MODULO 19 –> Fondamenti dell’infrastruttura di rete

Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16

Fondamenti dell’infrastruttura di rete

INSEGNAMENTO DI INFORMATICA – A.A. 2015-16

Francesco Ciclosi

Macerata, 15 dicembre 2015

Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati

© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code


Le reti informatiche: definizione

Una rete informatica o network è un insieme più o

meno grande di computer e dispositivi collegati tra

loro allo scopo di condividere risorse e informazioni

http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/


http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/legalcode




Alcuni esempi di reti

2 computer collegati tra

di loro (rete minima) Internet (rete di reti)







I componenti fondamentali

Banalmente il cablaggio e le schede di rete

sono i componenti indispensabili per

l’implementazione di una rete di elaboratori







La classificazione

Le reti possono essere classificate in base a:

a. Estensione fisica (LAN, MAN, WAN)

b. Metodo di amministrazione (peer-to-peer, client-

server)

o Sistema operativo di rete (Windows, Unix, Netware)

o Protocolli di rete (TCP-IP, IPX/SPX, AppleTalk)

o Topologia (bus, anello, stella)

o Architettura (Ethernet, Token Ring, FDDI)







Classificazione per estensione (1/2)

In base all’estensione fisica una rete si definisce:

• LAN (Local Area Network) – Rete locale, confinata a una

zona geografica limitata (stanza, piano, edificio, campus)

• MAN (Metropolitan Area Network) – Rete metropolitana,

di dimensioni intermedie tra una LAN e una WAN,

delimitata dai confini di una città o di un’area

metropolitana







Classificazione per estensione (2/2)

In base all’estensione fisica una rete si definisce:

• WAN (Wide Area Network) – Rete geografica, composta di

LAN interconnesse. Si estende su un area geografica

ampia utilizzando collegamenti come linee telefoniche o

satelliti per connettere computer in diverse città, nazioni

o continenti







Server e client

Un Server è un computer (o un’applicazione) che

rende disponibili le proprie risorse (dati, software

o periferiche) agli altri computer della rete

Un Client è un computer (o un’applicazione) che

accede alle risorse di un server







Classificazione per amministrazione La classificazione per metodo di amministrazione

definisce una rete sulla base di

• chi condivide le risorse

• in quale modo le risorse vengono condivise

Rete client/server

• Caratterizzata da amministrazione centralizzata

Rete peer-to-peer (o gruppi di lavoro) - “pari a pari”

• Caratterizzata da amministrazione decentalizzata

• Ogni nodo agisce sia da server che da client







Cos’è il modello OSI?

Ogni strato (o livello) definisce le

attività di rete

Ogni strato comunica sia con il

livello soprastante che con il livello

sottostante

Application Application

Presentation Presentation

Session Session

Transport Transport

Network Network

Data-Link Data-Link

Physical Physical

7 7

3 3

4 4

5 5

6 6

2 2

1 1

Il modello Open System Interconnection (OSI) definisce i compiti generici che vengono eseguiti per la comunicazione in rete Il modello Open System Interconnection (OSI) definisce i compiti generici che vengono eseguiti per la comunicazione in rete







Cos’è il modello OSI? - 2

Lo strato 7 fornisce ai programmi i servizi

necessari per l’accesso alla rete

Gli strati 1 e 2 definiscono il mezzo fisico della

rete e le relativa attività connesse







Livello Definizione Contesto

7 Applicazione Interfaccia di comunicazione con i programmi.

6 Presentazione Formattazione e trasformazione dei dati a vario titolo,

compresa la cifratura e decifratura.

5 Sessione Instaurazione, mantenimento e conclusione delle sessioni di

comunicazione.

4 Trasporto Invio e ricezione di dati in modo da controllare e,

possibilmente, correggere gli errori.

3 Rete Definizione dei pacchetti, dell'indirizzamento e

dell'instradamento in modo astratto rispetto al tipo fisico di

comunicazione.

2 Collegamento

dati (data link)

Definizione delle trame (frame) e dell'indirizzamento in

funzione del tipo fisico di comunicazione.

1 Fisico Trasmissione dei dati lungo il supporto fisico di

comunicazione.







I sette livelli del protocollo ISO/OSI

Applicazione

Presentazione

Sessione

Trasporto

Rete

Data Link

Fisico

Host A

Applicazione

Presentazione

Sessione

Trasporto

Rete

Data Link

Fisico

Host B

Interconnessione

Livelli (strati) dedicati all’applicazione

Livelli (strati) dedicati alla connettività

Livello (strato) di raccordo







Perchè si utilizza il modello OSI?

• Il Router è un dispositivo di livello 3

• HTTP è un protocollo dei livelli 5–7

Esempi:

• Ethernet è uno standard per i livelli 1–2

Il modello OSI è un punto di riferimento comune per discutere la comunicazione di rete che viene utilizzata per descrivere le funzionalità dei dispositivi e dei protocolli

Il modello OSI è un punto di riferimento comune per discutere la comunicazione di rete che viene utilizzata per descrivere le funzionalità dei dispositivi e dei protocolli







I benefici degli standard di rete

Consentono l’interoperabilità tra dispositivi e

sistemi di vendor differenti

Riducono i costi

• Es.: il protocollo TCP/IP consente l’interazione tra

sistemi di vendor differenti

• Es.: il protocollo SMTP consente la comunicazione

tra differenti sistemi di posta elettronica







I componenti di rete

Cablaggio

Switch

Router

Firewall

LAN LAN

Internet

PC / Workstation

Server







Tipi di cablaggi

Il cablaggio fa riferimento al livello fisico del

modello ISO/OSI

Tra i tipi di cablaggi più diffusi vi sono:

• Doppini intrecciati (Twisted-pair)

• Fibra ottica (Fiber optic)

• Cavi coassiali (oramai in disuso)

• Connessioni senza fili (Wireless)







I doppini intrecciati (1/2)

Sono comunemente utilizzati nelle reti locali (LAN)

Esistono varie categorie di cavi con caratteristiche e

velocità di trasmissione differenti: CAT5, 5E, 6, 6E, 7, 7E

I cavi intrecciati annullano i

campi elettromagnetici che si

accumulano quando i cavi

trasmettono in parallelo

Sono di tipo STP o UTP







I doppini intrecciati (2/2)







Cavi UTP ed STP







La fibra ottica (1/2)

È utilizzata per coprire

le distanze più lunghe

Si divide in multimodale

e monomodale







La fibra ottica (2/2)







Cavi in fibra ottica







Il wireless

È utilizzato per la

mobilità e per le distanze

più lunghe

Si utilizza sia nelle LAN

che nelle WAN

Alcuni standard sono:

802.11a (meno soggetta a

interferenze), 802.11b e

802.11g







I cavi coassiali

Sono costituiti da un filo centrale avvolto da

uno strato di materiale isolante a sua volta

circondato da un filo intrecciato

Tali strati proteggono il filo centrale dalle

interferenze ambientali







Cavi coassiali







Cos’è un Hub? Uno switch: Uno switch:

È un ripetitore multiporta usato nelle LAN

Non tiene traccia della posizione dei computer

È un ripetitore multiporta usato nelle LAN

Non tiene traccia della posizione dei computer

Server

Hub

Stampante

PC e Workstation







L’Hub

È un ripetitore multi porta che permette di

collegare tra loro numerosi dispositivi all’interno

di una LAN

Alla ricezione di un segnale su di una porta lo

inoltra su tutte le sue porte a tutti i nodi connessi

Muove i pacchetti tra i vari computer

Non offre alcuna protezione dal packet sniffing







Cos’è uno Switch? Uno switch: Uno switch:

È un dispositivo di comunicazione usato nelle LAN

Tiene traccia della posizione dei computer

È un dispositivo di comunicazione usato nelle LAN

Tiene traccia della posizione dei computer

Server

Switch

Stampante

PC e Workstation







Lo switch (o commutatore)

Opera al livello di collegamento dati del modello OSI

Muove i pacchetti tra i vari computer in base alla loro

posizione

Traccia i computer in base all’indirizzo MAC

Il packet sniffing su di una rete commutata richiede il

port mirroring

Alcuni switch operano anche ai livelli 3 e 4 del

modello OSI







Hub e switch

Hub

Switch







Cos’è un Router?

Il router: Il router:

Muove i pacchetti tra le reti

Tiene traccia delle reti e non dei computer

Collega differenti locazioni fisiche

Viene anche chiamato gateway

Muove i pacchetti tra le reti

Tiene traccia delle reti e non dei computer

Collega differenti locazioni fisiche

Viene anche chiamato gateway

Server

LAN

LAN

Router/Gateway Router/Gateway

Server







Il router

È un «instradatore» di traffico

È in grado di interconnettere più LAN e

inoltrare il traffico a una qualunque destinazione

(interna o esterna alla LAN) basandosi sugli

indirizzi IP

Elabora e mantiene una tabella con i percorsi

più veloci per il recapito e percorsi secondari in

caso di eccessivo traffico o blocchi.







Cos’è un Firewall? Un firewall: Un firewall:

È un router che utilizza regole

Controlla la comunicazione in ingresso (inbound) e in uscita (outbound)

Protegge gli host dietro il firewall

È un router che utilizza regole

Controlla la comunicazione in ingresso (inbound) e in uscita (outbound)

Protegge gli host dietro il firewall

Firewall Firewall

Host Host







Router e firewall

Router

Firewall







Cos’è una LAN?

Una LAN: Una LAN:

È in una singola posizione fisica

Ha una connettività di rete veloce

Il livello di controllo è minimo

È in una singola posizione fisica

Ha una connettività di rete veloce

Il livello di controllo è minimo

Server

Switch

Stampante

PC e Workstation







La LAN

La LAN è confinata in una singola posizione

fisica che può essere un edificio o un campus

Gli switch costruiscono automaticamente una

tabella interna di routing dei singoli computer

Gli switch solitamente non hanno regole per

controllare le comunicazioni di rete

Tutti gli host connessi alla LAN sono

considerati attendibili







Cos’è una WAN? Una WAN: Una WAN:

Connette differenti locazioni fisiche

Ha una velocità di connessione più lenta di quella di una LAN

È più costosa della connettività LAN

Solitamente utilizza la connettività fornita da un'altra società

Connette differenti locazioni fisiche

Ha una velocità di connessione più lenta di quella di una LAN

È più costosa della connettività LAN

Solitamente utilizza la connettività fornita da un'altra società

Sede secondaria Sede secondaria

Sede centrale Sede centrale

Server LAN

LAN

Server

Router

Router







Le WAN

Solitamente le connessioni WAN sono lente

In alcuni casi le connessioni WAN sono molto

veloci (maggiori di 100 Mbps)

Alcuni esempi:

• Un link che fornisce la connettività tra edifici in 2 città

• Un link che fornisce la connettività tra edifici nella

stessa città

• Un collegamento wireless (ponte radio) tra due edifici

collocati a 10 Km di distanza







Connessioni WAN

Le connessioni possono essere:

• Dial-up: la connessione viene stabilita effettuando una

chiamata e ha la durata temporanea di una sessione di

trasferimento dati (es. modem)

• Permanenti: la connessione è sempre attiva (es. xDSL)

• Dedicate (punto-punto): connessioni che collegano un

punto specifico a un altro (es. due sedi di una stessa

azienda). Sono “dedicate” in quanto di uso esclusivo di

chi acquista il servizio e di conseguenza molto costose







La rete perimetrale o DMZ

Server

LAN Web Server

Internet

Una rete perimentrale (o DMZ): Una rete perimentrale (o DMZ):

Isola le risorse della LAN

Aumenta la sicurezza

Isola le risorse della LAN

Aumenta la sicurezza







L’accesso remoto L’accesso remoto: L’accesso remoto:

Fornisce accesso alle risorse della LAN da fuori l’ufficio

Può essere di tipo VPN o dial-up

Fornisce accesso alle risorse della LAN da fuori l’ufficio

Può essere di tipo VPN o dial-up

Modem

Server

LAN

Internet

Client VPN Client VPN

Server di accesso remoto (RAS)

Client Dial-up Client Dial-up







La larghezza di banda Determina la quantità di dati trasportabili da un

canale

Maggiore è la larghezza di banda, più rapida è la

trasmissione dei dati

La velocità di trasmissione si misura in (bps) bit

per secondo:

• Kilobit per secondo (Kbps) 103 bps

• Megabit per secondo (Mbps) 106 bps

• Gigabit per secondo (Gbps) 109 bps







La larghezza di banda: definizione (1/2)

È la differenza tra le frequenze più alte e più basse

che un mezzo di comunicazione può ammettere

La frequenza indica quanto spesso un segnale cambia

da uno stato all’altro e si misura in Hertz (Hz)







La larghezza di banda: definizione (2/2)

Ogni cambiamento di stato può trasportare un

bit (ma anche più bit con alcune tecnologie)

Maggiore è il numero dei cambiamenti di stato

effettuati in un dato intervallo temporale,

maggiore è il numero dei bit trasmessi







Un esempio Gamma di frequenze di una linea telefonica:

300 Hz – 3000 Hz

larghezza di banda: 300 Hz – 300 Hz = 2700 Hz

Gamma di frequenza della voce umana:

20 Hz – 20000 Hz

larghezza di banda necessaria per la trasmissione

in alta fedeltà: 20000 Hz – 20 Hz = 19800 Hz

La linea telefonica che trasmette a 2700 Hz passa da

un massimo a un minimo e poi nuovamente a un

massimo «ben» 2700 volte al secondo







Larghezza di banda e trasmissione dati (1/2)

Dimensione del file

Velocità di trasmissione

richiesta

Ampiezza della banda







Larghezza di banda e trasmissione dati (2/2)

Ipotizziamo la trasmissione di un filmato di qualità

televisiva a 256 colori e 30 fps

• Risoluzione 640x480 307.000 pixel

• 256 colori (8 bit per ogni pixel) 370.200 x 8 =

2.457.600 bit (~ 2,5 Mbps)

• 30 fps 2.457.600 bit x 30 = 73.728.000 bit (~73 Mbps)

È necessaria la compressione







Domanda?

E se volessimo trasmettere un filmato Full

HD in true color, di quanta banda avremmo

bisogno?







I dispositivi di rete (1/3) Si occupano di inviare nella giusta direzione, di

amplificare e di convertire i segnali trasmessi in rete

Si dividono in:

• Ripetitori (o relè fisici)

o Collegano i segmenti di una rete

o Rigenerano e amplificano i segnali prima di ritrasmetterli

o Consentono l’estensione di una rete locale

• Bridge

o Connettono tra loro delle reti che usano differenti

collegamenti fisici







I dispositivi di rete (2/3)

• Router

o Controllano la destinazione dei messaggi inviati in rete

o Utilizzano una tabella contenente gli indirizzi dei nodi della rete

per decidere se inoltrare il messaggio a un nodo locale, oppure

istradarlo verso un altro router

• Gateway

o Collegano tra di loro delle reti che utilizzano protocolli di

comunicazione diversi

o Si occupano della relativa conversione







I dispositivi di rete (3/3)







Le reti a commutazione di circuito (1/2)

In una rete a commutazione di circuito viene

preventivamente riservato un circuito tra i due

nodi che devono comunicare tra di loro

È come se venisse fisicamente steso un cavo di

una linea dedicata tra i due nodi

Questa tecnologia è usata nelle reti telefoniche







Le reti a commutazione di circuito (2/2)







Le reti a commutazione di pacchetto (1/3)

I dati non sono spediti direttamente da un

punto all’altro, ma inviati attraverso una serie di

nodi chiamati instradatori

I nodi che devono comunicare tra di loro non

hanno a disposizione una linea dedicata

I dati in uscita sono suddivisi in piccole porzioni

(pacchetti) e quindi trasmessi in rete








I dati attraversano la rete di router in router e

quindi vengono riassemblati una volta giunti a

destinazione

Ogni pacchetto può seguire un percorso diverso

In tal modo si ottimizzano le risorse evitando

che una linea rimanga impegnata e inattiva per

la maggior parte del tempo, come avviene nelle

reti a commutazione di circuito







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