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IntroduzioneHardware delle Reti

Protocolli di TrasmissioneApplicazioni per la Rete

Idoneita InformaticaReti di Calcolatori

D. Gubiani

Universita degli Studi G.D’Annunzio di Chieti-Pescara

29 marzo 2006

Idoneita Informatica: Reti di Calcolatori D. Gubiani 1



1 IntroduzioneReteUn Po’ di StoriaServizi

2 Hardware delle RetiMezzi di TrasmissioneClassificazione secondo la Modalita di ConnessioneClassificazione secondo la Tipologia di CollegamentoClassificazione secondo la Scala

3 Protocolli di TrasmissioneModello ISO/OSIModello TCP/IP

4 Applicazioni per la ReteInternet ExplorerOutlook




ReteUn Po’ di StoriaServizi

Rete

Una rete e un insieme si sistemi di elaborazione connessi tra diloro attraverso collegamenti fisici al fine di utilizzare nelmiglior modo possibile le risorse disponibili e di offrire variservizi di comunicazione





Un Po’ di Storia

I primi tentativi di trasmissione dati fra due elaboratoririsalgono agli anni ’40

Le reti come le concepiamo oggi hanno fatto le loro comparsanegli anni ’70

- dapprima in ambiente militare- poi negli ambienti universitari

Solo nell’ultimo decennio c’e stata un’espansione globale

Pari passo allo sviluppo delle reti sono aumentati i servizi adisposizione





Servizi

Diversi sono i servizi che la rete mette a disposizione

- condivisione di risorse- comunicazione fra utenti- file transfer- posta elettronica- internet





Condivisione di Risorse - 1

Il collegamento fisico fra diversi elaboratori (nodi) consente dipoter raggiungere risorse di un altro nodo





Condivisione di Risorse - 2

L’utente di un nodo ha il possesso virtuale di tutta una seriedi risorse messe a disposizione dal complesso della rete

Possono essere condivise diverse tipologie di risorse

- unita disco: limita la duplicazione di dati e programmi- stampanti: aumenta la percentuale di tempo di utilizzo- modem e fax





Comunicazione fra Utenti

Attraverso l’utilizzo della rete e possibile la comunicazioneinterattiva fra vari utenti che si trovano fisicamente lontani

Inizialmente i vari utenti potevano organizzare una conferenzacondividendo una scrivania virtuale

I moderni sviluppi permettono di gestire videoconferenze





File Transfer - 1

Il trasferimento di file da un nodo ad un altro della rete puoavvenire facilmente tramite il protocollo FTP (File TransferProtocol)

- l’accesso ai file richiede username e password- la modalita anonymous permette l’accesso a tutti gli utenti e

viene utilizzata per diffondere programmi freeware o shareware





File Transfer - 2

Altri servizi simili:

- banche dati online (ricerche online - thesaurus)- terminale virtuale





Posta Elettronica - 1

La posta elettronica (electronic mail o e-mail) e il servizioattualmente piu conosciuto e usato

Permette lo scambio di corrispondenza fra utenti

Metodologia: un mittente spedisce un messaggio,eventualmente dotato di un oggetto, ad un destinatarioindicando da un indirizzo

L’informazione che si vuole inviare puo non esseresemplicemente un messaggio testuale ma si possono incollareal messaggio file veri e propri (attachment)






Vantaggi:

- il tempo di ricezione dipende dal percorso fisico e dal caricodelle linee, ma e inferiore alla posta tradizionale

- costi concorrenziali rispetto posta, fax e telefono

Rispetto ai collegamenti interattivi e asincrona

- server SMTP- server POP






Tutti gli indirizzi di posta elettronica presentano la forma

utente@dominiodove:

- utente identifica l’utente- dominio individua l’elaboratore che si occupa della gestione

della casella di posta elettronica

Esempio. [email protected]






Le mailing list (o liste di discussione) prevedono meccanismiautomatici per la gestione di discussioni su specifichetematiche

- liste di indirizzi

I newsgroup hanno funzionalita simili alle mailing list ma,invece di utilizzare email, i partecipanti ai gruppi possonoleggere i messaggi da una lista (USEnet o forum)





Internet - Storia - 1

Internet e la rete di calcolatori che collega elaboratori situatiin ogni parte del mondo

Ha origine dalla rete ARPANET, la rete militare delDipartimento della Difesa degli Stati Uniti, nata alla fine deglianni ’70

La vera nascita di Internet e stata nel 1983 per collegare le piuimportanti universita e agevolare la diffusione di informazioniscientifiche





Internet - Storia - 2

Alla fine degli anni ’80, il CERN (Centro Europeo per leRicerche Nucleari) mette a punto la tecnologia WWW (WorldWide Web)

- organizzazione delle informazioni in modo ipertestuale

Dal 1994 l’utilizzo del WWW assieme alla diminuzione deicosti di accesso e di utilizzo della rete, la rete Internet sidiffonde con un incremento esponenziale

Le tecnologie di Internet si sono rivelate cosı efficaci edefficienti che sono state utilizzate anche nell’ambito delle retilocali (Intranet)





Internet - Indirizzi e Nomi

Per collegarsi a un elaboratore e necessario conoscere il suoindirizzo

Un indirizzo puo essere identificato univocamente un nododella rete in due modi

- indirizzo IP (IP address o host number): un codice formato daquattro gruppi di cifre che possono variare da 0 a 250 e chespecificano la rete di appartenenza e il numero del singolo nodoEsempio. 172.18.9.5

- nome: un nome associato ad ogni macchina che corrispondead un particolare indirizzo IPEsempio. www.sci.unich.it





Internet - Indirizzi e Nomi

Il Domain Name System (DNS) traduce i nomi associati aisingoli nodi nel corrispondente indirizzo IP

L’insieme dei nomi collegati a Internet e raggruppato indomini, ogni dominio puo essere suddiviso in sottodomini, ...





Internet - Domini

I domini possono essere di due tipi

- nazionali: it (Italia), es (Spagna), uk (Regno Unito), nl(Olanda), ...

- generici: com (commerciali), edu (istruzioni educative), gov(enti governativi), int (organizzazioni internazionali), mil (forzearmate USA), net (fornitori di servizi di rete), org(organizzazioni per scopo di lucro), ...





Internet - WWW

La tecnologia World Wide Web (WWW) permette di dislocarefra i moltissimi elaboratori connessi alla rete un’immensaquantita di informazioni attraverso un unico ipertesto

distribuito

Un ipertesto e un documento elettronico formato da testo,immagini, suoni e filmati organizzato in modo sequenziale mala cui lettura puo seguire percorsi alternativi





Internet - Link Ipertestuali

Per saltare da un punto ad un altro del documento ipertestualesono utilizzati i link ipertestuali (collegamenti ipertestuali)

- collegamenti associati a particolari parole o immagini chepermettono al lettore di passare ad un’altra parte deldocumento o ad un altro documento logicamente collegato alprecedente con un semplice click





Internet - Protocolli e Linguaggi

Per fare in modo che tutti gli elaboratori possano passarsi datie leggerli nello stesso modo sono stati concordati deglistandard

- HTTP (HyperText Transfer Protocol)

ed un linguaggio di formattazione

- HTML (HyperText Markup Language)

I browser sono dei particolari programmi che utilizzano ilprotocollo HTTP per raggiungere e recuperare le informazionie il linguaggio HTML per impaginare l’ipertesto

- Internet Explorer, Netscape, FireFox, Mozilla,...





Internet - URL - 1

Per identificare i singoli documenti ipertestuali e necessarioassociare ad ognuno di essi un nome particolare

E stato sviluppato l’URL (Uniform Resource Locator) perrappresentare il nome con cui una risorsa e conosciuta nellarete Internet della seguente forma:

tipo://indirizzo/percorso/oggetto





Internet - URL - 2

dove

- tipo e il protocollo di trasferimento o il tipo di servizio (http,ftp, file, ...)

- indirizzo e il nome dell’elaboratore (o indirizzo IP) su cui sitrova fisicamente la risorsa

- percorso e la localizzazione logica all’interno dell’elaboratore

- oggetto e il nome della risorsa





Internet - Motori di Ricerca

I motori di ricerca sono dei sofisticati siti che consentono inmodo automatico, attraverso chiavi o parametri di ricerca, ditrovare le pagine logicamente collegate agli argomenti diinteresse

Esistono due tipi di motori di ricerca

- liste precompilate: gli indirizzi dei siti sono organizzati in modogerarchico per argomenti (Yahoo e Virgilio)

- motori di ricerca dinamici: sono dei veri e propri databasecostantemente aggiornati in modo automatico tramite l’utilizzodi software robot che scandagliano continuamente la rete(Altavista e Arianna)




Mezzi di TrasmissioneClassificazione secondo la Modalita di ConnessioneClassificazione secondo la Tipologia di CollegamentoClassificazione secondo la Scala

Mezzi di Trasmissione

Necessita di un supporto fisico per il collegamento

Il mezzo trasmissivo incide sulle caratteristiche della rete

- prestazioni- costi





Categorie di Mezzi Trasmissivi

Tre categorie di mezzi:

- mezzi elettrici (energia elettrica)- onde radio (onde elettromagnetiche)- mezzi ottici (luce)

Limitazioni nelle prestazioni

- attenuazione del segnale- rumore





Doppino Telefonico

Coppia di fili di rame

Velocita fino a 9600 bps (100 Mbps)

Bassa sensibilita a disturbi esterni

Di semplice utilizzo (spesso gia posato) ed economico

Per reti locali e tratti di reti piu grandi





Cavo Coassiale

Coppia di cavi coassiali

Insensibile alle interferenze elettromagnetiche

Velocita fino a 106 bps

Attualmente viene sostituito dal doppino telefonico nellepiccole reti e dalle fibre ottiche sulle distanze piccole





Fibre Ottiche

La luce viaggia in vetro filato in diametri molto piccoli,ricoperto da materiale opaco

Un unico cavo ne contiene centinaia

Distanze di centinaia di Km

Velocita di 109 bps

Immune dai disturbi elettromagnetici

Costi elevati





Ponti Radio o Satellitari

Onde elettromagnetiche trasmesse tramite antenne o satelliti

Utilizzati per grandi distanze

Ritardo nella comunicazione dell’ordine delle centinaia di ms

Costi elevati





Modalita di Connessione

Si possono distinguere due distinte modalita di connessione

- commutazione di circuito (circuit switching)- commutazione di pacchetto (packet swiching)





Commutazione di Circuito - 1

La commutazione di circuito stabilisce un canale dedicato frautente e destinatario

- l’utente stabilisce la connessione- utilizza la connessione- rilascia la connessione

I messaggi inviati dal mittente vengono ricevuti daldestinatario nello stesso ordine in cui sono stati spediti





Commutazione di Circuito - 2

La commutazione di circuito e tipicamente usata nellecomunicazioni telefoniche





Commutazione di Pacchetto - 1

La commutazione di pacchetto e una tecnica utilizzata percondividere un canale di comunicazione tra piu stazioni

Dati trasmessi vengono trasmessi in piccoli frammenti cheviaggiano indipendenti

- la sorgente suddivide i messaggi in pacchetti- la destinazione ricostruisce i dati originali

Ogni pacchetto contiene informazione sufficiente per laconsegna e puo seguire cammini diversi





Commutazione di Pacchetto - 2

Utilizzata generalmente per realizzare reti di calcolatori





Tipologia di Collegamento

Il metodo con cui sono collegati i vari elaboratori (topologia)influenza le caratteristiche della rete

- tolleranza ai guasti- costi

Si possono distinguere due tipologie di trasmissione

- punto-a-punto (point-to-point)- a diffusione globale (broadcast)





Collegamento Punto-Punto (point-to-point)

Collegamento fra due singoli nodi

Il collegamento punto-a-punto fra diverse coppie di nodi e allabase di reti piu complesse

I messaggi (pacchetti) inviati dal mittente per raggiungere ildestinatario potrebbero dover visitare piu nodi secondo diversipossibili cammini





Topologia a Stella

Nodi collegati mediante canali punto-a-punto ad unelaboratore centraleFacile individuazione dei guasti

- l’elaboratore centrale e critico

Usato per reti locali





Topologia ad Anello

Collegamento punto-punto fra i nodi a creare un anello chiuso

I messaggi viaggiano in un solo senso

L’interruzione di un collegamento blocca l’intera rete

Possibile soluzione: raddoppiare l’anello





Topologia a Maglia

Collegamento punto-punto fra coppie di nodi in cui per ogninodo sono presenti anche piu di due connessioni con altri nodi

Si parla di maglia completa quando tutti i nodi sono collegatia tutti gli altri nodi della rete

Internet usa una topologia a maglia incompleta





Collegamento a diffusione globale(broadcast)

Un singolo canale e condiviso da tutti i nodi della rete (piu didue nodi)

I messaggi (pacchetti) inviati dal nodo mittente vengonoricevuti da tutti gli altri nodi che li analizzano e solo se eindirizzato a loro viene elaborato





Topologia a Bus

Un unico canale (BUS) collega tutti i nodi della rete

Condivisione del bus attraverso protocolli

Molto economica e molto usata

Non tollerante ai guasti





Classificazione secondo la Scala

Secondo la scala (dimensione) le scale possono esseresuddivise in:





Reti LAN

Una rete locale o LAN (Local Area Network) e composta daun gruppo di nodi (elaboratori e altre risorse) che si trovanoall’interno dello stesso edificio ed utilizzano mezzi ditrasmissione dedicati

- piccola rete (2-30 utenti)- non attraversa il suolo pubblico- velocita da 10 a 100 Mbps

Esempio: Ethernet





LAN: Storia

Le prime LAN nascono alla fine degli anni ’70

Presentavano una topologia a bus o ad anello e utilizzavanocavi coassiali

Attualmente, presentano la topologia a stella e usano oeconomici doppini di rame o veloci fibre ottiche





Reti Senza Filo

Soprattutto con il grande sviluppo dei portatili ha portato allosviluppo delle reti senza fili o wireless

- veloce installazione- potrebbe essere piu economica

Presentano alcuni svantaggi: capacita piu bassa rispetto alleLAN con filo, rapporto di errore piu alto





Reti MAN

Una rete metropolitana o MAN (Metropolitan Area Network)e una versione ingrandita di LAN e utilizza tecnologie simili

Puo coprire piu edifici o intere citta

Puo essere pubblica o privata





Reti WAN

Una rete geografica o WAN (Wide Area Network) copre unagrande area geografica (nazione o continente)

In genere una WAN e composta da un insieme di sottoreticollegate fra di loro




Modello ISO/OSIModello TCP/IP

Protocolli di Trasmissione - 1

Ogni rete e composta da dispositivi HW e risorse SW

Un protocollo di trasmissione e un insieme di regole atte aspecificare come i vari nodi della rete devono interagire

Per ridurre la complessita di progettazione i protocolli sonoorganizzati in strati o livelli

Lo scopo di un livello e quello di offrire certi servizi al livellosuperiore che possono essere:

- controllo dell’errore (affidabilita)- controllo del flusso (evita il sovraccarico)- frammentazione e riassemblaggio- multiplexing- stabilire la connessione





Protocolli di Trasmissione - 2

In particolare, un protocollo governa il formato e il significatodei blocchi di informazione, dei pacchetti o dei messaggi chevengono scambiate fra le entita pari

Fra ogni coppia di livelli c’e un’interfaccia che definisce qualioperazioni e servizi offre il livello sottostante a quello superiore

Un insieme di livelli e di protocolli e chiamato architettura direte





Schema Generico di Protocolli diTrasmissione





Messaggi fra Livelli

Ogni livello comunica con quello corrispondente di un altronodo per mezzo delle informazioni memorizzate nelleintestazioni dei messaggi che vengono inviati

Ogni strato aggiunge la sua intestazione davanti al messaggioproveniente dal livello immediatamente superiore

Le intestazioni sono concatenati all’inizio del messaggio equando il messaggio attraversa la rete vengono decodificatelivello per livello





Tipi di Servizi Forniti dai Protocolli

I protocolli forniscono due tipi di servizi

- orientati alla connessione (connection oriented)- privi di connessione (connectionless)





Servizi Orientati alla Connessione(Connection Oriented)

Sono modellati sul sistema telefonico

- l’utente stabilisce la connessione- utilizza la connessione- rilascia la connessione

I messaggi inviati dal mittente vengono ricevuti daldestinatario nello stesso ordine in cui sono stati spediti





Servizi Privi di Connessione (connectionless)

Sono modellati sul sistema postale

Ogni messaggio viaggia in modo indipendente anche se vieneinviato dallo stesso mittente al medesimo destinatario allostesso momento

- ogni messaggio porta con se l’indirizzo del destinatario- l’ordine di ricezione e indipendente dall’ordine di avvio





Modello ISO/OSI

L’ISO (International Standard Organization) ha definito ilmodello ISO/OSI (Open System Interconnection) che si basasu 7 livelli





ISO/OSI: Livelli - 1

Per ogni livello sono definiti i servizi, i protocolli dicomunicazione e i dettagli operativi

- Applicazione: contiene un insieme di protocolli perpermettere che i programmi applicativi possano comunicare(es. terminale virtale, trasferimento file, mail agent, ...)

- Presentazione: gestisce la sintassi e la codifica (es ASCII,EBCDIC) che puo avere diverse rappresentazioni interne

- Sessione: organizza (sincronizza, tiene traccia dellecomunicazioni correnti) il dialogo tra i due end-system ed eraramente utilizzato






- Trasporto: fornisce il trasferimento trasparente end-to-enddell’informazione (frammentazione del flusso in trame,correzione errori, prevenzione della congestione,..)

- Network: gestisce l’instradamento dei messaggi, cioedetermina come i pacchetti devono percorrere la rete perraggiungere dal sorgente il destinatario e include i protocolliX25 (connection oriented) ed IP (connection-less)






- Data-Link: si occupa della trasmissione affidabile, quindipriva di errori di trasmissione non segnalati, mediantel’inserimento di Frame Control Sequence (FCS), edecomprime i dati da spedire in pacchetti spediti in sequenzaattendendo poi il messaggio di avvenuta ricezione

- Fisico: si occupa della trasmissione di sequenze binarie sulcanale di comunicazione





ISO/OSI: Invio Dati

Se un processo mittente vuole inviare dei dati a un processodestinatario utilizzando il modello ISO/OSI:

- passa i dati al livello applicazione che aggiunge la suaintestazione e passa il blocco dei dati al livello di presentazione

- questo processo viene ripetuto fino al raggiungimento dellivello fisico

- a livello fisico il blocco di dati viene trasmesso al destinatario- salendo nei livelli, ogni livello elimina la relativa intestazione- al processo destinatario arriva il messaggio originario





Sistemi Intermedi

Non sempre lo scambio di informazioni avviene direttamentetra le applicazioni dei due sistemi finali (End Systems)

La connessione spesso comporta l’attraversamento di sistemiintermedi che fungono da inoltratori (relayers) di informazione

Gli inoltratori assumo nomi diversi secondo il livello in cuiavviene l’operazione:

- Ripetitore (livello 1)- Bridge (livello 2)- Router (livello 3)- Gateway (livelli superiori)





Comunicazione fra Livelli





Modello TCP/IP

La rete Internet, sviluppata durante la fase distandardizzazione ISO, ha imposto come standard il modelloTCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)

piu liberta rispetto ad ISO/OSI





Modello TCP/IP: Livelli

Ogni livello ha diversi compiti:

- Internet: permette ad un host di inviare pacchetti in unaqualsiasi rete in modo che viaggino indipendentemente verso ladestinazione e sfrutta il protocollo IP (Internet Protocol) che sioccupa di consegnare i pacchetti dove si suppone debbanoandare (scelta del cammino)

- Trasporto: serve per portare avanti la comunicazione framittente e destinatario e si basa su due protocolli: TCP(Transmission Control Protocol) orientato alla connessione eUDP (User Datagram Protocol) privo di connessione

- Applicazione: contiene tutti i protocolli ad alto livello:TELNET (terminale virtuale), FTP (trasferimento di file) eSMTP (posta elettronica)





Protocollo IP

E un protocollo del livello internet che fornisce un servizioprivo di connessione

Fornisce la comunicazione logica fra gli host

Invia ogni pacchetto al destinatario ma non da garanzie sullaconsegna, sull’ordine e sull’integrita dei dati

- il destinatario e identificato dall’indirizzo IP





Protocollo TCP - 1

E un protocollo del livello di trasporto che fornisce un servizioaffidabile orientato alla connessione

Estende il servizio di spedizione del protocollo IP individuandounivocamente i processi a cui devono essere consegnati i datiattraverso le porte associate ai processi (multiplexing edemultiplexing dell’applicazione)

Controlla l’integrita (correttezza e ordine) dei dati mediantel’utilizzo di campi di rilevamento dell’errore





Protocollo TCP - 2

Fornisce un trasferimento affidabile dei dati usando controllodel flusso, serie di sequenze, riscontri e timer

Controlla la congestione prevenendo la saturazione




Internet ExplorerOutlook

Internet Explorer




Internet ExplorerOutlook

Outlook


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