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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
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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
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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
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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
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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.
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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
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Azienda
Servizio postale
Il modello dell’architettura ISO: Introduzione
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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
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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
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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 applicazione
Livello di presentazione
Livello di sessione
Livello di trasporto
Livello di rete
Livello di collegamento dati
Livello di fisico
Host A
Livello di applicazione
Livello di presentazione
Livello di sessione
Livello di trasporto
Livello di rete
Livello di collegamento dati
Livello di fisico
Host B
Il modello dell’architettura ISO: struttura gerarchica e modularità
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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 applicazione
Livello di presentazione
Livello di sessione
Livello di trasporto
Livello di rete
Livello di collegamento dati
Livello di fisico
Livello di applicazione
Livello di presentazione
Livello di sessione
Livello di trasporto
Livello di rete
Livello di collegamento dati
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
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Livello di applicazione
Livello di presentazione
Livello di sessione
Livello di trasporto
Livello di rete
Livello di collegamento dati
Livello di fisico 1
2
3
4
5
6
7 Livello di applicazione
Livello di presentazione
Livello di sessione
Livello di trasporto
Livello di rete
Livello di collegamento dati
Livello di fisico
Livello di applicazione
Livello di presentazione
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
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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 applicazione
Livello di presentazione
Livello di sessione
Livello di trasporto
Livello di rete
Livello di collegamento dati
Livello di fisico
Livello di applicazione
Livello di presentazione
Livello di sessione
Livello di trasporto
Livello di rete
Livello di collegamento dati
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