Corso di Laurea in
Fisica
Fisica dell’Informazione
Docente: LucaLuca GammaitoniGammaitoni
Informazioni disponibili sul web:
Reti di Computer
Unità didattica: Reti
Riferimento al testo:
Introduzione alla scienza dei computer, McGraw-Hill, 2004 capitolo 8: 8 . 1 Ubiquitus.
8 . 2 Computer in rete 8 . 3 La geografia delle reti 8 . 4 La topologia delle reti 8 . 5 La logica delle reti
Reti di Computer
Unità didattica: Reti
A cosa servono?
• Per comunicare (scambiare informazioni tra i computer)
• Condividere le risorse (stampanti,
scanner, masterizzatori … connessioni
veloci ..)
Unità didattica: Reti
Classificazione delle reti
• In base alla loro “portata”
– LAN (Local Area Network) coprono aree limitate, ma sono molto veloci
– MAN (Metropolitan Area Network) Rete ottenuta mediante l’interconnessione di più reti locali nell’ambito metropolitano
– WAN (Wide Area Network) coprono aree maggiori, ma sono più lente La velocità di una rete o di una connessione tra computer è definita come la
massima quantità di informazione che può essere trasferita nell’unità di tempo e si misura in bit/s e i suoi multipli (kbit/s, Mbit/s)
La velocità di una connessione viene anche detta larghezza di banda
Shannon
Unità didattica: Reti
Classificazione delle reti
• In base allo hardware utilizzato per la connessione
– Ethernet (su cavo coassiale o su cavo a otto poli, 10 Mbit/s, 100 Mbit/s, 1Gbit/s)
– Senza fili
• Wifi (IEEE 802.11b 11Mbit/s, fino a 150 m)
• Bluetooth (1 Mbit/s, fino a 10,20,100 m) – Su fibra ottica
• FDDI ( > 1 Gbit/s) – Su doppino telefonico
• PSTN (modem analogico fino a 56 kbit/s)
• ISDN (fino a 128 kbit/s)
• ADSL (fino a 640 kbit/s)
• HDSL (fino a 8 Mbit/s)
Unità didattica: Reti
Classificazione delle reti
• In base al protocollo software utilizzato per la connessione
– IPX/SPX (Microsoft) – AppleTalk (Apple) – X25 (Xerox)
– TCP/IP (utilizzato per Internet)
Unità didattica: Reti Due tipi di relazioni:
• Peer to peer
I computer della rete comunicano tra loro in modo paritario. Ognuno di essi è responsabile di rendere disponibili le proprie risorse al resto della rete e della propria sicurezza.
• Client/server
Esiste una distinzione tra chi rende disponibile le risorse di rete (server) e chi ne fa uso (client) In una rete
client/server pura nessun client condivide le proprie risorse
Unità didattica: Reti
Pro
• Hardware meno costoso;
• Facile da amministrare;
• Nessun NOS (network operative system)
richiesto;
• Maggiore ridondanza strutturale;
Contro
• Possono peggiorare le performance dell’utente;
• Non molto sicura;
• Difficile da backuppare
Peer to peer
Peer to peer
Unità didattica: Reti Client/server
Pro
Molto sicura;
Migliore performance;
Backup centralizzato;
Molto affidabile e stabile;
Contro
Richiede un amministratore professionale;
Hardware più costoso e pesante;
Per reti con meno di 10-15 utenti generalmente conviene una
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MEZZI TRASMISSIVI
MEZZI
RAME(DOPPINO)
COASSIALE FIBRA OTTICA
MONOMODALE
MULTIMODALE WIRELESS
Unità didattica: Reti
SISTEMI OPERATIVI DI RETE (LOCALE)
• In una LAN si vogliono condividere le risorse, di solito, come minimo, stampanti e hard disk.
• Il S.O. deve permettere anche l’uso di quelle risorse che non sono fisicamente collegate al computer su cui si sta lavorando.
• I S.O. dei computer in rete devono quindi dialogare
fra loro per permettere la condivisione delle risorse.
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FILE SYSTEM DISTRIBUITO
• Parliamo di file system distribuito quando l’utente del file system vede un’unica struttura ad albero, e non si accorge che alcune
parti dell’albero (sub-tree) risiedono in realtà sull’hard disk di un altro computer della rete.
• Il S.O. maschera completamente la situazione. (Unix… Windows un po’ meno)
• E’ possibile configurare il file system distribuito in molti modi diversi, prendendone “pezzi” dalle varie macchine in rete
Unità didattica: Reti
SISTEMI OPERATIVI DISTRIBUITI
• Versione più sofisticata dei S.O. di rete
• Quando l’utente di un computer esegue un programma, non e’ detto che questo venga fatto girare sulla CPU locale: il S.O. si occupa di selezionare il computer (e
quindi la CPU) più scarico su cui il processo deve girare.
• I S.O. distribuiti sono ancora in fase di studio. Non esiste nulla a livello commerciale
Unità didattica: Reti
TRASMISSIONE
DIGITALE O ANALOGICA
• Nelle reti locali, la comunicazione tra due computer passa di solito su cavi dedicati, installati esplicitamente per la rete, e adatti per la trasmissione digitale delle informazioni.
• (Semplificando un po’) su questi cavi si ha una variazione del livello di tensione fra due valori, che corrisponde alla trasmissione di bit di valore zero oppure 1.
Unità didattica: Reti
TRASMISSIONE
DIGITALE O ANALOGICA
• Per le comunicazioni su lunga distanza, si cerca di sfruttare le reti di comunicazione esistenti, come ad esempio la rete telefonica.
• La rete telefonica è però fatta per comunicare la voce, cioè un segnale analogico che varia in maniera continua in una banda di frequenze.
• Sono necessari dei dispositivi per poter usare la rete telefonica come mezzo di comunicazione tra computer
Unità didattica: Reti
IL MODEM
COMPUTER Segnale MODEM
digitale
MODEM COMPUTER Segnale
digitale
Segnale
analogico
linea telef.
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IL MODEM
• I modem attuali hanno velocità di trasmissione che va da un minimo di 56.600 bit/sec (ossia una velocità massima di non più di 8 kByte/sec) a 24 Mbs (ossia una velocità massima di circa 3 MByte/sec)
• Se due computer comunicano con un modem, la velocità di comunicazione e’ sempre quella del modem più lento.
• Il modem e’ usato soprattutto per le comunicazioni private (ad esempio un utente che si collega ad internet tramite il suo
provider)
Unità didattica: Reti
COMUNICAZIONE SU LINEA DEDICATA O COMMUTATA
• Quando due computer sono connessi direttamente da un cavo di comunicazione, si parla di linea dedicata di trasmiss./comunic.
• Nel caso più generale, e soprattutto su internet, la
comunicazione tra due computer avviene attraverso computer intermedi, che fanno da tramite tra i due che devono comunicare, ritrasmettendo i loro messaggi. Si parla allora di comunicazione su linea commutata
Unità didattica: Reti
La Topologia delle Reti
• Esistono diverse configurazioni possibili per il collegamento di computer
• Queste si differenziano per la configurazione logico- geometrica.
• Si sceglie una configurazione (Topologia) piuttosto che un’altra basandosi su considerazioni di:
1) efficienza della rete 2) affidabilità della rete 3) costi di realizzazione
Unità didattica: Reti
Le diverse Topologie
Topologia BUS
Vantaggi: economia e semplicità
Svantaggi: difficile amministrazione
Unità didattica: Reti
Le diverse Topologie
Topologia RING (ad anello)
Vantaggi: facilità amministrazione (IBM)
Unità didattica: Reti
Le diverse Topologie
Topologia a stella
Vantaggi: facilità amministrazione (concentratore) Svantaggi: costi, vulnerabilità
Unità didattica: Reti
Le diverse Topologie
Topologia ad albero
Vantaggi: facilità modifica ed evoluzione
Unità didattica: Reti
NAMING
• Ogni computer di una rete deve avere un nome logico unico. Il nome logico e’ usato dagli utenti della rete per comunicare con quel computer
• Il computer ha anche un indirizzo fisico: l’indirizzo con il quale il software che gestisce le comunicazioni in rete localizza e gestisce la comunicazione con quel computer.
• Deve essere gestita una corrispondenza tra il nome logico e l’indirizzo fisico del computer
Unità didattica: Reti
Serial number Codice venditore
24 bits 24 bits
MAC ADDRESS
E’ l’indirizzo fisico di un qualsiasi apparato che si attacca alla rete. Per questo motivo e’ unico, ed e’ formato da 48 bits (6 byte) solitamente espressi in formato esadecimale.
Unità didattica: Reti
Pacchetti
• Esistono due modalità di connessione:
• A pacchetti: l’informazione viene suddivisa in pacchetti, ciascuno dei quali viaggia in modo indipendente e
contiene l’indirizzo di partenza, quello di arrivo e le informazioni necessarie per ricostruire l’intera
informazione. Il compito di ricostruire correttamente l’informazione è compito del computer di destinazione.
• A rete commutata: si stabilisce una connessione tra due punti, che verrà riservata per l’intera durata della
comunicazione, indipendentemente dalla quantità di dati effettivamente scambiati
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Protocolli
• La comunicazione tra computer avviene seguendo delle precise regole. L’insieme di tali regole viene chiamato protocollo.
Esistono molti protocolli differenti ai vari livelli di comunicazione.
Ciascun protocollo dovrà definire necessariamente:
• Il formato dei dati da trasferire
• L’eventuale meccanismo di controllo e correzione degli errori
• Il tipo di applicazione che dovrà gestire i dati
• Il metodo per ricostruire l’informazione
Unità didattica: Reti
La Logica delle Reti
• Modello OSI
(Open System Interconnection)
Il funzionamento di una rete è definito a strati.
Lo strato di livello più basso definisce la
connessione fisica, lo strato di livello più alto
definisce i servizi.
Unità didattica: Reti
La Logica delle Reti
Unità didattica: Reti
7 Livello di Applicazione o Application Layer:
il livello 7 occupa lo strato piu’ alto e per questo motivo non fornisce servizi agli altri livelli, ma interagisce in modo diretto con le
applicazioni usate dall’utente, fornendo i servizi di rete. E’ fornito di due interfacce, una diretta e l’altra indiretta. Attraverso
l’interfaccia diretta con il livello sottostante, l’Application Layer serve le applicazioni tipiche di una rete, quali lo scambio di e-mail, il trasferimento dei file, l’accesso ai database, l’accesso ai siti Web, la gestione remota di applicazioni distribuite e lﾕemulazione di
terminali.
L’interfaccia indiretta gestisce le applicazioni stand alone (come gli word processors).
Unità didattica: Reti
6 Livello di Presentazione o Presentation Layer:
si preoccupa di preparare le informazioni ricevute dal livello
Applicazione in un formato adatto alla trasmissione. In particolare effettua la codifica dei dati, la conversione del set di caratteri e l’espansione dei comandi grafici. Grazie a questo livello, le
applicazioni che girano su computer con sistemi diversi possono comunicare tra loro in modo indipendente dalle applicazioni stesse.
Al livello 6 vengono infatti definiti gli standard ASCII ed EBCDIC per gestire i file di testo, gli standard GIF, JPEG e TIFF per
rappresentare le immagini, … Si occupa infine della compressione dei dati (per ridurne la dimensione e velocizzare la trasmissione) e della crittografia.
Unità didattica: Reti
5 Livello di Sessione o Session Layer:
il livello 5 si occupa di attivare la connessione tra due stazioni, di mantenerla per tutta la durata del
trasferimento dei dati e di abbatterla a fine
trasmissione. L’intero processo è chiamato appunto sessione.
Poichè i dati vengono trasmessi su una rete a
commutazione di pacchetto, questo livello ha il compito fondamentale di definire la durata della trasmissione e il controllo del dialogo decidendo quale delle due
stazioni deve trasmettere
Unità didattica: Reti
4 Livello di Trasporto o Transport Layer:
il livello 4 è il piu’ basso dei 4 livelli superiori end-to-end, cioè in grado di stabilire una connessione logica con i livelli paritari.
Questo livello incapsula i dati in segmenti in fase di trasmissione e li riassembla in fase di ricezione. I messaggi lunghi vengono
suddivisi in piu’messaggi e attraverso la tecnica di multiplazione inviati su canali diversi. Il medesimo livello della stazione ricevente ricostruisce i pacchetti e invia un messaggio di conferma alla
stazione trasmittente. La funzione principale è quindi quella di garantire che lo scambio di informazioni sia affidabile e sicuro e che i pacchetti siano ricevuti in sequenza e senza duplicati.
Unità didattica: Reti
3 Livello di Rete o Network Layer:
il livello 3 si occupa della traduzione del nome logico dell’host destinatario in indirizzo fisico. Definisce
l’instradamento, determinando il percorso più breve, prima dellﾕinvio dei messaggi, attraverso la
consultazione di tabelle di instradamento statiche o dinamiche. Si occupa di gestire la comunicazione controllando il flusso dei dati al fine di evitare la
congestione della rete. I dati ricevuti dal livello superiore sono organizzati in pacchetti o datagramma, che
contengono il network header con l’indirizzo logico della sorgente e della destinazione.
Unità didattica: Reti
2 Livello di Collegamento Dati o Data Link Layer:
il livello 2 provvede che la trasmissione sul mezzo fisico sia affidabile. Il Data Link si preoccupa inoltre
dell’indirizzamento fisico, di ordinare e incapsulare i dati in una struttura logica detta trama o frame e di
trasmetterla correttamente al sottostante livello Fisico.
Ogni frame da inviare viene delimitato aggiungendo dei caratteri di controllo, quali i caratteri di Start, End, Parity, oppure CRC. In questo modo è possibile riconoscere
eventuali errori e ritrasmettere la trama errata, o eliminare le trame duplicate. Il livello 2 gestisce la
Unità didattica: Reti
1 Livello Fisico, o Phisycal Layer:
il livello 1 si preoccupa della gestione del mezzo trasmissivo (cavo coassiale, cavi STP o UTP, fibre ottiche) su cui avviene lo scambio di informazioni, occupandosi della conversione del frame in una sequenza di bit e della successiva trasmissione dei singoli bit.
Esso definisce per questo le modalità di connessione tra il cavo e la scheda di rete e di conseguenza le caratteristiche cui i mezzi di collegamento fisico devono sottostare, come il numero di piedini di un connettore; i valori di tensione per i livelli logici, il significato dei pin di un componente.
Unità didattica: Reti
Il protocollo di Internet: TCP/IP
Unità didattica: Reti
Header di un pacchetto: 6 parole da 32 bit
Unità didattica: Reti
IPv4: indirizzi da 32 bit
141.250.2.2 141.280.2.2
Indirizzo correttamente formato
Indirizzo NON correttamente formato E’ l’indirizzo dell’interfaccia di rete del computer
Unità didattica: Reti
IPv4: indirizzi da 32 bit
Reti di CLASSE A Primo byte tra 1 e 127
Circa 16 milioni di nodi per rete Reti di CLASSE B Primo byte tra 128 e 191
Due byte per la rete e due per i nodi Reti di CLASSE C Primo byte tra 192 e 223
Tre byte per la rete e uno per i nodi Classe D ed E per usi speciali
Unità didattica: Reti
Breve storia di Internet Breve storia di Internet
Internet, la rete che origina dalla connessione di un elevato numero di reti locali in tutto il mondo nasce negli anni sessanta grazie a progetti di ricerca finanziati dalla difesa degli Stati Uniti.
Lo scopo originario era quello di garantire un sistema di comunicazioni per le forze armate statunitensi che potesse resistere anche in condizioni di guerra. Perfino in seguito ad una guerra termonucleare.
Nel 1969 questi progetti vengono unificati in un’agenzia del Ministero della Difesa chiamata ARPA (Advanced Research Projects Agency), ora DARPA. Sotto l’egida ARPA nasce il progetto ARPANET che coinvolse principalmente centri di ricerca militari e università americane.
Unità didattica: Reti
Breve storia di Internet Breve storia di Internet
Internet, la rete che origina dalla connessione di un elevato numero di reti locali in tutto il mondo nasce negli anni sessanta grazie a progetti di ricerca finanziati dalla difesa degli Stati Uniti.
Lo scopo originario era quello di garantire un sistema di comunicazioni per le forze armate statunitensi che potesse resistere anche in condizioni di guerra. Perfino in seguito ad una guerra termonucleare.
Nel 1969 questi progetti vengono unificati in un’agenzia del Ministero della Difesa chiamata ARPA (Advanced Research Projects Agency), ora DARPA. Sotto l’egida ARPA nasce il progetto ARPANET che coinvolse principalmente centri di ricerca militari e università americane.
Unità didattica: Reti
Breve storia di Internet Breve storia di Internet
Il primo spezzone di rete vide collegate quattro università:
- Stanford Research Institute (associato a Stanford University) - UCLA (University of California Los Angeles),
- UCSB (Univesity of California Santa Barbara) e la - University of Utah,
La rete fu inaugurata il 2 settembre 1969.
La trasmissione dei dati venne divisa in blocchi di informazioni secondo un modello inventato in Europa dagli inglesi e francesi che stavano sperimentando a loro volta.
Venne battezzato NCP (Network Control Protocol), il primo protocollo che utilizzava la commutazione di pacchetto su ARPANET.
Unità didattica: Reti
Breve storia di Internet Breve storia di Internet
L’NCP si è poi evoluto fino a diventare ai giorni nostri il già citato TCP/IP meglio identificato col nome di
Internet Protocol Suite
standardizzato definitivamente nel 1983.
Unità didattica: Reti
Breve storia di Internet Breve storia di Internet
Lo sviluppo di questo protocollo lo si deve soprattutto a due
ricercatori: Vinton Cerf di Stanford e Bob Kahn della DARPA che nel 1974 pubblicarono un articolo dal titolo A Protocol for Packet Network Intercommunication.
Unità didattica: Reti
Breve storia di Internet Breve storia di Internet
Il 1972 segna un importante risultato: l'Università dello Utah realizza un sistema per controllare un computer in modo remoto mediante ARPANET ed implementa il protocollo FTP (File Transfer Protocol) per trasferire i file da un computer ad un altro.
In quegli anni nascono le prime applicazioni e i primi successi: la posta elettronica riscuote l’interesse unanime dei ricercatori.
All’inizio degli anni ottanta l’uso della rete è già diffuso tra numerose università americane. I militari americani decidono di costruire una nuova rete dedicata solo agli scopi militari (MILNET) mentre ARPANET diventa sempre più controllata dalle sole università.
Unità didattica: Reti
Breve storia di Internet Breve storia di Internet
Nel 1981 nasce BITNET (Because It's Time NETwork) ad opera della City University di New York e dell’università di Yale:
un po’ la risposta della costa Est ai californiani.
A metà degli anni ottanta circa 300 università sono collegate ad ARPANET ed utilizzano i servizi di email, FTP e calcolo remoto.
Nel 1989 si compie la transizione: nasce NSFNet e muore ARPANET.
NSFNet prende il nome dalla National Science Foundation, la potente organizzazione del governo americano preposta al finanziamento della ricerca scientifica che prende in gestione la rete che non gode così più del finanziamento dei militari. Questo rende possibile l’apertura della rete anche ad altre istituzioni sia americane che soprattutto straniere.
Unità didattica: Reti
Breve storia di Internet Breve storia di Internet
Nel 1991 il governo degli Stati Uniti vara l'High Performance Computing Act, una legge che ha lo scopo di promuovere la realizzazione di connessioni ad alta velocità per le università e la ricerca americana.
Nel 1994 NSFNet non è più la rete dominante e nasce di fatto Internet come interconnessioni di molte reti tra loro indipendenti. Si stima che nel 1992 sono oltre 1.000.000 i nodi connessi in rete.
Unità didattica: Reti
Breve storia di Internet Breve storia di Internet
In Europa nel 1990 presso il CERN di Ginevra ad opera di Tim
Berners-Lee viene creato il World Wide Web (abbreviato web), un servizio che permette di diffondere informazioni in modo intuitivo e semplice.
Unità didattica: Reti
Breve storia di Internet Breve storia di Internet
End 1990: Development begins for first browser (called
"WorldWideWeb"), editor, server, and line-mode browser.
Culminates in first Web client-server communication over Internet in December 1990.
Unità didattica: Reti
Beeth> Girls are like Internet domain names, the ones I like are already taken.
Honx> Well, you can still get one from a strange country :-P
Honx, IRC (bash.org)
Nomi di dominio
Problema:
assegnare ad un computer un indirizzo mnemonico facile da ricordare e poi chiedere ad un altro computer di associare l’indirizzo mnemonico a quello numerico.
Questo servizio si chiama Domain Name Service (DNS) e viene svolto da computer collegati in rete che si chiamano Domain Name Server.
Grazie al servizio DNS ogni nodo di Internet può avere un indirizzo mnemonico composto da caratteri alfabetici e numerici di lunghezza arbitraria. Questo indirizzo prende il nome di
Unità didattica: Reti
Nomi di dominio
Esempio:
141.280.2.2 --- www.fisica.unipg.it
Il domain name è anch’esso caratterizzato da parole separate da punti.
La parte più a destra, nel caso in esempio “.it” è il cosiddetto nome di dominio di primo livello (top level domain). Identifica o il paese di origine del computer (nome geografico) oppure la caratteristica del soggetto che possiede quel computer.
Unità didattica: Reti
Nomi di dominio
I più comuni nomi di primo livello sono:
Nomi geografici:
it: Italia fr: Francia de: Germania uk: Regno Unito jp: Giappone
…
Unità didattica: Reti
Nomi di dominio
C’è anche il nome “us ”per i siti americani ma questi in genere usano nomi di primo livello organizzati per
categorie:
com: aziende
net: reti in genere gov: enti governativi mil: enti militari
edu: università usa
org: organizzazioni no profit
negli ultimi anni la ICANN (Internet Corporation For
Assigned Names and Numbers), l’ente che regola il servizio DNS ha introdotto sette nuovi nomi: .biz, .info, .name, .pro,
Unità didattica: Reti
Nomi di dominio
Oltre al dominio di primo livello, c’è il dominio di secondo livello: unipg.it
Nel nostro caso è unipg che sta per università di Perugia. Il dominio di secondo livello viene assegnato a chi ne fa
richiesta (dietro pagamento di una tassa annuale di poche decine di €) da aziende dislocate su tutto il pianeta ed autorizzate da ICANN a questo scopo.
I nomi di dominio di terzo e quarto livello, nel nostro caso www e fisica vengono assegnati dal Network Manager locale.
Unità didattica: Reti
Nomi di dominio
Come abbiamo discusso sopra il DNS si occupa della associazione di un nome a d un numero.
Come fa?
Semplice, il DNS ha un database nel quale queste
associazioni sono memorizzate. Se non lo trova nel proprio database lo chiede al prossimo DNS sulla rete e così via fino a che non trova qualche DNS che lo sa.
In questo modo il servizio si mantiene aggiornato senza bisogno che ci sia un unico server centrale a cui tutti debbono fare riferimento.
Unità didattica: Reti
WWW La struttura del servizio WWW
Server WWW esempio: Apache
Client WWW esempio: Interner Explorer
Dal server vengono forniti documenti ipertestuali corredati da file di immagini, suoni, filmati…
File ipertestuale: file di solo testo (.html, .htm, …) File immagine: file (.gif, .jpg)
Unità didattica: Reti
WWW
Come funziona nel dettaglio il Web?
tre insiemi di regole:
ｷ Uniform Resource Locator (URL)
ｷ Hyper Text Transfer Protocol (HTTP) ｷ Hyper Text Markup Language (HTML) Vediamole in dettaglio
Unità didattica: Reti
WWW
Lo Uniform Resource Locator (URL) è uno standard che definisce il modo in cui ogni pagina Web viene individuata all’interno del computer server.
Questo avviene assegnando alla pagina Web un indirizzo.
Esempio: http://www.fisica.unipg.it:80/gammaitoni/infogen/index.html
http specifica il tipo di protocollo di servizio che stiamo utlizzando (vedi sotto)
//www.fisica.unipg.it specifica il domain name a cui è associato l’ind. IP
:80 specifica il num della porta, ovvero dell’interf. di rete (può essere omesso)
/gammaitoni/infogen/
Unità didattica: Reti
WWW
Lo Hyper Text Transfer Protocol (HTTP)
è invece il protocollo di comunicazione di alto livello (Application layer 7, secondo lo schema OSI) che specifica come le informazioni relative alla pagina Web debbono essere trasmesse.
Questo protocollo è definito da un consorzio internazionale (di cui fa parte lo stesso Berners Lee) denominato World Wide Web Consortium (W3C).
