Reti di calcolatore e Applicazioni
Telematiche - Introduzione
Lezioni di supporto al corso teledidattico
E.Mumolo. DEEI
[email protected]
Cenni di storia delle reti di calcolatori

Anni 60: Collegamenti seriale su linea telefonica

applicazioni bancarie e aziendali
Mainframe
Linea telefonica (analogica)
Terminali
Unica applicazione


Problemi: 1.banda passante 2.collegamenti remoti
La soluzione richiede un aumento della complessità:

dai terminali  ai calcolatori
Cenni di storia delle reti di calcolatori

Spinta decisiva: applicazioni militari





1957 – USSR lancia lo Sputnik I
Stati Uniti colpiti dal successo creano ARPA
(Adv. Res. Project Agency)
Inizia lo sviluppo delle reti di calcolatori
rete: un sistema impiegato per connettere più calcolatori
tramite una singola tecnologia di trasmissione
internet: insieme di reti connesse medianti sistemi che
instradano il traffico tra i calcolatori collegati alle diverse
reti
Storia delle reti di calcolatori



1962 MIT: Leonard Kleinrock
pubblica il primo articolo sulla
teoria packet-switching (idea
nuova)
1965 – primo “wide area
network” Collegamento tra
Berkeley e MIT
1967 – pubblicazione di progetti
per ARPANET
Storia delle reti di calcolatori






1969 – Interface Message Processor (IMP) – 4
computers (UCLA, SRI, UCSB and UTAH)
1971 – 23 host computers -15 nodi
1972 – ARPANET usata da utenti ‘pubblici’
Primo programma di comunicazione personale: email
1973: 75% del traffico ARPANET è email
1973 - University College of London connesso a
ARPAnet attraverso un collegamento con la Norvegia
(satellite)
Storia delle reti di calcolatori

ARPAnet non era la sola rete




SATNET su satellite
Ethernet: reti locali
La vecchia ARPAnet non era adeguata a questo
scenario
1974 – TCP/IP (Transmission Control Prot./Internetwork
Protocol)




Ogni rete lavoro in modo autonomo
Un gateway all’interno di ogni rete (grandi computer capaci di
rasmettere e indirizzare grandi quantità di dati)
Pacchetti instradati lungo il percorso più veloce
Diversi anni di modifiche e riprogettazione
Storia delle reti di calcolatori

1974/1982 – Si realizzano molte reti:









Telenet – prima versione commerciale di ARPANET
MFENet – ricercatori in Magnetic Fusion Energy
HEPNet – ricercatori in High Energy Physics
SPAN – ricercatori dello spazio
Usenet – sistema aperto su e-mail e newsgroups
Bitnet – universitari che usano computer IBM
CSNet – Computer Scientists in universities, industry and
government
Eunet – versione Europea della rete Unix
EARN – versione Europea di Bitnet
Storia delle reti di calcolatori

1974/1982 Situazione caotica




Il sistema si espande



Tante reti diverse
Tecniche e protocolli diversi coesistono
ARPAnet rappresenta backbone
Miglioramento prestazioni computer (memoria e velocità)
Aumento velocità di trasmissione (fibra ottica)
TCP/IP:




Standard : 1978-1981
Incluso in Berkeley UNIX nel 1981.
Gennaio 1983:
ARPAnet passa a TCP/IP
Storia delle reti di calcolatori

NSFNet (rete ricerca negli Stati Uniti)

Aumento nell’uso di Internet





1984 – 1,000 utenti
…
1990 – 300,000 utenti
1991: NSFNet permette l’accesso a privati (inizia lo sviluppo di
Internet providers privati)
1994: nasce Hotmail (primo provider di posta elettronica)
World Wide Web (1993...)

ricerca fra pagine con collegamenti ipertestuali

Altavista motore di ricerca per il WWW (Dec1995)
Peer-to-peer (2000...).

File sharing
Scopi delle reti di calcolatori

Obiettivi principali dei collegamenti tra calcolatori




Condividere informazione a diverse distanze
Condividere risorse hardware a diverse distanze
Condividere risorse software a diverse distanze
Altri obiettivi




Affidabilità della comunicazione nei confronti dei guasti
Aumentare la velocità di trasmissione
Basso costo
Consentire una facile espansione in distanza e numero di
stazioni
Classificazione delle reti


Secondo la Tecnologia trasmissiva impiegata
Secondo la Scala dimensionale






 ordine di 1 m
 ordine di 10 – 1000 m
 ordine di 10 Km
 ordine di 100 – 1000 Km
 ordine di 10000 Km
Reti personali (PAN)
Reti locali (LAN)
Reti metropolitane (MAN)
Reti geografiche (WAN)
Internet
Struttura gerarchica:
WAN
MAN
LAN
LAN
MAN
LAN
LAN
Classificazione delle reti

Scala dimensionale geografica-planetaria
Rete geografica: una sottorete che
collega diverse LAN e MAN
mediante sistemi di commutazione
(Router)
Internet: connessione tra reti geografiche
diverse mediante Gateway
Classificazione delle reti

Secondo la Modalità di trasferimento dati




in una sola direzione (simplex connection)
in due direzioni ma non ontemporaneamente (half-duplex
connection)
in due direzioni contemporaneamente (full-duplex connection)
Secondo il tipo di servizi

Orientati alla connessione (connection-oriented)




si stabilisce una connessione
si scambiano informazioni
si rilascia la connessione
Non orientati alla connessione (connection-less)




I dati viaggiano in modo indipendente
Non è detto che arrivino a destinazione
L’ordine di invio non è rispettato in ricezione
Ogni messaggio riporta l’indirizzo di destinazione
Ancora sulla Tipologia di servizio


Orientata alla connessione affidabile. Esempio FTP
Non orientata alla connessione affidabile


Orientata alla connessione non affidabile:


es. nelle trasmissioni di voce e video sono accettate perdite di dati
Non orientata alla connessione non affidabile


(acknowledged datagram service): si invia un breve messaggio e si
vuole essere assolutamente sicuri che sia arrivato
(datagram service): es. distribuzione di posta elettronica
pubblicitaria,
Richiesta/risposta: Es. interrogazione di una base di dati
Datagramma di richiesta  messaggio di risposta (ack)
Classificazione delle reti

Secondo il tipo di Comunicazione Dati

Commutazione di circuito. Esempio: reti telefoniche




Prima di trasmettere dati è necessario stabilire una connessione:
creazione di un canale tra chiamante e chiamato (circuito)
Il canale è usato esclusivamente da chi ha attivato la connessione
I commutatori sul percorso tra mittente e destinatario mantengono lo
stato della connessione per tutta la durata della comunicazione
Commutazione di pacchetto. Esempio: Internet

il mittente spezza i messaggi in piccoli pacchetti. Ogni pacchetto
viaggia alla massima velocità consentita dal canale fisico.
Problemi:

Dovuti ai buffer di trasmissione/ricezione: Ritardo – Congestione – Perdita
di pacchetti
 Dovuti al modo di trasmissione: ordina casuale di pacchetti
Vantaggi: efficienza (correzione d’errore, uso della banda)


Classificazione delle reti

Secondo la tecnologia trasmissiva

Broadcast




Punto a punto



Le reti broadcast sono dotate di un unico "canale" di comunicazione che è
condiviso da tutti gli elaboratori.
Il pacchetto trasmesso contiene l’indirizzo del destinatario
Indirizzo di broadcast : il pacchetto viene diretto a tutti
Connessioni fra coppie di elaboratori.
I pacchetti non passano tra tutti i calcolatori ma attraverso sistemi intermedi
Wireless
Classificazione delle reti

Secondo la Topologia della rete. La Topologia determina:





Dimensione e forma della rete
Numero massimo di stazioni collegabili
Numero di linee e lunghezza del cavo
In definitiva: determina costi-affidabilità-espandibilità-complessità
della rete
Topologia a stella

Modalità punto-punto:
Vantaggi:
Prestazioni (assenza di contesa)
Semplicità del protocollo
Facilità di controllo
Svantaggi:
Possibilità di sovraccarico nodo centrale
Affidabilità dipende dal nodo centrale
Lunghezza dei cavi
Classificazione delle reti-topologia

Topologia ad anello



Collegamento delle stazioni in una configurazione circolare
Collegamento punto-punto
Vantaggi:





Svantaggi:




Possibilità di coprire elevate distanze (ogni stazione rigenera il segnale)
Ideale per le fibre ottiche
Semplicità
Alto carico
Limitata flessibilità
Scarsa affidabilità
Aggiunta di una reteinterruzione della rete
Normalmente si usa la tecnica degli anelli controrotanti

Svantaggio: raddoppio della lunghezza dei cavi
Classificazione delle reti-topologia

Topologia a maglia (completamente connessa e non)

Pregi


Affidabilità delle trasmissioni
Difetti

Ridondanza
Classificazione delle reti-topologia

Topologia ad albero

Realizzata con dispositivi di interconnessione (tipicamente HUB)



Vantaggio: espandibilità
Svantaggi: lunghezza cavi- affidabilità
Topologia a bus

Pregi



un guasto ad un host non interrompe la trasmiss.
Semplice, economico, estendibile
Difetti


ogni computer può intercettare le comunicazioni altrui
Diminuzione delle prestazioni per elevato traffico
Topologia logica-fisica



La topologia fisica descrive la dislocazione spaziale
La topologia logica descrive come avviene il flusso di
dati attraverso una determinata dislocazione spaziale
Topologia ad anello: richiede particolari cure per
aumentare l’affidabilità



Fisicamente a stella
ma logicamente ad anello
Fisicamente ad albero
ma logicamente ad anello
Fisicamente a bus ma
logicamente ad anello
Enti per la Standardizzazione










American National Standard Institute (ANSI) - privato
International Electromechanical Commission (IEC) - privato
International Telecommunications Union (ITU) - pubblico
Electronic Industries Association (EIA) - privato
Telecommunications Industry association (TIA) - privato
Internet Engineering Task Force (IETF) - privato
Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) - privato
International Organization for Standardization (ISO) - pubblico
National Institute for Standards and Technology (NIST) –
pubblico
PPTT - pubblico
Struttura del software di rete

Organizzazione a livelli



Ogni livello si occupa di particolari compiti
Fornisce servizi ai livelli superiori
Protocolli di livello n
messaggio
filosofo
Informazione
per il
traduttore
traduttore
Informazione
per la
segretaria
segretaria
Header, Trailer e frammentazione
Aggiunta header
Frammentazione
Relazione servizi-protocollo

L'insieme dei livelli e dei relativi protocolli è detto
architettura di rete
Servizio fornito dal livello k
Protocollo
Interfacce





L’accesso ai servizi di un livello è realizzato attraverso i SAP
(Service Access Point)
Ogni SAP ha un indirizzo attraverso il quale è possibile individuarlo
L’informazione passata attraverso i livelli: Protocol Data Unit (PDU).
Per uno specifico livello n è detta n-PDU
Quando una n-PDU entra in un livello è detta SDU (Service Data
Unit)
Ad essa viene aggiunta una PCI (Protocol Control Information) e
diventa una (n-1)-PDU da passare al livello n-2
Interfacce
Livello N+1
IDU=Service Data Unit
dati oggetto del servizio
PCI=Protocol Control Information
aggiunta del protocollo
IDU
PCI
SDU
ICI
Livello N
PDU=Protocol Data Unit
PDU
ICI=Interface Control Information
parametri di controllo
inerenti alla richiesta
di servizio
IDU=Interface Data Unit
dati passati
ICI
IDU
PCI
SDU
ICI
Livello N -1
Il modello di riferimento OSI
Il modello OSI vs. il modello TCP/IP
Non presenti
nelmodello
modello
nel
Esempio della architettura di Internet
Utente
Ethernet

Architettura originale
Ethernet Ethernet.
Architecture
of thedi original
Overview del livello fisico

Compito di questo livello è quello di consentire la
trasmissione di sequenze di bit su un canale di
comunicazione (mezzo di trasmissione)
Overview del livello data link

Compito di questo livello è quello di far apparire, al livello superiore,
il mezzo trasmissivo come una linea di trasmissione esente da errori
di trasmissione. Aspetti importanti:






framing: aggiunta di delimitatori alla sequenza grezza di bit
scelta dei delimitatori
gestione di errori di trasmissione
controllo di flusso
controllo dell’accesso al mezzo di trasmissione condiviso
indirizzamento fisico
Overview del livello di rete

Compito di questo livello è garantire il corretto ed ottimale
funzionamento della sottorete di comunicazione. Aspetti importanti:




Instradamento per ogni pacchetto
Gestione della congestione
Indirizzamento logico
Conversione dei dati nel passaggio fra una rete ed un'altra con diverse
caratteristiche
:
Overview del livello trasporto

Compito di questo livello è quello di suddividere i dati provenienti dal
livello superiore in pacchetti (segmenti) e trasmetterli in modo
efficiente usando il livello rete ed isolando da questo i livelli
superiori. Aspetti importanti:




segmentazione e riassemblaggio
creazione di connessioni di livello rete
controllo del flusso end-to-end
gestione degli errori
Overview del livello sessione


Ha il compito di permettere il dialogo tra programmi
applicativi in esecuzione su computer diversi attraverso
la creazione di una sessione controllo del dialogo.
Aspetti importanti:




Instaurazione della connessione con la peer entity
Interruzione del dialogo e ripresa da un particolare punto di
sincronizzazione
Abbattimento della connessione e determinazione del tipo di
scambio (half o full duplex)
Determinazione di punti di sincronizzazione all’interno del flusso
dei dati
Overview del livello presentazione


Consente lo scambio dei dati tra macchine diverse in
modo intelligibile attraverso la definizione di un formato
comune di rappresentazione dei dati.
Aspetti importanti:



Traduzione
Cifratura
Compressione
Overview del livello applicazione


Fornisce un insieme di protocolli che operano a stretto contatto con
le applicazioni
Applicazioni comuni:





Trasferimento di file
Terminale virtuale
Scambio di messaggi di posta elettronica
Gestione remota dei processi
Recupero di informazioni multimediali
Interconnessione di reti