Informatica 3

V anno

Le reti di computer

Telematica

L’avvento tecnologie dell’informazione e della telecomunicazione ha

aumentato la necessità di scambiare informazioni all’interno e all’esterno

delle aziende.

Il connubio tra tecnologia informatica e telecomunicazioni ha dato vita alla

TELEMATICA

L’elaborazione a distanza delle informazioni è resa possibile grazie al

sistema di trasmissione dei dati che prende il nome di network, ossia rete

di comunicazione.

Si può definire rete di computer (computer network) un gruppo di due o

più computer collegati tra loro.

Elaborazione centralizzataLe prime reti di computer, negli anni ‘60 presentavano una elaborazione

centralizzata che consisteva in un mainframe di prestazione notevoli e costo

elevato, cui venivano collegati terminali privi di una capacità di elaborazione

locale.

I pro erano da ricercare in:

- grande sicurezza dei dati e

- elevata facilità di conduzione

dati

I contro, invece erano:

- lentezza nell’esecuzione e

nella interattività

- fragilità del sistema ai guasti

Elaborazione distribuita

Con l’evolversi della tecnologia si è passati all’elaborazione distribuita.

I terminali non intelligenti sono sostituiti da terminali intelligenti (PC) tra loro

interconnessi e in grado di eseguire elaborazioni autonome (dette fuori linea

o offline), cioè senza controllo dell’elaboratore centrale.

Il compito dell’elaboratore centrale

è stato ridimensionato a semplice

gestore delle risorse condivise

da tutti gli utenti collegati in una

vera e propria rete di computer.

Rete di computer e sistema distribuito

Attenzione, Rete di computer NON è sinonimo di sistema distribuito:

- in un sistema distribuito l’utente ha l’impressione di avere a che fare con un

unico sistema di calcolo: l’esistenza di molteplici computer è a lui invisibile;

- in una rete di computer l’utente, invece, è consapevole dell’esistenza di

numerosi computer la cui interconnessione è garantita da un apposito

software di gestione (un sistema operativo distribuito).

È possibile, pertanto pensare il sistema distribuito come:

Sistema distribuito = Rete di computer + Sistema operativo distribuito

La condivisione delle risorse

Una delle caratteristiche più importanti di cui gode l’informazione archiviata

in formato digitale è la grande facilità di movimento.

I computer collegati possono scambiarsi dati e condividere risorse

distribuendo così il carico di elaborazione e archiviazione delle informazioni.

I computer collegati, da puri strumenti di elaborazione dei dati, diventano

veri e propri strumenti di comunicazione.

Lo scopo principale di una rete di computer è quello di condividere risorse

comuni.

Tipologie di risorse

Le risorse possono essere fondamentalmente di due tipi:

- risorse hardware, come stampanti, modem, dischi, ecc.

- risorse software, come archivi, programmi, ecc.

Altri vantaggi delle reti

Oltre alla condivisione di risorse, tra gli altri vantaggi di una rete di

computer, possiamo elenacare:

- Migliore rapporto prestazioni/costo

- Migliore espansione e scalabilità del sistema

- Maggiore affidabilità del sistema

- Maggiori vantaggi organizzativi e di logistica

Ma cosa sono le reti di computer?

Una rete di computer è un insieme di dispositivi informatici totalmente

autonomi tra loro, connessi mediante un opportuno sistema di

comunicazione e utilizzanti un particolare “linguaggio” in grado di interagire

mediante scambio di messaggi al fine di condividere risorse messe a

disposizione da ciascuno di essi.

La fisica delle reti

In una rete è possibile distinguere una componente hardware (fisica) e una

software (logica).

La componente hardware è costituita da:

- Terminali: computer per accedere alla rete

- Host: computer che contengono informazioni e restituiscono dati

- Nodi: computer o dispositivi che indirizzano i terminali verso gli host.

Sono detti anche dispositivi attivi

- Linea di interconnessione: dispositivi, solitamente cavi, su cui

viaggiano le informazioni. Sono detti anche dispositivi passivi

Queste quattro componenti costituiscono una rete come:

- un insieme di sistemi di elaborazione (host e terminali)

- una sottorete di comunicazione formata da nodi e linee di trasmissione.

La logica delle reti

Come detto, in una rete è possibile distinguere una componente hardware

(fisica) e una software (logica).

La componente software è costituita da tutti i programmi che gestiscono il

collegamento tra i vari host e il traffico tra sistemi caratterizzati da differenti

ambienti operativi e architetture hardware.

Rappresentazione della rete

La sottorete di comunicazione costituisce il livello fisico della rete, mentre

le modalità di utilizzo delle varie linee di comunicazione in essa presenti

per realizzare la comunicazione tra gli utenti costituiscono il livello logico o

architettura della rete.

Client-server

All’interno di una rete, alcuni computer possono offrire servizi agli altri

mettendo a disposizione le loro risorse. Tali computer sono definiti server

o host, mentre i client sono quei computer che richiedono il servizio e

utilizzano le risorse messe a disposizione dai server.

Con il termine risorsa ci riferiamo a dispositivi sia hardware sia software.

Architettura client-serverI programmi che il client richiede al server sono caricati nella RAM del server ed eseguiti

con la sua CPU, mentre i file possono risiedere presso la memoria del server.

Vari client possono accedere agli stessi contenuti memorizzati sul server, i sistemi

operativi di rete garantiscono che le informazioni gestite da un client vengano lavorate

dagli altri a sua insaputa.

La possibilità di avere un’unica applicazione memorizzata sull’hard disk del server

utilizzabile da vari client comporta non pochi vantaggi:

- risparmio di memoria a livello dei client

- abbattimento dei costi nell’acquisto di software,

- sicurezza dei dati

Un’unica architettura client-server?

I ruoli di server e client NON sono prefissati.

Esistono, infatti:

- server dedicati, rappresentati da computer che vengono impiegati

SOLO per la memorizzazione e la distribuzione di applicazioni e file, da

dispositivi attivi che permettono la connessione con reti remote (gestione

di VPN) o server di stampa;

- server non dedicati, rappresentati da computer che, oltre a memorizzare

e a distribuire applicazioni e file, possono essere utilizzati anche come

client, divenendo, così, delle vere workstation.

Applicazioni distribuite

Spesso è possibile utilizzare la CPU del server grazie ad applicazioni

costruite secondo un’architettura client-server.

Queste applicazioni prendono il nome di applicazioni distribuite (o

modulari), in quanto l’elaborazione dei dati è suddivisa tra i moduli

dell’applicazione:

- Al server spetta la memorizzazione dei dati la ricerca e l’invio al client

delle informazioni.

- Il client si occupa invece della rappresentazione dei dati all’utente e il

loro aggiornamento da parte dell’utente.

Reti peer-to-peer

Diversamente dalle reti client-server, nelle reti peer-to-peer (o paritetiche

o alla pari o P2P) tutti i nodi hanno uguale importanza e accedono alle

risorse comuni.

Non esistono nodi client o server fissi ma esiste un numero di nodi

equivalenti (peer) che fungono sia da client sia da server verso gli altri

nodi della rete.

Un classico esempio è la rete per condivisione di file (file sharing).

Analizziamo una semplice rete

Oggi impossibile immaginare realtà aziendali prive di un impianto di rete.

Consideriamo una rete semplificata, così strutturata:

Una sola linea molteplici richieste

Sui due computer della nostra rete sono installati dei software applicativi.

Supponiamo che, parallelamente, ciascun computer della nostra rete

necessiti di risorse installate sull’altro computer. La presenza di una sola

linea di interconnessione comporta che questa linea fisica debba essere

utilizzata per due interazioni logiche diverse.

La gestione delle richieste

Per garantire tale interazione è necessario che sui due sistemi sia

presente un particolare software in grado sia di indirizzare i vari messaggi

in partenza sia di smistare quelli in arrivo.

Questo software ha anche il compito di programmare la gestione delle

richieste di trasmissione, amministrando in proprio tutte le complesse

funzioni trasmissive e provvedendo all’invio fisico dei dati nella rete.

Il software del computer A deve sia

rispondere alla richiesta del computer

B sia inviare a quest’ultimo la richiesta

di accedere alle sue applicazioni. Lo

stesso vale per il computer B.

Data Terminal EquipmentPrende il nome di Data Terminal Equipment (DTE) l’insieme costituito dal

sistema e/o dal terminale e dalle relative risorse, collegati in rete per la

trasmissione dei dati. Il DTE può essere un semplice terminale.

Scopo fondamentale di una rete è l’interconnessione dei vari DTE per la

condivisione delle risorse, lo scambio di dati e la cooperazione tra i

processi applicativi.

Lo schema precedente

viene così completato:

Data Circuit-Terminating EquipmentDal nuovo schema emerge come ciascun DTE sia collegato alla linea trasmissiva

attraverso un Data Circuit-Terminating Equipment (DCE), che può essere un

comune modem.

In questo schema sono presenti:

- connessioni logiche: il DTE NON è direttamente coinvolto con i dispositivi fisici

di trasmissione

- connessioni fisiche: permettono il concreto scambio di dati e sono realizzate

tramite linee della trasmissione che rappresentano le loro interfacce comunicative

I protocolli

I DTE dispongono di organi e programmi responsabili, rispettivamente,

degli aspetti fisici e logici della trasmissione che rappresentano le loro

interfacce comunicative.

Tali interfacce dialogano tra loro mediante l’uso di protocolli.

Con protocollo si indica una serie di norme, convenzioni e tecniche per

lo scambio di dati, di comandi e di informazioni di controllo tra due DTE.

Le tecnologie di trasmissione

Un aspetto molto importante nello studio delle reti riguarda il circuito

fisico, ossia la tecnologia di trasmissione, che può essere:

- punto-a-punto

- multipunto

- broadcast

Configurazione punto-a-puntoUn circuito fisico è detto punto-a-punto quando collega due soli DTE, nel

senso che solo DTE contigui possono comunicare tra loro.

Questa configurazione presenta

due vantaggi fondamentali:

- semplicità di gestione: il

messaggio trasmesso da un DTE è

sempre diretto all’altro

- tempi di attesa nulli: il DTE

trasmittente ha la certezza di

trovare il circuito disponibile, per

cui può trasmettere quando ritiene.

Non mancano, comunque, alcuni

svantaggi:

- costo della linea, che, in caso di

distanze elevate può risultare

elevato

- numero di linee di collegamento,

che potrebbe divenire esoso in

caso si voglia collegare al proprio

mainframe molti terminali.

Configurazione multipunto

Per ridurre i costi complessivi della linea si ricorre alla configurazione

multipunto: un circuito fisico che consiste nel collocare più di due DTE

sulla stessa linea.

Struttura configurazione multipunto

La configurazione multipunto prevede un DTE principale collegato,

attraverso il proprio DCE e una sola linea di comunicazione, a un numero

N di DTE secondari, ognuno dei quali è provvisto di proprio DCE.

La linea può trasmettere un messaggio alla volta e non è raro avere

delle contese che costringono i DTE ad attendere.

La gestione delle contese spetta generalmente al DTE generale (detto

master) che stabilisce, in ogni istante, quale stazione ha facoltà di

trasmettere. Gli altri DTE sono detti slave e, ovviamente, possono

comunicare SOLO con il permesso del master.

Un guasto del master provoca il blocco di tutta la rete.

Configurazione broadcastLe reti con tecnologia broadcast sono caratterizzate dalla presenza di un

unico canale di comunicazione condiviso da tutti i computer.

Quando un computer riceve un pacchetto dati esamina l’indirizzo di

destinazione e, se coincide con il proprio, lo accetta e lo elabora,

altrimenti lo ignora.

Broadcasting e multicasting

Si parla di broadcasting quando, attraverso le reti broadcast, i messaggi

possono essere inviati a tutti i computer.

Con il multicasting, invece, i messaggi sono inviati a un sottoinsieme dei

computer che compongono la rete in configurazione broadcast.

In ciascun pacchetto di dati inviato è presente un bit che indica se si

tratta di una trasmissione in multicasting. I rimanenti bit del pacchetto

contengono l’indirizzo del gruppo di destinazione e i dati veri e propri.

Il bit che indica o meno il multicasting appartiene allo stesso campo

contenente l’indirizzo di destinazione.

L’indirizzo, dunque, occuperà N-1 bit del campo dedicato.

Flusso trasmissivo

Lungo la linea di comunicazione, il flusso trasmissivo si differenzia per il

possibile verso di percorrenza.

Indipendentemente dal mezzo trasmissivo, il flusso può essere:

- Simplex

- Half duplex

- Full duplex

Flusso simplex

Il flusso simplex presenta il caso più semplice, in cui il flusso è monodirezionale.

Ne sono esempi i sistemi radiotelevisivi o alla trasmissione tra il computer e

la stampante.

Flusso half duplex

Il flusso half duplex si presenta nel caso in cui i dati possono viaggiare in

entrambe le direzioni, ma NON contemporaneamente.

Ne sono un esempio i sistemi utilizzati nelle ricetrasmittenti.

Flusso full duplex

Il flusso full duplex si presenta nel caso in cui i dati possono viaggiare

contemporaneamente in entrambe le direzioni.

È un flusso particolarmente indicato per le reti multipunto, grazie al quale

il DTE master può ricevere una richiesta da un DTE slave e, nello stesso

momento, inviare una risposta a un altro.

Ne è un esempio il telefono.

Proprietà del canale di comunicazioneLa seguente tabella mostra alcune caratteristiche utili per valutare le performance di un

canale di comunicazione.

Nelle telecomunicazioni più

che di velocità di

trasmissione ci si riferisce

alla velocità media di

trasmissione (espressa dal

rapporto tra spazio percorso

e tempo impiegato a

percorrerlo) in quanto è un

dato variabile che dipende

dal canale utilizzato e dal

“peso” del pacchetto.

Si definisce capacità massima (o portata) di un canale il numero di bit che lo

attraversano nell’unità di tempo (il secondo).

Segnali analogici e segnali digitali

In una rete di computer il segnale è trasmesso in forma di serie di bit,

ossia da segnali di tipo digitale.

Un segnale è detto digitale quando i valori che può assumere sono

discreti (nell’informatica questi valori sono 0 e 1).

Se i valori variano nel continuo il segnale si definisce, invece, analogico

(si pensi alle onde radio, ma anche ai numeri reali).

Dall’analogico al digitale, l’ISDN

Nella telematica la trasmissione analogica è ancora utilizzata, anche se si

va sempre più verso una digitalizzazione delle trasmissioni.

La prima fase di questo passaggio è la connessione ISDN (Integrated

Services Digital Network) per la trasmissione di voce e dati in digitale, con

una velocità fino a 128 Kbps.

Dall’analogico al digitale, l’ADSL

Dalla diffusione dei servizi telematici e trasmissione di quantità sempre

più consistenti di dati, si è creata la necessità di una larghezza di banda

maggiore dell’ISDN.

Una soluzione è offerta della tecnologia ADLS (Asymmetric Digital

Subscribes Lines) che, sfruttando la linea telefonica, consente ricezioni

da 640 Kbps a 20 Mbps e invio da 128 Kbps a 1 Mbps.

La linea telefonica e l’ADSL

L’ADSL sfrutta completamente l’ampiezza di banda del cavo telefonico.

La linea telefonica è divisa in tre canali di frequenza distinti:

- uno dedicato alla ricezione dei dati dalla rete

- uno dedicato all’invio dei dati

- uno riservato al trasporto della voce

Alcuni filtri tengono separati il traffico voce e dati, per permettere di

telefonare anche quando si è connessi alla rete.

Il metodo di codifica DMTIl metodo di codifica ADSL che si è imposto è il DMT (Discrete MultiTone).

Per trasmettere un’informazione

in formato digitale che assume la forma

(codifica Manchester):

con un segnale analogico

in onda portante:

è necessario creare una corrispondenza, individuando nel segnale

analogico caratteristiche che possono assumere un valore

corrispondente allo 0 e un altro corrispondente all’1.

La trasformazione da digitale ad analogico si dice modulazione, quella

inversa demodulazione.

Tipologie di modulazione

Tra le varie forme di modulazione, e quindi di demodulazione, si può avere:

- modulazione in ampiezza:

- modulazione in frequenza:

- modulazione in fase,

con fase invertita a

ogni variazione di valore:

Modem

I dispositivi che si occupano della modulazione/demodulazione sono detti

modem (MOdulator/DEModulator) e si interpongono tra il computer e la rete

telefonica.

Esistono modem esterni e modem a scheda da installare internamente al

computer.

Trasmissione seriale e parallela

In funzione del numero di segnali trasmessi in contemporanea sul canale,

si parla di:

- trasmissione seriale, quando su un unico canale trasmissivo i dati

vengono trasmessi un bit alla volta

- trasmissione parallela, quando la trasmissione avviene un byte alla volta.

Per la trasmissione parallela occorrono tanti canali quanti sono i segnali

da trasmettere in contemporanea.

Trasmissione asincrona e sincrona

A seconda delle modalità con cui i messaggi sono trasmessi nel tempo,

si distingue tra:

- trasmissione asincrona

- trasmissione sincrona

Trasmissione asincrona

Nella trasmissione asincrona NON esiste un legame tra il tempo che

trascorre tra l’invio di un dato e il successivo.

Ogni dato è separato dagli altri attraverso specifici bit di controllo, detti bit

di start e bit di stop.

Inoltre, tra i vari caratteri vengono utilizzati intervalli di tempo arbitrari,

detti time out, che evitano eventuali sovrapposizioni.

Quando il destinatario incontra un bit di start, si sincronizza in modo da

accettare i successivi otto bit e, quindi, il bit di stop.

Trasmissione sincrona

Nella trasmissione sincrona più byte sono inviati in sequenza a intervalli

regolari.

I segnali di sincronizzazione consentono di contare i dati trasmessi, nonché

di cadenzare gli invii.

Pro e contro trasmissione asincrona e sincrona

A causa dei tanti bit di controllo inviati, la trasmissione asincrona risulta più

lenta della trasmissione sincrona.

Nonostante questo, la trasmissione sincrona presenta un difetto non di

poco conto, infatti, eventuali disturbi di trasmissione possono essere rilevati

SOLO a ogni segnale di sincronizzazione, per cui il sistema trasmittente

non riesce ad accorgersi se non dopo aver completato la trasmissione

dell’intero blocco di byte.

Nella trasmissione asincrona, invece, le distorsioni sono più agevolmente

riscontrabili e, di conseguenza, rettificabili.