LAN 1/3. sostenibili anche da piccoli privati. L'implementazione classica di LAN

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1 CORSO BASE DI TECNICO RIPARATORE HARDWARE NETWORKING Docente: Dott. Ing. Antonio Pagano

2 DEFINIZIONE L'insieme dei sistemi di rete, ovvero le connessioni, di solito permanenti, fra i computer di tutto il mondo. Ogni struttura richiede la presenza di un sistema operativo di rete. Spesso le reti sono suddivise in segmenti, collegati fra loro da bridge e router. Un sistema di networking che collega personal computer presenti tutti nello stesso edificio viene chiamato LAN (o rete locale), un networking che collega invece personal computer in sedi distanti viene chiamato WAN (o rete geografica).

3 LAN 1/3 In informatica e telecomunicazioni una Local Area Network (LAN) (in italiano rete in area locale, o rete locale) è una tipologia di rete informatica contraddistinta da un'estensione territoriale non superiore a qualche chilometro. Si tratta storicamente delle prime tipologie di reti informatiche realizzate al mondo per semplicità di realizzazione e costi sostenibili anche da piccoli privati. L'implementazione classica di LAN è quella che serve ad esempio un'abitazione o un'azienda all'interno di un edificio, o al massimo più edifici adiacenti fra loro (campus). L'estensione territoriale limitata di una LAN favorisce la velocità di trasmissione dati, che inizialmente era tra i 10 Mbps e i 100 Mbps mentre le LAN più recenti operano fino a 10 Gbps presentando anche bassi ritardi e pochissimi errori.

4 LAN 2/3 Se si escludono le linee di utenza domestiche si può affermare che le reti LAN rappresentano attualmente l'unità minima di base della rete Internet essendo queste interconnesse tra loro a formare reti metropolitane (MAN) e poi infine reti geografiche (WAN) dalla cui interconnessione prende origine Internet stessa. Sotto questo punto di vista le reti locali, assieme ai loro protocolli, sono classificabili come reti per l'accesso a Internet.

5 LAN 3/3 Come in tutte le reti di telecomunicazioni il funzionamento di una rete LAN, ovvero la capacità di ricetrasmissione dei terminali della rete stessa verso altri terminali della stessa rete, è basato, oltre che sui parametri di trasmissione sul canale fisico di comunicazione, sulla specifica di almeno: uno spazio di indirizzamento tramite il quale assegnare un indirizzo fisico di rete univoco a ciascun terminale ovvero a ciascuna interfaccia della rete connessa ed un sistema di ricetrasmissione ed elaborazione qual è un comune computer per poter raggiungere ciascun terminale desiderato nella comunicazione; una politica di accesso al mezzo di trasmissione condiviso tra più utenti per evitare interferenze e collisioni nella trasmissione di pacchetti inviati contemporaneamente da più utenti.

6 DMZ Una DMZ (demilitarized zone) è un segmento isolato di LAN (una "sottorete") raggiungibile sia da reti interne sia esterne che permette, però, connessioni esclusivamente verso l'esterno: gli host attestati sulla DMZ non possono connettersi alla rete aziendale interna. Viene normalmente utilizzata per permettere ai server posizionati sulla DMZ di fornire servizi all'esterno senza compromettere la sicurezza della rete aziendale interna nel caso una di tali macchine sia sottoposta ad un attacco informatico: per chi si connette dall'esterno dell'organizzazione la DMZ è infatti una sorta di "strada senza uscita" o "vicolo cieco". Solitamente sulla DMZ sono infatti collegati i server pubblici (ovvero quei server che necessitano di essere raggiungibili dall'esterno della rete aziendale - ed anche dalla internet - come, ad esempio, server mail, webserver e server DNS) che rimangono in tal modo separati dalla LAN interna, evitando di comprometterne l'integrità.

7 FIREWALL 1/5 In Informatica, nell'ambito delle reti di computer, un firewall (termine inglese dal significato originario di parete refrattaria, muro tagliafuoco, muro ignifugo; in italiano anche parafuoco o parafiamma) è un componente passivo di difesa perimetrale che può anche svolgere funzioni di collegamento tra due o più tronconi di rete. Usualmente la rete viene divisa in due sottoreti: una, detta esterna, comprende l'intera Internet mentre l'altra interna, detta LAN (Local Area Network), comprende una sezione più o meno grande di un insieme di computer locali. In alcuni casi è possibile che si crei l'esigenza di creare una terza sottorete (DMZ o zona demilitarizzata) adatta a contenere quei sistemi che devono essere isolati dalla rete interna ma devono comunque essere protetti dal firewall.

8 FIREWALL 2/5 Sotto è mostrato lo schema semplificato di una rete con firewall collegata a una rete esterna:

9 FIREWALL 3/5 Si tratta di un Apparato di rete hardware o software che filtra tutti i pacchetti entranti ed uscenti, da e verso una rete o un computer, applicando regole che contribuiscono alla sicurezza della stessa. In realtà un firewall può essere realizzato con un semplice computer (con almeno due schede di rete e software apposito), può essere una funzionalità logica inclusa in un router oppure può essere un apparato specializzato. Esistono inoltre i cosiddetti "firewall personali", che sono programmi installati sui normali calcolatori, che filtrano solamente i pacchetti che entrano ed escono da quel calcolatore; in tal caso viene utilizzata una sola scheda di rete. La funzionalità principale in sostanza è quella di creare un filtro sulle connessioni entranti ed uscenti, in questo modo il dispositivo innalza il livello di sicurezza della rete e permette sia agli utenti interni che a quelli esterni di operare nel massimo della sicurezza.

10 FIREWALL 4/5 Il firewall agisce sui pacchetti in transito da e per la zona interna potendo eseguire su di essi operazioni di: controllo modifica monitoraggio Questo grazie alla sua capacità di "aprire" il pacchetto IP per leggere le informazioni presenti sul suo header, e in alcuni casi anche di effettuare verifiche sul contenuto o payload del pacchetto. Una funzione che alcuni firewall prevedono è la possibilità di filtrare ciò che arriva da internet sulla base di diversi tipi di criteri non relativi alla sicurezza informatica, ma volti a limitare gli utilizzi della rete sulla base di decisioni "politiche", in particolare vietando la connessione a determinate categorie di siti internet:

11 FIREWALL 5/5 Il firewall è solo uno dei componenti di una strategia di sicurezza informatica, e non può in generale essere considerato sufficiente: la sua configurazione è un compromesso tra usabilità della rete, sicurezza e risorse disponibili per la manutenzione della configurazione stessa (le esigenze di una rete cambiano rapidamente) una quota rilevante delle minacce alla sicurezza informatica proviene dalla rete interna (portatili, virus, connessioni abusive alla rete, dipendenti, accessi VPN, reti wireless non adeguatamente protette). Una delle vulnerabilità più conosciute di un firewall di fascia media è l'http tunneling, che consente di bypassare le restrizioni Internet utilizzando comunicazioni HTTP solitamente concesse dai firewall.

12 SERVER 1/3 In informatica il termine server (dall'inglese, letteralmente servitore), indica genericamente un componente informatico che fornisce, a livello logico e a livello fisico, un qualunque tipo di servizio ad altre componenti (tipicamente chiamate client, cioè "cliente") attraverso una rete di computer. Rappresenta dunque un nodo terminale della rete. Al termine server, così come per il termine client, possono dunque riferirsi sia la componente hardware che la componente software che forniscono le funzionalità o servizi di cui sopra. Esso fa parte dunque dell'architettura logica di rete detta client-server.

13 SERVER 2/3 In informatica il termine server (dall'inglese, letteralmente servitore), indica genericamente un componente informatico che fornisce, a livello logico e a livello fisico, un qualunque tipo di servizio ad altre componenti (tipicamente chiamate client, cioè "cliente") attraverso una rete di computer. Rappresenta dunque un nodo terminale della rete. Al termine server, così come per il termine client, possono dunque riferirsi sia la componente hardware che la componente software che forniscono le funzionalità o servizi di cui sopra. Esso fa parte dunque dell'architettura logica di rete detta client-server server. Il server è un elemento fondamentale dell'infrastruttura IT di cui fa parte, in quanto i suoi malfunzionamenti si ripercuotono su tutti i client che lo usano. Pertanto, per i server si adottano accorgimenti volti a garantire alta affidabilità, ovvero continuità di servizio e robustezza ai guasti, e alta sicurezza ovvero protezione da attacchi informatici.

14 SERVER 3/3 A seconda del contesto, il termine server può indicare quindi: un computer utilizzato per fornire servizi ad altri computer, a prescindere dalle sue caratteristiche hardware. un computer specifico appartenente alla fascia di mercato dedicata all'uso come server, caratterizzato da alta affidabilità e maggiori prestazioni. un processo (ovvero un programma in esecuzione) che fornisca servizi ad altri processi (es. Server Web). In generale quindi si tende ad indicare come server il componente hardware che attraverso un software specifico eroga un servizio e client il componente hardware con relativo software che ne fa uso su richiesta dell'utente.

15 SWITCH 1/3 Nella tecnologia delle reti informatiche, uno switch (inglese 'swɪʧ; commutatore) è un dispositivo di rete o nodo interno di rete che si occupa di commutazione a livello 2 cioè livello datalink del modello ISO/OSI cioè di indirizzamento e instradamento all'interno di reti locali attraverso indirizzi MAC, inoltrando selettivamente i frame ricevuti verso una porta di uscita cioè verso un preciso destinatario grazie a una corrispondenza univoca porta-indirizzo.

16 SWITCH 2/3 Si differenzia dal router che instrada invece a livello 3 (internetworking) interconnettendo più reti locali attraverso il protocollo IP e dall'hub che invece è solamente un ripetitore multiporta di strato fisico ovvero diffusivo senza indirizzamento, mentre il suo comportamento è analogo a quello del bridge. Lo switch attraverso l'instradamento è in grado di ridurre quindi il cosiddetto dominio di collisione presente nelle reti locali broadcast in maniera più efficiente rispetto al bridge (la sola differenza rispetto al bridge è che lo switch esegue tutte le proprie elaborazioni in hardware e non via software, perciò non rallenta il fluire del traffico tra i segmenti).

17 SWITCH 3/3 Come con un hub, due nodi possono comunicare attraverso uno switch come se questo non ci fosse, ovvero il suo comportamento è trasparente. A differenza però di quanto farebbe un hub, uno switch normalmente inoltra i frame in arrivo da una qualsiasi delle sue porte soltanto a quella cui è collegato il nodo destinatario del frame. Uno switch possiede quindi l'intelligenza necessaria a riconoscere i confini dei frame nel flusso di bit, immagazzinarli, decidere su quale porta inoltrarli, trasferirli verso una porta in uscita, trasmetterli. Lo switch gode, rispetto a un bridge, di: maggiore espandibilità in termini di numero di porte performance migliori Inoltre uno switch di fascia alta fornisce tipicamente le seguenti caratteristiche: possibilità di gestione supporto di più istanze del protocollo Spanning Tree (algoritmo per garantire che la rete sia connessa e senza loop); supporto di LAN virtuali (VLANs) secondo lo standard 802.1Q mirroring delle porte supporto della QoS (Quality of Service).

18 ROUTER 1/5 Un router (dall'inglese instradatore) è un dispositivo elettronico che, in una rete informatica a commutazione di pacchetto, si occupa di instradare i dati, suddivisi in pacchetti, fra reti diverse. È quindi, a livello logico, un nodo interno di rete deputato alla commutazione di livello 3 del modello OSI. L'instradamento può avvenire verso reti direttamente connesse, su interfacce fisiche distinte, oppure verso altre sottoreti non limitrofe che, grazie alle informazioni contenute nelle tabelle di instradamento, siano raggiungibili attraverso altri nodi della rete. Il tipo di indirizzamento operato è detto indiretto contrapposto invece all'indirizzamento diretto tipico del trasporto all'interno delle sottoreti. Esso può essere visto dunque come un dispositivo di interfacciamento tra diverse sottoreti eterogenee e non, permettendone la interoperabilità (internetworking) a livello di indirizzamento.

19 ROUTER 2/5 Caratteristica fondamentale dei router è l'utilizzo di indirizzi di livello 3 (rete) del modello OSI, a differenza dello switch o del bridge che instradano a livello locale sulla base degli indirizzi di livello 2 (collegamento) detti indirizzi MAC. Gli elementi della tabella di instradamento (o Routing Table) non corrispondono necessariamente a singoli calcolatori ma intere reti, ovvero sottoinsiemi anche molto ampi dello spazio di indirizzamento. Questo è fondamentale per la scalabilità delle reti, in quanto permette di gestire reti anche molto grandi facendo crescere le tabelle di instradamento in modo meno che lineare rispetto al numero di host. Un router può interconnettere reti di livello 2 eterogenee, come ad esempio reti LAN, inoltre, rispetto ad un bridge, un router è in grado di bloccare il traffico broadcast.

20 ROUTER 3/5 Dal punto di vista fisico i router non sono altro che sistemi di elaborazione dedicati ad un solo scopo (special purpose) cioè indirizzamento/instradamento di pacchetti e quindi possono essere normali computer che fanno girare un software apposito (gateway), o sempre più spesso apparati (hardware e software) specializzati a questo solo scopo. I router di fascia più alta basati su architetture hardware specializzate sono progettati per ottenere prestazioni wire speed, letteralmente alla velocità della linea: un router wire speed può infatti inoltrare pacchetti alla massima velocità delle linee cui è collegato. Sono quest'ultimi i router interni alla rete di trasporto. I Router di fascia media ed alta hanno normalmente una costruzione modulare, che permette di aggiungere interfacce verso reti di tipo diverso secondo la necessità.

21 ROUTER 4/5 In generale i router, in quanto sistemi embedded, hanno il loro sistema operativo e necessitano di essere configurati manualmente da parte dell'amministratore di rete (specifica delle interfacce di rete, abilitazione protocolli e servizi, scheduling del traffico per qualità di servizio etc.) non essendo dispositivi plug and play. A seconda della tipologia del router, per essere configurato esso fornisce un'interfaccia basata su web (accessibile digitando l'indirizzo del gateway nel browser) o attraverso un'apposita console a riga di comando su porta seriale (è il caso dei router Cisco Systems, con sistema operativo IOS). Tipicamente questi sistemi sono configurabili da remoto tramite terminale. Alcuni router possiedono anche un firewall 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.

22 ROUTER 5/5 In quanto sistemi di elaborazione le prestazioni dei router sono riconducibili alle loro capacità di memorizzazione e processamento o elaborazione: da tale velocità dipenderà il ritardo aggiuntivo di elaborazione e anche la velocità di trasmissione sui link di uscita. Se tale capacità è inferiore alla capacità di trasferimento della linea quest'ultima non potrà essere sfruttata a pieno nelle sue risorse trasmissive e quando ciò accade il router si comporta da collo di bottiglia per la trasmissione. Inoltre il router può incorrere in congestione quando il traffico in ingresso è maggiore del traffico da esso smaltibile con effetti di perdita di pacchetti delle varie trasmissioni se il relativo buffer di memoria si satura. In generale si può distinguere tra router di bordo (edge router) e router interni (core router) con differenti capacità di routing/trasmissione.

23 DISPOSITIVI DOMESTICI Molti router destinati al mercato domestico incorporano la funzionalità di access point per reti wireless Wi-Fi e modem per l'aggancio alla rete Internet. In questo caso occorre tenere presente che la velocità di connessione ad Internet è non superiore a quella stipulata per contratto con il provider ISP (agendo da modem) mentre la velocità dell'interfaccia radio Wi-Fi, che va dai 54Mbit/sec in su a seconda della release del protocollo implementato, è sfruttabile solo per il collegamento interno alla rete locale wireless con gli altri terminali connessi (agendo da router Wi-Fi). In particolare l'instradamento in reti domestiche è fatto a livello IP attraverso indirizzi IP privati con il router/modem che implementa il NAT e la successiva risoluzione degli indirizzi IP in indirizzi MAC tramite protocollo ARP per l'instradamento come da protocollo Wi-Fi o ethernet.

24 WIFI 1/7 In telecomunicazioni il termine Wi-Fi indica la tecnica e i relativi dispositivi che consentono a terminali di utenza di collegarsi tra loro attraverso una rete locale in maniera wireless (WLAN) basandosi sulle specifiche dello standard IEEE A sua volta la rete locale così ottenuta può essere interallacciata alla rete Internet tramite un router ed usufruire di tutti i servizi di connettività offerti da un ISP. Qualunque dispositivo o terminale di utenza (computer, cellulare, palmare ecc.) può connettersi a reti di questo tipo se integrato con le specifiche tecniche del protocollo Wi-Fi. La rete Wi-Fi è una rete di telecomunicazioni, eventualmente interconnessa con la rete Internet, concettualmente paragonabile ad una rete a copertura cellulare a piccola scala (locale), tramite dispositivi di ricetrasmissione radio quali gli access point (AP) in sostituzione delle tradizionali stazioni radio base delle reti radiomobili (modello di architettura client-server).

25 WIFI 2/7 Per aumentare il range di connettività di un singolo access point (100m circa), la cui potenza di trasmissione è limitata da normative specifiche di sicurezza legate al rischio elettromagnetico (100mW), e poter coprire così una desiderata area si usano comunemente più Access Point (e relative celle di copertura) collegati tra loro tramite cablaggio in rete locale. Le celle di copertura degli AP sono spesso parzialmente sovrapposte per evitare buchi di copertura del segnale creando un'area di copertura totale detta ESS (Extended Service Set), mentre la parte cablata è generalmente una rete Ethernet che può essere a bus condiviso oppure commutata ovvero switchata. I singoli AP hanno funzionalità di bridge ed hanno il compito di inviare in broadcast alle stazioni ricetrasmittenti wireless nel loro raggio di copertura l'ssid che identifica la rete o le reti che stanno servendo, mentre l'insieme delle stazioni servite dagli AP è detto BSS (Basic Service Set).

26 WIFI 3/7 Le coperture di queste antenne sono fondamentalmente di due tipi: omnidirezionali e direttive. Le antenne omnidirezionali vengono utilizzate di norma per distribuire la connettività all'interno di uffici, o comunque in zone private e relativamente piccole (questo è stato storicamente lo scopo principale per cui fu ideato il protocollo Wi-Fi). Oppure, con raggi d'azione più grandi, si possono coprire aree pubbliche (come aeroporti, centri commerciali ecc.). Successivamente il Wi-Fi si è evoluto per coprire aree più vaste: con l'utilizzo di antenne direttive è infatti possibile coprire grandi distanze esterne ad edifici, definibili in termini di chilometri, e sono proprio questi collegamenti a portare la banda larga nei territori scoperti dalla rete cablata. In questo caso, è possibile aggregare più reti in un'unica grande rete, portando la banda in zone altrimenti scollegate.

27 WIFI 4/7 Le antenne direttive Wi-Fi generalmente sono parabole poste sui tralicci della corrente elettrica e dietro i campanili (che tipicamente sono i punti più alti nel paesaggio nazionale). Ciò evita un onere elevato per la costruzione di torrette dedicate. Le antenne delle singole case sono poste sui tetti. Con un access point omnidirezionale è possibile coprire con banda larga fino a una distanza di 100 metri teorici (uso domestico) se non vi è alcuna barriera in linea d'aria. In presenza di muri, alberi o altre barriere il segnale decade a circa 30 metri. Tuttavia, con 2-3 antenne direzionali dal costo ancora inferiore la copertura dell'access point sale a 1 km. Il segnale delle antenne direzionali, diversamente da quello dell'access point, è sufficientemente potente da mantenere lo stesso raggio di copertura di 1 km, inalterato anche in presenza di barriere in linea d'aria.

28 WIFI 5/7 Un dispositivo, anche se conforme alle specifiche dello standard, non può utilizzare il logo ufficiale Wi-Fi se non ha superato le procedure di certificazione stabilite dal consorzio Wi-Fi Alliance (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), che testa e certifica la compatibilità dei componenti wireless con gli standard x (della famiglia ). La presenza del marchio Wi-Fi su di un dispositivo dovrebbe quindi garantirne l'interoperabilità con gli altri dispositivi certificati, anche se prodotti da aziende differenti. Esistono varie classi di wi-fi con prestazioni diverse (come specificato meglio nei dettagli dello standard IEEE ), le principali sono: classe b a 11 Mb/s classe g a 54 Mb/s classe n a 450 Mb/s

29 WIFI 6/7 Vantaggi Molte reti riescono a fornire la cifratura dei dati e il roaming potendosi spostare dalla copertura di un access point ad un altro senza una caduta della connessione internet, al di fuori del raggio di azione che delimita un hot-spot. Diversamente dal cellulare, l'esistenza di uno standard certificato garantisce l'interoperabilità fra apparecchio e rete anche all'estero, senza i costi della cablatura (essendo tecnologia wireless) per una più rapida e facile installazione ed espansione successiva della rete. La presenza di parecchi produttori ha creato una notevole concorrenza abbassando di molto i prezzi iniziali di questa tecnologia.

30 WIFI 7/7 Svantaggi Il tempo di latenza delle schede wi-fi è leggermente superiore a quelle basate su cavo con una latenza massima nell'ordine di 1-3 ms (per cui questo particolare è trascurabile, a differenza delle connessioni GPRS/UMTS che hanno latenze nell'ordine di ms). Uno svantaggio delle connessioni wi-fi a/g può essere la stabilità del servizio ovvero dunque la qualità di servizio (QoS) offerta all'utente, che per via di disturbi sul segnale talvolta può essere discontinua (il segnale può ad esempio essere disturbato da forni a microonde nelle vicinanze che quando sono in funzione disturbano la frequenza operativa di 2,4GHz, problema risolto con l'utilizzo della frequenza operativa a 5 GHz).

31 Grazie