Reti di computer Mainframe Server Switching node.
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Reti di computer
Mainframe Server
Switching node
Reti di computer
• Tipi di reti:– Locale: di un’università, azienda, scuola, ecc.– Geografiche: per esempio Internet (la rete delle
reti)
• Cambiamenti portato da Internet (da Snyder):– Nessun luogo è remoto– Le persone sono interconnesse– Le relazioni sociali stanno mutando– L’inglese sta diventando un linguaggio universale– La libertà di parola e di associazione si è estesa
Reti di computer
• Perché collegare i computer nelle reti?– Condivisione risorse:
• Risorse fisiche: per esempio non è economico comprare 1 stampante laser per ogni personal
• Dati e programmi: per esempio base di dati a cui molti utenti (da diversi computer) possono accedere
– Sistema di prenotazioni e assegnamento posti di una compagnia aerea, sistema informativo di una banca, ecc.
– Comunicazione tra utenti in locazioni fisiche differenti (scambio di messaggi e dati)
• Comunicazioni in ambito di ricerca, lavoro cooperativo, possibilità di volgere attività di lavoro a casa (tele-lavoro), ecc.
Il modello centralizzato
• Anni ’70: modello centralizzato (time-sharing multi-utente) – Il collegamento di molti utenti ad un
unico elaboratore potente (centralizzato) attraverso terminali
• Terminale: usato solo per inserire dati e ricevere dati per la visualizzazione (per esempio, con tastiera, schermo, mouse, ma senza capacità di elaborazione)
• Svantaggio: più utenti necessità di usare computer (centralizzati) più potenti
Il modello distribuito
• Anni ’80: il modello distribuito– Collegare in rete gli elaboratori (di varie potenze, tipi, nella
stessa località o in località diverse)
• Vantaggi rispetto al modello centralizzato:– Flessibilità:
• In un sistema centralizzato, in caso di guasto all’elaboratore centrale nessuno può lavorare
• Nel caso distribuito invece, la rottura di una macchina blocca un solo utente mentre gli altri possono continuare a lavorare
– Economicità:• In termini di costi, è più conveniente acquistare molti elaboratori
personali e collegarli in rete
Internet
• Nato da ARPAnet (creato alla fine degli anni ’60, una rete singola e chiusa) e altre reti (reti proprietarie)
• Rete delle reti: basato sull’interconnessione delle reti (eterogenee) già esistente (inter-networking)– Idea di interconnessione tra le reti è dei primi anni ’70
Rete 1Rete 2
Rete 3
Router
Router
Router
Router
Internet
• Anni ’90: esplosione di Internet– In particolare, negli primi anni ’90: creazione del World Wide
Web
• Dicembre 2007: 1,3 bilioni di persone hanno accesso ad Internet (circa 39% in Asia, 26% in Europa, 18% in America del Nord, 10% in America del Sud, 5% in Africa, 3% in Medio Oriente, 2% in Oceania)– Informazione dal sito www.internetworldstats.com
• Principalmente, studieremo Internet in questa parte del corso
Tipi di comunicazione
• Comunicazione sincrona: il mittente e il destinatario sono attivi nello stesso momento– Per esempio, una
conversazione telefonica
• Comunicazione asincrona: l’invio e la ricezione hanno luogo in istanti diversi– Per esempio, una cartolina
• Comunicazione broadcast: un singolo mittente e molti destinatari– Per esempio, la radio, la TV
• Comunicazione multicast: un singolo mittente e un numeri limitato di destinatari:– Per esempio, le riviste
• Comunicazione point-to-point: un singolo mittente e un singolo destinatario– Per esempio, il telefono
Tipi di comunicazione
• Internet può essere considerato come un mezzo di comunicazione universale– Asincrona point-to-point: per esempio, la posta
elettronica– Sincrona point-to-point: per esempio, Instant
Messaging, Voice over IP– Multicast: per esempio, gruppi di piccola o media
dimensione possono comunicare nelle chat– Broadcast: per esempio, le pagine web
Componenti di Internet
Host (o sistema terminale)
Commutatore di pacchetto
Modem
Stazione base
Collegamento satellitare
Componenti di Internet
Rete aziendale
ISP locale
ISP distrettuale
Componenti di Internet
• Host (o sistema terminale):– Tradizionalmente, un PC, un workstation, o un computer più
potente– Sempre più connessi i sistema terminali come portatili, PDA,
televisori, telefoni cellulari, automobili, elettrodomestici, ecc.
• Collegamenti (communication link):– Di vari tipi: cavi (di rami, fibre ottiche ecc.), onde
elettromagnetiche (collegamenti senza fili, satellitari ecc.)
• Commutatori di pacchetto:– I computer vengono connessi in un modo indiretto tramite
dispositivi di instradamento– Prendono informazioni da uno dei collegamenti e ritrasmettono
su un altro collegamento (verso la destinazione finale)
Componenti di Internet
• ISP (Internet Service Provider):– Potrebbe essere istituzionale (per esempio, le compagnie
telefoniche), aziendale, universitari ecc.– Contiene un insieme di collegamenti e commutatori di
pacchetto– Fornisce ai sistemi terminali vari tipi d’accesso ad Internet
• Per esempio, dial-up a 56 Kbps via modem, a banda larga, senza fili ecc.
– Fornisce anche ai fornitori di contenuti l’accesso a Internet• Per esempio, per connettere un sito web a Internet
Client/server
• I host possono essere identificati come client e/o server
• Client: il computer che richiede servizi da un altro computer– Normalmente: i PC, PDA, ecc.
• Server: il computer che fornisce un servizio a un client– Normalmente: computer potenti
Client/server
• Esempi di server (in una rete locale):– Server gestore dei dati (file server): gestisce la
memorizzazione e la condivisione di dati– Server di stampa (printer server): gestisce le stampanti
disponibili nella rete – Server di comunicazione: permette l’accesso ad altre reti
locali o ad Internet
• Esempio di server (in Internet):– Web server: risponde alle richieste per accedere a una
pagina web– Server di posta elettronica: riceve e memorizza email,
permette la lettura della casella di posta elettronica
Client/server
• Tipicamente, in un certo (lungo) intervallo di tempo:– un host può essere client di molti server– un host può essere server di molti client
• Per esempio: un client può richiedere tanti siti web, un web server può fornire una pagina web a tanti client
Server
Server
Server
Server
Server
Server
Client
Client
Client
Client
Client
Client
ClientClient
Client/server
• Nel contesto di software per le reti:– Programma client: un programma eseguito da un host che
richiede e riceve un servizio da un programma server in esecuzione su un altro host
– Programmi Peer-to-peer (P2P): un programma P2P sul host funziona sia come client che come server
• Un host in questo caso viene chiamato peer• Un host agisce come client quando richiede un documento da
un altro peer• … agisce invece come server quando invia un file a un altro
peer• Esempio: la telefonia Internet (Voice over IP), condivisione dei
file (file sharing)
I protocolli
• I protocolli controllano l’invio e la ricezione di informazione in Internet, e nelle reti in generale– Usati dai sistemi terminali, i commutatori di pacchetto e altre parte
di Internet
• Dal testo “Internet e Reti di Calcolatori” di Kurose e Ross:– “Un protocollo definisce il formato e l’ordine dei messaggi scambiati
tra due o più entità in comunicazione, così come le azioni intraprese in fase di trasmissione e/o di ricezione di un messaggio o di un altro evento”
• I principali protocolli in Internet: nome collettivo di TCP/IP– TCP: Transmission Control Protocol
– IP: Internet Protocol
I protocolli
• Un analogia:
Tempo Tempo
Ciao
Ciao
Sai l’ora?
2:00
I protocolli
Tempo Tempo
Richiesta di connessione TCP
Get http://www.di.unito.it/sproston
<file>
Risposta di connessione TCP
I protocolli
• Il protocollo usato quando si invia una richiesta per una pagina web:– Nostro computer invia la richiesta per una
connessione al server web (il computer che fornisce la pagina web)
– Il server web risponde con un messaggio di risposta di connessione
– Nostro computer invia il nome della pagina che vuole prelevare tramite il messaggio “Get”
– Il server web restituisce la pagina (<file>) a nostro computer
I protocolli
• Un protocollo “monolitico” che realizzi tutte le funzionalità necessarie per la comunicazione tra elaboratori in rete è difficile da realizzare
• Inoltre, se cambia qualche componente della rete, si deve modificare l’intero protocollo
• Per ridurre la complessità di progettazione la maggior parte dei protocolli è organizzata come una serie di livelli– Il numero dei livelli, il loro nome, le
funzionalità differiscono da una rete ad un’altra
I protocolli
Francese
Francesea inglese
Inglese Inglese
Inglese a tedesco
Tedesco
I protocolli
• Nei protocolli di comunicazione nelle reti si ipotizzano dei livelli e– Il livello n di un dispositivo in
rete comunica (virtualmente) con il livello n di un altro dispositivo
• In realtà nessun dato viene trasferito da un livello n ad un altro (n>1) ma passa ad un livello sottostante– Un protocollo di livello n
svolge le sue funzioni usando i servizi forniti dal livello n-1 e fornisce i servizi al livello n+1
I protocolli
• Per ogni coppia di livelli adiacenti esiste una interfaccia
• Al di sotto del livello più basso c’è il mezzo fisico che serve per il trasferimento dei dati
• Un livello di protocollo può essere implementato via software, hardware, o in modo combinato
• Possibili svantaggi del uso dei livelli:– La possibilità che un livello duplichi le funzionalità di quello
inferiore– Un livello può richiedere informazioni presenti solo in un
altro livello
I protocolli Internet: TCP/IP
• La famiglia di protocolli TCP/IP - cinque livelli:
Applicazione
Trasporto
Rete
Collegamento
Fisico
Applicazione
Trasporto
Rete
Collegamento
Fisico
I protocolli Internet: TCP/IP
IP
TCP UDP
HTTP FTP SMTP TELNET DNS… …
Livello di applicazione
Livello di trasporto
Livello di rete
Livello di collegamento
Livello fisico
I protocolli Internet: TCP/IP
• I protocolli del livello di applicazione:– Ruolo: vari funzioni, relativi ai programmi
applicativi di Internet usati dagli utenti– Per esempio:
• SMTP: Simple Mail Transfer Protocol• FTP: File Transfer Protocol• TELNET• HTTP: HyperText Transfer Protocol• DNS: Domain Name System
– Creano messaggi di vari tipi (per esempio, messaggi di richiesta per la visualizzazione di una pagina web, un messaggio che contiene un’email/una pagina web, ecc.)
Applicazione
Trasporto
Rete
Collegamento
Fisico
I protocolli Internet: TCP/IP
• I protocolli del livello di trasporto:– Ruolo: trasferimento dei messaggio dal livello di
applicazione dall’origine alla destinazione (da un host a un altro)
– In Internet, due protocolli di trasporto:• TCP (Transmission Control Protocol):
– Garantisce il trasferimento dei messaggi– Controlla il flusso in rete (fa il confronto della velocità
tra il mittente e il destinatario)– Frazione il messaggio in frammenti più brevi
(pacchetti)
• UDP: non fornisce nessuna garanzia di consegna di un messaggio (tipicamente usati per la telefonia Internet e la videoconferenza)
Applicazione
Trasporto
Rete
Collegamento
Fisico
I protocolli Internet: TCP/IP
• I protocolli del livello di rete:– Ruolo: trasferimento dei pacchetti dall’origine alla
destinazione (da un host a un altro)– Due principali componenti:
• Protocollo IP: definisce l’informazione che deve essere aggiunto al pacchetto per realizzare il trasferimento nella rete
• Protocolli per instradamento: determinano i percorsi che i pacchetti devono seguire nella rete
– Internet è una rete di reti: ognuna può scegliere il proprio protocollo di instradamento
– Livello spesso chiamato livello IP
Applicazione
Trasporto
Rete
Collegamento
Fisico
I protocolli Internet: TCP/IP
• I protocolli del livello di collegamento:– Ruolo: trasferimento dei pacchetti da un
nodo della rete al successivo – Alcuni protocolli del livello di collegamento
garantiscono la consegna affidabile – Un pacchetto potrebbe essere gestito da
differenti protocolli lungo il suo percorso dall’origine alla destinazione
– Esempi: Ethernet, PPP (protocollo punto-a-punto)
Applicazione
Trasporto
Rete
Collegamento
Fisico
I protocolli Internet: TCP/IP
• Ethernet: diffuso per le reti locale, in cui un numero di computer condividono un mezzo di comunicazione– Quando un computer vuole comunicare, verifica che il
mezzo di comunicazione sia libero e invia il segnale– Se invece si accorge che un altro computer sta
trasmettendo, aspetta– Se si verifica un conflitto (due o più computer hanno
inviato i loro messaggi contemporaneamente) i computer coinvolti:
• si fermano• aspettano per un tempo T casuale• riprovano la trasmissione
• Lo stesso tipo di gestione di conflitti: anche in reti senza fili (IEEE 802.11)
Applicazione
Trasporto
Rete
Collegamento
Fisico
I protocolli Internet: TCP/IP
• I protocolli del livello fisico:– Ruolo: trasferire i singoli bit da un nodo
(host, commutatore ecc.) nella rete a un altro
– Sono dipendenti dall’effettivo mezzo trasmissivo del collegamento
• Per esempio, possiamo avere protocolli diversi per tipi di cavi diversi, per collegamenti satellitari diversi, ecc.
Applicazione
Trasporto
Rete
Collegamento
Fisico
Indirizzi IP e DNS
• Ogni computer collegato in Internet ha un indirizzo unico: il suo indirizzo IP
• Un indirizzo IP contiene 32 bit, che sono suddivisi in 4 campi da 8 bit ciascuno– Per esempio: 10000000000101000011111010101011– Suddivisi in: 10000000 00010100 00111110 10101011
• Di solito si usa una rappresentazione formata da 4 numeri decimali (tra 0 e 255) separati da un punto– Per esempio: 128.20.62.171
Indirizzi IP e DNS
• Gli indirizzi IP devono essere univoci– Per questo motivo è stata istituita una organizzazione,
Internet Assigned Number Authority, preposta ad assegnare gli indirizzi IP garantendone l’univocità
• Quando vi collegate ad Internet da casa è il provider (ISP) che vi assegna un indirizzo IP scegliendolo tra quelli che ha acquistato
• I futuri indirizzi IP consisteranno di sedici numeri per aumentare i numeri degli indirizzi IP disponibili
Indirizzi IP e DNS
• Gli indirizzi IP numerici sono difficili da ricordare• Si usano quindi degli indirizzi simbolici che sono più
significativi per l’essere umano– di.unito.it, cs.bham.ac.uk, developer.netscape.com
• Questi nome vengono tradotti in indirizzi IP numerici mediante il Domain Name System (DNS)
• Gli indirizzi simbolici hanno un formato come quello seguente
… nome5.nome4.nome3.nome2.nome1
Indirizzi IP e DNS
• Sono costruiti a partire da uno schema gerarchico di nomi basato sul concetto di dominio
gnu
com edu gov mil net org au it zw
unito unige
di psych
www www
disi
elios
www
… …
www.gnu.org
www.di.unito.it
root
Livello 1
Livello 2
Livello 3
Livello 4
Indirizzi IP e DNS• Domini di primo livello (top level): alcuni esempi
• Non vi è alcuna corrispondenza diretta tra i domini e le reti che costituiscono Internet– Cioè, computer nella stessa rete fisica possono essere in domini logici
diversi– Computer in reti fisiche diverse possono trovarsi nello stesso dominio
logico
com aziende
edu università americane
gov istituzioni governative
mil istituzioni militari
net fornitori d’accesso
org organizzazioni non-profit
… …
au Australia
ch Svizzera
fr Francia
it Italia
jp Giappone
uk Regno Unito
… …
Indirizzi IP e DNS
• Anche gli indirizzi di posta elettronica hanno una struttura:– La parta a destra della @ ha una struttura basato sui domini
(interpretato dal computer che spedisce il messaggio)– La parta a sinistra della @ è l’identificativo dell’utente
(interpretato dal computer che riceve il messaggio)
• Ogni dominio deve essere in grado di “risolvere i nomi” dei calcolatori di sua competenza
• Si usano i name server (anche chiamati i server DNS) che gestiscono la corrispondenza tra nomi simbolici e indirizzi IP numerici– I name server sono organizzati in modo gerarchico
Indirizzi IP e DNS
• Quando un’applicazione deve collegarsi ad una risorsa di cui conosce il nome logico (ad es. www.unito.it), invia una richiesta al suo name server locale
• Il name server locale, se conosce la risposta, la invia direttamente al richiedente
• Altrimenti interroga il name server di top level (root)– Questo può conoscere
l’indirizzo oppure inoltrare l’interrogazione ai suoi figli nella gerarchia
Client che fa richiesta:shakespeare.di.unito.it
Server dei nomi locale:dns.di.unito.it
Server dei nomi di root
Server del dominiodns.unito.it
Indirizzi IP e DNS
• Si continua con le interrogazioni fino a quando non si ottiene l’indirizzo IP numerico della risorsa
• Quando l’applicazione riceve la risposta crea una connessione TCP con la destinazione, usando l’indirizzo IP appena ricevuto
Client che fa richiesta:shakespeare.di.unito.it
Server dei nomi locale:dns.di.unito.it
Server dei nomi di root
Server del dominiodns.psych.unito.it
Pacchetti IP
• Abbiamo visto che …– Un ruolo del protocollo TCP è di suddividere il
messaggio in frammenti più brevi (pacchetti)– Il protocollo IP definisce l’informazione che deve
essere aggiunto al pacchetto per realizzare il trasferimento nella rete
• Come funziona il trasferimento dei pacchetti in Internet?
Pacchetti IP
• Trasferimento dei pacchetti: – Usiamo un’analogia (da Vincent Cerf, uno dei inventori di
Internet): mandare un romanzo da Tahiti alla casa editrice a New York usando solo cartoline postali
Pacchetti IP
• Bisogna spezzare il romanzo in frammenti (ognuno di poche riga)
• … numerare ogni cartolina (in modo tale che la sequenza corretta può essere ricostruita)
• … scrivere l’indirizzo della casa editrice (il destinatario) su ogni cartolina
• … mettere le cartoline nella casella di lettere• Poi il servizio postale di Tahiti le invierà alla casa editrice
Pacchetti IP
• Non è detto che tutte le cartoline seguano lo stesso itinerario– Alcuni arrivano a New York via Hong Kong …– … alcuni arrivano a New York via Los Angeles, ecc.
• Alla casa editrice, la numerazione delle cartoline permette la ricostruzione del romanzo
Pacchetti IP
• Pacchetto IP: contiene lo spazio per scrivere:– Informazione (una quantità limitata)– Un numero progressivo (identificatore)– L’indirizzo IP del destinatario
• I pacchetti IP sono inviati attraverso Internet uno alla volta• Possono seguire percorsi diversi dallo stesso mittente e lo
stesso destinatario
• Giunti la destinazione sono reordinati secondo al numero identificatore
Pacchetti IP
• Un vantaggio della possibilità di seguire diversi percorso in rete:– Nel caso di congestioni in rete (potrebbe essere più
efficiente seguire un percorso invece di un altro) – Nel caso di un guasto di un dispositivo di un percorso (in
questa situazione, il percorso non è più disponibile)
• Per visualizzare un percorso tra nostro computer e quello di un sito web: www.traceroute.org
Collegare un computer a Internet
• Un computer è collegato ad Internet tramite un ISP (Internet Service Provider)
• Tre modi principali per collegare un computer a Internet:– Accesso residenziale– Accesso aziendale o universitarie– Accesso senza fili
Collegare un computer a Internet
• Accesso residenziale:– Sono necessari dei dispositivi per poter usare la
rete telefonica come mezzo di comunicazione tra computer: i modem
Computer Modem
Segnaledigitale
Segnaledigitale
Segnaleanalogico(linea telefonica)
MOdulazione
DEModulazione
Computer Modem
Accesso residenziale
• ISP - per esempio: tiscali.it, aruba.it • Il classico collegamento via modem:
– Il modem del computer dell'utente deve essere connesso alla rete telefonica (usando un spinotto identico a quello usato per i normali apparecchi vocali)
– Per accedere ad Internet, il modem deve comporre il numero del provider
– Il provider anche ha un computer (permanentemente) connesso ad Internet tramite un modem
– Una connessione tra il computer del utente e il computer del provider è creato
Accesso residenziale
• Il computer del provider abilita l'invio e la recezione di informazione in Internet al computer dell'utente
• Per esempio, quando l'utente clicca su un link in una pagina web: – La richiesta per accedere alla nuova pagina passa dal
computer dell'utente a quello del provider – ... poi dal computer del provider al web server remoto che
gestisce la pagina richiesta – ... poi il web server manda la pagina al computer del
provider – ... poi il computer del provider manda la pagina al computer
dell'utente
Accesso residenziale
• Modem dial-up: – Usa la stessa linea utilizzata per le normali
chiamate telefoniche – Frequenza può raggiungere 56 Kbps (Kilobit per
secondo) – Sempre meno diffuso:
• Negli Stati Uniti, in 2000, 74% del accesso residenziale ad Internet era realizzato tramite modem dial-up
• In 2006, il percentuale è diventato 36%
Accesso residenziale
• Negli ultimi anni sono diffuse tecnologie come ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) – Un esempio di accesso residenziali a banda larga– Velocità (asimmetrico):
• Verso l'utente: tipicamente circa 10 Mbps (Megabit per secondo)
• Verso l'ISP: tipicamente circa 1 Mbps
– Progettato per brevi distanze tra i modem residenziali e quelli dell'ISP
• Permette una frequenza di trasmissione più alta rispetto a quella dei modem dial-up tradizionali
Accesso residenziale
• ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) – Usa tre bande di frequenza non sovrapposte: un
canale verso l'utente, un canale verso l'ISP, un canale telefonico ordinaria a due vie
Collegare un computer a Internet
• Accesso aziendali o universitarie (LAN): – I computer sono collegati sotto forma di rete locale
(LAN, Local Area Network) – Ethernet è comunemente usato nelle LAN:
versione Ethernet di 2006 ha una velocità di 10 Gbps
– Intranet: un nome per la rete locale di un'organizzazione
– Tramite un computer chiamato gateway, una rete locale (e quindi tutti i computer che contiene) può essere connesse ad Internet
Collegare un computer a Internet
• Accesso senza fili:– Rete senza fili (wireless): una variante di un LAN – Un computer chiamato hub è fisicamente collegato a
Internet (forse tramite altri computer e dispositivi nella LAN) – Il hub è capace di ricevere e trasmettere (in broadcast)
segnali, solitamente in radiofrequenza – I computer mobili (portali, PDA, ecc.) anche sono in grado di
ricevere e trasmettere sulla stessa frequenza – Il protocollo usato dalle reti senza fili funzione come Ethernet
(che è anche un protocollo di "broadcast") • Per esempio, IEEE 802.11 (velocità della versione di 2003: 54
Mbps)
Il WWW
• WWW (World Wide Web): tutti i web server (che hanno il ruolo di inviare file ai browser) e i loro file
• I file normalmente sono le pagine web, ma anche possono essere file di audio, filmati ecc.
• Distinzione tra Internet e il WWW: – Internet: cavi e router che collegano i computer che hanno
un indirizzo IP – WWW: un servizio di Internet fornito dal sottoinsieme di quei
computer (i web server)
Il WWW
• Una richiesta per visualizzare una pagina web: tramite uno Universal Resource Locator (URL) – Per esempio:
– Tre parti principali: • Protocollo: http:// indica al computer come gestire i file
• Nome del server: www.di.unito.it, che è il nome simbolico dell'indirizzo IP del web server della pagina richiesta
• Percorso della pagina: /~sproston/Psicologia/0708/magistrale0708.html identifica il file e la sua posizione nel file system del web server
http://www.di.unito.it/~sproston/Psicologia/0708/magistrale0708.html
Il WWW
• Le pagine sono rappresentate (memorizzate, spedite) sotto forma di sorgente – Sorgente: una descrizione di come la pagina deve apparire
all'utente – Non è il caso che le pagine sono rappresentate come un
grafico – I file di descrizione in generale richiedono meno spazio
(rispetto alla rappresentazione grafico di una pagina) – Il browser può adattare la visualizzazione di una pagina – Per leggere il sorgente di una pagina: scegliere Visualizza
dalla barra dei menu del browser, poi Sorgente o HTML– Sorgente tipicamente scritto nel linguaggio HTML (Hypertext
Markup Language)