Reti di calcolatori
Evoluzione dei calcolatori
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I calcolatori hanno subito nel corso degli anni un’evoluzione dei modelli costruttivi, dal
mainframe alla rete, che ha influito anche sulle modalità di utilizzo
Modello mainframe – terminali: la potenza di calcolo è concentrata in un unico grande
elaboratore a cui si accede per mezzo di un certo numero di terminali; i computer sono isolati
l’uno dall’altro e si può accedere solo in maniera diretta. I computer sono fisicamente
concentrati in locali protetti; la diffusione della possibilità di utilizzo sui posti di lavoro è
limitata mentre la possibilità di utilizzo domestica è praticamente inesistente.
Rete di elaboratori (computer network): un grande numero di elaboratori autonomi
interconnessi fra di loro cioè capaci di scambiare informazioni ed essere fruibili anche a
distanza (sfruttando un opportuno mezzo fisico). Nel modello di rete la diffusione è massima,
l’utilizzo di un computer è possibile sia come risorsa autonoma che come risorsa integrata in
una rete più generale. La possibilità di utilizzo domestica è praticamente uguale a quella
lavorativa.
Vantaggi delle architetture di rete
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Per le organizzazioni:
– condivisione delle risorse: si rendono disponibili a chiunque programmi e informazioni anche
distanti migliaia di km;
– affidabilità: in rete si possono mettere sorgenti alternative delle risorse (ad es. duplicando le
applicazioni e i dati su più computer).
– diminuzione dei costi: una rete di personal computer costa molto meno di un mainframe.
– scalabilità: si possono aumentare le prestazioni del sistema aumentando il numero di elaboratori
(entro certi limiti);
– nella rete esistono alcuni elaboratori (server) destinati a funzioni di controllo o fornitori di
servizi;
Per i singoli individui: (di solito da casa propria tramite "fornitori di accesso o provider"):
accesso ad informazioni remote, ad es.:
» servizi bancari;
» acquisti;
» navigazione sul World Wide Web;
– comunicazioni fra persone:
» posta elettronica;
» videoconferenza;
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Reti
I computer differiscono tra di loro per diverse componenti: sistema operativo, cpu, porte i/o…
Perché siano interconnettibili devono rispettare delle specifiche comuni definite come modello OSI
(Open System Interconnect).
Il modello è articolato su 7 livelli
Applicazione
Telnet, FTP,
Posta POP3, SMTP, SNMP
Presentazione
Sessione
Trasporto
Rete
http
NFS, SQL,
TCP UDP IPX Net BEUI
Frame+indirizzo
IP, IPX, ICMP, DHCP
Router
Frame slip,ppp, cscma/cd
Bridge e switch
Mezzi trasmissivi
Topologie: lineare, anello
Protocolli: Ethernet, Token Ring, FDDI, ATM
Data link
Fisico
Modello OSI: livello fisico
Questo livello descrive le specifiche della componentistica base per realizzare collegamenti di rete tra
computer relativamente agli aspetti di compatibilità meccanica (cavi e connettori), elettrica e di
comunicazione base, pertanto si occupa di:
• Mezzi trasmissivi – cavi in rame e in fibra ottica
• Accessori – schede di rete
• Topologie di rete
• Protocolli del livello fisico
• Apparati di rete
Il cablaggio di un edificio prende il nome di cablaggio strutturato quando è realizzato con un impianto
omogeneo che comprende prese di rete fisse, distribuzione di piano, armadi di distribuzione, dorsali di
collegamento tra i vari piani e tra i vari edifici. Negli armadi sono presenti sia dispositivi
passivi,(permutatori) che permettono di attivare o disattivare le singole prese e realizzare diverse
combinazioni di collegamento senza intervenire sulle singole tratte, sia apparati attivi (hub, switch,
router) che servono a gestire ed indirizzare il traffico di rete
Cablaggio strutturato
Cablaggio
di piano in
rame
Edificio 1
Edificio 2
Presa di
rete
Cavo
di rete
Scheda
di rete
Armadio di
piano
Dorsale in
fibra ottica
Mezzi trasmissivi
Il mezzo più diffuso per la distribuzione orizzontale (piano) è il cavo in rame: si caratterizza per
tipologia e per categoria:
– Cavi in rame, doppino intrecciato
• consiste di una coppia di conduttori in rame intrecciati l'
uno con l'
altro in forma elicoidale. Ciò fa si
che si minimizzino le interferenze fra coppie adiacenti (due fili paralleli costituiscono un'
antenna e
possono quindi ricevere interferenze elettromagnetiche; se sono intrecciati non lo sono più).
• categoria 3: due fili isolati, leggermente attorcigliati. Quattro coppie contenute in una guaina di
plastica. Comune nei cablaggi telefonici interni agli edifici;
• categoria 5 (dal 1988): simile alla categoria 3, ma con un più fitto avvolgimento (più giri per
centimetro) e con isolamento in teflon. Migliore qualità del segnale sulle lunghe distanze, adatto a
collegamenti in alta velocità in ambito LAN .
• categoria 6 (dal 2003) come la 5 ha cavi a 4 coppie e permette collegamenti fino a 100 metri; ha una
banda di 200 Mhz, doppia rispetto alla cat 5.
• i cavi possono essere di tipo UTP (Unshielded Twisted Pair- doppino intrecciato non schermato) o
STP (Shielded Twisted Pair- doppino intrecciato schermato). Il secondo viene usato come ulteriore
misura di protezione in ambienti in cui possono esserci interferenze particolarmente forti.
• Tali cavi si intestano a connettori RJ 45 per i dati e RJ 11 per i telefoni
– cavi in rame, cavo coassiale
• L’utilizzo di questa tipologia è ormai obsoleta; offre un miglior isolamento rispetto al doppino e
quindi consente velocità di trasmissione maggiori su distanze superiori.
E costituito da un conduttore centrale in rame circondato da uno strato isolante all'
esterno del quale
vi è una calza metallica.
• Si connette tramite connettori BNC
– fibre ottiche: si usano essenzialmente per le dorsali tra i piani e gli edifici, ma possono comparire
anche a livello di presa utente in ambienti in cui servono particolari prestazioni di banda
• Le fibre ottiche sono di due tipi
• multimodali: raggi di luce diversi possono colpire la superficie con differenti angoli (detti mode),
proseguendo quindi con diversi cammini. Il diametro del core è di 50 micron, come quello di un
capello;
• monomodali: sono così sottili (il diametro del core è 8-10 micron) che si comportano come una
guida d'
onda: un unico raggio di luce avanza in modo rettilineo, senza rimbalzare. Sono più costose
ma reggono distanze più lunghe (fino a 30 km).
Topologie di rete
Per i collegamenti in rete sono state definite diverse topologie implicanti anche scelte tecnologiche
differenti; le principali sono:
Anello - I messaggi passano da un nodo al successivo fino a quando viene raggiunto il destinatario. La
non disponibilità di un nodo interrompe la trasmissione.
Stella - I nodi sono tutti collegati a un nodo centrale che smista i messaggi al nodo destinazione. I
messaggi attraversano solo il nodo centrale che diventa critico per l’intero sistema.
Bus lineare - I messaggi vengono inviati sulla rete in maniera indistinta, tutti i computer ascoltano,
solo il computer destinatario del messaggio attiva la comunicazione. Sulla rete viaggia tutto il traffico.
Una postazione può scollegarsi dalla rete senza influire sulle altre
Velocità o banda
La velocità di trasmissione dei dati in una rete si misura in migliaia (K), milioni (M) o miliardi (G) di
bit trasmessi al secondo
Velocità tipiche sono:
Fino a 56 Kbps via modem su linee telefoniche normali
640 Kbps con linee ADSL
10/100 Mbps reti con cablaggi in rame
1 Gbps con cablaggi in fibra
Le reti si possono suddividere anche in funzione delle distanze che devono essere coperte.
Si definiscono pertanto reti locali, reti metropolitane e reti geografiche che indicativamente coprono
distanze quali quelle riportate in tabella.
Distanza fra computer
Ambito
Tipo di rete
Tecnologie di cablaggio
10-100 m.
Stanza
Rete locale
Rame Lan
> 100 m.
Edificio
Rete locale
Rame Lan o Fibra
1 km.
Campus
Rete locale
Rame Lan o Fibra
1-10 km.
Città
Rete metropolitana
Rame telefonico o fibra
100 km.
Nazione
Rete geografica
Rame telefonico o fibra
> 100 km
Nazione, continente Internet
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Protocolli del livello fisico
Ethernet: bus lineare, è il più diffuso
Token ring
FDDI
ATM
Rame telefonico o fibra
Definiscono le specifiche relative a cavi, connettori, schede di rete, apparati. Per comunicare all’interno
di una stessa sottorete queste componenti devono essere omogenee tra di loro.
Specifiche Ethernet
Tipo
Collegamento
Connessione
Lunghezza max
10 Base 2
10 Base T
100 Base TX
Fast Ethernet
RG-58 coassiale
STP Cat 3,5
UTP STP Cat 5
BNC
RJ-45
RJ-45
185 mt
100 mt
100 mt
100 Base FX
1000 Base T
1000 Base SX
1000 Base LX
Fibra ottica
UTP STP Cat 5
Fibra ottica
ST o SC
RJ-45
ST o SC
2000 mt
100 mt
550 mt
5 km
Apparati
All’interno degli armadi di piano o di edificio sono posizionati gli apparati di rete, apparecchiature
dedicate alla gestione e all’indirizzamento del traffico di rete. Una presa di rete è attiva se collegata ad
una porta di un apparato.
All’interno della rete le risorse sono individuate da un indirizzo univoco, le informazioni viaggiano in
forma di pacchetti contenuti in “buste” su cui è scritto l’indirizzo del destinatario da raggiungere, gli
apparati riconoscono tali indirizzi ed istradano il traffico in funzione delle regole decise
dall’amministratore di rete. Inoltre segmentano la rete in modo da evitare che il traffico “inutile”
(generato dalle postazioni per farsi riconoscere dalla rete) occupi troppa banda rispetto al traffico
“utile” o per istradare su percorsi alternativi se i percorsi principali sono indisponibili o saturi.
• Hub - è il meno intelligente degli apparati; serve a collegare computer e risorse varie (stampanti,
server) dello stesso segmento di rete; a tutti gli effetti è un ripetitore di segnale che rigenera i segnali
in transito sulla rete superando i limiti delle singole tratte. Possono essere collegati in cascata.
Lavora solo al livello 1(fisico).
• Switch - alla funzione di ripetitore aggiunge le funzioni di distribuzione di tutta la banda su ogni
singola tratta, di filtraggio dei pacchetti, di connessione tra sottoreti. Può riconoscere il tipo di
traffico e intervenire sui persorsi.
• Router - sono dedicati alla interconnessione di reti tra di loro non omogenee, per esempio una lan
verso internet .
Schema di una rete locale
In una rete locale (LAN) si possono sempre individuare:
le postazioni di lavoro connesse (in generale personal computer)
i server
le risorse condivise – stampanti, plotter, unità nastro – sia locali che remote
gli apparati di rete
Riportando il protocollo Ethernet nell’esempio di schema di cablaggio strutturato visto in
precedenza si ha che:
il pc ha una scheda di rete Ethernet a 10 o 100 Mb con connettore RJ45;
le prese sono Ethernet con frutti per connettori RJ45 e componenti cat 5;
il cablaggio è STP cat.5;
il permutatore ha connettori RJ45 in cat. 5;
l’hub o lo switch di piano è un apparato con porte Ethernet a 10 o 100 Mb con una o due
porte in fibra verso la dorsale;
il nodo di edificio può essere uno switch con porte in fibra a Gbps verso gli altri edifici se
tra questi esistono degli indirizzi di rete omogenei o un router se negli edifici ci sono
sottoreti con indirizzi diversi.
Implementazione dei protocolli del livello fisico in una LAN
100BaseTX
Edificio 1
Edificio 2
100 Mbps
10BaseT
10 Mbps
1000BaseLX
1Gbps
Schede di rete
Tutti I PC, per essere collegati in rete, devono essere dotati di schede di rete (NIC network interface
card).
Alcuni PC sono dotati di NIC preinstallate. Nello scegliere una NIC per un PC, considerare quanto
segue:
Il tipo di protocollo di rete usato Ethernet, token ring
La velocità dell'apparato a cui ci si collega - Ethernet (10Mbps) o Fast Ethernet (100Mbps);
esistono apparati dotati di porte a doppia velocità, 10 o 100 Mbps, che riconoscono
automaticamente la velocità della scheda che viene collegata .
Il tipo di connettore conseguente al cablaggio utilizzato –Rj 45 per doppino o BNC per cavo
coassiale;
Il tipo di bus disponibile all'
interno del PC - ISA o PCI.
L’eventuale necessità di assicurare il controllo remoto del pc fino alla possibilità di comandarne
un’accensione a distanza
Reti Geografiche
Per le comunicazioni in rete geografica (all’interno di una città o tra città-regioni-nazioni diverse) si
usano linee di comunicazione esistenti, linee telefoniche o fibre ottiche rese disponibili da gestori che
ne rivendono l’utilizzo.
Modem
Le linee telefoniche trasportano dati analogici pertanto è necessario un dispositivo che trasforma i
segnali da analogici in digitale e viceversa: tale dispositivo è il MODEM (MOdulatore –
DEModulatore)
La massima velocità di un modem è 56Kb/s.
Utilizza le normali linee telefoniche ed è molto usato per collegamenti individuali verso Internet, non
consente la contemporaneità della trasmissione fonia-dati.
In caso di collegamenti multiutente (per esempio una rete locale collegata verso internet su linea
telefonica) il collegamento avviene mediante un router.
ISDN
Integrated Service Data Network è una modalità di trasmissione su rete telefonica con maggiori
prestazioni rispetto al collegamento modem
Viene utilizzata per avere più canali trasmissivi contemporaneamente attivi (fonia, fax, dati)
Un accesso base e'composto da DUE canali digitali "B", ognuno da 64 kbit/s. I due canali B fanno
tutto quello che possono fare DUE linee telefoniche tradizionali con ricerca automatica (cioe'due linee
con lo stesso numero), ovvero possono trasportare telefonate, trasmissioni di fax, modem etc.; inoltre i
due canali B permettono di effettuare trasmissioni digitali a 64kbit/s, oppure un unico collegamento a
128kbit/s.
Gli adattatori ISDN per computer esistono sia in versione esterna che interna ("schede ISDN").
La disponibilità di collegamenti ad alta velocità (ADSL, fibra ottica) anche ad utenze di tipo domestico
ha reso obsoleta la tecnologia ISDN per la trasmissione dati
ADSL
ADSL è l’acronimo di Asymmetric Digital Subscriber Line, letteralmente “linea digitale asimmetrica
per l’abbonato”. E’ una tecnologia che trasforma le normali linee telefoniche (il cosiddetto “doppino”)
in linee digitali ad alta velocità, molto superiore rispetto allo stesso collegamento digitale ISDN.
La definizione di “asimmetrica” è dovuta al fatto che la velocità non è identica in entrambe le direzioni,
ma è molto più elevata in ricezione (dalla Rete verso l’utente) che in trasmissione (dall’utente verso la
Rete): ciò permette una connessione a Internet molto veloce, con prestazioni particolarmente elevate
soprattutto nello scaricamento (download) di informazioni.
Con l’adsl si possono raggiungere attualmente velocità fino a 4 Mbps.
I vantaggi sono:
Utilizzo delle linee telefoniche esistenti
Connessione permanente a Internet: si eliminano i tempi e i costi del collegamento telefonico
Alta velocità: prestazioni molto più elevate sia nella consultazione, sia nello scaricamento
(download) di informazioni
Ampiezza di banda tale da supportare pienamente la multimedialità (file audio/video)
Efficace rapporto qualità/prezzo
Potenziali svantaggi possono sorgere dal fatto che elaborando i segnali con certe frequenze possono
esserci problemi di interferenze per esempio con segnali radio e si ha un più rapido decadimento del
segnale rispetto a quello telefonico per cui serve una frequenza di rigenerazione maggiore.
L’ADSL permette due tipi di applicazioni: la multimedialità e la trasmissione di dati ad alta velocità.
La multimedialità comprende file audio e video come brani musicali, film, filmati televisivi,
videogame, presentazioni. La trasmissione di dati riguarda l’accesso a Internet e la possibilità di
ricevere e inviare dati ad alta velocità.
Modello OSI: livello rete - indirizzo IP
In una rete tutti i dispositivi che devono comunicare devono essere individuabili tramite un indirizzo
Il modello più diffuso di indirizzamento è l’indirizzo IP derivato dal protocollo TCP/IP operante ai
livelli 4 e 3 Trasporto e Rete
L’indirizzo IP utilizza uno schema a 32 bit suddiviso in 4 byte, cioè 4 valori compresi tra 0 e 255
separati da un punto, per esempio
192.168.255.127
La parte a sinistra individua gli indirizzi a disposizione per le reti, la parte a destra quelli per le
apparecchiature.
Classe A
Classe B
Classe C
Classe D
0-127.XXX.XXX.XXX
Reti con grande numero di macchine
128-191.XXX.XXX.XXX
Indirizzamento alto sia di reti che di macchine in genere grandi LAN
192-223.XXX.XXX.XXX
Pochi indirizzi per le macchine x reti di limitate dimensioni
224-255.XXX.XXX.XXX
Multicast
Affinchè le apparecchiature possano comunicare devono essere nella stessa sottorete di indirizzi IP o
appartenere a sottoreti interconnesse da apparati in grado di eseguire commutazione (switch o router).
Gli indirizzi IP vengono usati sia in modo privato all’interno di una organizzazione (lan, wan) sia in
modo pubblico (Internet):
gli indirizzi pubblici sono univoci a livello mondiale e sono rilasciati a pagamento da organismi
internazionali;
gli indirizzi privati sono gestiti al proprio interno dalle singole organizzazioni, non devono
essere duplicati all’interno della stessa Lan.
Indirizzi riservati ad uso privato sono:
• Classe A - da 10.0.0.0 a 10.255.255.255 - 1 rete estendibile fino a 16.777.216 host
• Classe B - da 172.16.0.0 a 172.31.255.255 - 16 reti estendibili fino a 65.535 host ciascuna
• Classe C - da 192.168.0.0 a 192.168.255.255 - 254 reti, estendibili fino a 254 host ciascuna
Una rete privata con i propri indirizzi si collega alla rete pubblica mediante dispositivi opportunamente
configurati che permettono l’accesso alla rete pubblica da parte di postazioni della rete privata ma
bloccano il percorso inverso o lo regolamentano con opportuni sistemi di controllo.
Inoltre se deve essere consentito l’accesso da Internet a server dell’organizzazione privata questi si
configurano in una zona intermedia tra la rete privata e la rete pubblica in modo da poter ulteriormente
proteggere l’accesso al nucleo della rete privata.
Nel collegamento di una rete privata alla rete pubblica tutti gli indirizzi privati vengono tradotti in uno
o pochi indirizzi pubblici sia per motivi di sicurezza sia per risparmiare indirizzi pubblici.
Gli indirizzi privati possono essere assegnati in maniera fissa, generalmente da un amministratore di
rete, o in maniera dinamica da un server (DHCP-Dynamic Host Configuration Protocol) visibile da
tutta la rete. Tale server esegue automaticamente i controlli di unicità, può assegnare indirizzi
nell’ambito di segmenti diversi di rete, libera un indirizzo dopo un periodo di inutilizzo reimpostabile,
etc.
Gli indirizzi IP possono essere associati a nomi mnemonici (pc, utente,server) e tale nome puo’ essere
usato nei comandi al posto dell’indirizzo. Tale associazione è gestita dai server DNS – Domain Name
System che sono usati sia a livello locale nelle Lan sia per risolvere i nomi nella navigazione Internet.
Alcuni comandi di controllo reti si basano anche sui servizi erogati dal server DNS.
comando
ping 172.31.XXX.XXX o ping
pippo
Tracert indirizzo sito
Nslookup nome computer
Funzione
Invia una richiesta di collegamento a un dispositivo (computer,
stampante, apparato) individuato da un indirizzo IP.
Per usare il nome deve essere funzionante un server DNS contenente
l’associazione Nome risorsa (pippo) – indirizzo IP
Risponde indicando i nodi attraversati per raggiungere il sito
destinazione e i tempi impiegati. Serve a diagnosticare eventuali
interruzioni di percorso.
Risponde con l’indirizzo IP associato al computer e il nome e
indirizzo del server DNS che ha risposto
Il comando ping serve per capire se c’è collegamento di rete tra due dispositivi dotati di indirizzo IP.
Eseguito con destinazione il proprio indirizzo serve a testare che il percorso di andata e ritorno dalla
scheda di rete fino alla porta di un apparato funzionante e viceversa sia completo e funzionante.
I pacchetti
Sulla rete le informazioni viaggiano in forma di pacchetti contenenti i dati veri e propri e dati di
controllo quali
Indirizzo stazione trasmittente
Indirizzo stazione di destinazione
La lunghezza
Controlli sull’integrità
Se nella trasmissione intervengono passaggi tra sottoreti o cambi di protocollo queste informazioni
vengono aggiunte al pacchetto in forma di ulteriori imbustamenti.
Configurazioni per il collegamento alla rete
Verificate le modalità di collegamento a livello fisico, il collegamento di un computer alla rete passa
attraverso alcune impostazioni e configurazioni:
-
utilizzo di un indirizzo IP fisso o dinamico – mediante le proprietà delle risorse di rete e del
protocollo IP si imposta la modalità di assegnazione dell’indirizzo IP e si indica il nome del server
DNS da utilizzare;
assegnazione di un nome – mediante le proprietà delle risorse del computer si assegna il nome con
il quale il pc potrà essere riconosciuto dal DNS all’interno del dominio di appartenenza;
attraverso le proprietà di Explorer si indica se l’accesso ad Internet avviene attraverso un server
proxy di cui bisogna fornire l’indirizzo e l’eventuale file di configurazione contenente le regole per
l’accesso ad Internet.