Sistemi di elaborazione e trasmissione delle informazioni

1. Sistemi di elaborazione e trasmissione delle informazioni Generalità

2. Reti di calcolatori • Definizione e generalità • Richiami sul livello fisico e mezzi di trasmissione

3. Definizione “una rete di calcolatori è un insieme di nodi di elaborazione totalmente autonomi tra loro, connessi mediante un opportuno sistema di comunicazione, ed in grado di interagire mediante scambio di messaggi al fine di condividere le risorse messe a disposizione di ciascun nodo” C A Sistema di comunicazione B D

4. Mainframe con terminali remoti Costo elevato Dipendenza dai guasti del mainframe Cablaggio complesso Sistema di comunicazione oneroso Mancanza di personalizzazione del software Limitato numero di utenti con conoscenze informatiche Rete di elaboratori Costi inferiori Buona tolleranza ai guasti Cablaggio semplificato Facilità di espansione Facilmente adeguabile all’evoluzione Il software per ambiente centralizzato non può essere riutilizzato Molti utenti con conoscenze informatiche di base Organizzazioni informatiche Elaborazione centralizzataElaborazione distribuita

5. Classificazione • LAN : rete locale (local area network) • MAN: rete metropolitana (metropolitan area network) • WAN: rete geografica (wide area network) Una prima possibile classificazione è legata all’ambito in cui la rete opera, pertanto possiamo distinguere tre categorie che denominiamo :

6. LAN : local area network • Dimensioni del sistema di comunicazione limitate • Non attraversa luoghi pubblici • Alta velocità di trasmissione(100Mb/s) • Bassa sensibilità ai disturbi • Nodi con stessa priorità di accesso • Gli utenti sono noti al gestore della rete • Scopi aziendali

7. MAN : metropolitan area network • Maggiori dimensioni del sistema di comunicazione (ambito urbano) • Velocità di trasmissione inferiore (ad una Lan) e in genere dipendente dal mezzo • Gli utenti sono costituiti dagli abitanti di una città abilitati • Fornisce servizi sociali e/o logistici

8. WAN : wide area network • Estensione illimitata (nazionale, continentale, planetaria) • Velocità di trasmissione bassa (56Kb/s - 2Mb/s) • Utenti non sempre conosciuti • Fornisce servizi diversificati sia di tipo tradizionale che multimediale

9. Internetworking LAN LAN LAN WAN LAN LAN MAN MAN LAN LAN LAN Complesso di operazioni atte a garantire l’accoppiamento di reti diverse

10. Rete di calcolatori = sottosistema di interconnessione + sottosistema di comunicazione B destinatario A mittente rete • esista un sistema fisico di collegamento tra A e B • A e B siano dotati di software di base opportuno (S.O. di rete) • A e B siano dotati di software applicativo per l’invio e la ricezione di messaggi • A e B siano regolarmente connessi, cioè ciascuno sia dotato di un identificatore univoco • il sistema di connessione sia in grado di svolgere le funzioni di instradamento del messaggio da A verso B

11. Mezzi fisici di trasmissione • il doppino telefonico, che viene usato di norma nelle nuove installazioni ed è conforme a diversi standard quali, ad esempio, il doppino non schermato (UTP, Unshielded Twisted Pair) di Categoria 3, utilizzato spesso nelle linee telefoniche, e quello di Categoria 5, usato nelle reti; • il cavo coassiale, che assomiglia ai cavi per la televisione; • le fibre ottiche, che generalmente vengono riservate ai collegamenti tra le apparecchiature di "dorsale" (backbone) delle grandi reti. In ambienti particolari, tuttavia, si utilizzano cavi a fibra ottica ad alta resistenza. Il cavo a fibre ottiche è il sistema di cablaggio più affidabile ma è anche il più costoso; • i segnali radio o i raggi di luce infrarossa (wireless LAN).

12. Il doppino telefonico Il doppino telefonico (o twisted pair) può essere di categoria 3 o di categoria 5. Il doppino di categoria 3, utilizzato in passato, non è più adatto per le nuove tecnologie: ora esiste il doppino TP di categoria 5, testato fino a 100 Mhz, che garantisce velocità dell'ordine dei 100 Mbps. Il twisted pair può essere schermato (STP - Shielded Twisted Pair) o non schermato (UTP - Unshielded Twisted Pair). Mentre il cavo coassiale permette cablaggi a catena con il TP sono possibili solo situazioni punto a punto (peer-to-peer); infatti la topologia di rete che utilizza come mezzo trasmissivo il TP è la topologia a stella. L'UTP è oggi il tipo di cablatura più usata nelle reti LAN. Viene infatti utilizzato nella maggioranza delle reti Ethernet come pure nelle Token Ring.

13. Il cavo coassiale Il cavo coassiale ha al suo interno un filo conduttore di rame. Il cavo che ricopre il filo è di plastica e serve a garantire l'isolamento tra il filo di rame ed uno schermo di metallo intrecciato. Tale schermo serve a bloccare qualsiasi interferenza esterna. Il cavo coassiale è molto simile al cavo della TV. L'unica differenza è che trasporta dati digitali anziché analogici. I dati digitali sono molto più sensibili al rumore e alle interferenze del segnale, per cui le reti che utilizzano come mezzo trasmissivo il cavo coassiale possono essere cablate solo per distanze limitate a meno che non vengano impiegati dei ripetitori. Per molto tempo il cavo coassiale è stata l'unica possibilità per la cablatura di reti locali ad alta velocità, nonostante il grosso svantaggio dei costi (il cavo è difficile e costoso da fabbricare, non si può piegare facilmente e ed è soggetto a frequenti rotture meccaniche ai connettori).

14. Le fibre ottiche Il cavo in fibra ottica utilizza i segnali luminosi per trasferire i dati e li trasmette attraverso una sottile fibra in vetro. E' generalmente composto da una parte centrale in vetro circondata da parecchi strati di materiali protettivi. Il fatto di trasmettere impulsi luminosi anziché segnali elettrici consente di eliminare il problema delle interferenze elettriche. Per questo motivo è il mezzo trasmissivo ideale per quegli ambienti che hanno parecchie interferenze elettriche. I dati che viaggiano sulle fibre ottiche vengono trasferiti a velocità altissime e su distanze maggiori rispetto al cavo coassiale e al twisted pair. Le fibre ottiche vengono spesso utilizzate per le dorsali (backbone).

15. Wireless LAN Le LAN di tipo wireless usano, per far comunicare i computer tra loro, segnali radio ad alta frequenza o raggi di luce infrarossa, anziché utilizzare i tradizionali cavi per i collegamenti. Ogni computer, ovviamente, deve avere un dispositivo che permette di spedire e ricevere i dati. Le reti wireless sono molto utili negli edifici dove può essere difficoltoso effettuare il cablaggio o crearlo in brevissimo tempo.

16. Tipologie di trasmissione • Analogica • Digitale

17. Analogica La soluzione più comune per collegarsi ad altre reti o a Internet, o per permettere agli utenti remoti di collegarsi alla propria rete centrale, è la linea analogica. La maggior parte delle linee telefoniche tradizionali è infatti di questo tipo. Basta quindi collegare un modem al computer e alla presa del telefono per essere in linea. Attualmente, i modem analogici più veloci per il trasferimento di dati operano a 56 Kbps. Anche se i modem rappresentano una soluzione semplice per le connessioni dial-up ad altre LAN e a Internet, essi non sono in grado di supportare una rete in continua espansione. Ogni modem può infatti supportare solo una "conversazione" remota alla volta e ogni apparecchiatura che vuole collegarsi con l'esterno deve disporre di un proprio modem.

18. Digitale La linea telefonica ISDN opera a 128 Kbps e viene fornita dalle compagnie telefoniche pubbliche. L'ISDN comprende due canali da 64 Kbps che operano separatamente più un canale (chiamato D-Channel, a 16 Kbps) di servizio per i segnali di controllo. Talvolta se si dispone di un hardware compatibile è possibile effettuare il "bonding" (unione) dei due canali in un unico canale da 128 Kbps. Inoltre, essendo un servizio digitale, l'ISDN non presenta la cosiddetta "interferenza di linea", che rallenta le connessioni analogiche, e garantisce prestazioni molto elevate. I collegamenti ISDN possono essere effettuati mediante un router predisposto per ISDN o un modem ISDN e una porta seriale sul router. Per esempio, un router ISDN con presa telefonica analogica ci permette di effettuare telefonate e inviare fax e di collegarci contemporaneamente a un altro canale ISDN.

19. Condivisione del mezzo fisico • Multiplazione • Commutazione • Circuito • Pacchetto • Pacchetto a circuito virtuale

20. Multiplazione • Permette di condividere un solo mezzo fisico tra più stazioni. • TDM : assegna a rotazione tutto il canale per un piccolo intervallo di tempo ad ogni stazione • FDM suddivisione della banda in più sottobande, una per ogni stazione Questa tecnica viene utilizzata quando il canale di trasmissione ha un costo troppo elevato per un singolo utente (satellite) o la banda a disposizione è molto grande rispetto alla velocità delle singole stazioni (fibre ottiche)

21. Commutazione di circuito Permette di stabilire una connessione fisica permanente tra due stazioni (simulando l’esistenza di un unico cavo tra le due stazioni) mantenuta fino al termine della comunicazione. Questa modalità, tipica delle comunicazioni di tipo telefonico analogico, presenta alcuni svantaggi come ad esempio la presenza di un tempo di attivazione piuttosto lungo (variabile in funzione del traffico e della distanza) e da una bassa efficienza nell’uso, in quanto la connessione rimane “in piedi” anche quando i due utenti tacciono momentaneamente.

22. Commutazione di circuito A   CC2   CC1 CC4   cc: centrale di commutazione B CC3

23. Commutazione di pacchetto Si basa sul concetto della divisione del messaggio da trasmettere in più unità autonome, ciascuna corredata da opportune informazioni di controllo, ad esempio gli identificativi del mittente e del destinatario e del numero d’ordine del pacchetto all’interno del messaggio. Per la realizzazione di quanto sopra si presuppone l’esistenza che gli organi di commutazione presenti in rete abbiano una capacità di instradamento autonoma. E’ una tecnica che opera in ambitostrettamente digitale

24. Commutazione di pacchetto A D 3 2 1 PS1 PS3 PS2 PS4 III II I C B PS: Packet switch

25. Commutazione di pacchetto a circuito virtuale E’ una modalità che ingloba le caratteristiche di entrambe le soluzioni proposte precedentemente. Infatti viene utilizzata la commutazione di pacchetto su un circuito definito in via preliminare dal Packet switch al quale inizialmente viene inoltrata la richiesta di trasmissione. Stabilito il percorso tutti i pacchetti saranno inviati in successione sul quel percorso.

26. Efficienza di un collegamento Commutazione di circuito Tc = tempo di collegamento Td = tempo di trasmissione Td Tc + Td Commutazione di pacchetto Tc = tempo di collegamento Td = tempo di trasmissione Ti = tempo di instradamento Tc = 0 E =

27. Topologie di rete • Punto–punto (point to point) • Multipunto (multipoint) La tecnologia punto–punto prevede un collegamento diretto e privato tra due stazioni (unidirezionale o bidirezionale), stabilito a priori e non modificabile. La tecnologia multipunto prevede che ad un collegamento possano fare capo due o più stazioni: ciò implica che dovrà essere utilizzata una tecnica di indirizzamento e una di controllo degli accessi

28. Configurazione a stella Centro stella Svantaggi Lunghezza cablaggio Vantaggi Gestione semplificata

29. Configurazione ad anello Svantaggi Blocco della rete in seguito al guasto di un nodo Collisioni

30. Configurazione a bus Comunicazione tipo broadcast: uno a tutti Svantaggi: collisioni Vantaggi: bassa sensibilità ai guasti