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Reti informatiche: introduzione
Reti informatiche & Information & Communication Tecnology Padovani Alessandro - [email protected] 1 Reti informatiche: introduzione Le esigenze di comunicazione tra computer ha dato vita ad un nuovo campo di studio e sviluppo nell’Informatica: l’Information & Communication Tecnology Una rete di calcolatori è costituita da un certo numero di elaboratori elettronici collegati tra loro. Le reti sono nate in seguito alla necessità di scambiare dati e informazioni. 2 Tipi di reti Esistono vari tipi di reti, dalle più piccole, che possono essere composte anche solo da due unità, a reti enormi, con migliaia di computer, distribuite su vaste aree geografiche. Le reti tendono sempre più a connettersi l’una con l’altra, abbracciando, fra le loro maglie, tutto il mondo. Le reti nazionali diventano parte delle reti continentali, e queste delle reti mondiali. E’ sufficiente un anello di congiunzione e i dati possono viaggiare da una rete ad un’altra. 3 Tipi di reti (2) Si individuano 3 tipi di reti, la tipologia dipende dalla dimensione (numero di computer connessi e contesto geografico-strutturale): LAN (Local Area NetworK) Rete locale MAN (Metropolitan Area Network) Rete metropolitana WAN (Wide Area Network) Rete geografica 4 Modelli di rete In generale il modelli di un sistema di comunicazione è costituito dai seguenti componenti (che troviamo siano nelle reti locali sia nelle WAN): Un CHIAMANTE (Sorgente) che costitusce il punto di generazione del messaggio Un TRASMETTITORE che trasforma il messaggio adattandolo al mezzo di comunicazione Un CANALE DI TRASMISSIONE che garantisce il trasferimento del messaggio Un RICEVENTE (Destinatario) che costituisce il punto di ricezione di un messaggio 5 Modelli di rete: LE RETI LOCALI CHIAMANTE: elaboratore che invia un messaggio (richiesta di una risorsa condivisa, messaggio da leggere…) TRASMETTITORE: una scheda di rete che riceve il messaggio e lo elabora CANALE DI TRASMISSIONE: mezzo guidato o non guidato che vedremo nella prossima slide, che garantisce il trasferimento del messaggio RICEVENTE: elaboratore che riceve il messaggioche costituisce il punto di ricezione di un messaggio 6 I mezzi di trasmissione MEZZI GUIDATI: 1. Doppino 2. Cavo coassiale 3. Fibra ottica MEZZI NON GUIDATI: Essi trasportano le onde elettromagnetiche senza fare uso di conduttori fisici: 1. Reti Wireless 2. Bluetooth 7 Reti LOCALI: TOPOLOGIA In una rete locale è possibile collegare gli elaboratori tra loro in diverse maniere. La topologia definisce il sistema di collegamento dei computer e, quindi, percorsi utilizzabili per il trasporto dei dati nella rete. Ogni tipo di collegamento ha dei vantaggi e degli svantaggi che derivano da quanti elaboratori devono essere attraversati per reperire i dati 8 Topologie delle reti (2) Lineare Anello A maglia A grappolo A stella 9 LAN: Reti a stella: Client-Server La topologia più utilizzata, soprattutto se si ha la necessità di collegare più di 4-5 elaboratori, è la topologia A STELLA. In queste reti i Computer possono assumere il ruolo di posto di lavoro utente (Client) o garantire il funzionamento della rete, mettendo in comunicazione i vari client (Server). Chiaramente un Server può anche fungere da postazione utente, ma non sempre è così. In generale un server ha il compito di far condividere a più utenti archivi e risorse. Ci possono essere server dedicati ad un unico servizio o più servizi possono essere erogati dallo stesso server. 10 I dispositivi di connessione Considerando lo sviluppo che le reti anno avuto, si è rivelato necessario creare dei dispositivi di connessione, che permettessero di collegare i computer in modo più sicuro ed efficiente. Essi vengono utilizzati per collegare tra loro i vari segmenti della rete oppure di mettere assieme più reti. 1. Hub: dispositivo centrale nella tipologia a stella che provvede alla connessione tra i nodi 2. Ripetitori: ripristina un segnale della rete che si è attenuato per il troppo tempo trascorso lungo la rete. Due reti connesse da un ripetitore formano un’unica rete. 11 I dispositivi di connessione (2) 3. Bridge: a differenza dei ripetitori, i bridge riescono ad inviare i dati solo alla parte di rete destinataria del segnale (contiene tabelle di indirizzamento) 4. Router: oltre ad essere dispositivi hardware che connettono più reti, contengono un software che è in grado di scegliere, ai fini di una certa trasmissione, il migliore tra diversi percorsi che collegano due elaboratori. Ogni router ha in memoria un elenco (tabella di routing) degli indirizzi dei router che gestiscono le sottoreti che conosce direttamente, più uno per le destinazioni di cui non ha diretta conoscenza. 5. Gateway: aggiunge, rispetto al router, la possibilità di convertire il sistema di comunicazione, nel caso sia diverso per le due reti connesse 12 LAN: caratteristiche e vantaggi • • 1. 2. 3. Consideriamo che un buon sistema di comunicazione locale garantisce velocità pari a 100 Mbit/sec (quando ad esempio le reti Internet più veloci arrivano a poche decine di MegaByte, livelli raggiunti solo negli ultimi anni). A causa di queste prestazioni altissime si hanno indubbiamente dei vantaggi: Gruppi di lavoro: è possibile raggruppare più utenti all’interno di workgroup, quindi con accessi a risorse diverse per ogni gruppo Condivisione di risorse: alcune risorse informatiche (stampanti, plotter, dischi, unità, …) possono essere condivise tra più utenti o gruppi che le potranno vedere come se fossero realmente collegate alla loro postazione. Affidabilità: l’affidabilità del sistema nel suo complesso non dipende dal funzionamento di una singola macchina. 13 Reti Aziendali: sviluppi Il mondo aziendale è interessato alle reti telematiche soprattutto per tre aspetti: 1. La condivisione delle Risorse di cui abbiamo già parlato 2. Come canale di comunicazione verso tutti gli utenti che usano la rete e che potrebbero essere potenziali clienti (e ne parleremo diffusamente quando tratteremo di Internet) 3. Come canale di comunicazione a basso costo per accedere al sistema informativo aziendale da locazioni esterne all’azienda oppure interne all’Azienda, ma distanti da altri computer. Lo standard comunicativo globale (TCP/IP, che si usa anche per Internet e di cui parlermo) soddisfa tutte e tre le esigenze aziendali, facilitando così l’implementazione strutturale e la progettazione della rete. 14 Reti Aziendali (2): Intranet e Extranet La possibilità di mettere in comunicazione con un canale riservato tutte le varie parti di un’Azienda ha avuto poi due ulteriori sviluppi: 1. 2. Dipendenti che, eventualmente da locazioni remote, hanno la necessità di inviare ordini o aggiornare DataBase o reperire informazioni. Questi collegamenti, sempre effettuati tramite lo standard TCP/IP si chiamano Servizi Intranet Interlocutori abituali dell’azienda (per esempio clienti e fornitori) che devono collegarsi ai computer dell’Azienda stessa, si pensi per esempio ai terminali Bancomat. Questi collegamenti, sempre effettuati tramite lo standard TCP/IP si chiamano Servizi Extranet 15 Reti Aziendali (3): Esempio Vediamo un esempio pratico di un EDI (Electronic Data Interchange) di una Banca: 1. In Intranet la Banca mette a disposizione dei propri dipendenti informazioni sulle condizioni contrattuali dei conti correnti 2. Con Extranetl a Banca permette ai propri correntisti di analizzare il proprio estratto conto e di effettuare operazioni come i prelievi Bancomat 3. Con Intranet i dipendenti possono vedere le operazioni eseguite dai clienti N.B.: con Internet sarebbe sicuramente una gestione più costosa e difficle da attuare a causa del rischio di accessi indesiderati dall’esterno! 16 LE WAN Passiamo ora ad analizzare le WAN (reti geografiche) sono di dimensioni maggiori e sono in grado di connettere sistemi di elaborazione, terminali e LAN dislocati su vaste aree geografiche utilizzando anche le normali linee telefoniche. Internet è una WAN. 17 MODELLI DI RETE: LE WAN Come già avevamo fatto per le LAN, vediamo quali sono i soggetti delle Reti Geografiche CHIAMANTE: elaboratore che invia un messaggio (richiesta di vedere un documento, invio di una mail, richiesta di scaricare files) TRASMETTITORE: Modem (MODulatore/DEModulatore) che converte il segnale digitale del computer in segnale che può essere portato dal canale di trasmissione e, viceversa, in fase di ricezione, trasforma il segnale in informazioni digitali elaborabili da un computer CANALE DI TRASMISSIONE: mezzo guidato o non guidato che garantisce il trasferimento del messaggio RICEVENTE: elaboratore che riceve il messaggioche costituisce il punto di ricezione di un messaggio 18 Internet DEFINIZIONI: inter-rete: insieme di reti, locali e geografiche, connesse tramite dispositivi di connessione come router o gateway Internet: inter-rete globale che usa lo stesso standard comunicativo in tutte le postazioni (TCP/IP) 19 Internet: Cenni storici Il principale impulso lo diedero, inizialmente, ambienti legati all’amministrazione e alla difesa militare, in particolare, il contesto in cui si colloca la preistoria della rete che oggi viene chiamata Internet (oggi circa 150000 reti connesse tra loro, con più di 300 milioni di elaboratori connessi) è quello della “guerra fredda” tra Stati Uniti e Unione Sovietica. Nel 1967 fu creata, dal Dipartimento della Difesa statunitense, la prima rete di calcolatori: ARPANET Nel 1972 iniziò il progetto Internetting Project che portò allo sviluppo dei protocolli per la rete Internet. Protocollo: insieme di regole per la comunicazione tra elaboratori. Esistono protocolli per vari livelli di comunicazione (hardware e software). Verranno trattati più approfonditamente in seguito. 20 Internet: host e backbone Secondo le stime più recenti, si calcola che Internet colleghi più di 60 milioni di host computer (nodo della rete, quindi computer connessi in rete costantemente e dotati di INDIRIZZO FISSO). Questo numero è da non confondere con quello degli utenti finali (quindi comprensivo di postazioni che non sono sempre connesse) che si stima siano ormai ben più di 300 milioni. Le principali arterie attraverso le quali transita il flusso di dati vengono definite backbone (es: NSFnet (National Science Foundation net), o i cavi transoceanici che collegano le reti di continenti diversi). 21 Protocoll TCP/IP : Introduzione Internet è uno strumento di comunicazione. Il primo problema, in un processo di comunicazione, è naturalmente la definizione di un linguaggio che sia condiviso tra i diversi attori che comunicano. Internet è costituita da una quantità enorme di computer che usano sistemi operativi, codici di caratteri, strutture dati che possono essere anche molto diversi. Nel caso di Internet, il nucleo fondamentale dell’insieme dei protocolli che permettono il funzionamento di questo complesso sistema di comunicazione viene comunemente indicato con la sigla TCP/IP, che è l’acronimo di Transmission Control Protocol/internetworking Protocol. 22 TCP/IP Questo protocollo risulta essere ad altissima efficienza ed è diventato immediatamente uno standard mondiale, permettendo la diffusione di Internet nel globo con una velocità altissima. I problemi tecnici di una rete eterogenea come Internet sono molteplici e il TCP/IP deve prendere in considerazione la necessità di amministrarli tutti Sfrutta al meglio le risorse hardware e software Permette un indirizzamento dei nodi della rete Garantisce sicurezza e affidabilità Permette lo sviluppo di nuove risorse e servizi di rete 23 TCP/IP: reti a commutazione di pacchetto La tecnica di spedizione consiste nel suddividere le informazioni che si vogliono inviare in pacchetti (da 1,5 KB) recanti tutte le informazioni sulla loro destinazione e provenienza. In questo modo è possibile usare lo stesso tratto di cavo fisico per passare molte comunicazioni diverse, sia che provengano da persone che operano sullo stesso computer, sia che provengano da più computer collegati a quel tratto di rete. 24 Commutazione di pacchetto: vantaggi Nessun PC occuperà in questo modo per intero un tratto di rete fisica: diversi pacchetti possono essere inviati da diverse postazioni “contemporaneamente”. E’ ovvio che il tempo di trasmissione di tutti i dati di tutte le postazioni è uguale a quello che ci sarebbe se le informazioni non fossero divise, ma ciò che è importante è la possibilità di comunicazione “parallela” e “contemporanea” L’unico vantaggio temporale è nel caso in cui, se avvenisse un’interruzione, la stazione emittente potrebbe iniziare un’altra transazione, per poi riprendere in seguito quella iniziale 25 TCP e IP (1) Il TCP/IP è in realtà l’unione di due protocolli, il TCP, che si occupa della trasmissione dei pacchetti di dati, e l’IP, che si occupa di mettere in comunicazione due nodi della rete Il protocollo TCP assolve diversi compiti: 1. Creazione di comunicazione processo-processo 2. Gestione di meccanismi per il controllo del flusso di dati 3. Gestione per il controllo degli errori nel trasporto di dati 26 TCP e IP (2) Quando si avvia una connessione tra due utenti, il protocollo IP si occupa di mettere in comunicazione i due elaboratori, scambiando pacchetti di dati che contengono informazioni tipo indirizzi di rete e altre informazioni hardware. Poi il protocollo IP si occupa di suddividere in pacchetti i dati da spedire. Questo protocollo non ha meccanismi di controllo e gestione degli errori (deve essere veloce e tralascia l’affidabilità, demandandola a protocolli di livello più alto). Il protocollo TCP, lavora a livello più alto e mette in comunicazione le due applicazioni che devono lavorare insieme, riunendo i pacchetti. Le informazioni che scambia sono legate numeri di porta, dimensione dei dati, quantità di pacchetti, etc… Contiene anche regole per la gestione degli errori nella comunicazione 27 IP: indirizzamento(1) Ogni computer su Internet è dotato di un indirizzo numerico: gli host hanno indirizzo fisso, invece i PC non connessi costantemente hanno spesso indirizzi diversi od ogni connessione. Questi indirizzi sono costituiti da 4 byte, ossia quattro sequenze di 8 cifre binarie, in notazione, separate da un punto. Esempio: 10001010.00000010.01000110.00000011 28 IP: indirizzamento (2) Normalmente un indirizzo viene rappresentato in notazione decimale come una sequenza di quattro numeri da 0 a 255 separati da un punto. Esempio: 151.100.20.17 Conversione: 10001010 = 27+ 23+ 21 = 128+8+2 = 138 10001010.00000010.01000110.00000011 = 138.2.70.3 29 IP: invio e ricezione Quando il protocollo IP di un computer riceve dei dati da inviare ad un certo indirizzo, per prima cosa guarda alla parte dell’indirizzo che specifica la rete (la prima parte dell’indirizzo). Se l’indirizzo di rete è quello della rete locale, i dati sono inviati direttamente al computer che corrisponde all’indirizzo (abbiamo già detto che il protocollo TCP/IP virene usato anche nelle reti locali, Intranet e Extranet). Se invece l’indirizzo di rete è esterno, i dati vengono inviati ad un Gateway o a un Router che gestisce il traffico di interconnessione (diretto verso altre sottoreti). 30 Controllo indirizzi L’assegnazione degli indirizzi di rete viene curata da un organismo internazionale il quale a sua volta delega ad enti nazionali la gestione degli indirizzi di rete nei vari paesi, l’Internet Assigned Number Authority (IANA). In Italia tale gestione è curata dalla Registration Authority italiana, che fa capo al CNR (Centro Nazionale di Ricerca) e quindi al Ministero dell’università e della ricerca. 31 DNS Il metodo di indirizzamento numerico dell’IP, sebbene sia molto efficiente, è molto complicato da maneggiare per un utente. Al fine di facilitare l’impiego della rete è stato sviluppato un sistema di indirizzamento simbolico (è un protocollo anche questo), che funziona in modo simile ad un’agenda telefonica: Domain Name Server (DNS). Attraverso il DNS ogni host può essere dotato di un nome (domain name), composto da stringhe di caratteri (lunghezza illimitata) in modo tale da rendere più intuitivo e semplice l’uso degli indirizzi. 32 Caratteristiche DNS I nomi così ottenuti sono sequenze di simboli separati da punti. Questa articolazione rispecchia la struttura gerarchica del DNS. Esso, infatti, suddivide la rete in settori, domini, a loro volta suddivisi in sottodomini, e così via, per livelli; ogni sottodominio fa parte di un dominio gerarchicamente superiore: alla base della piramide ci sono i singoli host. L’acquisto di un dominio non è vincolato dalla necessità di avere un host. Si può acquistare un dominio e non utilizzarlo mai, oppure acquistare un dominio tramite un’azienda di webhosting e utilizzare i loro server (serverweb, servermail…). 33 DNS: esempio Importanza dei domini csr.unibo.it Dominio secondario In genere identifica la società o ente di appartenenza Dominio più alto In genere identifica il paese o il tipo di ente che possiede il computer 34 DNS: esempio (2) L’indirizzo in rete di una risorsa web si chiama URL (Uniform Resource Locator). Una URL comprende tre parti: Tiposerver://dominio/nomefile 1. Tiposerver è il tipo di protocollo che si usa per utilizzare 2. 3. quella risorsa (FTP, HTTP…) Dominio è l’indirizzo del computer al quale si è inviata la richiesta (può essere in forma di indirizzo IP o indirizzo DNS) Nomefile: nome e posizione del documento che si vuol ottenere 35 DNS: esempio (3) URL: http://www.cirfid.unibo .it/didattica/ravenna www.cirfid.unibo .it: questo è il DOMINIO del server WEB (computer che ha i file del sito Web) Indirizzo e-mail: [email protected] cirfid.unibo .it: questo è il DOMINIO del server di Posta (computer che gestisce la posta elettronica) 36 DNS: sviluppo Quando il DNS è stato sviluppato, Internet era diffuso, salvo raro eccezioni, solo negli Stati Uniti. Per questa ragione la rete venne suddivisa in sei domini, le cui sigle caratterizzavano il tipo di ente o organizzazione che possedeva gli host e le reti: EDU università ed enti di ricerca COM organizzazioni commerciali GOV enti governativi MIL enti militari NET inizialmente organizzazioni di supporto e di gestione della rete, ora sono utilizzati per coprire indirizzi già occupati ORG organizzazioni ed enti di diritto privato (es. no profit)37 DNS: sviluppo (2) Quando la rete ha cominciato a diffondersi a livello internazionale sono stati creati altri domini di primo livello, suddivisi per nazioni: questi domini usano le sigle che spesso (ma non sempre) corrispondono alle sigle delle targhe internazionali. L’acquisto dei domini “nazionali” italiani deve passare anche attraverso l’Authority di registrazione Italiana. Il protocollo DNS si occupa di tradurre il nome in un indirizzo numerico. Tale traduzione viene chiamata tecnicamente risoluzione. 38 Architettura client-server I servizi di Internet si basano su una particolare modalità di interazione, denominata client-server. UTENTE 1 invio richiesta SERVER 1 (es: Posta o Web) CLIENT 1 ELABORAZIONE CLIENT UTENTE 2 ricezione risposta SERVER 1 (es: Posta o Web) 39 Protocolli di Internet Affinché l’interazione tra client e server possa essere effettuata, è necessario che entrambi utilizzino un linguaggio comune, ovvero un protocollo per comunicare a livello applicativo. Questi protocolli lavorano ad un livello più alto rispetto al TCP/IP. Su Internet vengono utilizzati numerosi protocolli specifici delle applicazioni, uno per ogni servizio di rete, che vedremo in seguito più dettagliatamente: Il Simple Mail Transfer Protocol (SMTP), il POP e l’IMAP per la posta elettronica Il Newsgroup Simple Mail Transfer Protocol per i newsgroup II File Transfer Protocol (FTP) per il trasferimento di file tra host L’Hyper-Text Transfer Protocol (HTTP) su cui si basa il WWW 40 Applicazioni di internet World Wide Web (WWW) E-Mail (posta elettronica) Mailing list (liste di discussione) Newsgroup (gruppi di discussione) FTP (trasferimento di file) 41 World Wide Web Il “Web” è quell’applicazione che permette agli utenti di visualizzare documenti ipertestuali memorizzati sui server web sparsi in tutto il mondo. Il WWW tra tutte le applicazioni di Internet è quella che gode della maggior diffusione presso gli utenti. Spesso questa applicazione viene addirittura scambiata per Internet, o, per lo meno, viene considerata l’unica possibilità di utilizzare la rete. Anche se questa sovrapposizione è tecnicamente scorretta, è pur vero che la maggior parte delle risorse attualmente disponibili on-line si colloca proprio nel contesto web. 42 WWW: Ipertesto Un ipertesto è un sistema di organizzazione delle informazioni (non solo testuali) in una struttura non sequenziale, bensì reticolare. Un ipertesto è costituito da un insieme di unità informative (nodi) e da un insieme di collegamenti (link) che permettono di passare da un nodo ad un altro. Un ipertesto può contenere, al suo interno, testo, immagini, video e suoni. E’ fondamentale, per creare ipertesti, avvalersi della multimedialità. Con multimedialità ci si riferisce alla possibilità di utilizzare contemporaneamente in uno stesso linguaggio comunicativo, più media e/o più linguaggi. 43 Posta elettronica E’ un metodo per lo scambio di messaggi elettronici che si basa su cassette di posta (in generale, residenti serverside), piuttosto che sullo scambio di informazioni host-host Sfrutta il protocollo SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) per l’invio dei messaggi e altri protocolli per gestire la possibilità di scaricare i messaggi dalla casella server-side al proprio computer (in locale): POP (Post Office Protocol): tutti i messaggi vengono scaricati dal server al computer locale IMAP: viene, inizialmente, scaricata solo l’intestazione dei messaggi 44 Connessioni da casa Cosa serve: Computer Modem Linea telefonica Un fornitore di connettività (Provider) Programmi di connessione e utilizzo di Internet 45 Modem: caratteristiche Tipologia: Interno Esterno PC-Card Velocità: 56k (56600 bps) o maggiore Per quale tipo di linea (vedi slide successiva) 46 Linea telefonica Tipologia: PSTN (Public Switched Data Network): la tradizionale linea telefonica (56k), analogica ISDN (Integrated System of Digital Network): linea digitale (128k) ADSL (Asymetric Digital Subsriber Line): linea digitale (256k ~ 640k ~ 2M ~ 4M) 47 Internet Provider Un provider è colui che ci permette di accedere ad una rete internet attraverso un normale collegamento telefonico analogico, ADSL o ISDN. Anche se l’iscrizione a un provider è generalmente gratuita è comunque necessaria una “registrazione”; ossia la stipulazione di un vero e proprio contratto con chi ci fornisce il servizio. 48 Internet Service Provider: host Un provider, di norma, dispone di uno o più host collegati ad internet mediante linee dedicate, attive 24h su 24. Tali host, a loro volta, sono in grado di fornire temporaneamente accesso i servizi Internet a decine o centinaia di computer mediante modem e linee telefoniche. Per scegliere un Provider: 1. Rapporto connettività/utenti: Numero di utenti che il provider può mantenere connessi in un determinato momento, messo in evidenza sul numero di utenti a cui il provider fornisce il servizio di connessione. 2. Costi del contratto di abbonamento 49 Programmi Windows per Internet Applicazione Alcuni programmi WWW (Browsers) Explorer, Netscape, Opera, Mozzilla Posta elettronica Outlook Express, Eudora, browser Outlook Express, Eudora, browser Newsgroup FTP Explorer, Netscape, Opera, Filezilla Chat-line MIRQ, browsers, MSN Messenger Applicazioni peer-to-peer WinMX, Emule 50