Capitolo 2: Le reti di computers

Capitolo 2: Le reti di computers
2.1 - Local Area Network (LAN)
Le reti locali (LAN), sono il più comune tipo di rete presente nei
piccoli
uffici.
Una
rete
locale
presenta
le
seguenti
caratteristiche:
• opera su di un'area ristretta. Può trattarsi di un piano di un
edificio o di un singolo edificio;
• gli host all'interno della LAN sono collegati tra di loro per
mezzo di connessioni di rete ad elevata capacità di banda, tipo
ethernet o token ring;
• spesso, tutti gli aspetti della rete locale sono gestiti
privatamente. Non occorre l'intervento di terze parti per le
soluzioni che riguardano la connettività;
• i servizi delle reti locali sono disponibili 7 giorni alla
settimana, 24 ore su 24.
Parlando dei sistemi operativi di rete, si possono trovare due
tipi fondamentali di reti locali: quelle paritetiche e quelle
basate su server.
Le reti paritetiche (dette anche "peer-to-peer") operano senza
server dedicati sulla rete. Ciascun host funge sia da client che
da server. L'utente di ciascun host determina le informazioni o le
periferiche che desidera condividere con gli altri membri della
rete. Le reti paritetiche, in genere, sono relegate alle
organizzazioni più piccole, poiché non si adattano bene a quelle
di dimensioni maggiori. Presentano inoltre diversi problemi per
quanto riguarda la sicurezza, dato che questa dipende dalla
capacità di ciascun utente host di controllare la propria
protezione.
Nelle reti basate su server, invece, almeno un host é dedicato
alla funzione di server. I computer client non condividono alcuna
informazione con gli altri computer. Tutti i dati sono archiviati
sul server centrale. Molte reti aziendali si basano su questa
metodologia. Nell'ambito di una rete basata su server, i server
possono giocare parecchi ruoli, tra i quali:
• server di file e di stampa. Forniscono un deposito sicuro per
tutti i dati. Possono anche gestire le code di stampa, che
offrono l'accesso alle risorse di stampa condivisibili sulla
rete;
• server di applicazione. Forniscono la parte del server nelle
applicazioni client/server. In un ambiente client/server, il
client fa girare una piccola versione del programma (stub), che
permette la connessione con il server. La parte server
dell'applicazione, ha poi lo scopo di eseguire, per conto del
client,
le
interrogazioni
che
richiedono
molta
potenza
elaborativa. I server Web ed i server di database sono esempi di
server di applicazioni;
• server della posta. Forniscono funzioni di inoltro e di
ricezione della posta elettronica ai client della rete.
Ricorrendo a dei gateway, il trasporto può avvenire tra sistemi
di posta omogenei;
• server fax. Forniscono, agli utenti
l'inoltro e la ricezione di fax;
della
rete,
servizi
per
• server della sicurezza. Sono dedicati alla sicurezza sulla rete
locale, nel caso questa sia collegata a qualche rete più grande,
come per esempio Internet. I server della sicurezza comprendono
i firewall ed i server proxy;
• server di comunicazione. Consentono che vi sia un flusso di dati
esterno tra la rete ed i client remoti. Un client remoto può
utilizzare un modem per chiamare telefonicamente la rete locale.
Il sistema contattato é il server di comunicazione, il quale può
essere configurato con uno o più modem, per consentire l'accesso
esterno alla rete. Dopo che il client si é collegato alla rete,
esso può agire come se vi fosse direttamente connesso per mezzo
di una scheda di rete.
Nell'implementazione di una rete locale, bisogna prendere in
considerazione
parecchi
aspetti
della
rete,
tra
cui
la
collocazione dei computer, l'ubicazione dei cavi e l'hardware
richiesto per la connessione. Il termine usato per definire questi
problemi connessi alla progettazione di una rete, é "topologia di
rete". Al momento attuale, per le reti locali si utilizzano
comunemente queste quattro topologie:
• reti a bus;
• reti a stella;
• reti ad anello;
• reti a doppio anello.
2.1.1 - Reti a bus
La rete a bus é il metodo più semplice utilizzato per mettere in
rete i computer. Consiste in un singolo cavo che connette tutti i
computer, i server e le varie periferiche in un singolo segmento
di rete. Gli host su una rete a bus, comunicano tra loro mettendo
le informazioni sul cavo, indirizzate all'indirizzo fisico della
scheda di rete usata per connettere il computer destinatario al
segmento di rete. Questo indirizzo fisico prende il nome di
indirizzo Media Access Control (MAC). I dati messi sulla rete
vengono inviati a tutti i computer che fanno parte della rete
stessa. Ciascun computer esamina questi dati, per scoprire se
l'indirizzo di destinazione delle informazioni corrisponde al
proprio indirizzo MAC. In caso affermativo, il computer legge le
informazioni, altrimenti le scarta. Le reti ethernet costituiscono
l'implementazione più comune delle reti a bus. Esse si servono di
un metodo chiamato "Carrier Sense Multiple Access with Collision
Detection" (CSMA/CD). Ciò significa che un solo computer per volta
può inviare dati sulla rete a bus. Se un host volesse trasmettere
dati e scopre che vi sono già altri dati in transito sulla rete,
esso deve aspettare che questa sia libera prima di trasmettere le
sue informazioni.
Se due host iniziano contemporaneamente a trasmettere dati sulla
rete, avviene un fenomeno chiamato “collisione”. Gli host possono
accorgersi di questa situazione ed inviare sulla rete un segnale
di ingorgo. Questo fa sì che la collisione duri abbastanza a lungo
perché tutti gli altri host la riconoscano. Ciascun host
trasmittente aspetta un periodo di tempo casuale prima di tentare
di nuovo l’invio dei dati. Questo intervallo di tempo è reso
casuale per ovvi motivi. Se infatti due host rilevassero una
collisione e dopo un periodo di tempo T tornassero entrambi ad
inviare il messaggio, vi sarebbe nuovamente una collisione. Si
creerebbe insomma un ciclo di durata virtualmente infinita,
durante il quale tutti gli host sarebbero esclusi dalla rete.
2.1.2 – Reti a stella
In una rete a stella, i segmenti di cavo da un’unità centrale di
connessione (hub), connettono tutti i computer. In alcuni casi,
l’hub può prendere anche il nome di “concentratore”. Questa che
impiega un hub è una delle topologie di rete in assoluto più
utilizzate. Il vantaggio principale, rispetto ad una rete a bus è
che, se un segmento di cavo si rompe, solo l’host connesso alla
hub su quel segmento di cavo ne è influenzato. Di seguito, sono
elencati altri vantaggi della topologia di rete a stella:
•
è possibile disporre più hub, uno sopra all’altro, in modo di
aumentare il numero di porte che collegano gli host alla pila
di hub. In questo modo, le reti a stella, possono diventare
di grandi dimensioni;
•
per effettuare le connessioni con
utilizzare differenti tipi di cavo;
•
se si utilizza un hub attivo, è possibile controllare in via
centralizzata l’attività ed il traffico sulla rete, per mezzo
di protocolli per la gestione della rete, come il Simple
Network Management Protocol (SNMP).
degli
hub,
si
possono
2.1.3 – Reti ad anello (token ring)
In una rete ad anello, tutti i computer sono collegati tra loro in
un cerchio logico. I dati viaggiano intorno al cerchio e passano
attraverso tutti i computer. Nella disposizione fisica, la rete ad
anello sembra seguire lo stesso schema della rete a stella. La
differenza sostanziale è l’unità di connessione, conosciuta come
Multi-Station Access Unit (MAU). Nella MAU, i segnali dei dati
passano, in un anello, da un host a quello successivo. I dati sono
trasmessi intorno all’anello per mezzo di un metodo chiamato
“passaggio del testimone” o “passaggio del gettone” (in inglese,
token passing). Quando un host deve trasmettere dei dati, modifica
il testimone con i dati che desidera inviare e lo configura con
l’indirizzo MAC dell’host destinatario.
I dati passano attraverso tutti i computer finché non raggiungono
quello giusto, che, a sua volta, modifica il testimone per
indicare di aver ricevuto correttamente le informazioni trasmesse.
Quando l’host mittente constata l’avvenuta ricezione dei dati, il
pacchetto dei dati viene rimosso dalla rete. Il testimone è quindi
rilasciato, in modo che un altro host sulla rete possa trasmettere
dati. In una rete con topologia ad anello, esiste un solo
testimone. Se un client vuole trasmettere dati ed il testimone è
già in uso, deve attendere che questo venga rilasciato. Sebbene
sembri un sistema poco efficiente, è bene far presente che il
testimone viaggia nell’anello ad una velocità prossima a quella
della luce. Se la lunghezza totale dell’anello fosse di 400 metri
(l’equivalente di una pista di atletica), un testimone sarebbe in
grado di percorrerlo circa 5000 volte al secondo.
2.1.4 – Reti a doppio anello
Le reti a doppio anello, sono un’evoluzione delle più semplici
token ring. Al posto di un singolo anello che collega i vari host,
gli anelli utilizzati sono due (anello principale ed anello
secondario). Nelle normali operazioni, tutti i dati fluiscono
sull’anello principale, mentre quello secondario rimane spesso
inattivo. Quest’ultimo serve solo nel caso che si verifichi una
rottura sull’anello principale. L’anello, quando è necessario,
riconfigura sé stesso automaticamente, in modo da utilizzare il
circuito secondario, continuando pertanto a trasmettere.
Le reti a doppio anello supportano solitamente la tecnologia a
fibre ottiche, detta Fiber Distribucted Data Interface (FDDI). I
cavi a fibre ottiche presentano i seguenti vantaggi:
•
trasmissione
sicura:
non
vengono
emessi
elettromagnetici passibili di intercettazione;
•
distanze maggiori: fino a 1600 metri su di un unico segmento,
senza bisogno di ripetitori che rafforzino il segnale;
•
immunità al rumore elettromagnetico (EM noise)
segnali
2.2 – Le schede di rete (NIC)
Conosciute anche come NIU (Network Interface Units), le NIC
(Network Interface Cards) sono schede a circuiti stampati che
forniscono l’accesso fisico dal nodo al mezzo trasmissivo della
LAN. La NIC esegue la frammentazione della trasmissione dati e la
formattazione dei pacchetti di dati con l’intestazione e la coda
opportune. Una NIC, conforme allo standard IEEE, contiene un
indirizzo logico univoco (MAC address), codificato nell’hardware,
che antepone all’intestazione di ciascun pacchetto dati. La NIC
dispone in genere di una certa quantità di memoria buffer che le
consente di assorbire alcuni bit trasmessi dal dispositivo
associato, costituire i pacchetti e mantenerli fino a che la rete
non sia disponibile. Nell’ambito del modello di riferimento OSI
(che sarà illustrato nel dettaglio nel capitolo 3), le NIC operano
a livello dei due strati più bassi (fisico e collegamento dati) e
possono contenere un microprocessore in grado di svolgere alcune
banali funzioni di elaborazione, diminuendo il carico di lavoro
del dispositivo collegato (solitamente un PC). La NIC può essere
inserita in uno slot di espansione del PC, oppure in un
contenitore separato. In configurazione autonoma essa può gestire
più dispositivi, realizzando un ulteriore controllo della contesa
del mezzo trasmissivo. I transceiver, integrati nelle NIC/NIU e
nei MAU, vengono inseriti nelle LAN per ricevere un segnale di
trasporto e trasmetterlo lungo il percorso assegnatogli. I MAU
(Media Access Units o Multistation Access Units) sono dispositivi
autonomi contenenti le NIC, che supportano uno o più nodi.
(una scheda di rete della 3COM:
il modello Gigabit EtherLink Server Network Interface Card)
2.3 – Il cablaggio di una LAN
Nell’implementazione di una rete locale, assume importanza
fondamentale il tipo di cablaggio da utilizzare. I cavi di rete si
suddividono fondamentalmente in quattro categorie:
•
cavi coassiali
•
cavi twisted-pairs
•
cavi USB
• cavi in fibre ottiche
Ogni tipo di cavo, possiede caratteristiche ben precise: lunghezza
massima del singolo segmento, impedenza, numero massimo di host
collegabili al singolo segmento e molte altre.
2.3.1 – Cavi coassiali
I cavi coassiali si dividono sostanzialmente in due tipi diversi:
•
i cavi coassiali “thin ethernet” (denominati più comunemente
“thinnet”);
•
i cavi coassiali “thick ethernet” (denominati più comunemente
“thicknet)”.
Entrambi i tipi di cavo garantiscono un’ampiezza di banda di circa
10 Mbit/sec.
2.3.1.1 – Thin Ethernet (10base-2)
Si tratta del cavo di rete in assoluto più utilizzato. Un singolo
segmento può essere lungo fino a 185 metri e vi possono essere
collegati fino a 30 host. Mediante l’utilizzo di un ripetitore di
segnale, è possibile collegare tra loro fino a 5 segmenti da 185
metri l’uno, raggiungendo la ragguardevole cifra di 925 metri. I
segmenti utilizzabili per collegare gli host, sono però al massimo
3. I professionisti, infatti, dicono che il thinnet deve
rispettare la regola del 5-4-3: al massimo 5 segmenti, con 4
ripetitori e 3 segmenti utili per mettere in rete le macchine.
L’impedenza del cavo thinnet (o coassiale sottile) è di 50 ohm. La
topologia di rete in cui questo cavo viene utilizzato è quella di
una rete a bus (vedi paragrafo 2.1.1). Tra i suoi pregi vi sono un
prezzo veramente concorrenziale (circa 1000 lire al metro) ed il
suo limitato spessore, che ne permette una facile collocazione
anche in spazi ristretti. Si tratta però di un cavo molto delicato
soprattutto in considerazione della topologia di rete in cui è
utilizzato. In una rete a bus, infatti, è sufficiente che un cavo
si danneggi, affinché tutti gli host rimangano completamente
isolati.
(due cavi coassiali sottili:
in alto un RG-58 C/U ed in basso un RG-11)
2.3.1.2 – Thick Ethernet (10-base-5)
Parente stretto del thinnet, il thicknet è caratterizzato da un
maggiore spessore, che migliora la distanza massima del singolo
segmento (circa 500 metri) ed il numero di host ad esso
collegabili (circa 100). L’impedenza del cavo thicknet è di 75 ohm
ed anche in questo caso la topologia di rete nel quale viene
utilizzato è quella di una rete a bus. E’ un cavo decisamente più
costoso rispetto al “cugino” ed il suo spessore lo rende molto
difficile da posare. Tra gli aspetti negativi, non bisogna
trascurare il fatto che non è possibile fare delle “aggiunte” al
cavo, che deve necessariamente essere un pezzo unico.
2.3.2 – Cavi twisted-pairs (10Base-T)
Si tratta di quello che in Italia é generalmente chiamato col nome
di “doppino”. Così come per i cavi coassiali, anche i cavi
twisted-pairs sono suddivisi in due diverse categorie:
•
i cavi twisted-pairs STP (Shielded Twisted-Pairs);
• I cavi twisted-pairs UTP (Unshielded Twisted-Pairs)
Entrambi i tipi di cavo sono formati da 8 fili, intrecciati tra di
loro in modo da formare 4 coppie. L’ampiezza di banda garantita da
un rete di cavi twisted-pairs può arrivare fino a 100Mbps. La
topologia di rete a cui questi cavi sono applicati è solitamente
quella della rete a stella, in quanto possono essere soltanto due
gli host collegati al singolo segmento.
2.3.2.1 – Unshielded Twisted-Pairs (UTP)
Il cavo UTP si differenzia dall’STP esclusivamente per il fatto di
non essere schermato. Può essere di cinque categorie differenti:
•
Categoria
1:
usata
nei
tradizionali
cavi
Trasporta solo il traffico vocale e non i dati;
•
Categoria 2: approvato per trasmissioni di dati fino a 4Mbps
(le prime token ring);
•
Categoria 3: approvato per trasmissioni di dati fino a 10Mbps
(ethernet);
•
Categoria 4: approvato per trasmissioni di dati fino a 16
Mbps (token ring);
•
Categoria 5: approvato
100Mbps (fast ethernet).
per
trasmissioni
di
telefonici.
dati
fino
a
A seconda del tipo di cablaggio implementato, servono connettori
diversi per interfacciare i segmenti di cavo con le schede di
rete. I connettori RJ45 si accompagnano spesso al cablaggio UTP.
Essi assomigliano molto ai connettori telefonici, ma rispetto a
questi sono di dimensioni doppie.
(un connettore RJ45 abbinato ad un cavo UTP)
Non essendo schermato, il cavo UTP non raggiunge grandi distanze:
tra stazione ed hub, infatti, difficilmente possono esserci più di
100 metri di distanza.
2.3.2.2 – Shielded Twisted-Pairs (STP)
Il cavo STP, così come l’UTP, presenta una impedenza di 100 ohm.
(un connettore RJ45 abbinato ad un cavo STP, si può notare la schermatura)
Trattandosi di un cavo schermato, la distanza raggiungibile dal
segnale sul singolo segmento è circa doppia rispetto all’UTP e
raggiunge i 200 metri. Importanza fondamentale nel costruire un
cavo STP sta nel intrecciare il più possibile le quattro coppie di
fili presenti al suo interno. In questo modo si riesce ad
attenuare il più possibile il fenomeno elettromagnetico denominato
“cross-talk”.
2.3.3 – Cavi USB
L'USB, da poco diventato uno standard per le schede madri,
fornisce una larghezza di banda di 12 Mbps (megabits-per-second)
con un massimo di 63 periferiche e una distanza massima del
segnale di cinque metri per segmento. Si tratta dunque di un tipo
di collegamento di rete poco pratico, in quanto il segnale decade
in uno spazio veramente molto ridotto. L’USB si conferma dunque un
ottimo sistema (soprattutto se alimentato dall’esterno) per
collegare periferiche come mouse, stampanti, scanner, ecc... Per
creare reti di PC, invece, è meglio orientarsi su altri tipi di
cavi.
2.3.4 – Cavi in fibre ottiche
A differenza dei cavi visti in precedenza, quelli costituiti in
fibre ottiche non trasmettono impulsi elettrici, ma bensì impulsi
luminosi. Questa tecnica permette di raggiungere grandi distanze
senza che il segnale decada, con una velocità prossima a quella
della luce. Il principio di funzionamento dei cavi in fibre
ottiche è concettualmente semplice. Il trasmettitore converte gli
impulsi elettrici da spedire in segnali luminosi. Questi fasci di
luce vengono immessi nel cavo, da dove (sfruttando i fenomeni
fisici della rifrazione e della riflessione) viaggiano verso il
destinatario. Una volta raggiunto l’host destinatario, una serie
di fotocellule raccolgono l’impulso e lo riconvertono in una
grandezza elettrica pronta per essere elaborata dal PC. A causa
del costo ancora proibitivo, attualmente i cavi in fibre ottiche
non vengono utilizzati per la cablatura di reti locali.
Tuttavia, molte dorsali di reti estese sfruttano già ora questa
tecnologia.
(un cavo in fibra ottica)
2.4 – Lo standard Ethernet
Ethernet è il più diffuso tipo di rete locale esistente al mondo.
Come verrà ricordato in apertura del prossimo capitolo, il fatto
che Ethernet sia diventato uno standard internazionale, non
implica che essa sia la migliore tecnologia in assoluto.
Sicuramente, però, si tratta della più economica e della più
semplice da implementare.
2.4.1 – La storia
La storia di Ethernet ha inizio nei primi anni settanta presso il
Palo Alto Research Center, il laboratorio di ricerca della Xerox,
per merito di Robert Metcalfe e David Bloggs. Il loro lavoro
iniziò nel 1972, ma solo quattro anni più tardi essi arrivarono a
pubblicare una prima definizione pubblica di Ethernet. Il nome,
ideato e registrato da Xerox, doveva suggerire l’idea dell’etere,
di quella sostanza incorporea che in passato si supponeva
pervadesse tutta l’aria e consentisse il propagarsi della luce. La
prima versione commerciale della tecnologia risale al 1980 ed è
dovuta all’iniziativa congiunta di Xerox, Digital Equipment ed
Intel. Due anni dopo (1982), esce Ethernet 2 (detta anche DIX).
Ormai diffusissima in svariati ambienti, le tre grandi aziende
sentirono la necessità di affidarne la standardizzazione ad un
ente al di sopra delle parti. Il ruolo di arbitro fu quindi
affidato all’IEEE di New York, istituto che ne gestisce a
tutt’oggi l’evoluzione.
2.4.2 – Il sistema di trasmissione
Originariamente, Ethernet, utilizzava un solo cavo per collegare
decine di stazioni di lavoro, ciascuna delle quali riceveva
contemporaneamente (o quasi) tutto quello che passava sulla rete.
Solo una stazione alla volta, invece, aveva la possibilità di
trasmettere. Si tratta della topologia a bus, abbinata alla
tecnica CSMA/CD, che abbiamo già visto nel paragrafo 2.1.1. In
realtà, al giorno d’oggi, Ethernet gestisce alla perfezione anche
reti LAN basate su di una topologia a stella (paragrafo 2.1.2). Il
CSMA/CD, comunque, rimane la prerogativa preponderante di questo
standard.
2.5 – Wide Area Netowrk (WAN)
Le implementazioni delle reti locali, soffrono di limitazioni
fisiche e geografiche. Col passare del tempo aumentano i
fabbisogni di collegamenti in rete che prevedono la connettività
su distanze ben maggiori di quelle tra le singole stanze di un
edificio. Molte reti geografiche estese (WAN) sono semplici
combinazioni di reti locali e collegamenti aggiuntivi per le
comunicazioni tra le varie LAN. Per descrivere la portata o le
dimensioni della WAN, si usano i seguenti termini:
•
Reti di area metropolitana: le MAN (Metropolitan Area
Network) sono WAN disposte in piccole aree geografiche.
Dimensionalmente possono essere identificate come reti che
collegano singole città o regioni;
•
Reti universitarie: le CAN (Campus Area Network) sono di
solito WAN che collegano fra loro dipartimenti e facoltà
universitarie.
Queste due definizioni sono quelle fornite dal libro “TCP/IP:
guida completa” della Apogeo. Tuttavia si può facilmente notare
come tali concetti non siano esattamente nostrani. Le definizioni
viste qui sopra, infatti, si riferiscono ad un ambiente “USAstyle”, dove si può ragionare per campus universitari e contee.
Per cercare di dimensionare a dovere i due concetti qui sopra
esposti, prendendoci una sorta di licenza poetica, potremmo
arrivare a dire che:
•
le MAN sono reti che ricoprono circa l’area di una grossa
città e/o di una piccola provincia;
•
le WAN sono reti molto più estese, che possono interessare
anche una o più regioni di medie dimensioni.
Per l’implementazione pratica, queste reti apparentemente molto
complesse, non differiscono molto da una LAN piuttosto estesa. Le
comunicazioni su di una WAN, si servono comunque di una delle
seguenti tecnologie di trasmissione:
•
analogica;
•
digitale;
•
a commutazione di pacchetto.
2.5.1 – Reti WAN analogiche
Nonostante la loro scarsa qualità e le velocità piuttosto ridotte,
é possibile utilizzare linee telefoniche analogiche per connettere
insieme varie reti locali. La Public-Switched Telephone Network
(PSTN) é principalmente destinata al traffico vocale, ma viene
correntemente utilizzata anche per il traffico di dati. Un host
che desideri collegarsi ad una PSTN, necessita obbligatoriamente
di un modem (modulator/demodulator) che converta i segnali
digitali emessi dal computer e li trasformi in grandezze
analogiche, adatte a viaggiare sulla linea telefonica. Il modem,
ovviamente, si preoccupa anche di convertire le grandezze
analogiche che riceve in ingresso nei corrispettivi valori
digitali. Negli ultimi anni, dai vecchi modem a 9600 bps si è
arrivati ai 56 kbps, che riescono a sfruttare appieno l’ampiezza
di banda disponibile sul filo telefonico. Tipico esempio di rete
WAN analogica, è quella basata sulla 56 commutata.
2.5.1.1 – 56 commutata
E’ il metodo più semplice, ma anche quello con prestazioni
inferiori, che si utilizza per implementare una rete WAN. Si
fornisce ogni stazione di un modem di tipo analogico, di un
opportuno software di comunicazione e ci si allaccia alla linea
telefonica come si farebbe con un normale apparecchio telefonico.
La linea viene detta commutata, perché lo smistamento in centrale
avviene mediante organi di commutazione. Le prestazioni dipendono
essenzialmente dal tipo di modem utilizzato: si passa dai 300
bit/sec del vecchio V.21, ai 56000 bit/sec del più recente V.90.
Si tenga presente che queste velocità sono lorde, cioè comprendono
overhead per la sincronizzazione e la gestione degli errori,
quindi vanno corrette verso il basso di un 15-30% in funzione del
protocollo in uso. Il costo delle versioni più diffuse è
relativamente basso: un buon modem esterno V.90, oggi può costare
dalle 100000 alle 300000 lire. Per quanto riguarda il traffico, la
tariffa da pagare è strettamente legata al consumo e viene
determinata dal fruitore del servizio nazionale (fino ad oggi
monopolio di Telecom, ma destinato in questi mesi a cadere a
vantaggio dei nuovi gestori come Infostrada, Wind e TeleDue). La
soluzione
basata
su
56
commutata,
infatti,
richiede
una
connessione a richiesta e su questa vengono applicate le tariffe
telefoniche vigenti, indipendentemente dal fatto che vi sia o meno
una trasmissione di dati. Ad esempio, se volessi collegare due
host appartenenti allo stesso distretto telefonico (quindi con il
medesimo prefisso), tutto il tempo della connessione lo pagherei
alla stessa tariffa di una normale telefonata urbana.
2.5.2 – Reti WAN digitali
Un altro metodo diffuso per collegare una WAN, prevede l’utilizzo
delle linee DDS (Digital Data Service), che forniscono una
connessione sincrona punto a punto. Esistono circuiti dedicati che
forniscono
un’ampiezza
di
banda
full-duplex
(ricezione
e
trasmissione
contemporanee),
instaurando
un
collegamento
permanente da ciascun punto terminale della rete. Le linee
digitali,
sebbene
più
costose,
sono
preferibili
a
quelle
analogiche per via delle maggiori velocità raggiungibili e
dell’assenza di errori nella trasmissione. Il traffico digitale
non necessita inoltre di un modem, in quanto i dati che un host
deve spedire possono tranquillamente instradarsi sulla linea
digitale. E’ comunque necessario l’utilizzo di un adattatore,
spesso confuso (specie dai neofiti) con un modem.
Le linee WAN digitali sono divise in quattro categorie:
•
T1;
•
T3;
•
ISDN;
•
linea dedicata;
•
ADSL;
2.5.2.1 – T1
Diffuso quasi esclusivamente negli Stati Uniti, il servizio T1 é
quello digitale che offre le più alte velocità di passaggio dei
dati. T1 può trasmettere un segnale in modalità full-duplex ad una
velocità di 1544Mbps e può servire a inviare voce, dati e segnali
video. A causa dell’altissimo costo delle linee T1, molti abbonati
optano per un servizio T1 frazionato. Invece di utilizzare
un’ampiezza di banda completa, gli abbonati usufruiscono di uno o
più canali T1, ciascuno dei quali costituisce un incremento di
64kbps.
2.5.2.2 – T3
Il servizio T3 può fornire la trasmissione di voce e dati, a
velocità fino a 45Mbps. Allo stato attuale, si tratta del miglior
servizio disponibile in virtù del suo rapporto qualità/prezzo.
Analogamente al T1, comunque, anche il T3 viene spesso frazionato.
2.5.2.3 – Integrated Services Digital Network (ISDN)
Si tratta di un metodo di connettività tra LAN che può trasportare
segnali di dati, voce ed immagini. Esistono principalmente due
formati di ISDN: il Basic Rate ed il Primary Rate:
•
ISDN Basic Rate: fornisce due canali bearer (portatori),
conosciuti come canale B, che comunicano a 56kbps; un canale
di gestione dei collegamenti da 8 kbps ed un canale per i
dati (canale D), che trasporta segnali e dati di gestione dei
collegamenti ad una velocità di 16kbps. Una rete che utilizza
entrambi i canali B, può fornire un flusso di dati di
128kbps;
•
ISDN Primary Rate: Può offrire l’intera ampiezza di banda di
un collegamento T1, fornendo 23 canali B ed un canale D. Il
canale D in ISDN Primary Rate, comunica a 64kbps ed è tuttora
utilizzato solo per segnali e dati di gestione dei
collegamenti.
Come le PSTN, anche ISDN è un’interfaccia con chiamata a
richiesta. Invece di rimanere attivo a tutte le ore, chiama a
richiesta quando occorre stabilire una connessione.
2.5.2.4 – Linea dedicata
Viene detta linea dedicata, quel collegamento fornito ad una
coppia di utenti, costituito da una connessione virtualmente
diretta (senza passare per i circuiti di commutazione di centrale)
e di loro esclusiva proprietà. In pratica si potrebbe pensare che
l’azienda telefonica fornisca una coppia di fili tra tutti quelli
che ha a disposizione, che collegano direttamente i due utenti. In
realtà, l’unica diversità che caratterizza questa linea rispetto
ad una 56 commutata, è la totale assenza di commutazione. Nelle
varie centrali telefoniche, infatti, non si opera più un processo
di multiplexazione e demultiplexazione, ma gli interruttori
rimangono sempre settati nella posizione che permette ai due
utenti di essere in collegamento tra di loro. Le linee dedicate si
dividono in due categorie, a seconda delle esigenze del cliente e
delle disponibilità dell’azienda telefonica: il CDA ed il CDN:
•
Il CDA (Canale Diretto Analogico) è un collegamento come
quello descritto in precedenza, trattato dalla rete come un
normale canale telefonico di natura analogica, che subisce
nelle centrali numeriche la conversione ADC ed a cui viene
assicurata una banda telefonica standard (300-3300 Hz). Le
uniche differenze tra la soluzione a modem vista prima ed il
CDA è la totale disponibilità del mezzo (non ci sono più
problemi
di
traffico)
e
di
conseguenza
la
migliore
affidabilità. E naturalmente il costo, molto più elevato;
•
Il CDN (Canale Diretto Numerico), è invece qualcosa di
sostanzialmente diverso ed offre la possibilità di accedere
direttamente alla centrale numerica (ove naturalmente sia
presente) con un flusso la cui capacità normale è di 64
Kbit/sec. Si evita quindi la conversione e la manipolazione
analogica del segnale (degrado, disturbi, amplificazione con
rumore, ecc…) e si utilizza un canale a velocità maggiore e
tasso di rumore inferiore, sempre rimanendo di utilizzo
esclusivo della coppia di utenti che l’hanno acquistato. Il
costo elevato di una linea dedicata è tale da far diventare
quasi obbligatoria la scelta del canale CDN. La rete a
disposizione è in grado di realizzare collegamenti puntopunto ed anche multipunto in half e full-duplex a 4 fili, è
di tipo sincrono ed offre a lato linea una velocità di 64
Kbps. In realtà è possibile ottenere capacità maggiori: se
consideriamo che la tecnica usata in centrale nel multiplare
i dati è del tipo TDM, si capisce come sia possibile occupare
più canali adiacenti della multiplazione ed ottenere una
capacità multiplo dei 64 kbit originari. In pratica si ha a
disposizione un flusso massimo di 2,048 Mbit/sec, ovviamente
ad un costo molto più alto. La soluzione a linea dedicata
(ovviamente prendiamo in considerazione quella di tipo CDN),
attualmente costa circa 300000 lire di quota fissa, più un
canone bimestrale di circa 4000000 fisso (indipendente dal
traffico e calcolato per una capacità di 1 Mbit/sec), più una
quota bimestrale per l’uso del mezzo trasmissivo, di circa
800000 lire per km. Conviene quindi adottare questa soluzione
soltanto quando il traffico è abbastanza continuativo, anche
di notte, sufficientemente elevato e comunque richiede un
alto
tasso
di
affidabilità
e
di
sicurezza.
Tipiche
applicazioni delle linee dedicata, sono i collegamenti tra
filiali bancarie.
2.5.2.6 – xDSL (ADSL e HDSL)
La sigla DSL sta per “Digital Subscriber Line” ed indica una
tecnologia, di recente introduzione, che permette di raggiungere
elevatissime velocità di trasferimento dati, utilizzando come
mezzo trasmissivo il semplice doppino telefonico. Il segreto del
tutto sta all’interno dei modem xDSL, dotati di processori di
ultima generazione, capaci di oltre 250 milioni di operazioni al
secondo.
Tali
processori
sono
in
grado
di
controllare
continuamente le caratteristiche della linea, correggendo disturbi
e variazioni del segnale. Il segnale emesso da uno dei due modem,
viene ricevuto dall’altro in forma fortemente attenuata e
distorta,
a
causa
della
resistenza
del
doppino
e
delle
caratteristiche non lineari del cavo al crescere (in questo caso,
quasi esponenziale) della frequenza. Il modem xDSL, attraverso un
preciso modello matematico di comportamento del cavo in rame in
funzione della frequenza, è in grado di compensare le numerose
distorsioni
introdotte
e
può
così
ricostruire
il
segnale
originario con una elevatissima affidabilità. Il tasso di errore
(ber, bit error rate) di una linea DSL è sull’ordine di un bit
ogni miliardo: un valore paragonabile a quello della fibra ottica.
I dispositivi che sfruttano questa tecnologia sono principalmente
di due tipi:
•
ADSL (Asymetric DSL): si tratta della versione asimmetrica
della DSL, utile per l’utenza “passiva” che passa più tempo
ad effettuare download, piuttosto che degli upload. L’offerta
di Telecom per gli utenti privati, prevede due canali
separati: uno a 640 Kbit/sec per la ricezione ed uno a 128
Kbit/sec per l’invio;
•
HDSL (High Bit-Rate DSL): raggiunge velocità di trasmissione
simmetriche
in
invio
ed
in
ricezione.
Ad
un
costo
relativamente basso (intendendo come target una azienda: per
l’utente privato è una tecnologia ancora troppo costosa) è
possibile sfruttare un canale reversibile a 2 Mbit/sec.
In Italia sta lentamente prendendo piede l’ADSL (nonostante già da
qualche anno sia disponibile la poco pubblicizzata HDSL), grazie
ad alcune offerte degli operatori telefonici, appetibili anche per
gli utenti privati. A causa della relativa arretratezza delle
nostre linee telefoniche, però, è necessaria l’installazione di
una borchia ISDN prima di poter sfruttare la banda larga offerta
dalla tecnologia DSL.
2.5.3 – Reti a commutazione di pacchetto
Le reti a commutazione di pacchetto consentono di trasmettere dati
su una connessione “chiunque con chiunque”. A volte, una rete di
questo tipo viene detta “rete ibrida”. Quando si trasmettono le
informazioni sulla rete, non è possibile sapere in anticipo quale
sarà il percorso che intraprenderanno i dati nel raggiungere il
destinatario.
I dati originali sono suddivisi in pacchetti più piccoli, ciascuno
dei quali è contrassegnato con l’indirizzo di destinazione ed un
numero sequenziale. Quando il pacchetto attraversa la rete tra
l’host di origine e quello destinatario, viaggia sul miglior
percorso disponibile al momento della spedizione. In questo modo,
se
un
collegamento
della
rete
si
interrompe
durante
la
trasmissione del flusso di pachetti, non occorre inviarli tutti
una seconda volta, poiché alcuni avranno trovato una strada
alternativa quando il collegamento si è interrotto. La figura
disegnata alcune righe sopra, mostra i possibili percorsi tra
l’host A e l’host B. Ipotizziamo che, in una condizione identica a
quella del diagramma, un pacchetto sia stato instradato da A a B
attraverso le reti che si trovano in A,C,F ed H. Se la rete che si
trova in F si blocca, i pacchetti che sono arrivati alla rete C
devono trovare una strada alternativa per la rete H. Una
alternativa possibile è attraversare le reti E e G, arrivando così
ad H. All’host destinatario, i pacchetti potrebbero arrivare in
momenti diversi o comunque non in sequenza. Poiché, però, ogni
pacchetto è contraddistinto da un numero sequenziale, il messaggio
originale si può ricostituire senza sbagliare. L’host destinatario
può anche richiedere un nuovo invio dei pacchetti eventualmente
persi, in base ai numeri mancanti nella sequenza. Le reti a
commutazione di pacchetto sono rapide ed efficienti, avendo un
loro metodo per gestire il traffico di instradamento. Quelle che
seguono
sono
quattro
comuni
implementazioni
delle
reti
a
commutazione di pacchetto; ne verrano tuttavia approfondite
soltanto due in quanto le altre richiederebbero una spiegazione
troppo specifica, che esulerebbe dagli obiettivi di questa tesina.
•
Datapac;
•
X.25;
•
X.28;
•
Frame Relay;
•
ATM
2.5.3.1 – Datapac
La rete Datapac é una rete a commutazione di pacchetto con
copertura nazionale, in cui le comunicazioni tra gli utenti
richiedono la formazione di un circuito virtuale. In Italia, la
Datapac venne ribattezzata Itapac e fu introdotta nei primissimi
anni 80.
I nodi della rete si trovano solitamente nelle città principali
della nazione “coperta” e sono interconnessi con linee telefoniche
analogiche (56 Kbit/sec). Le chiamate possono essere di tipo
permanente (per ciò che riguarda l'utente, equivalenti ad una
linea dedicata) o di tipo commutato. Il servizio, per quanto
concerne la velocità di inoltro dei pacchetti, é organizzato su
due livelli di priorità. I pacchetti hanno una dimensione massima
di 128 byte per il livello di priorità più elevato e di 256 byte
per il servizio normale. L'accesso alla rete può essere fatto
mediante l'utilizzo di due tipi di interfaccia. Il primo é
indipendente dal dispositivo utilizzato per l'accesso e si
riferisce a dispositivi controllati a programma, mentre il secondo
é dipendente dal dispositivo ed é utilizzato con unità di accesso
a programma cablato. L'accesso, in ogni caso, avviene con un
protocollo standardizzato. Lo standard, costituito dalle regole di
accesso, così come é stato definito in Canada dal gruppo che si
occupa del collegamento di computer, é stato chiamato SNAP
(Standard Network Access Protocol), conosciuto internazionalmente
come X.25. Lo SNAP regola:
•
•
•
lo standard di controllo del data link;
lo standard del Datagram (ben presto abbandonato dagli utenti a
vantaggio del circuito virtuale che non comporta perdite o
duplicazioni di messaggi o ordine di arrivo non sequenziale dei
pacchetti);
lo standard della virtual call (chiamata virtuale)
E' proprio il data link che dipende fortemente dal tipo di
terminale utilizzato. Per terminali a pacchetto, il protocollo é
quello stabilito dalla X.25, mentre, per i terminali "byte
oriented", il protocollo é di tipo BSC IBM compatibile.
Lo SNAP é suddiviso in tre livelli di controllo indipendenti:
•
livello fisico di interfaccia: é costituito da un circuito
sincrono a 4 fili di tipo punto a punto, collegante il terminale
alla rete. Se il protocollo di linea é l'HDLC, la trasmissione é
full-duplex, mentre, se il protocollo é BSC, la trasmissione é
half-duplex. L'interfaccia elettrica é conforme a quanto
stabilito dalla raccomandazione CCITT V.24 (RS232);
•
livello di frame (virtuale): controlla il trasferimento dei dati
su di un singolo circuito di accesso alla rete;
•
livello di pacchetto (virtuale): controlla il trasferimento dei
dati provenienti da DTE di tipo multicanale.
Protocolli diversi da quelli standard di rete compresi nello SNAP,
richiedono l'utilizzazione di apposite interfacce chiamate NIM. Il
NIM (equivalente al PAD) contiene il software necessario per
convertire
i
dati
in
pacchetti
con
caratteristiche
SNAP
compatibili. Tra i protocolli che lo SNAP permette di utilizzare,
vi é anche il protocollo IBM di tipo multileaving.
2.5.3.2 – X.25
Questo protocollo è stato sviluppato negli anni 70, per fornire
agli utenti capacità WAN sulle reti di dati pubblici. Furono le
compagnie telefoniche a svilupparlo, agevolate dal fatto che i
suoi attributi avessero carattere internazionale. Incaricata della
sua amministrazione, è un’agenzia delle Nazioni Unite: la
International Telecommunications Union (ITU). In una rete X.25, un
host chiama un altro host per richiedere una sessione di
comunicazione. Se la chiamata è accettata, i due sistemi possono
iniziare un trasferimento full-duplex delle informazioni; in caso
contrario essi rimangono isolati. Ciascuno dei due host può, in un
qualsiasi momento, terminare la sessione. Ha quindi luogo una
connessione punto a punto tra il data terminal equipment (DTE) al
sito del client ed il data circuit-terminating equipment (DCE)
all’impianto del vettore. Il DTE è connesso con il DCE per mezzo
di
un
dispositivo
di
traduzione
conosciuto
come
packet
assembler/disassembler (PAD). Il DCE si connette con i packet
switching exchanges (PSE), più comunemente conosciuti come switch.
Questi si connettono tra loro fino a raggiungere il DCE dell’host
destinatario. Tale DCE si connette con il DTE dell’host per
completare la sessione di comunicazione.
La comunicazione da un capo all’altro tra i due DTE è svolta da
un’associazione conosciuta come circuito virtule. I circuiti
virtuali consentono lo svolgersi di comunicazioni tra due punti
terminali definiti attraverso un numero qualunque di nodi
intermedi. Tali nodi non devono per forza essere una porzione
dedicata della rete. Il circuito non è un collegamento fisico di
dati, ma è ampiezza di banda che può essere assegnata a richiesta.
Questi circuiti virtuali possono essere di due tipi:
•
•
Circuiti virtuali permanenti. I Permanent Virtual Circuit
(PVC) servono per trasferimenti di dati comuni, che quindi
avvengono con cadenza regolare. Sebbene la strada sia
permanente, l’utilizzatore paga soltanto per il tempo in cui
utilizza le linee;
Circuiti virtuali a commutazione. Gli Swithced Virtual
Circuit (SVC) servono per i trasferimenti saltuari di dati.
La connessione percorre una strada specifica attraverso la
rete. Tale strada viene mantenuta fino a quando non cessa la
connessione.
Il protocollo X.25 contiene diversi algoritmi di correzione degli
errori, poiché fu originariamente implementato attraverso linee
PSTN, fortemente soggette a rumore e disturbi vari.