Post on 11-Jun-2020
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori1
Elementi di Informatica
Reti di calcolatori
Febbraio 2007
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori2
Contenuti
� Accesso al World Wide Web
� Reti di calcolatori
� scambio di dati tra calcolatori
� connessione in rete di calcolatori
� reti di reti di calcolatori
� architettura a livelli della comunicazione
� il modello cliente/servente
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori3
Introduzione
La fusione delle tecnologie dell’informazione e della comunicazione ha
avuto un impatto notevole sul modo in cui i moderni sistemi informatici
sono organizzati
� il modello di organizzazione prevalente dei sistemi informatici è
quello delle reti di calcolatori
� una rete di calcolatori è un insieme di calcolatori indipendenti,
che sono collegati tra di loro per potersi scambiare dati
� le applicazioni per reti di calcolatori sono organizzate sulla
base del modello cliente/servente (client/server) e del
concetto di servizio (offerto dalla rete)
Vengono ora studiati
� Internet, la più grande rete di calcolatori
� il World Wide Web, il principale servizio di Internet
� alcuni elementi tecnologici e architetturali
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori4
Accesso al World Wide Web
Che cosa sono Internet e il World Wide Web? Come funzionano?
� anche in questo caso, è possibile rispondere a queste domande in
molti modi, relativamente a diversi punti di vista
Il nostro studio di Internet e del World Wide Web seguirà questo
percorso
� vengono ora introdotti informalmente alcuni concetti elementari, dal
punto di vista dell’utente del servizio World Wide Web di Internet
� verranno successivamente considerati gli aspetti tecnologici e
architetturali delle reti di calcolatori, di Internet e del World Wide
Web
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori5
Reti di calcolatori
Una rete di calcolatori è un insieme di calcolatori che operano
autonomamente e che sono collegati per potersi scambiare dati
collegamenti
rete di calcolatori
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori6
Servizi in una rete di calcolatori
I calcolatori in una rete di calcolatori
� possono essere usati per eseguire applicazioni di uso individuale
� possono essere usati per usufruire di “servizi” basati sullo scambio
di dati
� ad esempio, possono condividere risorse informatiche — come
stampanti e dischi
� possono scambiarsi dati e messaggi
Intuitivamente, un servizio in una rete di calcolatori corrisponde a una
modalità di condivisione di dati e/o risorse tra i calcolatori collegati alla
rete
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori7
Internet e World Wide Web
Internet è la più grande rete di calcolatori, a diffusione mondiale
La connessione di un calcolatore a Internet può avvenire con diverse
modalità
� un calcolatore può essere collegato a Internet mediante una scheda
di rete nell’ambito di una rete di calcolatori
� un calcolatore può essere collegato a Internet mediante un modem
e una connessione telefonica di accesso remoto a un fornitore
(provider) di servizi Internet
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori8
World Wide Web
Internet, in quanto rete di calcolatori, rende disponibile ai suoi utenti diversi servizi
� ad esempio, il servizio di posta elettronica e il servizio di trasferimento di file
Il World Wide Web (o, più semplicemente, Web) è il servizio più diffuso di Internet
� il Web permette la condivisione e l’accesso a documenti che sonodistribuiti sui calcolatori di Internet e collegati tra di loro
La condivisione di documenti su Internet e sul Web è resa possibile dal fatto che a ciascuna risorsa di Internet è associato un nome univoco
� possibili risorse su Internet e sul Web sono i calcolatori, gli utenti, i documenti
� il nome di una risorsa di Internet è l’indirizzo della risorsa
� gli indirizzi su Internet sono chiamati anche URL
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori9
Browser web
Per accedere a documenti sul Web, un calcolatore
� deve essere collegato a Internet
� deve disporre di una applicazione chiamata browser web
� ad esempio, Microsoft Internet Explorer o Netscape
Communicator
Un browser web è una applicazione che permette l’accesso a documenti
sul Web
� è possibile accedere a documenti sul Web con diverse modalità
� fornendo al browser l’indirizzo del documento — scrivendolo
nella barra dell’indirizzo
� raggiungere un documento seguendo un collegamento
ipertestuale nel documento correntemente visualizzato dal
browser — cliccando con il mouse sul collegamento
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori10
Accesso a documenti sul web
Esempio di accesso all’indirizzo www.virgilio.it
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori11
Navigazione ipertestuale
� ... cliccando sul collegamento Alla conquista dello spazio
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori12
Siti web
Un sito web è un insieme di documenti gestiti da una organizzazione,
memorizzati su uno o più calcolatori collegati a Internet, e che possono
essere acceduti mediante il servizio Web
L’accesso a un sito web inizia solitamente da un documento chiamato
home page del sito
� l’home page di un sito
� fornisce informazioni di carattere generale sul sito
� contiene collegamenti alle parti principali del sito, che possono
essere accedute mediante navigazione ipertestuale
� contiene collegamenti ad altri siti correlati
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori13
Il Web e il paradigma ipertestuale
Il World Wide Web è un vastissimo insieme di documenti
� l’unità di informazione sul Web è il documento o pagina
� una pagina è composta solitamente da testi e immagini
� ciascuna pagina ha un indirizzo univoco
� il Web è un insieme di pagine
I documenti del Web sono organizzati mediante una struttura ipertestuale
� agli elementi (come parole, frasi e immagini) di una pagina possono essere associati dei collegamenti ad altre pagine
� un collegamento ipertestuale è composto da
� l’elemento della pagina a cui è associato il collegamento —chiamato ancora (letto àncora)
� la pagina referenziata dal collegamento, mediante il suo indirizzo — che viene visualizzato dal browser sulla barra di stato quando il cursore del mouse si trova sopra l’ancora
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori14
Un esempio di ipertesto
Piccola guida al
sistema solare
Il sistema solare è
composto da nove
pianeti che ruotano
intorno al Sole.
Questi pianeti, in
ordine di distanza
crescente dal Sole
sono: Mercurio,
Venere, Terra,
Marte, Giove,
Saturno, Urano,
Nettuno e Plutone.
…
Il Sole
La struttura interna del
Sole è stata ricostruita in
base all'elaborazione
teorica dei dati conosciuti.
…
La Terra
La Terra è il terzo pianeta
in ordine di distanza dal
Sole, e il quinto per
dimensioni. …
pagine collegamenti
ancore
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori15
Reti di calcolatori
Una rete di calcolatori è un insieme di calcolatori che operano
autonomamente e che sono collegati per potersi scambiare dati
� vengono ora discussi i seguenti aspetti della tecnologia delle reti di
calcolatori
� scambio di dati tra una coppia di calcolatori
� collegamento in rete di un insieme di calcolatori
� reti di reti di calcolatori
� architettura a livelli della comunicazione in una rete di calcolatori
� modello cliente/servente per applicazioni per reti di calcolatori
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori16
Scambio di dati tra calcolatori
Lo scopo di una rete di calcolatori è quello di permettere la
comunicazione (ovvero, lo scambio di dati) tra due o più calcolatori
� viene ora affrontato il problema della comunicazione tra due calcolatori — chiamata comunicazione punto-punto
� che cosa serve affinché due calcolatori possano scambiarsi dei dati?
Sono necessari
� un canale fisico di comunicazione tra i due calcolatori
� la componente hardware della comunicazione
� un insieme di regole che regolano lo scambio di dati
� la componente software della comunicazione
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori17
Mezzi di trasmissione
Per la comunicazione tra calcolatori è possibile usare molti canali
(mezzi) fisici di trasmissione
� collegamento elettrico con cavi in rame
� consente una velocità/capacità di trasmissione fino a 100 Mbit/s
su una distanza di 100 m
� collegamento con fibra multimodale
� consente una velocità/capacità di trasmissione superiore al
Gbit/s su una distanza di 1-10 km
� collegamento con fibra monomodale
� consente una velocità/capacità di trasmissione superiore al
Gbit/s su una distanza di 10-100 km
Sono possibili anche altre tipologie di collegamento
� collegamento alla rete telefonica mediante modem
� collegamento wireless (senza fili)
� collegamento mediante ponti radio
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori18
Protocolli di comunicazione
Si supponga di voler effettuare il trasferimento di un file tra due
calcolatori collegati fisicamente
� la presenza del collegamento fisico non è sufficiente (anche se è necessaria) per permettere il trasferimento del file
� è necessario anche che ciascun calcolatore sia dotato di una applicazione in grado di effettuare il trasferimento del file
Nella comunicazione tra calcolatori, è necessaria la presenza di uno
“strato” software che consenta lo scambio di dati sulla base di un
insieme prefissato di regole e convenzioni
� un protocollo di comunicazione è un insieme di regole, relative ai messaggi consentiti e al loro formato, che controllano lo scambio di informazioni in una comunicazione
La comunicazione tra due o più entità è possibile solo sulla base dell’accettazione e dell’adozione di uno o più protocolli
� solitamente, è necessaria l’adozione di un protocollo per ciascun diverso aspetto della comunicazione
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori19
Esempio — i due filosofi
Due filosofi, uno africano e uno cinese, vogliono discutere del
oryctolagus cunilicus (il coniglio)
� il filosofo africano vuole esprimere al suo collega cinese la sua
simpatia a favore dei conigli
Problema
� i due filosofi non parlano la stessa lingua, e nemmeno riescono a
trovare un interprete che conosca entrambe le loro lingue
� l’africano parla swahili e inglese, il cinese parla cinese e francese
� i filosofi possono comunque accordarsi su una lingua da usare nella
comunicazione (ad esempio, il danese)
� possono poi comunicare utilizzando due interpreti, ciascuno dei
quali sa tradurre da una delle lingue note a uno dei filosofi alla
lingua usata per la comunicazione
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori20
I due filosofi . . .
Altro problema
� i due filosofi non vivono nello stesso luogo, e non sono abituati a
viaggiare
� i due filosofi possono comunque decidere di comunicare in altro
modo
� ad esempio, scelgono di utilizzare il fax, ricorrendo al supporto
del servizio di telefonia locale e internazionale
Ora i due filosofi possono effettivamente comunicare
� hanno adottato due diversi protocolli di comunicazione
� il protocollo relativo alla lingua - il danese
� il protocollo relativo al mezzo di comunicazione - il fax
� la comunicazione basata sul fax è possibile solo perché esistono
degli standard internazionali sulle caratteristiche elettriche e
temporali dei segnali utilizzati per la telefonia
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori21
I due filosofi . . .
Fax
Danese
Ik hou konijnen
Danese
Ik hou konijnen
I like rabbits
Fax
Danese
Ik hou konijnen
Danese
Ik hou konijnen
Jáime les lapins
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori22
Connessione in rete di calcolatori
Come è possibile collegare un insieme di calcolatori ?
Sono possibili diverse scelte
� 1) ciascun calcolatore è collegato direttamente a tutti
gli altri mediante una collegamento punto-punto
dedicato
� 2) ciascun calcolatore è collegato a uno stesso mezzo
di comunicazione - collegamento a bus
� 3) ciascun calcolatore è collegato ad almeno un altro
calcolatore, e quindi tra di loro sono tutti connessi,
anche se non tutti direttamente
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori23
Collegamento punto - punto
Nel collegamento punto-punto ogni calcolatore è
collegato a ciascuno degli altri calcolatori ed è semplice
realizzare lo scambio di dati tra essi
Se il calcolatore A deve inviare un insieme di dati (un
messaggio) a un calcolatore B, lo può fare direttamente
sulla connessione punto-punto che collega A a B
Questa soluzione è evidentemente molto costosa !
In pratica, vengono adottate le soluzioni 2 e 3
Come può avvenire la comunicazione in questi casi?
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori24
Collegamento a bus
Nel collegamento a bus, ogni calcolatore è collegato a un insieme di
collegamenti condivisi, il bus
La soluzione basata sul bus è adottata frequentemente
� esistono realizzazioni tecnologiche del bus estremamente economiche
� un semplice cavo coassiale
� esistono anche realizzazioni estremamente sofisticate, che garantiscono una velocità elevata di comunicazione
� soluzioni basate su hub
� è una soluzione facilmente espandibile
calcolatori
busrete a bus
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori25
Collegamento a bus
Un possibile protocollo di comunicazione (semplificato) basato sul collegamento a bus è il seguente
� se il calcolatore A deve inviare il messaggio M al calcolatore B
� A forma un pacchetto di dati P usando il messaggio M e i nomi del destinatario B e del mittente A (con un formato specificato dal protocollo) e trasmette P sul bus
� un pacchetto è simile a una busta, che all’interno contiene un messaggio e all’esterno riporta i nomi del destinatario e del mittente
� i pacchetti trasmessi sul bus sono ricevuti da tutti i calcolatori
� ogni calcolatore riceve ciascun pacchetto P che viaggia sul bus,e ne decodifica il messaggio M, il destinatario e il mittente
� se un calcolatore si identifica nel destinatario di un messaggio M codificato in un pacchetto, allora ascolta e interpreta il messaggio M, che è effettivamente rivolto a lui
� gli altri calcolatori, invece, ignorano il messaggio
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori26
Collegamento ad anello
Nel collegamento ad anello, i calcolatori sono disposti logicamente ad anello, con un collegamento tra ciascuna coppia di calcolatori adiacenti
� ogni pacchetto transita nell’anello in una direzione fissata, dal
mittente al destinatario
� se un calcolatore non è il destinatario del messaggio, allora
ritrasmette il pacchetto al calcolatore successivo nell’anello
� il destinatario del messaggio leva il pacchetto dall’anello
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori27
Altri tipologie di collegamento
Le figure mostrano altre tipologie di collegamenti
� ogni linea indica la presenza di un collegamento punto-punto tra una
coppia di calcolatori
stellaalbero
completo irregolare
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori28
Reti di reti di calcolatori
Una rete di reti di calcolatori (o internet, con la “i” minuscola) è un
insieme di reti di calcolatori, tra di loro collegate (interconnesse) per
potersi scambiare dati
� ci sono diverse motivazioni per voler collegare tra di loro più reti di
calcolatori
� superare i limiti fisici dei mezzi di comunicazione usati in una rete
(tra reti omogenee)
� collegare reti che utilizzano mezzi di comunicazione diversi
� collegare reti fisicamente lontane
� collegare reti eterogenee
La realizzazione di una rete di reti richiede la presenza di dispositivi di
rete dedicati alla ritrasmissione dei dati tra reti
� questi dispositivi sono genericamente chiamati IMP (Interface
Message Processor) e corrispondono a ripetitori, ponti, instradatori
(router) e gateway
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori29
Interconnessione di reti
In una rete di reti
� ciascuna rete contiene almeno un IMP
� un IMP può essere considerato un calcolatore dedicato
� l’insieme degli IMP forma una rete, chiamata sottorete
IMPsottorete
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori30
Instradamento
Ciascun IMP ha il compito di far giungere i pacchetti che riceve all’IMP della rete destinataria del pacchetto
� per i pacchetti originati dalla propria rete e destinati a calcolatori che non appartengono alla propria rete
� l’IMP deve ritrasmetterli a un IMP adiacente affinché vengano trasmessi all’IMP della rete destinataria
� per i pacchetti ricevuti da altri IMP
� se sono destinati alla propria rete, deve ritrasmetterli sulla propria rete affinché giungano al calcolatore destinatario
� se non sono destinati alla propria rete, deve ritrasmetterli a un IMP adiacente
Gli IMP devono risolvere il problema dell’instradamento
� il problema dell’instradamento di un pacchetto consiste nel determinare (in modo dinamico e distribuito) un percorso per il pacchetto tra un insieme di IMP che sono generalmente collegati in modo irregolare e variante nel tempo
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori31
Instradamento . . .
I possibili percorsi tra una coppia di calcolatori
� per risolvere il problema dell’instradamento, ciascun IMP dispone di
informazioni relative alle reti e agli IMP a cui è attualmente collegato
mittente
destinatario
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori32
Architettura a livelli
Per ridurre la complessità della comunicazione in una rete (di reti) di
calcolatori, le reti di calcolatori sono organizzate con una architettura
a livelli
� Può essere utile per capire il funzionamento, fare una analogia con
una comunicazione telefonica, come mostrato in figura.
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori33
Architettura a livelli . . .
Nell’architettura a livelli
� ciascun livello è relativo a un particolare aspetto della
comunicazione
� ciascun livello permette la comunicazione con il livello
analogo di un altro calcolatore
� ciascun livello è basato su un diverso protocollo di
comunicazione
In pratica, la comunicazione richiede l’adozione di un
insieme di protocolli, uno per ciascun livello della
comunicazione
� un insieme compatibile di protocolli è chiamato una
famiglia di protocolli
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori34
Il modello ISO-OSI
Esistono diverse famiglie di protocolli per reti di calcolatori
� ad esempio, il modello ISO-OSI (teorico), TCP-IP (o Internet Suite),
SNA
� la figura mostra il modello di riferimento OSI proposto dall’ISO
Presentazione
Sessione
Trasporto
Rete
Collegamento dati
Fisico
ApplicazioneProtocollo di applicazione
Protocollo di presentazione
Protocollo di sessione
Protocollo di trasporto
Protocollo del livello di rete
Protocollo del livello di collegamento dati
Protocollo del livello fisico
Presentazione
Sessione
Trasporto
Rete
Collegamento dati
Fisico
Applicazione
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori35
I livelli nel modello ISO-OSI
Applicazione
� a questo livello si trovano i programmi applicativi che utilizzano i
servizi offerti dalla rete, mediante una varietà di protocolli di alto
livello
� ad esempio, la posta elettronica, il trasferimento di file, il World
Wide Web
� in generale, i servizi sono basati sullo scambio bidirezionale di
messaggi tra utenti di applicazioni
Presentazione
� si occupa di un insieme di funzionalità relative alla sintassi dei
messaggi trasmessi (ad esempio, codifica, compressione e
crittografia)
Sessione
� gestisce l’instaurazione e il controllo di sessioni di comunicazione tra
utenti collegati ai calcolatori della rete
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori36
I livelli nel modello ISO-OSI . . .
Trasporto
� si occupa della trasmissione di messaggi tra coppie di calcolatori, gestendo la suddivisione dei messaggi in pacchetti
Rete
� si occupa della trasmissione di pacchetti tra reti, gestendo il problema dell’instradamento
Collegamento dei dati (data link)
� si occupa della comunicazione libera da errori di sequenze (chiamate trame) di byte, tra nodi della rete collegati direttamente
Fisico
� si occupa della trasmissione dei singoli bit attraverso il canale fisico di comunicazione, gestendo quindi gli aspetti di livello più basso della comunicazione
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori37
Il modello cliente/servente
Una applicazione distribuita è una applicazione costituita da più componenti software che vengono eseguite, in modo più o meno coordinato, su più calcolatori collegati da una rete
� l’utente di una applicazione distribuita ha l’impressione di utilizzare una tradizionale applicazione informatica
� in pratica, l’esecuzione dell’applicazione è distribuita su più calcolatori
L’architettura più comunemente usata nella realizzazione di applicazione distribuite è descritta dal modello cliente/servente (client/server)
� ad esempio, una applicazione cliente/servente può essere realizzata suddividendo funzionalmente l’applicazione in due componenti
� il servente, che fornisce un insieme di servizi applicativi, come la gestione dei dati e l’esecuzione di operazioni
� il cliente, dedicato all’interazione con l’utente e alla visualizzazione dei dati
Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori38
Servizi, serventi e clienti
Il modello cliente-servente è basato sui seguenti concetti
� servizio
� un servizio è una risorsa informatica da condividere
� ad esempio, un insieme di dati o una operazione
� servente
� è una applicazione in grado di erogare uno o più servizi ad altre
applicazioni
� cliente
� è una applicazione utilizzatrice di servizi
L’erogazione di servizi da parte di un servente avviene solo su richiesta
da parte di un cliente
� per ottenere un servizio, un cliente deve richiederne l’erogazione a
un servente
� i clienti hanno un ruolo attivo, i serventi hanno un ruolo reattivo