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Modulo 5 Modulo 5 -- Percorso Formativo C1Percorso Formativo C1

23/09/2003Piano Nazionale di Formazione degli Insegnanti

sulle Tecnologie dell'Informazione e della Comunicazione

Conoscenze fondamentali sulle Conoscenze fondamentali sulle retireti


Obiettivi

Identificare e descrivere:

Vantaggi e svantaggi degli ambienti di rete e non di rete. Gli aspetti relativi alla sicurezza, privacy, ridondanza, eccetera, connessi agli ambienti di rete. Aspetti relativi alle convenzioni per i nomi (user-id, e-mail, password, eccetera). Protocolli e standard di rete


Argomenti

IntroduzioneAmbienti di rete Modelli correnti e standard Topologie LAN Protocolli e standard di LAN

ApprofondimentiIntroduzione alle reti di calcolatoriL'architettura di rete tcp/ipMezzi trasmissivi e cablaggioProtocolli di trasporto in internet


Che cosa è una rete?

Una rete informatica può essere definita come un insieme di PC e di altri dispositivi collegati tra loro mediante mezzi trasmissivi che consente lo scambio di informazioni tra gli utenti e la condivisione di risorse.


Quali sono le finalità di una rete?

Condivisione dell’informazione

Condivisione delle risorse

Comunicazione tra utenti

Accesso a risorse remote

Alta affidabilità

Convenienza economica

Crescita graduale


Classificazione

Tra i parametri con cui classificare le reti, due sono particolarmente importanti:

la tecnologia di comunicazione (tecnologia trasmissiva)

l’estensione della rete (scala dimensionale)


Classificazione - comunicazione trasmissiva

Reti di tipo multipunto

(broadcast)

Elaboratore

Connessione

Pacchetto

Reti punto-a-punto.


Le reti multipunto (broadcast)Sono caratterizzate da canali di trasmissione condivisi da tutti i calcolatori della rete.

Ad ogni calcolatore deve essere associato un identificatore univoco (detto indirizzo di rete), associato al dispositivo fisico utilizzato per connettersi alla rete e ogni messaggio inviato da un qualunque calcolatore contiene l’indirizzo del pcdestinatario.

Il messaggio inviato “sulla rete” raggiunge tutti i calcolatori della rete ma solo quello il cui indirizzo corrisponde a quello presente nel messaggio lo tratterrà per elaborarlo


Esempio di rete broadcast

Un unico “canale” condiviso da tutti gli elaboratori


Le reti punto-a-punto

Sono costituite da più connessioni individuali tra coppie di calcolatori.

Nel caso più semplice la comunicazione avviene tra due dispositivi connessi tra loro attraverso un canale di trasmissione diretto.

Nei casi più complessi la comunicazione avviene passando attraverso calcolatori intermedi che instradano il messaggio in modo che possa raggiungere il destinatario.


Esempio di rete punto-a-punto

Elaboratore

Connessione

Pacchetto


Classificazione - scala dimensionale

Le reti possono essere distinte in base alla loro estensione in:

reti locali (Local Area Network, LAN), di limitata estensione (un edificio o edifici adiacenti).reti metropolitane (Metropolitan Area Network, MAN), di dimensioni tali da collegare dispositivi appartenenti ad una stessa area urbana.reti geografiche (Widw Area Network, WAN), di ampie dimensioni (un’ampia area geografica)“reti di reti” (Internetwork), collegano reti differenti situate su tutto il pianeta (internet)


Differenza in termini di distanza coperta

WAN10.000 kilometriPianeta

WAN5.000 kilometriContinente

WAN1.000 kilometriStato o Nazione

MAN100 kilometriArea metropolitana

MAN10 kilometriCittà

LAN1 kilometroCampus

LAN100 metriEdificio

LAN10 metriStanza

Tipo di reteDistanzaArea coperta


Esempio di reti eterogenee interconnesse


Le reti localiLe reti LAN (Local Area Network), in genere:

Sono possedute da una organizzazione (reti private)

Hanno un'estensione che arriva fino a qualche km

Si distendono nell'ambito di un singolo edificio o di

edifici vicini (non si possono, di norma, posare cavi

sul suolo pubblico)

Sono usatissime per connettere PC o workstation


Le Lan - CaratteristicheDimensione limitata

Elevata velocità di trasmissione dei dati ( da 10 a

100 Mbps) con basso ritardo di propagazione del

segnale da un capo all'altro del canale (qualche

decina di microsecondi) e basso tasso di errore

Modularità e facilità di connessione

Espandibilità e flessibilità nella modifica delle

dimensioni della rete

Economicità


Reti MAN

Le reti MAN (Metropolitan Area Network) hanno un’estensione tipicamente urbana (quindi anche molto superiore a quella di una LAN)

Sono generalmente di proprietà di un’ azienda, ma destinate al servizio pubblico (ad es. l’ azienda Telecom Italia mette la rete telefonica a disposizione di chiunque desideri, subordinato al pagamento di una tariffa).


Le MAN - Caratteristiche

Le principali caratteristiche di queste reti sono:

Alte velocità di trasmissione;

Costi molto elevati di realizzazione e di

manutenzione.


Reti WAN

Le reti WAN (Wide Area Network) sono reti geografiche che si estendono al livello di una nazione, di un continente o di un intero pianeta.

Sono generalmente formate da un insieme di più MAN, e il loro accesso è spesso fornito da un ISP (Internet Service Provider) i cui servizi, generalmente, sono gratuiti.


Le WAN - Caratteristiche

Le principali caratteristiche di queste reti sono:

Realizzate su supporto pubblico;Bassi costi;Velocità medio-bassa (da 9.6 Kbps a qualche Mbps) e quindi ritardi elevati;Distanza coperta molto elevata;Richiedono elaboratori dedicati alla comunicazione (router);Utilizzo di linee telefoniche standard come mezzo di comunicazione principale.


Le topologie di rete


Il concetto di topologia

La TOPOLOGIA è la struttura utilizzata per poter collegare tra loro i calcolatori di una rete.È fondamentale, al momento della progettazione della rete, scegliere la modalitàgiusta per evitare problemi futuri.


Le topologie di rete - LAN

Ogni rete LAN è caratterizzata dalla sua topologia, cioè dalla struttura dell’insieme delle connessioni e dal loro numero.

Esistono tre topologie principali:

a busa stella ad anello


Le topologie di rete - LAN

Bus

Stella

Anello


Le topologie di rete - LANEsistono varie topologie che, nel corso degli anni, hanno riscosso fortune alterne.

la topologia ad ANELLO, a causa dei costi, è rimasta relegata ad ambienti prevalentemente aziendali;

nelle scuole si è assistito ad una iniziale proliferazione delle reti a BUS, caratterizzate da investimenti minimi e bassi costi di gestione;

negli ultimi 5-6 anni si sono progressivamente affermate le reti con topologia a STELLA, decisamente più performanti e meno critiche da gestire.


La topologia a BUS


La topologia a BUS

La più semplice ed economica da implementare, è costituita da un cavo dorsale di tipo coassiale a cui vengono collegati i computer. Alle estremità del cavo vengono posti particolari tappi detti terminatori.


La topologia a BUSOgni computer (o nodo) della rete partecipa in modo passivo, restando in “ascolto” e in attesa di messaggi a lui destinati. Ogni nodo può inviare dati, questi vengono ricevuti da tutti i nodi ma solo il destinatario può intercettarli e leggerli.

Il nodo A trasmette al nodo B; C riceve ma non decifra

A B C

OK! ???


La topologia a BUSLa trasmissione di un pacchetto di dati può essere effettuata da un solo nodo alla volta; in caso di conflitto (due nodi che trasmettono contemporaneamente), la rete utilizza una sorta di mediazione.Lo standard Ethernet, per esempio, gestisce le collisioni annullando entrambe le trasmissioni per ritentarle dopo un tempo variabile.


La topologia a BUSMalgrado la semplicità e il basso costo, questa topologia presenta alcuni inconvenienti:

non è affidabile, in quanto un’interruzione del cavo determina il blocco dell’intera rete;difetta in scalabilità, in quanto malgrado sia semplice aggiungere nodi, questi non possono superare un certo limite;non è veloce (max 10Mbps), è la velocità diminuisce drasticamente con l’aumentare dei nodi e del traffico.


La topologia a BUS

SVANTAGGI:poco affidabilenumero max di nodi limitatodecadimento prestazioni in caso di traffico

VANTAGGI:economicasemplice da realizzarefacilmente ampliabile


La topologia ad ANELLO



È costituita da cavi speciali che collegano tra loro i vari computer formando un cerchio chiusoI dati trasmessi scorrono in un solo senso, la trasmissione si intende terminata quando le informazioni, dopo un intero ciclo, ritornano al mittente.



Ogni nodo della rete partecipa in modo attivo, ricevendo ed inoltrando i pacchetti di dati (a volte anche amplificandone il segnale) ad una velocità max di 16MbpsIn caso di interruzione del cavo o guasto ad un nodo, si rischia il blocco dell’intera rete

A

B

C

Il nodo B, ricevuto un pacchetto dal nodo A, lo inoltra al nodo C, che a sua volta…



Si utilizza un sistema a gettoni (token) per evitare conflitti di trasmissione.Il token (un ridotto numero di bit) circola nell’anello da nodo a nodo ininterrottamente, solo chi in quel momento detiene il token può trasmettere dati.Il nodo trasmittente modifica il token per indicare che è in uso e lo trasmette insieme al pacchetto di datiI nodi si passano il token e i dati trasmessi fino al destinatario, che a sua volta modifica il token per indicare l’avvenuta ricezione



VANTAGGI:stesse possibilità per i nodi di trasmetterele prestazioni non decadono aumentando i nodi

SVANTAGGI:scarsamente diffusa, poco economicaIn taluni casi difetta in affidabilità


La topologia ad STELLA


La topologia a STELLA

Ogni nodo è collegato con un proprio cavo ad un apparato centrale chiamato HUB o concentratore

I dati trasmessi (fino a 1000Mbps) giungono all’hub, che replica il pacchetto inviandolo a tutti i nodi collegati

È facile monitorare il funzionamento della rete, grazie alle spie luminose dell’hub

Hub



I dati inviati da un nodo, malgrado vengano ricevuti da tutti i nodi, sono intercettabili solo dal destinatario

In caso di conflitto di trasmissione, la topologia a stella cerca una mediazione tra i contendenti (nello standard Ethernet)

Hub



Dato che ogni nodo è connesso all’hub con un proprio cavo, l’interruzione di questo non interferisce con gli altri collegamenti

Viceversa, l’elemento cruciale in una rete a stella è l’hub; un guasto a questo componente (comunque abbastanza affidabile) comporta il blocco di tutti i collegamenti

Quando i nodi aumentano ed un hub non è più sufficiente, è possibile aggiungere altri hub in cascata: si forma così una topologia mista(stella-bus o stella-anello).


La topologia a STELLA – conclusioni

VANTAGGI:molto diffusa, componenti economicinessuna interruzione in caso di guasti ad un cavo/nodofacilmente scalabile

SVANTAGGI:consistente utilizzo di caviblocco completo in caso di guasto dell’hub


Le topologie MISTE


Le topologie MISTE

Spesso, nel creare una rete di una certa dimensione, si può ricorrere ad un misto di topologieQuasi sempre la struttura a stella è il cardine di una topologia mista, grazie alla possibilità di essere facilmente ampliata e modificata.

collegamento a stella

collegamento a stellacollegamento

a bus


Le topologie MISTE



collegamento ad ANELLO



Le topologie MISTEIn una rete a stella mista, assume fondamentale importanza la qualità dei cavi che collegano tra di loro i vari hub (detti dorsali o backbone)In una rete di grandi dimensioni, l’utilizzo di switchal posto degli hub consente di razionalizzare la circolazione delle informazioni, a fronte di un aumento non indifferente dei costi.Lo switch dirige infatti le informazioni trasmesse solamente verso il nodo destinatario

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