Nozioni di base sulle reti

1. Nozioni di base sulle reti

2. Obiettivi • Panoramica sulle reti • tecnologie, potenzialità, limiti • Conoscere gli standard, protocolli e metodi di accesso • Identificare le principali architetture di rete • Conoscere le differenze tra reti locali e geografiche • Identificare i componenti di base di Internet • approfondimenti sul protocollo TCP/IP • Configurazione e utilizzo di una rete locale

3. Che cos’è una rete • Componenti • Computer e altri dispositivi (nodi) • Mezzo trasmissivo (media) • Software • Vantaggi dell’utilizzo delle reti • economia • affidabilità • risparmio • crescita graduale • Reti locali e reti geografiche • Reti interconnesse

4. Tipi di ...reti Ambito Distanza Tipo Computer Circuito stampato 0,1m parallelismo Sistema 1m multiproc. Stanza 10m cluster Reti Edificio 100m LAN Comprensorio 1Km LAN estesa Città 10Km MAN Nazione 100Km Continente 1000Km WAN Mondo 10000Km

5. Le reti locali - una definizione Una LAN è un sistema di comunicazione che permette ad apparecchiature indipendenti di comunicare tra di loro, entro un'area delimitata, utilizzando un canale fisico a velocità elevata e con basso tasso d'errore.

6. Le reti locali • Non c’è attraversamento di “suolo pubblico” • Reti peer-to-peer • pochi utenti • scarse esigenze di sicurezza • sicurezza a livello di condivisione • Reti basate su server • maggiore sicurezza • sicurezza a livello utente • amministrazione centralizzata

7. La struttura della rete • Diversi tipi di collegamenti: • Punto-Punto • Multipunto • Broadcast

8. La struttura della rete • Topologie standard di rete • a bus • bus cablata a stella (hub) • a stella • ad anello • anello cablato a stella

9. Pregi e difetti delle topologie • Bus • economicità • facilità di installazione ed espansione • problemi sul cavo si riflettono sull’intera rete • difficoltà di trovare guasti sul cavo • forte riduzione delle prestazione con molti utenti (traffico broadcast) • Anello • buone prestazioni indipendentemente dal numero di nodi • problemi su un computer si possono riflettere sull’intera rete

10. Pregi e difetti delle topologie (2) • Stella • facilità di installazione ed espansione • controllo centralizzato • utilizzo con diversi tipi di cavo • guasto su un cavo blocca solo il nodo interessato • guasto del nodo centrale blocca l’intera rete • richiesta di maggiore cablaggio

11. I mezzi trasmissivi • Cavi • coassiale • reti senza hub • thick 500mt • thin (RG-58) 185mt • doppino ritorto (twisted pair) • reti con hub • schermato (STP) 100mt • non schermato (UTP) 100mt • fibra ottica ~2Km

12. I mezzi trasmissivi • Il cavo coassiale

13. I mezzi trasmissivi • Il doppino (TP - twisted pair)

14. I mezzi trasmissivi • Categorie dei doppini

15. I mezzi trasmissivi • I connettori RJ45

16. I mezzi trasmissivi • Le fibre ottiche

17. I mezzi trasmissivi • I connettori per fibre ottiche

18. I mezzi trasmissivi (2) • Senza cavi (wireless) • infrarossi • radio

19. Gli adattatori di rete • Scheda di rete • interfaccia di connessione fisica tra il computer e il cavo • ha un proprio indirizzo di rete univoco (MAC ID) • converte i dati da paralleli a seriali e viceversa • per PC: tipo di bus • ISA (8/16 bit) • EISA (32 bit) • MCA (16/32 bit) • PCI (32 bit PnP) • tipo di connettore • BNC • AUI • RJ45

20. Le architetture di reteconcetti fondamentali • Concetto di Architettura a strati

21. Le architetture di reteconcetti fondamentali • Il problema dei due filosofi

22. Il modello standard di riferimento • Lo standard ISO/OSI • una base comune su cui sviluppare standard per l'interconnessione di sistemi informatici • un modello rispetto a cui confrontare le architetture di rete • creato nel 1978 dall’ISO (International Standards Organization)

23. Il modello ISO/OSI • L’architettura a livelli del modello OSI

24. Il modello ISO/OSI (2) • Ogni livello comunica solo con i livelli immediatamente superiore e inferiore • I livelli sono separati da interfacce • Gli scambi tra livelli paritetici sono i protocolli • Lo scopo di ogni livello è di fornire servizi per il livello immediatamente superiore mascherando la complessità dei livelli inferiori • I dati passano da un livello all’altro sotto forma di pacchetti • Ogni livello aggiunge informazioni di controllo

25. Il modello ISO/OSI (3)

26. Il modello ISO/OSI (4) • Livello 7 (Applicazione - Application) • User data • servizi direttamente accessibili dalle applicazioni (condivisione file, posta elettronica ecc.) • Problema tipico: “nome” del destinatario • Livello 6 (Presentazione - Presentation) • Encrypted User Data • eliminare le differenze di sintassi e codifica dei dati (ad es. trascodifica ASCII - EBCDIC) • compressione e cifratura • Livello 5 (Sessione - Session) • Message • consente l’instaurarsi della connessione tra applicazioni su diversi computer (sessione o circuito virtuale) • controlli di sicurezza (checkpoint)

27. Il modello ISO/OSI (5) • Livello 4 (Trasporto - Transport) • Packet sequence • frammentazione dei dati (pacchetti), correzione degli errori di trasmissione • assicura che i pacchetti vengano trasmessi e ricevuti correttamente • Livello 3 (Rete - Network) • Packet • traduce gli indirizzi logici in fisici e determina il percorso per raggiungere la destinazione o decidere l’instradamento (routing)

28. Il modello ISO/OSI (6) • Livello 2 (Data Link) • Frame • gestisce i frame e li trasmette allo strato fisico • controllo dell’accesso al media • Livello 1 (Fisico - Physical) • Bit stream • comunica direttamente i dati, ora ridotti a flussi di segnale, sul mezzo trasmissivo • “vede” singoli bit • si preoccupa delle caratteristiche dei media usati • cavi, connettori

29. I protocolli • Esistono molti diversi protocolli • I protocolli operano a vari livelli • Alcuni protocolli lavorano “in gruppo” (stack)

30. Tipi di protocolli • Protocolli applicativi • operano ai livelli 7-6-5 • interazione tra applicazioni e scambio dati • SMTP, FTP, NFS • Protocolli di trasporto • operano al livello 4 • si identifica spesso il termine “protocollo” con questo tipo • TCP, SPX, NetBEUI

31. Tipi di protocolli (2) • Protocolli di rete • operano ai livelli 3-2-1 • gestiscono indirizzi e informazioni di routing, controllo degli errori e richieste di ripetizione della trasmissione • IP, IPX, NWLink, NetBEUI • TCP/IP: stack di protocolli di internetworking • NetBEUI: semplice protocollo per reti non interconnesse • IPX/SPX: protocolli legati ai sistemi di rete Novell

32. Protocolli connessi e non • Modalità connessa • creazione della connessione • trasferimento dei dati • chiusura della connessione • simile ad una telefonata • Modalità non connessa • unica fase: invio del pacchetto • denominato anche datagram • simile ad una spedizione postale

33. Protocolli connessi e non (2) • Livello 1: non applicabile • Livello 2 • reti locali: non connesso • reti geografiche: connesso • Livello 3: generalmente non connesso • Livello 4: generalmente connesso • Livello 5/6/7: connesso o non connesso

34. Protocolli connessi e non (3) • Due opinioni diverse sul tema Dove collocare la “complessità”? • Servizi senza connessione • la rete deve solo trasportare i bit, le reti sono intrinsecamente inaffidabili, i controlli devono essere fatti dagli host • la potenza di calcolo elevata ed economica, conviene collocare la complessità negli host • Servizi orientati alla connessione • la rete deve fornire un servizio di trasporto affidabile • soluzione “spinta” dalle società di telecomunicazione

35. Il progetto IEEE 802

36. Modi di accesso al canale di trasmissione • CSMA/CD • Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection • CSMA/CA • Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance • Token passing • Demand priority

37. CSMA/CD -1

38. CSMA/CD - 2

39. Le principali architetture di retelivelli 1-2 • Ethernet • il tipo di rete più diffuso in ambito PC • accesso CSMA/CD (IEEE 802.3) • 10Mbps o 100Mbps(Fast Ethernet) • Tipologie di cablaggio • 10BaseT • 10Mbps, doppino, RJ45, hub (bus cablato a stella) • 10Base2 • 10Mbps, thin coaxial, BNC (a bus) • 10Base5 • 10Mbps, thick coaxial, AUI (a bus) • 10BaseFL • 10mBPS, fibra ottica (a bus) • 100BaseX • 100Mbps, doppino cat. 5, hub (bus cablato a stella)

40. Le principali architetture di retelivelli 1-2 (2) • Token Ring (IEEE 802.5) • il tipo di rete più diffuso in ambito IBM • accesso Token passing • topologia ad anello cablato a stella • velocità da 4 a 16Mbps • FDDI • Standard per LAN in fibra ottica • accesso a token • Fiber Data Distribution Interface • per dorsali • 100Mbps • max estensione: 100Km

41. I dispositivi di rete • Hub • livello 1 (fisico) • centralizza reti basate su doppino • spesso anche porte BNC • Repeater • livello 1 (fisico) • rigenera il segnale per incrementare la distanza • Bridge • livello 2 (data link) • segmentazione della rete (broadcast domain) • esegue il routing basato su indirizzi hardware (MAC) • connessione di media diversi • Switch • livello 1 (fisico) • opera come un bridge a livello fisico • ottimizza le prestazioni della rete • usato nelle reti 100Mbit Fast Ethernet

42. I dispositivi di rete (2) • Router • livello 3 (rete) • esegue il routing basato sugli indirizzi di rete organizzate in tabelle di routing • scambia informazioni con gli altri router per ottimizzare il traffico di rete • è in pratica un computer dedicato • non può trattare protocolli non routabili • non fa transitare il traffico broadcasting

43. I dispositivi di rete (3) • Brouter • livelli 2 o 3 • agisce come un router per alcuni protocolli e come bridge per altri • Gateway • tutti i livelli a partire dal 4° • permette la comunicazione tra diversi sistemi operativi • spesso realizzato solo mediante software

44. L’internetworking • Partizionare una LAN

45. L’internetworking • Connettere più LAN

46. L’internetworking • Bridge, router, gateway

47. L’internetworking • Switch

48. Le reti geografiche • Le LAN hanno limitazioni fisiche e relative alla distanza • Utilizzando dispositivi di rete e servizi di comunicazione le LAN si possono espandere • Le WAN sono in pratica combinazioni di LAN connesse tramite collegamenti WAN • Alle WAN possono anche collegarsi singoli computer (ad es. connessione Internet da casa) • I collegamenti WAN sono generalmente noleggiati dai provider

49. Connessioni analogiche (livello fisico) • PSTN • Public Switched Telephone Network • è la comune rete telefonica • E’ una rete progettata per comunicazioni vocali • Commutazione di circuito • Richiede l’utilizzo dei modem • Linee commutate o dedicate (CDA)

50. Il modem • Trasforma il segnale digitale in analogico e viceversa • MO: modulazione • DEM: demodulazione • Hardware • interni • esterni • interfaccia verso il computer (seriale, RS-232) • interfaccia verso la rete telefonica • Tipi • sincroni • maggiore complessità e costo, migliori prestazioni • asincroni • tipo più diffuso, prestazioni limitate