Reti Di Calcolatori

Reti di calcolatori

Internet è un insieme di calcolatori che trasmettono e ricevono a seconda che svolgano funzione di Server oppure di Client.

Il procedimento client-server avviene nel seguente modo:

• Un server invia un determinato dato in rete, specificamente ad un router all’interno della nuvola internet.
• Nella nuvola internet, ci sono più router e più collegamenti tra router.
• I vari collegamenti tra host mittente e destinatario vengono denominati nodi della rete.
• Da un nodo all’altro, il dato giungerà infine al destinatario.

Topologia di rete

Esistono varie topologie di rete tra cui le più importanti:

• Topologia in bus: Una topologia in bus è l'organizzazione di rete più semplice. In effetti, in una topologia in bus tutti i computer sono collegati ad una stessa linea di trasmissione tramite un cavo, generalmente coassiale. La parola « bus » designa la linea fisica che collega i terminali di rete.
• Topologia a stella: In una topologia a stella, i computer della rete sono collegati ad un sistema hardware centrale detto Hub. Si tratta di una scatola che comprende un certo numero di collegamenti nei quali è possibile inserire i cavi di rete dei computer. Quest'ultimo ha come ruolo di assicurare la comunicazione tra i diversi collegamenti.
• Topologia ad anello: In una rete con una topologia ad anello, i computer sono posti su un cerchio e comunicano ciascuno al loro turno.
• Topologia a stella estesa: Vengono aggiunti più server cosicché le comunicazioni non subiscano ritardi e code.
• Topologia gerarchica: In una rete a topologia gerarchica i nodi sono collegati tra loro con una struttura ad albero nella quale padre e figlio comunicano direttamente; due nodi paritetici comunicano attraverso il padre di entrambi.

Vantaggi svantaggi varie topologie di rete

Topologia a bus: Topologia ad anello Topologia a stella

Protocollo

Per capire al meglio il concetto di protocollo facciamo un esempio. Quando due persone si parlano, la conversazione sarà composta da domande e risposte per capire meglio il senso della conversazione e inoltre dovrà seguire certe regole quali il saluto.

Un protocollo di rete è la stessa cosa degli umani, però trasferita nei calcolatori.

Protocollo di rete: indica il formato e l’ordine dei messaggi scambiati tra due o più entità in comunicazione. Inoltre stabilisce le azioni intraprese in fase di trasmissione e di ricezione di un messaggio o di un altro evento.

Modello ISO/OSI

Modello per descrivere le connessioni internet composto da 7 livelli. Le più importanti caratteristiche di questo livello sono:

I livelli sono caratterizzati da una struttura gerarchica tale, per cui ognuno di essi è in grado di comunicare soltanto con quello immediatamente superiore e con quello immediatamente inferiore, attraverso "meccanismi" predeterminati detti interfacce.

• La comunicazione non è diretta, ma ha luogo passando attraverso i livelli inferiori della propria macchina, che aggiungono informazioni di vario tipo al messaggio che si invia all'altro computer.
• Il messaggio, attraverso i vari livelli, raggiunge il mezzo fisico di trasmissione e viene inviato alla seconda macchina, in corrispondenza della quale risale la gerarchia dei livelli fino ad arrivare a destinazione.
• Ogni livello di rete delle singole macchine comunica con i livelli corrispondenti delle altre, attraverso predefinite "regole di conversazione" che prendono il nome di protocolli.

Viaggio del messaggio negli strati

• Il messaggio parte dal livello di applicazione.
• Ad ogni livello inferiore a cui passa, gli vengono inserite nuove informazioni, incapsulate in protocolli che servono per far tradurre dal livello uguale del destinatario quello che il messaggio contiene. (Es. il livello di trasporto aggiunge dei dati al messaggio proveniente da quello di applicazione, per far comprendere al livello di trasporto del destinatario quello che c’è scritto).
• Tramite le interfacce il messaggio passa da un livello a quello adiacente (applicazione-trasporto-rete-datalink-fisico) prendendo in ogni livello un nome diverso (pacchetto-segmento-datagramma-frame-frame ancora).
• Quando il messaggio arriva a destinazione, i vari livelli, grazie ai protocolli innestati nel messaggio dal mittente, riescono a tradurre le modalità di elaborazione del pacchetto e le fanno arrivare fino al livello di applicazione del destinatario dove il pacchetto avrà finito il suo viaggio.

Reti di calcolatori (1)

Internet

Internet può essere definita come una interconnessione tra più computer che permette l’accesso alle informazioni, la condivisione di risorse e la facilitazione delle comunicazioni tra utenti che ne fanno parte.

Internet cloud

Internet è costituito da elementi fondamentali:

• Host (sistemi terminali): Prima erano considerati solo i calcolatori, ora sono compresi tutti gli apparecchi dotati di cella internet (cellulari, elettrodomestici, automobili, ecc...).
• Differenza host e sistemi terminali: un HOST è un calcolatore "completo", che comprende scheda madre, CPU, GPU, ecc... invece un SISTEMA TERMINALE è un qualsiasi dispositivo I/O collegabile alla rete.
• Si suddividono in: CLIENT (quelli che richiedono informazioni o servizi provenienti da internet) e SERVER (offrono e erogano servizi).
• Collegamenti: Doppino di rame, fibra ottica, cavo coassiale, onde elettro-magnetiche.
• ISP (Internet Service Provider): Comprendono tutti i commutatori di pacchetto, che comprendono DIAL UP A 56 Kbs oppure router.
• Protocolli: Costituisce formato e ordine dei messaggi scambiati da due o più entità nella rete e azioni compiute in fase di ricezione/trasmissione. È un modello di scambio messaggi e comunicazione nella rete.
• Frequenza di trasmissione: Collegamenti diversi possono trasmettere dati a frequenze differenti. Queste frequenze vengono chiamate frequenze di trasmissione e si misurano in bit per secondo (bs).

Reti di accesso

Le reti di accesso sono i collegamenti fisici che connettono un sistema al proprio Edge Router (il primo router che incontra un client o un server nel suo viaggio nella rete). Esistono 3 tipi di reti di accesso: Reti ad accesso residenziale, Reti ad accesso aziendale o universitario, Reti ad accesso senza fili (wireless).

Reti ad accesso residenziale

Connette in rete i terminali domestici di una residenza. Viene anche chiamata LAN (Local Area Network).

Per collegarsi all'edge router utilizza una tecnologia Ethernet con velocità o 100 Mbs o 1 Gbs. Questa tecnologia Ethernet comprende un doppino di rame o un cavo coassiale per collegare vari dispositivi all'edge router.

Ne esistono due tipi:

• Modem dial up a 56 Kbs: Velocità lenta a causa della scarsa qualità di alcune linee. Rappresentata dalla rete telefonica tradizionale.
• Accesso a larga banda: Può essere suddiviso a sua volta in:
  • DSL: Solitamente fornito da compagnia telefonica. Sfrutta il doppino di rame. Divide il collegamento tra abitazione e ISP in 3 bande di frequenze:
    • Canale downstream ad alta velocità.
    • Canale telefonico ordinario a 2 vie.
    • Canale upstream a media velocità.
  • Richiede un cable modem per connettersi alla rete collegato tramite cavo ethernet.
  • HFC (Hybrid Coaxial Cable): Richiede anch’esso un cable modem. È un’estensione delle reti per TV via cavo (cavi coassiali collegati alla terminazione principale della fibra ottica).

Reti ad accesso wireless

Esistono due tipi di reti ad accesso wireless:

• LAN wireless: Gli utenti trasmettono e ricevono pacchetti ad un commutatore di pacchetto nel raggio di decine di metri.
• WAN wireless: Gli utenti trasmettono e ricevono pacchetti ad un commutatore nel raggio di chilometri. Questo commutatore viene gestito direttamente dalle provider di telecomunicazioni. L’esempio più lampante è quello della connessione dati dei dispositivi portatili (3G, HSDPA, ecc...).

Mezzi trasmissivi (mezzi fisici)

I mezzi trasmissivi sono la parte fisica del collegamento e trasmettono continuamente bit sotto forma di onda elettromagnetica oppure di impulso ottico nel caso della fibra ottica. Esistono essenzialmente due tipi di mezzi trasmissivi: Mezzi guidati (dove i bit viaggiano in un determinato spazio recluso, come ad esempio nel doppino di rame o cavo coassiale), Mezzi a onda libera (dove i bit viaggiano direttamente nello spazio circostante come ad esempio nelle reti wireless).

Elenco mezzi trasmissivi

Commutazione di circuito e commutazione di pacchetto

Due tipi fondamentali per spostare pacchetti in rete:

• Commutazione di circuito: Le risorse richieste su un determinato percorso sono riservate e quindi sempre disponibili senza fare richieste durante tutta la sessione di comunicazione.
• Commutazione di pacchetto: Diversamente da quelle di circuito, per avere un determinato pacchetto bisogna esporre una richiesta e di conseguenza gli utenti potrebbero dover attendere la coda di utenti.

Esempio ristorante a prenotazione e non a prenotazione.

Commutazione di circuito

Funzionamento

• Fase di call setup/handshake dove vengono allocate le risorse.
• Queste risorse rimangono inattive (idle), fino a quando un utente non ne ha bisogno.
• Quando l’utente richiede una risorsa la rete stabilisce una connessione end-to-end (connessione dedicata allo scambio di informazioni privata, per due utenti). In alcuni casi gli utenti nella end-to-end possono essere più di due (conference call).

Divisione frequenza e divisione tempo

Questo tipo di commutazione supporta connessioni simultanee di vari utenti. Per questo la larghezza della banda viene divisa per ogni connessione attiva.

Esistono due tipi di divisione di banda:

• Divisione per frequenza (FDM): La larghezza della banda originaria divisa in tante ampiezze di banda a seconda delle connessioni attive (utenti in connessione).
• Divisione per tempo (TDM):
  • Tempo suddiviso in Frame, a loro volta suddivisi in slot.
  • Quando la rete stabilisce una connessione, dedica ad ogni connessione un solo slot di ogni frame. Quindi l’utente potrà accedere ad ogni suo slot di ogni frame della banda completa.

Silent period: Quando una ampiezza di frequenza o uno slot non sono utilizzati da una connessione, rimangono inattivi (non possono essere usati da altre connessioni). INEFFICACE.

Differenze FDM e TDM: in FDM la banda di connessione, viene divisa tra tutti gli utenti collegati alla rete, invece in TDM ogni utente usufruisce della totale larghezza di banda, ma solo per alcuni istanti di tempo (SLOT).

Vantaggi e svantaggi

Commutazione di pacchetto

Al posto che inviare un intero dato ad un utente e dividere la connessione in frame o ampiezze di frequenza, la commutazione a pacchetto adotta la divisione del pacchetto in tante parti (pacchetti) che ricomponendosi arriveranno intere all’utente interessato.

Procedimento

• Ogni flusso dati diviso in pacchetti.
• Nella connessione avremo più nodi tra l’utente mittente e quello destinatario.
• Quando un nodo riceve un pacchetto, deve attendere di ricevere l’intero flusso di pacchetti, poi lo ridivide in pacchetti e lo manda al nodo successivo (fase di Store&Forwarding). Questo provoca il cosiddetto ritardo di Store&Forwarding, cioè l’attesa del pacchetto completo ad ogni nodo.
• Ogni nodo connette più collegamenti quindi può capitare che un commutatore (nodo) stia inviando un determinato pacchetto, e gli arriva un altro pacchetto diverso e lo deve inviare.
• Questo formerà una coda in uscita (Esempio uscita caselli autostradali) e il commutatore mantiene tutti i pacchetti da inviare in coda (buffer di output). Ogni pacchetto dovrà quindi aspettare l’invio del pacchetto davanti a lui in coda per essere inviato.
• Questo ritardo è chiamato ritardo di coda appunto dovuto al buffer di output.
• In più, siccome la dimensione del buffer è finita, se la coda è composta da troppi pacchetti accadrà che alcuni pacchetti (o l’ultimo in coda, o qualche pacchetto in posizione casuale nella coda) verrà eliminato in un procedimento chiamato packet loss (perdita di pacchetti).

Ritardo di Store&Forwarding

Pacchetto di L bit.

Q collegamenti tra i due host.

Ciascuno alla frequenza R.

Ritardo di S&F = QL/R

Vantaggi e svantaggi

ISP e dorsali internet

Come viene indirizzato pacchetto in rete

Un pacchetto quando entra in rete viene indirizzato verso il secondo host (destinatario) grazie ad un indirizzo gerarchico, che il primo host (mittente) pone sopra il pacchetto.

Immagine spiegazione tutti i ritardi dei nodi

Tutti i tipi di ritardo sui nodi nella commutazione a pacchetto

Rit Totale nodo = Rit elab + rit acc + rit trasm + rit prop

Ritardo nodi di accodamento

Per capire quanto è rilevante o irrilevante a seconda della situazione il ritardo di accodamento bisogna analizzare i fattori che lo fanno variare:

• Frequenza di arrivo del traffico alla coda.
• Frequenza di trasmissione del commutatore.
• Natura traffico entrante (periodico o a blocchi).

Da qui calcoliamo l’intensità del traffico entrante (i=L/R), cioè L=frequenza media pacchetti entranti, R=frequenza di trasmissione.

Da qui notiamo che:

• Se i~0: ritardo medio di coda basso o nullo.
• Se i=1: ritardo medio di coda grande.
• Se i>1: ritardo medio di coda molto grande: ciò vuol dire che ci sarà o coda intensa o addirittura packet less.
• Se i>0 && i<=1: in questo caso dobbiamo vedere le condizioni e quindi la natura del traffico:
  • Se il traffico è a blocchi è molto probabile la coda.
  • Se il traffico è a cadenza periodica molto probabilmente non ci sarà coda.

Figure 1. Il grafico mostra come all'aumentare dell'intensità di traffico, aumenti il ritardo di accodamento e quindi aumenti la probabilità di packet loss.

Ritardo totale connessione

Per ora abbiamo analizzato i ritardi che si hanno ad ogni nodo della connessione. Per analizzare invece il ritardo totale da mittente a destinatario (End-to-end) e supponendo che la linea non sia congestionata scriviamo la formula: Ritardo Totale=N(rit elab+rit trasm+rit prop)

Dove N è il numero di host (commutatori) tra mittente e destinatario.

In alcuni casi, possiamo aggiungere dei ritardi riguardo ai sistemi terminali per esempio il ritardo di modulazione, ritardo di pacchettizzazione del flusso multimediale.

Stratificazione protocolli

Tutti i protocolli su cui è basata la rete sono creati con una forma stratificata:

• Vengono eseguite determinate azioni all’interno dello strato stesso.
• Per eseguire queste azioni vengono sfruttati i servizi del livello precedente.

Modello ISO/OSI

Malware

I malware sono