prof. andrea borghesan - venus.unive.itvenus.unive.it/borg/reti2.pdf · modalità esame: scritto +...
Post on 14-Feb-2019
219 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Prof. Andrea Borghesan
http://venus.unive.it/borg
borg@unive.it
Ricevimento:
martedì, 12.00-13.30. Dipartimento di Matematica
Modalità esame: scritto + tesina facoltativa1
SISTEMI DI ELABORAZIONE DELLE INFORMAZIONI
Le reti di calcolatori
TERMINOLOGIA
2
Account
Amministratore di rete
Amministrazione centralizzata
Server
Risorse di rete
Rete paritetica
Client
Client/Server
Richiesta-risposta
Condivisione
Condivisione di dispositivi
Controller di dominio
Dispositivo collegato localmente
Dispositivo periferico
Ftp
Dns
Sistema operativo di rete
Gruppo
Local Area Network (LAN: rete locale)
Metropolitan Area Network (MAN:
rete metropolitana)
Wide Area Network (WAN: rete
geografica)
Network Interface Card (NIC: scheda
di interfaccia con la rete)
Protocollo di rete
Rete basata su server
Rete ibrida
Dispositivo periferico
Tcp/ip
Http
Le Reti di calcolatori
3
La rete è un collegamento tra due o più computer (detti nodi) che
condividono delle risorse.
I nodi sono:
Interconnessi: in grado di scambiare informazioni attraverso
svariati mezzi di trasmissione (cavi di rame, canali radio, ecc ..)
Autonomi: nessun calcolatore dipende totalmente da un altro
calcolatore
Nella rete, i computer comunicano utilizzando dei protocolli di
comunicazione: insieme di regole e convenzioni (linguaggio) .
SISTEMI OPERATIVI DI RETE
4
I primi sistemi operativi non erano pensati per comunicare/scambiare dati in
rete. Bisognava dunque installare dei pacchetti/software aggiuntivi, tali
funzionalità aggiuntive (LAN Manager–Microsoft) “espandevano/potenziavano”
il sistema operativo (OS) e lo faceva diventare un sistema operativo di rete
(NOS)
In ogni computer doveva essere installato il software per la comunicazione in
rete
I veri NOS riescono a gestire sia le attività dei singoli calcolatori sia le
comunicazioni in rete (NetWare, dalla famigliaWindows NT a windows7).
I sistemi operativi di rete richiedono molta potenza di elaborazione, tale potenza
si ottiene da una configurazione HW/SW, chiamata processo di multitasking
MULTITASKING
5
Consente al SO di avviare numerosi processi, quindi può controllare contemporaneamente
più attività. Il multitasking è in grado di supportare tanti processi quante sono le CPU, ma
nei computer che ne hanno una sola ciò viene effettuato con una tecnica detta partizione di
tempo.
La partizione di tempo è una divisione dei cicli macchina della CPU tra molteplici attività o
task; questo si fa assegnando a ciascuna attività una parte dei cicli di elaborazione, e
successivamente interrompendo quell’attività per attivare la successiva. Ciò si ripete finché
tutte le attività sono terminate.
Esistono 2 tipi di multitasking:
•A sospensione: il SO controlla quali processi possono accedere alla CPU e per quanto
tempo. Quando la partizione di tempo assegnata si è esaurita, il processo in corso viene
fermato e il task successivo ottiene il suo tempo per l’elaborazione. Un NOS ad alte
prestazioni si serve di questo tipo di multitasking.
•Cooperativo: il SO non può fermare il processo. Quando il processo ha il controllo della
CPU, lo tiene fino a quando non è terminato.
Funzioni di una Rete
Condivisione di risorse: dati, programmi, hardware utilizzati
dagli utenti a prescindere dalla collocazione fisica
Accesso ad informazioni e servizi remoti: permette la
consultazioni di giornali in rete, sportelli bancari elettronici, ecc..
Mezzo di comunicazione: permette di spedire e ricevere
messaggi di posta elettronica, partecipare a video conferenze, ecc..
Supporto all’affidabilità del sistema: duplicare informazioni
su più calcolatori, distribuire l’elaborazione di dati su più
calcolatori, ecc..6
Classificazione delle reti
Esistono numerose tipologie di rete, si caratterizzano per:
Modalità di collegamento
Modalità di gestione dei pacchetti (informazioni)
Estensione geografica
Canale trasmissivo
7
Classificazione delle reti
Modalità di collegamento
Reti Broadcast: unico mezzo di comunicazione condiviso tra tutti
i nodi della rete
Si accede al mezzo di comunicazione tramite un protocollo che
coordina la gestione dei conflitti
Il mittente invia un messaggio contenente l’indirizzo del destinatario
Il messaggio raggiunge tutti i nodi che leggono l’indirizzo del
destinatario
Il destinatario recepisce il messaggio e gli altri nodi lo ignorano8
Mezzo di comunicazione
N1 N2 N3 N4
Classificazione delle reti
Modalità di collegamento
Reti punto-a-punto (point-to-point): costituite da molte
linee di comunicazione, ognuna delle quali connette 2 nodi
Idealmente si vorrebbe connettere ogni coppia di nodi
In pratica si connettono solo alcune coppie di nodi
I messaggi seguono un determinato percorso per giungere a
destinazione9
N1
N2
N3
N4
N5
Classificazione delle reti
Modalità di gestione dei percorsi
Reti punto-a-punto (point-to-point) si suddividono in:
Commutazione di circuito, le risorse fisiche rimangono impegnate
durante tutta la comunicazione
Si stabilisce un percorso mittente-destinatario detto circuito
I dati seguono sempre lo stesso percorso
Commutazione a pacchetto, non richiede di impegnare la risorsa
fisica durante tutta la comunicazione
Il mittente suddivide il messaggio in pacchetti
I pacchetti sono inoltrati in modi indipendente (possono seguire percorsi differenti,
arrivare in ordine sparso)
10
Classificazione delle reti
Estensione geografica
11
Distanza
computer
Luogo fisico Tipologia di rete
1 Mt scrivania PAN, Personal Area Netwok
10 Mt stanza LAN, Local Area Network
100 Mt Edificio LAN, Local Area Network
1 Km campus CAN, Campus Area Network
10 Km città MAN, Metropolitan Area
Network
100 Km nazione WAN, Wide Area Network
1000 Km continente WAN, Wide Area Network
10000 Km pianeta Internet
Classificazione delle reti
Canale trasmissivo
Doppino telefonico (Modem, ADSL): coppia di fili di rame
utilizzato per scambiare informazioni
Wireless (reti senza fili): utilizza principalmente onde radio a
bassa potenza, in taluni casi radiazione infrarossa o laser
Fibre ottiche: filamenti di materiali vetrosi o polimerici. I
filamenti conducono la luce
Parabola (rete satellitare): utilizza connessioni satellitari
bidirezionali (non stiamo parlando del segnale televisivo
proveniente dal satellite, monodirezionale)
12
Doppino telefonico
non schermato 1/2
13
CARATTERISTICHE:
Definito in 5 categorie (con più coppie di fili e torsioni)
CAT1 è adatto per le comunicazioni vocali
CAT3 ha velocità di trasferimento fino a 10Mbps (minimo per le reti
moderne)
CAT4: 16 Mbps
CAT5 ha velocità fino a 100 Mbps
Connesso tra la NIC di ogni host e il pannello di raccordo della rete, che
a sua volta connesso a un hub, per mezzo di connettori RJ-45
RJ45, connettore per supporti a 8 fili; collega una linea telefonica da
una presa al modem o al telefono
14
Doppino telefonico
non schermato 2/2IL SUO UTILIZZO IN UNA ETHERNET 10BaseT:
Si usano cavi da CAT3 a CAT5 e connettori RJ-45
Questa topologia di rete supporta velocità da 10 a 100Mbps
Può trasmettere fino a una distanza 100 metri
Questa topologia è molto diffusa, perché supportata da molte piattaforme
Supporti poco costosi, pochi problemi per il cablaggio della rete
DIFETTI:
Interferenze elettromagnetiche (diafonia)
È privo di schermatura, allora è facile alle intercettazioni.
Abbassamento dell’intensità del segnale sulla distanza
Cavo coassiale
15
IL SUO UTILIZZO IN UNA ETHERNET 10BaseT:
Primo tipo di cavo per connettere i calcolatori a una rete, ancora utilizzato
Dentro ha un filo centrale conduttore di rame. Il conduttore centrale è
ricoperto da un isolante, attorniato da un altro conduttore messo a terra, che
isola da interferenze.
Può trasmettere a 10 Mbps
La distanza va da 185 a 500 metri
Le specifiche che separano i cavi coassiali sono l’impedenza (Ώ) e lo spessore
del cavo
Le due categorie principali di cavi coassiali sono:
• Thinnet o RG-58 (daThin Ethernet);
• Thicknet (daThick Ethernet).
Fibra Ottica
16
Copre lunghe distanze circa 2 km
Immune da interferenze e intercettazioni
Conduttore centrale in vetro rivestito, più un’altra guaina protettiva
esterna.
I dati sono inviati da un LED, che manda impulsi luminosi al centro della
fibra; un fotodiodo riceve il segnale e converte gli impulsi luminosi in
segnale elettrico.
Velocità va da 100 Mbps a 2Gbps
DIFETTI:
Rigido, allora difficile da installare
Costoso, per ridurre i costi lo si usa in dorsali di rete o in aree con
interferenze
Reti Paritetiche
17
VANTAGGI
Relazione di pari importanza tra
computer
Ciascun utente è amministratore di
rete
Facili da installare e configurare
Non è costosa
Non serve alcuna attrezzatura o
server
Non è necessario avere un impiegato
con mansioni da system
administrator
SVANTAGGI
Gli utenti potrebbero ritrovarsi a
ricordare tante password quante
sono le risorse condivise
Si blocca se ci sono troppi utenti
Bisogna effettuare backup individuali
su ciascuna macchina, per
proteggere tutti i dati condivisi
Quando qualcuno accede alle risorse
condivise, la macchina su cui tali
risorse risiedono subisce un calo di
prestazioni
Reti Client/Server
18
PREGI
I server sono progettati per
gestire velocemente più richieste
di risorse condivise
Sicurezza fisica: verifica account
utente e password
Gli utenti sono tenuti a ricordare
una sola password di accesso alla
rete
Più semplice esecuzione di
operazione di backup e
manutenzione di risorse dati
DIFETTI
Costi aggiuntivi
Serve un system administrator (a
volte anche uno staff di esperti)
per gestire il complesso software
per i/il server
Se il server si blocca gli utenti non
possono neppure accedere alla
rete, rendendo quindi la rete
inutilizzabile
Esempio tipico di una LAN
Rete cablata, utilizza modalità broadcast
Topologia a stella (tra le più diffuse)
Switch: dispositivo che inoltra i messaggi dal mittente al destinatario
Reti wireless: utilizzano le modalità broadcast
Access point gestisce la comunicazione tra i nodi della rete e
successivamente li connette alla rete principale19
SWITCH
N1
N2
N3
N4
Esempio tipico di una WAN
Rete cablata, utilizza modalità broadcast
Topologia a stella (tra le più diffuse)
Router: nodi della rete che smistano pacchetti verso altre reti
N1, N2.., Nodi o Host: sono destinati ad eseguire applicazioni degli utenti
Gateway: router di confine che collegano una rete locale ad una rete
geografica e assicurano compatibilità/validità dei pacchetti
20
G
N1
N2
N3
N4
G
R
R
S
S
SG
N4
N4
N4
Componenti di una rete
21
Tra i dispositivi che possono servire a creare, segmentare, unire e
migliorare una rete troviamo:
Adattatori
Ripetitori
Amplificatori
Bridge
Router
Gateway
Adattatori o Network Interface Card
22
La scheda adattatrice o NIC ( Network Interface Card ) è l’elemento che
connette fisicamente un computer alla rete.
Gli adattatori Plug and Play possono:
configurarsi da sé
Oppure se non si possiede un adattatore Plug and Play:
occorre configurare il livello di Interrupt Request Line ( IRQ) e l’indirizzo
Input/Output ( I/O ).
Sia l’IRQ che l’indirizzo I/O devono essere configurati in modo appropriato,
perché la scheda di rete possa funzionare correttamente
RIPETITORI E AMPLIFICATORI
23
Per neutralizzare il deterioramento del segnale su una rete si possono utilizzare
ripetitori o amplificatori, che identificano il segnale che vi passa attraverso.
RIPETITORI, usati nelle reti insieme a schemi di segnalazione digitale per combattere l’attenuazione di segnale. Quando un ripetitore riceve una trasmissione in entrata in banda base attenuata, ripulisce il segnale, lo rinforza e lo passa al segmento successivo.
AMPLIFICATORI, servono ad aumentare le distanze di trasmissione su reti che utilizzano segnali analogici, ovvero per la trasmissione di banda larga. I segnali analogici possono trasferire contemporaneamente sia la voce sia i dati, il filo è diviso in molteplici canali, per poter trasmettere diverse frequenze nello stesso momento.
HUB o SWITCH
24
Esistono tre tipi di hub:
PASSIVI, non hanno bisogno di alimentazione elettrica e si comportano
solo come punto di collegamento fisico
ATTIVI, richiedono alimentazione elettrica, che serve per rinforzare i
segnali che vi passano attraverso
INTELLIGENTI, possono fornire servizi come ad esempio
l’instradamento del traffico
BRIDGE (o ponte)
25
Leggono l’indirizzo MAC della destinazione assegnata da ciascun pacchetto datiin entrata e esaminano le “bridging tables” per determinare dove devonoinoltrare/spedire il pacchetto.
VANTAGGI:
Possono connettere segmenti che usano vari tipi di supporto
SVANTAGGI:
Non possono connettere reti che usano differenti schemi di accesso aisupporti
ROUTER (o instradatore)
26
Confronta l’indirizzo di rete del pacchetto con le voci della tabella di instradamento se
trova una corrispondenza, invia il pacchetto sul percorso individuato. Si tratta di
terminali con più schede di rete ciascuna collegata ad una rete differente. Quindi, nella
configurazione più semplice, il router deve solo "guardare" su quale rete si trova un
computer per fargli arrivare i datagrammi da parte del mittente
Esistono due tipi di dispositivi di instradamento:
•Router statici, la tabella di routing è inserita
manualmente dall'amministratore (utilizzabile
per piccole reti)
•Router dinamici, costruisce da solo la tabella
di routing in funzione delle informazioni ricevute
(attraverso i protocolli di routing)
27
VANTAGGI ROUTER
Aiutano a diminuire la congestione inrete
Rendono più affidabile il recapito deidati
Sono in grado di selezionare unpercorso alternativo per il pacchetto,se quello predefinito è fuori uso
Sono superiori ai bridge per quantoriguarda la capacità di filtrare edirigere i pacchetti di dati attraversola rete
Può collegare molte reti piccoleposto che i protocolli impiegati sianoinstradabili (siano in grado di operareal di fuori della sua stessa sottorete)
SVANTAGGI ROUTER
Più costosi
Più difficili da gestire rispetto ai
ripetitori
Router dinamici possono
aggiungere un traffico eccessivo
alla rete
GATEWAY
28
Termine generico che indica il servizio di inoltro dei pacchetti verso l'esterno,
permette la comunicazione tra due o più segmenti di rete. Funzionamento:
Funzionamento: un computer connesso alla rete locale confronta, i primi bit
dell'indirizzo di destinazione dei dati da inviare, con quelli del proprio
indirizzo:
se corrispondono, significa che il computer di destinazione è sulla stessa rete
locale;
se invece non corrispondono, il computer d'origine invia i dati
al gateway predefinito, il quale si occuperà del loro successivo instradamento
verso la rete remota di destinazione
SVANTAGGI
Difficili da installare e configurare
Più costosi rispetto agli altri dispositivi di connessione
A causa del processo di traduzione possono essere più lenti dei router
TOPOLOGIE DI RETE
29
Una topologia di rete è la rappresentazione più intuitiva di una rete di
telecomunicazioni. Una topologia di rete rappresenta un modello
geometrico (grafo) i cui elementi costitutivi sono i nodi e i rami.
Esistono varie topologie:
Bus
Anello
Stella
Maglia
Ibridi:
Stella-bus
Maglia ibrida
BUS
30
VANTAGGI
• Sistema più rapido e semplice per
installare una rete
• Più facile da configurare
• Buon sistema per mettere in piedi una
rete provvisoria in poco tempo
• È la scelta migliore per reti di piccole
dimensioni
SVANTAGGI
• Un difetto di funzionamento nella
dorsale del bus può compromettere
l’operatività di tutta la rete
ANELLO
31
VANTAGGI
• Il gettone garantisce equa opportunità di
accedere al supporto e quindi di trasmettere
i propri dati
• Ciascun computer è in grado di
ritrasmettere qualunque pacchetto di dati
che ha ricevuto e che è indirizzato ad altre
stazioni sull’anello
• Elimina la necessità di ripetitori
• È facile da installare e configurare e richiede
pochissimo hardware
SVANTAGGI
• Un computer può inviare i propri dati
solamente quando è in possesso del
gettone
• Un difetto di funzionamento su una
stazione può compromettere l’intera rete
• Bisogna disattivare temporaneamente
tutta la rete se in una qualsiasi parte della
rete sono necessarie operazioni di
manutenzione o riconfigurazione
STELLA
32
VANTAGGI
• un difetto nel funzionamento di una
stazione non compromette l’intera rete
• È più semplice localizzare cavi rotti e
altri guasti
• L’hub centralizzato rende più semplice
l’aggiunta di nuovi computer o la
riconfigurazione della rete
SVANTAGGI
• Se due stazioni emettono segnali in direzione
dello hub contemporaneamente nessuna delle
due trasmissioni avrà successo e ciascuno dei
due computer dovrà aspettare un periodo
casuale di tempo prima di tentare
nuovamente l’accesso al supporto
• Utilizza molti cavi
• L’hub centrale gestisce la maggior parte delle
funzioni per questo un suo guasto fa cessare
l’attività di tutta la rete
MAGLIA
33
VANTAGGI
• Il sistema è abile nello “schivare” i guasti,
ridondante nelle connessioni
• Un singolo cavo rotto non interrompe le
comunicazioni in rete perché ogni
computer dispone di diversi percorsi
possibili
SVANTAGGI
• Quantità di cavi in rete maggiore
• Più costoso
• Molto difficile da installare
STELLA-BUS
34
VANTAGGI
• Non basta un guasto in un singolo
computer o segmento per inattivare
l’intera rete
• Se si rompe un singolo hub, solo i
computer connessi a tale hub non
possono comunicare sulla rete
MAGLIA IBRIDA
VANTAGGI
• Maglie esistono solo su una parte della
rete
• Assicura una certa tolleranza ai guasti
tra i server
• Costa meno di una rete a maglia
completa
SVANTAGGI
• Non è a prova di guasto (anche se in
verità nessuna rete lo è…)
35
36
Stratificazione protocollare
(Protocol “Layering”)
Le reti sono complesse!
Molti elementi:
host
router
link fisici dalle
caratteristiche diverse
applicazioni
protocolli
hardware, software
Domanda:
Come organizzare la struttura
della rete?
Modello a livelli
Le reti di calcolatori sono organizzate secondo una pila di livelli
(detta anche strati), tali livelli semplificano il compito ai
programmatori delle applicazioni
Ciascun livello offre servizi per il livello soprastante
Ciascun livello utilizza servizi offerti dal livello sottostante
Ogni livello dialoga con un pari livello (detto anche peer) ma su
nodi differenti per realizzare i servizi di competenza
Il protocollo di comunicazione fornisce le regole per lo
scambio di informazioni tra peer dello stesso livello
Unità dati del livello N: formato pacchetti utilizzato dai peer di
livello N
37
38
Servizio postale: una prospettiva diversa
Strati: ogni strato implementa un servizio
Mediante funzionalità interne
Usando i servizi messi a disposizione dagli strati inferiori
Lettera (mittente)
Controllo destinazione
(consegna a corriere)
Corriere
Lettera (cons. a dest.)
Controllo destinazione
(riceve da corriere)
Corriere (consegna)
Trasporto (aereo, treno...)
Sorgente Destinazione
39
Perché la stratificazione?
I sistemi sono complessi:
La stratificazione permette una più facile organizzazione e
individuazione delle funzionalità
La modularità facilita la manutenzione e la modifica dei
sistemi
La modifica dell’implementazione dei servizi resi da uno strato
è trasparente (non si modifica l’interfaccia)
Esempio, cambiare il corriere non altera il funzionamento
complessivo del servizio postale
40
La stratificazione di Internet
application: scambio messaggi nelle applicazioni di
rete
ftp, smtp, http
transport: trasferimento segmento dati end-to-end
tcp, udp
network: trasferimento di datagrammi da sorgente a
destinazione (host-to-host)
ip, routing protocols
link: trasferimento di frame tra elementi di rete
adiacenti
ppp, ethernet
physical: bit “sul cavo”
application
transport
network
link
physical
41
ProtocolloTCP/IP
Livello Physical Trasmette e riceve un flusso di bit attraverso una determinata
linea di comunicazione
Il principale problema affrontato a questo livello riguarda la
codifica dei bit per la trasmissione su:
Doppino telefonico
Fibra ottica
Canale radio
Trasmissione caratterizzata da 3 parametri:
Velocità di trasmissione
Tasso di errore
Ritardo di propagazione
42
ProtocolloTCP/IP
Livello Data-link Trasferisce un frame tra due nodi direttamente collegati da una linea di
comunicazione
Scheda di rete è identificata da un indirizzo MAC (Media Access Control),
ovvero un identificativo di 48 bit scritto permanentemente sulla ROM (ad es.
01:23:45:67:89:ab)
Quando il livello di rete deve spedire un datagramma:
il livello data-link crea un pacchetto (frame) definito dal datagramma e
dall’indirizzo MAC di destinazione
invia il frame a livello fisico
Quando un frame arriva al livello di data-link:
Confronta il proprio indirizzo MAC con quello contenuto nel frame
Estrae dal frame il datagramma originario e lo invia al livello di rete
Si occupa dei problemi riguardanti il mezzo fisico e il coordinamento
dell’accesso al mezzo condiviso
43
ProtocolloTCP/IP
Livello di Network Trasferisce un datagramma tra due nodi della rete connessi da un percorso
(problema dell’instradamento)
Nodi della rete identificati mediante gli indirizzi IP (Internet Protocol),
ovvero un identificativo di 32 bit scritto in un file di configurazione del sistema
operativo (ad es. 127.0.0.1, localhost)
Quando il livello di trasporto deve spedire un segmento:
il livello rete crea un datagramma con il segmento, l’indirizzo IP del
mittente e l’indirizzo IP del destinatario
Se l’indirizzo IP appartiene alla rete locale, il pacchetto è spedito al nodo di
destinazione, altrimenti è spedito al router della rete. Le spedizioni
avvengono passando il datagramma al livello data-link.
Quando il datagramma arriva al livello di rete:
Il router utilizza una tabella di instradamento
Il nodo di destinazione riconosce il proprio indirizzo IP
Estrae il segmento originario e lo recapita al livello di trasporto
44
ProtocolloTCP/IP
Livello diTrasport Trasferisce un segmento tra due processi applicativi in esecuzioni
su due nodi della rete (problema dello smistamento)
Il processo applicativo è identificato mediante un numero di porta,
ovvero un identificativo di 16 bit
Affinché un processo possa accedere alla rete deve richiedere la
creazione di un canale di comunicazione (detto anche socket) al
quale è associata una porta
UDP (User Datagram Protocol): non garantisce che i dati
arrivino al destinatario
TCP (Trasfer Control Protocol): garantisce la consegna dei
dati nell’ordine di spedizione
45
ProtocolloTCP/IP
Livello di Application Ciascuna applicazione si avvale di specifici protocolli per:
la struttura e il significato dei messaggi scambiati
le regole secondo cui il processo invia e riceve messaggi
Comprende le applicazioni che fanno uso della rete attraverso i
servizi offerti dal livello di trasporto (ad es. i browser)
Protocolli di comunicazione più diffusi:
HTTP (servizio web)
FTP (servizio per il trasferimento di file)
TELNET/SSH (servizio per l’uso di terminali remoti)
SMTP (servizio di posta elettronica)
top related