Reti di calcolatori

Lezione 1 - Introduzione

Internet è percepita come la più grande rete telematica mondiale che interconnette alcune centinaia di milioni di elaboratori.

Nelle intenzioni dei suoi inventori, sarebbe dovuta essere "la rete delle reti". Le sue caratteristiche principali sono:

• è la rete principale per il trasporto dell'informazione;
• è pubblica, non proprietaria ed aperta a tutti;
• tutti possono partecipare alla sua crescita ed innovazione;
• è basata su principi semplici e chiari.
• è nel vostro presente e vi accompagnerà nel futuro.

E’ un sistema distribuito tra M esecutivi dove ogni componente ha la stessa importanza. Essa si distribuisce in maniera gerarchica, se si guasta un punto strategico esso si riorganizza per trovare nuove strade per superare il problema. Esso non è gestito da un unico ente infatti è un sistema distribuito tra M esecutori dove ogni componente ha la stessa importanza. Chi lo ha progettato permette ciò, per capire come funziona infatti dobbiamo studiare la sua logica.

Ci sono delle difficoltà iniziali:

• numero elevato di termini tecnici da apprendere;
• terminologia prevalentemente in inglese;
• terminologia italiana non standardizzata;
• complessità apparente del sistema;
• necessità di approfondire gli argomenti generali con esempi pratici;

Introdurremo l’argomento Internet qualitativamente in modo da apprendere fin da subito le componenti principali di un’infrastruttura di comunicazione.

L'importanza dei dati

Una rete fatta bene permette il trasferimento dei dati. I dati sono il blocchi che costituiscono le informazioni.

Tutte le attività umane sono caratterizzate dalla comunicazione, cioè il trasferimento di informazioni, quini di dati. La rete garantisce che tale trasferimento avvenga in modo affidabile, economico, non ambiguo, ripetibile e semplice ed è oggetto del nostro studio.

Quello che è davvero importante è l'informazione e la sua qualità.

Cos'è Internet

Internet è costituita da centinaia di migliaia di reti interconnesse.

Internet è un sistema di informazione globale. Ogni entità è logicamente interconnessa e univocamente identificata da un indirizzo e comunica con le altre tramite un’insieme di protocolli.

Internet fornisce, utilizza o rende accessibili, sia pubblicamente che privatamente, servizi di comunicazione come: posta, web, video, fonia, messaggistica ecc.;

I componenti fisici e Schema logico di una rete

Linee di comunicazione

• Rame, fibra ottica, onde radio

Nodi interconnessi

• Sistemi terminali (end-system o host)
  • PC, Server, palmari, cellulari, ecc. sono le entità che usufruiscono o forniscono i servizi internet;
• Sistemi intermedi (Intermediate system o router)
  • Sono i dispositivi che si occupano di smistare i dati;

I server forniscono un servizio. Mentre un Router è un elemento di rete formato da porte di ingresso e porte di uscita. Essi costituiscono internet, a seconda di dove deve andare l'informazione cerca il percorso giusto.

I servizi

• Applicazioni distribuite: servono per dare alcune informazioni per esempio come mi chiamo da dove devo passare.
  • WWW, posta elettronica, giochi, commercio, condivisione informazione, Peer-to-Peer (paritetica), ...
• Servizi di trasporto: è ISP/IP che garantisce la comunicazione. Ci sono trasporti dove sono concesse delle perdite durante il trasporto altri invece no.
  • orientati alla connessione (protocollo TCP)
  • senza connessione - connectionless (protocollo UDP)
• Instradamento (IPv4 - IPv6).

L'informazione è pacchettizzata, ovvero deve essere trasformata in segnali elettrici. Per rendere il segnale elettrico più semplice possibile e più distinguibile possibile utilizzo solo 2 livelli logici, 0 o 1. Ogni pacchetto contiene dell'informazione, e “internet” guarda l'indirizzo di destinazione e lo manda dove poi li viene aperto.

La struttura di Internet

La struttura è moderatamente gerarchica. Le linee di collegamento tra aree e domini differenti prendono il nome di dorsali, in base al livello di gerarchia distinguiamo:

• Dorsali nazionali/internazionali;
• Dorsali regionali;
• Dorsali locali.

Man mano che le dorsali alpliano la loro area si passa da locali a regionali fino a internazionali. Esistono dei Digital Cap che impediscono parti di popolazioni che hanno difficoltà a collegarsi a internet, se non percorso giusto.

Ci potrebbero essere dei ritardi, dove la macchina aspetta, rimanda il segnale o manda all'utente che la connessione non è disponibile e di riprovare un'altra volta.

L'interfaccia specifica quali operazioni primitive e servizi uno strato mette a disposizione. Un servizio è formalmente definito come un insieme di primitive (system calls in un sistema operativo).

Un servizio equivale alla definizione delle operazioni che uno strato è in grado di compiere per un altro strato, ma non definisce come queste operazioni verranno eseguite.

Il protocollo definisce la realizzazione dei servizi.

Un protocollo è interno ad uno strato e potrebbe essere modificato senza che i servizi che lo strato offre cambino e senza che lo strato che li usa se ne accorga.

Si usano gli strati per

• Permette di ridurre la complessità dei sistemi, permettendo l'identificazione delle parti e delle relazioni fra di essi.
• Permette di rendere modulare la realizzazione e la manutenzione del sistema, sganciando le parti una dall'altra.

Nel caso delle reti, l'insieme degli strati e dei protocolli è l'architettura della rete, mentre l'insieme dei protocolli è detta la pila dei protocolli della rete

Nella progettazione di una architettura basata su strati è importante:

• definire un numero di strati limitato e ciascun strato deve fornire un “salto” nell'astrazione del servizio;
• semplificare le interfacce
• avere un passaggio minimo di informazione fra gli strati
• non mescolare le funzioni
• ogni strato svolge un funzione precisa “La perfezione non è quando non c'è più nulla da aggiungere, ma quando non vi è più nulla da togliere”

I modelli a strati per le reti

Vi sono due modelli principali di riferimento per l'architettura di una rete:

• Il modello ISO/OSI (International Organisation for Standardisation / Open Systems Interconnection) è standardizzato e reso pubblico in modo che tutti usino lo stesso, ci permette di comprendere come i vari livelli comunicano tra di loro (è un sistema aperto, perché i sistemi chiusi non hanno questa caratteristica)
• Internet (di tipo DSPY)

Realmente non esiste quasi nessun modello implementato ISO, ma la maggior parte sono DISIPI. Analizziamo il modello ISO per capire la sua evoluzione nel tempo. Il blocco centrale si ritrova in un dispositivo di rete, ad esempio un router, che ha solo il compito di prerendere una informazione ad un uscita indirizzarlo per portarlo fare arrivare a destinazione

• Estensione:

1. PAN: (personal area network) rete personale che ha un estensione di 1/2 metri, per esempio bluetooth;
2. LAN: (local area network) la maggior parte sono basate sul protocollo ethernet;
3. MAN (Metropolitan Area Network) a livello di una città, sono come degli anelli che girano all’interno di un territorio cittadino, per esempio la fibra ottica;
4. WAN (Wide Area Network) hanno estensione geografica, ad esempio tra differenti regioni o paesi;

Questa classificazione è di tipo gerarchico e ad ogni estensione ci sono diversi problemi. Il motivo di tale distinzione ha ragioni storiche dovute al fatto che le tecnologie

trasmissive e i protocolli fino a qualche tempo fa variavano fortemente in base alla distanza da coprire.

• WAN: PDH, SONET/SDH, HDLC
• MAN: FDDI, DQDB
• LAN: Ethernet, Token Ring

L'instradamento nella rete

La rete, soprattutto nella parte centrale, è formata da una serie di nodi interconnessi in modo magliato. Se si scambia un minimo di informazione la rete si organizza per instradare l’informazione in un percorso corretto.

Per es. esaminiamo come funziona il sistema telefonico (classico esempio di rete a commutazione di circuito).

L'instradamento nella telefonia

Il numero fornisce automaticamente il percorso geografico da sinistra a destra: 0099-01-2345-67-89 cioè

• 0099 ➔ 01 ➔ 2345 ➔ 67 ➔ 89
• paese ➔ distretto ➔ area ➔ sottocentrale ➔ utente

Durante la fase iniziale della telefonata, vengono stabilite una serie di connessioni da una centrale all’altra tramite un sistema di segnalazione interna per creare un circuito dedicato. Su ogni tratto viene riservato un canale la cui capacità è tale da garantire la comunicazione (circa 64 Kb/s)

Se non si verificano problemi e se è possibile garantire la capacità del canale su ogni tratto viene fatto squillare il telefono remoto. Viene quindi creato una “cavo virtuale” fra sorgente e destinazione.

Ogni centrale telefonica lungo il percorso memorizza le caratteristiche di ogni tratto di circuito creato. Le risorse impegnate dal “cavo virtuale” vengono bloccate dalla centrale telefonica, indipendentemente dal fatto che esso venga usato o meno. Oggi è basata sulla rete a pacchetto.

Commutazione di circuito nei dati

Prima della trasmissione dei dati, la rete provvede a realizzare un “circuito”, a livello data link, da sorgente a destinazione. Ciascun nodo allocca le risorse necessarie a garantire la comunicazione. Non vi è possibilità di condivisione, tutte le risorse riservate garantiscono salva qualità della comunicazione. Nel caso delle reti ibride (mezzi trasmissivi) ovviamente si usano flussi di comunicazione.