Reti di computer

LE RETI DI COMPUTER

ASPETTI EVOLUTIVI DELLE RETI

Il ventesimo secolo ha visto la nascita di un rapido sviluppo delle telecomunicazioni, che ha messo a disposizione dell’uomo macchine dotate di una sempre maggiore capacità di calcolo.
In generale per descrivere tutte quelle tecnologie che, come il telefono cellulare permettono sia la trasmissione che l’elaborazione dei dati, si utilizza il termine telematica, che nasce dalla fusione dei due termini telecomunicazione e informatica.
La maggioranza dei sistemi telematici si basano quindi sul concetto di rete: Una rete è un insieme di sistemi per l’elaborazione messi in comunicazione tra loro.
I primi esempi di connessioni tra compute risalgono agli anni ’60 quando i sistemi per l’elaborazione erano molto costosi e complessi e vi era la necessità di dividerli tra più persone le risorse disponibili.
Si affiancava al mainframe una serie di semplici terminali in grado di connettersi al computer centrale e sfruttarne le risorse.
Successivamente con la nascita dei personal computer, si è passati dal modello mainframe-terminali, in cui tutta la potenza di calcolo era concentrata in unico elaboratore, alle moderne reti di computer, formate da un grande numero di elaboratori autonomi e interconnessi:
autonomi significa che anche se disconnesso dalla rete, ogni computer rimane funzionante;
interconnessi significa che devono essere capaci di scambiare informazioni;
Nascono cosi le reti di computer: una rete di computer è un insieme di due o più computer in grado di trasmettere dati tra loro.
Si è passati da sistemi di elaborazione delle informazioni aventi le caratteristica di essere concentrati, cioè strutture hardware composte da una singola CPU alla quale venivano connessi più terminali, alle stazioni di lavoro connesse tra loro e dotate di capacità elaborativa propria, cioè sistemi distribuiti.
L’interconnessione tra sistemi presenta delle problematiche:
elettroniche;
informatiche;
telematiche;

I SERVIZI PER GLI UTENTI E LE AZIENDE

Il compito principale delle moderne reti di computer è la condivisione di risorse. Le risorse possono essere rappresentate da apparecchiature hardware, file di dati e programmi e servizi.
Condivisione di risorse hardware: è possibile condividere la maggior parte dell’hardware di un computer;
condivisione di file: una rete permette di leggere il contenuto di un file di un altro computer oppure spostare file da un computer all’atro;
condivisione di programmi e servizi: è possibile condividere l’uso di programmi e applicazioni o addirittura di un intero sistema.
La connessione dei sistemi in rete presenta vantaggi che si sono rilevati importanti per le aziende:
condivisione delle risorse;
migliore rapporto prestazioni/costo;
estensione semplificata e graduale dei sistemi hardware;
maggiore affidabilità;
In generale quando si parla di condivisione, vi è sempre un computer che mette a disposizione una risorsa e un computer che la utilizza. In base a questa organizzazione le reti si possono suddividere in due grandi classi:
reti di tipo client/server;
reti di tipo peer to peer;

IL MODELLO CLIENT/SERVER

Il modello client/server suddivide i sistemi connessi alla rete in due categorie:
Computer server: che mettono in condivisione delle risorse o offrono servizi per gli altri computer connessi alla rete.
Computer client: i sistemi che utilizzano i servizi e le risorse messe in condivisione da altri computer.
In questa rete ci sono quindi i client che richiedono i servizi e i server che li offrono.
In alcune reti la distinzione tra client e server è netta: un client non può diventare server e né un server può diventare un client (viene detto server dedicato).
Di solito, nelle reti di grandi dimensioni, vengono utilizzati come server i componenti più potenti, in quanto devono offrire numerosi servizi contemporaneamente.
In questi casi si usa spesso il termine host per indicare sistemi di elaborazione di grandi prestazioni, destinati ad essere centro di distribuzione di informazioni per gli utenti della rete.
In questo modello la comunicazione ha la forma di un messaggio a un server da parte di un client, che richiede l’esecuzione di un lavoro. Il server esegue il lavoro e restituisce la risposta.
Un messaggio è un insieme di caratteri e di dati che devono essere trasferiti da un sistemi ad un altro; e quindi di informazioni organizzate in modo da costruire un’entità completa che può essere trasmessa fra due sistemi di rete.
Per favorire la trasmissione dei dati, i messaggi vengono suddivisi in segmenti chiamati pacchetti, secondo l’idea che un messaggio di piccole dimensioni ha più possibilità di trovare una linea libera.
Quando un server e un client stabiliscono una comunicazione e inizia l’erogazione del servizio richiesto, si hanno due possibilità:
esecuzione lato client;
esecuzione lato server;

IL MODELLO PEER TO PEER

Nelle reti peer to peer ogni computer funziona sia come client che come server, mettendo a disposizione dell’intera rete alcune risorse condivise come dischi fissi, stampanti o lettori ottici.
Per esempio Windows permette di condividere cartelle o stampanti in rete, creando automaticamente delle reti di tipo peer to peer.

La tecnologia di trasmissione
Un aspetto fondamentale di qualsiasi rete è la struttura di rete, cioè la modalità con la quale sono disposti i vari componenti collegati alla rete e la tipologia dei collegamenti utilizzata per creare la rete stessa.
In esso compaiono elaboratori host di vario tipo ai quali possono essere collegati anche uno o più terminali.
Gli host sono connessi alla rete attraverso nodi.
Nelle reti point to point un collegamento mette in comunicazione solamente due nodi. Queste reti sono in assoluto le più semplici, in quanto non occorre indirizzare i pacchetti, perché ogni messaggio uscente da un computer può essere diretto solamente all’altro computer.
Nelle reti multipoint è possibile collegare più nodi utilizzando una stessa linea. Questo sistema permette di utilizzare uno stesso collegamento per più trasmissioni, diminuendo i costi di realizzazione della rete, ma crea problemi dovuti alla presenza contemporanea di segnali che può dar luogo a errori nella trasmissione.
Nelle reti con tecnologia broadcast si usa un unico canale trasmissivo condiviso da tutte le stazioni, così che il messaggio spedito da una stazione viene ricevuto da tutte le altre. Un esempio sono le reti a bus.

CLASSIFICAZIONI DELLE RETI PER ESTENSIONE

Un aspetto particolarmente importante nello studio delle reti è la loro dimensione.
Reti Locali LAN;
Reti metropolitane MAN;
Reti geografiche WAN;

Regole per il trasferimento dei dati
- linea simplex: la comunicazione è monodirezionale, il sistema che riceve non può rispondere;
- linea half-duplex: la comunicazione è possibile in entrambe le direzioni ma solo uno per volta;
- linea full-duplex: la comunicazione è possibile in entrambe le direzioni e contemporaneamente;

TOPOLOGIA DI RETE

Con il termine topologia si fa riferimento alla disposizione degli oggetti fisici nello spazio.
Due nodi della rete possono essere messi in comunicazione con:
- una connessione fisica: quando tra i due nodi è presente un canale fisico che li collega in modo diretto;
- una connessione logica: quando sfrutta più di una connessione fisica;
La ridondanza, cioè la possibilità di scegliere più strade alternative, è molto positivo poiché aumenta la fault tollerance.

TECNICHE DI COMMUTAZIONE

Per mettere in comunicazione due utenti si usano due tecniche:
- la commutazione di circuito: crea un reale collegamento fisico dedicato;
- la commutazione di pacchetto: utilizza la tecnica dell'instradamento;

La prima crea un vero collegamento fisico e questo rimane stabile e riservato per tutta la durata del collegamento.
Si divide in 3 fasi distinte:
1. Attivazione del circuito: dove si stabilisce la connessione fisica tra l'unità chiamante e l'unità chiamata;
2. Utilizzo del canale trasmissivo: i dati trasmessi senza particolari controlli;
3. Svincolo: dove la connessione viene chiusa.

Nella commutazione di pacchetto, ogni volta che si effettua una trasmissione, è necessario indicare alcuni dati aggiuntivi dove si indica il mittente e il destinatario.
L'imbustamenti è la prima fase che crea pacchetti pronti per essere inviati.
Un pacchetto è composto da una parte di intestazione e da quella di dati.
Il messaggio se ha dimensione massima può essere spezzato in più segmenti e ricomposto durante la ricezione.

I MODELLI PER LE RETI

Siccome la comunicazione tra i sistemi era difficile per la presenza di hardware differenti, nacque così la necessita di trovare un protocollo comune a tutti.
È stato quindi definito dalla ISO il modello OSI. Viene denominato come ISO/OSI.
è stato creato per produrre uno standard a livello internazionale per guidare sia attività di progettazione delle reti di comunicazione, che per l'attività di programmazione delle applicazioni di rete.
Per gestire la complessità dei problemi, la ISO ha adottato un approccio a livelli; la comunicazione fra due applicazione è stato scomposto in 7 livelli.

I LIVELLI DEL MODELLO ISO/OSI

Ogni livello può in generale comunicare solamente con il livello inferiore e fornire servizi solo a quello superiore.

1. Livello di collegamento fisico
A questo livello ce la connessione fisica e la struttura elettronica che realizza il collegamento e gli aspetti tecnici delle interconnessioni.
Gli elementi che si trovano al primo livello sono:
- schede di rete o NIC: che spesso vengono installate all'interno del computer nell'aggiornamento della scheda madre dedicato alle schede di espansione.
- hub o ripetitori: sono semplici apparecchiature di livello uno che collegano fra loro gruppi di utenti. Sono caratterizzate dal numero di porte.

2. Livello di collegamento dati
Riguarda i dispositivi che gestiscono il collegamento dati da un PC ad un'altro della stessa rete. Controlla la correttezza delle sequenze di bit trasmesse e ne richiede eventualmente la ritrasmissione.
Provvede alla formattazione delle informazioni e alla sincronizzazione dei messaggi.
Gli elementi interconnessi sono:
- gli switch: dispositivi più intelligenti degli hub e si caratterizzano per il numero di porte disponibili. Invia i pacchetti di dati alle porte specifiche dei destinatari, sulla base delle informazioni contenute nell'header di ogni pacchetto.
- i bridge: sono analoghi agli switch, utilizzati come elementi di interconnessione di due LAN. Ha il compito di mantenere il traffico confinato nelle due reti locali.

3. Livello di controllo della rete
Nel livello di rete i messaggi vengono suddivisi in pacchetti che vengono riassemblati nella loro forma originaria. Il livello di rete di fa carico di scegliere una strada tra quelle disponibili, tramite il router che instradano i pacchetti verso il computer di destinazione.
Il principale elemento è il router, ancora più intelligente degli switch e hub, determina il nodo intermedio successivo che deve ricevere il pacchetto. Si basa su una mappa di rete denominata tabella di routing.
Dei problemi sorgono quando si vogliono connettere tra loro reti diverse. Quindi si ricorre a speciali dispositivi detti router multiprotocollo che effettuano le operazioni per rendere possibili tali trasferimenti.

4. Livello del trasporto
Gestire la trasmissione dei pacchetti.ha il compito di assicurare il trasferimento dei dati tra strati di sessione appartenenti a sistemi diversi, senza che sui dati vi siano errori o duplicazioni. Può identificare il destinatario o aprire e chiudere una connessione con il sistema corrispondente.

5. Livello di sessione
Gestisce la corretta sincronizzazione della corrispondenza dei dati che verranno poi visualizzati. Instaura una sessione, cioè un collegamento logico e diretto tra due interlocutori. La modalità del dialogo può essere fullduplex halfduplex e simplex.
Per sincronizzazione si intende invece la capacità di sapere fino a che punto la comunicazione sia arrivata a buon fine.

6. Livello di controllo di presentazione
Le varie informazioni che viaggiano all'interno della rete subiscono una particolare decodifica, che le trasforma in modo da visualizzarli nel dispositivi output.
Il livello di presentazione gestisce quindi i formati di conversione dei dati, cioè effettua tutte le opportune conversioni in modo da compensare eventuali differenze di rappresentazione e di formato dei dati in arrivo o in partenza.

7. Livello di applicazione
Riguarda i cosiddetti programmi applicativi. Gestisce la visualizzazione dei dati relativa a programmi di login remoto, file transfer, posta elettronica.
L’operazione che permette il passaggio da un livello n a un livello n-1, viene detta imbustamento mentre l’operazione inversa viene detta estrazione.

IL MODELLO TCP/IP

Il modello TCP/IP è un insieme di protocolli: esso ha avuto una maggiore diffusione nella connessione delle reti, grazie alla sua semplicità che si contrappone a quella del modello ISO/OSI.
Il modello TCP/IP non specifica i due livelli più bassi quindi il protocollo IP si può innestare su qualunque livello sottostante.
IP (Internet Protocol) e TCP (Transmission Control Protocol) sono i due protocolli più rappresentativi di un insieme di protocolli presenti rispettivamente ai livelli corrispondenti ai livelli 3 e 4 del modello ISO/OSI.
L’architettura TCP/IP è alla base dell’interconnessione di reti.
Il livello di rete nel modello TCP/IP è incaricato di muovere i pacchetti dalla sorgente fino alla destinazione finale, attraversando tanti sistemi intermedi.