Presentazione di PowerPoint

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Reti di Calcolatori a.a. 2005/06 Lezione 1
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Rete di calcolatori (computer network)
E un insieme di elaboratori elettronici autonomi
ed interconnessi - Autonomi tutti hanno pari
dignità, nessuno può controllare gli altri -
Interconnessi tutti sono in grado di scambiarsi
informazioni
Attenzione! Non dobbiamo confondere rete di
calcolatori e sistema distribuito - in un s.d.
lesistenza di vari calcolatori (o processori)
interagenti è nascosta allutente da un opportuno
sistema operativo od applicazione. Lutente si
trova ad interagire con un singolo sistema e non
ha cognizione delle sue varie parti. - in una
rete di calcolatori lutente è cosciente
dellesistenza di più macchine collegate insieme
e può decidere su quale di queste operare a
seconda delle proprie esigenze.
Rete di calcolatori Software di gestione
Sistema distribuito
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I perché delle reti di calcolatori
Condivisione delle risorse (ad es. utilizzo di
un database della NASA) Affidabilità (ad es.
duplicazione dei dati importanti, sistemi
multi-server) Diminuzione dei costi (rete di
piccoli calcolatori vs. mainframe) Scalabilità
(espandibilità della rete quando è necessario)
Comunicazione personale e commerciale (ad es.
pagine WWW, posta elettronica, bancomat e POS,
trading on-line )
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Chi utilizza le reti di calcolatori ?
Organizzazioni amministrazione, condivisione
risorse, gestione grandi quantità di dati,
e-commerce Singoli individui (di solito da
casa propria tramite fornitori di accesso)
accesso ad informazioni remote, accesso a
servizi, e-commerce, divertimento Gruppi di
persone comunicazioni personali, gruppi di
discussione, videoconferenze, posta elettronica
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Tassonomia delle reti di calcolatori
Due parametri permettono la classificazione delle
reti di calcolatori 1. tecnologia trasmissiva
(la topologia della rete, e quindi le
caratteristiche della comunicazione) 2. scala
dimensionale (lestensione fisica della rete, e
quindi la scala dimensionale di utilizzo della
rete) Questi due parametri non possono essere
considerati indipendentemente
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Classificazione secondo la tecnologia trasmissiva
Esistono essenzialmente tre differenti tipi di
rete 1. le reti broadcast un unico canale di
comunicazione è condiviso da tutti i
calcolatori 2. le reti punto a punto ogni canale
di comunicazione collega due diversi calcolatori
della rete 3. le reti wireless il canale di
comunicazione è costituito da onde radio, laser o
infrarosse trasmesse nelletere
Attenzione a non applicare le categorie broadcast
e punto a punto alle reti wireless!
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Reti broadcast caratteristiche I
In una rete broadcast tutti i calcolatori sono
connessi ad un unico canale trasmissivo. La
comunicazione è basata su piccole sequenze di
dati (pacchetti). In ciascun pacchetto è
riportato un identificatore del calcolatore a cui
i dati sono destinati.
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Reti broadcast caratteristiche II
Ogni calcolatore legge tutti i pacchetti, ma
considera solo quelli indirizzati a se
stesso. E generalmente possibile indirizzare un
pacchetto a tutti i calcolatori nella rete
(broadcasting). Alcune reti permettono anche il
multicasting, ossia linvio di pacchetti ad un
sottoinsieme di calcolatori nella rete. In ogni
istante un solo calcolatore può trasmettere (cosa
succede se due calcolatori iniziano a trasmettere
contemporaneamente?)
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Reti broadcast caratteristiche III
Due tipiche topologie bus ed anello (ring)
Token-Ring
Ethernet
Regola generale le reti broadcast sono
usualmente composte da pochi nodi e
geograficamente accentrate.
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Reti punto-a-punto caratteristiche I
In una rete punto a punto ogni canale trasmissivo
collega due elaboratori. La comunicazione è
ancora basata su piccole sequenze di dati
(pacchetti) che transitano in entrambe le
direzioni.
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Reti punto-a-punto caratteristiche II
Per arrivare alla sua destinazione, ogni
pacchetto può attraversare più calcolatori Sono
anche dette in inglese store-and-forward networks
(ogni nodo attende la completa ricezione di un
pacchetto per instradarlo successivamente ed in
blocco verso il destinatario successivo) In
generale esistono molti percorsi che portano alla
stessa destinazione, quindi è necessario
sceglierne uno routing (o instradamento) dei
pacchetti.
Regola generale le reti punto-a-punto
(peer-to-peer) sono usualmente di grandi
dimensioni.
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Reti wireless caratteristiche
Comunicazione con segnale radio od ottico (laser,
infrarosso) nelletere. Generalmente con canale
di comunicazione condiviso per segnali radio, con
canale di comunicazione punto-a-punto per segnali
ottici Il tasso derrore della trasmissione è
molto alto Possono essere utilizzate per
connettere componenti di un computer (mouse,
tastiera, monitor), per scambiare informazioni
con cellulari (es. reti Bluetooth) o per creare
reti anche di grandi dimensioni. Le reti
wireless fanno riferimento allo standard IEEE
802.11
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Classificazione secondo la scala dimensionale
Esistono vari tipi di reti che si differenziano
per dimensione reti personali, reti locali, reti
metropolitane, e reti geografiche
Distanza tra nodi Ambito Tipo di rete

10 m. Stanza Rete locale
100 m. Edificio Rete locale
1 km. Campus Rete locale
10 km. Città Rete metropolitana
100 km. Nazione Rete geografica
1000 km. Continente Rete geografica
10 000 km. Pianeta Internet
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Reti locali (o LAN, da Local Area Network)
Le reti locali in genere sono possedute da
organizzazioni private hanno unestensione che
arriva a qualche km si distendono nellambito
di un singolo edificio o campus (non si possono
di norma posare cavi sul suolo pubblico) sono
molto usate per connettere PC o workstation
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Reti locali (o LAN, da Local Area Network) I
Le reti locali si distinguono per tre
caratteristiche 1. Dimensione la dimensione
non può andare oltre un certo limite, per cui è
noto a priori il tempo di trasmissione nel caso
peggiore. Questa conoscenza permette di
utilizzare delle tecniche particolari per la
gestione del canale di comunicazione. 2.
Tecnologia trasmissiva le LAN sono generalmente
di tipo broadcast. Tipiche velocità di
trasmissione sono da 10 a 100 Mbps, con basso
ritardo di propagazione del segnale da un capo
allaltro della rete (qualche decina di
micro-secondi) e basso tasso derrore.
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Reti locali (o LAN, da Local Area Network) II

• 3. Topologia sono possibili vari tipi di
  topologie le più diffuse sono bus e ring
• Topologia bus
• in ogni istante solo un elaboratore può
  trasmettere, gli altri devono astenersi
• è necessario un meccanismo di arbitraggio per
  risolvere i conflitti quando due o più
  elaboratori vogliono trasmettere
  contemporaneamente
• larbitraggio può essere centralizzato o
  distribuito
• lo standard IEEE 802.3 (Ethernet) è quello
  usualmente utilizzato
• Topologia ring
• in un ring ogni bit circumnaviga lanello in un
  tempo inferiore a quello di trasmissione del
  pacchetto
• è necessario un meccanismo di arbitraggio
• lo standard IEEE 802.5 (derivante dal Token-Ring
  IBM) è quello usualmente utilizzato ed opera a 4
  o 16 Mbps

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Reti metropolitane (o MAN, da Metropolitan Area
Network)

• Le Metropolitan Area Network
• - hanno un'estensione tipicamente urbana (molto
  superiore a quella di una LAN) e sono
  generalmente pubbliche
• - sono basate essenzialmente sulle tecnologie
  delle reti geografiche, utilizzate su scala
  urbana. Recentemente è stato definito un apposito
  standard, lo IEEE 802.6 o DQDB (Distributed Queue
  Dual Bus), che è utilizzato in varie
  realizzazioni, molto più vicino alla tecnologia
  LAN che WAN
• - hanno un mezzo trasmissivo di tipo broadcast
  (due bus in 802.6) a cui tutti i computer sono
  attaccati
• ogni bus (cavo coassiale o fibra ottica) è
  unidirezionale, ed ha una head-end che cadenza
  l'attività di trasmissione
• le MAN di ultima generazione sono basate su
  tecnologia wireless (standard IEEE 802.16)

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Reti metropolitane esempio
Head End
Head End
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Reti geografiche (o WAN, da Wide Area Network) I

• Le Wide Area Network, si estendono a livello di
  una nazione, di un continente o dell'intero
  pianeta e sono costituite da due componenti
  distinte
• un insieme di elaboratori (host oppure end
  system) sui quali girano i programmi usati dagli
  utenti
• 2. una communication subnet (o subnet), che
  connette gli end system e gli host fra loro. Il
  suo compito è trasportare messaggi, così come il
  sistema telefonico trasporta parole da chi parla
  a chi ascolta. Le subnet appartengono usualmente
  ad enti pubblici, compagnie telefoniche o
  internet providers. Usualmente la subnet è di
  tipo store-and-forward, detta anche
  packet-switched subnet. Meno diffuse sono invece
  le subnet satellitari, nelle quali ogni router
  ascolta le stesse comunicazioni del satellite
  (down-ward communication) e comunica a sua volta
  con questo (up-ward communication).

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Reti geografiche (o WAN, da Wide Area Network) II
Di norma la subnet consiste, a sua volta, di due
componenti 2.1. linee di trasmissione (dette
anche circuiti, canali, trunk) possono essere
conduttori in rame, fibre ottiche o radio
onde. 2.2. switching element (elemento di
commutazione) un elemento di commutazione è un
elaboratore specializzato utilizzato per
connettere fra loro due o più linee di
trasmissione. Quando arrivano dati su una linea,
l'elemento di commutazione deve scegliere una
linea in uscita sul quale instradarli (cfr. le
vecchie linee telefoniche). Un tale elemento
viene indicato come sistema intermedio o nodo
di commutazione pacchetti o router.
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Reti geografiche esempio
subnet
MAN
LAN
LAN
router
linea di trasmissione
Una WAN collega solitamente più LAN e MAN tra
loro.
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Reti geografiche caratteristiche
Ogni router, in generale, deve - ricevere un
pacchetto da una linea in ingresso - memorizzarlo
per intero in un buffer interno - appena la
necessaria linea in uscita è libera, instradare
il pacchetto su essa Una subnet basata su questo
principio si chiama - punto a punto - store and
forward - a commutazione di pacchetto (packet
switched)
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Reti geografiche wireless

• Alcune communication subnet sono realizzate con
  topologia wireless oppure mista, ad es. quando
  basate su trasmissioni radio o satellitari
• Satellite ogni router sente l'output del
  satellite e si fa sentire dal satellite. In
  generale si ha
• - Broadcast down-link (cioè dal satellite a
  terra)
• Broadcast up-link (cioè da terra al satellite)
• Radio al suolo Ogni router sente l'output dei
  propri vicini (entro una certa distanza massima).
  Anche qui siamo in presenza di una rete broadcast.

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Internetworking
Si ha internetworking quando due o più reti (LAN,
MAN, o WAN) sono connesse tra loro. Una
internetwork (o semplicemente internet) non
coincide con una WAN quando le reti connesse
adottano tecnologie tra loro incompatibili. In
questo caso la internetwork comprende alcuni
router detti gateway (od anche router
multiprotocollo) che si occupano di effettuare le
necessarie trasformazioni per i pacchetti che
transitano da una rete allaltra Una particolare
internetwork è detta Internet (notare la I
maiuscola).
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Meccanismi di arbitraggio
Infine le reti broadcast possono essere
classificate a seconda del tipo di
arbitraggio Allocazione statica le regole per
decidere chi trasmette sono fissate a priori (es.
si fissa un time slot ad ogni elaboratore con un
algoritmo di tipo round-robin). Abbiamo comunque
spreco di tempo per stazioni che non devono
trasmettere. Allocazione dinamica si decide di
volta in volta chi deve trasmettere. E
necessario un meccanismo di arbitraggio delle
contese che sarà centralizzato una apposita
apparecchiatura accetta le richieste e decide
chi abilitare distribuito ognuno decide per
conto proprio ed in maniera tale da non creare
caos (es. IEEE 802.3 Ethernet con ascolto del
canale)
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Algoritmi tipo round-robin
Un algoritmo di tipo round robin fissa un
ordine tra gli hosts ed assegna a ciascuno di
essi un time slot durante il quale può
trasmettere. Qualora il tempo di trasmissione
superi il time slot assegnato, si esegue la
prelazione della trasmissione ponendola alla fine
della coda creata e facendo proseguire la
trasmissione al successivo elaboratore in
attesa. Es. sia lordine tra 4 elaboratori
fissato a priori in p1, p2, p3, p4. Supponiamo
che questi vogliano trasmettere per il tempo
indicato a fianco p1 30u, p2 15u, p3 60u, p4
45u settando un time slot di 20 u, sarà
necessario un tempo totale di 3 x (4 x 20) 240
u contro le 30 15 60 45 150 u realmente
utilizzate per le comunicazioni. Qualora
lordine sia fissato dinamicamente a seconda
delle richieste (gestione più raffinata), tale
spreco di tempo potrà ridursi ed il canale sarà
occupato con le seguenti precedenze p1 -gt p2 -gt
p3 -gt p4 -gt p1 -gt p3 -gt p4 -gt p3 -gt p4 Le
prestazioni di quest'algoritmo sono dunque
influenzate dal tempo medio d'attesa. In ogni
caso tutti gli elaboratori ottengono il controllo
del canale a turno, evitando il problema
dell'attesa indefinita (starvation).