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Elementi di Informatica03- Reti di Calcolatori1

Elementi di Informatica

Reti di calcolatori

Febbraio 2007


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


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


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


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


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


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


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


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


Accesso a documenti sul web

Esempio di accesso all’indirizzo www.virgilio.it


Navigazione ipertestuale

� ... cliccando sul collegamento Alla conquista dello spazio


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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?


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


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


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


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


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


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


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


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


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.


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


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


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


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


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


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

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