Reti di computer

RETI DI COMPUTER
(prof. Ivaldi Giuliano)
Introduzione
Fin dall’antichità l’uomo ha utilizzato metodi sempre diversi per poter comunicare, dai messaggi di fumo degli Indiani d’America ai
sistemi “postali” già presenti nell’antica Persia. Ovviamente il tipo di comunicazione si è evoluta di pari passo con l’evoluzione della
scienza e della tecnica e negli ultimi due secoli ha di sicuro trovato la sua massima espressione. Una cosa che accomuna però tutti i
metodi di comunicazione è l’esistenza di un insieme di regole stabilite fra chi utilizza tali metodi, siano essi i “mittenti” o i
“destinatari” di un messaggio; per esempio, volendo utilizzare i succitati messaggi di fumo per dare una risposta del tipo Si/No ad un
destinatario posto ad una certa distanza, ci si potrebbe accordare per un Si con una singola fumata e per un No con due fumate e
questo accordo seppur semplice, non è per niente scontato visto che si potrebbe scegliere la possibilità opposta. Sono quindi
necessarie delle regole per comunicare e tali regole prendono il nome di protocollo.
Informatica(Informazione automatica): disciplina che studia l’automatizzazione delle trattamento delle informazioni.
IT (Information Technology, tecnologia dell’informazione): descrive l’industria legata al computer, dai produttori di chip (o
microprocessori) ai programmatori.
ICT (Information and Comunication Technology, tecnologia della comunicazione e dell’informazione): descrive l’industria
legata ai computer e alle telecomunicazioni.
Telecomunicazione: comunicazione a distanza (“tele”)
Protocollo: è un insieme di regole utili per la corretta comunicazione fra due o più interlocutori (es, computer)
Es, Normalmente per salutarsi in Occidente ci si stringe la mano, questo però non è il protocollo adottato in Giappone dove
invece si fa un inchino.
Se un diplomatico italiano e uno francese devono comunicare sarà necessario un interprete che converta il protocollo
“lingua italiana” nel protocollo “lingua francese”.
Nel caso dei computer queste regole prenderanno la forma di programmi che permetteranno la corretta comunicazione
fra le diverse piattaforme (hardware -> PC IBM compatibili, Macintosh e software -> Windows, Linux, MacOs, Unix)
Rete di calcolatori: è un insieme di computer collegati fra loro e in grado di scambiarsi informazioni.
Vantaggi di una rete di calcolatori:
 condivisione di risorse, ogni calcolatore può utilizzare risorse residenti su altri computer a patto che siano condivise
(es. una stampante per un intero laboratorio o ufficio)
 affidabilità, nel senso che il malfunzionamento di alcune apparecchiature non pregiudica il blocco dell’intero
sistema di calcolatori
 salvaguardia dei dati, che possono essere facilmente duplicati su diverse macchine
 rapporto prezzo/prestazioni vantaggioso (es. una stampante per un intero laboratorio o ufficio)
 comunicazione flessibile, indipendente dalla dislocazione fisica dei vari elementi del sistema
Sorgente
Sorgente, Destinatario e Canale
- sorgente, chi genera l’informazione
- destinatario, chi riceve l’informazione
- canale, “mezzo” che trasporta l’informazione
Informazione
Destinatario
Canale
Scheda di rete: è un dispositivo che funge da interfaccia fra un computer (postazione di rete) e una rete, scambia dati con la memoria
RAM della postazione e controlla il flusso dei dati scambiati con le altre postazioni.
Segnali analogici e digitali. Il rumore
L’informazione può essere trasmessa in forma analogica (segnale analogico o continuo) o digitale (segnale digitale o discreto).
- Segnali analogici, possono assumere infiniti valori significativi. Un
Tensione
esempio di segnale analogico è quello emesso dal microfono della
V(volt)
cornetta di un telefono, o la fornitura di corrente alternata che
raggiunge le nostre case, entrambi rappresentabili, ad esempio,
come nel grafico a lato.
0
tempo(sec)
-
Segnali digitali, possono assumere soltanto due valori significativi.
Segnali digitali sono invece ad esempio quelli trasmessi ed
elaborati da un computer, i famosi bit (binary digit – cifra binaria)
che possono assumere solo i valori 0 ed 1 associati ad altrettanti
valori di tensione 0Volt e 5Volt, di cui qui a destra si può vedere
una rappresentazione grafica di un ipotetico segnale:
Tensione
V(volt)
5
0
0
1
0
0
1
0
1
tempo(sec)
I segnali sopra descritti in un caso ideale dovrebbero essere trasmessi e ricevuti senza subire modificazioni, ma nella realtà questo
avviene in forma approssimativa a causa di interferenze di vario tipo (es. elettriche), interferenze che prendono il nome di rumore.
Sarà compito dei progettisti di reti cercare di minimizzazione gli effetti del rumore.
1
Classificazione delle reti in base alle dimensioni
1. LAN (Local Area Network1, Area di Rete Locale): è una rete che si snoda nell’arco di uno o più edifici adiacenti (max
qualche centinaio di metri). Es, rete scolastica, campus universitario, rete aziendale
2. MAN (Metropolitan Area Network, Area di Rete Cittadina): è una rete che si snoda su un territorio cittadino.
3. WAN (Wide Area Network, Area di Rete Immensa): è una rete che si snoda a livello regionale, nazionale, continentale,
intercontinentale, mondiale, globale. Es, Internet
MODALITÀ DI TRASMISSIONE
Comunicazione unidirezionale: la comunicazione può avvenire in una sola direzione.
Comunicazione bidirezionale: la comunicazione può avvenire in due direzioni.
Simplex: la comunicazione è unidirezionale (può avvenire in un solo senso): la sorgente ed il
destinatario sono definiti una volta per tutte durante l’installazione e non è possibile
scambiare i due ruoli; è molto economica, ma evidentemente poco pratica. Sono
sufficienti 2 fili per la comunicazione: uno è il vero e proprio canale di trasmissione
delle informazioni, l’altro sarà la “terra”. Esempi di comunicazione simplex sono le
trasmissioni radio-televisive, la porta parallela di un computer, ma anche
semplicemente suonare un campanello.
Sorgente
Half-Duplex: la comunicazione è bidirezionale, cioè può avvenire in entrambe le direzioni,
ma in questo caso non contemporaneamente: la sorgente ed il destinatario non sono
definiti una volta per tutte durante l’installazione e ed è quindi possibile scambiare i
due ruoli. Sono ancora sufficienti 2 fili per la comunicazione: il canale dati e la “terra”
che saranno utilizzati per la trasmissione in modo alternato dai soggetti coinvolti. Un
esempio di trasmissione half-duplex è la comunicazione con i walkie-talkie.
Sorgente
Full-Duplex: la comunicazione è bidirezionale, cioè può avvenire in entrambe le direzioni
contemporaneamente. E’ il collegamento più completo, ma necessita di 3 fili per la
comunicazione: 2 canali dati per permettere la trasmissione e la ricezione simultanea e la
“terra”. Un esempio di trasmissione full-duplex è quella che avviene per telefono o ad un
citofono.
Canale dati
Destinatario
Terra
Comunicazione simplex
Destinatario
Comunicazione half-duplex
Comunicazione full-duplex
Aprirei qui una parentesi per spiegare a cosa può servire la “terra” durante una comunicazione.
Il segnale di “terra” si utilizza come riferimento: ad esempio lo stesso segnale qui sotto rappresentato può essere interpretato in due
modi diversi se viene modificata la base di partenza 0Volt in un caso e –5Volt nell’altro (si ricorda che 0Volt = bit 0 , 5Volt = bit 1 ):
Tensione
V(volt)
Tensione
V(volt)
5
0
0
Messaggio ricevuto
01001010
-5
Messaggio ricevuto
(possibile interpretazione)
00000000
tempo(sec)
tempo(sec)
Modem (MODulatore/DEModulatore): è un dispositivo che permette la conversione dei segnali digitali in uscita dal computer in
segnali analogici adatti alla linea telefonica pubblica (modulazione) e viceversa (demodulazione). La velocità di trasmissione
di un modem si misura in kilobit al secondo (Kbit/sec) e indica il numero di bit trasmessi in un secondo.
Modulazione
Demodulazione
Modem
Modem
Linea Telefonica Pubblica (PSTN)
1
Network: indica una rete trasmissiva (es, per canali televisivi, ma anche per computer)
2
Mezzi di comunicazione
1. Doppino telefonico: è formato da un gruppo di cavetti in rame (es. il classico cavo “nero” del telefono)
2. Fibre ottiche: è un cavetto realizzato in fibra di vetro, ragion per cui rispetto agli altri mezzi di comunicazione è molto più
delicato e costoso e richiede quindi tecnici molto preparati per la sua installazione. Il segnale viene trasmesso
sottoforma di impulsi luminosi invece che di segnali elettrici.
L’impulso luminoso rimbalza
sui bordi della fibra ottica
Convertitore di
segnali
elettrici in impulsi luminosi
3. Onde radio: le onde radio possono coprire grandi distanze e non hanno bisogno di cablatura, ma di ripetitori e satelliti per
ritrasmettere il segnale.
Satellite
Cella
Ripetitore
Ripetitore
Cella
Sfruttando le onde radio si è creato un particolare tipo di LAN, le Reti Wireless (o reti senza fili): così si risparmia evitando
di cablare2 gli edifici e si può restare collegati alla rete anche mentre ci si sposta con un computer portatile a discapito però di
una minor sicurezza nella trasmissione dei dati; la tecnologia attualmente più usata è basata sullo standard IEEE 802.11 ed è
chiamata in gergo Wi-Fi (Wireless Fidelity, a imitazione di Hi-Fi).
Linee telefoniche
1. PSTN (Public Switched Telephone Network – Rete Telefonica Pubblica Commutata): è la tradizionale linea telefonica ed è
analogica. Nel momento in cui si effettua una telefonata viene creato un circuito apposito che viene mantenuto per
tutta la durata della telefonata stessa.
2. ISDN (Integrated Service Digital Network – Rete Digitale di Servizi Integrati): rete di tipo digitale.
3. ADSL (Asymmetrical Digital Subscribe Line – Linea Sottoscritta Digitale Asimmetrica): le linee ISDN e ADSL sono di tipo
digitale quindi non necessitano di un tradizionale modem per la conversione dei dati, ma piuttosto di un router
(modem ADSL) per l’allacciamento alla rete. La differenza fra le due è che l’ISDN ha bisogno di una linea dedicata,
quindi costi aggiuntivi per il cablaggio, mentre l’ADSL sfrutta la linea telefonica tradizionale, ma su frequenze diverse
da quelle su cui viene trasmessa la voce (fino a 4KHz), necessitando però di un filtro in uscita per separare i dati dal
suono. L’ADSL è definita asimmetrica perché asimmetrica è la divisione del canale di trasmissione, in quanto vi è più
“spazio” per il download che per l’upload (operazione contraria al download), come mostrato nella figura seguente
Canale di trasmissione
Internet
Download
Upload
2
Cablare: collegare con cavi
3
Topologia delle reti LAN
Nodi
BUS
Server
ANELLO
STELLA
Topologia a Bus: tutti i computer sono collegati ad un unico cavo trasmissivo, se si rompe un computer non ci sono ripercussioni sulla
rete, al contrario se si danneggia il cavo principale crolla l’intera rete.
Topologia ad Anello: ogni computer è collegato ad altri due calcolatori, l’informazione può viaggiare sia in verso orario che in verso
antiorario, quindi se si apre l’anello per un malfunzionamento, l’informazione potrà sempre viaggiare nel verso opposto; in
molti casi però per limitare i danni dovuti a più malfunzionamenti concomitanti viene costruito un anello di riserva.
Topologia a Stella: tutti i computer sono collegati ad un calcolatore centrale che prende il nome di Server e sostiene l’intera
comunicazione della rete, quindi se una macchina qualunque non funziona non succede praticamente nulla alla rete, mentre se
vi è molto traffico dati o si danneggia il server centrale crolla l’intera rete. Altre normali funzioni del server sono
l’autenticazione di una password, la condivisione di file, cartelle e programmi, l’accesso a Internet.
In realtà le topologie analizzate possono essere utilizzate a due livelli, fisico (cablaggio) e logico (scambio dei dati).
Es. una rete può avere una topologia fisica a bus, ma una topologia logica a stella: quindi i cavi saranno “tirati” secondo una
topologia a bus, mentre le informazioni viaggeranno secondo una topologia a stella quindi con un server centrale.
Schema Peer-to-Peer (“da pari a pari”): non c’è un vero e proprio server, tutte le postazioni di lavoro condividono i propri dischi, le
proprie stampanti e così via.
Es. reti ad anello, programmi di file-sharing
Schema Client-Server: il processore del server esegue alcune applicazioni (progettate specificatamente per la rete) e distribuisce i
risultati alle postazioni di lavoro (client), che invece eseguono autonomamente altre elaborazioni; questo è lo schema
applicato quando ci si collega a Internet.
Dispositivi supplementari utilizzati nella reti
1. Hub: è un ripetitore di segnale elettrico e viene utilizzato quando le distanze da coprire nella realizzazione della rete superano
il limite consentito per i cavi (di solito un centinaio di metri).
2. Switch: oltre che le funzioni dell’hub, lo switch permette di segmentare una rete in sottoreti riconoscendo se un messaggio e
destinato alla propria sottorete oppure no.
3. Router: oltre che le funzioni dello switch, il router permette di collegare una LAN ad una rete esterna (es. Internet: che è
quello che succede quando in casa propria si collega il computer, cioè un caso particolare di LAN formata da una sola
postazione di rete, alla rete ADSL tramite un modem ADSL che altri non è che un router e non un modem tradizionale,
visto che non deve convertire nessun segnale digitale in analogico, dato che l’ADSL è una rete digitale).
4. Firewall (muro di fuoco): è un dispositivo hardware e/o software (es. router + programma applicativo) utile per impedire
accessi indesiderati da e verso l’esterno alla propria rete locale (es. collegamento a particolari siti o accesso da parte dei
virus).
Esempio di schema di una possibile rete d’istituto
Internet
In questo caso la topologia fisica è a bus, in
quanto tutti i computer sono collegati ad un
unico cavo, anche se di mezzo ci sono gli
switch, mentre la topologia logica è a stella se il
server funge da perno per lo scambio dei dati
Router
Server
Switch
Switch
Segreteria
Switch
Laboratorio 1
Laboratorio 2
4
Internet
A metà degli anni ‘60 del secolo scorso, durante la guerra fredda, il Pentagono decise di progettare una rete di computer per cercare di
far sopravvivere il paese in caso di guerra nucleare mantenendo in contatto i centri di potere con le università, i centri di ricerca e
quelli di produzione. Si rivolse quindi al proprio ufficio competente l’ARPA (Advanced Research Projects Agency – agenzia per i
progetti di ricerca avanzata) che in pochi anni realizzò quanto richiesto, la cosiddetta rete ARPANET. All’inizio i computer collegati
erano poche centinaia, ma con il passare del tempo aumentarono sempre più ed un impulso ulteriore fu dato negli anni ’80 quando, a
causa dello sgretolamento del blocco sovietico, la rete che era nata per scopi militari venne riconvertita per scopi civili e le si cambiò
il nome: da ARPANET a INTERNET (Inter Network - rete di reti). In questo modo le connessioni aumentarono ancora più
velocemente, ma la comunicazione era molto semplice soprattutto posta elettronica, bisognerà infatti aspettare il 1993 quando un
gruppo di scienziati del CERN di Ginevra, diretti da Tim Berners-Lee, per poter trasmettere anche immagini, audio e video a colleghi
sparsi in tutto il mondo realizzò il primo browser Mosaic, nacque così il World Wide Web e da quel momento le connessioni
aumentarono esponenzialmente in tutto il mondo arrivando in pochi anni al miliardo.
Il protocollo di Internet
Il protocollo di Internet è denominato TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol)
Indirizzi IP: sono gli indirizzi di Internet e si rappresentano nella seguente forma
num.num.num.num
dove num rappresenta un numero a 8bit e quindi avrà un valore compreso fra 0 e 255 (poiché 2 8=256 valori diversi da 0 a (28-1)
= 255); numeri inferiori a 0 e superiori a 255 non sono ammessi
Es.
indirizzi validi
192.128.56.0
223.98.3.76
87.45.167.201
indirizzi non validi
288.34.89.123 45.256.87.98
56.184.345.90
DNS (Domain Name System – Sistema dei domini): siccome ricordare a memoria una serie di indirizzi IP sarebbe stato abbastanza
complicato, si è pensato di semplificare il problema associando ad ognuno di essi, tramite una tabella, un indirizzo in forma
testuale denominato URL, del tipo
protocollo://servizio.nome_sito.dominio
es.
http://www.google.it
dove http è il protocollo usato, www è il servizio di Internet utilizzato, google è il nome del sito e it è il dominio.
Un indirizzo web normalmente viene letto a partire dal fondo, quindi dal dominio di appartenenza per spostarsi verso sinistra
secondo una struttura gerarchica ad albero; il dominio quindi indica il gruppo di partenza da cui iniziare a cercare la pagina
web desiderata (esempi di dominio sono, it-Italia, fr-Francia, es-Spagna, uk-Gran Bretagna, dt-Germania, dk-Danimarca, usStati uniti, jp-Giappone, com-siti commerciali, biz-businnes, net-servizi per la rete Internet, edu-siti legati all’educazione, orgsiti senza scopi di lucro).
Risoluzione di un indirizzo: da quanto detto è chiaro che gli indirizzi utilizzati nella comunicazione via Internet sono gli indirizzi IP,
quando si utilizza un URL è necessaria una conversione, se è la prima volta che si visita un sito ovviamente il suo indirizzo IP
sarà sconosciuto al computer che quindi dovrà reperirlo in rete con un procedimento che si chiama “risoluzione” dell’indirizzo,
il pc invia al server più vicino una richiesta dell’indirizzo IP associato all’URL, se il server lo conosce lo restituisce
immediatamente e il nostro computer inizierà la connessione al sito richiesto, altrimenti verrà inoltrata una nuova richiesta di
risoluzione dell’indirizzo ad un server di secondo livello e così via fino a quando si giunge ad ottenere l’indirizzo cercato (ogni
nazione ha un server che contiene in ogni caso tutti le associazioni “indirizzo IP-URL” del proprio paese e non solo), ecco
perché in questi casi è necessario qualche istante di più per la connessione al sito richiesto.
Intranet ed Extranet: sugli stessi protocolli di Internet si basano le cosiddette Intranet usate da grandi aziende o istituzioni per la
comunicazione di dati tra le diverse sedi. A differenza di Internet però, una intranet non è liberamente accessibile dal pubblico;
il suo uso è riservato agli utenti autorizzati dai proprietari della rete. Una rete Extranet invece, è una intranet “esterna”: connette
più aziende in una rete privata e sicura.
Servizi di Internet
Internet è il World Wide Web? No, spesso le due cose si confondono, ma non sono la stessa cosa: si potrebbe dire che Internet sta
all’hardware come il World Wide Web sta al Software, quindi Internet rappresenta il cablaggio e le connessioni fisiche, mentre il Web
(e non solo) rappresenta i programmi utilizzati per comunicare. Si parla quindi di servizi di Internet e nel disegno seguente se ne
mostrano alcuni
Internet
Web
Posta
elettronica
Newsgroup
Telnet
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Il World Wide Web
World Wide Web (ragnatela immensa mondiale, WWW): servizio di Internet con il quale è possibile “sfogliare” delle pagine (siti
web) scritte con il linguaggio HTML e trasferite con il protocollo HTTP.
HTTP (HyperText Transfer Protocol – Protocollo di trasferimento di ipertesti): protocollo utilizzato per il trasferimento di
pagine Web
URL (Uniform Resource Locator – Rilocatore di risorsa): indirizzo web (vedi DNS)
HTML(HyperText Mark-up Language – Linguaggio di formattazione degli ipertesti): linguaggio utilizzato per la creazione delle
pagine Web
Browser (Sfogliatore): programma utilizzato per la navigazione fra le pagine Web.
Es. Internet Explorer, Mozilla Firefox
Ipertesto: un testo normale si legge dalla prima riga all’ultima, dalla prima pagina all’ultima, nel caso dell’ipertesto (lett. “più di un
testo”) invece si può personalizzare la lettura cliccando su delle parole “sensibili”.
Es. pagine web
Collegamento ipertestuale (o link, da to link – collegare): è una parola “sensibile” che permette al lettore di saltare da una pagina
all’altra di un ipertesto. Viene classificato in ancora (o segnalibro) se il salto avviene all’interno della pagina stessa, o come
collegamento ipertestuale se il salto avviene ad un’altra pagina.
Frame (Frammento): è una parte dell’ipertesto che può essere posizionata a propria discrezione (sinistra, destra, sopra, sotto)
rispetto alla pagina principale e funge normalmente da sommario elencando i contenuti del sito sottoforma di collegamenti
ipertestuali.
Uploader: programma utile per caricare il proprio sito su un server web, sono necessari, una cartella contenente il proprio sito, un
contratto con il gestore del server, l’indirizzo a cui inviare il proprio lavoro.
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