Informatica reti

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Informatica reti

Riassunto Informatica

Una rete è un insieme di sistemi per l’elaborazione delle informazioni messi in condivisione tra loro. Permettono la condivisione di risorse software (programmi) e hardware (stampanti), comunicazione tra i diversi sistemi e utilizzo di servizi. Prima dell’avvento delle reti, l’architettura era centralizzata (mainframe). Presentano vantaggi, quali un miglior rapporto prestazioni/costo, maggiore affidabilità e estensione semplificata e graduale. Una rete è composta da computer in grado di ricevere e di trasmettere, una linea di trasmissione che connette i computer, una scheda di rete per ogni computer e un SW di comunicazione. La velocità di trasmissione dati si misura in multipli di bps (bit per secondo). I protocolli di comunicazione sono le regole e le convenzioni per stabilire le modalità di comunicazione tra sistemi.

Le reti si differenziano per:

Modalità di connessione e tecnologia di trasmissione: punto a punto (point to point), i nodi sono collegati tra loro direttamente; multipunto (broadcast), i nodi sono collegati da un unico canale trasmissivo, riduce i costi; rete commutata (switched), i nodi sono collegati tra nodi intermedi (in genere i router).
Estensione delle reti: LAN (Local Area Network), reti private all’interno di un singolo edificio o di una struttura aziendale composta da più edifici (velocità tra 10 Mbps e 1 Gbps); MAN (Metropolitan Area Network), ricoprono un gruppo di edifici collocati in un’area metropolitana (velocità tra 2Mbps e 140 Mbps); WAN (Wide Area Network), hanno dimensioni geograficamente estese, da una città all’intero pianeta, la più famosa è Internet, ma c’è anche la rete dell’Enalotto e altre (velocità in base alle infrastrutture e al servizio utilizzato: modem, 56 Kbps, ADSL tra 8 e 12 Mbps).
Topologie di rete: per LAN: reti a stella, ogni nodo è connesso ad un sistema centrale con un cavo individuale. Il costo è elevato, ma se si interrompe il collegamento danneggia solo quel collegamento; reti ad anello ogni nodo riceve un messaggio dal nodo precedente e se non è indirizzato a lui lo invia al nodo successivo. Non ci sono problemi di indebolimento del segnale; reti a bus, tutti i nodi sono connessi con lo stesso cavo. L’interruzione del cavo comporta la caduta dell’intera rete. Per reti geografiche: a maglia libera (non possono rispettare una disposizione particolare).
Tecniche di commutazione: commutazione di circuito, è creato un vero collegamento fisico tra due utenti che resta stabile e riservato per tutta la durata della comunicazione (fasi: attivazione del circuito, utilizzo del canale e svincolo); commutazione di pacchetto, i messaggi da inviare sono organizzati in pacchetti che vengono numerati e intestati. Ognuno segue percorsi differenti. Il nodo destinatario può riceverli anche in ordine diverso da quello di trasmissione. Il messaggio è costituito da due parti: l’header contenente informazioni riguardanti la connessione e i dati veri e propri.
Tecnologie di trasmissione: linee analogiche, il collegamento più diffuso a Internet è costituito dal modem (dispositivo che consente di adattare il segnale in uscita al computer con la linea telefonica) con la linea telefonica tradizionale; ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line), è una tecnologia di modulazione che permette la trasmissione di informazioni ad alta velocità sulle linee telefoniche esistenti su normale cavo telefonico; GPRS e UMTS, permettono la trasmissione dei dati collegando un portatile ad un telefono cellulare o installando sul portatile una PC card che legga le SIM.

La rete è organizzata in livelli. Questi permettono allo sviluppatore dei servizi di rete di poter evitare di conoscere molti dettagli dei livelli sottostanti, all’utilizzatore di servizi di conoscere solo l’interfaccia dei servizi e all’ingegnere che progetta ogni singolo livello di conoscere bene il funzionamento di tutti i livelli, ma concentrarsi solo sul suo livello. Le norme che regolano questi livelli fanno riferimento al modello OSI (Open System Interconnection) realizzato nel 1984 dall’ISO (International Standard Organization). Prevede sette livelli. Ognuno aggiunge all’intestazione del messaggio un’informazione di controllo. Un servizio offerto da un livello a quello superiore può essere: orientato alla connessione, si trasmettono i dati dopo aver stabiliti una connessione o non orientato alla connessione, affidabile, con messaggio di conferma o non affidabile.

Livello di collegamento fisico (phisical layer)

Ha la funzione di definire le caratteristiche elettriche e fisiche della rete. Questo livello si occupa della trasmissione dei singoli bit sul mezzo di comunicazione (che può essere il doppino telefonico, il cavo coassiale, la fibra ottica, le onde radio, i satelliti). I messaggi sono una sequenza di bit che devono essere trasmessi anche su lunghe distanze, giungendo a destinazione senza subire interferenze. La connessione tipica delle reti locali usa sistemi Ethernet. Gli elementi che si trovano al livello 1 sono:

la scheda di rete o NIC (Network Interface Card), installata all’interno del computer, nell’alloggiamento della scheda madre. Ogni scheda di rete ha un indirizzo univoco a livello mondiale, detto MAC address, composto da 6 ottetti generalmente esplicitati come cifre decimali;
gli hub, dispositivi che collegano tra loro gruppi di utenti

Livello di collegamento dati (data link layer)

A questo livello è controllata la correttezza della sequenza di bit trasmessa e se errata ne richiede eventuale ritrasmissione. Il protocollo prevede che i bit siano formattati in pacchetti detti frame (in italiano trama). Ogni frame contiene oltre ai dati veri e propri, l’indirizzo del destinatario, a volte l’indirizzo del mittente e un codice per la rilevazione degli errori in trasmissione. A questo livello si provvede inoltre alla sincronizzazione con il destinatario del messaggio. Definisce le modalità di accesso al canale di comunicazione (CSMA/CD) e qualle per l’indirizzamento fisico. Il principale elemento di interconnessione a questo livello è lo switch.

Livello di rete (network layer)

In questo livello i messaggi sono suddivisi in pacchetti che, una volta giunti a destinazione, vengono riassemblati nella loro forma originaria. Definisce le modalità di instradamento dei pacchetti scegliendo una strada tra quelle disponibili e identifica il nodo intermedio successivo da raggiungere, tramite i router. Il router, basandosi su una mappa di rete detta tabella di routing, fanno in modo che venga identificato il percorso più idoneo tra tanti disponibili. Se cade la connessione, il router sorgente può cercare un percorso alternativo.

Livello di trasporto (Transport layer)

Il livello di trasporto provvede alla trasmissione dei pacchetti dal mittente al destinatario, evitando errori. Il protocollo più diffuso a questo livello è il TCP. Talvolta è usato anche il protocollo UDP.

Livelli di sessione, presentazione, applicazione

Sono livelli applicativi. Non è vista la rete. Ci si preoccupa di fornire servizi agli utenti (login remoto, file tranfer, servizi di posta,…)

Il modello TCP/IP

L’architettura ISO/OSI è lo standard di riferimento per i primi due livelli. Per i livelli successivi il riferimento attuale è la suite di protocolli utilizzati da Internet e noti col nome di TCP/IP. Il nome TCP/IP si riferisce ai due protocolli più rappresentativi dell’intera suite, quelli usati a livello 3 (IP) e a livello 4 (TCP). TCP/IP non pone alcun vincolo sui livelli più bassi ed è basata su 4 livelli.

I mezzi di trasmissione del segnale possono essere: analogici, il segnale varia con continuità nel tempo o digitale, il segnale è discreto, di tipo numerico. Sono: cavi elettrici, wireless e ottici. Il doppino in rame è formato da una coppia di conduttori in rame intrecciati tra loro. Supportano frequenze elevate e trasmettono a velocità superiori a 100 Mbps. Troviamo due tipi, STP e UTP (schermato e non). Il cavo coassiale è utilizzato nelle comunicazioni radio-televisive. La trasmissione wireless avviene propagando nell’etere segnali sotto forma di onde elettro-magnetiche. WLAN indica una rete locale senza cablaggio fisso. Lo standard ha il nome IEEE 802.11 (1-2 Mbps), 802.11b/g (5-50 Mbps), 802.11n (fino 200 Mbps). Per creare una rete occorre un access point e una scheda wireless per ogni computer. Le fibre ottiche sono sottilissimi fili di vetro trasparenti alla luce, a sezione cilindrica, che garantiscono alte velocità. Sono insensibili alle interferenze, bassa attenuazione del segnale (percorre oltre 100 km senza necessità di ripetitori).

I metodi di rivelazione degli errori sono: checksum, ovvero si aggiunge un bit che è un 1 se il numero degli 1 è dispari, 0 se è pari. Il bit aggiunto prende il nome di bit di parità, potrebbero cambiare due bit, ma la probabilità di errore doppio è trascurabile; CRC (Cyclic Redundancy Checking) è un algoritmo più complesso in grado di rilevare errori di sequenze di bit.

La rete ethernet ha una velocità di 10 Mbps, ma può arrivare fino a 1000 Mbps. Quando trasmette occupa tutta la banda, per cui può trasmettere una stazione per volta. Una stazione può trasmettere o ricevere. Con la tecnica CSMA/CD (carrier sense multiple access with collision detected), la stazione verifica quando la linea si libera. Per evitare collisioni si aspetta un tempo pseudocasuale prima di trasmettere i dati. Può usare 10Base2 (cavi coassiali, tipologia bus) o 10BaseT (usa doppini telefonici intrecciati).

Tra le diverse architetture si sono diffuse quelle Client/Server. Le risorse sono distribuite tra i diversi sistemi di elaborazione e condivise tra i diversi utenti. I nodi facenti parte sono: server, forniscono servizi, client, si avvalgono delle risorse e dei servizi messi a disposizione del server. I ruoli non sono predefiniti, ma interscambiabili e la comunicazione avviene attraverso i messaggi. L’iniziativa dell’interazione spetta al client che invia un messaggio contenente una richiesta, il server elabora la richiesta e restituisce al client un messaggio contenente i risultati dell’elaborazione. Il server può mettere a disposizione applicazioni che possono essere eseguite direttamente dal server. Il SW per il server permette l'accesso ai dati sul disco, gestisce la coda della stampante e controlla il nome e la password degli utenti. Il SW per il client è, di solito, un semplice driver che permette la comunicazione sulla rete. Se nella rete non ci sono calcolatori speciali, si parla di peer to peer (P2P o reti paritetiche). Nelle reti peer to peer i SO sono identici, la modalità di accesso alle risorse e tecniche di amministrazione sono distribuite, la protezione è scarsa e non sono previsti amministratori di rete. Nelle reti client/server i servizi sono centralizzati su alcuni speciali calcolatori con caratteristiche HW e SW avanzate, i servizi di protezione e amministrazione sono centralizzati, gli utenti si collegano mediante logon e possono accedere da qualsiasi postazione, per ogni utente è definito un elenco di permessi, alta protezione e sono necessari amministratori di rete. Tra i diversi server troviamo: Print server, Web server, Database server.

Internet è una rete geografica basata sul protocollo di comunicazione TCP/IP. Utilizza la rete telefonica per l’accesso. Utilizza le dorsali per convogliare il traffico ad alta densità. È decentrata. Non ha proprietari. La diffusione è curata dall’Internet society mentre la registrazione di domini da Internic. Internet è nato da un progetto statunitense nel campo militare in piena guerra fredda (Darpa, Defence Advanced Research Projects Agency). Si voleva creare una rete senza un vertice. Il protocollo scelto prevedeva l’utilizzo della commutazione di pacchetto. Si arrivò così a realizzare negli anni ’70 ARPANet. Nel frattempo nacque una rete universitaria CSNet. Nel 1980 le due reti vengono collegate da un gateway prendendo il nome di Internet (interconnessione tra reti). L’utilizzo di internet per i privati arrivò nel 1990 con lo sviluppo dell’HTTP. Mosaic fu il primo browser in grado di navigare in rete. Il protocollo TCP/IP prende il nome da protocollo di rete IP (Internet Protocol) e il protocollo di trasporto TCP (Trasmission Control Protocol). Le apparecchiature che collegano due reti sono i repeater, i bridge, i router e i gateway.

Ogni nodo è identificato da un indirizzo IP costituito da 4 numeri decimali minori di 256. Ogni numero richiede 8 bit per essere memorizzato occupando 32 bit. Il primo numero identifica l’host, gli altri tre la rete. Gli indirizzi possono essere pubblici se sono assegnati dagli ISP ai computer host; privati assegnati alle LAN dall’ente internazionale IANA (Internet Assigned Numbers Authority). Gli IP statici sono assegnati ai computer che hanno la necessità di avere sempre lo stesso indirizzo (siti web), gli IP dinamici sono indirizzi assegnati dall’ISP (Internet Service Provider) ai loro clienti che si connettono via modem. 0.0.0.0 identifica la rete di default. 127.0.0.1 (loopback) serve al computer per inviare messaggi a se stesso. 255.255.255.255 (broadcast) serve per inviare messaggi a tutti i computer della rete. Alcuni indirizzi sono riservati per le reti private e non vanno mai assegnati come pubblici (ex da 192.168.0.0 a 192.168.255.255). Ad ogni indirizzo numerico corrisponde un indirizzo simbolico: computerHost.sottorete.rete.zona. zona e rete identificano a livello mondiale un soggetto, dominio. Sottorete e host identificano in modo univoco l’utente. Il nome di dominio simbolico è chiamato FQDN (Fully Qualified Domain Name). Il DNS (Domain Name System) ha il compito di mappare i nomi simbolici con gli indirizzi IP. L’indirizzo IP attuale è IPv4, ma il nuovo standard è denominato IPv6 e consente di supportare milioni di host e fornire maggior sicurezza. È formato da 16 byte. Sono 8 gruppi da 4 cifre esadecimali separate da due punti.

Il protocollo TCP ha il compito di trasmettere in modo affidabile i dati tra due nodi della rete. È basato sulla tecnica della commutazione di pacchetto. Utilizza il router per l’instradamento dei pacchetti. Il router invia il pacchetto a delle specifiche porte, in modo di permettere di eseguire più applicativi contemporaneamente. Alcune porte sono: 20,21 FTP, 23 Telnet, 25 SMTP, 53 DNS, 80 HTTP, 110 POP3, 194 IRC.

L’accesso ad internet per un privato avviene attraverso la sottoscrizione di un abbonamento ad un ISP. Si accede mediante account (username e password). Ad ogni utente viene assegnato un IP pubblico dinamico. Deve utilizzare un modem.

Altri protocolli di rete sono: ICMP è il protocollo alla base del servizio ping; è usato quando un router o un host di destinazione devono informare il trasmittente di errori avvenuti nel corso della trasmissione; ARP (Address Resolution Protocol) è un protocollo di livello 3 che permette di determinare l’indirizzo fisico MAC e di associarlo all’indirizzo IP.

Un altro protocollo al livello di trasporto è l’UDP che come TCP provvede a inviare i pacchetti sulla rete, ma a differenza di TCP non richiede la conferma dell’avvenuta ricezione. È utilizzato in applicazioni che inviano piccole quantità di dati e che non hanno bisogno di una consegna affidabile.

Alcuni protocolli applicativi sono: TELNET, permette ad un utente di collegarsi, tramite l’elaboratore locale, a un qualsiasi altro computer remoto, connesso alla rete; HTTP (Hyper Text Transfer Protocol), protocollo per la trasmissione delle pagine web, permette la consultazione e la navigazione all'interno del WWW (World Wide Web). Il programma client HTTP è il browser, il Server HTTP o Web Server è una applicazione in ascolto sul server che mette a disposizione pagine web. Nel protocollo HTTP le risorse sono identificate da un indirizzo simbolico detto URL (Uniform Resource Locator), la cui struttura è: Protocollo://NomeDominio/PercorsoSulDisco/NomeFile#segnalibro. Il browser apre una connessione con l’host NomeDominio e spedisce la richiesta GET /PercorsoSulDisco/NomeFile, e il server risponde con l’invio di un codice di stato (200 OK, 301 Moved Permanently, 403 Forbidden, 404 Not Found); FTP (File Transfer Protocol), per la trasmissione di file tra due computer della rete. Necessaria autenticazione (User ID e password); SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) permette di inviare e-mail agli utenti della rete; POP3 (Post Office Protocol version 3), permette di ricevere e-mail dalla rete all’interno di una mailbox; IRC, per le chat. In internet si utilizzano software specifici (plugin) che ampliano le capacità del browser.

Client/Server

Un server è un programma “in ascolto” che riceve una richiesta da un client, analizza la richiesta ed elabora una risposta che invia al client. Un client è un programma che si connette ad un server, fa una richiesta e aspetta una risposta. Nel web il protocollo di comunicazione utilizzato dai due programmi per comunicare è HTTP (HyperText Transfer Protocol). Il programma client (HTTP client) è il browser, mentre il programma server in ascolto (HTTP server) è il web server. L’ ascolto avviene di solito sulla porta TCP 80. Il Web Server gestisce 2 flussi di informazioni: HTTP request: le richieste in arrivo dai client (browser) e HTTP response: le risposte del server, inviate ai client (browser). Un Web server può essere IIS - Internet Information System o Apache.

Richiesta di una pagina web: l’utente specifica l’URL della pagina web che attraverso il DNS viene convertito in indirizzo IP. Il browser invia la richiesta all’indirizzo IP ottenuto. La richiesta giunge al server che identifica la pagina web e la trasmette al client. Il browser interpreta l’HTML e visualizza la pagina web.

Un’applicazione web, o web-application, è un’applicazione accessibile via web per mezzo di una rete, come ad esempio la Rete Internet o una Intranet.

L’HTML permette solo la creazione di pagine statiche, completamente prive di interattività e di effetti dinamici. Le pagine dinamiche possono essere: per effetti dinamici lato client che consentono di visualizzare grafici, animazioni, eventi al passaggio del mouse, controllare validità dei dati inseriti e fornire messaggi di avvertimento (Javascript o applet Java); per effetti dinamici lato server che consentono di ricevere ed elaborare l’input dell’utente, collegarsi con il server per ricevere e spedire dati, modificare database, prenotare, chattare e altro (ASP, PHP, JSP).

Java Server Pages (JSP) è un linguaggio di scripting lato server HTML-embedded. Le JSP si basano su tecnologia Java ereditandone i vantaggi garantiti dalla metodologia object oriented e dalla quasi totale portabilità multipiattaforma. JSP è una soluzione "embed", ovvero è costituita da markup HTML frammentato da sezioni di codice Java. JSP nasce come astrazione delle servlet per rendere più facile la creazione e la manutenzione delle pagine web generate dinamicamente. Il server web interpreta il codice JSP e lo traduce in servlet. Successivamente esegue le servlet che generano il codice HTML e restituisce la pagina web così prodotta al client. JSP condivide molte caratteristiche con Java servlet: integrazione con Java, sicurezza e portabilità. Ma anche dei vantaggi: maggiore semplicità di sviluppo rispetto a Java servlet, consente di separare i contenuti, solitamente recuperati dal DataBase dalla loro presentazione, che avviene in linguaggio html, il codice HTML è separato dal codice Java che è racchiuso nei tag JSP.

Il codice JSP è racchiuso all’interno dei tag <% %>. Il file ha estensione .jsp. La prima volta che si effettua la richiesta del file, quest'ultimo viene compilato, creando una servlet, che sarà archiviata in memoria (per servire le richieste successive).

Tra gli oggetti più significativi del codice JSP abbiamo:

L’oggetto request è un oggetto di classe HttpServletRequest. L'oggetto request permette di accedere alle informazioni di intestazione specifiche del protocollo http. Al momento della richiesta questo oggetto incapsula le informazioni sulla richiesta del client e le rende disponibili attraverso alcuni suoi metodi. L'uso più comune è quello di accedere ai parametri inviati (i dati provenienti da un form per esempio) con il metodo getParameter("nomeParametro"), che restituisce una stringa con il valore del parametro specificato.

L’oggetto out è un oggetto di classe Writer. Viene utilizzato per produrre output nella pagina HTML che sarà trasmessa al client; serve quindi per scrivere i contenuti nella pagina. Con il metodo print(oggetto/variabile) o println() è possibile produrre qualsiasi tipo di dato.

L’oggetto session consente di mantenere le informazioni di un utente lungo tutto il tempo della sua visita al sito, dal suo ingresso alla sua uscita con la chiusura della finestra del browser. È possibile quindi creare applicazioni che riconoscono l'utente nelle varie pagine del sito e che tengono traccia delle sue scelte e dei suoi dati. Le sessioni vengono memorizzate sul server, al contrario dei cookies che sono memorizzati sul client, ma che devono però essere abilitati per poter memorizzare il così detto SessionID che consente di riconoscere il browser e quindi l'utente nelle fasi successive. I dati di sessione sono riferiti e riservati ad un utente e non possono essere utilizzati da sessioni di altri utenti.

Ambiente di esecuzione.

Per eseguire codice Jsp è necessario disporre di un apposito ambiente di esecuzione come Tomcat o come GlassFish.

Gli script JSP sono vere e proprie parti di codice Java inserite all’interno di codice HTML. Esse possono essere classificati in:

1. scriptlet racchiusi tra <% e %> rappresentano le istruzioni da eseguire in sequenza; si possono definire variabili, ma non metodi

2. dichiarazioni racchiusi tra <%! e %> consentono di specificare variabili globali e definire metodi; le variabili sono create al momento in cui la pagina jsp è compilata e mantengono il loro valore finché non viene nuovamente compilata.

es: <%! int contatore=0 %>

public double somma (double a, double b){

return (a+b);

}

3. espressioni racchiusi tra <%= e %> equivalente all’uso di out.println, consentono di produrre nella pagina html il valore di una variabile o il valore di ritorno di un metodo

es.: <%= somma(10,15) %> produce il risultato della somma

Fonte: http://pitonsblack.altervista.org/s/informatica_reti.doc

Sito web da visitare: http://pitonsblack.altervista.org

Autore del testo: non indicato nel documento di origine

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