Simulazione prova scritta di sistemi Abacus per l Esame di Stato. Traccia n 1

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1 Simulazione prova scritta di sistemi Abacus per l Esame di Stato Traccia n 1 La condivisione delle informazioni e lo sviluppo delle risorse informatiche tramite cui esse possono venire memorizzate e scambiate è diventata una assoluta priorità nella società attuale, tanto che per essa è stato coniato il termine società dell informazione. Le tecnologie impiegate per l interconnessione di apparati informatici sia in ambito locale sia metropolitano sia geografico hanno subito un forte sviluppo in questi ultimi anni e le infrastrutture di telecomunicazioni sono diventate risorse strategiche per lo sviluppo dell economia di una nazione. Oltre alle innovazioni in ambito hardware, un ruolo fondamentale è stato ed è tuttora ricoperto dall introduzione di protocolli standardizzati riconosciuti a livello mondiale. Il candidato, formulando di volta in volta le ipotesi aggiuntive che ritiene necessarie: 1. Proponga un progetto per l interconnessione in ambito locale dei computer di una scuola dotata di: - 5 laboratori attrezzati ciascuno con 15 computer; - un'aula con 10 computer a disposizione dei docenti; - 15 computer a disposizione della segreteria; Il progetto è costituito dallo schema della rete locale (LAN, Local Area Network) e da una relazione che dettagli le scelte fatte, evidenziandone i pregi, nei seguenti aspetti: - standard tecnologico con cui si intende realizzare la rete e sua capacità trasmissiva teorica; si illustrino le caratteristiche salienti dello standard prescelto in termini di tecnologia trasmissiva, metodo di accesso multiplo, architettura dei protocolli impiegati; - tipo di cablaggio da adottare e topologia scelta per la rete; - tipi di apparati impiegati; - architettura dei protocolli scelta per consentire la condivisione in rete di applicazioni e risorse. 2. Proponga un progetto per dotare la scuola di un accesso a Internet simmetrico a 2 Mbit/s, integrandolo nel progetto di cui al punto 1, in grado di supportare anche un successivo inserimento di un server accessibile via Internet. 3. Proponga un piano di indirizzamento IP per i computer e il router della scuola scegliendo un range di indirizzi IP privato e definisca la loro configurazione sapendo che l ISP (Internet Service Provider) ha fornito i seguenti dati: indirizzo IP dell interfaccia seriale del router (interfaccia WAN) /30; indirizzo IP del server DNS

2 Soluzione 1. La tecnologia che ormai costituisce lo standard di fatto per le LAN è l Ethernet per cui si sceglie di realizzare una LAN Ethernet 100BASE-T, le cui caratteristiche salienti sono le seguenti: - opera a 100 Mbit/s; - la trasmissione avviene in banda base con un opportuno codice di linea; - adotta il metodo di accesso multiplo CSMA/CD specificato dallo standard IEEE 802.3; - l architettura dei protocolli comprende i primi due strati OSI: lo strato fisico e lo strato 2 che è suddiviso in due sottostrati, l LLC (Logical Link Control) e il MAC (medium Access Control. Per il cablaggio si adottano cavi a coppie simmetriche non schermati UTP (Unshielded Twisted Pair) almeno in categoria 5e. Si adotta la topologia a stella con l impiego di hub e/o switch come apparati di rete. L impiego di soli switch aumenta le prestazioni della rete in quanto riduce il numero delle collisioni. Si può quindi proporre di installare uno switch a 16 porte in ciascuno dei locali da cablare; gli switch possono poi essere collegati a uno switch principale, che può anche avere un numero inferiore di porte ma con caratteristiche tecniche più evolute. Per consentire la condivisione in rete di applicazioni e risorse si adotta la suite di protocolli TCP/IP, implementata da un sistema operativo in grado di operare in rete (Windows XP/2000, LINUX, ecc.). E' quindi necessario configurare opportunamente le risorse di rete (protocolli TCP/IP) su ogni macchina (assegnando l indirizzo IP, il nome del computer o nome host, ecc.). 2. L'accesso a Internet ad alta velocità può essere realizzato inserendo nella LAN un router, il quale accede al canale esterno che porta verso il router dell'internet Service Provider (ISP) tramite cui si accedere effettivamente a Internet attraverso un opportuno DCE. Poiché viene richiesto un accesso simmetrico (cioè avente la stessa velocità di trasmissione e ricezione) e ad alta velocità non è possibile impiegare né un accesso via PSTN o ISDN (sono a bassa velocità) né un accesso ADSL (che è asimmetrico). Si può invece richiedere un accesso tramite linea dedicata CDN. In questo caso come mezzo trasmissivo si impiega il doppino telefonico; poiché i DCE per CDN operano con full duplex a 4 fili è necessario però richiedere due doppini telefonici, uno per la trasmissione e uno per la ricezione. Il router funge da DTE e va collegato a un DCE per CDN ad alta velocità. In alternativa è possibile ricorrere a una connessione HDSL. 3. La definizione del piano di indirizzamento può essere effettuata come qui di seguito indicato. Poiché tutti i PC appartengono a una stessa LAN (non sono presenti router interni) si sceglie un unico indirizzo IP di rete preso tra i tre blocchi di indirizzi IP privati ( /8; /12 e /16), per esempio il /24. La subnet mask è quella di default per la classe C costituita da 24 bit posti a 1 (/24) e da 8 bit posti a 0 espressa in decimale come Il prefisso di rete risulta così formato dai primi tre campi (24 bit) dell indirizzo IP, mentre l ultimo campo (8 bit) costituisce la parte host e consente di numerare fino a 28-2=254 host; agli host non è possibile assegnare né il numero 0, che identifica la rete, né il 255 (tutti 1 ) che viene utilizzato come indirizzo IP di broadcast (pacchetto diretto a tutti i PC della rete). Come parte host del proprio indirizzo IP, a ciascuna interfaccia di PC e di router presente in rete va quindi assegnato un numero compreso tra 1 e 254, garantendo l univocità dell assegnazione stessa. Come prima cosa si assegna l indirizzo IP all interfaccia Ethernet del router (quella che lo collega allo switch principale), a cui spesso si assegna come parte host l 1; con questa scelta il suo indirizzo IP è il con subnet mask (/24). Questo indirizzo IP costituisce il gateway predefinito per tutti i PC della scuola, cioè l indirizzo IP a cui vanno mandati i pacchetti che devono uscire dalla rete /24 per andare su Internet.Se si effettua una configurazione manuale delle risorse di rete dei PC si deve scegliere poi il range di indirizzi IP da assegnare ai diversi ambiti, tenendo alcuni indirizzi IP di riserva per futuri ampliamenti, per esempio: - indirizzi IP con parte host da 10 a 30 per la segreteria;

3 - indirizzi IP con parte host da 40 a 60 per l aula docenti; - indirizzi IP con parte host da 70 a 90 per il primo laboratorio; - indirizzi IP con parte host da 100 a 120 per il secondo laboratorio; - indirizzi IP con parte host da 140 a 160 per il terzo laboratorio; - indirizzi IP con parte host da 170 a 190 per il quarto laboratorio; - indirizzi IP con parte host da 200 a 220 per il quinto laboratorio; Si passa quindi alla configurazione delle risorse di rete dei PC assegnando a ciascuno i seguenti indirizzi IP: - indirizzo IP locale e relativa subnet mask; per esempio nel caso del primo PC della segreteria l indirizzo assegnato è il con subnet mask ; - gateway predefinito (uguale per tutti): (è l interfaccia Ethernet del router); - server DNS (uguale per tutti): Nel caso invece si opti per la configurazione automatica degli indirizzi IP nei PC, selezionando la voce corrispondente nella configurazione delle risorse di rete, è necessario inserire in rete un server DHCP che distribuirà ai PC gli indirizzi IP, il quale va configurato definendo su esso: il range di indirizzi IP da utilizzare, per esempio da a , la subnet mask ( ), l indirizzo IP del gateway predefinito (o default gateway), , l indirizzo IP del server DNS, In entrambi i casi, poi, affinché i PC possano effettivamente vedersi in rete è anche necessario assegnare un nome al computer (nome host ) e definire il gruppo di lavoro (in una rete senza server) o il dominio (in una rete con server) a cui esso appartiene. A questo punto i computer della LAN possono comunicare tra loro, ma non possono ancora accedere a Internet. Si ricorda, infatti, che gli indirizzi IP visibili su Internet sono denominati indirizzi IP pubblici e vengono assegnati da apposite organizzazioni (si veda il sito agli Internet Service Provider, i quali a loro volta li assegnano ai propri clienti. Tali indirizzi non possono perciò essere liberamente utilizzati da persone, enti o società private. Al contrario i tre blocchi di indirizzi IP privati ( /8; /12 e /16) sono liberamente utilizzabili per le LAN, ma non sono utilizzabili per accedere a Internet. E quindi necessario abilitare e configurare nel router la funzione NAT (Network Address Translation), che mappa gli indirizzi IP privati nell indirizzo IP pubblico assegnato dal Provider quando i PC della LAN accedono a Internet. Il router sostituisce così nei pacchetti in uscita verso Internet agli indirizzi IP privati l indirizzo IP pubblico ed esegue l operazione inversa per i pacchetti ricevuti da Internet e diretti ai PC della LAN. Lo schema della rete diventa quindi il seguente:

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5 Traccia n 2 Nelle società tecnologicamente avanzate le telecomunicazioni hanno modificato profondamente l organizzazione delle aziende, dei mercati finanziari, del commercio, nonché i mezzi attraverso cui le persone comunicano. In questo contesto le tecnologie e i protocolli della suite di protocolli TCP/IP, sviluppati per consentire l internetworking cioè la comunicazione tra apparati collegati a reti distinte ma interconnesse, hanno avuto un enorme sviluppo e hanno reso obsolete le tecnologie impiegate nelle reti telefoniche tradizionali. La diffusione di massa di tali tecnologie e la loro intrinseca efficienza hanno fatto sì che ormai esse costituiscano il substrato per la realizzazione di quasi tutti i moderni sistemi di telecomunicazione, non solo per i dati ma anche per la comunicazione multimediale (audio, video e dati). Per l utenza un nodo cruciale è quello della semplicità e della velocità del collegamento tramite cui si accede a tali reti; il riutilizzo dei doppini telefonici nell ambito dei sistemi di accesso a larga banda, di tipo ADSL, gioca così un ruolo centrale per lo sviluppo di applicazioni commerciali e non a larga diffusione (commercio elettronico, ecc.). Il candidato: a) illustri le tematiche inerenti la classificazione dei protocolli e descriva la suite di protocolli TCP/IP inquadrandola nel Modello di Riferimento OSI; b) illustri la struttura di principio delle reti basate sul protocollo IP e ne effettui una classificazione; c) indichi quali sono le caratteristiche e le prestazioni dei principali sistemi tramite cui l utenza può accedere alle reti IP utilizzando come mezzo trasmissivo il doppino telefonico.

6 Soluzione a) Sinteticamente si ricorda che in termini astratti un protocollo è definibile come l insieme delle regole che sovrintendono a un processo di comunicazione tra entità simili, cioè dello stesso livello. Nella pratica un protocollo viene implementato da un modulo software. Poiché la definizione di un unico protocollo che regoli l intero processo di comunicazione tra sistemi darebbe origine a moduli software troppo complessi e rigidi, l approccio che si è seguito è quello della stratificazione dei protocolli, che dà origine a una struttura gerarchica di protocolli che viene spesso denominata architettura (o suite) di protocolli. La stratificazione dei protocolli consiste nell individuare un certo numero di funzioni di livello diverso e nell implementarle attraverso moduli software organizzati gerarchicamente e distribuiti sui sistemi che devono comunicare in rete, nonché sui nodi di rete. Analogamente a quanto avviene nei programmi che definiscono delle subroutine, il concetto di stratificazione dei protocolli si può così riassumere: un modulo software (entità) appartenente a un certo strato comunica con altri moduli software dello stesso strato, ma residenti in sistemi diversi, attraverso un protocollo di quello strato, al fine di offrire dei servizi di comunicazione a un modulo software (entità) dello strato superiore, appartenente allo stesso sistema, utilizzando i servizi offerti da un modulo software (entità) dello strato inferiore. Il Modello di Riferimento OSI è un architettura di rete di riferimento a cui si paragonano le architetture realizzate praticamente per descriverle e compararle, in quanto fornisce la terminologia e i concetti fondamentali relativi ai protocolli. Nella pratica ha avuto invece solo pochissime implementazioni. Il Modello OSI definisce i seguenti sette strati: 1 - strato fisico, fornisce un corretto accesso al mezzo trasmissivo; 2 - strato di linea, controlla un trasferimento di dati su un collegamento fisico (link) svolgendo funzioni quali la rivelazione degli errori, la correzione d errore e il controllo di flusso (opzionali), l indirizzamento a livello di frame, ecc.; 3 - strato di rete, è presente nelle reti a commutazione di pacchetto, sia nei sistemi finali sia nei nodi di rete, e ha il compito di instradare i pacchetti affinché possano raggiungere la destinazione, vi sono protocolli di rete come l IP (Internet Protocol) che operano in modalità Datagram (o connectionless) e protocolli che operano in modalità Virtual Circuit (o connection oriented); 4 - strato di trasporto, ha il compito di fornire allo strato superiore un trasferimento dati endto-end efficiente o affidabile, è presente nei soli sistemi finali; 5 - strato di sessione, gestisce e controllo il dialogo tra le entità dello strato superiore; 6 - strato di presentazione, maschera allo strato superiore eventuali differenze nella rappresentazione dei dati e nella sintassi, può fornire servizi quali la compressione dei dati e la crittografia; 7 - strato di applicazione, interfaccia il software applicativo, al quale fornisce le funzioni necessarie per comunicare. L architettura di rete attualmente più diffusa è la suite di protocolli1 TCP/IP, che è strutturata su tre strati comprendenti le funzioni degli strati OSI che vanno dal 3 al 7. In particolare la suite TCP/IP definisce i seguenti tre strati: - strato Internet, svolge funzioni appartenenti allo strato 3 OSI; il protocollo più importante di questo strato è l IP (Internet Protocol), che ha il compito di instradare i pacchetti IP operando in modalità Datagram; - strato di trasporto, svolge funzioni appartenenti allo strato 4 OSI; appartengono a questo strato i protocolli TCP (Transmission Control Protocol) che opera in modalità connection oriented e

7 assicura una comunicazione affidabile in quanto implementa la correzione d errore e il controllo di flusso end-to-end, a discapito però della velocità nel trasferimento di dati, e l UDP (User Datagram Protocol) che opera in modalità connectionless, senza correzione d errore e senza controllo di flusso, il quale privilegia la velocità del trasferimento dati end-to-end a discapito dell affidabilità; - strato di applicazione, svolge funzioni appartenenti agli strati OSI che vanno dal 5 al 7; appartengono a questo strato un gran numero di protocolli che forniscono servizi agli utenti (come l HTTP, per il trasferimento di pagine web, l FTP per il trasferimento di file, ecc.) oppure funzioni di sistema (come il DNS, per la risoluzione dei nomi dei siti in indirizzi IP, il DHCP per l assegnazione dinamica degli indirizzi IP, ecc.). b) Una rete IP può essere definita come una rete logica in cui si impiega il protocollo IP per trasferire pacchetti IP tra i computer connessi in rete. Una rete IP può comprendere un certo numero di sottoreti (subnet) interconnesse da apparati denominati router, e può essere interconnessa in modo gerarchico ad altre reti IP sempre tramite router. Questi ultimi hanno il compito di inoltrare i pacchetti IP, effettuando la commutazione di pacchetto in modalità Datagram. I router sono tra loro interconnessi tramite opportuni collegamenti o reti fisiche che comprendono gli strati OSI 1 (strato fisico) e 2 (strato di linea). Per quanto concerne la classificazione delle reti IP si distingue tra: - Internet; è un insieme di reti IP interconnesse ad accesso pubblico (tutti coloro che lo desiderano possono entrare in Internet attraverso un ISP Internet Service Provider); - Intranet; è costituita da una o più reti IP private interconnesse, appartenenti a una stessa organizzazione (un azienda, ecc.), ed è accessibile solo dai dipendenti di quella organizzazione; - Extranet, è costituita dall interconnessione (parziale) di reti IP private interconnesse, appartenenti a organizzazioni diverse (per esempio due aziende possono condividere delle porzioni delle loro reti IP database, ecc. per consentire il commercio elettronico tra esse, oppure seguire l iter di ordinativi, ecc.). c) I principali sistemi tramite cui l utenza può accedere alle reti IP utilizzando come mezzo trasmissivo il doppino telefonico sono essenzialmente i seguenti: - accesso commutato tramite rete telefonica (PSTN); supporta velocità di trasmissione fino a bit/s in trasmissione e bit/s in ricezione impiegando modem a standard V.90; - accesso commutato tramite ISDN; supporta velocità fino a 128 kbit/s, impiegando in parallelo i due canali B (64 kbit/s ciascuno) di un accesso base ISDN; - accesso dedicato tramite CDN (Circuiti Diretti Numerici); supporta velocità fino a circa 2 Mbit/s; - accesso ADSL; supporta velocità fino a circa 700 kbit/s in trasmissione e fino a circa 8 Mbit/s in ricezione.

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