INFORMATICA CdL in Scienze e Tecniche Psicologiche

INFORMATICACdL in Scienze e Tecniche Psicologiche

Parte IVLe reti informatiche

(Come colleghiamo i computer?)

1

Reti di computer• Tipi di reti:

– Locale: di un’università, azienda, scuola, ecc.

– Geografiche: per esempio Internet (la rete delle reti).

• Cambiamenti portato da Internet (da Snyder):– Nessun luogo è remoto.– Le persone sono interconnesse.– Le relazioni sociali stanno

mutando.– L’inglese sta diventando un

linguaggio universale.– La libertà di parola e di

associazione si è estesa.

Mainframe Server

Switching node

Reti di computer

• Perché collegare i computer nelle reti?– Condivisione risorse:

• Risorse fisiche: per esempio non è economico comprare 1 stampante laser per ogni personal.

• Dati e programmi: per esempio base di dati a cui molti utenti (da diversi computer) possono accedere.

– Sistema di prenotazioni e assegnamento posti di una compagnia aerea, sistema informativo di una banca, ecc.

– Comunicazione tra utenti in locazioni fisiche differenti (scambio di messaggi e dati).

• Comunicazioni in ambito di ricerca, lavoro cooperativo, possibilità di volgere attività di lavoro a casa (tele-lavoro), ecc.

Il modello centralizzato• Anni ’70: modello centralizzato

(time-sharing multi-utente). – Il collegamento di molti utenti ad

un unico elaboratore potente (centralizzato) attraverso terminali.

• Terminale: usato solo per inserire dati e ricevere dati per la visualizzazione (per esempio, con tastiera, schermo, mouse, ma senza capacità di elaborazione).

• Svantaggio: più utenti necessità di usare computer (centralizzati) più potenti.

Il modello distribuito

• Anni ’80: il modello distribuito.– Collegare in rete gli elaboratori (di varie potenze, tipi, nella stessa

località o in località diverse).

• Vantaggi rispetto al modello centralizzato:– Flessibilità:

• In un sistema centralizzato, in caso di guasto all’elaboratore centrale nessuno può lavorare.

• Nel caso distribuito invece, la rottura di una macchina blocca un solo utente mentre gli altri possono continuare a lavorare.

– Economicità:• In termini di costi, è più conveniente acquistare molti elaboratori

personali e collegarli in rete.

Internet• Nato da ARPAnet (creato alla fine degli anni ’60, una rete singola e chiusa)

e altre reti (reti proprietarie).• Rete delle reti: basato sull’interconnessione delle reti (eterogenee) già

esistente (inter-networking).– Idea di interconnessione tra le reti è dei primi anni ’70.

Rete 1Rete 2

Rete 3

Router

Router

Router

Router

Internet

• Anni ’90: esplosione di Internet.– In particolare, negli primi anni ’90: creazione del World Wide Web.

• Dicembre 2008: 1,5 bilioni di persone hanno accesso ad Internet (circa 41% in Asia, 25% in Europa, 16% in America del Nord, 8% in America del Sud, 3% in Africa, 3% in Medio Oriente, 2% in America centrale, 1% in Oceania).– Informazione dal sito www.internetworldstats.com

• Principalmente, studieremo Internet in questa parte del corso.

Tipi di comunicazione• Comunicazione sincrona: il

mittente e il destinatario sono attivi nello stesso momento.– Per esempio, una conversazione

telefonica.

• Comunicazione asincrona: l’invio e la ricezione hanno luogo in istanti diversi.– Per esempio, una cartolina.

• Comunicazione broadcast: un singolo mittente e molti destinatari.– Per esempio, la radio, la TV.

• Comunicazione multicast: un singolo mittente e un numeri limitato di destinatari:– Per esempio, le riviste.

• Comunicazione point-to-point: un singolo mittente e un singolo destinatario.– Per esempio, il telefono.

Tipi di comunicazione

• Internet può essere considerato come un mezzo di comunicazione universale.– Asincrona point-to-point: per esempio, la posta

elettronica.– Sincrona point-to-point: per esempio, Instant Messaging,

Voice over IP.– Multicast: per esempio, gruppi di piccola o media

dimensione possono comunicare nelle chat.– Broadcast: per esempio, le pagine web.

Componenti di Internet

Host (o sistema terminale)

Commutatore di pacchetto

Modem

Stazione base

Collegamento satellitare


Rete aziendale

ISP locale

ISP distrettuale


• Host (o sistema terminale):– Tradizionalmente, un PC, un workstation, o un computer più potente.– Sempre più connessi i sistema terminali come portatili, PDA, televisori,

telefoni cellulari, automobili, elettrodomestici, ecc.• Collegamenti (communication link):

– Di vari tipi: cavi (di rami, fibre ottiche ecc.), onde elettromagnetiche (collegamenti senza fili, satellitari ecc.).

• Commutatori di pacchetto:– I computer vengono connessi in un modo indiretto tramite dispositivi

di instradamento.– Prendono informazioni da uno dei collegamenti e ritrasmettono su un

altro collegamento (verso la destinazione finale).


• ISP (Internet Service Provider):– Potrebbe essere istituzionale (per esempio, le compagnie

telefoniche), aziendale, universitari ecc.– Contiene un insieme di collegamenti e commutatori di

pacchetto.– Fornisce ai sistemi terminali vari tipi d’accesso ad Internet.

• Per esempio, dial-up a 56 Kbps via modem, a banda larga, senza fili ecc.

– Fornisce anche ai fornitori di contenuti l’accesso a Internet.

• Per esempio, per connettere un sito web a Internet.

Client/server

• I host possono essere identificati come client e/o server.

• Client: il computer che richiede servizi da un altro computer.– Normalmente: i PC, PDA, ecc.

• Server: il computer che fornisce un servizio a un client.– Normalmente: computer potenti.

Client/server

• Esempi di server (in una rete locale):– Server gestore dei dati (file server): gestisce la memorizzazione e la

condivisione di dati.– Server di stampa (printer server): gestisce le stampanti disponibili nella

rete. – Server di comunicazione: permette l’accesso ad altre reti locali o ad

Internet.• Esempio di server (in Internet):

– Web server: risponde alle richieste per accedere a una pagina web.– Server di posta elettronica: riceve e memorizza email, permette la

lettura della casella di posta elettronica.

Client/server

• Tipicamente, in un certo (lungo) intervallo di tempo:– Un host può essere client di molti server.– Un host può essere server di molti client.

• Per esempio: un client può richiedere tanti siti web, un web server può fornire una pagina web a tanti client.

Server

Server

Server

Server

Server

Server

Client

Client

Client

Client

Client

Client

ClientClient

Client/server

• Nel contesto di software per le reti:– Programma client: un programma eseguito da un host che richiede e

riceve un servizio da un programma server in esecuzione su un altro host.

– Programmi Peer-to-peer (P2P): un programma P2P sul host funziona sia come client che come server.

• Un host in questo caso viene chiamato peer.• Un host agisce come client quando richiede un documento da un altro

peer.• … agisce invece come server quando invia un file a un altro peer.• Esempio: la telefonia Internet (Voice over IP), condivisione dei file (file

sharing).

I protocolli

• I protocolli controllano l’invio e la ricezione di informazione in Internet, e nelle reti in generale– Usati dai sistemi terminali, i commutatori di pacchetto e altre parte di

Internet.

• Dal testo “Internet e Reti di Calcolatori” di Kurose e Ross:– “Un protocollo definisce il formato e l’ordine dei messaggi scambiati

tra due o più entità in comunicazione, così come le azioni intraprese in fase di trasmissione e/o di ricezione di un messaggio o di un altro evento.”

• I principali protocolli in Internet: nome collettivo di TCP/IP.– TCP: Transmission Control Protocol.– IP: Internet Protocol.

I protocolli

• Un analogia:

Tempo Tempo

Ciao

Ciao

Sai l’ora?

2:00

I protocolli

Tempo Tempo

Richiesta di connessione TCP

Get http://www.di.unito.it/topolino

<file>

Risposta di connessione TCP

I protocolli

• Il protocollo usato quando si invia una richiesta per una pagina web:– Nostro computer invia la richiesta per una connessione al

server web (il computer che fornisce la pagina web).– Il server web risponde con un messaggio di risposta di

connessione.– Nostro computer invia il nome della pagina che vuole

prelevare tramite il messaggio “Get”.– Il server web restituisce la pagina (<file>) a nostro

computer.

I protocolli

• Un protocollo “monolitico” che realizzi tutte le funzionalità necessarie per la comunicazione tra elaboratori in rete è difficile da realizzare.

• Inoltre, se cambia qualche componente della rete, si deve modificare l’intero protocollo.

• Per ridurre la complessità di progettazione la maggior parte dei protocolli è organizzata come una serie di livelli.– Il numero dei livelli, il loro nome, le

funzionalità differiscono da una rete ad un’altra.

I protocolli

Francese

Francesea inglese

Inglese Inglese

Inglese a tedesco

Tedesco

I protocolli

• Nei protocolli di comunicazione nelle reti si ipotizzano dei livelli.– Il livello n di un dispositivo in rete

comunica (virtualmente) con il livello n di un altro dispositivo.

• In realtà nessun dato viene trasferito da un livello n ad un altro (n>1) ma passa ad un livello sottostante.– Un protocollo di livello n svolge

le sue funzioni usando i servizi forniti dal livello n-1 e fornisce i servizi al livello n+1.

I protocolli

• Per ogni coppia di livelli adiacenti esiste una interfaccia.• Al di sotto del livello più basso c’è il mezzo fisico che serve

per il trasferimento dei dati.• Un livello di protocollo può essere implementato via

software, hardware, o in modo combinato.• Possibili svantaggi del uso dei livelli:

– La possibilità che un livello duplichi le funzionalità di quello inferiore.

– Un livello può richiedere informazioni presenti solo in un altro livello.

I protocolli Internet: TCP/IP

• La famiglia di protocolli TCP/IP - cinque livelli:

Applicazione

Trasporto

Rete

Collegamento

Fisico

Applicazione

Trasporto

Rete

Collegamento

Fisico


IP

TCP UDP

HTTP FTP SMTP TELNET DNS… …

Livello di applicazione

Livello di trasporto

Livello di rete

Livello di collegamento

Livello fisico


• I protocolli del livello di applicazione:– Ruolo: vari funzioni, relativi ai programmi applicativi di

Internet usati dagli utenti.– Per esempio:

• SMTP: Simple Mail Transfer Protocol.• FTP: File Transfer Protocol.• TELNET.• HTTP: HyperText Transfer Protocol.• DNS: Domain Name System.

– Creano messaggi di vari tipi (per esempio, messaggi di richiesta per la visualizzazione di una pagina web, un messaggio che contiene un’email/una pagina web, ecc.).

Applicazione

Trasporto

Rete

Collegamento

Fisico


• I protocolli del livello di trasporto:– Ruolo: trasferimento dei messaggio dal livello di

applicazione dall’origine alla destinazione (da un host a un altro).

– In Internet, due protocolli di trasporto:• TCP (Transmission Control Protocol):

– Garantisce il trasferimento dei messaggi.– Controlla il flusso in rete (fa il confronto della velocità tra il

mittente e il destinatario).– Frazione il messaggio in frammenti più brevi (pacchetti).

• UDP: non fornisce nessuna garanzia di consegna di un messaggio (tipicamente usati per la telefonia Internet e la videoconferenza).

Applicazione

Trasporto

Rete

Collegamento

Fisico


• I protocolli del livello di rete:– Ruolo: trasferimento dei pacchetti dall’origine alla

destinazione (da un host a un altro).– Due principali componenti:

• Protocollo IP: definisce l’informazione che deve essere aggiunto al pacchetto per realizzare il trasferimento nella rete.

• Protocolli per instradamento: determinano i percorsi che i pacchetti devono seguire nella rete.

– Internet è una rete di reti: ognuna può scegliere il proprio protocollo di instradamento.

– Livello spesso chiamato livello IP.

Applicazione

Trasporto

Rete

Collegamento

Fisico


• I protocolli del livello di collegamento:– Ruolo: trasferimento dei pacchetti da un

nodo della rete al successivo. – Alcuni protocolli del livello di collegamento

garantiscono la consegna affidabile. – Un pacchetto potrebbe essere gestito da

differenti protocolli lungo il suo percorso dall’origine alla destinazione.

– Esempi: Ethernet, PPP (protocollo punto-a-punto).

Applicazione

Trasporto

Rete

Collegamento

Fisico


• Ethernet: diffuso per le reti locale, in cui un numero di computer condividono un mezzo di comunicazione.– Quando un computer vuole comunicare, verifica che il

mezzo di comunicazione sia libero e invia il segnale.– Se invece si accorge che un altro computer sta

trasmettendo, aspetta.– 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.• Riprovano la trasmissione.

• Lo stesso tipo di gestione di conflitti: anche in reti senza fili (IEEE 802.11).

Applicazione

Trasporto

Rete

Collegamento

Fisico


• I protocolli del livello fisico:– Ruolo: trasferire i singoli bit da un nodo

(host, commutatore ecc.) nella rete a un altro.

– Sono dipendenti dall’effettivo mezzo trasmissivo del collegamento.

• Per esempio, possiamo avere protocolli diversi per tipi di cavi diversi, per collegamenti satellitari diversi, ecc.

Applicazione

Trasporto

Rete

Collegamento

Fisico

Indirizzi IP e DNS

• Ogni computer collegato in Internet ha un indirizzo unico: il suo indirizzo IP.

• Un indirizzo IP contiene 32 bit, che sono suddivisi in 4 campi da 8 bit ciascuno.– Per esempio: 10000000000101000011111010101011– Suddivisi in: 10000000 00010100 00111110 10101011

• Di solito si usa una rappresentazione formata da 4 numeri decimali (tra 0 e 255) separati da un punto.– Per esempio: 128.20.62.171

Indirizzi IP e DNS

• Gli indirizzi IP devono essere univoci.– Per questo motivo è stata istituita una organizzazione, Internet

Assigned Number Authority, preposta ad assegnare gli indirizzi IP garantendone l’univocità.

• Quando vi collegate ad Internet da casa è il provider (ISP) che vi assegna un indirizzo IP scegliendolo tra quelli che ha acquistato.

• I futuri indirizzi IP consisteranno di sedici numeri per aumentare i numeri degli indirizzi IP disponibili.

Indirizzi IP e DNS

• Gli indirizzi IP numerici sono difficili da ricordare.• Si usano quindi degli indirizzi simbolici che sono più

significativi per l’essere umano.– di.unito.it, cs.bham.ac.uk, developer.netscape.com

• Questi nome vengono tradotti in indirizzi IP numerici mediante il Domain Name System (DNS).

• Gli indirizzi simbolici hanno un formato come quello seguente… nome5.nome4.nome3.nome2.nome1

Indirizzi IP e DNS

• Sono costruiti a partire da uno schema gerarchico di nomi basato sul concetto di dominio.

gnu

com edu gov mil net org au it zw

unito unige

di psych

www www

disi

elios

www

… …

www.gnu.org

www.di.unito.it

root

Livello 1

Livello 2

Livello 3

Livello 4

Indirizzi IP e DNS

• Domini di primo livello (top level): alcuni esempi.

• Non vi è alcuna corrispondenza diretta tra i domini e le reti che costituiscono Internet.– Cioè, computer nella stessa rete fisica possono essere in domini logici diversi.– Computer in reti fisiche diverse possono trovarsi nello stesso dominio logico.

com aziende

edu università americane

gov istituzioni governative

mil istituzioni militari

net fornitori d’accesso

org organizzazioni non-profit

… …

au Australia

ch Svizzera

fr Francia

it Italia

jp Giappone

uk Regno Unito

… …

Indirizzi IP e DNS

• Anche gli indirizzi di posta elettronica hanno una struttura:– La parta a destra della @ ha una struttura basato sui domini

(interpretato dal computer che spedisce il messaggio).– La parta a sinistra della @ è l’identificativo dell’utente (interpretato

dal computer che riceve il messaggio).

• Ogni dominio deve essere in grado di “risolvere i nomi” dei calcolatori di sua competenza.

• Si usano i name server (anche chiamati i server DNS) che gestiscono la corrispondenza tra nomi simbolici e indirizzi IP numerici.– I name server sono organizzati in modo gerarchico.

Indirizzi IP e DNS

• Quando un’applicazione deve collegarsi ad una risorsa di cui conosce il nome logico (ad es. www.unito.it), invia una richiesta al suo name server locale.

• Il name server locale, se conosce la risposta, la invia direttamente al richiedente.

• Altrimenti interroga il name server di top level (root).– Questo può conoscere l’indirizzo

oppure inoltrare l’interrogazione ai suoi figli nella gerarchia.

Client che fa richiesta:shakespeare.di.unito.it

Server dei nomi locale:dns.di.unito.it

Server dei nomi di root

Server del dominiodns.unito.it

Indirizzi IP e DNS

• Si continua con le interrogazioni fino a quando non si ottiene l’indirizzo IP numerico della risorsa.

• Quando l’applicazione riceve la risposta crea una connessione TCP con la destinazione, usando l’indirizzo IP appena ricevuto.

Client che fa richiesta:shakespeare.di.unito.it

Server dei nomi locale:dns.di.unito.it

Server dei nomi di root

Server del dominiodns.psych.unito.it

Pacchetti IP

• Abbiamo visto che …– Un ruolo del protocollo TCP è di suddividere il messaggio

in frammenti più brevi (pacchetti).– Il protocollo IP definisce l’informazione che deve essere

aggiunto al pacchetto per realizzare il trasferimento nella rete.

• Come funziona il trasferimento dei pacchetti in Internet?

Pacchetti IP

• Trasferimento dei pacchetti: – Usiamo un’analogia (da Vincent Cerf, uno dei inventori di Internet):

mandare un romanzo da Tahiti alla casa editrice a New York usando solo cartoline postali.

Pacchetti IP

• Bisogna spezzare il romanzo in frammenti (ognuno di poche riga).

• … numerare ogni cartolina (in modo tale che la sequenza corretta può essere ricostruita).

• … scrivere l’indirizzo della casa editrice (il destinatario) su ogni cartolina.

• … mettere le cartoline nella casella di lettere.• Poi il servizio postale di Tahiti le invierà alla casa editrice.

Pacchetti IP

• Non è detto che tutte le cartoline seguano lo stesso itinerario.– Alcuni arrivano a New York via Hong Kong …– … alcuni arrivano a New York via Los Angeles, ecc.

• Alla casa editrice, la numerazione delle cartoline permette la ricostruzione del romanzo.

Pacchetti IP

• Pacchetto IP: contiene lo spazio per scrivere:– Informazione (una quantità limitata).– Un numero progressivo (identificatore).– L’indirizzo IP del destinatario.

• I pacchetti IP sono inviati attraverso Internet uno alla volta.• Possono seguire percorsi diversi dallo stesso mittente e lo stesso

destinatario.

• Giunti la destinazione sono riordinati secondo al numero identificatore.

Pacchetti IP

• Un vantaggio della possibilità di seguire diversi percorso in rete:– Nel caso di congestioni in rete (potrebbe essere più efficiente seguire

un percorso invece di un altro) .– Nel caso di un guasto di un dispositivo di un percorso (in questa

situazione, il percorso non è più disponibile).

• Per visualizzare un percorso tra nostro computer e quello di un sito web: www.traceroute.org

Collegare un computer a Internet

• Un computer è collegato ad Internet tramite un ISP (Internet Service Provider).

• Tre modi principali per collegare un computer a Internet:– Accesso residenziale.– Accesso aziendale o universitarie.– Accesso senza fili.


• Accesso residenziale:– Sono necessari dei dispositivi per poter usare la rete

telefonica come mezzo di comunicazione tra computer: i modem.

Computer Modem

Segnaledigitale

Segnaledigitale

Segnaleanalogico(linea telefonica)

MOdulazione

DEModulazione

Computer Modem

Accesso residenziale

• ISP - per esempio: tiscali.it, aruba.it • Il classico collegamento via modem:

– Il modem del computer dell'utente deve essere connesso alla rete telefonica (usando un spinotto identico a quello usato per i normali apparecchi vocali).

– Per accedere ad Internet, il modem deve comporre il numero del provider.

– Il provider anche ha un computer (permanentemente) connesso ad Internet tramite un modem.

– Una connessione tra il computer del utente e il computer del provider è creato.


• Il computer del provider abilita l'invio e la recezione di informazione in Internet al computer dell'utente.

• Per esempio, quando l'utente clicca su un link in una pagina web: – La richiesta per accedere alla nuova pagina passa dal computer

dell'utente a quello del provider.– ... poi dal computer del provider al web server remoto che gestisce la

pagina richiesta.– ... poi il web server manda la pagina al computer del provider. – ... poi il computer del provider manda la pagina al computer

dell'utente.


• Modem dial-up: – Usa la stessa linea utilizzata per le normali chiamate

telefoniche.– Frequenza può raggiungere 56 Kbps (Kilobit per secondo). – Sempre meno diffuso:

• Negli Stati Uniti, in 2000, 74% del accesso residenziale ad Internet era realizzato tramite modem dial-up.

• In 2006, il percentuale è diventato 36%.


• Negli ultimi anni sono diffuse tecnologie come ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line).– Un esempio di accesso residenziali a banda larga.– Velocità (asimmetrico):

• Verso l'utente: tipicamente circa 10 Mbps (Megabit per secondo). • Verso l'ISP: tipicamente circa 1 Mbps.

– Progettato per brevi distanze tra i modem residenziali e quelli dell'ISP.

• Permette una frequenza di trasmissione più alta rispetto a quella dei modem dial-up tradizionali.


• ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) :– Usa tre bande di frequenza non sovrapposte: un canale

verso l'utente, un canale verso l'ISP, un canale telefonico ordinaria a due vie .


• Accesso aziendali o universitarie (LAN): – I computer sono collegati sotto forma di rete locale (LAN,

Local Area Network).– Ethernet è comunemente usato nelle LAN: versione

Ethernet di 2006 ha una velocità di 10 Gbps. – Intranet: un nome per la rete locale di un'organizzazione.– Tramite un computer chiamato gateway, una rete locale

(e quindi tutti i computer che contiene) può essere connesse ad Internet.


• Accesso senza fili:– Rete senza fili (wireless): una variante di un LAN.– Un computer chiamato hub è fisicamente collegato a Internet (forse

tramite altri computer e dispositivi nella LAN). – Il hub è capace di ricevere e trasmettere (in broadcast) segnali,

solitamente in radiofrequenza. – I computer mobili (portali, PDA, ecc.) anche sono in grado di ricevere e

trasmettere sulla stessa frequenza. – Il protocollo usato dalle reti senza fili funzione come Ethernet (che è

anche un protocollo di "broadcast"). • Per esempio, IEEE 802.11 (velocità della versione di 2003: 54 Mbps).

Il WWW

• WWW (World Wide Web): tutti i web server (che hanno il ruolo di inviare file ai browser) e i loro file .

• I file normalmente sono le pagine web, ma anche possono essere file di audio, filmati ecc.

• Distinzione tra Internet e il WWW: – Internet: cavi e router che collegano i computer che hanno un

indirizzo IP.– WWW: un servizio di Internet fornito dal sottoinsieme di quei

computer (i web server).

Il WWW

• Una richiesta per visualizzare una pagina web: tramite uno Universal Resource Locator (URL) – Per esempio:

– Tre parti principali: • Protocollo: http:// indica al computer come gestire i file. • Nome del server: www.di.unito.it, che è il nome simbolico dell'indirizzo IP

del web server della pagina richiesta. • Percorso della pagina: /~topolino/Psicologia/0910/ECDL.html identifica

il file e la sua posizione nel file system del web server.

http://www.di.unito.it/~topolino/Psicologia/0910/ECDL.html

Il WWW

• Le pagine sono rappresentate (memorizzate, spedite) sotto forma di sorgente. – Sorgente: una descrizione di come la pagina deve apparire all'utente. – Non è il caso che le pagine sono rappresentate come un grafico. – I file di descrizione in generale richiedono meno spazio (rispetto alla

rappresentazione grafico di una pagina). – Il browser può adattare la visualizzazione di una pagina. – Per leggere il sorgente di una pagina: scegliere Visualizza dalla barra

dei menu del browser, poi Sorgente o HTML.– Sorgente tipicamente scritto nel linguaggio HTML (Hypertext Markup

Language).

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