Informatica generale

LE RETI LOCALI (LAN)

Le reti locali, il cui acronimo è LAN (LOCAL AREA NETWORK) sono di proprietà di una stessa organizzazione (tutta la rete è di proprietà e sotto il controllo della medesima azienda).

Le LAN si estendono quindi nell'ambito del medesimo edificio o di un "campus" (insieme di edifici in un'area privata): in generale non si può utilizzare il suolo pubblico per stendere cavi di telecomunicazione.

Utilizzando reti locali LAN, la velocità di trasmissione è molto elevata, da 10Mbps fino a 1Gbps.

La Topologia della rete LAN

La topologia della rete LAN, ovvero una sorta di rappresentazione grafica della rete, è la seguente:

Le Reti LAN utilizzano:

• O la prima tipologia a sinistra, detta anche Ring: nella quale la rete ha la forma di un anello su cui si agganciano tutti i nodi; i nodi trasmettono quindi uno per volta, a turno (es.: reti IBM Token Ring) evitando così rallentamenti causati da eventuali

collisioni di comunicazione.- O la seconda tipologia a destra, tipologia bus: nella quale tutti i nodi si agganciano ad uno stesso canale trasmissivo, che, se utilizzato contemporaneamente da più nodi genera delle "collisioni" che obbligano a ritrasmettere i pacchetti di informazioni, causando un rallentamento nel traffico sulla rete (es.: reti Ethernet)

RETI GEOGRAFICHE (WAN)

Le reti geografiche, il cui acronimo è WAN (WIDE AREA NETWORK), si estendono per aree geografiche molto estese (diversi Km) permettendo la connessione fra dispositivi anche a centinaia di migliaia di Km.

Le Reti geografiche WAN Sono costituite da:

• end-point: i computer utilizzati dagli utenti
• canali trasmissivi: mezzi eterogenei impiegati per la trasmissione dei dati
• punti intermedi: router, nodi di commutazione, necessari per veicolare i dati trasmessi da un endpoint ad un altro attraverso la rete

Tipicamente una rete WAN è utilizzata quindi per collegare fra loro più reti

Il modello delle reti solitamente utilizzato è quello del Client - server, nel quale si distinguono due ruoli:

• Il client: il software che inizia il dialogo collegandosi ad un server per accedere ad un servizio o ad una risorsa;
• Il server: il software che è in attesa della connessione da parte di uno o più client e che fornisce il servizio o la risorsa richiesta.

Un ulteriore modello possibile delle reti è il peer-to-peer (letteralmente: "da pari a pari"), nel quale ciascun nodo (software) presente nella rete, svolge simultaneamente il ruolo di server (offrendo servizi ad altri nodi) o di client (richiedendo servizi ad altri nodi).

IL SOFTWARE PER LE RETI

Il software per la gestione delle comunicazioni in rete, o più semplicemente il software per le reti, è estremamente strutturato e si compone di moduli suddivisi per livelli: ogni livello comunica solo con il livello soprastante e con quello sottostante.

Il livello più basso

è quello fisico, relativo alla gestione della trasmissione su un particolare media-

Il livello più alto è quello più astratto, relativo alla interazione tra due applicazioni che operano su due end-point (due computer) distinti collegati in rete fra loro

Una distinzione tra i diversi software/protocolli di gestione delle reti si effettua in base al numero di livelli di cui è composto e alla funzione assegnata a ciascun livello.

Lo scopo di ciascun livello è quello di offrire dei servizi agli strati sovrastanti, nascondendo la complessità relativa all’implementazione del servizio stesso:

• In questo modo è come se due livelli paritari, entrambi di livello n sui due nodi della rete, parlassero tra loro mediante un protocollo di livello n
• In realtà i due componenti di livello n comunicano fra loro attraverso i servizi offerti dai componenti di livello n–1 (livello precedente)
• Il dato viene costruito dal livello n del

primo hostTra ogni coppia di livelli adiacenti è definita un'interfaccia, che definisce: - le operazioni primitive che possono essere richieste al livello sottostante - i servizi che possono essere offerti al livello sovrastante

STRATIFICAZIONE DEL SOFTWARE PER LE RETI

Per capire meglio questa stratificazione delle reti e il funzionamento del software nel momento in cui si perfeziona una comunicazione, utilizziamo il seguente esempio: Metaforicamente è come se il software per le reti funzionasse come nella figura in cui due filosofi stranieri devono comunicare tra loro. - Il filosofo sfrutta il servizio di traduzione dell'interprete che traduce e scrive un documento in inglese. - L'interprete sfrutta il servizio della segretaria per inviare il testo via fax. - La segretaria utilizza il fax come canale fisico di trasmissione

Stratificazione del software per le reti (continuazione) La comunicazione è segmentata in pacchetti in modo che il canale trasmissivo non sia

impegnato continuativamente per tempi molto lunghi; inoltre la segmentazione in pacchetti, qualora vi fossero errori di trasmissione, permette di rispedire solo il pacchetto danneggiato e non l'intero flusso di dati.

In fase di trasmissione, ogni livello aggiunge al pacchetto ricevuto dallo strato sovrastante un header, formando così un pacchetto più grande (il pacchetto viene "imbustato").

L'header contiene molte informazioni di servizio, utili per lo scambio del pacchetto di dati; in particolare l'header contiene informazioni circa:

• La lunghezza del pacchetto
• Il numero progressivo del pacchetto nell'ambito dell'intero flusso di comunicazione
• La data ed ora in cui il pacchetto è stato prodotto (anche definito come time-stamp)
• E molte altre informazioni...

Quindi: In fase di ricezione ogni livello riceve un pacchetto "imbustato" dal livello inferiore: il livello nscorpora l'header del pacchetto dal segmento

contenente i dati veri e propri (il pacchetto viene estratto dalla busta di livello n). Il livello n esegue anche dei controlli di integrità del pacchetto sulla base delle informazioni contenute nell'header.

Il ricevitore ricostruisce il flusso di comunicazione originario concatenando i pacchetti ricevuti non in base all'ordine di ricezione, ma in base al numero progressivo presente nell'header del pacchetto.

MODELLI ED ARCHITETTURE DELLE RETI

Sistono modelli teorici per la definizione di un'architettura di una rete e architetture effettive che di fatto costituiscono uno standard nel mondo delle reti.

In particolare distinguiamo:

• Il Modello OSI (Open Systems Interconnection), modello teorico che: definisce il numero, le caratteristiche e le relazioni funzionali tra i livelli di un software di rete, ma non ne definisce i protocolli effettivi, consiste in 7 livelli, forse un po' troppo astratti e di difficile implementazione.
• L'architettura TCP/IP

(Trasmission Control Protocol / Internet Protocol), modello pratico che definisce livello per livello anche i protocolli effettivi. Questo modello consiste in 4 livelli (semplificando il modello OSI)

L'ARCHITETTURA TCP/IP, un po' più nello specifico

L'architettura di rete TCP/IP è quindi un insieme di protocolli che operano coordinati fra di loro a vari livelli di uno stack (ovvero un insieme di regole) costituito da quattro livelli, che gestiscono il funzionamento a livello fisico.

• Livello 1: Network access – protocolli fisici per reti LAN e WAN (es.: Ethernet, DSL, ecc...), includendo anche il livello Data Link
• Livello 2: Internet – protocollo IP (Internet Protocol) per l'indirizzamento e il routing dei pacchetti sul canale fisico verso la destinazione finale
• Livello 3: Transport – che vede la possibilità di utilizzare due protocolli differenti:

1. protocollo TCP (Trasmission Control Protocol): il quale frammenta

La comunicazione inpacchetti in uscita e assembla nuovamente i pacchetti in ingresso per ricostruire il flusso didati originari; questo protocollo garantisce la consegna del pacchetto- protocollo UDP (User Datagram Protocol): frammenta in pacchetti, ma non garantiscel'ordine né la consegna del pacchetto.

Livello 4: Application.protocolli applicativi per la comunicazione tra un programma client ed un programma server: FTP(File Transfer Protocol), Telnet (emulazione di terminale per connessioni remote), SMTP (SimpleMail Transfer Protocol), HTTP (HyperText Transfer Protocol), ecc... Lo stack TCP/IP viene implementato per intero nel sistema operativo di un computer, su cui gira anchel'applicazione "end-user" che è l'elemento sorgente o di destinazione della comunicazione.

Su apparati di rete intermedi (router, gateway, ...) il protocollo viene implementato parzialmente, senzaspingersi fino al livello Application, che sarebbe inutile per.

tali apparati

LO STACK OSI SEMPLIFICATO

Per descrivere i diversi aspetti del protocollo di rete adottiamo il modello OSI semplificato, ridotto a solicinque livelli:

1. Livello Fisico
2. Livello Data Link
3. Livello Network
4. Livello Transport
5. Livello Application

Nel TCP/IP il livello Network Access include sia il livello Fisico che il Data Link del modello OSI semplificato

Vediamo ora ciascun Livello in maniera più dettagliata.

LIVELLO 1: FISICO

Il canale di comunicazione fisico per la realizzazione di reti di computer è un analogico, in cui i valori variano in modo continuo (energia elettrica, campo elettromagnetico, luce, ecc.) all'interno di un determinato intervallo detto ampiezza.

Il segnale trasmesso su un canale analogico può essere rappresentato mediante una funzione sinusoidale non periodica che, con gli strumenti dell'analisi di Fourier, può essere interpretata come somma di funzioni trigonometriche.