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Reti di Calcolatori

Definizione di rete di calcolatori

Elementi di informatica e web – a.a. 2010/2011 di Guido Fusco

Una rete di calcolatori è un insieme di dispositivi autonomi (in grado di eseguire

autonomamente i processi di calcolo) interconnessi tra loro, in grado di realizzare

autonomamente forme di comunicazione dei dati.

Le motivazioni che hanno favorito la nascita e lo sviluppo delle reti di calcolatori sono

molteplici:

q  Condividere l’informazione (pagine web, base di dati)

q  Condivisione delle risorse (stampanti, file…)

q  Aggregare le risorse per una maggiore potenza del calcolo – calcolo distribuito


Una possibile classificazione delle reti la si può fare considerando l’area di copertura

geografica, ovvero l’area entro al quale possano esistere dispositivi connessi appartenenti a

una stessa rete

q  Reti personali (PAN Personal Area Network) connettono dispositivi vicini tra loro, per

esempio entro una stanza o addirittura su una scrivania.

q  Reti locali (LAN Local Area Network) connettono dispositivi nel raggio di qualche

centinaio di metri (usate spesso in contesti locali di organizzazioni quali università, enti o

imprese)

q  Reti metropolitane (MAN Metropolitan Area Network) connettono dispositivi nel raggio

dell’ordine delle decine di kilometri. Di solito gestite da ISP (Internet Server Provider) o

gestori della telefonia.

q  Reti geografiche estese (WAN Wide Area Network) connettono dispositivi a distanze

transnazionali. Di solito da enti nazionali o internazionali.

Internet: la rete di reti Classificazioni delle reti


q  Internet definita anche rete di reti composta da diverse reti interconnesse, cioè in grado

di collaborare efficacemente in termini di comunicazione grazie ad un insieme di

regole comuni denominati protocolli della rete internet

Internet

Internet: la rete di reti

Reti di calcolatori: prestazioni


Per quanto riguarda le prestazioni delle reti di calcolatori, l’utente è principalmente

interessato a due indici:

q  Capacità di trasmissione che misura la quantità di dati che è possibile comunicare in

una unità di tempo (secondo)

bit/s oppure byte/s

q  Ritardo del collegamento di rete indica il tempo necessario ai dati per transitare dal

mittente al destinatario, ovvero un’indicazione del tempo necessario affinché

attraversino la rete. Esso è determinato da diversi fattori:

1.  Distanza fisica del collegamento;

2.  Tempi necessari di gestione dei processi di comunicazione (governati dai

protocolli)

Elaboratore e componenti di una rete: scheda di rete


La connessione di un calcolatore a una rete richiede un insieme essenziale di componenti

hardware e software

q  Scheda di rete si tratta di un dispositivo hardware di comunicazione, fisicamente

collegato al elaboratore, in grado di codificare e trasmettere oppure ricevere e

codificare i dati inviati dal calcolatore alla rete e dalla rete al calcolatore

Sin dalla sua costruzione, ciascuna scheda di rete dispone di un indirizzo univoco a livello

mondiale per permettere la sua identificazione univoca nel contesto di una rete.

Tale indirizzo prende il nome di indirizzo MAC (Medium Access Control)

Esempio: 00:12:df:fe:d2:34

Elaboratore e componenti di una rete: mezzi di trasmissione e componenti S.O.


q  Mezzi di trasmissione sono appunto mezzi per la propagazione e la trasmissione del

segnale, quali cavi, fibre ottiche o spazio tridimensionale (onde radio)

q  Componenti software del S.O sono particolari software contenuti all’interno del sistema

operativo per la gestione dei processi di comunicazione

Reti di calcolatori: un parallelo intiuitivo


Azienda

Servizio postale

Il modello dell’architettura ISO: Introduzione


Il collegamento e la cooperazione tra sistemi informatici che utilizzano sistemi operativi

incompatibili tra loro è stata una delle principali esigenze del mercato.

I sistemi capaci di interagire tra loro pur basandosi su sistemi operativi diversi sono detti

sistemi aperti, quando permettono le comunicazioni con gli accordi specifici nel modello

generale Open System Interconnection (OSI), ossia un’agenzia dell’ONU responsabile degli

standard internazionali, inclusi quelle delle comunicazione

Questi standard dunque sono nati come risposta alla diffusa esigenza di interconnettere tra

loro sistemi incompatibili.

Infatti, la difficoltà di fondo consisteva nel far comunicare tra loro due o più processi(1) che

usavano, internamente, regole e tecniche diverse

(1) Per processo intendiamo sia sistemi informativi veri e propri, applicazioni o gli utenti che interagiscono tra loro tramite una rete

Il modello dell’architettura ISO: layer


Tale modello (ISO/OSI) suddivide le necessarie funzioni logiche per la trasmissione dei dati

in diversi strati funzionali detti layer

L’insieme dei 7 layer garantisce tutte le funzioni necessarie alla rete per la comunicazione.

Un compito complesso viene suddiviso in un insieme di compiti più semplici

Livello di applicazione

Livello di presentazione

Livello di sessione

Livello di trasporto

Livello di rete

Livello di collegamento dati

Livello di fisico

Il modello dell’architettura ISO: Simmetria


Il modello al layer ha tre capisaldi

q  Simmetria La simmetria assicura che le funzioni logiche di due sistemi in collegamento

tra loro siano le stesse



Livello di sessione


Livello di rete


Livello di fisico

Host A



Livello di sessione


Livello di rete


Livello di fisico

Host B

Il modello dell’architettura ISO: struttura gerarchica e modularità


q  Struttura gerarchica i vari sottoinsiemi (livelli) sono organizzati in maniera gerarchica,

ossia ogni livello riceve i comandi ed i dati dal livello superiore

Livello n

Livello di n-1

q  Modularità la modularità garantisce che ogni livello abbia ben definite le propie

specifiche per trasmettere o ricevere dati. La definizione formale delle specifiche

permette non solo prestazioni migliori ma nel nel caso sia necessario aggiungere

prestazioni migliori ad un dato livello non è necessario modificare anche gli altri livelli

Il modello dell’architettura ISO: protocollo di rete


Soffermiamoci sulla struttura gerarchica:

Lo scopo di un livello è di offrire certi servizi ai livelli più bassi , nascondendo i dettagli su

come tali servizi siano implementati

Host A Host B

Livello n Livello n

Il livello n su un Host A porta avanti una conversazione col livello n su un altro Host B.

Le regole e le convenzioni che governano la conversazione sono collettivamente indicate

con il termine di protocollo di rete

I processi(1) che effettuano tale conversazione si chiamano peer entity

(1) Per processo intendiamo sia sistemi informativi veri e propri, applicazioni o gli utenti che interagiscono tra loro tramite una rete

Il modello dell’architettura ISO: Osservazione


E’ bene osservare che non ci sta trasferimento diretto dal livello n dell’Host A al livello n di

Host B: ogni livello di Host A passa i dati, assieme a delle informazioni di controllo, al livello

sottostante, fino al livello più basso, al di sotto del quale c’è il mezzo fisico, attraverso cui

vengono effettivamente trasferiti i dati dall’Host A all’Host B. Quando arrivano all’Host B i

dati vengono passati da ogni livello (a partire dal livello 1) a quello superiore fino a

raggiungere il livello n

Host A Host B

Livello n Livello n

Livello n-1 Livello n-1

Livello 1

Mezzo fisico

Il modello dell’architettura ISO: 3 operazioni dei livelli


Quando c’è da effettuare una trasmissione tra due utenti (Host), ogni livello funzionale

(layer) chiamato in causa effettua sostanzialmente 3 operazioni:

1.  Esegue le funzioni richieste

2.  Successivamente, aggiunge a quanto ricevuto una testata funzionale (Header) che è

specifica del proprio livello ed è destinata ad essere interpretata dal proprio omologo

sul sistema ricevente. Questa testata serve per omettere cooperazione della

controparte funzionale remota oppure per inviare una semplice informazione

4.  Infine passa la proprio strato subordinato sia ciò che ha preparato sia l’opportuno

comando funzionale

3.  Frammenta i dati da trasmettere in unità più piccole (pacchetti) a ciascuna aggiunge

il proprio Header

H6 H5 H4 H3 H2 M

H6 H5 H4 H3 H2 M1 H6 H5 H4 H3 H2 M2 H6 H5 H4 H3 H2 Mn …

Il modello dell’architettura ISO: Osservazione


Ciascun livello è attivato a partire dal livello funzionale più elevato

Livello applicativo

Ogni livello, esaurite le proprie funzioni, chiama in causa il proprio subordinato, passandogli

i dati ed un opportuno comando.

Livello presentazione

Livello sessione

Livello trasporto

Livello rete

Livello collegamento dati

Il penultimo livello

oltre ad aggiungere il proprio Header, aggiunge una coda (tail) al messaggio, nella quale

è incluso il campo FCS (Frame Check Sequence)

H6 H5 H4 H3 H2 M FCS

Simulazione di una trasmissione


M H6

M1 H6 H5

M2 H6 H5

H6 H5 H4 M3

H6 H5 H4 M4

H6 H5 H4 M5

H6 H5 H4 M6

M

H6 H5 H4 H3 M7

H6 H5 H4 H3 M8

H6 H5 H4 H3 M9

H6 H5 H4 H3 M10

H6 H5 H4 H3 M11

H6 H5 H4 H3 M12

H6 H5 H4 H3 M13

H6 H5 H4 H3 M14

H6 H5 H4 H3 H2 M

M H6

M1 H6 H5

M2 H6 H5

H6 H5 H4 M3

H6 H5 H4 M4

H6 H5 H4 M5

H6 H5 H4 M6

M

H6 H5 H4 H3 M7

H6 H5 H4 H3 M8

H6 H5 H4 H3 M9

H6 H5 H4 H3 M10

H6 H5 H4 H3 M11

H6 H5 H4 H3 M12

H6 H5 H4 H3 M13

H6 H5 H4 H3 M14

Livello 7 Livello 6

Livello 5

Livello 4

Livello 3

Livello 2

Livello 1 Livello 1

HOST A HOST B

FCS

H6 H5 H4 H3 H2 M15

H6 H5 H4 H3 H2 M16

H6 H5 H4 H3 H2 M17

H6 H5 H4 H3 H2 M18

H6 H5 H4 H3 H2 M19

H6 H5 H4 H3 H2 M20

H6 H5 H4 H3 H2 M21

H6 H5 H4 H3 H2 M22

H6 H5 H4 H3 H2 M23

H6 H5 H4 H3 H2 M24

H6 H5 H4 H3 H2 M25

H6 H5 H4 H3 H2 M26

H6 H5 H4 H3 H2 M27

H6 H5 H4 H3 H2 M28

H6 H5 H4 H3 H2 M29

H6 H5 H4 H3 H2 M30

FCS FCS FCS FCS FCS FCS FCS FCS FCS FCS FCS FCS FCS FCS FCS FCS

H6 H5 H4 H3 H2 M15

H6 H5 H4 H3 H2 M16

H6 H5 H4 H3 H2 M17

H6 H5 H4 H3 H2 M18

H6 H5 H4 H3 H2 M19

H6 H5 H4 H3 H2 M20

H6 H5 H4 H3 H2 M21

H6 H5 H4 H3 H2 M22

H6 H5 H4 H3 H2 M23

H6 H5 H4 H3 H2 M24

H6 H5 H4 H3 H2 M25

H6 H5 H4 H3 H2 M26

H6 H5 H4 H3 H2 M27

H6 H5 H4 H3 H2 M28

H6 H5 H4 H3 H2 M29

H6 H5 H4 H3 H2 M30

FCS FCS FCS FCS FCS FCS FCS FCS FCS FCS FCS FCS FCS FCS FCS FCS

Livello 7 Livello 6

Livello 5

Livello 4

Livello 3

Livello 2

Il modello dell’architettura ISO: Host


Abbiamo visto che il I livello

Livello fisico

Non aggiunge nulla al messaggio, si occupa in forma “brutale” della trasmissione dei bit

sulla linea di trasmissione. Ma il messaggio ha generalmente bisogno di attraversare un

certo percorso di rete prima di giungere al destinatario

Il percorso di rete sarà composto da un certo numero di nodi intermedi detti elementi di

commutazione o ROUTER



Livello di sessione


Livello di rete


Livello di fisico



Livello di sessione


Livello di rete


Livello di fisico 1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

1

2

3

Router Router

Il modello dell’architettura ISO: Protocolli basso e alto livello




Livello di sessione


Livello di rete


Livello di fisico 1

2

3

4

5

6

7 Livello di applicazione


Livello di sessione


Livello di rete


Livello di fisico



Livello di sessione

E’ possibile suddividere i 7 livelli i 2 macro categorie

Protocolli di comunicazione

Di BASSO LIVELLO

Protocolli di comunicazione

Di ALTO LIVELLO

q  BASSO LIVELLO hanno le funzioni prevalentemente trasmissive, cioè si

occupano essenzialmente delle tecniche correlate alla trasmissione

q ALTO LIVELLO sono caratterizzate da funzioni di interazione tra le due processi

aperti per la trasmissione.

Subnet di comunicazione

Il modello dell’architettura ISO: subnet di comunicazione


E’ possibile vedere una ulteriore suddivisione dei livelli

q Gli ultimi tre livelli sono destinati ai componenti che riguardano tuti i

componenti di rete, includendo Router

q Mentre i primi quattro non riguardano eventuali nodi intermedi



Livello di sessione


Livello di rete


Livello di fisico



Livello di sessione


Livello di rete


Livello di fisico 1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

1

2

3

Router Router

I tre livelli inferiori hanno a che fare con la cosiddetta subnet di comunicazione

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