MODULO 19 –> Fondamenti dell’infrastruttura di rete

Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16
Fondamenti dell’infrastruttura di
rete
INSEGNAMENTO DI INFORMATICA – A.A. 2015-16
Francesco Ciclosi
Macerata, 15 dicembre 2015

Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati
© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code
Le reti informatiche: definizione
 Una rete informatica o network è un insieme più o
meno grande di computer e dispositivi collegati tra
loro allo scopo di condividere risorse e informazioni

Alcuni esempi di reti
 2 computer collegati tra
di loro (rete minima)
 Internet (rete di reti)

I componenti fondamentali
 Banalmente il cablaggio e le schede di rete
sono i componenti indispensabili per
l’implementazione di una rete di elaboratori

La classificazione
 Le reti possono essere classificate in base a:
a. Estensione fisica (LAN, MAN, WAN)
b. Metodo di amministrazione (peer-to-peer, client-
server)
o Sistema operativo di rete (Windows, Unix, Netware)
o Protocolli di rete (TCP-IP, IPX/SPX, AppleTalk)
o Topologia (bus, anello, stella)
o Architettura (Ethernet, Token Ring, FDDI)

Classificazione per estensione (1/2)
 In base all’estensione fisica una rete si definisce:
• LAN (Local Area Network) – Rete locale, confinata a una
zona geografica limitata (stanza, piano, edificio, campus)
• MAN (Metropolitan Area Network) – Rete metropolitana,
di dimensioni intermedie tra una LAN e una WAN,
delimitata dai confini di una città o di un’area
metropolitana

Classificazione per estensione (2/2)
 In base all’estensione fisica una rete si definisce:
• WAN (Wide Area Network) – Rete geografica, composta di
LAN interconnesse. Si estende su un area geografica
ampia utilizzando collegamenti come linee telefoniche o
satelliti per connettere computer in diverse città, nazioni
o continenti

Server e client
 Un Server è un computer (o un’applicazione) che
rende disponibili le proprie risorse (dati, software
o periferiche) agli altri computer della rete
 Un Client è un computer (o un’applicazione) che
accede alle risorse di un server

Classificazione per amministrazione
 La classificazione per metodo di amministrazione
definisce una rete sulla base di
• chi condivide le risorse
• in quale modo le risorse vengono condivise
 Rete client/server
• Caratterizzata da amministrazione centralizzata
 Rete peer-to-peer (o gruppi di lavoro) - “pari a pari”
• Caratterizzata da amministrazione decentalizzata
• Ogni nodo agisce sia da server che da client

Cos’è il modello OSI?
 Ogni strato (o livello) definisce le
attività di rete
 Ogni strato comunica sia con il
livello soprastante che con il livello
sottostante
ApplicationApplication
PresentationPresentation
SessionSession
TransportTransport
NetworkNetwork
Data-LinkData-Link
PhysicalPhysical
77
33
44
55
66
22
11
Il modello Open System Interconnection (OSI) definisce i compiti
generici che vengono eseguiti per la comunicazione in rete
Il modello Open System Interconnection (OSI) definisce i compiti
generici che vengono eseguiti per la comunicazione in rete

Cos’è il modello OSI? - 2
 Lo strato 7 fornisce ai programmi i servizi
necessari per l’accesso alla rete
 Gli strati 1 e 2 definiscono il mezzo fisico della
rete e le relativa attività connesse

Livello Definizione Contesto
7 Applicazione Interfaccia di comunicazione con i programmi.
6 Presentazione Formattazione e trasformazione dei dati a vario titolo,
compresa la cifratura e decifratura.
5 Sessione Instaurazione, mantenimento e conclusione delle sessioni di
comunicazione.
4 Trasporto Invio e ricezione di dati in modo da controllare e,
possibilmente, correggere gli errori.
3 Rete Definizione dei pacchetti, dell'indirizzamento e
dell'instradamento in modo astratto rispetto al tipo fisico di
comunicazione.
2 Collegamento
dati (data link)
Definizione delle trame (frame) e dell'indirizzamento in
funzione del tipo fisico di comunicazione.
1 Fisico Trasmissione dei dati lungo il supporto fisico di
comunicazione.

I sette livelli del protocollo ISO/OSI
Applicazione
Presentazione
Sessione
Trasporto
Rete
Data Link
Fisico
Host A
Applicazione
Presentazione
Sessione
Trasporto
Rete
Data Link
Fisico
Host B
Interconnessione
Livelli (strati) dedicati all’applicazione
Livelli (strati) dedicati alla connettività
Livello (strato) di raccordo

Perchè si utilizza il modello OSI?
• Il Router è un dispositivo di livello 3
• HTTP è un protocollo dei livelli 5–7
Esempi:
• Ethernet è uno standard per i livelli 1–2
Il modello OSI è un punto di riferimento comune per discutere la
comunicazione di rete che viene utilizzata per descrivere le funzionalità
dei dispositivi e dei protocolli
Il modello OSI è un punto di riferimento comune per discutere la
comunicazione di rete che viene utilizzata per descrivere le funzionalità
dei dispositivi e dei protocolli

I benefici degli standard di rete
 Consentono l’interoperabilità tra dispositivi e
sistemi di vendor differenti
 Riducono i costi
• Es.: il protocollo TCP/IP consente l’interazione tra
sistemi di vendor differenti
• Es.: il protocollo SMTP consente la comunicazione
tra differenti sistemi di posta elettronica

I componenti di rete
 Cablaggio
 Switch
 Router
 Firewall
LANLAN
Internet
 PC / Workstation
 Server

Tipi di cablaggi
 Il cablaggio fa riferimento al livello fisico del
modello ISO/OSI
 Tra i tipi di cablaggi più diffusi vi sono:
• Doppini intrecciati (Twisted-pair)
• Fibra ottica (Fiber optic)
• Cavi coassiali (oramai in disuso)
• Connessioni senza fili (Wireless)

I doppini intrecciati (1/2)
 Sono comunemente utilizzati nelle reti locali (LAN)
 Esistono varie categorie di cavi con caratteristiche e
velocità di trasmissione differenti: CAT5, 5E, 6, 6E, 7, 7E
 I cavi intrecciati annullano i
campi elettromagnetici che si
accumulano quando i cavi
trasmettono in parallelo
 Sono di tipo STP o UTP

I doppini intrecciati (2/2)

Cavi UTP ed STP

La fibra ottica (1/2)
 È utilizzata per coprire
le distanze più lunghe
 Si divide in multimodale
e monomodale

La fibra ottica (2/2)

Cavi in fibra ottica

Il wireless
 È utilizzato per la
mobilità e per le distanze
più lunghe
 Si utilizza sia nelle LAN
che nelle WAN
 Alcuni standard sono:
802.11a (meno soggetta a
interferenze), 802.11b e
802.11g

I cavi coassiali
 Sono costituiti da un filo centrale avvolto da
uno strato di materiale isolante a sua volta
circondato da un filo intrecciato
 Tali strati proteggono il filo centrale dalle
interferenze ambientali

Cavi coassiali

Cos’è un Hub?
Uno switch:Uno switch:
È un ripetitore multiporta usato nelle LAN
Non tiene traccia della posizione dei computer
È un ripetitore multiporta usato nelle LAN
Non tiene traccia della posizione dei computer
Server
Hub
Stampante
PC e Workstation

L’Hub
 È un ripetitore multi porta che permette di
collegare tra loro numerosi dispositivi all’interno
di una LAN
 Alla ricezione di un segnale su di una porta lo
inoltra su tutte le sue porte a tutti i nodi connessi
 Muove i pacchetti tra i vari computer
 Non offre alcuna protezione dal packet sniffing

Cos’è uno Switch?
Uno switch:Uno switch:
È un dispositivo di comunicazione usato nelle LAN
Tiene traccia della posizione dei computer
È un dispositivo di comunicazione usato nelle LAN
Tiene traccia della posizione dei computer
Server
Switch
Stampante
PC e Workstation

Lo switch (o commutatore)
 Opera al livello di collegamento dati del modello OSI
 Muove i pacchetti tra i vari computer in base alla loro
posizione
 Traccia i computer in base all’indirizzo MAC
 Il packet sniffing su di una rete commutata richiede il
port mirroring
 Alcuni switch operano anche ai livelli 3 e 4 del
modello OSI

Hub e switch
Hub
Switch

Cos’è un Router?
Il router:Il router:
Muove i pacchetti tra le reti
Tiene traccia delle reti e non dei computer
Collega differenti locazioni fisiche
Viene anche chiamato gateway
Muove i pacchetti tra le reti
Tiene traccia delle reti e non dei computer
Collega differenti locazioni fisiche
Viene anche chiamato gateway
Server
LAN
LAN
Router/Gateway Router/Gateway
Server

Il router
 È un «instradatore» di traffico
 È in grado di interconnettere più LAN e
inoltrare il traffico a una qualunque destinazione
(interna o esterna alla LAN) basandosi sugli
indirizzi IP
 Elabora e mantiene una tabella con i percorsi
più veloci per il recapito e percorsi secondari in
caso di eccessivo traffico o blocchi.

Cos’è un Firewall?
Un firewall:Un firewall:
È un router che utilizza regole
Controlla la comunicazione in ingresso
(inbound) e in uscita (outbound)
Protegge gli host dietro il firewall
È un router che utilizza regole
Controlla la comunicazione in ingresso
(inbound) e in uscita (outbound)
Protegge gli host dietro il firewall
FirewallFirewall
HostHost

Router e firewall
Router
Firewall

Cos’è una LAN?
Una LAN:Una LAN:
È in una singola posizione fisica
Ha una connettività di rete veloce
Il livello di controllo è minimo
È in una singola posizione fisica
Ha una connettività di rete veloce
Il livello di controllo è minimo
Server
Switch
Stampante
PC e Workstation

La LAN
 La LAN è confinata in una singola posizione
fisica che può essere un edificio o un campus
 Gli switch costruiscono automaticamente una
tabella interna di routing dei singoli computer
 Gli switch solitamente non hanno regole per
controllare le comunicazioni di rete
 Tutti gli host connessi alla LAN sono
considerati attendibili

Cos’è una WAN?
Una WAN:Una WAN:
Connette differenti locazioni fisiche
Ha una velocità di connessione più lenta di quella di una LAN
È più costosa della connettività LAN
Solitamente utilizza la connettività fornita da un'altra società
Connette differenti locazioni fisiche
Ha una velocità di connessione più lenta di quella di una LAN
È più costosa della connettività LAN
Solitamente utilizza la connettività fornita da un'altra società
Sede secondariaSede secondaria
Sede centraleSede centrale
Server
LAN
LAN
Server
Router
Router

Le WAN
 Solitamente le connessioni WAN sono lente
 In alcuni casi le connessioni WAN sono molto
veloci (maggiori di 100 Mbps)
 Alcuni esempi:
• Un link che fornisce la connettività tra edifici in 2 città
• Un link che fornisce la connettività tra edifici nella
stessa città
• Un collegamento wireless (ponte radio) tra due edifici
collocati a 10 Km di distanza

Connessioni WAN
 Le connessioni possono essere:
• Dial-up: la connessione viene stabilita effettuando una
chiamata e ha la durata temporanea di una sessione di
trasferimento dati (es. modem)
• Permanenti: la connessione è sempre attiva (es. xDSL)
• Dedicate (punto-punto): connessioni che collegano un
punto specifico a un altro (es. due sedi di una stessa
azienda). Sono “dedicate” in quanto di uso esclusivo di
chi acquista il servizio e di conseguenza molto costose

La rete perimetrale o DMZ
Server
LAN Web
Server
Internet
Una rete perimentrale (o DMZ):Una rete perimentrale (o DMZ):
Isola le risorse della LAN
Aumenta la sicurezza
Isola le risorse della LAN
Aumenta la sicurezza

L’accesso remoto
L’accesso remoto:L’accesso remoto:
Fornisce accesso alle risorse della LAN da fuori l’ufficio
Può essere di tipo VPN o dial-up
Fornisce accesso alle risorse della LAN da fuori l’ufficio
Può essere di tipo VPN o dial-up
Modem
Server
LAN
Internet
Client VPNClient VPN
Server di
accesso
remoto (RAS)
Client Dial-upClient Dial-up

La larghezza di banda
 Determina la quantità di dati trasportabili da un
canale
 Maggiore è la larghezza di banda, più rapida è la
trasmissione dei dati
 La velocità di trasmissione si misura in (bps) bit
per secondo:
• Kilobit per secondo (Kbps)  103 bps
• Megabit per secondo (Mbps)  106 bps
• Gigabit per secondo (Gbps)  109 bps

La larghezza di banda: definizione (1/2)
 È la differenza tra le frequenze più alte e più basse
che un mezzo di comunicazione può ammettere
 La frequenza indica quanto spesso un segnale cambia
da uno stato all’altro e si misura in Hertz (Hz)

La larghezza di banda: definizione (2/2)
 Ogni cambiamento di stato può trasportare un
bit (ma anche più bit con alcune tecnologie)
 Maggiore è il numero dei cambiamenti di stato
effettuati in un dato intervallo temporale,
maggiore è il numero dei bit trasmessi

Un esempio
 Gamma di frequenze di una linea telefonica:
300 Hz – 3000 Hz
 larghezza di banda: 300 Hz – 300 Hz = 2700 Hz
 Gamma di frequenza della voce umana:
20 Hz – 20000 Hz
 larghezza di banda necessaria per la trasmissione
in alta fedeltà: 20000 Hz – 20 Hz = 19800 Hz
 La linea telefonica che trasmette a 2700 Hz passa da
un massimo a un minimo e poi nuovamente a un
massimo «ben» 2700 volte al secondo

Larghezza di banda e trasmissione dati (1/2)
Dimensione del file
Velocità di trasmissione
richiesta
Ampiezza della banda

Larghezza di banda e trasmissione dati (2/2)
 Ipotizziamo la trasmissione di un filmato di qualità
televisiva a 256 colori e 30 fps
• Risoluzione 640x480  307.000 pixel
• 256 colori (8 bit per ogni pixel)  370.200 x 8 =
2.457.600 bit (~ 2,5 Mbps)
• 30 fps  2.457.600 bit x 30 = 73.728.000 bit (~73 Mbps)
 È necessaria la compressione

Domanda?
 E se volessimo trasmettere un filmato Full
HD in true color, di quanta banda avremmo
bisogno?

I dispositivi di rete (1/3)
 Si occupano di inviare nella giusta direzione, di
amplificare e di convertire i segnali trasmessi in rete
 Si dividono in:
• Ripetitori (o relè fisici)
o Collegano i segmenti di una rete
o Rigenerano e amplificano i segnali prima di ritrasmetterli
o Consentono l’estensione di una rete locale
• Bridge
o Connettono tra loro delle reti che usano differenti
collegamenti fisici

• Router
o Controllano la destinazione dei messaggi inviati in rete
o Utilizzano una tabella contenente gli indirizzi dei nodi della rete
per decidere se inoltrare il messaggio a un nodo locale, oppure
istradarlo verso un altro router
• Gateway
o Collegano tra di loro delle reti che utilizzano protocolli di
comunicazione diversi
o Si occupano della relativa conversione

Le reti a commutazione di circuito (1/2)
 In una rete a commutazione di circuito viene
preventivamente riservato un circuito tra i due
nodi che devono comunicare tra di loro
 È come se venisse fisicamente steso un cavo di
una linea dedicata tra i due nodi
 Questa tecnologia è usata nelle reti telefoniche

Le reti a commutazione di circuito (2/2)

Le reti a commutazione di pacchetto (1/3)
 I dati non sono spediti direttamente da un
punto all’altro, ma inviati attraverso una serie di
nodi chiamati instradatori
 I nodi che devono comunicare tra di loro non
hanno a disposizione una linea dedicata
 I dati in uscita sono suddivisi in piccole porzioni
(pacchetti) e quindi trasmessi in rete

 I dati attraversano la rete di router in router e
quindi vengono riassemblati una volta giunti a
destinazione
 Ogni pacchetto può seguire un percorso diverso
 In tal modo si ottimizzano le risorse evitando
che una linea rimanga impegnata e inattiva per
la maggior parte del tempo, come avviene nelle
reti a commutazione di circuito

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