Le reti telematiche

1. Le reti telematiche

2. Le reti telematiche • XX secolo: era dell’informazione • dominano l’elaborazione e la distribuzione delle informazioni • Nascono le reti di telecomunicazioni • Si sviluppano le componenti hw e sw dei calcolatori • Dagli anni ‘70 informatica e telecomunicazioni convergono nelle reti telematiche

3. Le reti telematiche • Una rete consiste in un certo numero di dispositivi • autonomi • interconnessi • capaci di comunicare • e di condividere le proprie risorse con gli altri

4. Utilità • Permettono di condividere risorse • Stampanti, Calcolatori, Dischi • Migliorano l’affidabilità del sistema • Sistemi di Backup automatico di file • Replicazione • Realizzano grandi sistemi di calcolo a partire da tanti piccoli calcolatori • Sistemi distribuiti

5. Utilità (2) • Permettono di accedere a informazioni remote • Documenti, programmi • Permettono di comunicare tra persone • E-mail, chat, irc, news, bbs, videoconferenza • Forniscono intrattenimento • video on demand, musica on line

6. Schema di comunicazione sorgente (messaggio) sistema di trasmissione canale di trasmissione trasmettitore ricevitore (segnale) (messaggio) rumore destinatario

7. Problemi da affrontare • Come mettere in comunicazione più sorgenti e più destinatari • schemi di connessione (topologia) • tecnologie di trasmissione • Come trasmettere i segnali in modo affidabile e efficiente • mezzi di trasmissione (canali e dispositivi) • codifiche e protocolli (software)

8. Componenti principali • Computer: • strutturati gerarchicamente o allo stesso livello • Nodi terminali: i punti di ingresso/uscita dei dati • microcomputer e periferiche (stampanti, fax, ecc.) • PC con il ruolo di terminali e computer stand-alone • Canali di comunicazione • per il trasferimento fisico dei dati • doppino telefonico, fibre ottiche, infrarossi, ... • Software di gestione della rete

9. Le Reti Telematiche: definizione Insieme di cavi, protocolli, apparati di rete che collegano tra loro computer distinti • i cavi trasportano fisicamente le informazioni • i protocolli definiscono le regole e il modo per trasferire le informazioni • Proprietari • Standard pubblici • gli apparati di rete codificano l’informazione e la inviano sui cavi (router, gateway)

10. I canali di comunicazione • Canali guidati • doppino telefonico • cavo coassiale • fibra ottica • Canali non guidati • onde radio • Micro-onde • infrarossi Canali guidati

11. I canali di comunicazione

12. I canali di comunicazione Esempio di sistema a collegamento misto

13. Le reti di calcolatori Sono caratterizzate in base a • scala (distanza tra i nodi) • topologia (schema di connessione tra i nodi) • Modalità di interazione (gerarchica/ paritetica) • tecnologia di trasmissione (broadcast/punto a punto) • standard di comunicazione (ISO-OSI/TCP-IP)

14. Le reti di calcolatori Sono caratterizzate in base a • scala (distanza tra i nodi) • topologia (schema di connessione tra i nodi) • Modalità di interazione (gerarchica/ paritetica) • tecnologia di trasmissione (broadcast/punto a punto) • standard di comunicazione (ISO-OSI/TCP-IP)

15. Scala • Interna all’elaboratore • locale (LAN) • metropolitana (MAN) • geografica (WAN) • internetwork (rete di reti)

16. Reti interne all’elaboratore • Collegano i processori delle macchine parallele o multiprocessore • occupano spazi molto ridotti (0.1m - 1m) • Molto veloci • Seguono standard proprietari • Hanno topologie particolari • formano strutture con particolari proprietà (alberi, maglie, ipercubi)

17. Rete locale • LAN (Local Area Network) • Collega i computer di una stanza, edificio, campus (si estende al più per pochi chilometri) • E’ mediamente veloce (100 Mbps/1 Gbps): il tempo max di connessione è legato alle dimensioni della rete • E’ in genere privata: i cavi sono utilizzati in modo esclusivo dal proprietario

18. Rete metropolitana • MAN (Metropolitan Area Network) • Collega i computer di edifici a livello cittadino • Usa spesso la tecnologia delle LAN • Può trasportare dati e voce • Può essere privata o pubblica • E’ mediamente veloce

19. Rete geografica • WAN: Wide Area Network • Collega i computer sul territorio nazionale • Usa linee di comunicazione a larga banda e pubbliche (linee telefoniche - point to point, canali satellitari - broadcast) • Ha una topologia complessa • La velocità è dell’ordine dei Kb/s-Mb/s

20. Reti di reti • Per connettere • più reti dello stesso tipo • reti di tipo diverso • I segnali trasmessi in rete devono essere • amplificati per arrivare più lontano • convertiti per essere trasferiti a una rete diversa • inviati nella giusta direzione

21. Reti di reti • Aggregazione di varie reti • Tecnologia e scala diverse • Hardware e software complessi • Gateway come elementi di collegamento • traducono i formati dei pacchetti • conoscono il software di entrambe le reti che vogliono collegare • Internet - la rete delle reti

22. Reti di reti • Ripetitori • rigenerano e amplificano i segnali • Ponti (bridge) • connettono reti con topologie diverse. • Instradatori (router) • instradano un messaggio da un nodo a reti multiple • Gateway • collegano reti che utilizzano protocolli (“formati”) di comunicazione diversi

23. Rete di reti

24. Le reti di calcolatori Sono caratterizzate in base a • scala (distanza tra i nodi) • topologia (schema di connessione tra i nodi) • Modalità di interazione (gerarchica/ paritetica) • tecnologia di trasmissione (broadcast/punto a punto) • standard di comunicazione (ISO-OSI/TCP-IP)

25. Topologia Rappresentata mediante grafi • vertici: nodi della rete • computer (host) e terminali • apparati di rete o elementi di comunicazione (router, gateway) • archi: connessioni tra i nodi • cavi, collegamenti satellitari, micro onde

26. Topologia La topologia, cioè lo schema di connessione tra i nodi, può essere a • bus o lineare • anello • stella • albero • maglia ...

27. Topologia a bus o lineare • Tutti i computer sono collegati ad un unico cavo lineare • Un solo computeralla volta puòinviare dati • Tutti gli altri computer “vedono” i dati, ma solo il destinatario indicato dal mittente può effettivamente riceverlo • Non adatto per reti con molti computer connessi

28. Topologia ad anello • Tutti i computer sono collegati ad un unico cavo circolare • I computer trasmettono a turno (secondo una regola di arbitraggio prestabilita) • I dati inviati da un nodo percorrono l’anello in senso orario fino a quando raggiungono il destinatario • E’ una tipologia attiva (al contrario di quella a bus) in quanto ogni computer funge da ripetitore • Es: token Ring

29. Topologia a stella • Tutti i nodi sono collegati ad un calcoltore centrale (host), che riceve i dati inviati dalle sorgenti e li smista ai destinatari

30. Topologia • Altri schemi di connessione dei nodi di una rete sono varianti o combinazione dei precedenti. • Topologia ad albero

31. Topologia a maglia

32. Le reti di calcolatori Sono caratterizzate in base a • scala (distanza tra i nodi) • topologia (schema di connessione tra i nodi) • Modalità di interazione (gerarchica/ paritetica) • tecnologia di trasmissione (broadcast/punto a punto) • standard di comunicazione (ISO-OSI/TCP-IP)

33. Modalità di interazione • L’ interazione fra due o più macchine può avvenire con due modalità: • client/server (email, Web, ...) • peer-to-peer (Napster, WinMX...)

34. Interazione • client/server (organizzazione gerarchica) • Una macchina (client) ha bisogno di un servizio • Un'altra macchina (server) fornisce quel servizio • Il client deve contattare il server e chiedergli il servizio desiderato

35. Interazione • peer-to-peer (organizzazione paritetica) • Non c'è un client (che fa le richieste) e un server (che le soddisfa)... • ...ma un insieme di macchine che si scambiano informazioni da pari a pari

36. Le reti di calcolatori Sono caratterizzate in base a • scala (distanza tra i nodi) • topologia (schema di connessione tra i nodi) • Modalità di interazione (gerarchica/ paritetica) • tecnologia di trasmissione (broadcast/punto a punto) • standard di comunicazione (ISO-OSI/TCP-IP)

37. Trasmissione broadcast • Tutti i nodi condividono un unico canale di comunicazione • L’informazione spedita viene ricevuta da tutti i nodi della rete • Solo il destinatario la elabora • Tecniche di accesso al canale di comunicazione • a contesa (risolve i conflitti): protocollo a collisione • non a contesa (evita i conflitti): protocollo a gettone

38. Trasmissione punto a punto • Connessioni tra coppie di nodi • L’informazione raggiunge la destinazione attraversando i nodi intermedi sul cammino dalla sorgente ad essa (store-and-forward) • ciascun nodo intermedio deve sapere in quale direzione far proseguire l’informazione • ricerca del cammino • tolleranza ai guasti grazie a cammini multipli

39. Le reti di calcolatori Sono caratterizzate in base a • scala (distanza tra i nodi) • topologia (schema di connessione tra i nodi) • Modalità di interazione (gerarchica/ paritetica) • tecnologia di trasmissione (broadcast/punto a punto) • standard di comunicazione (ISO-OSI/TCP-IP)

40. Standard di comunicazione • Per poter comunicare, due calcolatori devono concordare delle convenzioni (o standard di comunicazione) relative a • formato dei dati • struttura dei pacchetti e informazioni di controllo • velocità di trasmissione • ...

41. Standard di comunicazione B A pacco pacco spedizioniere spedizioniere container container aereo Aereo Aereo

42. Standard di comunicazione • Organizzato a livelli per ridurne la complessità e aumentarne la flessibilità • il numero dei livelli e le loro funzionalità dipendono dal tipo di rete • ogni livello formalizza un particolare aspetto (livello di astrazione) della comunicazione • ogni livello fornisce servizi per, e comunica fisicamente solo con, i due livelli adiacenti, superiore e inferiore (se esistono)

43. Standard di comunicazione • Livelli adiacenti comunicano mediante interfacce • definiscono le operazioni primitive e i servizi che il livello sottostante offre a quello soprastante • sono strutturate in modo da ridurre al minimo gli scambi di informazione

44. Standard di comunicazione • Le regole per la comunicazione sui vari livelli si chiamano protocolli: • stabiliscono come la comunicazione deve procedere e il formato dei pacchetti • ogni protocollo aggiunge un’intestazione al messaggio con le informazioni che servono al livello omologo all’altro capo della comunicazione per interpretare il messaggio

45. Standard di comunicazione • L’insieme dei protocolli usati ai vari livelli di una rete è detto pila dei protocolli • L’insieme dei livelli e di protocolli si chiama architettura di rete

46. Esempio di livelli B A protocollo di livello 4 livello 4 livello 4 interfaccia di livello 3-4 protocollo di livello 3 livello 3 livello 3 interfaccia di livello 2-3 protocollo di livello 2 livello 2 livello 2 interfaccia di livello 1-2 protocollo di livello 1 livello 1 livello 1 mezzo fisico

47. Lo standard ISO-OSI Prevede 7 livelli:

48. L’architettura TCP/IP • Trasmission Control Protocol/Internet Protocol • sviluppato per consentire l’interoperabilità tra reti fisiche diverse, definito nel 1974 da Vinton Cerf • Composto da 5 livelli • applicazione • trasporto • rete • Link dati • fisico TCP IP

49. TCP/IP: livelli fisico e link dati • Livello fisico • le caratteristiche del mezzo di trasmissione • la natura dei segnali • la velocità di trasmissione • Livello di accesso alla rete • dati organizzati in trame (frame) • instradamento all’interno di una rete • l’architettura non specifica alcun requisito (Ethernet, ARPANet, packet radio, ...)

50. TCP/IP: livello rete • Definisce lo schema di indirizzamento • Gestisce l’attraversamento di reti diverse (router) • Trasparente all’utente finale