Protocolli di comunicazione e reti

• In questa sezione si parlerà di protocolli di comunicazione, tipi di reti di computer, World Wide Web, linguaggi e cloud computing.

La Comunicazione

• Comunicare significa trasmettere informazioni, condividere pensieri e dare indicazioni.
• Le tecnologie digitali facilitano e velocizzano lo scambio di informazioni tra individui e sistemi distanti.
• Nel 1948, Claude Shannon pubblicò "A Mathematical Theory of Communication", che definisce i componenti base della comunicazione digitale.

Componenti della comunicazione digitale:

• Mittente: fonte dell'informazione che la trasforma in un messaggio
• Trasmettitore: codifica il messaggio in segnale e lo invia
• Canale di comunicazione: mezzo di trasmissione del segnale
• Ricevitore: decodifica il segnale ricevuto trasformandolo in messaggio
• Destinatario: persona o macchina a cui è diretto il messaggio
• Protocollo: regole condivise tra mittente e destinatario per comprendersi a vicenda

Protocolli di comunicazione

• Protocollo: insieme di regole condivise tra entità che facilita la comunicazione
• Definisce il formato, l'ordine dei messaggi scambiati e le azioni eseguite durante la trasmissione o la ricezione
• Esempio tipico di protocollo è il linguaggio.

Telecomunicazione

• Telecomunicazione: trasmissione di segnali che trasportano informazioni a distanza
• Oggi si utilizzano onde elettromagnetiche diffuse attraverso l'aria o tramite cavi elettrici e fibre ottiche.
• La telematica combina informatica e telecomunicazioni per la trasmissione e la condivisione di dati a distanza.
• Internet è uno strumento della telematica, una rete di computer che permette lo scambio di informazioni e risorse.

Le Reti di Computer

• Rete (network): insieme di canali che connettono nodi
• Ogni nodo è connesso direttamente all'altro tramite un ramo
• Una rete di comunicazione condivide caratteristiche con reti elettriche, idriche, autostradali, ecc.
• Nelle reti c'è almeno un percorso che collega ogni nodo con gli altri
• Rete di computer: insieme di dispositivi che condividono informazioni e risorse

Tipologie di Reti

• La classificazione delle reti di computer si basa sull'estensione geografica.

Diversi tipi di reti:

• PAN (Personal Area Network): rete personale con raggio di pochi metri (es. smartwatch e smartphone)
• LAN (Local Area Network): rete locale limitata a un edificio o con estensione massima di 1 km, con alta velocità e affidabilità
• WAN (Wide Area Network): rete che copre lunghe distanze, anche un intero continente, collegando più LAN, con velocità inferiore rispetto alle LAN ma in aumento grazie alla fibra ottica
• GAN (Global Area Network): rete globale che copre l'intero pianeta, come Internet

La Rete Internet

• ARPAnet, nata nel 1969 collegando quattro università tra California e Utah, fu la prima rete di computer che utilizzò protocolli.
• Internet nasce nel 1982, diventando una rete globale accessibile a chiunque.
• World Wide Web (WWW) nasce nel 1991 al CERN di Ginevra, grazie a Tim Berners-Lee e Robert Cailliau

Caratteristiche principali di Internet:

• Rete distribuita: le risorse sono distribuite tra i vari nodi.
• Modello client/server: i client richiedono e visualizzano informazioni, i server forniscono informazioni.
• Modello TCP/IP: codifica e decodifica dei messaggi tramite protocolli TCP/IP, standard per la comunicazione online, definiti e aggiornati da autorità di controllo.

I Mezzi Trasmissivi

• Al centro del modello di Shannon si trova il canale, ossia il mezzo attraverso cui il segnale viene trasmesso.
• In Internet, i mezzi per la trasmissione dei segnali possono essere di due tipi: guidati e non guidati.

Mezzi Trasmissivi Guidati:

• Il segnale si propaga seguendo la direzione di un cavo ed è fisicamente contenuto al suo interno (doppino, cavo coassiale, fibra ottica)

Mezzi Trasmissivi Non Guidati:

• Il segnale si propaga nell'aria e nello spazio attraverso onde elettromagnetiche senza l'utilizzo di cavi (luce infrarossa, onde radio, trasmissione satellitare)

Il Doppino

• Costituito da coppie di fili di rame attorcigliati e inseriti in una guaina isolante per ridurre l'interferenza.
• Termina con un connettore RJ45 ed è chiamato cavo di rete.
• Utilizzato inizialmente per la comunicazione telefonica analogica, poi per la trasmissione digitale dei dati tramite tecnologia ADSL.

Il Cavo Coassiale

• Trasporta segnali su grandi distanze ed è costituito da un filo conduttore in rame, un dielettrico e uno schermo esterno in metallo per impedire le interferenze.

La Fibra Ottica

• Cavo in materiale vetroso che consente il passaggio della luce, con velocità superiori all'ADSL.
• I dati sono trasmessi attraverso un segnale ottico.
• Vantaggi: immunità alle interferenze, maggiore sicurezza.
• Svantaggi: costo elevato, minore tolleranza ai guasti.

Le Comunicazioni via Cavo Attraverso l'Oceano

• Il primo messaggio digitale trasmesso via cavo tra Europa e America fu inviato nel 1858 tramite telegrafo.

La Trasmissione Wireless

• Sfrutta la propagazione di onde elettromagnetiche nell'aria per trasportare l'informazione.
• Esempi: bluetooth, Wi-Fi, reti cellulari (2G, 3G, 4G e 5G).
• La differenza tra queste tecnologie risiede nella frequenza delle onde elettromagnetiche che utilizzano.
• Vantaggi: assenza di cavi, facile da usare ed espandere
• Svantaggi: facilità di intercettazione del segnale e suscettibilità alle interferenze; per prevenire intercettazioni si usa la crittografia

I Dispositivi di Rete

• Internet è costituita da reti locali connesse tra loro attraverso dispositivi di rete.

La Scheda di Rete

• Per connettersi alla rete dati, ogni dispositivo deve avere una scheda di rete o NIC (Network Interface Card).
• Le schede di rete forniscono un'interfaccia tra il dispositivo e un cavo di rete, tipicamente un doppino

Lo Switch

• Permette di collegare più dispositivi all'interno della stessa rete locale.

Il Router

• Collega la LAN alla rete Internet tramite instradamento (routing).

L'Access Point

• Connessione wireless dei dispositivi a una WLAN (Wireless LAN).
• La scheda wi-fi serve per connettersi a internet.

Il Cammino dei Messaggi

• Per la comunicazione, il messaggio dal mittente al ricevente deve essere instradato correttamente.
• Ciò richiede l'identificazione precisa di ciascun dispositivo e regole per il percorso del segnale.
• In Internet, queste funzioni sono svolte dal protocollo TCP/IP.

Gli Indirizzi IP

• L'indirizzo IP identifica univocamente un dispositivo collegato alla rete.
• È costituito da 4 byte (32 bit) rappresentati da quattro gruppi di cifre separate da punti.
• Esempio: 170.162.4.1 corrisponde a 10101010.10100010.00000100.00000001
• L'instradamento è l'operazione che indica il percorso corretto che il segnale deve seguire

IPv4 E IPv6

• IPv6 (introdotto nel 1998) utilizza indirizzi a 128 bit per evitare l'esaurimento degli indirizzi IPv4 (a 32 bit).

DNS e URL

• DNS (Domain Name System): server che associa nomi di dominio (es. www.miur.gov.it) a indirizzi IP.
• URL (Uniform Resource Locator): indirizzo univoco di una risorsa in Internet, strutturato come protocollo://nome di dominio del server/percorso del file/nomeFile.

Struttura dell'URL

• Ogni elemento rimanda alla classe degli elementi con il significato indicato.

Il WWW

• Il World Wide Web (WWW) è l'insieme di protocolli e linguaggi che rende possibile la navigazione in Internet.

HTTP e HTTPS

• HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) è il protocollo principale per la trasmissione di ipertesti.
• HTTPS (HTTP Secure) integra tecniche di crittografia per garantire la sicurezza delle comunicazioni.

HTML e CSS

• HTML (Hyper Text Markup Language) è il linguaggio per strutturare un ipertesto.
• CSS (Cascading Style Sheet) definisce la visualizzazione dei contenuti.
• I linguaggi come I'HTML sono detti linguaggi di markup.
• I tag indicano al browser come interpretare graficamente ciascun blocco di contenuto.

SMTP, POP e IMAP

• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) è il protocollo per server di posta in uscita.
• POP (Post Office Protocol) è il protocollo per server di posta in arrivo che gestisce la posta ricevuta fino al download.
• IMAP (Internet Message Access Protocol) gestisce la posta in arrivo con funzioni aggiuntive rispetto a POP.

Il W3C

• Gli standard tecnici relativi ai protocolli di comunicazione e ai linguaggi utilizzati nel World Wide Web sono stabiliti dal World Wide Web Consortium (W3C).

Il Cloud Computing

• Cloud computing: risorse (archiviazione, applicazioni) accessibili via rete.
• Benefici: non è necessario comprare e installare in locale strumenti e licenze.
• Architettura del cloud divisa in tre livelli principali.

Livelli del Cloud

• SaaS (Software as a Service): applicazioni per l'utente finale (es. Dropbox, Google Drive).
• PaaS (Platform as a Service): piattaforma per sviluppatori per implementare soluzioni (es. Windows Azure, Google App Engine).
• IaaS (Infrastructure as a Service): infrastrutture hardware e di rete, anche macchine virtuali (es. AWS, Google Compute Engine).