di memoria del docente ai vostri PC collegati in rete


LAN - Software di reteIn una LAN si vogliono condividere delle risorseIl sistema operativo (locale) non è in grado di gestire

le risorse che non appartengono all’elaboratore e siintroduce un nuovo livello nella “struttura a cipolla”: ilsistema operativo di rete

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LAN - Software di reteSupporta l'accesso di più utenti offrendo le funzionalità di riconoscimento tramite passwordGestisce l'accesso alle risorse condivise (es. stampante, o disco di memoria secondaria)...

Windows NT/2000 (tecnologia su cui si basa anche XP, in laboratorio)


LAN - EthernetEthernet è il tipo di rete locale più diffuso

Sviluppata dalla Xerox negli anni ’70 (1976)Qualsiasi computer di qualsiasi tipo prevede lapossibilità di usare una scheda Ethernet perconnettersi alla rete locale

Usa prevalentemente la topologia lineare e una modalità di trasmissione broadcastVelocità di trasmissione: 10, 100, 1000 Mb/sec.


LAN - Modalità di accesso al canale condiviso: CSMA/CD

Non è previsto nessun controllo centralizzato (vigile): tutti i computer sono collegati e potenzialmente possono trasmettere e ogni nodo si preoccupa di trasmettere il messaggio cercando di evitare le collisioniSchema di funzionamento

Quando un computer vuole trasmettere un'informazione...prima verifica che il canale sia libero, poi invia il messaggio in broadcastSe si accorge che un altro computer sta

trasmettendo, aspetta

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LAN - Modalità di accesso CSMA/CD

Se si verifica un conflitto (due o più computer hanno inviato i loro messaggi contemporaneamente) i computer coinvolti si fermano, aspettano per un tempo T casuale, e poi riprovano la trasmissione

-> CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access / CollisionDetection


LAN aperte - interconnessioneOggi raramente una LAN è chiusa, non connessa ad altre reti -> es. InternetEsistono dei dispositivi appositi che fanno da interfaccia e creano queste connessioniBridge: interfaccia di comunicazione per reti dello stesso tipo (es. 2 Ethernet)Gateway: interfaccia per reti con ambienti applicativi diversi (es. 2 LAN basate su sistemi op. diversi)Router: computer che dirige lo scambio di comunicazione fra più reti (es. connessione fra una LAN e Internet); in particolare instradano i pacchetti di dati da una rete all'altra


LAN aperte - interconnessione

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WAN - Wide Area Network

Una rete WAN copre una grande area geografica-> esempio, la rete GARR collega tutte le Università

italianeNella maggior parte delle reti WAN la sottorete di

comunicazione è formata da linee di trasmissione (che spostano i dati fra i vari nodi)elementi di commutazione, ossia calcolatori specializzati usati per collegare due o più linee di trasmissione


Reti Internet Private

Intranet: rete privata interna di un'azienda;condivisione di informazioni utili per condurre il proprio lavoro: informazioni sui prodotti, indirizzi, numeri di telefono Firewall: i dati riservati di un'azienda devono essere mantenuti privati -> firewall: tutti i pacchetti di dati che arrivano da Internet nella Intranet passano attraverso una determinata porta che identifica gli utenti autorizzati, controlla la presenza di virus etc.


Trasmissione: analogico e 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 informazioniSemplificando un po’: su questi cavi si ha una variazione del livello di tensione fra due valori, che corrisponde alla trasmissione di bit di valore 0 oppure 1

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Per le comunicazioni su lunga distanza, si cerca di sfruttare le reti di comunicazione esistenti, come ad esempio la rete telefonicaLa rete telefonica è adatta a comunicare la voce, cioè un segnale analogico che varia in maniera continua in una banda di frequenzeSono necessari dei dispositivi per poter usare la rete telefonica come mezzo di comunicazione tra computer

Trasmissione: analogico e digitale


Analogico e digitaleIn generale l'informazione trasmessa in una rete può essere portata da un segnale analogico o digitaleDigitale

Rappresentazione dell'informazione tipica dei computer: 2 cifre 0 1 rappresentati da due impulsi elettrici “acceso” e “spento”Un mezzo di trasmissione per dati digitali trasmette i segnali elettrici corrispondenti ai due valori in modo discontinuo -> il segnale è costituito da una serie di impulsi discreti


Analogico e digitaleAnalogico

i dati analogici sono rappresentati come variazioni continue della potenza e/o della quantitàvengono trasmessi come segnali elettrici sotto forma di onda continuaMezzi di trasmissione analogici: telefono, radio, televisione e TV via cavo

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Funzione del modem

Converte i segnali da analogici a digitali e viceversaModem significa modulatore - demodulatore; il nome stesso suggerisce le due funzioni di questo dispositivo hardware:

Modula i segnali digitali trasformandoli in segnali analogici Demodula i segnali analogici riconvertendoli in segnali digitali


Funzione del modem


Il modem

Se si deve trasmettere un bit che vale 1 allora il modem fischia una certa nota lungo la linea telefonica altrimenti se deve trasmettere uno 0 fischia una nota differenteChiaramente, il ricevitore deve avere un modem che esegue il lavoro opposto:

se sente un fischio con una la nota associata al bit uguale a 0 allora trasmette al computer un bit 0 altrimenti nell’altro caso trasmette un 1

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Il modem: caratteristiche

I modem attuali hanno velocità di trasmissione di 14.400, 28.800, 38.400, 56.600 bit/sec. Ossia una velocità massima di

non più di 56 Kbit/secSe due computer comunicano tramite 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 Internet Provider)


Il modem nel computer

modem esterno: deve essere collegato alla porta seriale del calcolatore)modem interno: (alloggiato in un apposito slot di espansione della scheda madre)

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