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Reti di calcolatori Architettura degli elaboratori -modulo B- A.Memo

1

Reti di calcolatori

• definizione

• classificazione

• modelli di comunicazione

• terminologia

• protocollo, livello, interfaccia

Indice


2

definizione

Una rete di calcolatori è un insieme di nodi di elaborazione totalmente autonomi tra loro, connessi mediante un opportuno sistema di comunicazione, ed in grado di interagire mediante scambio di messaggi al fine di condividere le risorse messe a disposizione da ciascun nodo.


3

definizione

sistema dicomunicazione

B

D

A

C

messaggioda A a B


4

motivazioni

• condivisione delle risorse– memorie di massa, periferiche, accessi

• possibilità di soddisfare a richieste distribuite– basi di dati distribuite

• affidabilità e tolleranza ai guasti

• scalabilità e uniformità in caso di crescita


5

problematiche

• maggiore complessità della progettazione, installazione e manutenzione

• problemi di sicurezza, sia come integrità e correttezza dei dati, che come controllo degli accessi

• sbilanciamento e parziale rallentamento nell’uso delle risorse


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classificazione

Le reti di calcolatori si possono classificare in

• LAN (Local Area Network), reti locali

• MAN (Metropolitan Area Network), reti cittadine

• WAN (Wide Area Network), reti geografiche


7

classificazione

reti locali (LAN):• estensione inferiore al Km• ambito privato, senza attraversamento di

suolo pubblico o cambio di proprietà• architettura relativamente omogenea,

proprietà unica e accessi conosciuti• alta velocità (4-1000 Mbps)• bassa probabilità di errore (10-9)


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classificazione

reti cittadine (MAN):• ambito comunale e pubblico• offerta gratuita di servizi locali• mezzo telefonico (doppino o fibra ottica)• velocità dipendente dal mezzo• sistemi eterogenei che si adeguano al mezzo

ed al software imposto dal gestore


9

classificazione

reti geografiche (WAN):• ambito nazionale o mondiale• mezzo utilizzato: rete telefonica tradizionale

e dorsali pubbliche e/o private• velocità variabile in funzione del mezzo

attraversato, anche molto bassa• problemi di tariffazione• problemi di internetworking


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classificazioneinternetworking

BRIDGE ROUTER

ROUTER RTG

MULTIPLEXER


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modello di comunicazione client/server

• il client richiede un servizio al server

• in genere il client resta in attesa del completamento del servizio (modalità sincrona)

• se non vuole bloccarsi (modalità asincrona) ha due possibilità:– modalità pull– modalità push


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client/server - modalità pull

• la responsabilità dell’ottenimento delle informazioni è a carico del client

• attiva un ciclo di richieste ad intervalli prestabiliti (polling)– la risposta può essere negativa, e lascia il client

nel ciclo di richieste– la risposta può essere positiva, e comunica al

client l’esito del servizio richiesto al server


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client/server - modalità push

• scompone le responsabilità del client e del server, e rovescia i ruoli nella risposta

• il client inoltra al server la richiesta di servizio, e poi se ne disinteressa

• quando il server ha completato il servizio, richiama il client e gli restituisce i risultati


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Modello di comunicazione

• il modello di comunicazione elementare è del tipo N:1, molti client che interpellano un solo server

• il modello reale è più complesso, del tipo N:M, molti clienti che possono accedere a molti server

• il modello client/server non utilizza lo stato connessione, ma quello di interazione


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client/server

• stato di interazione client/server:– server che conosce i client– server che memorizza i client– server che memorizza la storia dei client– server che consente l’interazione tra client– più server coordinati che consentono

l’interazione tra client


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modelli di mobilità di codice

• invece di trasferire i risultati di un dato servizio può essere trasferito il codice in grado di eseguire il servizio stesso– REV, Remote EValuation , o elaborazione lato

server, in cui il client invia al server sia i dati che il codice per svolgere il servizio

– COD, Code On Demand, o elaborazione lato client, il cui il client chiede al server il codice per svolgere localmente il servizio


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Java, esempio di modello COD

Sistema di rete

Sistema Operativo

browser

Java Virtual Machine

classibase

classiestese

applet e/o applicazioni Java

Sistema di rete

Sistema Operativo

browser

Java Virtual Machine

classibase

classiestese

applet e/o applicazioni Java

Sottosistema di comunicazione


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terminologiaAffinché A e B possano comunicare occorre1. un sistema fisico di collegamento comune2. software di base (N.O.S.) in A e in B3. software applicativo per A e B4. connessione abilitata e identificata di A e B5. funzione di instradamento nel sistema fisico

sottosistema di interconnessione (1+5)sottosistema di comunicazione (2+3+4)


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livelli

• la complessità e la grande dimensione di un sistema di comunicazione impone la sua realizzazione a livelli

• ogni livello ha un compito ben preciso, offre una serie di servizi ai livelli superiori, e per farlo sfrutta quelli del livello inferiore

• esistono sistemi di comunicazione da 2 fino a 7 livelli


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protocollo

• definizione letterale: insieme di regole (procedure e formati) che governano lo scambio di dati

• ogni livello di un sistema di comunicazione ha il proprio protocollo

• affinché due sistemi possano comunicare devono utilizzare i medesimi protocolli nei rispettivi livelli (peer process su peer layer)


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entità• definizione: soggetto che svolge effettiva-

mente un servizio, all’interno di un livello• ogni livello può contenere più entità, se

svolge contemporaneamente più servizi• analogia tra classe e servizio disponibile, e

tra istanza della classe ed entità• il punto di accesso (identificatore) attra-

verso cui un’entità offre il suo servizio al livello superiore si chiama SAP (Service Access Point)


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interfaccia

• definizione: insieme dei formati che rego-lano lo scambio di messaggi tra due livelli adiacenti

• analogia tra servizio e funzione, ed interfaccia e prototipo


23

terminologia

Ln

L2

L1

host Aprotocollodi livello n

interfaccian-1 / n }

interfaccia1 / 2 }

interfacciamezzo fisico }

Ln

L2

L1

host B

protocollodi livello 2

protocollodi livello 1

interfaccia2 / 3 }


24

esempio di architetturamittente

L3applicazione

entità2

destinatario

L2trasporto

L1accesso

entità1

SAP2SAP1

entità1SAP1

entità1

entità1

SAP1

entità1SAP1

entità1

Sistema A Sistema B


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esempio di architettura (1A)mittente

Sistema dicomunicazione

Il programma che sta operando sul sistema mittente deve trasferire un messaggio al sistema destinatario: per far ciò richiede il servizio

trasferisci(mess, mitt, dest)al suo livello L3 del sistema di comunicazione che a tal fine attiva l’entità2


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mittente Il crocerista Rossi, che sta navigando sulla NAVE_A, decide di inviare un messaggio al suo amico Bianchi, sulla NAVE_B. Per far ciò scrive il messaggio sul modulo opportuno, in cui specifica anche il suo nome e quello del suo amico, e poi passa il tutto all’aiutante del ponte in cui ha la cabina.

esempio di architettura (1B)

ROSSI BIANCHI testo

aiutantedel ponte

aiutantedel ponte

aiutantedel ponte

L 3


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SAP2

entità2

esempio di architettura (2A)

L’entità2 del livello L3, per svolgere il suo compito, deve determinare quale percorso dovranno seguire i pacchetti per giungere a de-

stinazione, e comporre un nuovo messaggio contenente anche gli opportuni indirizzi di accesso ai rispettivi livelli L3 (Sistema_A/SAP2 e Sistema_B/ SAP1), che passerà al livello sottostante L2.

L3applicazione

mittente


28

L’aiutante del ponte trascrive il modulo pervenuto in un ulteriore modulo prestampato, nel cui frontespizio deve specificare i numeri delle cabine del mittente e del destinatario. Alla fine consegna il nuovo modulo all’ufficiale di bordo.


mittente

ROSSI BIANCHI testo

L 3

NAVE_A Da L3

L 2

NAVE_B

aiutante del ponte


29

L2trasporto

SAP2

entità1

entità2


L’entità1 del livello L2, per svolgere il suo compito, suddivide il messaggio in tanti pacchetti, li numera per distinguerli, vi aggiunge

all’inizio gli indirizzi del mittente e del destinatario di Livello 2 (mittente: SAP1 destinatario: SAP1) ed alla fine il numero di caratteri che li compongono, e poi li passa all’entità1 del livello inferiore L1.

SAP1


30

L’ufficiale di bordo scompone il messaggio in frasi, le enumera e le ricopia su foglietti prestampati, una frase per foglietto, indicando anche il numero della cabina del mittente e quella del destinatario. Per sicurezza calcola il numero di caratteri che compongono ciascuna frase. Infine passa i foglietti al radiotelegrafista.

esempio di architettura (3B)ROSSI BIANCHI testo

C153 Frase 1 56C0030

C153 Frase 2 63C0031

C153 Frase 3 11C0032

ufficiale di bordo

NAVE_A Da L3NAVE_B


31


entità1

Sistema A

che i singoli bit arrivino a destinazione in maniera corretta.

L’entità1 del livello L1 ha il compito di trasferire fisicamente i pacchetti dal Sistema_A al Sistema_B.Ha ovviamente caratteristiche strettamente correlate al mezzo di comunicazione in uso, e deve verificare solo

L1accesso


32

Il radiotelegrafista riceve i foglietti delle informazioni da trasferire, in base alla nave da collegare determina la frequenza su cui trasmettere, si mette in contatto con il suo corrispettivo della NAVE_B, e finalmente invia i dati in codice Morse. Alla fine si sincera che i singoli codici vengano ricevuti correttamente,

esempio di architettura (4B)ROSSI BIANCHI testo

C153 Frase 1 56C0030

C153 Frase 2 63C0031

C153 Frase 3 11C0032

NAVE_A Da L3NAVE_B

radiotelegrafista


33


Quando un pacchetto è rice-vuto correttamente, viene passata attraverso la SAP1 all’entità1 del livello L2

L’entità1 del livello L1 del Sistema B, generalmente posta in attesa dal suo livello superiore, intercetta i messaggi, se ne riconosce come destinataria e li acquisisce.

entità1

Sistema B

SAP1

L1accesso


34

Il radiotelegrafista della NAVE_B riceve i singoli codici, verifica che siano (singolarmente) corretti, e ne ricopia il contenuto su foglietti analoghi a quelli usati nella NAVE_A. Dagli indirizzi in essi contenuti desume il nome dell’ufficiale di bordo a cui deve consegnarli.


radiotelegrafista

C153 Frase 1 56C0030

C153 Frase 2 63C0031

C153 Frase 3 11C0032


35


L’entità1 del livello L2 riceve i vari pacchetti dal suo livello L1, in base alla numerazione ricompone il messaggio totale, eventual-mente richiedendo la ritras-missione di qualche specifico pacchetto che risulta errato o perso, e poi passa il messaggio all’entità del livello superiore attraverso il SAP1 indicato.

SAP1

entità1L2

trasportoSAP1


36

L’ufficiale di bordo della NAVE_B riceve i singoli foglietti dal suo ra-diotelegrafista e ricompone il mes-saggio trasmesso. Se per caso un foglietto risulta mancante o incom-prensibile, ne richiede la ripetizione dal radiotelegrafista della NAVE_A Alla fine ricopia i singoli foglietti in un modulo messaggio, ed in base al numero della cabina del destinata-rio, passa il messaggio alrelativo aitante di ponte.


ufficiale di bordo

C153 Frase 1 56C0030

C153 Frase 2 63C0031

C153 Frase 3 11C0032

NAVE_A Da L3NAVE_B


37


L’entità1 del livello L3 rileva l’indirizzo di destinazione con-tenuto nel messaggio, e lo inoltra al programma che lo stava aspettando. Potrebbe an-che succedere che il Sistema_Bnon sia l’effettivo destinatario finale, ma solo quello intermedio, indispensabile per raggiungerlo. In questo caso l’entità2 ne cambia l’indirizzo di destinazione e lo ripassa ai suoi livelli inferiori per la ritrasmissione.

destinatario

entità1

SAP1

L3applicazione


38

L’aiutante del ponte estrae dal messaggio il testo della comunicazione tra i due clienti, lo,riporta nel modulo opportuno specificando anche i rispettivi nominativi, ed in base al numero di cabina indicato consegna al destinatario la comunicazione.


C153 Frase 1 56C0030

C153 Frase 2 63C0031

C153 Frase 3 11C0032

NAVE_A Da L3NAVE_B

ROSSI BIANCHI testo

aiutante del ponte


39

esempio di architettura considerazioni (1)

Ln

L2

L1

Ln

L2

L1

trasferimentofisico delle

informazioniattraverso

livelli adiacenti

standardizzatodalle interfacce


40

esempio di architettura considerazioni (2)

Ln trasferimentologico delleinformazioni

attraversolivelli paritari

standardizzatodai protocolli

protocollo di livello Ln

L1

L2protocollo di livello L2

protocollo di livello L1

Ln

L1

L2


41

terminologia approfondimenti (1)SAP Service Access PointIDU Interface Data UnitSDU Service Data UnitPDU Protocol Data UnitICI Interface Control Information

(N+1)IDU

(N+1)ICI (N+1)SDU

(N)SAP

(N)SDU

N_entità

(N)ICI

proprietàdel livello

(N)IDUlivello N

livello N+1

(N)PCI(N)PCI

(N)SDU(N)PDU


42

terminologia approfondimenti (2)servizi connessi

(connection-oriented)servizi non connessi

(connectionless)

tre fasi:1. creazione connessione2. trasferimento dati3. rilascio connessione

inoltro diretto

• PDU correlate• identificativo connessione• negoziazione connessione

• PDU indipendenti• indirizzamento esplicito• uso efficiente del mezzo


43

terminologia approfondimenti (3)

servizi confermati servizi non confermati

utilizzano le primitive:request indicationresponse confirm

Le primitive offerte da un servizio si dividono in:• request richiesta di servizio da parte di un’entità• indication avviso di un’entità del verificarsi di un dato evento• confirm risposta di un’entità ad un certo evento• response risposta ad una entità, relativa a precedente richiesta

utilizzano le primitive:request indication


44

terminologia servizi non confermati

N_entità

(N-1)_entità

D.indication

N_entità

(N-1)_entità

D.request(N-1)_PDU


45

terminologia servizi confermati (1)

N_entità

(N-1)_entità

D.indication

N_entità

(N-1)_entità

D.request(N-1)_PDU


46

terminologia servizi confermati (2)

N_entità

(N-1)_entità

D.response

N_entità

(N-1)_entità

D.confirm(N-1)_PDU


47

terminologia approfondimenti (4)

• Servizi non confermati e non connessi– datagram (analogo ai telegrammi)

• Servizi non confermati e connessi– (analogo alla segreteria telefonica)

• Servizi confermati e non connessi– (analogo alle raccomandate R.R.)

• Servizi confermati e connessi– (analogo al telefono)

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