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1 2Reti a connessione diretta Problema Connettere fisicamente i calcolatori La più semplice rete immaginabile è quella in cui tutti gli host sono direttamente connessi mediante un mezzo fisico, che può essere un cavo o una fibra e può estendersi su una piccola superficie (come un edificio) o su un ampia area (ad esempio transcontinentale). Tuttavia, connettere due o più nodi con un adatto supporto fisico è soltanto il primo passo: prima che i nodi si possano scambiare pacchetti con successo occorre risolvere cinque ulteriori problemi. Il primo problema è la codifica (encoding) dei bit sul cavo o sulla fibra in modo che possano essere compresi dall host ricevente. Il secondo consiste nel delineare la sequenza di bit trasmessi lungo il collegamento fisico in modo che rappresentino un messaggio completo da consegnare al nodo terminale: si tratta del problema della tramatura (framing) e spesso i messaggi consegnati al nodo terminale vengono chiamati trame (frame). Dato che a volte i frame vengono corrotti durante la trasmissione, il terzo problema da risolvere consiste nel rilevare questi errori e nell intraprendere le azioni appropriate: si tratta del problema della rilevazione d errore (error detection). Il quarto problema si occupa di far apparire affidabile un collegamento nonostante il fatto che di tanto in tanto i frame risultino corrotti. Infine, in quei casi in cui il mezzo fisico è condiviso da più host (diversamente da quanto accade per un semplice collegamento punto-punto), è necessario mediare l accesso al collegamento stesso: si parla di problema di controllo di accesso al mezzo (media access control). Nonostante questi cinque problemi (codifica, tramatura, rilevazione d errore, consegna affidabile e accesso mediato) possano essere affrontati in astratto, sono argomenti molto concreti che vengono risolti in modi diversi da differenti tecnologie di rete. Questo capitolo considera tali problemi nel contesto di quattro specifiche tecnologie di rete: collegamenti punto-punto, reti CSMA (Carrier Sense Multiple Access, di cui Ethernet è l esempio più noto), reti token ring (i cui esempi più famosi sono lo standard IEEE e FDDI) e reti wireless (senza cavi, di cui è lo standard emergente). L obiettivo di questo capitolo è di fornire una panoramica delle tecnologie di rete disponibili e di affrontare, al tempo stesso, questi cinque problemi fondamentali.

2 56 Reti a connessione diretta Prima di addentrarsi nei problemi specifici della connessione di host, questo capitolo inizia con un analisi degli elementi costitutivi che verranno utilizzati: nodi e linee di collegamento. Quindi, analizziamo in dettaglio i primi tre problemi (codifica, tramatura e rilevazione d errore) nel contesto di un semplice collegamento punto-punto. Le tecniche presentate in queste tre sezioni sono generali e, quindi, applicabili anche alle reti ad accesso multiplo. Successivamente viene preso in esame il problema della consegna affidabile dei messaggi: dato che l affidabilità al livello della connessione fisica non viene di solito realizzata nelle reti ad accesso condiviso, questa trattazione riguarda soltanto i collegamenti punto-punto. Infine, tratteremo il problema dell accesso al mezzo per quanto riguarda le tecnologie CSMA, token ring e wireless. Notate che queste cinque funzioni sono generalmente implementate in un adattatore di rete, una scheda che da una parte si inserisce nel bus di input/output (I/O) di un host e dall altra parte si collega al mezzo fisico. In altre parole, sono gli adattatori che si scambiano i bit, mentre i nodi si scambiano frame corretti. Questo adattatore funziona sotto il controllo di software in esecuzione nel nodo (il device driver), software che, a sua volta, viene tipicamente rappresentato come il protocollo di livello più basso nel grafo dei protocolli. Il capitolo si conclude con un esempio concreto di un adattatore di rete e delinea il device driver per tale adattatore. 2.1 Elementi hardware elementari Come abbiamo visto nel Capitolo 1, le reti contengono due categorie di elementi hardware elementari: nodi e linee di collegamento (link). Questa frase è vera tanto per la più semplice delle reti possibili (quella in cui un unica linea di collegamento connette una coppia di nodi) quanto per una internet mondiale. Questa sezione fornisce una breve panoramica di ciò che intendiamo per nodi e linee di collegamento e nel farlo definisce anche la tecnologia sottostante che considereremo nel resto del libro Nodi I nodi sono solitamente calcolatori ad utilizzo generico, come una stazione di lavoro da scrivania, un calcolatore multiprocessore o un PC; per quanto ci riguarda, ipotizziamo che sia una macchina nella categoria delle stazioni di lavoro (workstation). Questa workstation può fungere da host sul quale gli utenti eseguono i propri programmi applicativi, oppure potrebbe essere usata all interno della rete come switch (commutatore) che inoltra messaggi da una linea di connessione ad un altra, oppure ancora potrebbe essere configurata come router (instradatore) che inoltra pacchetti di dati da una rete ad un altra. In alcuni casi un nodo è realizzato con hardware specializzato, e ciò avviene più spesso per uno switch o un router all interno della rete, piuttosto che per un host. Questo accade solitamente per motivi di costi e prestazioni: in generale, è possibile costruire hardware apposito che esegua una particolare funzione più velocemente e a minor costo di quanto possa fare un processore ad utilizzo generico. Quando si verifica questa situazione, descriveremo prima la funzione di base eseguita dal nodo, come se tale funzione fosse realizzata da software in esecuzione su una workstation generica, quindi spiegheremo perché e come tale funzionalità possa invece essere implementata da hardware specializzato.

3 2.1 Elementi hardware elementari 57 Anche se potremmo tralasciarlo, è invece utile conoscere qualche dettaglio sul funzionamento interno di una workstation, un informazione particolarmente importante quando ci preoccuperemo delle prestazioni della rete. La Figura 2.1 delinea un semplice diagramma a blocchi dei calcolatori nella categoria delle workstation che useremo in questo libro: ci preme sottolineare tra aspetti chiave di questa figura. Prima di tutto, la memoria di qualsiasi calcolatore ha dimensioni finite: può essere 4 MB o 128 MB, ma non è infinita. Come abbiamo messo in evidenza nella Sezione 1.2.2, ciò è importante perché la memoria risulta essere una delle risorse critiche nella rete (l altra è l ampiezza di banda dei collegamenti), che devono essere gestite con attenzione se vogliamo fornire a ciascun utente un equa frazione delle capacità della rete. La memoria è una risorsa critica perché in un nodo che funzioni da switch o da router i pacchetti devono essere conservati in memoria mentre aspettano il proprio turno di trasmissione lungo una linea di connessione uscente. Secondo, ciascun nodo si connette alla rete mediante un adattatore di rete, che solitamente è collegato al bus di I/O di sistema e trasporta i dati fra la memoria della workstation e la connessione di rete. Un modulo software in esecuzione sulla workstation, il device driver, gestisce questo adattatore: invia comandi all adattatore, dicendogli, ad esempio, da quale locazione di memoria i dati uscenti devono essere prelevati e in quale locazione di memoria i dati entranti devono essere salvati. La Sezione 2.9 presenterà gli adattatori con maggiore dettaglio. Infine, mentre le CPU diventano sempre più veloci ad un ritmo incredibile, lo stesso non vale per la memoria. I recenti andamenti delle prestazioni mostrano che la velocità dei processori raddoppia ogni 18 mesi, mentre la latenza della memoria migliora soltanto del 7% all anno. L importanza di questa differenza è tale che, in prima approssimazione, una workstation funziona come nodo di rete alla velocità della memoria e non alla velocità del processore. Ciò significa che il software di rete deve essere molto attento rispetto all utilizzo della memoria e, in particolare, rispetto al numero di volte che accede alla memoria mentre elabora ciascun messaggio. Non possiamo permetterci il lusso di essere disattenti soltanto perché i processori stanno diventando infinitamente veloci. Figura 2.1 Esempio di architettura di workstation.

4 58 Reti a connessione diretta Linee di collegamento Le linee di collegamento di una rete sono realizzate con molti mezzi fisici diversi, tra i quali i cavi in doppino (quelli a cui è collegato il vostro telefono), i cavi coassiali (quelli a cui è collegato il vostro televisore), le fibre ottiche (il mezzo fisico più comunemente utilizzato per i collegamenti ad elevata ampiezza di banda e a lunga distanza) e lo spazio (il mezzo in cui si propagano le onde radio, le microonde e i fasci all infrarosso). Qualunque sia il mezzo fisico, esso viene usato per propagare segnali, che sono onde elettromagnetiche che viaggiano alla velocità della luce (che, tuttavia, è una velocità dipendente dal mezzo attraversato: le onde elettromagnetiche attraversano il rame e le fibre ad una velocità pari a circa i due terzi di quella nel vuoto). Una caratteristica importante di un onda elettromagnetica è la frequenza (frequency), misurata in hertz, con cui l onda stessa oscilla. La distanza tra una coppia di massimi o minimi d onda adiacenti, tipicamente misurata in metri, viene detta lunghezza d onda (wavelength) dell onda stessa: dato che tutte le onde elettromagnetiche viaggiano alla velocità della luce, tale velocità divisa per la frequenza dell onda è uguale alla sua lunghezza d onda. Abbiamo già visto l esempio di una linea telefonica adatta ai segnali vocali, che trasporta segnali elettromagnetici analogici nell intervallo compreso tra 300 Hz e 3300 Hz; un onda che viaggia nel rame a 300 Hz ha una lunghezza d onda uguale a: VelocitàDellaLuceNelRame/Frequenza = 2/ /300 = metri Più in generale, le onde elettromagnetiche spaziano su un intervallo di frequenze molto più ampio, dalle onde radio alla luce infrarossa, alla luce visibile, ai raggi X e ai raggi gamma. La Figura 2.2 mostra lo spettro elettromagnetico e i mezzi fisici solitamente utilizzati per trasportare ciascuna banda di frequenze. Fino ad ora abbiamo visto che una linea di connessione è un mezzo fisico in grado di trasportare segnali sotto forma di onde elettromagnetiche. Tali linee di connessione forniscono le basi per la trasmissione di qualsiasi tipo di informazione, compresi i dati di cui ci f(hz) Radio Microonde Infrarosso UV Raggi X Raggi Gamma Cavo coassiale Satellite Fibre ottiche AM FM TV Microonde terrestri Figura 2.2 Lo spettro elettromagnetico.

5 2.1 Elementi hardware elementari 59 interessa la trasmissione: i dati binari (uni e zeri). Diciamo che i dati binari vengono codificati in un segnale; il problema di codificare dati binari in segnali elettromagnetici è un argomento complesso: per facilitarne la comprensione, immaginiamo che sia suddiviso in due livelli. Il livello più basso ha a che fare con la modulazione, cioè la variazione della frequenza, dell ampiezza o della fase del segnale per rendere possibile la trasmissione dell informazione. Un semplice esempio di modulazione è la variazione della potenza (ampiezza) di una singola lunghezza d onda, che è equivalente all accensione e spegnimento di una lampadina. Poiché il problema della modulazione è di secondaria importanza nella nostra discussione delle linee di connessione come elementi costituivi delle reti di calcolatori, ipotizziamo semplicemente che sia possibile trasmettere una coppia di segnali distinguibili (nei termini di segnale alto e basso ) e prendiamo in considerazione soltanto il livello superiore, che ha a che fare con il problema, molto più semplice, della codifica dei dati binari per mezzo di questi due segnali, codifiche che saranno presentate nella Sezione 2.2. Un altra caratteristica di una linea di connessione è il numero di flussi di bit che possono essere codificati nello stesso istante al suo interno. Se la risposta è uno soltanto, allora i nodi connessi alla linea ne devono condividere l accesso, come nel caso delle linee di connessione ad accesso multiplo descritte nelle Sezioni 2.6 e 2.7. Lungo le linee di connessione punto-punto, però, è spesso possibile trasmettere simultaneamente due flussi di bit, uno in ciascuna delle due direzioni: una linea con tali caratteristiche si dice full-duplex. Un linea di connessione che sia in grado di far fluire i dati in una sola direzione per volta (linea detta halfduplex) richiede che i due nodi ad essa connessi si alternino nel suo utilizzo, ma in questo libro ipotizzeremo sempre che le linee di connessione punto-punto siano full-duplex. L unica altra proprietà delle linee di connessione che ci interessa in questo momento è una caratteristica molto pratica: come facciamo ad allestirla? La risposta dipende dalla distanza che deve essere coperta dalla linea, da quanti soldi possiamo spendere e dal fatto che siamo in grado di utilizzare attrezzature per la movimentazione del terreno (escavatori, ecc.). Nel seguito trovate una panoramica dei diversi tipi di linee di collegamento che potete usare per costruire una rete di calcolatori. Cavi Se i nodi che volete connettere si trovano nella medesima stanza, nello stesso edificio o anche soltanto nello stesso sito (ad esempio, un campus universitario), allora potete semplicemente comprare un pezzo di cavo e stenderlo fisicamente tra i due nodi. Quale tipo di cavo scegliete con esattezza di installare, dipende dalla tecnologia che pensate di utilizzare per trasmettere i dati su quel collegamento: vedrete vari esempi nel seguito di questo capitolo. Per il momento, potete consultare in Tabella 2.1 un elenco dei tipi di cavi (e fibre) più comuni. Tabella 2.1 I tipi più comuni di cavi e fibre per collegamenti locali. Cavo Ampiezze di banda tipiche Distanze Coppia a doppino in categoria Mbps 100 m Coassiale sottile per reti Mbps 200 m Coassiale grosso per reti Mbps 500 m Fibra multimodale 100 Mbps 2 km Fibra monomodale Mbps 40 km

6 60 Reti a connessione diretta Tra questi, le coppie a doppino in categoria 5 (cat-5 twisted pair), caratterizzate da una guaina più spessa delle coppie in doppino che trovate a casa vostra, stanno rapidamente diventando la norma all interno degli edifici. Per via delle difficoltà e dei costi relativi alla stesura di nuovi cavi in un edificio, molti sforzi vengono profusi per fare in modo che nuove tecnologie possano utilizzare cavi esistenti: ad esempio, Gigabit Ethernet è stata progettata per riutilizzare i cablaggi in categoria 5. Per connettere diversi edifici in uno stesso sito si usano, tipicamente, le fibre ottiche. Linee a noleggio Se i due nodi che volete connettere si trovano da parti opposte del Paese, oppure anche soltanto della città, non è possibile installare una linea di connessione in proprio. L unica opzione praticabile è il noleggio di una linea di connessione dedicata presso una compagnia telefonica, nel qual caso tutto ciò che dovete fare è condurre una conversazione efficace con il personale dell ufficio clienti della compagnia stessa. La Tabella 2.2 indica i servizi di connessione più comuni che è possibile noleggiare da una compagnia telefonica: anche in questo caso, troverete maggiori dettagli nel seguito di questo capitolo. Anche se queste ampiezze di banda possono sembrare scelte a caso, si tratta di una stranezza che ha un significato. DS1 e DS3 (a volte chiamate, rispettivamente, T1 e T3) sono tecnologie abbastanza vecchie che furono definite, in origine, per i mezzi trasmissivi in rame. DS1 è equivalente all aggregazione di 24 circuiti digitali per comunicazioni vocali a 64Kbps ciascuno, mentre DS3 equivale a 28 collegamenti di tipo DS1. Tutti i collegamenti di tipo STS-N sono in fibra ottica (STS significa Synchronous Transport Signal). STS-1 è la velocità della connessione base e ciascuna connessione STS-N ha un ampiezza di banda pari a N volte quella di una connessione STS-1. Una connessione STS-N viene anche chiamata, a volte, OC-N (OC significa Optical Carrier), con una differenza marginale: il termine STS si riferisce alla trasmissione elettrica dei dispositivi connessi alla linea di collegamento, mentre il termine OC è relativo al segnale ottico che viene, in realtà, propagato lungo la fibra. Ricordatevi che le compagnie telefoniche non realizzano la linea di connessione che abbiamo ordinato come un unico, ininterrotto tratto di cavo o di fibra, ma realizzano il collegamento mediante la propria rete. Nonostante la rete telefonica, storicamente, sia sempre stata molto diversa dal tipo di reti di cui parla questo libro, perché fu costruita principalmente per fornire un servizio vocale e usava la tecnologia a commutazione di circuito, la tendenza attuale va verso lo stile di reti descritto in questo libro, e in particolar modo verso la rete ATM (Asynchronous Transfer Mode) descritta nel Capitolo 3. Ciò non sorprenderà: esiste un enorme mercato per il trasporto di dati, voce e video. Tabella 2.2 Servizio DS1 DS3 STS-1 STS-3 STS-12 STS-48 STS-192 Tipiche ampiezze di banda disponibili dai fornitori di connessione. Ampiezza di banda Mbps Mbps Mbps Mbps Mbps Gbps Gbps

7 2.1 Elementi hardware elementari 61 In ogni caso, che la linea di connessione sia fisica o logica (realizzata attraverso la rete telefonica), il problema di costruire una rete di calcolatori utilizzando una serie di tali linee rimane identico, per cui procederemo come se ciascuna linea di connessione fosse realizzata da un singolo cavo o fibra. Soltanto quando avremo finito torneremo a considerare il fatto di aver costruito una rete di calcolatori sfruttando la rete telefonica esistente, oppure il fatto che la rete di calcolatori che avremo costruito potrà servire essa stessa come spina dorsale per la rete telefonica. Connessione dell ultimo miglio Se non potete permettervi di noleggiare una linea dedicata (hanno prezzi variabili, approssimativamente, da un migliaio di dollari al mese per un collegamento DS1 da un punto all altro del Paese, fino al prezzo definito come se dovete chiedere quanto costa, significa che non potete permettervelo ), esistono alternative meno costose, che chiamiamo collegamenti dell ultimo miglio ( last-mile link) perché spesso si estendono per l ultimo miglio che va da casa vostra al fornitore del servizio di rete. Questi servizi, riassunti in Tabella 2.3, connettono tipicamente una casa ad una rete esistente: ciò significa che probabilmente non sono adatti per costruire una rete da zero, ma se siete già riusciti a costruire una rete (perché magari voi siete una compagnia telefonica o una compagnia di servizi via cavo), allora potete usare questi collegamenti per raggiungere milioni di clienti. La prima possibilità prevede l utilizzo di un modem convenzionale sulla vecchia rete telefonica (POTS, plain old telephone service): oggi è possibile acquistare per meno di cento dollari un modem che trasmetta dati a 56 Kbps su una linea standard destinata alle comunicazioni vocali. La tecnologia, però, ha già raggiunto il limite per la sua ampiezza di banda, fenomeno che a portato allo sviluppo della seconda alternativa: ISDN (Integrated Services Digital Network, rete digitale per servizi integrati). Una connessione ISDN comprende due canali a 64 Kbps, uno che può essere utilizzato per trasmettere dati ed un altro che viene utilizzato per la voce digitalizzata (un dispositivo che codifica la voce analogica per un collegamento ISDN digitale viene detto CODEC, codificatore/decodificatore). Quando il canale vocale non viene utilizzato, lo si può aggregare al canale dati per fornire un ampiezza di banda per dati a 128 Kbps. Per molti anni la tecnologia ISDN è stata vista come il futuro per portare una modesta ampiezza di banda in tutte le case, ma oggi è stata ampiamente soppiantata da due nuove tecnologie: xdsl (digital subscriber line) e modem via cavo. La prima è, in realtà, un insieme di tecnologie che sono in grado di trasmettere dati ad alta velocità lungo le linee a doppino standard che già arrivano in quasi tutte le case degli Stati Uniti (e di molti altri Paesi). Quella maggiormente diffusa oggi è ADSL (asymmetric digital subscriber line): il nome stesso implica che ADSL fornisca una ampiezza di banda dal cliente verso la centrale della compagnia telefonica (flusso uscente, upstream) diversa da quella fornita dalla centrale verso Tabella 2.3 Servizio POTS ISDN xdsl CATV Tipici servizi disponibili per connettere casa vostra alla rete. Ampiezza di banda Kbps Kbps 16 Kbps-55.2 Mbps Mbps

8 62 Reti a connessione diretta il cliente (flusso entrante, downstream). Le ampiezze di banda esatte dipendono dalla lunghezza della linea che si trova tra il cliente e la centrale telefonica, linea che viene chiamata anello locale (local loop), come indicato in Figura 2.3, e che è realizzata con il doppino in rame esistente. Le ampiezze di banda di downstream variano da Mbps (per una lunghezza di 6 Km) a Mbps (per una lunghezza di 3 Km), mentre le ampiezze di banda di upstream variano da 16 Kbps a 640 Kbps. Una tecnologia alternativa che non si è ancora diffusa, detta VDSL (very high data rate digital subscriber line), è simmetrica, con velocità dei dati variabile da Mbps a 55.2 Mbps. VDSL può essere utilizzata su distanze molto più brevi, da 300 a 1500 metri, per cui tipicamente non raggiungerà la centrale telefonica da casa: la compagnia telefonica dovrà installare apparati hardware per la trasmissione VDSL in ciascun quartiere, usando qualche altra tecnologia (come, ad esempio, STS-N su fibra) per collegare tale apparato di quartiere con la centrale. come si può vedere in Figura 2.4. Questa configurazione viene a volte chiamata fibra fino in prossimità, diversamente da schemi più ambiziosi, come fibra a casa e fibra sul muretto del cortile. I modem via cavo (coassiale) sono un alternativa ai diversi schemi di DSL. Come suggerito dal nome, questa tecnologia sfrutta l infrastruttura di cavi coassiali televisivi (CATV), che attualmente raggiunge il 95% delle case negli Stati Uniti (anche se soltanto il 65% delle famiglie vi è abbonata). Con questo approccio, alcuni dei canali di CATV disponibili, ciascuno dei quali ha un ampiezza di banda di 6 MHz, vengono utilizzati per la trasmissione di dati digitali. CATV, come ADSL, è usata in modo asimmetrico, con velocità di downstream molto maggiori di quelle di upstream. La tecnologia è attualmente in grado di raggiungere i 40 Mbps in downstream su un singolo canale CATV, con 100 Mbps come limite teorico, mentre la velocità di upstream è circa la metà (cioè 20 Mbps) a causa di un decremento di un fattore 1000 del rapporto segnale-rumore. Inoltre, al traffico di upstream vengono dedicati meno canali CATV di quanti non ne siano dedicati al traffico downstream. Diversamente da DSL, l ampiezza di banda è condivisa da tutti gli utilizzatori di un quartiere (un fatto che ha provocato alcune divertenti pubblicità da parte dei fornitori di DSL): ciò significa che bisogna usare qualche sistema per arbitrare l accesso al mezzo condiviso, in modo simile a quanto avviene negli standard 802 descritti nel seguito del capitolo. Infine, come per la tecnologia DSL, è improbabile che i modem via cavo verranno usati per collegare un nodo A in un sito Figura 2.3 La tecnologia ADSL connette un cliente alla centrale telefonica mediante l anello locale (local loop). Figura 2.4 La tecnologia VDSL connette un cliente alla rete ottica di quartiere.

9 2.1 Elementi hardware elementari 63 Il teorema di Shannon a confronto con il vostro modem Nelle aree correlate alla teoria dell informazione e all elaborazione di segnale è stato fatto un enorme lavoro per studiare tutti gli aspetti, che vanno da come i segnali si degradano con la distanza a quanti dati possono effettivamente essere trasportati da un certo segnale. Il lavoro più significativo in questo settore consiste in una formula, nota come teorema di Shannon. In parole semplici, il teorema di Shannon fornisce un limite superiore alla capacità di una linea di connessione, in termini di bit al secondo (bps), come funzione del rapporto segnale-rumore della linea stessa, misurata in decibel (db). Il teorema di Shannon può essere utilizzato per determinare la velocità alla quale ci si aspetta che un modem possa trasmettere dati lungo una linea telefonica adatta ai segnali vocali senza dar luogo ad un tasso d errore troppo elevato. Ad esempio, ipotizziamo che una tale linea di connessione ammetta frequenze nell intervallo Hz. Il teorema di Shannon viene tipicamente formulato in questo modo: C = B log 2 (1 + S/N) dove C è la capacità disponibile del canale misurata in hertz, B è l ampiezza di banda della linea (3300 Hz 300 Hz = 3000 Hz), S è la potenza media del segnale e N è la potenza media di rumore. Il rapporto segnale-rumore (S / N) viene solitamente espresso in decibel, con la seguente relazione: db = 10 log 10 (S / N) Assumendo come rapporto segnale-rumore un valore tipico di 30 db (cioè S/N = 1000), si ottiene: C = 3000 log 2 (1001) che equivale circa a 30 Kbps, molto vicino al limite di 28.8 Kbps di molti modem. Visto questo limite fondamentale, come mai è possibile che i negozi di accessori per computer vendano modem a 56 Kbps? Uno dei motivi è che tale velocità dipende da un miglioramento della qualità delle linee di connessione, cioè da un rapporto segnalerumore più elevato di 30 db. Un altro motivo è che le modifiche del sistema telefonico hanno quasi del tutto eliminato le linee analogiche, che hanno l ampiezza di banda limitata ad un massimo di 3300 Hz. qualsiasi ad un nodo B in un sito diverso. Al contrario, i modem via cavo sono visti come un modo per collegare il nodo A di casa vostra con la compagnia che gestisce la rete via cavo, la quale definisce il modo in cui vi appare il resto della rete. Collegamenti senza fili (wireless) Il campo delle comunicazioni senza fili (wireless) è in forte espansione, sia economica che tecnologica. Il sistema AMPS (Advanced Mobile Phone System), che è stato per parecchi anni lo standard di telefonia cellulare negli Stati Uniti, è basato su tecnologia analogica e sta rapidamente cedendo il passo alla telefonia cellulare digitale, PCS (Personal Communication

10 64 Reti a connessione diretta Services) negli Stati Uniti e Canada e GSM (Global System for Mobile communication) nel resto del mondo. Tutti i tre sistemi usano, attualmente, un sistema di tralicci per trasmettere i segnali, sebbene si stia facendo qualche sforzo significativo per complementare questa infrastruttura con una griglia di satelliti orbitanti attorno alla Terra a medie e basse altitudini. Questi progetti, tra i quali citiamo ICO, Globalstar, Iridium e Teledesic, hanno avuto esiti incerti; quelli ancora attivi si sono concentrati principalmente sulla fornitura di servizi telefonici a quelle parti del globo, sempre più rare, in cui non è disponibile il servizio cellulare. Pensando ad approcci un po meno globali, si possono usare le bande di frequenza delle zone radio e infrarossa dello spettro elettromagnetico per realizzare collegamenti senza fili a breve distanza, come, ad esempio, all interno di un ufficio o di un negozio, all interno di complessi residenziali o campus. Nel caso infrarosso, si usano segnali con lunghezze d onda di nanometri per trasmettere dati a 1 Mbps per distanze di circa 10 metri. Questa tecnologia non richiede visibilità ottica tra i due punti collegati, ma è limitata ad ambienti interni. Nel caso di frequenze radio, sono disponibili diverse bande per la comunicazione di dati. Ad esempio, le bande intorno a 5.2 GHz e 17 GHz sono assegnate, in Europa, a HIPERLAN (High Performance European Radio LAN). Analogamente, in molti Paesi la banda intorno a 2.4 GHz è stata riservata per lo standard IEEE per LAN senza fili (vi è un ulteriore banda disponibile intorno a 5 GHz, ma sfortunatamente è soggetta ad interferenza da parte dei forni a microonde). Lo standard IEEE , ancora in evoluzione, è in grado di fornire velocità di trasferimento dati fino a 54 Mbps e sarà discusso in maggiore dettaglio nella Sezione 2.8. Un altro interessante sviluppo nel mondo wireless è l interfaccia radio Bluetooth, che opera nella banda di frequenza attorno a 2.45 GHz. Bluetooth è stata progettata per brevi distanze, dell ordine di 10 metri, con un ampiezza di banda di 1 Mbps. I suoi sviluppatori hanno previsto il suo utilizzo in tutti i dispositivi (stampanti, workstation, laptop, proiettori, PDA, telefoni mobili), eliminando così la necessità di fili e cavi negli uffici (o anche fra vari dispositivi presenti sul vostro corpo, forse). Le reti di tali dispositivi vengono chiamate piconet. 2.2 Codifica (NRZ, NRZI, Manchester, 4B/5B) Il primo passo per trasformare nodi e linee di collegamento in blocchi elementari utilizzabili per costruire reti richiede di capire come connetterli in modo che si possano trasmettere bit da un nodo all altro. Come accennato nella sezione precedente, i segnali si propagano attraverso mezzi fisici, quindi l obiettivo è quello di codificare i dati binari che il nodo sorgente vuole inviare in segnali che la linea di connessione sia in grado di trasportare, per poi decodificare il segnale nel nodo ricevente, riproducendo i dati binari corrispondenti. Non prendiamo in esame i dettagli relativi alla modulazione e ipotizziamo di lavorare con segnali a due valori: alto e basso. Dal punto di vista pratico, questi valori potrebbero corrispondere a due diverse tensioni elettriche in un collegamento di rame, oppure a due diversi livelli di potenza in un collegamento ottico. Come abbiamo detto, la maggior parte delle funzioni di cui si parla in questo capitolo viene svolta da un adattatore di rete, un elemento hardware che collega un nodo ad una linea di connessione. L adattatore di rete contiene un componente di segnalazione che codifica realmente i bit in segnali nel nodo sorgente e decodifica i segnali in bit nel nodo ricevente: in questo modo, come mostrato in Figura 2.5, i segnali viaggiano lungo una linea posta tra due componenti di segnalazione, mentre i bit fluiscono fra due adattatori di rete.

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