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Corso di informatica - Internet - Architettura di rete - Architettura e Protocolli di rete

Page history last edited by Trapani Marco 12 years, 9 months ago

In Internet decine di milioni di computer sparsi in tutto il mondo sono collegati fra loro. In ogni momento innumerevoli computer vengono connessi o disconnessi dalla rete e malgrado ciò sussiste un meccanismo grazie al quale quasi istantaneamente è possibile raggiungere un computer che si trova all'altro capo del mondo con un semplice click del mouse! E non basta: i computer connessi sono anche delle tipologie più disparate.

Il sistema è stato così efficiente da espandersi ad un ritmo esponenziale. Potete avere un'idea dei numeri della crescita in questa scheda. E' evidente che sotto ci deve essere un meccanismo particolarmente efficace, un'idea vincente che ha consentito lo sviluppo di questo incredibile strumento.

L'idea di fondo è quella di un'architettura di rete strutturata in livelli. Per introdurre in maniera intuitiva il concetto serviamoci di una similitudine che chiamiamo "metafora postale".

 

La "similitudine postale"

 

Supponiamo che il sig. Bianchi, direttore dell'azienda "Bianchi", debba spedire una lettera al sig. Rossi, direttore dell'azienda "Rossi". Bianchi detta la lettera al personale della segreteria e dispone che questa debba essere spedita a Rossi. Per Bianchi l'episodio è terminato nel momento in cui consegna la lettera alla segreteria. In realtà, affinchè la lettera giunga effettivamente sul tavolo di Rossi, è necessario che succedano varie altre cose. Il personale della segreteria deve infatti eseguire varie operazioni fra cui:

 

  • aggiustare l'impaginazione del testo,
  • trovare l'indirizzo corretto del sig. Rossi presso la sua azienda,
  • scrivere l'indirizzo nell'intestazione della lettera e sulla busta,
  • recapitare la busta chiusa all'ufficio spedizioni dell'azienda.

 

A questo punto anche per il personale della segreteria il lavoro è finito ma inizia invece quello dell'ufficio spedizioni dove si provvede ad attivare il servizio postale appropriato (corriere, posta prioritaria, posta ordinaria) ed a compiere le operazioni necessarie in dipendenza del servizio richiesto, per esempio la compilazione di un modulo per il corriere o l'affrancatura per le poste normali.

Nel momento in cui la lettera viene consegnata al postino o all'impiegato del corriere, anche per il personale dell'ufficio spedizioni dell'azienda "Bianchi" il lavoro è terminato.

Si potrebbe continuare a suddividere in livelli successivi anche l'attività del servizio postale ma a noi basta avere capito il concetto. Ci limitiamo a dire che il servizio postale recapita la lettera all'azienda "Rossi", più precisamente all'uffico spedizioni dell'azienda "Rossi".

A questo punto avvengono gli stessi passaggi che abbiamo visto nell'azienda "Bianchi" ma esattamente a ritroso: dall'ufficio spedizioni la lettera passa alla segreteria e da qui finisce sul tavolo del direttore.

 

Importante: Il fatto importante che dobbiamo cogliere è che il processo (di invio di una lettera) viene suddiviso in una serie di sottoprocessi separati e tali che chi si occupa di uno di questi può ignorare completamente le attività dei processi soprastanti e sottostanti. Questi sottoprocessi si chiamano livelli. Per esempio, chi lavora nella segreteria dell'azienda può ignorare tutto ciò che concerne il contenuto del messaggio (gestito al livello superiore) ma può anche disinteressarsi della compilazione dei moduli per il corriere della quale si occupa l'ufficio spedizioni (livello sottostante).

 

Similtudine postale

L'evento importante è costituito dall'invio di un messaggio dalla direzione di un'azienda a quella dell'altra, rappresentato nella figura da una freccia continua. Tuttavia, il percorso fisico del messaggio, rappresentato da frecce tratteggiate, è più complesso. Il messaggio infatti scende da un livello all'altro fino a quello del trasporto fisico venendo arricchito di particolari necessari al suo trasporto, busta, affrancatura e via dicendo. Arrivato al livello minimo il messaggio, debitamente confezionato, viene semplicemente trasportato fisicamente verso la destinazione, dove esso risale la pila di livelli per giungere al livello più alto "spacchettato" e pronto per essere letto dal destinatario.

Ebbene, l'architettura a livelli della rete segue esattamente la stessa logica. Nella figura seguente si schematizza il caso di un'applicazione Email client che invia una richiesta di nuove mail ad un server di posta elettronica. L'applicazione Email client potrebbe essere il vostro usuale programma di posta elettronica, tipo Eudora, Outlook, Pine o altri. L'applicazione Email server sarà attiva nel mail server che si trova presso il vostro ISP.

Architettura di rete

 

Naturalmente ciò che ci interessa è la richiesta inviata al mail server, raffigurata con la freccia continua. In realtà la richiesta viene inviata mediante un meccanismo del tutto analogo a quello visto nella "similitudine postale". La figura illustra una situazione semplificata dove il computer con l'email client si trova in una rete A mentre il mail server si trova in una rete B. La semplificazione sta nel fatto che le due reti sono connesse fra loro direttamente attraverso un nodo chiamato gateway. In generale il gateway è un computer che collega una rete ad un'altra rete. La situazione reale nell'esempio specifico sarebbe più complessa: ci dovrebbe essere un gateway che consente alla rete A di uscire verso Internet ed un altro gateway che da Internet consente di entrare nella rete B che sarà la rete locale dell'ISP. La figura descrive invece una situazione nella quale la rete dove si trova l'email client e quello dell'ISP sono connesse direttamente con un gateway. Questo è sufficiente ai fini della presente discussione.

La suddivisione in livelli riportata in figura riproduce l'architettura di rete denominata ISO/OSI, dove ISO è la sigla dell'organizzazione internazionale che definisce gli standard industriali e OSI sta per Open System interconnection. In realtà l'architettura ISO/OSI prevede sette livelli mentre nella figura ve ne sono cinque solamente. Noi l'abbiamo un pò semplificata condensando i tre livelli superiori dell'ISO/OSI in un solo livello denominato livello applicazione. Per noi è sufficiente.

Nella figura, oltre alla denominazione di ciascun livello, tipo livello trasporto, trovate un sottotitolo fra parentesi, tipo (TCP). Questo sottotitolo è il nome di un componente specifico che, a titolo di esempio, opera a quel livello. Vediamo ora una breve descrizione dei livelli.

 

  • Livello applicazione: il software che l'utente "vede": le applicazioni di posta elettronica (Thunderbird, Eudora, Outlook, Pine ...), i browser di Internet (Firefox, Netscape, Internet Explorer, Opera ...), le applicazioni di trasferimento di file tipo FTP e via dicendo.
  • Livello trasporto: controlla il trasferimento dei dati al nodo di destinazione. Provvede a frammentare le informazioni in singole piccole unità, ognuna delle quali chiamata comunemente pacchetto. Ogni pacchetto viene corredato da varie informazioni aggiuntive fra cui l'indirizzo di partenza e quello di destinazione, proprio come in una lettera. A questo livello ci si preoccupa anche di riordinare correttamente i pacchetti via via che arrivano al nodo di destinazione. Il software di gran lunga più usato a questo livello è il TCP. Quest'ultimo è quasi sempre associato al software IP, che opera al livello sottostante, nel nome TCP/IP. Il TCP/IP è il componente di software di rete sul quale è stato costruito il successo di Internet. Si riveda questa scheda dove sono illustrati gli effetti del metodo TCP/IP sulla trasmissione dei pacchetti.
  • Livello rete: ogni computer può essere collegato ad un limitato numero di altri nodi nella rete in qui si trova e quindi, affinchè i suoi messaggi raggiungano un computer lontano è necessario attraversare dei nodi intermedi. Per determinare il percorso vengono usate delle tabelle, dette tabelle di instradamento. La gestione di tali tabelle consente anche di individuare percorsi alternativi in caso di guasti. Il software che tipicamente esegue questi compiti è l'IP che abbiamo menzionato nel punto precedente.
  • Livello dati: gestisce il movimento dei dati nella rete locale e esegue operazioni per controllare gli errori che possono avere luogo nel trasferimento dei dati. E' a questo livello ed a quello sottostante che opera Ethernet. Ehternet è lo standard per il controllo delle reti locali che ha avuto più successo negli ultimi anni al punto di diventare ubiquitario.
  • Livello fisico: definisce gli aspetti elettrici, meccanici e funzionali del collegamento fisico tra i nodi della rete. Specifica le caratteristiche dei cavi, dei connettori e la codifica dei bit per la trasmissione.

Rimane da commentare il ruolo del gateway. In principio il gateway è semplicemente il nodo che sta fra due reti. In particolare si parla di gateway se si assume che questo possa gestire situazioni in cui le due reti che connette siano diverse, sia dal punto di vista del supporto fisico (cavo coassiale, UTP, fibra ottica) che dal punto di vista del protocollo di gestione della rete. Dal punto di vista fisico il gateway è costituito da un computer con funzione di router ed alcune funzionalità aggiuntive. Tipicamente può avere la capacità di agire come un firewall per filtrare i pacchetti o di proxy server per funzionalità di protezione più sofisticate.

 

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