L`Evoluzione dell`Informatica Le Reti di Calcolatori La Rivoluzione

L’Evoluzione dell’Informatica
I semestre 03/04
Š L’industria informatica è nata negli anni ’40
Introduzione e Classificazione
delle Reti di Calcolatori
„
Š Gli anni 60-70 hanno visto la nascita ed il
diffondersi del PC
Š Il modello centralizzato è stato sostituito dal PC
su ogni scrivania
Prof. Vincenzo Auletta
[email protected]
http://www.dia.unisa.it/professori/auletta/
„
„
Università degli studi di Salerno
Laurea in Informatica
grandi potenze di calcolo e capacità di archiviazione
disponibili ad ogni utente
possibilità di gestire dati multimediali
Š i PC possono comunicare tra loro?
1
Le Reti di Calcolatori
La Rivoluzione Telematica
Š Alla fine degli anni ’60 sono stati costruiti i primi
Š Il progresso tecnologico negli anni 70-80 ha
portato ad una progressiva integrazione tra
informatica e telecomunicazioni
prototipi di sistemi di computer connessi tra loro
tramite una rete di comunicazione
„
„
questi sistemi sono detti reti di calcolatori
Š Le reti di calcolatori hanno rivoluzionato il
„
„
computer scambiano dati attraverso una rete di
telecomunicazioni in tempo (quasi) reale
Š La telematica è basata su
modello di organizzazione aziendale
„
il grande e potente mainframe è stato sostituito da
centinaia di calcolatori indipendenti ma interconnessi
organizzazione più economica e flessibile
„
„
2
sistemi centralizzati con terminali stupidi collegati a
mainframe
3
nessuna differenza sostanziale tra trattamento dei
dati e trasmissione
nessuna differenza tra trasmissione di dati, voce,
immagini, video
superamento delle distinzioni tra macchina
monoprocessore o multiprocessore, rete locale o
rete geografica
I Sistemi Distribuiti
Il Calcolo Distribuito
Š Un sistema distribuito consiste di dispositivi
Š La progettazione di sistemi distribuiti richiede la
distinti ed indipendenti, collegati tramite una
rete di interconnessione, visti dall’utente come
un unico dispositivo virtuale
„
„
definizione di un modello di calcolo distribuito
„
l’utente non si accorge se il comando che ha
lanciato è eseguito in locale o in remoto e non sa
dove sono localizzati i dati
il sistema operativo si preoccupa di assegnare le
elaborazioni ai vari processori e di spostare i dati
sulla rete
4
„
„
„
un programma consta di varie parti, eseguite su
piattaforme hardware e software differenti, che
interagiscono tramite una rete
modello client/server e peer-to-peer
Corba, DCOM, Web Services, etc.
ambienti di sviluppo Java, .NET, etc.
5
Sistemi di Comunicazione
Sistemi di Comunicazione
Š Sorgente
obbiettivo: consentire lo scambio di dati tra due
entità localizzate in posti differenti
„
genera i dati da trasmettere
(PC, telefono, rilevatore)
Š Trasmettitore
„
trasforma e codifica i dati
(modem, trasmettitore radio)
Š Sistema di Trasmissione
„
consente la trasmissione di un segnale
(rete telefonica,
rete locale, etere)
Š Ricevitore
„
decodifica e trasforma i segnali
(modem, sintonizzatore,
ricevitore digitale)
Š Destinazione
6
7
„
riceve i dati inviati dalla sorgente
Esempio di Sistema di
Comunicazioni
Modello Semplificato di
Comunicazione Dati
Š Comunicazione tra una workstation ed un file server
tramite rete telefonica
Š
Š
Š
Š
Š
9 Š
8
Aspetti di un Sistema di
Comunicazione
Š Accesso al sistema
„
condivisione, multiplexing
Š Interfaccia
Š Generazione del segnale
Š Sincronizzazione
„
trasmittente/ricevente
Š Gestione dell'interazione
„
simplex, duplex, half duplex
Š Individuazione e
correzione degli errori
Š Controllo del Flusso
10
Reti di Comunicazione
In genere non conviene collegare direttamente
due dispositivi che devono comunicare
ŠIndirizzamento
ŠIstradamento
ŠRecovery
ƒ ripristino di una
„
„
connessione interrotta per
un guasto
„
ŠFormattazione messaggi
ŠSicurezza
distanza
costo
connessione necessaria solo per breve tempo
SOLUZIONE
Colleghiamo tutti i dispositivi ad un’unica
rete di comunicazione a commutazione
„ riservatezza,
autenticazione
ŠGestione della rete
configurazione,
amministrazione,
monitoraggio
m = messaggio da trasmettere
g(t) = rappresentazione binaria del messaggio
s(t) = segnale analogico rappresentante g(t)
r(t) = segnale analogico ricevuto (r(t) ≠ s(t))
g’(t) = rappresentazione binaria del messaggio ricevuto
m’ = messaggio ricevuto
„
11
„
tutti usano la stessa rete solo per il tempo
necessario
possibili ritardi e disfunzioni per traffico
Esempio di Reti di
Comunicazione
Eterogeneità delle Reti
Š Esistono svariati tipi di rete
„
„
„
utilizzano tecnologie hardware e modalità di
trasmissione differenti
ogni tecnologia di rete è adatta ad uno specifico
utilizzo
libri di ∼500 pagine con elenco degli acronimi utilizzati
Š Dispositivi collegati a reti diverse non possono
comunicare direttamente
Š Classificazione delle reti per
„
12
13
Classificazione delle Reti:
Tecnologie di Trasmissione
Trasmissione Broadcast e
Multicast
Š BROADCAST
Š Principali tecnologie di trasmissione
„
„
„
„
tecnologia di trasmissione
dimensione
„
Broadcast
Multicast
Point-to-Point
„
„
„
unico canale,
trasmissione ricevuta da tutti,
regolamentazione di accesso al canale
identificazione del destinatario
Š MULTICAST
„
„
unico canale, ma dispositivi divisi in gruppi
messaggio diretto al gruppo
destinatario
14
15
mittente
Classificazione di Reti:
Dimensione
Trasmissione Point-to-Point
Š Pont-to-Point
„
„
Tipologia
ogni canale di comunicazione collega due dispositivi
la trasmissione da A a B può passare attraverso C
destinatario
mittente
16
Esempio
macchine
multiprocessore
decine di centimetri
server di un grosso
sito Web
Personal Area
Network (PAN)
pochi metri
cellulare – portatile
-- stampante
Local Area Network
(LAN)
da pochi metri a
qualche chilometro
rete dipartimentale
(casa, o ufficio)
Metropolitan Area
Network (MAN)
qualche decina di
chilometri
rete cittadina
Wide Area Network
(WAN)
fino a migliaia di
chilometri
rete nazionale o
continentale
Global Area
Network (GAN)
tutto il pianeta
Internet
17
Macchine Multiprocessore
Reti Locali (LAN)
Š Calcolatori paralleli con più unità che lavorano
Š Collegano dispositivi all'interno di un edificio o di
concorrentemente
„
„
un campus
i processori risiedono sulla stessa scheda o su schede
dello stesso sistema
i processori comunicano scambiandosi messaggi
„
„
Š I messaggi viaggiano sui bus di sistema
„
consentono scambio di informazioni e condivisione di
risorse
In genere sono private
Š Principali caratteristiche
comunicazione molto veloce e (quasi) senza errori
„
„
„
18
Dimensione
19
dimensione ridotta: ritardo di trasmissione limitato e
noto a priori
trasmissione affidabile: pochi controlli sugli errori
condivisione del canale di trasmissione: necessità di
regolare l'accesso
Esempi di Reti Locali
Reti Metropolitane (MAN)
Š Collegano dispositivi all'interno di una città o di
Š Ethernet
„
un'area delimitata
10Mbps fino a 2,5 Km
Š Token Ring
„
4-16 Mbps
„
„
simili alle reti locali ma sempre in fibra ottica
in genere supportano sia dati che voce
Š FDDI (fibra ottica)
„
100 Mbps fino a 200 Km
Š Si distinguono dalle LAN perché è stato definito
Š Fast Ethernet e Gigabit Ethernet
„
„
uno standard apposito
100 Mbps e 1 Gbps
poche decine o centinaia di metri
„
„
Š ATM LAN
20
21
Reti Geografiche (WAN)
Reti geografiche (WAN)
Š Costituite da stazioni terminali e nodi di
Š Coprono un'area molto grande
Š Basate su infrastrutture pubbliche o concessioni
interconnessione (switch, router)
„
governative
„
Š Reti a commutazione
„
„
condivise con altri utenti
Š Reti dedicate
„
22
DQDB (Dual Bus Dual Queue)
non utilizza trasmissione broadcast
alto costo
23
la comunicazione tra le stazioni passa attraverso i nodi
commutazione
ogni nodo si occupa solo di commutare comunicazioni
tra stazioni
i nodi sono collegati da linee punto-punto
Tecnologie di Comunicazione
su WAN
Commutazione di Circuito
ŠPrincipali tecnologie di comunicazione
Š prima di avviare la comunicazione stabilisce un
„
„
„
„
canale fisico nella rete tra le due stazioni che
devono comunicare
commutazione di circuito
commutazione di pacchetto (64Kbps)
Frame relay (2Mbps)
ATM (da 25Mbps a 622Mbps)
„
„
le risorse assegnate al canale sono in esclusiva
si paga anche se non si trasmette
Š Es. rete telefonica
24
25
Commutazione di Pacchetto
Frame Relay e ATM
Š Il messaggio è diviso in pezzi (pacchetti)
Š Evoluzioni delle tecniche di commutazione di
trasmessi indipendentemente uno dall'altro
„
pezzi dello stesso
percorsi diversi
messaggio
possono
pacchetto e commutazione di circuito
seguire
„
Š ATM crea pacchetti di dimensione fissata (celle)
Š La stazione invia ogni pacchetto ad un router
„
„
il router riceve il pacchetto, lo memorizza e lo
rispedisce alla stazione destinazione o ad un altro
router (store and forward)
„
eliminano tutte le ridondanze e le operazioni per il
controllo degli errori
aumentano il tasso di trasmissione dati effettivo
Š Adatti a moderne reti di telecomunicazione
Š Es. rete postale
„
26
creano un circuito virtuale all’interno del quale
viaggiano i pacchetti
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alto tasso di trasmissione e basso tasso di errore
ISDN
Reti senza filo
Š Integrated Services Digital Networks (Reti Digitali per
Š Uno dei campi in maggiore evoluzione
Š Basate su collegamenti radio
Servizi Integrati)
„
„
„
„
adatte a trasmettere ogni tipo di dato
forniscono un'ampia gamma di servizi ad alto valore aggiunto
Narrow ISDN: 64 kbps basato su Frame Relay (disponibile da
casa)
Broadband ISDN: 100s Mbps basato su ATM (in futuro, forse)
„
Š Utilizzate per
„
„
Š Basate su
„
„
infrarossi, microonde, onde radio
„
interfaccia utente standard
switch digitali
„
collegamenti
collegamenti
collegamenti
collegamenti
temporanei
in assenza di cablaggio
satellitari
tra utenti mobili
Š Creano una rete digitale mondiale uniforme
„
28
„
ogni paese ha la sua rete ISDN
la separazione tra paesi è trasparente all'utente
29
Comunicazione Universale
Internetworking
Š L'utente richiede un servizio di comunicazione
Š Una internet è l'insieme di più reti
universale
„
„
Connessione con un altro utente indipendentemente
dal tipo di rete e dal tipo di software utilizzato
„
Š Vantaggi
Š L’internetworking definisce un modello astratto
„
di rete di comunicazione
„
„
30
reti distinte collegate tramite gateway
le reti possono anche essere di tipo differente
Tutti gli utenti operano usando lo stesso modello
il software di rete rende trasparente all'utente le
differenze tra le reti fisiche
„
31
il software di rete rende trasparente all'utente le
differenze tra le reti fisiche
Il software applicativo è indipendente dalla
tecnologia hardware utilizzata (lo stesso programma
può essere usato su una LAN e su una WAN)
Esempio di internet
Il Gateway ed il Router
Š Il gateway è un dispositivo con due o più
interfacce di rete
„
„
Collega due reti fisiche distinte
Traduce i pacchetti dal formato di una rete in quello
dell’altra
Š Il router è un dispositivo con due o più
interfacce di rete
„
„
Indirizza i pacchetti verso la loro destinazione
Acquisisce informazioni sulla topologia dell’internet
Š In genere coincidono
32
33
Esempio di internet locale
Server
Linux o Windows
Š E’ la più famosa delle internet
Gateway
Windows2000
„
deve utilizzare i suoi standard
„
Client
Windows 98
Client
SUN
Gateway
Linux
Client
Windows 2000
Basata sugli standard definiti dalla Internet Society
Š Ogni dispositivo che vuole collegarsi a Internet
Client
Linux
Rete
34
Internet
35
Ogni azienda può implementare liberamente gli
standard dell’Internet Society
Intranet ed Extranet
Standard per Internetworking
Š L’enorme diffusione di Internet ha spinto ad
Š Uno standard definisce regole che stabiliscono
come un dispositivo si interfaccia con il mondo
esterno
utilizzare i suoi standard anche in altri ambiti
Š Intranet
„
„
Rete che collega i dispositivi di un’azienda
Š Extranet
„
„
Rete che collega un’azienda ed i suoi partner (clienti
e fornitori)
dette anche VPN (Virtual Private Network)
Š Esistono due tipi di standard
„
„
36
37
standard proprietari: definiti da un’azienda privata e
validi solo per i suoi dispositivi
standard aperti: definiti da organismi internazionali
ed utilizzabili da tutti senza pagare royalties
Sistemi Aperti e Sistemi Chiusi
Pro e Contro dei Sistemi Aperti
Š Sistemi chiusi
Š Pro
„
„
„
basati su standard proprietari
sono costituiti da dispositivi hardware o piattaforme
software della stessa marca
ci si lega alle politiche dell’azienda
„
„
„
Š Sistemi aperti
„
„
basati su standard aperti
sono costituiti da dispositivi e piattaforme software di
diversi produttori
„
„
telecomunicazioni sono sistemi aperti
„
per facilitare l’interconnessione
Definiti da organizzazioni internazionali largamente
riconosciute come imparziali
processo di definizione "a maggioranza"
i membri dell'organizzazione si impegnano ad
accettarli
consentono la comunicazione tra dispositivi diversi
Š Contro
Š La maggior parte delle moderne reti di
38
ci sono molteplici standard che codificano dalla forma
fisica dei connettori, al tipo di segnale utilizzato nella
trasmissione, fino al formato ed al significato dei
messaggi scambiati
„
39
il processo è lento
ci sono troppi standard
Organizzazioni di Standard
Organizzazioni di Standard
Š ISO (International Standard Organizzation)
Š ITU-T
•
•
•
( International Telecommunications UnionTelecommunications Sector )
„ agenzia delle Nazioni Unite
„ si occupa di tutti gli aspetti delle telecomunicazioni
(questioni tecniche, operative, tariffarie, ecc.)
„ ogni 4 anni invia Raccomandazioni agli stati membri
„ Responsabile della standardizzazione di B-ISDN
agenzia internazionale non governativa
volontaria
raccoglie rappresentanti delle maggiori aziende
Š Ha sviluppato OSI (Open System
Interconnection)
•
modello di riferimento per l'intera architettura di
un sistema aperto
Š ATM Forum
Š ANSI (American National Standards Institute)
•
„
rappresentante Stati Uniti in ISO
„
40
41
Organizzazioni di Standard
Organizzazioni di Standard
Š Internet Society
Š IEEE (Institute of Electrical and Electronics
Engineers)
•
•
organizzazione professionale
responsabile dello sviluppo e della pubblicazione
degli standard relativi a Internet
•
Š Divisa in gruppi di lavoro
•
•
•
•
IAB (Internet Architecture Board)
IETF (Internet Engineeirng Task Force)
IRTF (Internet Research Task Force)
•
locali
RFC (Request For Comments)
„
più grande organizzazione professionale del
mondo
organizza conferenze e pubblica giornali
si occupa di standardizzazioni nel campo
dell'ingegneria elettrica e informatica
Š Ha definito lo standard IEEE 802 per le reti
Š Le proposte di standard sono pubblicate come
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organizzazione non profit fondata dalle compagnie
si occupa dello sviluppo di ATM
recuperabili gratuitamente sul Web
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