Fondamenti di reti

Fondamenti di reti
Componenti hardware e software – Topologia –
Architetture
Vantaggi delle reti
Una rete è un insieme di computer che condividono delle
risorse.
Le risorse condivise possono essere di diverso tipo.
Gli esempi più comuni sono rappresentati dalla connessione
ad Internet, stampanti e spazio su disco.
Anche la possibilità di accedere a servizi specifici costituisce
una condivisione di risorse: quando un utente esegue un
programma su un computer remoto, ad esempio, utilizza una
risorsa (il programma stesso) che è condivisa tra più utenti
della rete.
I vantaggi delle risorse condivise vanno quindi dal risparmio
economico (non serve avere una stampante per ogni
computer) ad un incremento di produttività.
Applicazioni server e client
Un server è un’applicazione che attende una richiesta di un
servizio specifico da parte di un’altra applicazione, detta
client.
La richiesta di un servizio può originarsi sia dalla macchina
stessa su cui è in esecuzione il server sia da un’altra
macchina della rete.
Ogni server può essere interrogato solamente da client
specifici: per esempio un server Web può ricevere richieste da
un browser, ma non da un client di posta elettronica.
Client e server, anche se di produttori differenti, devono
condividere un insieme di regole di interazione.
Per estensione di linguaggio un server è anche una macchina
su cui è in esecuzione un’applicazione server.
Server di rete
Un server di rete è un computer su cui sono in esecuzione
applicazioni che offrono servizi specifici alle altre macchine della rete,
come per esempio autenticazione degli utenti, controllo,
distribuzione di criteri di amministrazione e simili.
I computer che si avvalgono dei servizi di un server di rete vengono
chiamati client, estendendo anche in questo il significato della parola
che, più strettamente, sarebbe riferita alle applicazioni.
Un server di rete, per poter assolvere ai suoi compiti, è generalmente
una macchina piuttosto potente, dotata di una quantità di RAM
piuttosto grande. Se la rete è piccola, più che un processore molto
potente è utile una grande quantità di RAM.
Dal momento che un server non deve essere utilizzato per il lavoro
ordinario degli utenti, non sono affatto necessarie particolari
prestazioni grafiche.
Sistemi operativi server e client
I sistemi operativi Microsoft sono nettamente distinti in sistemi
operativi server e sistemi operativi client.
Fra i primi si devono annoverare Windows NT Server, Windows 2000
Server e Windows 2003 Server, dei quali esistono, inoltre, differenti
versioni, ognuna progettata per reti di dimensioni differenti e
differenti carichi di lavoro.
Windows NT Workstation, Windows 2000 Professional e Windows XP
Professional sono esempi di sistemi operativi client.
In ambiente Linux questa distinzione non è sempre così netta.
Infatti, sebbene alcune distribuzioni commerciali annoverino versioni
del sistema operativo ottimizzate per questa funzione e arricchite di
applicazioni ad hoc, il fatto che una macchina Linux sia un server di
rete dipende solamente dalle applicazioni in esecuzione su di essa.
Reti peer-to-peer
Una rete priva di un server di rete è una rete peer-to-peer.
In tale situazione ogni computer mette a disposizione delle
risorse e accede a quelle condivise degli altri computer con un
rapporto paritetico.
Le reti peer-to-peer sono una soluzione accettabile a livello
domestico o in piccoli uffici, con un numero limitato di
computer.
I vantaggi delle reti peer-to-peer vanno ravvisati nella facilità di
configurazione, che spesso non richiede personale altamente
specializzato, e il basso impatto economico.
D’altro canto non consentono un’amministrazione
centralizzata delle risorse e dell’accesso ad esse.
Client di rete
Un computer client viene solitamente utilizzato dagli utenti per lo
svolgimento delle loro attività quotidiane, anche se nulla vieta che
possa eseguire altre applicazioni server, come per esempio server
Web, server FTP o altro.
Le caratteristiche che si richiedono ad un client sono
sostanzialmente legate, oltre ai requisiti minimi del sistema operativo,
alle applicazioni che deve eseguire.
Se da un lato non si richiedono particolare prestazioni grafiche, come
dimostra il fatto che molti server Linux non abbiano installata alcuna
GUI, in un client la necessità di prestazioni grafiche elevate può
essere particolarmente sentita.
Un caso particolare di client è rappresentato dai thin client, che sono
computer particolarmente poveri, se non privi, di capacità logiche e
di memorizzazione, che si appoggiano per ogni necessità ad un “fat”
server. Tralasciando l’ovvia connessione di rete, l’unico requisito è la
capacità grafica.
La scheda di rete
La scheda di rete è il dispositivo che consente la connessione del
computer alla rete. Spesso ci si riferisce ad essa con l’acronimo NIC
(Network Interface Card, scheda di interfaccia di rete).
La scelta della scheda appropriata dipende dal computer e dal tipo di
rete. Bisogna infatti valutare se la scheda debba essere installata su
un portatile, nel qual caso potrebbe essere necessaria una scheda
PCMCIA, o un desktop, in cui si può ricorrere ad una scheda PCI.
Inoltre ogni scheda è compatibile per una sola architettura di rete:
una scheda Ethernet non può essere utilizzata per connettersi ad una
rete Token ring.
Ad ogni scheda di rete è assegnato un indirizzo fisico univoco, detto
MAC address (Media Access Control). Ogni MAC address, per molte
architetture di rete, è composto da sei byte, ognuno dei quali viene
espresso come una coppia di numeri esadecimali. Un esempio di
MAC address è 88-B2-3C-A7-FF-03.
Topologie di rete
La topologia è il modo in cui i computer di una rete sono
interconnessi tra di loro. Le più diffuse sono:
A bus: ogni computer è connesso solamente e direttamente ad un
mezzo trasmissivo lineare, lungo il quale si propagano in entrambe le
direzioni le trasmissioni di ogni singolo computer.
A stella: tutti i computer sono connessi direttamente ad un nodo
centrale, solitamente attraverso due connessioni punto a punto, una
per la ricezione e una per la trasmissione dati.
Ad anello: i computer formano una struttura ad anello chiuso, in cui
ognuno riceve dati dal precedente e li ripete al successivo. I dati
fluiscono solamente in senso orario o antiorario.
Ad albero: è una estensione della rete a bus, solitamente utilizzata in
reti con un numero piuttosto ampio di computer. In una struttura ad
albero, al posto dei singoli nodi possono esservi diramazioni prive di
strutture ad anello.
Mezzi trasmissivi
Le trasmissioni dei singoli computer si propagano nella rete
attraverso un mezzo trasmissivo.
Vengono comunemente utilizzati i seguenti mezzi trasmissivi:
– Doppino in rame
– Doppino in rame binato
– Cavo coassiale
– Fibre ottiche
– Canali radio terrestri e satellitari
Per ognuno di questi mezzi trasmissivi possono esistere
supporti con proprietà differenti, ognuno dei quali può essere
utilizzato per connessioni entro distanze specifiche o
solamente per un certo numero massimo di connessioni.
Doppino in rame e doppino in rame binato
Il doppino in rame consiste di due fili di rame singolarmente
isolati e intrecciati a spirale regolare e costituisce un link per
la comunicazione. Per ridurre l’interferenza con altri doppini
nelle vicinanze, un doppino è protetto da una guaina esterna.
Trova largo utilizzo nelle comunicazioni telefoniche, cui
corrispondono jack RJ11.
Il doppino di rame binato è costituito da due doppini di rame
non schermati UTP (Unshield Twisted Pair) o schermati.
Nelle LAN consente di raggiungere velocità di 10Mbit/s o
100Mbit/s. Nel primo caso possono essere utilizzati doppini di
categoria 3, mentre la categoria 5, caratterizzata da un numero
maggiore di avvolgimenti per centimetro e una guaina isolante
in Teflon, viene utilizzata per le connessioni a 100Mbit/s.
Il jack utilizzato è RJ45.
Cavo coassiale, fibre ottiche e canali radio
I cavi coassiali consistono di due conduttori di rame concentrici,
separati da un isolante e racchiusi da una guaina.
Nelle LAN vengono utilizzati due tipi distinti di cavi coassiali: a banda
base o a banda larga.
Il cavo coassiale a banda base ha un’impedenza di 50 ohm e un
diametro di circa 1 cm.
Il cavo coassiale a banda larga ha invece un’impedenza di 75 ohm ed
è più spesso e costoso.
Le fibre ottiche sono caratterizzate da elevate velocità e da una
particolare resistenza alle interferenze. Ciò le rende il mezzo ideale
per le lunghe distanze, anche centinaia di chilometri, giustificando,
così, gli elevati costi che richiedono.
I canali radio, che non richiedono la presenza di cablaggi,
consentono trasmissioni sia entro l’area locale sia a livello satellitare.
Sussistono, ovviamente, profonde differenze nei due casi.
Hub e switch
Gli hub sono dispositivi che funzionano da concentratori, nel
senso che inoltrano su tutte le loro porte i segnali che
ricevono da una qualsiasi: in una topologia a stella possono
essere la postazione centrale.
Gli hub sono passivi, se si limitano a “distribuire” il segnale,
attivi se, oltra a ciò, lo amplificano.
Gli switch, sebbene lavorino ad un livello di rete differente,
compiono la medesima funzione di inoltro degli hub, con la
differenza che i segnali ricevuti vengono inoltrati solamente
sulla porta ove è connesso il destinatario.
Sia gli hub che gli switch sono ampiamente utilizzati nella LAN,
in quanto consentono di superare le limitazioni dovute ad una
struttura rigidamente lineare della rete.
Inoltre gli switch consentono di ottimizzare lo sfruttamento
della banda della rete su sue singole porzioni.
Architetture di rete
Le reti possono essere classificate secondo la loro
architettura, vale a dire in base alle tecnologie utilizzate. Fra le
architetture più utilizzate, bisogna ricordare:
– Ethernet
– Token ring
– FDDI
Le differenze fra le varie architetture si manifestano sia a
livello di pacchettizzazione dei dati, sia nella modalità della
loro trasmissione, come pure nei cavi di rete utilizzati.
Per quanto riguarda quest’ultimo punto, alcune architetture
possono ricorrere a tipologie di cavi differenti (per esempio
Ethernet).
Ethernet
Con il termine Ethernet ci si riferisce a un insieme di
tecnologie differenti che, sostanzialmente, hanno in comune:
• la struttura del frame di Ethernet, vale a dire la struttura del
pacchetto di dati;
• il fatto che tutti i nodi siano collegati da un canale di
broadcast e utilizzino un algoritmo di CSMA/CD (Carrier Sense
Multiple Access/Collision Detection).
Le tecnologie Ethernet possono essere schematizzate come
segue:
– Ethernet 10Base2 e 10Base5
– Ethernet 10BaseT e 100BaseT
– Ethernet 10BaseF e 100BaseF
-Gigabit Ethernet
Ethernet 10Base2 e 10Base5
Ethernet 10Base2 prevede l’utilizzo di cavi coassiali del diametro di
5mm e impedenza 50 ohm, indicati con la sigla RG58 o RG59, mentre
Ethernet 10Base5 utilizza cavi analoghi ma di diametro di 10mm,
indicati con la sigla RG8.
Le reti Ethernet 10Base5 stanno scomparendo.
Entrambe, basandosi su una topologia a bus lineare, consentono
velocità pari a 10Mbps, ma su lunghezze e numero di nodi differenti.
Infatti Ethernet 10Base2 prevede segmenti (cioè tratti di cavo non
interrotti da hub o ripetitori) lunghi sino a 185m con al massimo 30
nodi, mentre Ethernet 10Base5 consente segmenti lunghi sino a
500m e un numero massimo di nodi pari a 100.
Alle estremità di un cavo RG58, chiamato anche thin cable, vi sono
dei connettori BNC, mentre i cavi RG8 prevedono connettori di tipo N.
Ogni computer di una rete di tipo 10Base2 deve avere un connettore
BNC, cui si collega un adattatore BNC a T. Questo consente di
congiungere due cavi coassiali che costituiscono il bus lineare della
rete. Ai nodi estremi su un lato del connettore a T viene posto un
tappo, che termina correttamente il bus.
Connettori AUI
Schede Ethernet molto vecchie possono presentare connettori
di tipo AUI, eventualmente in aggiunta a connettori di tipo
BNC.
I connettori di tipo AUI sono a 15 poli e consentono la
connessione di un transceiver, detto anche MAU (Multistation
Access Unit), cui viene collegato un cavo coassiale.
Venivano utilizzati per lo più in reti Ethernet 10Base5 e quindi
il cavo coassiale è RG8 (detto anche thick cable) e attualmente
sono praticamente in disuso.
Ethernet 10BaseT e 100BaseT
Ethernet 10BaseT e 100BaseT utilizzano entrambe un cavo UTP,
costituito quindi da due doppini intrecciati non schermati. Mentre
nell’Ethernet 10BaseT si utilizzano cavi di categoria 3, l’Ethernet
100BaseT utilizza cavi di categoria 5, anche se le specifiche di
Ethernet 100BaseT4 consentono l’uso di cavi di categoria 3.
In entrambi i casi la topologia è a stella, dove il concentratore è
costituito da un hub o uno switch. La distanza massima tra un
terminale e l’hub è di 100m ma, utilizzando diversi hub in
successione, la lunghezza totale della rete può essere anche molto
superiore. Gli adattatori che vengono utilizzati sono di tipo RJ45.
Le reti Ethernet 10BaseT, la cui velocità è di 10Mbps, lasciano ormai
il posto a reti Ethernet 100BaseT, che possono arrivare a 100Mbps.
Ethernet 10BaseF, 100BaseFX e Gigaset Ethernet
Ethernet 10BaseF e 100BaseFX operano rispettivamente a 10Mbps e
100Mbps e prevedono l’utilizzo della fibra ottica. L’utilizzo della fibra
ottica presenta considerevoli vantaggi, come la possibilità di avere
segmenti sino a 500m nell’Ethernet 10BaseF, ma anche costi molto
superiori.
La fibra ottica può essere utilizzata anche nelle reti Ethernet a
1000Mbps, dette Gigaset Ethernet. I sistemi 1000BaseSX utilizzano
lunghezze d’onda corte e ogni segmento può arrivare sino a 550m,
mentre le reti 1000BaseLX utilizzano lunghezze d’onda lunghe e ogni
segmento può arrivare sino a 5KM.
Altre specifiche Ethernet a 1000 Mbps prevedono l’utilizzo di doppini
schermati: le specifiche 1000BaseCX prevedono un doppino
schermato apposito, chiamato copper, e ammettono segmenti lunghi
sino a 25m, mentre le specifiche 1000BaseT utilizzano quattro paia di
doppini schermati di categoria 5. In quest’ultimo caso la lunghezza
dei segmenti può al massimo arrivare a 100m.
Token ring
Le reti Token ring evitano il problema delle collisioni dei segnali,
facendo sì che un solo nodo alla volta possa trasmettere. Nelle reti
Token ring ogni nodo riceve da un segmento della rete e trasmette
sul segmento successivo in una struttura ad anello chiuso. In questo
modo ogni nodo funziona da ripetitore e trasmette i propri dati
insieme a quelli che riceve. Se nella rete non vi è nulla da trasmettere,
viene passato, comunque, nell’anello un particolare segnale, detto
token, che viene ritrasmesso di nodo in nodo. Se una macchina deve
trasmettere dei dati attende il token e li trasmette insieme ad esso.
Nelle reti Token ring vengono utilizzati cavi coassiali, doppini
schermati o fibra ottica, ma ciò non influenza le velocità, che sono
sempre 4Mbps, 8Mbps o 100Mbps. Viene, invece, influenzata la
lunghezza massima dei segmenti.
Poiché in una rete Token ring un PC spento interromperebbe la rete
stessa, solitamente ogni macchina è collegata ad un MAU (Media
Access Unit), che serve a connettere il link precedente e successivo
alla macchina.
FDDI
FDDI (Fiber Distributed Data Interface) consente di creare reti
di vaste dimensioni, tipicamente sino a 500 nodi su una
distanza di 100km. I protocolli FDDI, a seconda della
configurazione, possono supportare comunque reti anche più
vaste.
Le reti FDDI utilizzano la fibra ottica e sono organizzate in
modo da formare uno o più anelli. In quest’ultimo caso gli
anelli sono controrotanti, nel senso che le informazioni
vengono trasmesse in direzione opposta nei vari anelli.
Ogni nodo è connesso a più anelli, in modo che in caso di
danneggiamento di un segmento, è possibile congiungere due
anelli dalle parti opposti dell’interruzione, escludendo il tratto
danneggiato.
La velocità massima supportata è di 100Mbps.
LAN e WAN
LAN è l’acronimo di Local Area Network, una rete locale di
piccole dimensioni che si estende normalmente entro lo
spazio di un ufficio o un edificio.
Normalmente è composta da computer, stampanti, cavi di rete,
switch e hub. Può comunicare con reti esterne, ma non è
necessario, per mezzo di modem o router.
Una WAN, Wide Area Network, è una rete di grandi dimensioni
geografiche, che si estende anche per centinaia di chilometri.
Internet è un esempio di WAN pubblica.
Intranet e Extranet
Sia l’Intranet che l’Extranet sono reti che forniscono ai loro utenti
servizi analoghi a quelli offerti da Internet: server Web, posta
elettronica e simili.
Queste reti, però, sono di natura privata e possono estendersi anche
su grandi distanze, collegando filiali e sezioni distaccate di una
medesima azienda o istituzione. Per questo motivo possono essere
considerate delle WAN private. Possono utilizzare delle connessioni
proprie, ma anche affidare il trasporto delle comunicazioni alla stessa
rete Internet.
La differenza tra le due consiste sostanzialmente nel fatto che si ha
accesso all’Intranet solamente dal suo interno, mentre l’Extranet
consente l’accesso anche dal suo esterno a soggetti selezionati,
come fornitori, consulenti, collaboratori etc, che devono identificarsi
con un nome utente e password o altro meccanismo di
autenticazione. In ragione di ciò, una Extranet è una WAN privata
sicura.