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5 Appunti introduttivi alle reti
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14 Generato con: http://docutils.sourceforge.net/rst.html
16 Risorsa alternative in inglese: http://www.netfilter.org/documentation/HOWTO/networking-concepts-HOWTO.html
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21 Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
22 (Reindirizzamento da Rete informatica)
24 Una rete di calcolatori e' un sistema che permette la condivisione di informazioni e risorse (sia hardware che software) tra diversi calcolatori. Il sistema fornisce un servizio di trasferimento di informazioni ad una popolazione di utenti distribuiti su un'area piu' o meno ampia.
26 Le reti di calcolatori generano traffico di tipo fortemente impulsivo, a differenza del telefono, e per questo hanno dato origine - e usano tuttora - la tecnologia della commutazione di pacchetto.
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31 La costruzione di reti di calcolatori puo' essere fatta risalire alla necessita' di condividere le risorse di calcolatori potenti e molto costosi (mainframe). La tecnologia delle reti, e in seguito l'emergere dei computer personali a basso costo, ha permesso rivoluzionari sviluppi nell'organizzazione delle risorse di calcolo.
33 Si possono indicare almeno tre punti di forza di una rete di calcolatori rispetto al mainframe tradizionale:
34 fault tolerance (resistenza ai guasti): il guasto di una macchina non blocca tutta la rete, ed e' possibile sostituire il computer guasto facilmente (la componentistica costa poco e un'azienda puo' permettersi di tenere i pezzi di ricambio in magazzino);
35 economicita': come accennato sopra, hardware e software per computer costano meno di quelli per i mainframe;
36 gradualita' della crescita e flessibilita' (scalabilita'): l'aggiunta di nuove potenzialita' a una rete gia' esistente e la sua espansione sono semplici e poco costose.
38 Tuttavia una rete ha alcuni punti deboli rispetto a un mainframe:
39 scarsa sicurezza: un malintenzionato puo' avere accesso piu' facilmente ad una rete di computer che ad un mainframe: al limite gli basta poter accedere fisicamente ai cablaggi della rete. Inoltre, una volta che un worm abbia infettato un sistema della rete, questo si propaga rapidamente a tutti gli altri e l'opera di disinfezione e' molto lunga, difficile e non offre certezze di essere completa;
40 alti costi di manutenzione: con il passare del tempo e degli aggiornamenti, e con l'aggiunta di nuove funzioni e servizi, la struttura di rete tende ad espandersi e a diventare sempre piu' complessa, e i computer che ne fanno parte sono sempre piu' eterogenei, rendendo la manutenzione sempre piu' costosa in termini di ore lavorative. Oltre un certo limite di grandezza della rete (circa 50 computer) diventa necessario eseguire gli aggiornamenti hardware e software su interi gruppi di computer invece che su singole macchine, vanificando in parte il vantaggio dei bassi costi dell'hardware.
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45 Esiste una grande varieta' di tecnologie di rete e di modelli organizzativi, che possono essere classificati secondo diversi aspetti:
47 Classificazione sulla base dell'estensione geografica
49 A seconda dell'estensione geografica, si distinguono diversi tipi di reti:
51 * si parla di rete personale o PAN (Personal Area Network) se la rete si estende intorno all'utilizzatore con una estensione di alcuni metri
53 *potrebbe anche non essere una distinzione importante*.
55 * si parla di rete locale o LAN (Local Area Network) se la rete si estende all'interno di un edificio o di un comprensorio, con una estensione entro alcuni chilometri
57 * si parla di rete senza fili o WLAN (Wireless Local Arddea Network), se la rete locale e' basata su una tecnologia in radio frequenza (RF), permettendo la mobilita' all'interno dell'area di copertura, solitamente intorno al centinaio di metri all'aperto. Si noti che questa distinzione si basa principlmante sul mezzo trasmissivo, e non sull'estensione. Quindi il termine WLAN non e' indicativo dal punto di vista delle dimensioni.
59 * si parla di CAN (Campus Area Network), intendendo la rete interna ad un campus universitario, o comunque ad un insieme di edifici adiacenti, separati tipicamente da terreno di proprieta' dello stesso ente, che possono essere collegati con cavi propri senza far ricorso ai servizi di operatori di TLC. Tale condizione facilita la realizzazione di una rete di interconnessione ad alte prestazioni ed a costi contenuti.
61 * si parla di rete metropolitana o MAN (Metropolitan Area Network) se la rete si estende all'interno di una citta'
63 * si parla di rete geografica o WAN (Wide Area Network) se la rete si estende oltre i limiti indicati precedentemente.
65 Classificazione in base al canale trasmissivo
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71 Le reti locali vengono realizzate tipicamente utilizzando un sistema di cablaggio strutturato con cavi UTP in categoria 5 o superiore, che serve uno o piu' edifici utilizzati tipicamente da una stessa entita' organizzativa, che realizza e gestisce la propria rete, eventualmente con la cooperazione di aziende specializzate.
73 Link ai cavi UTP: http://it.wikipedia.org/wiki/Unshielded_Twisted_Pair
74 link ai cavi coassiali per vedere la differenza: http://it.wikipedia.org/wiki/Cavo_coassiale
76 In molti casi, il cablaggio e' complementato o sostituito da una copertura wireless.
78 Le LAN vengono realizzate soprattutto con la tecnologia ethernet, e supportano velocita' di 10/100 Mbit/s, o anche 1 Gbit/s, su cavi in rame dalle caratteristiche adeguate (CAT5 o superiore), o su fibra ottica.
80 Reti pubbliche - Distribuzione
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83 Le reti pubbliche sono gestite da operatori del settore (gli ISP: Internet Service Provider), e offrono servizi di telecomunicazione a privati ed aziende in una logica di mercato.
85 Per poter offrire servizi al pubblico, e' necessario disporre di una infrastruttura di distribuzione che raggiunga l'intera popolazione.
87 Per ragioni storiche, la gran parte delle reti pubbliche sono basate sul doppino telefonico (dette anche POTS, Plain Old Telephone System). Questa tecnologia era stata studiata per supportare il servizio di telefonia analogica, ma data la sua pervasivita' e gli alti investimenti che sarebbero necessari per sostituirla e' stata adattata al trasporto di dati mediante diverse tecnologie:
88 i modem per codificare segnali digitali sopra le comuni linee telefoniche analogiche. Il grande vantaggio di questa tecnologia e' che non richiede modifiche alla rete distributiva esistente. Sono necessari due modem ai due capi di una connessione telefonica attiva per stabilire una connessione. Molti fornitori di servizio offrono un servizio di connettivita' Internet via modem mediante batterie di modem centralizzate. La velocita' e' limitata a circa 56 Kbit/s, con l'adozione di modem client e server che supportano la versione V92 dei protocolli di comunicazione per modem. Questo protocollo incorpora funzioni di compressione del flusso di bit trasmesso, quindi la velocita' effettiva dipende dal fattore di compressione dei dati trasmessi.
89 le reti ISDN trasmettendo dati e voce su due canali telefonici in tecnologia digitale. Mediante appositi adattori, e' possibile inviare direttamente dati digitali. La tecnologia ISDN e' ormai molto diffusa nei paesi sviluppati. Usandola per la trasmissione di dati, arrivano ad una velocita' massima di 128 Kbit/s, senza compressione, sfruttando in pratica due connessioni dial-up in parallelo, possibili solo con determinati provider. La velocita' su un singolo canale e' invece limitata a 64 Kbit/s. Ci sarebbe un terzo canale untilizzato per il segnale ma non per la comunicazione con una capacita' di 16 Kbit/s (Esso non viene mai utilizzato per i dati).
91 Utilizzando modem analogici o ISDN, e' possibile stabilire una connessione dati diretta tra due qualsiasi utenze della rete telefonica o ISDN rispettivamente.
92 la tecnologia ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) utilizza una porzione della banda trasmissiva disponibile sul doppino telefonico dalla sede dell'utente alla centrale telefonica piu' vicina per inviare dati digitali. È necessaria l'installazione di nuovi apparati di commutazione nelle centrali telefoniche, chiamati DSLAM, e l'utilizzo di filtri negli impianti telefonici domestici per separare le frequenze utilizzate per la trasmissione dati da quelle per la comunicazione vocale. La loro diffusione sul territorio e' limitata dai costi, che la rendono conveniente solo nelle aree maggiormente sviluppate. Durante la connessione tramite ADSL e' possibile continuare a utilizzare il telefono in quanto le frequenze della voce e dei dati non si sovrappongono. Questa tecnologia e' inoltre chiamata Asimmetric in quanto le velocita' di download e di upload non sono uguali: in Italia sono tipicamente pari a 4 Mbit/s in download e 512 Kbit/s in upload, ma per certi abbonamenti la velocita' di download puo' arrivare anche a 12 Mbit/s, o anche 24 Mbit/s, usando tecnologie di punta come ADSL2+ e reti di distribuzione in fibra ottica di ottima qualita'. Il doppino di rame presenta l'inconveniente di attenuare i segnali, e non permette il funzionamento di questa tecnologia per distanze superiori ai 5 Km circa. In alcuni casi e' anche possibile un'ulteriore riduzione della distanza massima dovuta a interferenze esterne che aumentano la probabilita' d'errore. Un'altra limitazione importante e' data dall'interferenza "interna", che si verifica quando molte utenze telefoniche sullo stesso cavo di distribuzione utilizzano il servizio ADSL. Questo fa si che non si possa attivare il servizio ADSL su piu' di circa il 50% delle linee di un cavo di distribuzione.
94 ADSL e' l'ultimo sviluppo sull'infrastruttura esistente di doppino telefonico.
96 Per superare queste velocita', l'infrastruttura di distribuzione basata sul doppino dovra' essere sostituita da supporti fisici piu' performanti.
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100 Tra i candidati a sostituire il doppino per la distribuzione domestica dei servizi di telecomunicazioni, si possono citare:
104 * le infrastrutture della TV via cavo (diffusa soprattutto negli USA)
106 * il trasporto di dati sulla rete elettrica o nelle condutture del gas.
110 * le reti satellitari (che pero' sono tipicamente unidirezionali, dal satellite alla casa dell'utente, mentre il canale di ritorno deve essere realizzato con altre tecnologie, spesso su doppino telefonico.
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115 Capacita' ancora superiori sono necessarie per trasportare il traffico aggregato tra le centrali di un operatore di telecomunicazioni.
117 Con tecnologie piu' costose, tipicamente utilizzate dai providers, si raggiungono velocita' di 40 Gbit/s per il singolo link su fibra ottica.
119 Su una singola fibra e' poi possibile inviare molteplici segnali attraverso una tecnica di multiplazione chiamata (Dense) Wave Division Multiplexing ((D)WDM), o Multiplazione di Lunghezza d'Onda, che invia segnali ottici differenti a diverse lunghezze d'onda (in gergo, colori). Il numero di segnali indipendenti trasportabile va dai 4 o 16 dei relativamente economici impianti (Coarse)WDM alle centinaia degli impianti DWDM piu' avanzati.
121 Negli Stati Uniti d'America il progetto Internet 2 cui collaborano la NASA, la difesa e le universita' americane connette gia' molti campus alla velocita' di 2 Gigabit/s (disponibili anche per studenti), con miglioramenti di TCP/IP per poter sfruttare alte velocita' di trasmissione, e permettera' di far transitare in rete il controllo dei satelliti civili, dello scudo spaziale, aerei comandati a distanza, testate nucleari e l'intera infrastruttura militare.
123 Classificazione in base alla topologia
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126 Link semplificato: http://www.tutorialpc.it/retipc5.asp
128 .. image:: img/reti_img/NetworkTopologies.png
130 Tre sono le topologie principali, in base alla tecnologia assunta come modalita' per il trasferimento dei dati: Bus Ring Star. Particolare attenzione riceve oggi un modello che prende il nome di rete Peer to Peer, per quanto e' incerto se lo si possa assumere come modello di topologia o piuttosto come paradigma di architettura di rete, in contrapposizione al modello *client-server* .
132 Altri modelli (mesh, ecc) sono sostanzialmente la combinazione dei tre precedentemente citati.
137 .. image:: img/reti_img/bus.gif
139 Link: http://www.net-free.it/articoli/viewart.php?idart=40&idpag=1
141 *nota*: Pag 17 manuale TCP/IP
146 .. image:: img/reti_img/ring.gif
148 Link: http://www.net-free.it/articoli/viewart.php?idart=40&idpag=2
150 *nota*: Pag 21 manuale TCP/IP
159 .. image:: img/reti_img/Netzwerktopologie_Stern.png
161 Le reti broadcast invece sono formate da un unico mezzo fisico condiviso da piu' elaboratori, dove i messaggi inviati da un elaboratore vengono ricevuti da tutti gli altri. All'interno del messaggio vi e' una parte relativa all'indirizzo del destinatario, in modo che tutte le altre macchine in ascolto possano scartare il messaggio in arrivo. Alcune reti prevedono indirizzi speciali di tipo broadcast e multicast. Il broadcast permette di inviare messaggi a tutte le stazioni collegate al mezzo fisico, mentre il multicast permette di farlo solo ad un gruppo di stazioni, ma non a tutte. Un esempio di una tale rete e' la comunissima Ethernet.
163 Le moderne reti broadcast sono realizzate con una topologia fisica a stella (point-to-point), in cui tutti gli elaboratori sono connessi ad un punto di concentrazione, dove un apparato attivo (switch o hub) crea l'illusione che siano tutti connessi allo stesso mezzo fisico. Talvolta si usa definire questi apparati centrostella, appunto perche' si trovano al centro della rete a stella.
173 Secondo questo modello l'host client sottopone delle richieste al computer server, che risponde (e cerca di soddisfare) queste richieste. Ad es nella navigazione Web il client http (browser web, es Mozilla Firefox) contatta e chiede una *pagina web* al server web, che fornisce la risorsa al client.
175 Il rapporto non e' paritario, il client e' una macchina *stupida* che dipende dal *server* per l'operazione richiesta. La parte computazione compete al server, mentre il client deve preoccuparsi prevalentemente di formulare una richiesta corretta ed essere poi in grado di elaborare la risposta del server.
177 Il rapporto e' quindi molti (client) ad uno (server).
179 Questo paradigma favorisce l'accentramento dei servizi e la loro consolidazione: all'interno di un'azienda si possono delegare tutti i servizi fondamentali su una o piu' macchine in modo da poter concentrare la manutenzione (si pensi soporatutto alla sicurezza) su queste trattando i client come elementi sostituibili. I *server* tipicamente hanno una configurazione e dotazione hardware che gli consente di funzionare 24/7 (tutto il giorno, tutti i giorni), mentre le work station dei client sono realizzate per funzionare otto ore al giorno.
181 Prendendo come esempio il servizio di posta elettronica, l'utente puo' ricevere emails in ogni momento anche se il suo computer client e' spento, dato che le caselle email (mail box o maildir) sono effettivamente sul server, sempre operativo. Quando richiesto l'utente si colleghera' con una applicazione client (MUA, Mail Client) al server per consultare la posta disponibile per il suo account.
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186 .. image:: img/reti_img/P2ptv.PNG
188 Questo paradigma di comunicazione e' tipico dei network *P2P* (peer2peer) e si propone come antitesi al precedente modello client server. Il rapporto tra i singoli host e' paritario, ogni elemento della rete e' in grado di svolgere la funzione richesta dall'utente senza l'intervento di una macchina centrale.
190 Uno dei primi e' piu' famosi esmpi di applicazione P2P e' stato Napster, al momento tecnologie come i *torrents* usano un paradigma simile (talvolta si preferisce avere un host *privilegiato* che renda disponibili informazioni di base come la lista dei peer disponibili per inizializzare i nuovi peer).
192 Generalmente una rete P2P e' in grado si sopravvivere allo spegnimento casuale di qualunque suo membro, e distribuisce gli oneri della gestione della connessione tra i sognoli peer.
196 Commutazione di Pacchetto
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199 *nota*: Pag 24 Manuale TCP/IP
203 Le reti di calcolatori si basano su una multiplazione dinamica a commutazione di pacchetto, a differenza delle reti telefoniche che invece utilizzano una multiplazione statica a commutazione di circuito. Tra le reti a commutazione di pacchetto pero' e' fondamentale operare una distinzione tra:
205 Nelle reti con connessione, i percorsi che il pacchetto seguira' attraverso la rete sono prestabiliti e sono sempre gli stessi (si veda la vicinanza, sotto questo punto di vista, alle reti a commutazione di circuito), e si basano su un canale, stavolta non fisico (come nelle reti telefoniche) ma "virtuale". Per comprendere meglio il concetto di canale virtuale si pensi a due elaboratori A e B che devono comunicare tra loro. A e B all'interno della rete non sono collegati tra loro, quindi e' necessario che i pacchetti attraversino degli elaboratori intermedi. Prima dell'effettivo scambio dei dati pero' tra A e B viene creato un percorso prestabilito chiamato canale virtuale. Esempi particolarmente calzanti di reti orientate alla connessione sono le reti a commutazione di cella ATM o le reti Frame Relay e Frame Relay SE (Switch). I vantaggi di una rete siffatta stanno ovviamente nella qualita' del servizio.
207 Nelle reti a commutazione senza connessione(o datagram), i percorsi che i pacchetti tenderanno a seguire non sono (e non possono) essere prestabiliti a priori, ma dipendono da una serie di fattori. Un esempio classico di rete a commutazione di pacchetto senza connessione e' l'IP. Come sappiamo nelle reti TCP/IP il TCP dell'elaboratore A si collega direttamente al corrispondente servizio dell'elaboratore B. Quindi a livello di trasporto c'e' connessione e quindi controllo sulla qualita' del servizio e sulla congestione della rete. Cosa che non accade a livello network. Il router dell'elaboratore A affida i pacchetti al router successivo indicato nella sua tabella di routing. Dopodiche', si disinteressa totalmente dell'ulteriore percorso che il pacchetto dovra' seguire all'interno della rete. Questo potrebbe sembrare un male, ma cosi' non e', proprio per via di questa divisione di compiti tra il layer di trasporto e quello network.
209 Link immagine: http://www.emeraldinsight.com/ fig/0460020304003.png
210 *nota* rigenerare per licenza.
212 *nota*: distinguere tra suddivisione in pacchetti / scelta del percorso (ICMP)i (pag 28. TCP/IP). Descrivere le collisioni tra pacchetti. (eventualmente cenni a portante e evnti fisici / elettrici).
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217 In ogni rete di grandi dimensioni (WAN), e' individuabile una sezione di accesso e una sezione di trasporto.
219 La sezione di accesso ha lo scopo di consentire l'accesso alla rete da parte dell'utente, e quindi di solito rappresenta una sede di risorse indivise (Si pensi ai collegamenti ADSL commerciali: La porzione di cavo che ci collega alla centrale e' un doppino telefonico, utilizzato esclusivamente dall'abbonato). La sezione di accesso altresi' comprende tutti quegli strumenti idonei a consentire l'accesso alla rete. Quindi possiamo distinguere vari tipi di accesso: "Residenziale" (Classica linea a 56Kbit/s, linea ISDN/ADSL), "Business" (Rete Locale dell'azienda e Gateway o Proxy che consente l'accesso all'esterno), "Mobile" (si pensi ad esempio al GSM, che consente un acesso basato su una rete a radiofrequenza con copertura "cellulare"), o "Wireless".
221 La sezione di trasporto e' quella che ha il compito di trasferire l'informazione tra vari nodi di accesso, utilizzando se e' necessario anche nodi di transito. È sede quindi di risorse condivise sia di trasporto dati che di elaborazione. Dal punto di vista strutturale, una rete di trasporto e' costruita quasi esclusivamente attraverso fibre ottiche (es. Backbone).
223 L'importanza degli standard - Sistemi aperti
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226 *nota*: pag 33 manuale TCP/IP
228 Gli standard de iure e de facto aiutano a gestire le reti aziendali multiprotocollo. I piu' importanti enti di standardizzazione per le reti di computer sono: CCITT, ITU, ISO, ANSI e IEEE.
230 Di particolare impatto e' l'OSI (Open System Interconnection), un progetto ISO risalente alla fine degli anni '70, che si propone come modello di riferimento per le reti. Esso presenta un approccio a 7 livelli (layers), con una serie di protocolli che si inseriscono ai vari livelli. I livelli 1 (Livello fisico) e 2 (Livello Data Link) sono ormai standard, mentre per gli altri 5 ci sono protocolli che esistono da tempo e gli standard faticano ad imporsi.
232 L'importanza dei protocolli
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235 Inportanza delle architetture a livelli (pag 33 manuale TCP - IP).
237 I layers di astrazione.
252 * supporti di connessione (radio, fibra, ecc..)
projects / doc / .git / blob