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LE RETI DI COMPUTER

informatica



LE RETI DI COMPUTER


Il termine Telematica indica il settore applicativo dell'informatica in rete ed evidenzia l'integrazione tra tecnologie informatiche e le tecnologie delle telecomunicazioni. Il progetto e la realizzazione di un moderno sistema di elaborazione si basano sul concetto di rete.

Una RETE è un insieme di sistemi per l'elaborazione delle informazioni messi in comunicazioni fra loro.

Le reti di calcolatori sono nate nel 1960 come mezzo con cui collegare terminali periferici ad elaboratori centrali detti MAINFRAME;

Soltanto con la comparsa dell'informatica individuale hanno assunto un ruolo insostituibile. Infatti, un insieme di computer non può da solo rimpiazzare un mainframe, in quanto questo è anche il sistema del quale gli utenti condividono le informazioni e le risorse hardware e software. Con il tempo si è passati dal modello Mainframe-Terminali, in cui la poten 414e45e za di calcolo è concentrata in un unico grande elaboratore a cui si accede per mezzo di un certo numero di terminali, a quello attuale in cui vi è un grande numero di elaboratori autonomi e interconnessi:

AUTONOMI, significa che non deve esserci fra essi una relazione tipo Master/Slave;



INTERCONNESSI, significa che devono essere capaci di scambiare informazioni.

Un sistema di calcolo così organizzato è detto Rete di elaboratori. Si è passati da sistemi di elaborazione delle informazioni aventi la caratteristica di essere concentrati, cioè strutture hardware composte da una singola CPU alla quale venivano connessi più terminali, alle stazioni di lavoro connesse tra loro e dotate di capacità elaborativi propria, cioè a sistemi distribuiti.

L'interconnessione fra sistemi coinvolge aspetti di tipo:

ELETTRONICI, per stabilire attraverso i quali elementi si possono collegare due o più sistemi;

INFORMATICI, per disporre di un sistema operativo in grado di supportare questa struttura hardware;

TELEMATICI, per tenere conto delle caratteristiche di strumenti di comunicazione normalmente riservati alla comunicazione verbale ed utilizzati anche per l'interconnessione tra sistemi.


I SERVIZI PER GLI UTENTI E PER LE AZIENDE


Gli utenti delle reti non hanno la necessità di condividere il processore e la memoria centrale; le esigenze importanti diventano:

Condividere il software;

Consultare archivi comuni;

Comunicare dati fra i sistemi.


La connessione dei sistemi in rete presenta vantaggi che si sono rivelati importanti per le aziende:

Condivisione delle risorse;

Un migliore rapporto Prestazioni/costo;

Estensione semplificata e graduale dei sistemi hardware;

Maggiore affidabilità del sistema, con l'uso di componenti tolleranti rispetto ai guasti (FAULT TOLERANCE).


IL MODELLO CLIENT/SERVER


Alla fine degli anni 70, il vecchio paradigma incentrato sul mainframe e sul concetto di elaborazione time-sharing lasciò il posto al nuovo approccio che si avvale del paradigma client/server, modulare e basato sui messaggi. L'elaborazione client/server viene realizzata per mezzo di un programma che richiede certi servizi a un programma server. Le reti di computer si basano sul modello client/server. In questo modello la comunicazione ha la forma di un messaggio a un servente da parte di un cliente, che chiede di eseguire un certo lavoro. Il servente esegue il lavoro e restituisce la risposta.

Con il termine Messaggio si intende un insieme di caratteri e dei dati che devono essere trasferiti da un sistema ad un altro; un messaggio è quindi un insieme di informazioni organizzate in modo da costituire un'entità completa che può essere trasmessa fra due sistemi di rete. In una rete di elaboratori si trovano:

Sistemi per l'elaborazione di dati aventi potenza differente;

Una rete di comunicazione.

I sistemi di elaborazione dei dati sono:

HOST, cioè un calcolatore o comunque un complesso sistema di elaborazione dei dati destinato a essere centro di distribuzione di informazioni per gli utenti della rete;

CLIENT, cioè un sistema connesso in rete finalizzato ad usufruire dei servizi di rete in genere messi a disposizione dagli Host.

In una rete locale troviamo un computer destinato ad essere host dove risiedono le principali risorse software da condividere con i vari client della rete.


LA TECNOLOGIA DI TRASMISSIONE


L'aspetto più significativo in una rete è rappresentato dalla struttura e dalla tipologia dei collegamenti fra i sistemi che sono inseriti in essa.

L'elemento portante della rete è la struttura della sottorete di comunicazione, ovvero l'insieme di interconnessioni che realizza la topologia della rete.

Con il termine Topologia si fa riferimento alla disposizione degli oggetti fisici nello spazio.

Uno degli aspetti rilevanti per lo studio delle reti è la tecnologia di trasmissione.

La tecnologia di trasmissione può essere:

Punto-multipunto (Broadcast);

Punto-punto (Point to point).

Nelle reti con la tecnologia Broadcast vi è un unico canale trasmissivo condiviso da tutte le stazioni, così che il messaggio spedito da una stazione viene ricevuto da tutte le altre.

Le reti Point to point sono al contrario formate da coppie di computer che dialogano tra loro, per cui un pacchetto può essere rimbalzato tra più coppie di nodi prima di giungere a destinazione.


CLASSIFICAZIONE DELLE RETI PER ESTENSIONE


Un altro aspetto per lo studio delle reti è rappresentato dalla distanza che separa i calcolatori in rete. L'estensione di una rete è oggi determinata solamente dalle esigenze dell'azienda. Le reti possono essere:

Reti locali LAN (Local Area Network), queste reti coprono un'area corrispondente a dimensioni varianti tra quelle di un ufficio e quelle di una struttura aziendale composta da più uffici. Sono utilizzate soprattutto per consentire ad un gruppo di utenti di condividere i dati o i programmi software utili ad un certo tipo di attività aziendale. La LAN permette anche di condividere dispositivi hardware. Le ridotte dimensioni consentono una notevole velocità nella trasmissione e ricezione dei dati, nonché una semplificazione delle procedure, per garantire i necessari livelli di sicurezza nella gestione dei dati.

Reti metropolitane MAN (Metropolitan Area Network), sono estensioni delle reti locali in ambito urbano. All'interno di una città, le PTT dispongono spesso di dorsali in fibra ottica, veloci ed affidabili. La tecnologia attuale si spinge verso lo sviluppo delle reti WAN, e di conseguenza le reti metropolitane non vengono distinte da queste ultime.

Reti geografiche WAN (Wide Area Network), queste reti hanno dimensioni estese. Presenta un limite fisico alla velocità di funzionamento, perché si utilizza prevalentemente l'infrastruttura esistente, cioè quella realizzata per fornire il servizio telefonico. Le reti WAN hanno inoltre la necessità di realizzare particolari strutture per il controllo verso l'accesso non autorizzato a particolari dati.


TOPOLOGIE DI RETE


Con il termine Topologia si fa riferimento alla disposizione degli oggetti fisici nello spazio. Definire la topologia di una rete significa progettare nei particolari la configurazione e l'ubicazione dei componenti della rete stessa, e quindi definire sia la posizione di tutti i Nodi che fanno parte, sia tutti i collegamenti fisici da realizzare per connettere i nodi. Due nodi della rete possono essere messi in comunicazione in due modi differenti:

Con una CONNESSIONE FISICA, quando fra i due nodi è presente un canale fisico che li collega in modo diretto;

Con una CONNESSIONE LOGICA, che sfrutta più di una connessione fisica, quando la rete assume le dimensioni di una WAN e quindi è possibile pensare ad un collegamento fisico per ogni coppia di nodi.

La combinazione fra collegamenti fisici e logici, implementati in una rete di comunicazione, definisce la topologia della rete.

I parametri più importanti da tenere in considerazione nello studio della topologia di rete sono:

Il numero dei nodi;

Il numero dei canali trasmessivi;

La ridondanza.

Il concetto di ridondanza è legato alla tolleranza dei guasti (FAULT TOLERANCE) che è tanto maggiore quanto più canali disponibili ci sono.

Le configurazioni standard che vengono utilizzate per la realizzazione delle reti sono:

Reti a stella, in questo tipo di rete il numero dei canali è uguali al numero dei nodi meno uno. La fault tolerance è inesistente, nel caso in cui un canale si guasti, la funzionalità della rete viene compromessa. Al centro della stella si trova un Hub. Con il termine Hub si identifica in una struttura di rete locale, un'apparecchiatura fisica che assolve alle funzioni di collettore e di concentratore dei cavi provenienti dai vari sistemi connessi in rete. Il centro stella può essere passivo come nel caso dell'Hub o attivo e in questo caso costituisce il centro nevralgico dell'intero sistema.

Reti ad anello, il numero dei canali è uguale al numero dei nodi. La fault tolerance è inesistente nel caso in cui un canale si guasti la rete non funziona più. Questa topologia è basata su una linea chiusa alla quale possono connettersi tutti i nodi della rete: ogni nodo deve far scorrere lungo la struttura ad anello così realizzata le proprie informazioni; e visto che il canale è condiviso, per riconoscere un destinatario da un altro è importante definire per ogni nodo un indirizzo.

Reti a bus, sono le più utilizzate per LAN di tipo Ethernet. Non hanno tolleranza ai guasti e qualunque interruzione comporta l'esclusione di una parte della rete. Sono le più diffuse perché sono semplici da realizzare e sono poco costose. Dal punto di vista logico sono reti di tipo broadcast, in quanto il messaggio trasmesso da un nodo viene ricevuto da tutti gli altri nodi. Non ha fault tolerance e in caso di guasto risulta difficile individuare il tratto guasto del cablaggio che ha causato il malfunzionamento.

Reti ad albero, è la topologia magliata con il minor numero di canali. Nella rete ad albero la tolleranza ai guasti è inesistente e quindi si preferisce una rete magliata con un maggior numero di connessioni.


LE TECNICHE DI COMMUTAZIONE


Per mettere in comunicazione due utenti esistono due tecniche:

La COMMUTAZIONE DI CIRCUITO, che crea un vero collegamento fisico tra i due utenti; comporta in media un basso utilizzo del canale trasmissivo, risultando occupato da una comunicazione anche quando i due interlocutori non parlano. L'utilizzo della commutazione di circuito prevede l'utilizzo di 3 fasi:

Attivazione del circuito, in cui si stabilisce la connessione fisica tra l'unità chiamante e l'unità chiamata;

Utilizzo del canale trasmissivo, è la fase in cui i dati possono essere trasmessi senza necessità di particolari controlli;

Svincolo, è la fase in cui la connessione viene chiusa.

La COMMUTAZIONE DI PACCHETTO, di derivazione informatica, è l'alternativa alla commutazione di circuito, basata su sistemi digitali sia per l'instradamento che per la trasmissione dei dati. Il pacchetto è costituito da due parti: la parti di dati preceduta da un'altra parte di intestazione (Header).

In una rete geografica esistono due tipi di nodi:

I nodi intermedi, che svolgono la funzione di instradamento, cioè in base all'indirizzo di destinazione del pacchetto decidono su quale canale vada instradato per farlo giungere a destinazione;

I nodi finali, che sono gli elaboratori connessi alla rete. Quando un elaboratore riceve un pacchetto, esamina l'indirizzo di destinazione; se questo coincide con il proprio indirizzo, il pacchetto viene copiato sul computer centrale.

Le reti broadcasting consentono anche l'invio di un pacchetto a tutti gli altri elaboratori, usando un indirizzo speciale che tutti gli elaboratori riconoscono come valido.


ARCHITETTURA DI RETE


Le reti sono organizzate a livelli, ciascuno dei quali fornisce al livello superiore i servizi richiesti, mascherando le modalità con le quali sono ottenuti. Le regole e le convenzioni usate nel dialogo tra i livelli sono conosciute come Protocolli.

Un protocollo è un insieme di regole che standardizzano e governano le operazioni delle unità fondamentali che sovrintendono alla comunicazione. Esistono due sistemi di elaborazione che utilizzano sistema operativo tra loro incompatibili. Si hanno sistemi aperti, che sono quei sistemi che, pur basandosi si sistemi operativi incompatibili, sono capaci di integrare tra di loro in accordo con alcuni standard predefiniti. Il modello standard di riferimento è l'Open System Interconnection, (l'OSI).

Un insieme di livelli e protocolli è chiamato architettura di rete. Tutte le architetture di rete sono costruite a livelli in cui il livello n su Host porta avanti una conversazione con il livello n su di un altro Host. Le regole e le convenzioni che governano la conversazione sono indicate con il termine di Protocollo di livello n. Le entità che effettuano questa conversazione si chiamano Peer Entity. Il dialogo fra due peer entity di livello n viene realizzato tramite i servizi offerti dal livello n-1. Fra ogni coppia di livelli adiacenti è definita un'interfaccia, che caratterizza le operazioni primitive che possono essere richieste al livello sottostante. I vantaggi di una buona progettazione delle interfacce sono:

Minimizzazione delle informazioni da trasferire;

Possibilità di modificare l'implementazione del livello con una più attuale, che offra gli stessi servizi.


IL MODELLO ISO/OSI


Il modello di riferimento per le architetture di rete è stato definito dall'ISO con la sigla OSI: si parla di modello ISO/OSI, cioè modello per l'interconnessione dei sistemi aperti. È stato creato al fine di produrre uno standard a livello mondiale per guidare sia l'attività di progettazione delle reti di comunicazione che l'attività di programmazione delle applicazioni di rete. Per gestire le complessità dei problemi, l'OSI ha adottato un approccio a livelli: l'intero problema della comunicazione tra due applicazioni è stato scomposto in un insieme di sette livelli, ciascuno dei quali esegue funzioni specifiche.


I LIVELLI DEL MODELLO ISO/OSI


Il modello ISO/OSI è basato su sette livelli: ogni livello può comunicare solo con il livello inferiore e fornisce servizi solo a quello superiore. Questi livelli sono:

LIVELLO FISICO, a cui spetta la definizione delle funzioni basilari dalla connessione fisica della struttura elettronica agli aspetti tecnici delle interconnessioni, fino a definire come instaurare la connessione. Questo è il livello che gestisce le caratteristiche hardware. L'unità di scambio è il bit, la cifra binaria che costituisce l'unità di base per il trasferimento di informazioni.

LIVELLO DATA LINK, che riguarda le reti locali ed ha funzionalità vaste ed importanti. Il compito principale è quello di rendere seriali le informazioni che all'interno dell'elaboratore sono trasportate in parallelo. Il secondo compito è quello di strutturare il messaggio sotto forma di pacchetti. Il terzo compito è quello di verificare la correttezza formale dei dati, quando il pacchetto giunge a destinazione.

LIVELLO DI RETE, controlla il funzionamento della sottorete di comunicazione (linee e router); in particolare si occupa della ricerca di un percorso nella sottorete.

LIVELLO DI TRASPORTO, il suo scopo è far in modo che i dati inviati dal mittente arrivino a destinazione senza errori, come se attraversassero una linea diretta tra le due stazioni.

LIVELLO DI SESSIONE, che dovrebbe aggiungere servizi avanzati al trasporto dei dati.

LIVELLO DI PRESENTAZIONE, diversamente dagli altri livelli che gestiscono solo una sequenza di bit, questo livello fa riferimento alla sintassi e alla semantica delle informazioni trasmesse.

LIVELLO DI APPLICAZIONI, contiene molti protocolli che offrono servizi ai clienti.


IL LIVELLO FISICO


Il livello fisico si occupa della trasmissione di un flusso di bit lungo un mezzo trasmissivo (in forma elettrica o ottica, o anche wireless). Il flusso di bit trasmesso sul mezzo trasmissivo avviene un bit alla volta, cioè in modo Seriale; la trasmissione si dice invece Parallela quando i bit che compongono un byte vengono trasmessi contemporaneamente. La trasmissione Seriale può avvenire in modo Asincrono e Sincrono.

Nella trasmissione Asincrona ogni carattere trasmesso viene preceduto e seguito da segnali che indicano l'inizio e la fine del carattere. Tali caratteri vengono detti segnali di Start e Stop.

Nella trasmissione Sincrona i caratteri da inviare vengono raggruppati in Frame (messaggi). Ogni frame viene fatto precedere da caratteri di sincronizzazione che fanno si che la stazione ricevente si sincronizzi alla stessa velocità della stazione trasmittente.


LA CODIFICA DEL SEGNALE


L'informazione all'interno del computer è strutturata in byte, cioè sequenze di bit corrispondenti alla codifica dei caratteri. Sui canali fisici il trasferimento di informazioni viene realizzato tramite variazioni di una grandezza fisica.

Le informazioni sono inoltrate sul canale trasmissivo attraverso segnali che sono classificabili in due tipologie:

Analogici, cioè segnali per i quali ogni singolo valore, che può assumere la grandezza fisica che si trasmette, ha un significato di informazione;

Digitali, cioè segnali per i quali hanno significato solo due valori di informazione codificati normalmente con 1/0.





















































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