Informatica, una panoramica generale (parte 1)

BIANCA TINCOVICI

Compressione dei dati….

Lossy AAABBBC ◦ABC

La risoluzione 4096×2160 pixel nata in ambito cinematografico

 La risoluzione 3840×2160 pixel (ossia Ultra HD) nata in ambito televisivo



Rappresentazione dei suoni

Campionamento dell’onda sonora ad intervalli fissi o dinamici.

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Qualità CD 44.100 campioni al secondo

Ogni campione 16 bit per ogni canale (32 bit stereo)

CALCOLO SPAZIO OCCUPATO

Per calcolare lo spazio occupato da un qualsiasi tipo di informazione (carattere,

immagine, audio, video…) la tecnica di fondo è:

1. Si trova lo spazio occupato da ogni unità elementare costituente la fonte

dell'informazione (un carattere per il testo, un pixel per l'immagine, un campione per il

file audio)

2. Si trova il numero di unità elementari che costituiscono l'informazione (quanti

caratteri, quanti pixel e/o bpp, quanti campioni)

3. Si moltiplicano le quantità

COMPUTER

Composto da:

- Hardware : componente fisica;

- Software : programmi di base e programmi applicativi.

Un computer consiste in 4 macro elementi:

a. Memoria centrale- memoria di massa

b. Processore CPU

c. Periferiche (connettori periferiche)

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d. Input/output (comunicazione da e verso componenti interni)

Architettura del computer:

Elabora l’informazione;

 Memorizza l’informazione;

 Trasferisce l’informazione da e verso i dispositivi locali di input o attraverso la

 rete.

Dagli interruttori ai transistors

L’insieme di istruzioni macchina che una tipuca CPU deve saper decodificare ed

eseguire è piuttosto limitato. In effetti una volta che un computer è in grado di

eseguire alcune operazioni semplici ma ben scelte, l’aggiunta di altre funzioni non

aumenta le sue capacità di calcolo, così sono nate due diverse filosofie di

progettazione delle CPU: RISC e CISC.

Principali costruttori (Intel, AMD, IBM, Texas Instrument)

Complex Instruction Set Computer, Reduced Instruction Set Computer

◦ CISC = Integrare istruzioni, integrare componenti grafica, suono, memoria –

consumi, complessità architetturale. Questa può gestire meglio la complessità sempre

crescente del software odierno. Processori Intel sono CISC.

◦ RISC = Poche istruzioni, integrare istruzioni via software minor consumo. Computer

efficiente, veloce e poco costoso da costruire. Processori PowerPc usati da Apple ad

esempio erano RISC.

Col passare del tempo i costi di prodizione dei processori CISC si ridussero

drasticamente e cpsì i processori Intel si trovano ora praticamente in tutti i computer

laptop e desktop, persino i prodotti apple.

L’architettura CISC si è quindi aggiudicata la supremazia nel setore dei computer

desktop ma ha una sete insaziabile di energia elettrica, per combattere ciò alcuni CPU

RISC progettati dadall’Advanced RISC Machine ovvero ARM hanno un minore consumo

energetico, questi sono utilizzati per controller di giochi, televisori digitali e sistemi di

navigazione.

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PROCESSORE= CPU

Miniaturizzazione

- Legge di Moore

- La complessità di un microcircuito (es numero di transistori per chip) raddoppia

ogni 18 mesi e quindi quadruplica ogni 3 anni

- 2017 : 3,3 MD transistors Xeon 8894 v4

Architettura CPU: multi core

Il processore installato è fisicamente uno solo, ma la sua architettura interna è

suddivisa in altri sotto processori (detti appunto core).

◦ Vantaggi in termini di:

◦ consumi

◦ calore

◦ potenza di calcolo senza aumentare la frequenza della CPU

1 core = single core, 2 = dual c., quad c., esa c., octa c.…: 10, 12 ...

Nei processori più potenti attualmente in commercio (XEON) si arriva a 24 core

Deve essere supportato da sistema operativo e/o programmi

Uso «consumer» adatti per navigare ed effettuare operazioni semplici come la

scrittura di documenti, l’ascolto di musica, la visione di film.

Architetture CPU: Multiprocessore

Il multiprocessore è la soluzione più performante attualmente possibile.

Le CPU fisicamente presenti sulla scheda madre sono più di una. Le CPU possono

essere multi-core Soluzioni per workstation e server

Vantaggi in termini di:

◦ Parallelismo

◦ Multitasking avanzato

◦ Potenza di calcolo

Deve essere supportato da sistema operativo e/o programmi

Uso «professionale» per calcoli matematici avanzati, lo sviluppo di progetti 3D, video

editing ad alta risoluzione o grafica bidimensionale complessa, big data, AI...

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Tre componenti principali:

1. Unità aritmetico logica che racchiude i circuiti che eseguono l’elaborazione dei

dati vera e propria

2. L’unità di controllo che contiene i circuiti necessari per coordinare le attività

della macchina

3. Unità dei registri contenente celle di memorizzazione dei dati (simili alle celle

della memoria principale) dette registri e utilizzate per la memorizzazione

temporanea delle informazioni all’interno della CPU.

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Alcuni registri sono considerati GENERICI, altri invece SPECIALI. Quelli generici

forniscono luogo per la memorizzazione temporanea dei dati elaborati dalla CPU,

conservano i fati in ingresso alla circuiteria dell’unità aritmetico-logica e forniscono

uno spazio di memorizzazione per i risultati ottenuti. Per trasferire i dati, l’unità

centrale e la memoria principale sono collegate da un insieme di fili denominati BUS,

tramite questi la CPU può estrarre o leggere i dati dalla memoria principale

specificando l’indirizzo della relativa cella di memoria e un segnale di scrittura. Registri

sono i più veloci e i più costosi

Codifica MIDI suoni



MIDI: (Music Instrument Digital Interface) codifica del suono utilizzando informazioni

sulla nota, strumento, durata …

Video

Immagini + suono Immagini per secondo frame per secondo (fps o p) 30, 50, 60 fps



Formati video: vob, mkv, avi, mov, mp4, divX …

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Tornando al CPU…

Unità di controllo (CU)

1. Esegue le istruzioni dei programmi

2. Coordina le attività del processore

3. Controlla il flusso delle istruzioni tra il processore e la memoria centrale

Unità di controllo (2)

Svolge la sua attività in modo ciclico:

1. Preleva dalla memoria principale la prossima istruzione da eseguire

1. 2.Preleva gli operandi specificati nell'istruzione

2. 3.Decodifica ed esegue l'istruzione

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3. 4.Ritorna al passo 1

Concetti

Istruzione macchina: un'istruzione / comando codificato come insieme di bit, [codice

hex] eseguibile dal processore.

Linguaggio macchina: l'insieme di tutte le istruzioni che sono eseguibili da un

determinato processore.

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Altri componenti (periferiche)

Dispositivi di input: mouse, tuch-screen, tastiera grafica, scanner (2D,3D)…

 Dispositivi di output: video, stampante (3D,4D)

 A matrice, a getto d’inchiostro, laser… , plotter

o

Scheda grafica

 CPU

o

SOFTWARE

Il software si divide in due categorie principali: SOFTWARE APPLICATIVO e DI SISTEMA.

Quello applicativo consiste nei programmi per l’esecuzione di compiti particolari

mentre quello di sistema svolge compiti che sono comuni ai sistemi di elaborazione in

generale, in un certo senso fornisce l’ambiente al software applicativo.

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A sua volta il S. DI SISTEMA può essere diviso in sistema operativo stesso e SOFTWARE

DI UTILITA’, qui esegue attività fondamentali per la gestione dei computer, e che

tuttavia non sono incusi nel SO. La distinzione tra s. applicativo e s. di utilità è

sfumata, dal nostro punto di vista la distinzione dipende dal fatto che il pacchetto sia

considerato o no parte interante dell’infrastruttura software.

Il sistema operativo S.O è un insieme di componenti software che gestisce ed

interagisce direttamente con il computer (hardware), presentando a tutti gli altri tipi di

software un’interfaccia che astrae dalle caratteristiche dell’hardware specifico.

Dall’operatore macchina al sistema operativo

1. Primi computer (mainframe): computer operator

a. Job (esecuzione programma), batch ovvero ‘a lotti’ processing (collezione

di programmi da eseguire), job queue

FIFO… job priorities (First In Fist Out)

 Sistema operativo: modo per semplificare preparazione/esecuzione

 dei job

b. Interactive processing (utente interagisce direttamente), real time

processing (deadline per singolo task)

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Time sharing multiprogramming= ambiente multiutente su singolo

 computer (programma di contabilità centralizzato)

Load balancing..scaling…

 Multitasking =utente che esegue più attività in contemporanea

 (scrive, ascolta musica, stampa…)

Quindi, sinteticamente, un primo passo fu la separazione tra utenti e ubicazione delle

macchine, che comportò l’eliminazione del continuo andirivieni delle persone nella

stanza del computer, ora chiunque volesse far eseguire un programma doveva

comunicarlo all’operatore insieme ai dati necessari e le istruzioni e poi ritornare per

avere i risultati. Questo fu l’inizio della cosiddetta ELABORAZIONE BATCH ovvero a

lotti. In questi sistemi i job presenti nella memoria di massa aspettano l’esecuzione in

una CODA DI JOB. Una coda è una struttura dati in cui gli oggetti sono ordinati secondo

l’ordine FIFO ovvero il primo che entra è il primo ad uscire. In realtà quest’ordine non è

sempre seguito per via del diverso grado di importanza e priorità di certi job rispetto

ad altri. Nei primi sistemi di elaborazione batch le istruzioni che accompagnavano i job

erano codificate in JLC ovvero linguaggio di controllo dei job, wuando il job veniva

selezionato, le istruzioni venivano mostrate sulla stampante così che lìoperatore

potesse leggerle. Lo svantagio principale dell’uso di un operatore sta nel fatto che gli

utenti non hanno alcuna possibilità di interagire con i propri programmi dopo averli

consegnati all’operatore, un emepio può essere quello dell’hotel e delle prenotazioni,

che vanno fatte e disdette sul momento. Per gestire queste esigenza furono sviluppati

nuovi SO noti come ELABORAZIONE INTERATTIVA. Il computer è così obbligato a

eseguire processi in base ad una scadenza, tale processo prende il nome di

ELABORAZIONE IN TEMPO REALE. Se i computer di allora fossero stati messi a

disposizione di una sola persona alla volta l’elaborazione in tempo reale sarebbe

avvenuta senza problemi, ma i computer allora erano costosi. Se il SO di un ambiente

multiutente avesse continuato ad eseguire un job alla volta. Soltanto un utente

avrebbe ricevuto un servizio soddisfacente in tempo reale. Per risolvere questo furono

progettati SO che fornissero servizi contemporaneamente a più utenti mediante il TIME

SHARING variante della tecnica denominata MULTIPROGRAMMAZIONE che prevede la

suddivisione del tempo in intervalli e la limitazione a un solo quanto per volta

dell’esecuzione di ciascun job. Allo scadere del tempo si passa ad eseguire un altro

job. Con la denominazione time sharing si riferisce all’utilizzo di un singolo pc da parte

di più utenti mentre con multitasking si intende un singolo utente che esegue

simultaneamente più compiti. Ciò porta dei problemi, nei giorni in cui siamo, collegati

al BILANCIAMENTO DEL CARICO ovvero con la distribuzione dinamica dei task ai vari

processori in modo che siano tutti usati con efficienza, e anche di SCALABILITA’ ovvero

divisione dei task in un numero di sotto task compatibile con il numero di processori a

disposizione.

Moderni computer: system administration

Embedded system: (basso consume di batterie)

Sistemi Operativi per specifici dispositivi robot, droni, sistemi di health

 care…

Real time

 es PalmOs , Windows CE…



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Kernel:

funzione primaria: mediare l’accesso alle risorse hardware del computer

 accesso alla CPU: caricamento ed esecuzione dei programmi. Allocazione

o delle risorse di calcolo per i programmi in esecuzione. Sincronizzazione

tra i processi.

Accesso alla memoria: carica i programmi in memoria e decide come

o allocare la memoria, quale memoria ai dati e quale area ai programmi.

Input o output: gestione delle richieste che arrivano dalle periferiche.

o

FILE MANAGER:

Controllo allocazione spazio

 Organizzazione file: cartelle, sottocartelle

 Copia, naming, cancellazione file/cartelle



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Accesso ai file



MEMORY MANAGER

Gestione dello spazio della memoria centrale RAM

 Allocazione e controllo dello spazio necessario

 Gestione della memoria virtuale

 Paging



DEVICE DRIVERS

Programmi che permettono al sistema operativo di accedere alle funzioni della o

 delle periferiche senza conoscerne le specifiche hardware

Il sistema operativo dialoga con la periferica inviando le istruzioni di

 lettura/scrittura al driver (controller)

Specifici per ogni periferica

 Specifici per ogni sistema operativo



PROCESSI

Esecuzione di un programma

 processo

Stato del processo (process state): stato corrente di esecuzione del programma

 (indirizzo di memoria, indirizzo memorizzato nel program counter, valore dei

registri…)

Esecuzione dei processi è coordinata dallo SCHEDULER e dal DISPACHER



SCHEDULER:

gestisce la tabella dei processi in cui viene inserita una riga per ogni processo in

esecuzione con tutte le informazioni associate al processo (aree di memoria,

prorità, stato del processo che può essere READY ovvero pronto per il prossimo

passo, WAITING, ovvero in attesa di altre risorse o SUSPENDED che vuol dire

switched.

DISPATCHER:

sovraintende all’esecuzione dei processi caricati nella tabella dei processi, TIME-

SHARING, MULTI TASKING… esecuzione di più processi contemporaneamente

assegnando ad ogni processo un tempo di esecuzione predefinito (unità di tempo in

millisecondi , detta anche time slice), esaurito il tempo di esecuzione lo stato del

processo viene impostato in modalità wait o suspended e il controllo passa al

processo successivo (context switching) che viene eseguito per un’altra unità di

tempo; genera il segnale di interrupt gestito via CPU.

TIME SHARING

Ovvero multitasking. Lavora senza prelazione (cooperative).. i programmi cedono il

cntrollo al dispatcher finita l’operazione in corso, un programma può non rilasciare

mai le risorse; o lavora con prelazione (preemptive), il controllo dell’esecuzione dei

programmi è demandato allo scheduler o dispatcher.

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DA INTEGRARE CON PRESENTAZIONI HTML

Avvio del computer - Boot

Il processo di “Boot strapping” (booting)

1. All' accensione, il computer carica da una piccola memoria permanente (EPROM) il

BIOS (EFI, CFE, ... FirmWare).

2. Il BIOS (Basic I/O System). Il BIOS contiene i dati (hardware) sulle periferiche e il

nome della periferica (HDD, SSD...) dove è memorizzato il boot loader

3. Dopo aver controllato il funzionamento delle periferiche carica il boot loader nella

RAM

4. Boot loader carica il kernel in memoria Boot loader "scrive" nel Program Counter e



Instruction Register la prima istruzione del kernel da eseguire (indirizzo di memoria) .

5. Il Kernel esamina l'hardware del computer, carica i vari “driver” (software specifici

per gestire le periferiche)

6. A seguire gli altri programmi (GUI) ...

CAPITOLO 4

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RETE DI COMPUTER: insieme di calcolatori autonomi collegati tra di loro tramite una

connessione fisica o radio (wifi) che si scambiano dati tramite protocolli di

comunicazione.

Tipi di rete- infrastruttura, accesso : può essere pubblica o privata. Ad accesso aperto

o chiuso.

SCHEDA DI RETE: periferica che consente la connessione alla rete. Necessaria per

collegare un calcolatore/dispositivo elettronico alla rete. Dotata di un indirizzo MAC

ovvero media access control, univoco e globale. È economica.

Caratteristiche della connessione :

2. Capacità del canale: larghezza di banda (kilobit megabit al secondo ).

3. Grado di attenuazione del segnale (resistenza alla propagazione del segnale)

4. Prestazioni ( probabilità di errore o rapporto segnale-rumore) rumori e

interferenze.

5. Complessità realizzativa e costo relativo.

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Protocollo (2)

Specifica (contiene regole per):

◦La velocità di trasmissione dei messaggi

◦Come verificare la correttezza dei messaggi ◦Come segnalare la ricezione del

messaggio

◦A chi inoltrare il messaggio (addressing)

◦Quali percorsi seguire (routing)

Commutazione di pacchetto

Ogni messaggio diviso in pacchetti, numerati, dimensione fissa

Ogni pacchetto:

◦ Indirizzo mittente,

◦ Indirizzo destinatario,

◦ Dati (corpo del messaggio),

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◦ Controllo errore,

◦ Numero sequenza

◦ Dimensione dati Ogni pacchetto: inviato separatamente e potenzialmente su

percorso diverso.

I pacchetti non necessariamente arrivano nell'ordine giusto.

Destinatario ricompone sequenza.

Questo protocollo prevede che ogni messaggio trasmesso da un qualsiasi computer

venga inoltrato a tutti i computer sul bus. Ogni computer riceve tutti i messaggi ma

trattiene solo quelli indirizzati a se stesso. Per inviarne uno, aspetta che il bus sia muto

e inizia a trasmettere, continuando a controllare il bus. Se anche un altro computer

incomincia contemporaneamente la trasmissione, entrambi rilevano il conflitto e

s’interrompono per un breve periodo casuale, prima di ricominciare. Questo protocollo

non è compatibile con le reti wireless a stella in cui tutte le macchine comunicano

tramite un AP centrale: una macchina potrebbe non essere in grado di rilevare che le

sue trasmissioni sono in conflitto con quelle di un’altra oppure ancora un’altra causa

potrebbe essere che i segnali delle diverse macchine vengono ostacolati nelle

comunicazione reciproche da oggetti a distanza, questa condizione è nota come

problema del terminale nascosto. Il risultato è che le reti wireless adottano la politica

di cercare di evitare le collisioni anziché rilevarle e tali politiche vengono classificate

come CARRIER SENSE, MULTIPLE ACCESS WITH COLLISION AVOIDANCE ovvero

CSMA/CA.

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UNIONE DI RETI

A volte può essere necessario connettere reti esistenti per formare un sistema di

comunicazione più esteso, per farlo esistono dispositivi diversi, noti come RIPETITORI,

PONTI o COMMUTATORI. Il più semplice è il ripetitore che è poco più di un dispositivo

che passa i segnali avanti e indietro tra i due bus originali senza considerare il loro

significato. Un ponte è simile ad un ripetitore ma più complesso, collega anche esso i

due bus a non trasmette necessariamente tutti i messaggi lungo il collegamento,

considera invece gli indirizzi di destinazione di ciascun messaggio e inoltra il

messaggio solo quando questo è destinato ad un computer sull’altro lato. Un

commutatore è fondamentalmente un ponte con più connessioni, cosa che gli

permette di collegare più bus anzichè solo due; produce quindi una rete costituita da

più bus che si estendono da esso come i raggi di una ruota. Quando le reti sono

collegate tramite uno di questi 3 strumenti si ottiene un’unica grande rete. L’intero

sistema opera allo stesso modo di ciascuna delle reti più piccole. A volte però le reti

possono essere incompatibili. In questi casi vengono connesse in modo da costituire

una rete di reti nota come internet o inter-rete, nella quale le reti originali mantengono

la loro individualità e continuano a funzionare come reti autonome. La connessione tra

più reti per formare un’internet è gestita da dispositivi noti come ROUTER, si tratta di

computer dedicati all’inoltro dei messaggi, è opportuno notare che il compito di un

router è diverso da quello dei ripetitori, ponti o commutatori, nel senso che i router

forniscono collegamenti tra diverse reti ma consentono ad ogni rete di conservare le

sue particolari caratteristiche interne. I router si chiamano così perché il loro scopo è di

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inoltrare i messaggi nella giusta direzione. Il processo di inoltro si basa su un sistema

di indirizzi per cui a tutti i dispositivi di un’internet vengono assegnati indirizzi univoci.

In ciascun router esiste una tabella di instradamento contenente i dati noti al router

sulle direzioni in cui i messaggi devono essere inviati a seconda degli indirizzi di

destinazione. Il punto in cui una rete si collega a un’internet è spesso denominato

GATEWAY perché funge da via di passaggio tra la rete e il mondo esterno, i gateway

possono assumere diverse forme.

In quegli anni è stato molto sostenuto dalla DARPA ovvero da un progetto degli USA

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VEDI SLIDE CSS2-3

HOT SPOT= area coperta da un Access Provider =AP

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PROBLEMA ULTIMO MIGLIO= connessione è realizzata utilizzando tecniche performanti,

tecniche nuove, come via laser. La velocità tra i due server è molto alta, ma quella

dell’utente con il prodotto è lenta. Stanno aggiornando i sistemi che sono vecchiotti.

INDIRIZZI INTRNET

Indirizzo IP (INTERNET PROTOCOL) che identifica in modo univoco un dispositivo

connesso alla rete

Versione 4 IP4 32 bit 4 byte, ogni byte può esprimere 2 alla otto numeri =

 

255 ogni byte può assumere valore tra 0…255

Notazione decimale puntata uso di un punto tra un byte e l’altro. Es.

 

INDIRIZZO IP computer XY= 192.168.200.1 … al primo byte corrisponde il

numero uno, al secondo il 200 e così via.

Però con 32 bit posso avere al più 2 alla 32 indirizzi che fa 4 miliardi e quasi 300

 milioni di indirizzi disponibili, tutti i vari dispositivi come server, pc, tablet,

smartphone, stampanti, droni, elettrodomestici… hanno aumentato il numero di

indirizzi fino al doppio dei 4 miliardi, visto che i primi 4 sono stati esauriti con

l’entrata di nuovi paesi e quindi nuove popolazioni.

Pere compensare la mancanza di indirizzi, nuova tecnica=NAT network address

 translation. NELLE MIE RETI PRIVATE ASSEGNO AI DISPOSITIVI COLLEGATI DEGLI

INDIRIZZI IP CHE SONO VALIDI SOLO ALL’INTERNO DELLA MIA

ORGANIZZAZIONE. Quando poi questi si affacciano su Internet lo fanno

attraverso un unico IP. NELLA MIA RETE PRIVATA IN TEORIA POSSO USARE I 4

MILIARDI DI INDIRIZZI ECCETTO QUELLO CHE USO PER AFFACCIARMI

SULL’INTERNET COMUNE.

INDIRIZZI INTERNET 4

Internet corporation for assigned names and numbers =ICANN. È lo stesso ente che

negli anni 2000 ha deciso di lavorare ad una nuova specie di indirizzo, con la versione

6, visto che stavano finendo gli indirizzi IP. La nuova versione prevede l’aumento del n

di bit= 128 bit raggruppati come 8 gruppi di 4 cifre esadecimali ciascuno. Es.

2001:0db8:0000:0000:0000:0000:1428:57ab

BIANCA TINCOVICI

È stata recepita solo dal 20% delle associazioni. Solo dai primi 3 livelli di Access

Provider, nonostante sia pronta dal 2010, perché bisognerebbe aggiornare tutti gli

scatolotti, software di rete e di sistema e aumentare il traffico sulla rete internet.

DOMAIN NAME SYSTEM (DNS)

Sistema utilizzato per la risoluzione di nomi dei nodi della rete Internet nei

 corrispettivi IP

Es. Unitn 193.205.210.77 ad ogni IP viene assegnato un nome di dominio,

 DOMAIN NAME SYSTEM= sistema utilizzato per il nome dei computer,

 assegnando agli ind, IP un nome che richiami all’amministrazione chi utilizza

quei numeri li. Un IP= un nome di dominio, per farlo è necessario creare tabella

che contenga nomi mnemonici e i vari ind. IP. È un database distribuito per

ovvie ragioni. 4 miliardi di righe distribuito su più server distribuito a livello

globale. È organizzato in modo gerarchico, al primo livello troviamo i TOP LEVEL

DOMAINS, fatto di poche righe, per poche righe, per una det. Area geografica o

che raggruppano i pc per una certa destinazione logica. Es. .it= identifica pc che

lavorano sul territorio italiano. Secondo livello: DOMAIN ovvero nomi che

identificano un soggetto registrato presso un Registar, es. unitn. Terzo:

SUBDOMAIN: nomi che appartengono ad un dominio es. lettere.unitn.it.

LETTERE.UNITN.IT TLD=.it DOMAIN=unitn

SUBDOMAIN=lettere

DOMAIN NAME SYSTEM 3

La cifra più significativa è l’ultima.

 Nome di dominio= composto da una serie di stringhe separate da punti .

 Nel nome di dominio la parte più significativa TLD è l’ultima es. unitn.IT

 Dominio di secondo livello consiste in due darti: es. wikipedia.org

 Ci possono essere livelli successivi come it.wikipedia.org



COPIA SLIDE APPLICAZIONI INTERNET