INFORMATICA CdL in Scienze e Tecniche Psicologiche

1. INFORMATICACdL in Scienze e Tecniche Psicologiche Parte IV Le reti informatiche (Come colleghiamo i computer?)‏

2. Reti di computer • Tipi di reti: • Locale: di un’università, azienda, scuola, ecc. • Geografiche: per esempio Internet (la rete delle reti). • Cambiamenti portato da Internet (da Snyder): • Nessun luogo è remoto. • Le persone sono interconnesse. • Le relazioni sociali stanno mutando. • L’inglese sta diventando un linguaggio universale. • La libertà di parola e di associazione si è estesa. Mainframe Server Switching node

3. Reti di computer • Perché collegare i computer nelle reti? • Condivisione risorse: • Risorse fisiche: per esempio non è economico comprare 1 stampante laser per ogni personal. • Dati e programmi: per esempio base di dati a cui molti utenti (da diversi computer) possono accedere. • Sistema di prenotazioni e assegnamento posti di una compagnia aerea, sistema informativo di una banca, ecc. • Comunicazione tra utenti in locazioni fisiche differenti (scambio di messaggi e dati). • Comunicazioni in ambito di ricerca, lavoro cooperativo, possibilità divolgere attività di lavoro a casa (tele-lavoro), ecc.

4. Il modello centralizzato • Anni ’70: modello centralizzato (time-sharing multi-utente). • Il collegamento di molti utenti ad un unico elaboratore potente (centralizzato) attraverso terminali. • Terminale: usato solo per inserire dati e ricevere dati per la visualizzazione (per esempio, con tastiera, schermo, mouse, ma senza capacità di elaborazione). • Svantaggio: più utenti  necessità di usare computer (centralizzati) più potenti.

5. Il modello distribuito • Anni ’80: il modello distribuito. • Collegare in rete gli elaboratori (di varie potenze, tipi, nella stessa località o in località diverse). • Vantaggi rispetto al modello centralizzato: • Flessibilità: • In un sistema centralizzato, in caso di guasto all’elaboratore centrale nessuno può lavorare. • Nel caso distribuito invece, la rottura di una macchina blocca un solo utente mentre gli altri possono continuare a lavorare. • Economicità: • In termini di costi, è più conveniente acquistare molti elaboratori personali e collegarli in rete.

6. Internet • Nato da ARPAnet (creato alla fine degli anni ’60, una rete singola e chiusa) e altre reti (reti proprietarie). • Rete delle reti: basato sull’interconnessione delle reti (eterogenee) già esistente (inter-networking). • Idea di interconnessione tra le reti è dei primi anni ’70. Router Router Router Router Rete 2 Rete 1 Rete 3

7. Internet • Anni ’90: esplosione di Internet. • In particolare, negli primi anni ’90: creazione del World Wide Web. • Dicembre 2008: 1,5 bilioni di persone hanno accesso ad Internet (circa 41% in Asia, 25% in Europa, 16% in America del Nord, 8% in America del Sud, 3% in Africa, 3% in Medio Oriente, 2% in America centrale, 1% in Oceania). • Informazione dal sito www.internetworldstats.com • Principalmente, studieremo Internet in questa parte del corso.

8. Tipi di comunicazione • Comunicazione sincrona: il mittente e il destinatario sono attivi nello stesso momento. • Per esempio, una conversazione telefonica. • Comunicazione asincrona: l’invio e la ricezione hanno luogo in istanti diversi. • Per esempio, una cartolina. • Comunicazione broadcast: un singolo mittente e molti destinatari. • Per esempio, la radio, la TV. • Comunicazione multicast: un singolo mittente e un numeri limitato di destinatari: • Per esempio, le riviste. • Comunicazione point-to-point: un singolo mittente e un singolo destinatario. • Per esempio, il telefono.

9. Tipi di comunicazione • Internet può essere considerato come un mezzo di comunicazione universale. • Asincrona point-to-point: per esempio, la posta elettronica. • Sincrona point-to-point: per esempio, Instant Messaging, Voice over IP. • Multicast: per esempio, gruppi di piccola o media dimensione possono comunicare nelle chat. • Broadcast: per esempio, le pagine web.

11. Componenti di Internet Modem Host (o sistema terminale) Stazione base Commutatore di pacchetto Collegamento satellitare

12. Componenti di Internet ISP distrettuale ISP locale Rete aziendale

13. Componenti di Internet • Host (o sistema terminale): • Tradizionalmente, un PC, un workstation, o un computer più potente. • Sempre più connessi i sistema terminali come portatili, PDA, televisori, telefoni cellulari, automobili, elettrodomestici, ecc. • Collegamenti (communication link): • Di vari tipi: cavi (di rami, fibre ottiche ecc.), onde elettromagnetiche (collegamenti senza fili, satellitari ecc.). • Commutatori di pacchetto: • I computer vengono connessi in un modo indiretto tramite dispositivi di instradamento. • Prendono informazioni da uno dei collegamenti e ritrasmettono su un altro collegamento (verso la destinazione finale).

14. Componenti di Internet • ISP (Internet Service Provider): • Potrebbe essere istituzionale (per esempio, le compagnie telefoniche), aziendale, universitari ecc. • Contiene un insieme di collegamenti e commutatori di pacchetto. • Fornisce ai sistemi terminali vari tipi d’accesso ad Internet. • Per esempio, dial-up a 56 Kbps via modem, a banda larga, senza fili ecc. • Fornisce anche ai fornitori di contenuti l’accesso a Internet. • Per esempio, per connettere un sito web a Internet.

15. Client/server • I host possono essere identificati come client e/o server. • Client: il computer che richiede servizi da un altro computer. • Normalmente: i PC, PDA, ecc. • Server: il computer che fornisce un servizio a un client. • Normalmente: computer potenti.

16. Client/server • Esempi di server (in una rete locale): • Server gestore dei dati (file server): gestisce la memorizzazione e la condivisione di dati. • Server di stampa (printer server): gestisce le stampanti disponibili nella rete. • Server di comunicazione: permette l’accesso ad altre reti locali o ad Internet. • Esempio di server (in Internet): • Web server: risponde alle richieste per accedere a una pagina web. • Server di posta elettronica: riceve e memorizza email, permette la lettura della casella di posta elettronica.

17. Client/server • Tipicamente, in un certo (lungo) intervallo di tempo: • Un host può essere client di molti server. • Un host può essere server di molti client. • Per esempio: un client può richiedere tanti siti web, un web server può fornire una pagina web a tanti client. Client Client Client Server Server Server Client Client Server Client Server Client Server Client

18. Client/server • Nel contesto di software per le reti: • Programma client: un programma eseguito da un host che richiede e riceve un servizio da un programma server in esecuzione su un altro host. • Programmi Peer-to-peer (P2P): un programma P2P sul host funziona sia come client che come server. • Un host in questo caso viene chiamato peer. • Un host agisce come client quando richiede un documento da un altro peer. • … agisce invece come server quando invia un file a un altro peer. • Esempio: la telefonia Internet (Voice over IP), condivisione dei file (file sharing).

19. I protocolli • I protocolli controllano l’invio e la ricezione di informazione in Internet, e nelle reti in generale • Usati dai sistemi terminali, i commutatori di pacchetto e altre parte di Internet. • Dal testo “Internet e Reti di Calcolatori” di Kurose e Ross: • “Un protocollo definisce il formato e l’ordine dei messaggi scambiati tra due o più entità in comunicazione, così come le azioni intraprese in fase di trasmissione e/o di ricezione di un messaggio o di un altro evento.” • I principali protocolli in Internet: nome collettivo di TCP/IP. • TCP: Transmission Control Protocol. • IP: Internet Protocol.

20. I protocolli • Un analogia: Ciao Ciao Sai l’ora? 2:00 Tempo Tempo

21. I protocolli Richiesta di connessione TCP Risposta di connessione TCP Get http://www.di.unito.it/topolino <file> Tempo Tempo

22. I protocolli • Il protocollo usato quando si invia una richiesta per una pagina web: • Nostro computer invia la richiesta per una connessione al server web (il computer che fornisce la pagina web). • Il server web risponde con un messaggio di risposta di connessione. • Nostro computer invia il nome della pagina che vuole prelevare tramite il messaggio “Get”. • Il server web restituisce la pagina (<file>) a nostro computer.

23. I protocolli • Un protocollo “monolitico” che realizzi tutte le funzionalità necessarie per la comunicazione tra elaboratori in rete è difficile da realizzare. • Inoltre, se cambia qualche componente della rete, si deve modificare l’intero protocollo. • Per ridurre la complessità di progettazione la maggior parte dei protocolli è organizzata come una serie di livelli. • Il numero dei livelli, il loro nome, le funzionalità differiscono da una rete ad un’altra.

24. I protocolli Tedesco Francese Francese a inglese Inglese a tedesco Inglese Inglese

25. I protocolli • Nei protocolli di comunicazione nelle reti si ipotizzano dei livelli. • Il livello n di un dispositivo in rete comunica (virtualmente) con il livello n di un altro dispositivo. • In realtà nessun dato viene trasferito da un livello n ad un altro (n>1) ma passa ad un livello sottostante. • Un protocollo di livello n svolge le sue funzioni usando i servizi forniti dal livello n-1 e fornisce i servizi al livello n+1.

26. I protocolli • Per ogni coppia di livelli adiacenti esiste una interfaccia. • Al di sotto del livello più basso c’è il mezzo fisico che serve per il trasferimento dei dati. • Un livello di protocollo può essere implementato via software, hardware, o in modo combinato. • Possibili svantaggi del uso dei livelli: • La possibilità che un livello duplichi le funzionalità di quello inferiore. • Un livello può richiedere informazioni presenti solo in un altro livello.

27. I protocolli Internet: TCP/IP • La famiglia di protocolli TCP/IP - cinque livelli:

28. I protocolli Internet: TCP/IP Livello di applicazione … HTTP FTP SMTP TELNET … DNS Livello di trasporto TCP UDP IP Livello di rete Livello di collegamento Livello fisico

29. I protocolli Internet: TCP/IP • I protocolli del livello di applicazione: • Ruolo: vari funzioni, relativi ai programmi applicativi di Internet usati dagli utenti. • Per esempio: • SMTP: Simple Mail Transfer Protocol. • FTP: File Transfer Protocol. • TELNET. • HTTP: HyperText Transfer Protocol. • DNS: Domain Name System. • Creano messaggi di vari tipi (per esempio, messaggi di richiesta per la visualizzazione di una pagina web, un messaggio che contiene un’email/una pagina web, ecc.).

30. I protocolli Internet: TCP/IP • I protocolli del livello di trasporto: • Ruolo: trasferimento dei messaggio dal livello di applicazione dall’origine alla destinazione (da un host a un altro). • In Internet, due protocolli di trasporto: • TCP (Transmission Control Protocol): • Garantisce il trasferimento dei messaggi. • Controlla il flusso in rete (fa il confronto della velocità tra il mittente e il destinatario). • Frazione il messaggio in frammenti più brevi (pacchetti). • UDP: non fornisce nessuna garanzia di consegna di un messaggio (tipicamente usati per la telefonia Internet e la videoconferenza).

31. I protocolli Internet: TCP/IP • I protocolli del livello di rete: • Ruolo: trasferimento dei pacchetti dall’origine alla destinazione (da un host a un altro). • Due principali componenti: • Protocollo IP: definisce l’informazione che deve essere aggiunto al pacchetto per realizzare il trasferimento nella rete. • Protocolli per instradamento: determinano i percorsi che i pacchetti devono seguire nella rete. • Internet è una rete di reti: ognuna può scegliere il proprio protocollo di instradamento. • Livello spesso chiamato livello IP.

32. I protocolli Internet: TCP/IP • I protocolli del livello di collegamento: • Ruolo: trasferimento dei pacchetti da un nodo della rete al successivo. • Alcuni protocolli del livello di collegamento garantiscono la consegna affidabile. • Un pacchetto potrebbe essere gestito da differenti protocolli lungo il suo percorso dall’origine alla destinazione. • Esempi: Ethernet, PPP (protocollo punto-a-punto).

33. I protocolli Internet: TCP/IP • Ethernet: diffuso per le reti locale, in cui un numero di computer condividono un mezzo di comunicazione. • Quando un computer vuole comunicare, verifica che il mezzo di comunicazione sia libero e invia il segnale. • Se invece si accorge che un altro computer sta trasmettendo, aspetta. • Se si verifica un conflitto (due o più computer hanno inviato i loro messaggi contemporaneamente) i computer coinvolti: • Si fermano. • Aspettano per un tempo T casuale. • Riprovano la trasmissione. • Lo stesso tipo di gestione di conflitti: anche in reti senza fili (IEEE 802.11).

34. I protocolli Internet: TCP/IP • I protocolli del livello fisico: • Ruolo: trasferire i singoli bit da un nodo (host, commutatore ecc.) nella rete a un altro. • Sono dipendenti dall’effettivo mezzo trasmissivo del collegamento. • Per esempio, possiamo avere protocolli diversi per tipi di cavi diversi, per collegamenti satellitari diversi, ecc.

35. Indirizzi IP e DNS • Ogni computer collegato in Internet ha un indirizzo unico: il suo indirizzo IP. • Un indirizzo IP contiene 32 bit, che sono suddivisi in 4 campi da 8 bit ciascuno. • Per esempio: 10000000000101000011111010101011 • Suddivisi in: 10000000000101000011111010101011 • Di solito si usa una rappresentazione formata da 4 numeri decimali (tra 0 e 255) separati da un punto. • Per esempio: 128.20.62.171

36. Indirizzi IP e DNS • Gli indirizzi IP devono essere univoci. • Per questo motivo è stata istituita una organizzazione, Internet Assigned Number Authority, preposta ad assegnare gli indirizzi IP garantendone l’univocità. • Quando vi collegate ad Internet da casa è il provider (ISP) che vi assegna un indirizzo IP scegliendolo tra quelli che ha acquistato. • I futuri indirizzi IP consisteranno di sedici numeri per aumentare i numeri degli indirizzi IP disponibili.

37. Indirizzi IP e DNS • Gli indirizzi IP numerici sono difficili da ricordare. • Si usano quindi degli indirizzi simbolici che sono più significativi per l’essere umano. • di.unito.it, cs.bham.ac.uk, developer.netscape.com • Questi nome vengono tradotti in indirizzi IP numerici mediante il Domain Name System(DNS). • Gli indirizzi simbolici hanno un formato come quello seguente … nome5.nome4.nome3.nome2.nome1

38. Indirizzi IP e DNS • Sono costruiti a partire da uno schema gerarchico di nomi basato sul concetto di dominio. root … … com edu gov mil net org au it zw Livello 1 unito unige gnu Livello 2 www.gnu.org di psych disi Livello 3 www www.di.unito.it www www elios Livello 4

39. Indirizzi IP e DNS • Domini di primo livello (top level): alcuni esempi. • Non vi è alcuna corrispondenza diretta tra i domini e le reti che costituiscono Internet. • Cioè, computer nella stessa rete fisica possono essere in domini logici diversi. • Computer in reti fisiche diverse possono trovarsi nello stesso dominio logico.

40. Indirizzi IP e DNS • Anche gli indirizzi di posta elettronica hanno una struttura: • La parta a destra della @ ha una struttura basato sui domini (interpretato dal computer che spedisce il messaggio). • La parta a sinistra della @ è l’identificativo dell’utente (interpretato dal computer che riceve il messaggio). • Ogni dominio deve essere in grado di “risolvere i nomi” dei calcolatori di sua competenza. • Si usano i name server (anche chiamati i server DNS) che gestiscono la corrispondenza tra nomi simbolici e indirizzi IP numerici. • I name server sono organizzati in modo gerarchico.

41. Indirizzi IP e DNS • Quando un’applicazione deve collegarsi ad una risorsa di cui conosce il nome logico (ad es. www.unito.it), invia una richiesta al suo name server locale. • Il name server locale, se conosce la risposta, la invia direttamente al richiedente. • Altrimenti interroga il name server di top level (root). • Questo può conoscere l’indirizzo oppure inoltrare l’interrogazione ai suoi figli nella gerarchia. Server dei nomi di root Server dei nomi locale: dns.di.unito.it Server del dominio dns.unito.it Client che fa richiesta: shakespeare.di.unito.it

42. Indirizzi IP e DNS • Si continua con le interrogazioni fino a quando non si ottiene l’indirizzo IP numerico della risorsa. • Quando l’applicazione riceve la risposta crea una connessione TCP con la destinazione, usando l’indirizzo IP appena ricevuto. Server dei nomi di root Server dei nomi locale: dns.di.unito.it Server del dominio dns.psych.unito.it Client che fa richiesta: shakespeare.di.unito.it

43. Pacchetti IP • Abbiamo visto che … • Un ruolo del protocollo TCP è di suddividere il messaggio in frammenti più brevi (pacchetti). • Il protocollo IP definisce l’informazione che deve essere aggiunto al pacchetto per realizzare il trasferimento nella rete. • Come funziona il trasferimento dei pacchetti in Internet?

44. Pacchetti IP • Trasferimento dei pacchetti: • Usiamo un’analogia (da Vincent Cerf, uno dei inventori di Internet): mandare un romanzo da Tahiti alla casa editrice a New York usando solo cartoline postali.

45. Pacchetti IP • Bisogna spezzare il romanzo in frammenti (ognuno di poche riga). • … numerare ogni cartolina (in modo tale che la sequenza corretta può essere ricostruita). • … scriverel’indirizzo della casa editrice (il destinatario) su ogni cartolina. • … mettere le cartoline nella casella di lettere. • Poi il servizio postale di Tahiti le invierà alla casa editrice.

46. Pacchetti IP • Non è detto che tutte le cartoline seguano lo stesso itinerario. • Alcuni arrivano a New York via Hong Kong … • … alcuni arrivano a New York via Los Angeles, ecc. • Alla casa editrice, la numerazione delle cartoline permette la ricostruzione del romanzo.

47. Pacchetti IP • Pacchetto IP: contiene lo spazio per scrivere: • Informazione (una quantità limitata). • Un numero progressivo (identificatore). • L’indirizzo IP del destinatario. • I pacchetti IP sono inviati attraverso Internet uno alla volta. • Possono seguire percorsi diversi dallo stesso mittente e lo stesso destinatario. • Giunti la destinazione sono riordinati secondo al numero identificatore.

48. Pacchetti IP • Un vantaggio della possibilità di seguire diversi percorso in rete: • Nel caso di congestioni in rete (potrebbe essere più efficiente seguire un percorso invece di un altro) . • Nel caso di un guasto di un dispositivo di un percorso (in questa situazione, il percorso non è più disponibile). • Per visualizzare un percorso tra nostro computer e quello di un sito web: www.traceroute.org

49. Collegare un computer a Internet • Un computer è collegato ad Internet tramite un ISP (Internet Service Provider). • Tre modi principali per collegare un computer a Internet: • Accesso residenziale. • Accesso aziendale o universitarie. • Accesso senza fili.

50. Collegare un computer a Internet • Accesso residenziale: • Sono necessari dei dispositivi per poter usare la rete telefonica come mezzo di comunicazione tra computer: i modem. Segnale digitale MOdulazione Modem Computer Segnale analogico (linea telefonica) DEModulazione Segnale digitale Modem Computer