1.3 Reti telematiche e reti dati 1.3.1 Cosa è una rete telematica 1.3.2

1.3 Reti telematiche e reti dati
1.3.1 Cosa è una rete telematica
Per rete telematica si intende una infrastruttura che trasmette dati codificati in bit (testi, voce,
immagini, filmati, in una parola dati multimediali) e che collega quindi sistemi di elaboratori fra
loro e con terminali di vario genere (telefoni, apparecchi radiotelevisivi, palmari, cellulari …).
Esiste oggi un’unica infrastruttura, che è composta dalla rete telefonica con e senza fili e da "reti dati" appositamente costruite, attraverso la quale sono trasmessi i dati multimediali e si sviluppano servizi come lo scambio di informazioni tra utenti, l’accesso interattivo a banche dati, la ricezione di notizie di pubblica utilità, la posta elettronica, la conversazione simultanea tra più utenti
(teleconferenza), l’e-commerce, l’e-learning, l’e-banking e così via.
In realtà, fino a qualche anno fa esistevano mondi distinti che trattavano la telefonia ("reti telefoniche") e "reti dati" (per la trasmissione dei dati). Oggi questa distinzione non è più così netta in
quanto i dati si trasmettono anche sulle reti telefonoche e la voce anche sulle reti-dati.
1.3.2 Classificazione delle reti-dati in base alla estensione. Le LAN
In generale una rete, e in particolare una rete-dati, si può estendere entro pochi metri oppure fino alle dimensioni planetarie ed assume denominazioni diverse in base alla sua estensione. Nella
figura è riportata una tabella che classifica le reti in base alla loro estensione
Si richiama in particolare l’attenzione su:
•
•
le reti LAN (Local Area Network), tipiche reti installate presso Uffici o organizzazioni attraverso le quali una molteplicità di utenti si collega alle reti WAN.
le Reti WAN (Wide Area Network), che coprono una grande area geografica e si estendono a livello di una nazione, di un continente o dell'intero pianeta. Ad esempio, la rete GARR collega
tutte le Università italiane.
Distanza tra
computer
10 m
100 m – 1km
10 km
100-1.000 km
Stanza
Edificio – Campus
Città
Nazione - Continente
> 10.000 km
Geografico
Ambito
Tipo di rete
Rete Personale – PAN
Rete locale – LAN
Rete metropolitana - MAN
Rete geografica - WAN
Rete geografica – WAN –
Internet
rete GARR
1.3.2.1 Reti PAN, LAN e MAN (approfondimento)
Ecco una breve descrizione delle reti dalle PAN alle MAN
Reti PAN (Personal Area Network)
Hanno un raggio di azione ridotto, adatto a piccoli spazi, tipico di reti di telefonia cellulare
Reti locali LAN (Local Area Network) – vedi figura
Le reti LAN connettono un certo numero di utenti e/o sistemi di telecomunicazioni all’interno
di un’area limitata, il cui raggio, generalmente, non supera qualche chilometro, e consentono di
trasmettere dati a velocità elevate di 10-100 Mbps e fino ad 1Gbps. Le LAN nascono, quindi,
dall’esigenza di interconnettere un numero sempre più elevato di computer all’interno di un ufficio, di un edificio, di una qualunque struttura (generalmente detta campus), in modo che i singoli
operatori possano usufruire di risorse hardware e software localmente disponibili, in modo da attingere dati e informazioni l’uno dall’altro o da un’unità centrale più grande e più complessa e
condividere l’utilizzo di unità periferiche quali stampanti, ecc.
Classica rete LAN è la Ethernet, il più diffuso tipo di rete locale al mondo, in quanto si è dimostrata la più economica e la più facile da utilizzare; ciò ne ha decretato un enorme successo a tutti i
livelli.
Reti MAN ( Metropolitan Area Network)
Una rete metropolitana può coprire un gruppo di uffici, aziende diverse, una città e può essere
pubblica o privata. Reti di questo tipo vengono realizzate con tecniche innovative come, per esempio, la posa di cavi a fibre ottiche. Storicamente le MAN sono nate, negli Stati Uniti, per fornire
servizi di tv via cavo alle città dove c'era una cattiva ricezione terrestre. In pratica un'antenna posta
su una posizione favorevole, distribuiva poi il segnale alle case mediante cavo. Poi con l’avvento
di Internet tale struttura venne usata per l’accesso veloce alla rete.
Esempio di rete LAN
1.3.3 Host e linee di trasmissione
Una rete è tipicamente costituita da due componenti distinte:
•
•
un insieme di elaboratori, detti host (o end system) sui quali sono presenti i programmi usati dagli utenti;
un sistema di comunicazione, che connette gli host fra loro, trasportando messaggi dall'uno all'altro, che a sua volta si compone di:
• linee di trasmissione (dette anche circuiti, canali, trunk o link di comunicazioni)
• elementi di commutazione (switching element): elaboratori specializzati utilizzati per connettere fra loro le linee di trasmissione.
1.3.4 Reti di reti, internet e Internet
Le reti di reti sono reti che collegano fra di loro altre reti. Un esempio comune di rete di reti è
costituito da un insieme di reti LAN collegate da una rete WAN. L’interconnessione di reti diverse
avviene tramite dispositivi di rete o macchine specifiche che offrono oltre alla connessione fisica
anche i necessari servizi di conversione per consentire lo scambio dati tra reti diverse. In figura è
mostrato un esempio.
Le reti di reti si dicono anche internet (si noti la lettera minuscola), ma la rete di reti per eccellenza è Internet (si noti la lettera maiuscola) si tratta di una particolare rete di reti, anzi LA rete di
reti di cui si dirà in seguio.
Esempio di reti di reti
1.3.5 Reti Wireless
In contrapposizione alle reti wired (sostenute da mezzi fisici quali cavi, fibre ottiche ecc.), esistono reti wireless (senza fili), che usano l'etere come mezzo trasmissivo con tecnologie diverse
(onde elettromagnetiche a frequenza diverse, raggi infrarossi, sistemi laser, etc.).
Le reti wireless, come le altre reti, hanno una estensione sul territorio che varia dai pochi metri
o centimetri di alcune (nate ad esempio per collegare una periferica al computer) a dimensioni globali via satellite. Si parla in ogni caso di raggio di copertura della rete.
I terminali della rete wireless sono liberi di muoversi nell’ambito del raggio di copertura della
rete; il caso classico e diffuso di rete wireless è quello della rete dei cellulari che, come le altre reti
telefoniche, trasmette anche dati. Altri esempi sono il collegamento bluetooth tra telefonino ed auricolare oppure tra PC e stampante e, all'altro estremo, le reti televisive in cui il segnale viaggia
nell’etere tramite onde elettromagnetiche.
1.3.5.1 Dalle PAN alle WAN wireless (approfondimento)
Alcune reti wireless sono composte da computer e/o dispositivi nei quali si utilizzano segnali
radio, in altri casi si usano tecnologie differenti.
Tipica è la tecnologia usata per collegare le periferiche ed altri dispositivi (es. macchina fotografica digitale, cellulare) al PC, semplicemente portando i dispositivi che si vuole collegare nel
corto raggio di copertura di una rete PAN. Vengono utilizzati 2 standard:
•
•
IrDA (Infrared Data Association) che è basato sull’utilizzo di raggi infrarossi diretti, con portata
massima di circa un metro ed una velocità di trasmissione dati di massimo 4 Mbps. L’utilizzo di
raggi infrarossi elimina problemi di interferenza, ma la necessità di disporre i terminali a distanza visiva limita notevolmente gli ambiti applicativi.
Bluetooth (IEEE 802.15) rappresenta uno degli standard più utilizzati per queste reti. La sua
specifica utilizza le frequenze dei 2,4GHz con una portata massima di circa 15 metri ed una velocità di trasferimento dati fino a 2 Mbps. Con questo standard si può costituire una rete da un
massimo di 8 dispositivi attivi (255 in modalità stand-by) con configurazione di master-slave, in
cui il primo dispositivo attivo diviene il master, consentendo agli altri slave di comunicare tra di
loro.
Le Reti WLAN (Wiered LAN) hanno una copertura notevolmente più ampia delle altre e hanno prestazioni che pian piano si stanno avvicinando a quelle delle reti LAN cablate. Appositi standard (p.e. 802.11b, Hiperlan dello ETSI) fissano la capacità di banda (11 Mbps ad esempio) e due
distinte modalità di funzionamento:
•
•
in presenza di una stazione base, le comunicazioni passano attraverso un “access point” (eventualmente collegato ad una rete cablata).
in assenza di una stazione base, i computer si spediscono direttamente i dati tra loro (questa modalità prende il nome di “ad hoc mode”).
Infine le Reti WWAN (Wireless WAN) hanno una copertura mondiale, grazie alla collaborazione dei satelliti e di vari operatori di telecomunicazioni. Gli standard più utilizzati sono il GPRS,
utilizzato dalla telefonia cellulare di seconda generazione, con velocità massima di circa 171 kbps
e l’UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), usato dalla telefonia detta di terza generazione, con velocità massima massima di 1920 kbps.
Le applicazioni tipiche attualmente implementate, usate ad esempio dalla reti UMTS in Italia,
sono tre: voce, videoconferenza e trasmissione dati a pacchetto. Ad ognuno di questi tre servizi è
assegnata una specifica banda, per la voce 12,2 kbps, 64 kbps per la videoconferenza e 384 kbps
per trasmissioni di tipo dati (accesso a portali, giochi on-line, posta elettronica, ...). Tale capacità
(decisamente superiore rispetto a quella delle reti GSM e GPRS), è quindi è in grado, potenzialmente, di consentire l'accesso, a costi contenuti, di dispositivi mobili ad Internet.
In figura una tabella di sintesi delle diverse reti wireless.
Tipologia di reti wireless
Tipo
Copertura
Standard
PAN wireless
Campo d’azione di una persona
(15 metri)
LAN wireless
Un complesso di edifici
WAN wireless
Geografica
Bluetooth,
IrDA
IEEE 802.11,
HiperLAN
GPRS,
UMTS
Prestazioni
(fino a)
2 Mbps
54 Mbps
2 Mbps
Infine, è importante sottolineare che uno dei problemi principali delle reti senza filo è la sicurezza. Siccome i segnali sono onde radio, essi vengono irradiati nell'etere e quindi possono essere
facilmente intercettati. Per aumentare la sicurezza delle comunicazioni, i segnali vanno cifrati, anche per tali tecnologie esistono appositi standard.
1.3.6 Topologia delle reti
In una rete wired, in base alla disposizione “geometrica” che assumono i collegamenti tra i suoi
nodi, si definisce la topologia di una rete. Le topologie più diffuse sono:
•
•
•
a stella,
a bus,
ad anello
La topologia della rete può vincolare il numero di stazioni e di linee di connessione, la lunghezza del cavo, i tipi di supporto, il sistema di cablaggio e così via. Nell'approfondimento alcuni dettagli.
1.3.6.1 Reti a stella (approfondimento)
Nella topologia a stella: ogni dispositivo è connesso ad un nodo centrale che ha il compito di
controllare e gestire la rete; le connessioni sono del tipo punto-punto e tutte passano attraverso
l’unico punto centrale (vedi figura).
esempio di topologia di rete a stella
Se il mezzo fisico utilizzato per il collegamento è molto costoso (fibra ottica) la topologia a
stella risulta dispendiosa e l’aggiunta di nuove stazioni richiede la connessione di nuovi cavi al
nodo centrale. Per brevi distanze risulta utile e relativamente economica.
Vantaggi:
• Buone prestazioni: poiché i collegamenti sono di tipo punto-punto non ci sono problemi di contesa per l’utilizzo del mezzo di comunicazione, come avviene per le altre topologie;
• Semplicità di protocollo: poiché il collegamento è individuale non si deve controllare lo stato
della linea per sapere se è libera e poterne usufruire.
• Semplicità di controllo: la gestione è affidata ad un unico nodo
• Alta affidabilità: in caso di guasto di un nodo gli altri non vengono danneggiati, assicurando,
così, il funzionamento
Svantaggi:
• Lunghezza: la lunghezza dei collegamenti è rilevante, e di conseguenza il costo di posa in opera,
a causa della modalità di connessione del tipo punto-punto con ciascuna stazione;
• Sovraccarico: se sono molte le richieste di connessione il sistema centrale può non riuscire a
servirle tutte.
• Affidabilità: il guasto del nodo centrale inficia il funzionamento di tutta la rete.
1.3.6.2 Reti a bus (approfondimento)
Nella topologia a bus: tutti i dispositivi sono collegati ad un singolo cavo e un apposito sistema di indirizzamento seleziona di volta in volta gli interlocutori. (vedi figura)
esempio di topologia di rete a bus
Vantaggi:
• Semplicità di realizzazione;
• Costi contenuti;
• Affidabilità: un eventuale guasto di un nodo non compromette il funzionamento della linea (come avviene per la topologia ad anello).
Svantaggi:
• Prestazioni: in caso di traffico notevole le prestazioni peggiorano in modo sensibile;
• Distanze ridotte: il tipo di collegamento, non essendo le stazioni rigeneratrici del segnale, impone distanze molto ridotte, anche se è possibile ovviare parzialmente a questo problema inserendo sulla dorsale appositi dispositivi rigeneratori.
1.3.6.3 Reti ad anello (approfondimento)
Nella topologia ad anello i dispositivi sono collegati in modo circolare, il flusso delle informazioni è unidirezionale; ogni stazione riceve i dati, ne controlla la destinazione, li rigenera e li ritrasmette a sua volta (vedi figura). In tal modo è possibile estendere la lunghezza del collegamento
senza il problema dell’attenuazione.
Esempio di topologia di rete ad anello
Vantaggi:
• Controllo della rete; ogni nodo contribuisce alla gestione della rete;
• Rigenerazione del segnale; ogni nodo amplifica e rigenera il segnale.
Svantaggi:
• Affidabilità scarsa; in caso di singolo guasto si inficia l’operatività dell’intera rete. Per ovviare a
questo inconveniente occorre utilizzare un cablaggio particolare.
1.3.7 La commutazione di pacchetto
Nelle reti-dati i messaggi sono suddivisi in pacchetti di un numero prefissato di bit (si dice
“lunghezza in bit”), corredati di altre informazioni comprendenti, oltre al messaggio vero e proprio, l’indirizzo del destinatario e altre informazioni di servizio.
Questa tecnica si dice a commutazione di pacchetto (packet switching) in contrapposizione alla tecnica tradizionale telefonica detta “a commutazione di circuito” (vedi in seguito).
I nodi della rete ricevono i pacchetti in ingresso, per poi instradarli verso il nodo successivo, attraverso collegamenti tra i nodi, fino al destinatario. Ogni pacchetto è considerato dalla rete come
un’entità a sé stante, in linea di principio priva di correlazioni coi pacchetti che lo precedono o lo
seguono: ne deriva che i diversi pacchetti componenti lo stesso messaggio possono seguire percorsi diversi per giungere allo stesso destinatario. Una volta arrivati a destinazione tutti i pacchetti, il
messaggio viene ricomposto e può essere letto o usato.
In figura è mostrato un esempio di percorsi diversi di pacchetti componenti un messaggio, anche su canali a diversa velocità di trasmissione.
1.3.7.1 Struttura dei pacchetti e della rete (approfondimento)
La natura discontinua della trasmissione di dati digitali può essere sfruttata per far sì che flussi
di dati differenti possano condividere la stessa connessione, a patto di poterli distinguere. Questo
principio è alla base della tecnica della commutazione di pacchetto. I pacchetti, pertanto, sono corredati di altre informazioni così composte:
•
•
un’intestazione (header), utilizzata ai fini dell’identificazione e gestione, contenente l’indirizzo
del destinatario e del mittente;
una sezione contenente i dati veri e propri (payload).
Una rete a commutazione di pacchetto è composta da:
•
•
sistemi terminali (End System o host) che producono o ricevono dati;
apparati che si occupano dell’instradamento dei pacchetti tra sorgente e destinazione, detti nodi
della rete (Network Nodes o Intermediate System).
Ogni nodo riceve i pacchetti in ingresso, per poi instradarli verso il nodo successivo, attraverso
i collegamenti fisici tra i nodi. La differenza con la tecnica a commutazione di circuito (vedi in seguito) è che, in questo caso, la connessione che si instaura tra due nodi intermedi li impegna solo
per il tempo necessario al transito di uno o più pacchetti, restando subito dopo a disposizione di eventuali altri transiti.
1.3.8 I protocolli di rete e l’organizzazione a livelli. L’ISO-OSI
Gli host di una rete possono comunicare tra loro rispettando un insieme di regole, dette protocollo di rete, che permette correttamente l'instaurazione, il mantenimento e la terminazione di una
comunicazione. L'aderenza ai protocolli garantisce che due host possano comunicare tra loro anche se sono state realizzate indipendentemente l'una dall'altra.
In realtà, più che un protocollo, si fissa una famiglia di protocolli, costituiti da diversi protocolli, ciascuno dei quali regola una parte degli aspetti di una comunicazione. I diversi protocolli sono
organizzati con un sistema detto "a livelli": il più elementare (tipicamente il livello 1) si occupa
delle regole elettriche e fisiche per l'inoltro dei segnali sul mezzo fisico (ed ignora l'applicazione
che lo deve usare); quello più evoluto si occupa delle regole logiche ed organizzative dell'applicazione, ad esempio, le regole per l'inoltro di un messaggio di posta elettronica (ed ignora il mezzo
fisico su cui esso si inoltra). A ciascun livello viene usato uno specifico protocollo. La divisione in
livelli è fatta in modo che ciascun livello utilizzi i servizi offerti dal livello inferiore, e fornisca
servizi al quello superiore: in questo senso si parla anche di una pila (stack) di protocolli.
Nell'ambito delle reti di computer, un notevole sforzo è stato compiuto per definire protocolli
standard, allo scopo di consentire l’integrazione di reti differenti, ed in particolare l’ISO (International Standards Organization) ha realizzato un modello di protocolli a livelli (stack protocollare)
denominato OSI (Open System Interconnection), che costituisce un modello di riferimento didattico e progettuale.
ISO-OSI consta di 7 livelli, da quello fisico (livello 1), ossia del cavo o delle onde radio, fino al
livello delle applicazioni (livello 7), attraverso cui si realizza la comunicazione di 'alto livello' (i
nomi tecnici dei livelli sono: fisico, data link, rete, trasporto, sessione, presentazione, applicazione).
1.3.8.1 Open Systems Interconnection (approfondimento)
Negli anni ’80 l’ ISO “International Standards Organization”, ha definito un modello di riferimento per reti di calcolatori a commutazione di pacchetto: il modello OSI “Open System
Interconnection”, un modello standard di riferimento per l'interconnessione di sistemi aperti, che
stabilisce una pila (stack) di protocolli in 7 livelli (layers, o strati). Il modello OSI non è risultato
vincente, a causa della sua eccessiva complessità, ma costituisce a tutt'oggi un modello di riferimento.
In particolare i livelli di ISO/OSI vanno dal livello fisico (livello 1), quello del mezzo fisico,
ossia del cavo o delle onde radio fino al livello delle applicazioni (livello 7), attraverso cui si realizza la comunicazione di 'alto livello'. La pila è così costituita:
•
Livello 1: fisico. Trasmette un flusso di dati non strutturati (sequenze di bit) attraverso un collegamento fisico, occupandosi della forma e del voltaggio del segnale. Definisce le procedure
meccaniche e elettroniche necessarie a stabilire, mantenere e disattivare un collegamento fisico.
•
Livello 2: datalink. Trasferisce i pacchetti attraverso il livello fisico, inviandoglielo sequenzialmente con i necessari segnali di sincronizzazione ed effettuando un controllo degli errori e
delle perdite. Incapsula i dati in un pacchetto provvisto di header (intestazione) e tail (coda);
analoga struttura hanno anche i “pacchetti di controllo”, come quello denominato di ACK (acknowledgement, conferma) che, ad esempio per ogni pacchetto ricevuto, il destinatario invia al
mittente e che fra l’altro comunica gli esiti della trasmissione (il mittente ripete l'invio dei pacchetti ricevuti con esito negativo o per i quali non ha ricevuto risposta).
•
Livello 3: rete. Ha l'obiettivo di rendere i livelli superiori indipendenti dai meccanismi e dalle
tecnologie di trasmissione. Si occupa di stabilire, mantenere e terminare una connessione. È re-
sponsabile del routing (instradamento) dei pacchetti. Determina quali sistemi intermedi devono
essere attraversati da un messaggio per giungere a destinazione.
•
Livello 4: trasporto. Trasferisce dati in modo trasparente tra due host, effettuando – nella modalità affidabile - anche un controllo degli errori e delle perdite. A differenza dei livelli precedenti, che si occupano di connessioni tra nodi contigui, si occupa a livello logico solo del punto
di partenza e di quello di arrivo. In particolare il livello 4 può:
o frammentare i pacchetti in modo che abbiano dimensioni idonee al livello 3,
o rilevare/correggere gli errori
o controllare il flusso e le congestioni.
•
Livello 5: sessione. Controlla la comunicazione tra applicazioni. Stabilisce, mantiene e termina
le connessioni (dette sessioni) tra applicazioni cooperanti. Si occupa anche di inserire alcuni
"punti di controllo" nel flusso dati: in caso di errori nell'invio dei pacchetti, la comunicazione riprende dall'ultimo punto di controllo andato a buon fine. Il livello 5 è quindi responsabile dell'organizzazione del dialogo e della sincronizzazione tra due programmi applicativi.
•
Livello 6: presentazione. Trasforma i dati forniti dalle applicazioni in un formato standard e offre servizi di comunicazione comuni, come la crittografia, la compressione del testo e la riformattazione. È necessario in quanto l’informazione è rappresentata in modi diversi su elaboratori
diversi. .
•
Livello 7: applicazione È l’interfaccia fra utente e macchina. É il livello dei programmi applicativi, cioè di quei programmi attraverso i quali l'utente finale utilizza la rete (talora, questi programmi sono scritti ad hoc, talora appartenenti al sistema operativo stesso).
Ogni livello individua un proprio protocollo e la comunicazione è "per livelli", nel senso che, dati
due nodi, ciascun livello del primo scambia informazioni solo con lo stesso livello del secondo In
particolare, un livello realizza lo scambio di informazioni col livello corrispondente usando una
comunicazione con il proprio livello immediatamente sottostante: i messaggi di livello n sono incapsulati in messaggi del livello n-1. Così se A deve inviare, ad esempio, una e-mail a B, l'applicazione (liv. 7) di A propaga il messaggio usando il livello sottostante (liv. 6) che a sua volta lo propaga al livello inferiore, fino ad arrivare alla comunicazione sul mezzo fisico. Il processo opposto
si ha in ricezione.
1.3.9 Apparati per il collegamento fra reti
Nelle reti di reti come Internet (vedi RICHIAMO) appositi apparati, detti appunto "di rete", sono dedicati al collegamento fra le reti; Fra questi, il più significativo è il router (instradatore), che
si occupa di instradare i pacchetti tra reti diverse.
A tale scopo, tutti i router della rete di reti si scambiano periodicamente informazioni su come raggiungere le varie reti e ciascun router costruisce al proprio interno una tabella di instradamento che
raccoglie tali informazioni. Così, all'atto in cui un router riceve un pacchetto (che contiene l'indirizzo del destinatario, vedi RICHIAMO), sa dove deve instradarlo.
I router sono tipicamente normali computer (aventi due o più intefaccie di rete) con un apposito
software, sempre più spesso sono dedicati esclusivamente alla funzione di router,
Altri apparati per il collegamento fra reti sono i bridge e i gateway, comunque profondamente
diversi dai primi. Anche per questo approfondimento sono richieste conoscenze sullo stack ISOOSI (vedi RICHIAMO).
RICHIAMO: § 1.3.4 - Reti di reti, internet e Internet
RICHIAMO: § 1.3.7 - La commutazione di pacchetto
RICHIAMO: § 1.3.8 - I protocolli di rete e l’organizzazione a livelli. L’ISO-OSI
1.3.9.1 Connettere reti a livello 3: Router (approfondimento)
I router operano a livello 3 dello stack ISO/OSI. Gli elementi della tabella di instradamento di
un router non sono singoli host ma reti locali; precisamente, nella tabella vi sono.gli indirizzi delle
reti (nel caso di INTERNET, si tratta degli indirizzi IP). Ciò permette di interconnettere grandi reti
senza crescite incontrollabili della tabella. Quando un pacchetto raggiunge un router, l’intestazione
e la coda del pacchetto vengono tolti ed il pacchetto così ridotto viene passato al software di instradamento, il quale sfrutta l’intestazione per scegliere la linea di output ottimale.
Per lo scambio di informazioni fra i router, destinate alla costruzione delle tabelle di instradamento, sono stati messi a punto appositi protocolli, come l'OSPF e il BGP. Alcuni router possiedono anche un firewall (vedi in seguito) incorporato, poiché il punto di ingresso/uscita di una rete
verso l'esterno è ovviamente il luogo migliore dove effettuare controlli sui pacchetti in transito.
1.3.9.2 Connettere reti a livello 2: Bridge (approfondimento)
Un bridge è un dispositivo di rete che si colloca al livello 2 (data link) del modello ISO-OSI ed
è usao per connettere reti locali. Esso è in grado di riconoscere, nei segnali elettrici che riceve dal
mezzo trasmissivo, dati organizzati in frame. In particolare, è in grado di individuare l'indirizzo
del nodo mittente e del nodo destinatario.
Tipicamente un bridge è munito di porte con cui è collegato a diversi segmenti della rete.
Quando riceve un pacchetto su una porta, esso cerca di capire se il destinatario si trova o meno nello stesso segmento del mittente e quindi:
•
•
•
se è nello stesso segmento, evita di inoltrare il pacchetto, in quanto presumibilmente il destinatario l’ha già ricevuto;
se è in altro segmento, inoltra il pacchetto verso il segmento del destinatario;
se non sa su quale segmento si trova, inoltra il pachetto su tutte le porte tranne quella da cui l'ha
ricevuta.
Un bridge con più porte viene detto detto switch (si veda il paragrafo sugli switch).
1.3.9.3 Gateway (approfondimento)
Gateway è un termine generico che indica il servizio di inoltro dei pacchetti verso l'esterno; il
dispositivo hardware che porta a termine questo compito è tipicamente un router.
Nelle reti più semplici è presente un solo gateway che inoltra tutto il traffico diretto all'esterno
verso la rete Internet. In reti più complesse in cui sono presenti parecchie sottoreti, ognuna di queste fa riferimento ad un gateway che si occupa di instradare il traffico dati verso le altre sottoreti o
a rimbalzarlo ad altri gateway. Spesso i gateway non si limitano a fornire la funzionalità di base di
routing ma integrano altri servizi come proxy DNS, firewall, etc
Un computer connesso alle rete locale confronta l'indirizzo di destinazione dei dati da inviare
con la subnet mask (la maschera della sottorete) e:
•
•
se corrispondono, significa che il computer di destinazione è sulla stessa rete locale;
se non corrispondono, il computer d'origine invia i dati al gateway predefinito, il quale si occuperà del loro successivo instradamento verso la rete remota di destinazione.
Per finire, i gateway di applicazione comprendono il formato ed il contenuto dei dati e traducono i messaggi da un formato all’altro, ad esempio un gateway di posta elettronica potrebbe tradurre
i messaggi inviati da Internet in messaggi SMS per telefoni cellulari.
1.3.10 Apparati per il collegamento fra host in una LAN
Su una LAN, ricevuto un pacchetto dal router connesso alla rete WAN, occorre che questo sia
inoltrato verso l’host di destinazione. A tale scopo, appositi apparati di rete sono collegati attraverso interfacce dette porte da un lato al router e dall’altro agli host. Essi, quindi, provvedono ad inoltrare i pacchetti verso gli host della rete. In particolare, i switch (e i loro predecessori, gli hub) sono dispositivi di rete che fungono da nodi concentratori e di smistamento verso gli host.
Un hub inoltra i pacchetti di dati in arrivo da una qualsiasi delle sue “porte” su tutte le altre (comunicazione in broadcast). Uno switch, invece, selettivamente alla porta ove è connesso il destinatario. Gli approfondimenti forniscono qualche elemento in più su tali dispositivi, ma per comprenderli sarebbe bene aver letto anche quello relativo al protocollo ISO-OSI (vedi RICHIAMO)
Schema di una rete a stella utilizzante un Hub
RICHIAMO: § 1.3.2 - Classificazione delle reti-dati in base alla estensione. Le LAN
RICHIAMO: § 1.3.8 - I protocolli di rete e l’organizzazione a livelli. L’ISO-OSI
1.3.10.1 Hub (approfondimento)
Un hub è un apparato che connette, attraverso le sue "porte", una molteplicità di host. Esso riceve i pachetti da una sua porta e li smista simultaneamente su tutte le altre; non ha quindi bisogno
di riconoscere la struttura dei pacchetti.
Un hub crea un unico “dominio di collisione” unendo tutti i calcolatori o le reti connessi alle
sue porte. Ciò vuol dire che, se due calcolatori sono collegati a porte diverse e trasmettono contemporaneamente, si verifica una collisione, e la trasmissione deve essere ripetuta. Infatti l'hub non
distingue i segmenti di LAN e ritrasmette tutti i segnali che riceve.
La conseguenza del comportamento dell'hub è che la banda totale disponibile viene ridotta a
causa del moltiplicarsi di inutili dati inviati e crea anche limitazioni al numero di nodi che si possono connettere alla LAN.
1.3.10.2 Switch (approfondimento)
Lo switch è un dispositivo di rete che, a differenza dell'hub, inoltra selettivamente i pacchetti di
dati ricevuti da una qualsiasi porta verso un'unica porta di uscita.
Esso normalmente opera al livello 2 (datalink) del modello di riferimento ISO-OSI.
L'inoltro selettivo fa sì che la banda totale disponibile non
viene ridotta come nell'hub (il traffico avviene infatti all'interno
del switch, non sui cavi verso gli host). Per realizzarlo, lo switch
riconosce, nel flusso di bit del pacchetto, l’indirizzo dell’host (e quindi della porta) di ricezione e
possiede una funzione di forwarding, basata sull'apprendimento degli indirizzi-sorgente dei pacchetti in arrivo e sulla conseguente costruzione di una tabella di forwarding che associa le porte
dello switch agli indirizzi.
La complessità del comportamento di uno switch è compensata dalle sue migliori prestazioni..
Un buono switch viene inoltre dotato di un software di gestione che gli conferisce ulteriori funzionalità.
Si tenga presenta che gli switch realizzando, oltre che la connessione tra host anche una connessione tra reti. Si veda a tal proposito il paragrafo sui Bridge.
1.3.10.3 Ripetitori (approfondimento)
Un ripetitore (repeater) riceve un segnale debole e attenuato dalla lunghezza del collegamento
e dai disturbi della linea, lo “rigenera” e lo ritrasmette in modo da garantire una percorrenza di
lunghe distanze senza eccessivo degrado. Esso opera al livello più basso dello standard ISO-OSI.
I ripetitori sono fondamentali nell’estensione di reti locali, in quanto consentono di collegare
fra loro cavi di due porzioni di rete, aumentando la distanza raggiungile dalle LAN. Il loro uso, però, introduce nella rete un leggero ritardo nelle trasmissioni dei pacchetti. Attualmente, grazie alle
nuove tecnologie di rete, stanno cadendo in disuso.