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Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Fondamenti dell’infrastruttura di rete
INSEGNAMENTO DI INFORMATICA – A.A. 2015-16
Francesco Ciclosi
Macerata, 15 dicembre 2015
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Le reti informatiche: definizione
Una rete informatica o network è un insieme più o
meno grande di computer e dispositivi collegati tra
loro allo scopo di condividere risorse e informazioni
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Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Alcuni esempi di reti
2 computer collegati tra
di loro (rete minima) Internet (rete di reti)
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I componenti fondamentali
Banalmente il cablaggio e le schede di rete
sono i componenti indispensabili per
l’implementazione di una rete di elaboratori
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La classificazione
Le reti possono essere classificate in base a:
a. Estensione fisica (LAN, MAN, WAN)
b. Metodo di amministrazione (peer-to-peer, client-
server)
o Sistema operativo di rete (Windows, Unix, Netware)
o Protocolli di rete (TCP-IP, IPX/SPX, AppleTalk)
o Topologia (bus, anello, stella)
o Architettura (Ethernet, Token Ring, FDDI)
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Classificazione per estensione (1/2)
In base all’estensione fisica una rete si definisce:
• LAN (Local Area Network) – Rete locale, confinata a una
zona geografica limitata (stanza, piano, edificio, campus)
• MAN (Metropolitan Area Network) – Rete metropolitana,
di dimensioni intermedie tra una LAN e una WAN,
delimitata dai confini di una città o di un’area
metropolitana
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Classificazione per estensione (2/2)
In base all’estensione fisica una rete si definisce:
• WAN (Wide Area Network) – Rete geografica, composta di
LAN interconnesse. Si estende su un area geografica
ampia utilizzando collegamenti come linee telefoniche o
satelliti per connettere computer in diverse città, nazioni
o continenti
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Server e client
Un Server è un computer (o un’applicazione) che
rende disponibili le proprie risorse (dati, software
o periferiche) agli altri computer della rete
Un Client è un computer (o un’applicazione) che
accede alle risorse di un server
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Classificazione per amministrazione La classificazione per metodo di amministrazione
definisce una rete sulla base di
• chi condivide le risorse
• in quale modo le risorse vengono condivise
Rete client/server
• Caratterizzata da amministrazione centralizzata
Rete peer-to-peer (o gruppi di lavoro) - “pari a pari”
• Caratterizzata da amministrazione decentalizzata
• Ogni nodo agisce sia da server che da client
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Cos’è il modello OSI?
Ogni strato (o livello) definisce le
attività di rete
Ogni strato comunica sia con il
livello soprastante che con il livello
sottostante
Application Application
Presentation Presentation
Session Session
Transport Transport
Network Network
Data-Link Data-Link
Physical Physical
7 7
3 3
4 4
5 5
6 6
2 2
1 1
Il modello Open System Interconnection (OSI) definisce i compiti generici che vengono eseguiti per la comunicazione in rete Il modello Open System Interconnection (OSI) definisce i compiti generici che vengono eseguiti per la comunicazione in rete
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Cos’è il modello OSI? - 2
Lo strato 7 fornisce ai programmi i servizi
necessari per l’accesso alla rete
Gli strati 1 e 2 definiscono il mezzo fisico della
rete e le relativa attività connesse
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Livello Definizione Contesto
7 Applicazione Interfaccia di comunicazione con i programmi.
6 Presentazione Formattazione e trasformazione dei dati a vario titolo,
compresa la cifratura e decifratura.
5 Sessione Instaurazione, mantenimento e conclusione delle sessioni di
comunicazione.
4 Trasporto Invio e ricezione di dati in modo da controllare e,
possibilmente, correggere gli errori.
3 Rete Definizione dei pacchetti, dell'indirizzamento e
dell'instradamento in modo astratto rispetto al tipo fisico di
comunicazione.
2 Collegamento
dati (data link)
Definizione delle trame (frame) e dell'indirizzamento in
funzione del tipo fisico di comunicazione.
1 Fisico Trasmissione dei dati lungo il supporto fisico di
comunicazione.
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I sette livelli del protocollo ISO/OSI
Applicazione
Presentazione
Sessione
Trasporto
Rete
Data Link
Fisico
Host A
Applicazione
Presentazione
Sessione
Trasporto
Rete
Data Link
Fisico
Host B
Interconnessione
Livelli (strati) dedicati all’applicazione
Livelli (strati) dedicati alla connettività
Livello (strato) di raccordo
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Perchè si utilizza il modello OSI?
• Il Router è un dispositivo di livello 3
• HTTP è un protocollo dei livelli 5–7
Esempi:
• Ethernet è uno standard per i livelli 1–2
Il modello OSI è un punto di riferimento comune per discutere la comunicazione di rete che viene utilizzata per descrivere le funzionalità dei dispositivi e dei protocolli
Il modello OSI è un punto di riferimento comune per discutere la comunicazione di rete che viene utilizzata per descrivere le funzionalità dei dispositivi e dei protocolli
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I benefici degli standard di rete
Consentono l’interoperabilità tra dispositivi e
sistemi di vendor differenti
Riducono i costi
• Es.: il protocollo TCP/IP consente l’interazione tra
sistemi di vendor differenti
• Es.: il protocollo SMTP consente la comunicazione
tra differenti sistemi di posta elettronica
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I componenti di rete
Cablaggio
Switch
Router
Firewall
LAN LAN
Internet
PC / Workstation
Server
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Tipi di cablaggi
Il cablaggio fa riferimento al livello fisico del
modello ISO/OSI
Tra i tipi di cablaggi più diffusi vi sono:
• Doppini intrecciati (Twisted-pair)
• Fibra ottica (Fiber optic)
• Cavi coassiali (oramai in disuso)
• Connessioni senza fili (Wireless)
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I doppini intrecciati (1/2)
Sono comunemente utilizzati nelle reti locali (LAN)
Esistono varie categorie di cavi con caratteristiche e
velocità di trasmissione differenti: CAT5, 5E, 6, 6E, 7, 7E
I cavi intrecciati annullano i
campi elettromagnetici che si
accumulano quando i cavi
trasmettono in parallelo
Sono di tipo STP o UTP
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I doppini intrecciati (2/2)
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Cavi UTP ed STP
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La fibra ottica (1/2)
È utilizzata per coprire
le distanze più lunghe
Si divide in multimodale
e monomodale
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La fibra ottica (2/2)
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Cavi in fibra ottica
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Il wireless
È utilizzato per la
mobilità e per le distanze
più lunghe
Si utilizza sia nelle LAN
che nelle WAN
Alcuni standard sono:
802.11a (meno soggetta a
interferenze), 802.11b e
802.11g
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I cavi coassiali
Sono costituiti da un filo centrale avvolto da
uno strato di materiale isolante a sua volta
circondato da un filo intrecciato
Tali strati proteggono il filo centrale dalle
interferenze ambientali
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Cavi coassiali
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Cos’è un Hub? Uno switch: Uno switch:
È un ripetitore multiporta usato nelle LAN
Non tiene traccia della posizione dei computer
È un ripetitore multiporta usato nelle LAN
Non tiene traccia della posizione dei computer
Server
Hub
Stampante
PC e Workstation
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L’Hub
È un ripetitore multi porta che permette di
collegare tra loro numerosi dispositivi all’interno
di una LAN
Alla ricezione di un segnale su di una porta lo
inoltra su tutte le sue porte a tutti i nodi connessi
Muove i pacchetti tra i vari computer
Non offre alcuna protezione dal packet sniffing
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Cos’è uno Switch? Uno switch: Uno switch:
È un dispositivo di comunicazione usato nelle LAN
Tiene traccia della posizione dei computer
È un dispositivo di comunicazione usato nelle LAN
Tiene traccia della posizione dei computer
Server
Switch
Stampante
PC e Workstation
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Lo switch (o commutatore)
Opera al livello di collegamento dati del modello OSI
Muove i pacchetti tra i vari computer in base alla loro
posizione
Traccia i computer in base all’indirizzo MAC
Il packet sniffing su di una rete commutata richiede il
port mirroring
Alcuni switch operano anche ai livelli 3 e 4 del
modello OSI
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Hub e switch
Hub
Switch
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Cos’è un Router?
Il router: Il router:
Muove i pacchetti tra le reti
Tiene traccia delle reti e non dei computer
Collega differenti locazioni fisiche
Viene anche chiamato gateway
Muove i pacchetti tra le reti
Tiene traccia delle reti e non dei computer
Collega differenti locazioni fisiche
Viene anche chiamato gateway
Server
LAN
LAN
Router/Gateway Router/Gateway
Server
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Il router
È un «instradatore» di traffico
È in grado di interconnettere più LAN e
inoltrare il traffico a una qualunque destinazione
(interna o esterna alla LAN) basandosi sugli
indirizzi IP
Elabora e mantiene una tabella con i percorsi
più veloci per il recapito e percorsi secondari in
caso di eccessivo traffico o blocchi.
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Cos’è un Firewall? Un firewall: Un firewall:
È un router che utilizza regole
Controlla la comunicazione in ingresso (inbound) e in uscita (outbound)
Protegge gli host dietro il firewall
È un router che utilizza regole
Controlla la comunicazione in ingresso (inbound) e in uscita (outbound)
Protegge gli host dietro il firewall
Firewall Firewall
Host Host
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Router e firewall
Router
Firewall
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Cos’è una LAN?
Una LAN: Una LAN:
È in una singola posizione fisica
Ha una connettività di rete veloce
Il livello di controllo è minimo
È in una singola posizione fisica
Ha una connettività di rete veloce
Il livello di controllo è minimo
Server
Switch
Stampante
PC e Workstation
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La LAN
La LAN è confinata in una singola posizione
fisica che può essere un edificio o un campus
Gli switch costruiscono automaticamente una
tabella interna di routing dei singoli computer
Gli switch solitamente non hanno regole per
controllare le comunicazioni di rete
Tutti gli host connessi alla LAN sono
considerati attendibili
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Cos’è una WAN? Una WAN: Una WAN:
Connette differenti locazioni fisiche
Ha una velocità di connessione più lenta di quella di una LAN
È più costosa della connettività LAN
Solitamente utilizza la connettività fornita da un'altra società
Connette differenti locazioni fisiche
Ha una velocità di connessione più lenta di quella di una LAN
È più costosa della connettività LAN
Solitamente utilizza la connettività fornita da un'altra società
Sede secondaria Sede secondaria
Sede centrale Sede centrale
Server LAN
LAN
Server
Router
Router
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Le WAN
Solitamente le connessioni WAN sono lente
In alcuni casi le connessioni WAN sono molto
veloci (maggiori di 100 Mbps)
Alcuni esempi:
• Un link che fornisce la connettività tra edifici in 2 città
• Un link che fornisce la connettività tra edifici nella
stessa città
• Un collegamento wireless (ponte radio) tra due edifici
collocati a 10 Km di distanza
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Connessioni WAN
Le connessioni possono essere:
• Dial-up: la connessione viene stabilita effettuando una
chiamata e ha la durata temporanea di una sessione di
trasferimento dati (es. modem)
• Permanenti: la connessione è sempre attiva (es. xDSL)
• Dedicate (punto-punto): connessioni che collegano un
punto specifico a un altro (es. due sedi di una stessa
azienda). Sono “dedicate” in quanto di uso esclusivo di
chi acquista il servizio e di conseguenza molto costose
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La rete perimetrale o DMZ
Server
LAN Web Server
Internet
Una rete perimentrale (o DMZ): Una rete perimentrale (o DMZ):
Isola le risorse della LAN
Aumenta la sicurezza
Isola le risorse della LAN
Aumenta la sicurezza
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L’accesso remoto L’accesso remoto: L’accesso remoto:
Fornisce accesso alle risorse della LAN da fuori l’ufficio
Può essere di tipo VPN o dial-up
Fornisce accesso alle risorse della LAN da fuori l’ufficio
Può essere di tipo VPN o dial-up
Modem
Server
LAN
Internet
Client VPN Client VPN
Server di accesso remoto (RAS)
Client Dial-up Client Dial-up
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La larghezza di banda Determina la quantità di dati trasportabili da un
canale
Maggiore è la larghezza di banda, più rapida è la
trasmissione dei dati
La velocità di trasmissione si misura in (bps) bit
per secondo:
• Kilobit per secondo (Kbps) 103 bps
• Megabit per secondo (Mbps) 106 bps
• Gigabit per secondo (Gbps) 109 bps
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La larghezza di banda: definizione (1/2)
È la differenza tra le frequenze più alte e più basse
che un mezzo di comunicazione può ammettere
La frequenza indica quanto spesso un segnale cambia
da uno stato all’altro e si misura in Hertz (Hz)
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La larghezza di banda: definizione (2/2)
Ogni cambiamento di stato può trasportare un
bit (ma anche più bit con alcune tecnologie)
Maggiore è il numero dei cambiamenti di stato
effettuati in un dato intervallo temporale,
maggiore è il numero dei bit trasmessi
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Un esempio Gamma di frequenze di una linea telefonica:
300 Hz – 3000 Hz
larghezza di banda: 300 Hz – 300 Hz = 2700 Hz
Gamma di frequenza della voce umana:
20 Hz – 20000 Hz
larghezza di banda necessaria per la trasmissione
in alta fedeltà: 20000 Hz – 20 Hz = 19800 Hz
La linea telefonica che trasmette a 2700 Hz passa da
un massimo a un minimo e poi nuovamente a un
massimo «ben» 2700 volte al secondo
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Larghezza di banda e trasmissione dati (1/2)
Dimensione del file
Velocità di trasmissione
richiesta
Ampiezza della banda
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Larghezza di banda e trasmissione dati (2/2)
Ipotizziamo la trasmissione di un filmato di qualità
televisiva a 256 colori e 30 fps
• Risoluzione 640x480 307.000 pixel
• 256 colori (8 bit per ogni pixel) 370.200 x 8 =
2.457.600 bit (~ 2,5 Mbps)
• 30 fps 2.457.600 bit x 30 = 73.728.000 bit (~73 Mbps)
È necessaria la compressione
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Domanda?
E se volessimo trasmettere un filmato Full
HD in true color, di quanta banda avremmo
bisogno?
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I dispositivi di rete (1/3) Si occupano di inviare nella giusta direzione, di
amplificare e di convertire i segnali trasmessi in rete
Si dividono in:
• Ripetitori (o relè fisici)
o Collegano i segmenti di una rete
o Rigenerano e amplificano i segnali prima di ritrasmetterli
o Consentono l’estensione di una rete locale
• Bridge
o Connettono tra loro delle reti che usano differenti
collegamenti fisici
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I dispositivi di rete (2/3)
• Router
o Controllano la destinazione dei messaggi inviati in rete
o Utilizzano una tabella contenente gli indirizzi dei nodi della rete
per decidere se inoltrare il messaggio a un nodo locale, oppure
istradarlo verso un altro router
• Gateway
o Collegano tra di loro delle reti che utilizzano protocolli di
comunicazione diversi
o Si occupano della relativa conversione
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I dispositivi di rete (3/3)
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Le reti a commutazione di circuito (1/2)
In una rete a commutazione di circuito viene
preventivamente riservato un circuito tra i due
nodi che devono comunicare tra di loro
È come se venisse fisicamente steso un cavo di
una linea dedicata tra i due nodi
Questa tecnologia è usata nelle reti telefoniche
Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Le reti a commutazione di circuito (2/2)
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Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Le reti a commutazione di pacchetto (1/3)
I dati non sono spediti direttamente da un
punto all’altro, ma inviati attraverso una serie di
nodi chiamati instradatori
I nodi che devono comunicare tra di loro non
hanno a disposizione una linea dedicata
I dati in uscita sono suddivisi in piccole porzioni
(pacchetti) e quindi trasmessi in rete
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Le reti a commutazione di pacchetto (2/3)
I dati attraversano la rete di router in router e
quindi vengono riassemblati una volta giunti a
destinazione
Ogni pacchetto può seguire un percorso diverso
In tal modo si ottimizzano le risorse evitando
che una linea rimanga impegnata e inattiva per
la maggior parte del tempo, come avviene nelle
reti a commutazione di circuito
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Le reti a commutazione di pacchetto (3/3)
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