COMPENDIO DI INFORMATICA

Transcript

1 Roberto Visconti COMPENDIO DI INFORMATICA CAPITOLO 8 USO DI SOFTWARE DEDICATO: RETI ED OFFICE AUTOMATION estratto da: COMPENDIO DI INFORMATICA ediz. CALDERINI Bologna /09 anno di revisione 2013

2 CAPITOLO 8: RETI DI COMPUTER ED USO DI SOFTWARE DEDICATO 8.1 RETI DI COMPUTER Il problema di interconettere tra loro piu' computer, in modo da realizzare un sistema funzionale unico, e' stato sentito fin dagli inizi dell' informatica. Due o più computer vengono messi in comunicazione tra di loro con l'obiettivo di: 1.Trasferire informazioni da un punto ad un altro di un sistema; 2.Condividere una o più risorse (stampante di rete, plotter di rete, ecc) tra più utenti Si parla di: -collegamento locale, o rete locale, se i computer sono contenuti tutti in una' area ristretta (al piu' alcune centinaia di metri quadri di estensione). La dimensione linerae massima è contenuta attualmente entro 1 km. -collegamento remoto se vengono connessi due o piu' elaboratori tra loro, aventi una dislocazione geografica in un' area molto estesa (la distanza tra un punto ed un altro e' da circa 1 Km. in poi); E' dalla fine degli anni 1990 in poi che l'informatica è stata abbinata sempre di più alla trasmissione dell' informazione, tanto da causare per l'identificazione delle tecnologie informatiche l'evoluzione del termine I.T. (derivato dal termine Information Technology) in I.C.T. (Information and Communication Technology). In questa sede, ci occuperemo inizialmente di reti locali, essendo la loro costruzione e la loro manutenzione un lavoro normalmente svolto dal perito per l' informatica industriale, mentre la gestione delle reti di computer dislocate su area geografica molto grande richiede altre competenze. Una rete di computer è costituita da un insieme di computer (detti nodi della rete) connessi tra di loro per il trasferimento dell informazione da un punto ad un altro del sistema). Quando il nodo è utilizzabile da un utente finale per varie applicazioni (ad esempio: videoscrittura, posta elettronica, ecc.) viene detto anche nodo terminale, o semplicemente terminale. Il terminale è in pratica un sistema composto da una tastiera ed un terminale video, accoppiati. Se il nodo fornisce servizi di rete, viene detto anche host. I tipi fondamentali di reti si basano su modelli, collaudati ed affidabili. Le reti si distinguono generalmente in base alla loro dimensione. Si parla di: LAN Local Area Network : sono insiemi di nodi contenuti entro limiti di circa 1 km: tecnicamente vengono chiamate reti locali a causa della loro ridotta dimensione. MAN Metropolitan Area Network : sono reti che hanno estensione urbana, limitata ad un area cittadina. WAN Wide Area Network : sono reti comunque estese, che possono raggiungere come estensione qualsiasi punto del globo (reti remote). GAN - Global Area Network: sono le reti globali, la cui estensione comprende distanze anche superiori al globo terrestre, che possono estendersi anche a distanze satellitari ed interplanetarie. Affinchè le reti di tutto il mondo possano trasmettere e ricevere informazioni a distanza in qualsiasi punto siano state costruite, è stato necessario che i costruttori e gli utenti di tutto il mondo si siano messi d'accordo su un unico modello di riferimento, valido per tutti e rispettato

3 da tutti, in modo che un utente in America dotato di un computer Macintosh potesse trasmettere e ricevere informazioni da un altro utente in Europa dotato ad esempio di un computer con sistema operativo Linux, provenienti da un altro utente in Australia con un computer ad esempio con sistema operativo Windows. A questo modello di riferimento si è arrivati dopo anni di prove in tutto il mondo. Attualmente, come modello di riferimento per le reti, sia locali che remote, si è affermato O.S.I. (Open System Interconnection), che è un insieme di specifiche hardware e software per costruire reti utilizzabili da qualsiasi utente in qualsiasi parte del mondo si trovi. Il modello di riferimento ISO/OSI Lo sviluppo del modello di riferimento OSI per le reti, avvenuto con la promozione dell' ente internazionale ISO (International Organization for Standardization), risale alla fine degli anni 80, si è evoluto di molto con il tempo e consiste in un insieme di indicazioni e di regole non in possesso esclusivo di alcuna organizzazione, ma di pubblico dominio. Il modello OSI riprende una precedente proposta dell'iso, e per questo motivo quindi l'acronimo utilizzato internazionalmente è ISO/OSI. Tramite OSI vengono definiti tutti protocolli, cioè l'insieme di regole e formati, per gestire un impianto di rete composto da un insieme di computer che ospitano risorse e servizi disponibili per altri computer connessi. Un computer che svolge questa funzione, e cioè quella di 'ospitare' risorse e servizi di rete, viene detto host. Il modello ISO/OSI suddivide la progettazione di una rete in sette livelli funzionali separati, detti Layer o Livelli o Strati, oguno dei quali ha proprie caratteristiche e si occupa di un particolare aspetto delle modalità di comunicazione. Ogni livello utilizza i risultati (in termini di struttura, funzioni e servizi) del layer sottostante in modo trasparente (ovvero senza conoscere il funzionamento interno), e fornisce i propri servizi a quello superiore. Ogni livello di un nodo comunca virtualmente con l'equivalente livello dell'altro nodo, anche se solo i layer più bassi (a livello fisico) sono realmente in contatto elettronico tra loro. Il modello ISO/OSI (che ora è solo un riferimento per il progetto di una rete, non una struttura da applicare rigorosamente) definisce esclusivamente quali sono le funzioni di ogni livello, senza indicare le tecnologie di costruzione e consiste in 7 livelli ( o layer): Livello 1: Fisico (sigla: PH L - Physical Layer) Il layer fisico si occupa di trasmettere i dati sui canali di comunicazione e definisce struttura e funzioni dei dispositivi hardware necessari alle connessioni, nonché la definizione delle grandezze fisiche utilizzate e delle regole di handshaking. Fanno parte di questo livello tutti i mezzi fisici (cavi, connettori, prese di rete, modem, ecc.) e le tecnologie RS232, Ethernet, Token Ring ed i protocolli dei modem. Livello 2: Collegamento (sigla: D L L - Data Link Layer) Il Data-Link layer raggruppa i dati ricevuti in strutture di bit (dette frame) compatibili con il livello fisico, e viceversa. Inoltre si occupa delle operazioni di verifica ed eventuali correzioni degli errori presenti nel protocollo. Fanno parte del Layer Data-Link i protocolli BSC e HDLC. Il DLL strutturalmente si divide in due sottolivelli: MAC (Media Access Control) : sottostrato inferiore che identifica il funzionamento hardware dei dispositivi di livello 2 (come gli switch) assegnandogli un numero identificativo chiamato numero di MAC ; LLC (Logical Level Control) : sottostrato superiore che effettua le funzioni evolute del DLL per tutte le operazioni che devono formare I frame di bit in questo livello, particolrmante per I bit che vengono dati o presi dal livello 3.

4 Fig schema di principio del modello ISO/OSI Livello 3: Rete (in sigla: N L - Network Layer) Il Network Layer determina il modo in cui i frame del DLL vengono instradati dal trasmettitore al ricevitore, (routing dei dati), ricercando i percorsi migliori (non solo dal punto di vista delle distanze) all'interno della rete con particolari Algoritmi di Instradamento; il livello, in tal modo, controlla l'intero percorso dei messaggi dal trasmettitore al ricevitore. Gli algoritmi di Instradamento sono di tipo statico (basano le proprie scelte su informazioni memorizzate in un archivio, solo periodicamente aggiornato) o dinamico (utilizzano misure e stime del traffico sulla rete, in modo da instradare i dati sui percorsi che di volta in volta sembrano più adatti). Il Network Layer fornisce al livello superiore (trasporto) una connessione end-to-end tra i due elaboratori coinvolti nello scambio dei dati. Compito del Network Layer è anche la misurazione del traffico attraverso i singoli tratti attraversati. Livello 4: Trasporto (in sigla: T L - Transport Layer) Il Transport Layer provvede al trasferimento dei messaggi sulla rete (senza che gli utenti, posti ai livelli superiori, debbano essere a conoscenza della sua struttura) procedendo in tre fasi: 1. realizzazione della connessione 2. trasferimento dei dati 3. rimozione della connessione. La connessione è generalmente riservata per tutta la durata della comunicazione (commutazione di circuito), ma il livello può dividere il messaggio in pacchetti da inoltrare con percorsi distinti (commutazione di pacchetto) e trasmettere anche a ricevitore spento. Livello 5: Sessione (in sigla S L - Session Layer) Ogni volta che un utente si collega alla rete, deve generalmente effettuare il Login (cioè fornire Account e Password): ogni singolo Login viene anche chiamato Sessione di lavoro, e dura fino alla disconnessione dell'utente dalla rete. Per ogni Login il Session Layer si occupa di negoziare tra i due nodi e fissare i parametri del colloquio (velocità, controllo, errori, tipo di trasferimento simplex oppure halfduplex oppure full-duplex, ecc..) ed in seguito di verifcare che questi parametri siano ancora ottimali, modificandoli in caso contrario. Livello 6: Presentazione (in sigla P L - Presentation Layer) Il Presentation Layer determina il modo con cui le informazioni appaiono all'utente,

5 controllandone la sintassi e la semantica, cioè eseguendo conversioni di codici e di formati da un sistema operativo all'altro. Compito del sesto livello è anche di comprimere e crittografare eventualmente i messaggi per motivi di sicurezza in trasmissione, ed il contrario in ricezione. Risorse proprie di questo livello sono i codici di comunicazione, come ASCII, ed algoritmi simili a quelli usati dai programmi compressori come Winzip e simili. Livello 7: Applicazione (in sigla A L - Application Layer) L'Application Layer si occupa di fornire agli utenti il programma per accedere alle reti, funzionando da interfaccia tra il sistema informativo e l'utente reale. Alcune delle funzioni fornite sono: * Trasferimento file tra nodi (usando il protocollo ftp per gestire le funzioni di upload e download); * Gestione di messaggi (come la posta elettronica, usando i protocolli di tipo mailto ); * Scambio risultati tra programmi (applicazioni Client-Server per la gestione di database remoti scritte nei linguaggi del web come php, vbscript, java,...). * Visualizzazioni di pagine informative (tramite il noto protocollo http ). La configurazione di una rete viene ad essere completamente individuata quando vengono definite due caratteristiche fondamentali: STRUTTURA FUNZIONI Definite queste due grandezze, risulta conseguente la scelta dei protocolli (cioè l'insieme delle regole adatte per la tramissione di informazioni).

6 8.1.2 RETI LOCALI Le LAN sono progettate per : operare entro un area geografica limitata a circa 1 km consentire l accesso multiplo a risorse che richiedono alta larghezza di banda essere controllate localmente da una persona responsabile (amministratore di rete) fornire la connessione locale a servizi richiesti dagli utenti (stampa, Internet, ecc.) connettere fisicamente dipositivi adiacenti In pratica, sono assommabili ad un insieme di. -nodi terminali (computer); -Schede di rete (NIC Network Interface Card) e cavi di connessione; -dispositivi di controllo; -periferiche (stampanti di rete, plotter di rete, ecc.). La struttura di una rete locale di computer viene ad essere determinata quando risultano definiti tre elementi fondamentali della rete stessa: A) TOPOLOGIA B) MODO DI ACCESSO ALLA RETE C) TRASFERIMENTO DATI TRA PUNTI DEL SISTEMA Discutiamo brevemente le caratteristiche essenziali che competono a questi punti caratterizzanti una rete di computer. A) TOPOLOGIA Con la dizione topologia si intende la configurazione fisica della rete nello spazio circostante, cioe' come sono disposti i nodi della rete tra di loro, e come sono effettuati i collegamenti elettrici tra nodo e nodo. Ogni nodo rappresenta una stazione, costituita da un terminale, o da un personal computer in funzione di "terminale intelligente". Le topologie piu' diffuse sono essenzialmente tre: -BUS Con questa dizione si intende che i nodi sono allacciati in modo indipendente su un canale di comunicazione centrale (bus) su cui vengono trasferite le comunicazioni in fase di trasmissione. Un esempio di architettura di una rete a bus e' mostrato in fig , dove sono indicate schematicamente alcune stazioni, che vengono allacciate al bus della rete. Le stazioni possono avere un allaccio singolo, oppure un allaccio multiplo. In questo caso, costituiscono un cluster di nodi (grappolo). fig La gestione del bus e' affidata al software di gestione della rete. Delle due stampanti visibili nello schema: S1: stampante di linea del nodo 4, può essere usata dagli altri nodi solo se il nodo 4 la condivide ed è fisicamente attivo (acceso); S2: stampante di rete dotata di propria scheda di rete, da un punto di vista logico equivalente ad un nodo della rete ed utilizzabile da qualsiasi nodo anche con tutti gli altri fisicamente spenti. Le caratteristiche fondamentali di questo collegamento sono: -velocita' di trasmissione medio-alta (circa Mb/s); -distanza di copertura in rete locale medio-alta (circa metri di distanza internodale);

7 -funzionamento della rete immune da interruzioni nodali. Se il nodo n-esimo della rete viene ad essere interrotto per causa di un guasto, il resto della rete puo' continuare ad operare senza alterazioni di funzionamento; -possibilità di collisioni di bit lungo il percorso fisico della rete. Questo può dare luogo a blocchi di funzionamento, per cui devono essere previste tecniche opportune per evitarle. -facilita' di espansione per aggiunta di nuovi nodi dopo la prima installazione. Statistiche riportate dalla stampa specializzata riportano che circa il 65% delle reti locali impiegano topologia a bus. -ANELLO La rete ad anello costituisce un percorso chiuso che, tramite un adatto cavo elettrico, collega un numero n di sistemi o di personal computer tra di loro. Uno schema orientativo di collegamento ad anello e' visibile in fig , dove e' indicato il funzionamento con il meccanismo del "token passing", dettagliato piu' in avanti. Fig Si tratta di un collegamento che si presta a piu' soluzioni tecniche, e che presenta le seguenti caratteristiche: -velocita' di trasmissione media e trasmissione dati unidirezionale; -la distanza da coprire e' media (di solito inferiore rispetto alla rete a bus); -il collegamento dei nodi in rete e' relativamente semplice; -eventuali interruzioni ai nodi provocano l'arresto totale della rete. Un nodo interrotto deve essere bypassato, cioe' scavalcato con un corto circuito, per consentire alla rete ad anello di tornare a lavorare. -alta immunità alle collisioni di bit, per via del percorso unidirezionale; -la rete ad anello e' relativamente semplice da gestire, per l' utente. -STELLA

8 Si tratta del tipo di rete originariamente pensata per coprire una vasta area geografica, per collegamenti remoti. E' caratterizzata dall' avere un nodo centrale (indicato con centro stella nello schema esemplificativo di fig ) che pilota il resto della rete. Le sue caratteristiche piu' notevoli sono: Fig la trasmissione dipende in massima parte dal centro stella; -un guasto al centro stella interrompe il funzionamento della rete in modo definitivo. Spesso si attrezza la rete con un secondo centro stella secondario di riserva, pronto a subentrare in caso di guasto al centro stella primario. Questo aumenta notevolmente i costi dell' impianto a stella. -un guasto alle unita' terminali non influisce sul funzionamento della rete; -la velocità di trasmissione dipende essenzialmente dal centro-stella. una rete locale a stella con un centro stella di adeguata potenza puo' raggiungere velocita' medio-alte; -l'espansione futura della rete dipende fortemente dalla struttura del centro stella, che deve essere progettato in modo opportuno preventivamente. Le reti locali più diffuse a livello mondiale sono basate essenzialmente su tre tipologie: Ethernet (tipica delle reti a bus) Token Ring (tipica delle reti ad anello) FDDI (Fiber Distributed Data Interface), reti costituite mediante cavi a fibra ottica

9 B) MODO DI ACCESSO ALLA RETE Le tecniche di accesso alla rete sono essenzialmente due: -A SCANSIONE Nel sistema viene effettuata una scansione dei nodi, per determinare quale nodo vuole inserirsi in rete per il trasferimento di informazioni. La scansione viene effettuata in due modi: -centralizzata (TDM), in cui un nodo master interroga gli altri in ciclo per determinare quale richiede l' accesso. Questo tipo di accesso si presta bene per le reti a stella. -distribuita (TOKEN PASSING), piu' diffusa della precedente, basata sul transito ciclico in rete di una stringa di bit, detta TOKEN (vedi fig ), che consente l'uso esclusivo del canale di comunicazione al nodo che la cattura. Terminata la trasmissione, la stringa di bit viene passata al terminale adiacente per proseguire il ciclo. Le reti ad anello sono quelle che si prestano meglio al token passing. Se la rete e' ad anello, si tratta del nodo fisicamente adiacente, se la rete è a bus si tratta del nodo logicamente adiacente (deciso durante l'installazione della rete). -A CONTESA Questo metodo di accesso si basa sul conflitto che si genera quando due unita' si immettono in pratica simultaneamente in rete. Se la richiesta e' unica, il nodo che chiede l'accesso alla rete ottiene la facolta' di trasferire informazioni. Uno dei metodi piu' usati e' il CSMA/ CD (Carrier sense multiple access with collision detect). Con questa tecnica, ogni nodo puo' inviare un messaggio non appena il canale di comunicazione e' libero. Puo' accadere, statisticamente, che piu' nodi lancino quasi contemporeaneamente i loro messaggi, a causa del tempo di propagazione di un segnale sulla linea. In caso di collisione, l'informazione viene ritrasmessa dopo un tempo adeguato, che dovrebbe servire ad evitare nuove collisioni. Per rilevare la collisione, ogni elaboratore in trasmissione controlla il segnale presente sul cavo, confrontandolo con quello trasmesso. Se viene rilevata una collisione con un'altra trasmissione, viene inviato per un certo periodo di tempo un insieme di bit casuali, per rendere piu' evidente la collisione, in modo che l'altro computer possa a sua volta rilevarla e sconnettersi dalla linea.

10 C) TRASFERIMENTO DATI TRA PUNTI DEL SISTEMA Ottenuto l'accesso in rete, un nodo puo' procedere ad inviare o ricevere l'informazione effettiva, sotto forma di insieme di bit. La comunicazione viene effettuata con due tecniche principali: -A COMMUTAZIONE CIRCUITALE Un nodo che ottiene l' accesso alla rete ottiene la linea per tutto il tempo di trasmissione dell' informazione. Cio' comporta l'uso esclusivo della linea stessa per tutta la durata della comunicazione. Questo modo di trasmissione dati e' analogo a quello di utilizzo di una linea telefonica, ad esempio usando sistemi a centralino PABX. -A COMMUTAZIONE DI PACCHETTO L' insieme di bit da trasmettere viene suddiviso in pacchetti di bit ed inviato in linea sequenzialmente. I pacchetti di bit contengono anche le informazioni necessarie per ricomporre il messaggio, una volta arrivati a destinazione. L' unita' ricevente, attraverso la decodifica di queste informazioni, e' percio' in grado di ottenere per somme successive l' informazione come era prima di essere suddivisa.

11 8.1.3 DISPOSITIVI DI RETE Verranno qui esaminati i dispositivi necessari per impiantare una rete locale di piccole dimensioni (3 12 nodi circa). L elemento necessario per il collegamento in rete è costituito dalla scheda di rete, detta anche NIC (Network Interface Card), che accetta in ingresso i segnali generati tramite la CPU e fornisce in uscita i segnali che materialmente costituiscono le informazioni che vengono immesse nei cavi di rete. Le mother board in genere hanno una serie di slot su cui montano schede di interfaccia e di espansione del sistema: Quando si inseriscono nuove schede con il procedimento Plug&Play, soprattutto video e di rete, il procedimento stesso assegna le risorse di IRQ a seconda della posizione della scheda sulla piastra madre. Ad esempio, inserendo una scheda di rete nello slot PCI 5 di una M/B di tipo Pentium, la NIC può prendere un IRQ NA (ad esempio 15) e può trovarsi in conflitto con la scheda video e/o con il gestore di IRQ. Inserendola nello slot PCI 6, prende invece automaticamente un IRQ pari ad 11 e viene inserita bene nel sistema. Schematicamente una scheda di rete può essere costituita come in figura La NIC è costituita da uno o più circuiti integrati che svolgono le funzioni di interfaccia tra il bus del computer (tramite l inserzione in uno slot libero) ed il cavo di rete che si connette alla presa che è su un lato della scheda. Questa presa è usualmente chiamata anche porta di accesso, o semplicemente porta. Nella figura ,è indicata una porta RJ45, molto diffusa nel montaggio pratico di reti Ethernet. Il cavo connesso alla porta RJ45 è quello che deve essere connesso al resto della rete, usando il dispositivo adatto (in genere un HUB). fig Ogni NIC si differenzia da ogni altra mediante un codice numerico a 48 bit, chiamato MAC (Media Access Control) e configurato via hardware sulla scheda stessa. Per scegliere una scheda di rete da inserire in un impianto, si deve conoscere: 1. Il tipo di rete (ogni tipo di rete richiede un tipo preciso di NIC corrispondente); 2. Il tipo di cavo necessario (ad esempio cavo twisted pair, cavo coassiale, cavo FDDI o altro); 3. Il tipo di BUS presente nel computer dove deve essere inserita la scheda (PCI, ISA, ecc ) La qualità di funzionamento dipende molto dalla velocità di funzionamento della scheda. La velocità è espressa in Mb/s (megabit al secondo). Un tipo standard di scheda che si presta bene per piccoli medi impianti di rete è quello di tipo autosensing, con velocità di 10/100 Mb/s. Questo significa che si può commutare la sua velocità di funzionamento da 10 a 100 Mb/s (e viceversa) a seconda delle necessità imposte dal sistema. -CAVI DI RETE I cavi sono classificati per categorie di impiego, identificate con un numero: Categoria cavi Impiego 3 telefonia 4 5 reti fino a 100 MB 5E reti fino a 1000 MB 6 reti oltre 1000 MB

12 I cavi sono costituiti da insieme di fili ognuno con un colore che lo contraddistingue. I più diffusi sono costituiti da 8 fili ritorti, attorcigliati a coppia (twisted pair) per minimizzare interferenze elettromagnetiche esterne. Il tipo di cavo standard usato per le piccole reti è usualmente UTP (cavo ritorto non schermato) in categoria 5. In casi dove le interferenze esterne (telefoni, videocitofoni, ecc.) possono dare disturbo si preferisce usare il più costoso cavo STP (ritorto schermato) sempre in categoria 5. Esiste un tipo di cavo intermedio, detto screened, di prestazioni intermedie. I colori possono essere anche misti, ad esempio B/A indica un cavo con guaina colorata in bianco/arancio. Un cavo può essere costruito da un tecnico con uso di speciali pinze a crimp (si può acquistare già fatto in un negozio di elettronica). Il codice dei colori prevede che i cavi siano costruiti in modo seguente (vedi fig ): Fig Codice a colori cavo di rete RJ-45 Cavo dritto: Filo Colore B/A A B/V BL B/BL V B/M M Cavo incrociato: (si ottiene dal cavo dritto scambiando i colori Arancio e Verde) Filo Colore B/V V B/A BL B/BL A B/M M dove: B= bianco A= arancio BL= blu V= verde M= marrone Per quanto riguarda l uso, i cavi dritti sono usati per collegare i computer (tramite la scheda di rete) a dispositivi di rete, come HUB o SWITCH. I cavi incrociati (o crossover) sono usati per connessione diretta tra due schede di rete di due computer, ad esempio per fare un collegamento di prova od una copia di hard-disk in caso di emergenza. Nella fig si possono vedere i casi di collegamento di: -tre computer in rete collegati con cavi dritti all unità HUB, mentre l HUB va collegato allo switch con cavo incrociato; -due computer messi direttamente in rete tra loro, usando un cavo incrociato; -un dispositivo SWITCH 1 che viene collegato, per potenziamento, ad un altro SWITCH 2. fig Normalmente si deve usare un cavo incrociato. Se i due switch vengono collegati usando le porte numerate 1 ( in alcuni modelli sono invece le ultime porte, come nel caso visto in figura) è

13 necessario usare cavi dritti. Bisogna consultare il manuale dello switch per sapere in quale caso si ricade. La massima distanza raggiungibile con un solo cavo UTP twisted pair in categoria 5 (tipo Ethernet 10BASE-T) è di circa 100 metri. Sugli schemi elettrici, il tipo di montaggio dei cavi si indica con simboli diversi a seconda del tipo di connessione utilizzato. Quando i cavi di rete trasportano i segnali, come tutti i cavi di tutti gli impianti, tendono ad attenuare l'ampiezza del segnale in quanto, per la seconda legge di Ohm, introducono una resistenza elettrica nel circuito, proporzionale alla lunghezza dei cavi. Se si supera una determinata lunghezza (che può arrivare al massimo teorico del centinaio di metri) è necessario interporre tra un troncone di cavo ed il successivo dei dispositivi amlpificatori di segnale chiamati ripetitori (repeater) che sono essenzialmente degli amplificatori lineari da alta stabilità e fedeltà. Tecnicamente, i tipi di montaggio dei cavi possono essere sinteticamente indicati come visto in fig Corrispondentemente alla posa dei cavi, la rete assume una topologia ben precisa, che può essere: -a bus, su linea Ethernet, dove si posa un cavo comune a tutto un impianto di rete locale, a cui vengono collegati i vari computer terminali. Alle estremità, la rete locale deve essere terminata con dei dispositivi appositi (terminatori); -ad anello, dove il cavo parte da un terminale della rete locale e si chiude, dopo essere stato passato su tutti gli altri terminali, sullo stesso di partenza; -ad anello doppio, proprio dei sistemi FDDI (Fiber Distributed Data Interface) basati su fibra ottica, ed usati su dorsali verticali di reti locali distribuite,ad esempio, su più piani di edifici; Fig In un punto si prevede l'allaccio alla rete remota, dove corrisponde il punto di allaccio dall esterno del sistema alla rete locale, ad esempio per collegare in Internet la rete locale mediante un ROUTER. Un parametro importante per la trasmissione di informazioni a distanza è la larghezza di banda del mezzo trasmissivo B (bandwidth), che è la massima quantità di informazione che può essere trasmessa da un punto ad un altro di un sistema nell unità di tempo, espressa normalmente in Kb/s o Mb/s. Ad essa si accoppia la produttività P (troughput) di un sistema, che è la quantità effettiva di informazioni che vengono immesse o ricevute in linea nell unità di tempo. Il troughput è sempre inferiore od al massimo eguale alla larghezza di banda. Ad esempio, un modem V.90 ha una larghezza di banda in ricezione di 56.6 Kb/s. Se quando è connesso prende la linea a 44 Kb/s, la sua produttività in quell istante è pari a 44 Kb/s. Il tempo per effettuare il download di un file di dimensioni D (espresso in Kb) si può calcolare approssimativamente in questo modo: il tempo minimo previsto è pari a Tmin = D / B [s] Il tempo effettivo è maggiore od al massimo eguale a quello minimo, e vale T = D / P [s]

14 REALIZZAZIONE PRATICA DI RETE LOCALE Per realizzare praticamente una LAN, il tecnico deve disporre inizialmente di: 1. un certo numero di computer terminali (od equivalenti) da collegare in rete 2. una scheda di rete per ogni terminale da collegare in rete 3. cavi di connessione, che dipendono dalla tipologia scelta Oltre a questo materiale, il tecnico deve dotarsi di uno o più dispositivi tra quelli illustrati in fig : fig HUB: è il dispositivo più semplice, ed è costituito da un contenitore su cui sono affacciate un insieme di porte (normalmente RJ45) che consentono fisicamente il concentramento di molti terminali in un solo punto. Tecnicamente, prende il nome di ripetitore multiporte, svolgendo la funzione pura e semplice di connessione fisica tra tutti i computer terminali di una rete. Gli hub possono essere: -passivi, se svolgono la sola funzione di connessione fisica. In questo caso non hanno ne alimentatore ne pile in dotazione, non necessitando di fonti d energia per il loro funzionamento. -attivi, se oltre a connettere i segnali rigenerano e ritemporizzano i segnali provenienti dai terminali (tramite circuiti simili ai trigger di Schmitt). In questo caso sono dotati di alimentatore proprio o pile, da dove trarre l energia necessaria per questa funzione. -stupidi (dumb) se svolgono unicamente la funzione di connessione. -intelligenti, se sono dotati di funzioni addizionali, come ad esempio l autosensing per configurare automaticamente una porta a 10 o 100 Mb/s per necessità di rete. Nelle reti di tipo Token Ring, il nome dei dispositivi HUB diventa MAU (MAC address unit). BRIDGE : gestisce il traffico di rete, suddividendola in segmenti e consentendo la connessione a segmenti esterni a quello delimitato. In pratica, filtra il traffico di rete in A) locale B) esterno E un dispositivo dotato di un ingresso ed una uscita che, analogamente al router, può intervenire sull indirizzo MAC delle schede di rete in quanto contiene in memoria una tabella degli indirizzi MAC dei dispositivi connessi. In questo modo aumenta la LATENZA dei segnali (ritardo con cui si propagano attraverso la rete) ma migliora l immunità della rete locale alle collisioni di bit lungo il percorso della rete stessa.

15 SWITCH (di tipo Ethernet) : è praticamente un bridge dotato di molte porte (bridge multiporta), a cui connettere più terminali di rete (computer, ecc.). Su ogni porta arriva perciò un segmento dati, e per ogni porta viene generata una tabella degli indirizzi MAC per gestire il traffico di rete. Migliora l immunità alle collisioni di bit, aumentando però la latenza analogamente al bridge. SWITCH (di tipo ATM) : si tratta di switch speciali progettati per operare in ATM (Asynchronous Transfer Mode) allo scopo di ridurre ritardi dovuti al transito dei segnali in rete. Sono particolarmente adatti come mezzi di comunicazione di reti ad alta velocità, come E3, SONET, T3 e simili. ROUTER : è il dispositivo base per la connessione di una rete locale ad un ambiente remoto, come ad esempio Internet. Consiste in un sistema dotato di poche porte (generalmente da connettere a switch, che collegano invece il grosso dei computer tra di loro) a velocità non eccezionale, per via del fatto che devono essere gestiti pochi dispositivi (tipicamente 640 Kb/s). Dispone di proprio hardware e software di gestione interno, perciò è programmabile dall utente. La sua funzione è quella di instradatore (IS): calcola il percorso ottimale per gestire la comunicazione tra un terminale da un lato ed un numero virtualmente illimitato di terminali dall altro, ed immette le informazioni in linea, avviandole verso il percorso scelto o ricevendole dall esterno. Questa procedura prende il nome di routing (instradamento) e necessita per il suo corretto funzionamento di una risorsa chiamata protocollo, che definisce regole e formati di invio dei bit che costituiscono un messaggio. I protocolli più usati in ambito delle reti sono IP ed IPX, anche se ne esistono altri (NetBeui, ecc.) diffusi. Riassumendo: -il router opera al livello 3 del modello di riferimento OSI (Network Layer); -switch e bridge operano a livello 2 di OSI (Data Link Layer); -hub, ripetitori, cavi di rete e modem operano a livello 1 di OSI (Physical Layer); -la scheda di rete (NIC) opera simultaneamente a livello 1 del modello OSI (lato della NIC verso la Mother Board) ed a livello 2 di OSI (lato verso il cavo di rete). La progettazione di una rete locale, comunque complessa, richiede dispositivi e modelli fino al secondo livello. Se la rete locale richiede un accesso remoto (per esempio ad Internet) è necessario predisporre dispositivi e protocolli del terzo livello di OSI.

16 8.1.4 RETI REMOTE Le WAN sono progettate per: operare su un area geografica molto estesa, tipicamente di svariate migliaia di km; consentire l accesso alla rete tramite interfacce seriali operanti a bassa velocità; provvedere ad una connessione sia a tempo parziale che a tempo totale; connettere dispositivi tra loro separati fisicamente da grandi distanze. Per realizzare una WAN, i tecnici dispongono di risorse specifiche il cui simbolo è visibile in fig , quali: Fig ROUTER : si tratta sostanzialmente degli stessi dispositivi impiegati nelle LAN. Possono avere dei potenziamenti adatti alle funzioni che devono svolgere. MODEM (CSU/DSU) : sono sistemi che effettuano la modulazione o demodulazione dei dati all inizio/fine linea, in modo da averli in formato elettronico adatto per essere immessi in linea e trasmessi su lunga distanza (linea remota). SWITCH WBS (WAN Bandwith Switch) : si tratta di switch speciali adattati per operare a larghezza di banda estesa, necessaria per operare con reti remote. SERVER DI COMUNICAZIONE : sono elaboratori per la comunicazione che connettono dispositivi asincroni a LAN e WAN attraverso la rete, e sono dotati di software di emulazione di terminale. Svolgono funzioni particolari, come il routing asincrono dei protocolli IP e IPX. Oltre ai server di comunicazione, sono impiegati altri tipi di server, chiamati server di accesso, che consentono il routing sia sincrono che asincrono dei protocolli supportati. Le MAN sono realizzate essenzialmente con dispositivi di rete locale, anche se per il loro uso confinano con le WAN e svariati risultati delle WAN si applicano con successo anche alle MAN. PROTOCOLLI DI ROUTING ED INDIRIZZI DI IP I protocolli di routing sono insiemi di regole e formati per gestire l'instradamento di informazioni da computer o reti locali verso reti remote esterne (ad esempio Internet). Essi acquisiscono tutte le posizioni di computer e reti a livello locale tramite i loro router di riferimento a cui sono collegati, e comunicano la posizione del gruppo agli altri router presenti in rete. Come risultato, ogni router può costruire una tabella dinamica dei percorsi possibili per instradare una informazione in rete. I protocolli di routing definiscono il formato dei messaggi e le procedure. L' obiettivo finale di ogni protocollo di routing è quello di riempire la tabella di routing con tutti i gruppi di destinazione e con il miglior percorso per arrivare ad ognuno di essi. Un protocollo di routing acquisisce i percorsi e li memorizza in una tabella, cui corrisponde memopria RAM allocata dentro il router stesso. Si indica con il termine Routed Protocol il protocollo di rete con cui sono trasferiti i pacchetti. Il protocollo più usato a livello 3 per trasferire informazioni da un punto ad un altro di un sistema comunque esteso è IP (Internet Protocol), cui viene associato per completezza al livello 4 il protocollo TCP (Transmission Control Protocol) per cui il complesso di queste due risorse prende il nome di protocollo TCP/IP.

17 Se un dispositivo vuole comunicare usando il TCP/IP, ha bisogno di un indirizzo IP. Un indirizzo IP è un numero che identifica in modo univoco un dispositivo che immette o riceve dati in rete. Il dispositivo può essere normalmente un computer, un router od una rete di computer. Quando il dispositivo possiede un indirizzo IP ed il software e l'hardware appropriati, esso può inviare e ricevere pacchetti di bit, strutturati dal protocollo IP stesso. Tutti i dispositivi (computer, portatili, ecc) che inviano e ricevono pacchetti vengono chiamati HOST IP (o semplicemente host). Gli indirizzi IP consistono in un numero a 32 bit, di solito scritto nella notazione decimale - puntata (cioè quattro cifre decimali separate da punto). Esempi validi di indirizzi IP sono: La parte decimale deriva dal fatto che ogni byte (8 bit) dell'indirizzo IP a 32 bit è convertito nel suo equivalente decimale. Per esempio, è un indirizzo IP scritto nella forma decimale - puntata, e la sua versione binaria (con cui opera effettivamente il computer) è Ognuno dei numeri decimali in un indirizzo IP è chiamato ottetto. Così, per un indirizzo IP come , il primo ottetto è 168, il secondo 1 e così via. I numeri decimali all'interno dell'indirizzo IP possono andare da un minimo di 0 ad un massimo di 255 incluso, per un totale di 256 configurazioni potenziali. COME SONO RAGGRUPPATI GLI INDIRIZZI IP L'idea generale su come vengono raggruppati gli indirizzi IP può essere semplificata come di seguito: Tutti gli indirizzi IP in uno stesso gruppo di computer devono corrispondere ad uno stesso router; Gli indirizzi IP separati da router devono trovarsi in gruppi differenti Ad esempio, i due computer con indirizzo IP e saranno raggruppati in un unico gruppo connesso ad un unico router il cui indirizzo IP sarà Questo origina il problema di associare ad una rete la sua classe, cioè un modo di misurare la quantità di computer che si possono connetetre in rete tra di loro, e quindi, in ultima analisi, quella che possiamo definire la potenza di una rete. CLASSI DI RETE Lo standard ISO/OSI definisce 5 classi di rete, in base alla loro potenza ed alle loro funzioni: le classi sono definite dalle lettere A, B, C, D, E. Tre classi sono operative (con differenti funzioni), e prendono le sigle A,B,C. La classe D è dedicata a colegamenti di tipo multicast (ad esempio videoconfrerenze). La classe E viene riservata per scopi sperimentali da parte di università e centri di ricerca industriali. A rete host host host B rete rete host host C rete rete rete host D E (multicast) (usi sperimentali) 8 bit 8 bit 8 bit 8 bit 1 byte 1 byte 1 byte 1 byte Per definizione, tutti gli indirizzi di una stessa classe di rete (A, B o C) hanno lo stesso valore numerico nella porzione che identifica la rete. Il resto dell'indirizzo è composto dalla porzione relativa all'host.

18 La lunghezza della parte relativa alla rete è diversa per ciascuna delle tre classi A, B e C: Nella classe A la lunghezza è di 1 byte. La parte rimanente dell'indirizzo, cioè 3 byte, riguarda gli host. Nella classe B la lunghezza è di 2 byte. I 2 byte rimanenti riguardano gli host. Nella classe C la lunghezza è di 3 byte. L'ultimo byte (quindi 1) è relativo agli host. La classe A per convenzione ha il primo numero ad 8 bit compreso nel range: Possono pertanto esistere al mondo non più di 127 reti in classe A. Ognuna di loro potrà avere un massimo di 2 24 computer connessi in rete tra loro. La classe B per convenzione ha il primo numero ad 8 bit compreso nel range: La classe C per convenzione ha il primo numero ad 8 bit compreso nel range: Ora consideriamo la grandezza di ogni classe di rete. Nella classe A ci sono 2 24 differenti possibili valori da assegnare alla parte dell'host dell'indirizzo IP. Di conseguenza ogni rete di classe A può avere 2 24 indirizzi IP (totale ), la classe B ne avrà 2 16 (totale ) mentre la classe C ne avrà 2 8 (totale 256). con l' eccezione di due indirizzi di host riservati in ogni rete. Per convenzione, il numero di IP che finisce con 0 indirizza una rete, mentre con 255 individua una situazione di broadcast (comunicazione inviata a tutti i computer della rete). Concludendo: la classe A sarà costituita da poche reti mondiali (massimo teorico 127) che però possono avere, per ognuna di loro, fino a computer online. La rete è una rete in classe A, l'indirizzo IP non può essere assegnato ad un PC perchè individua la rete nel suo complesso, l'indirizzo IP individua una configurazione che trasmette informazioni a tutti i computer della rete. La maschera di sottorete (vedi più avanti) vale Si tratta di poche reti di grandissima potenza, poichè ad una di esse possono corrispondere anche milioni di computer. la classe B sarà costituita da un medio numero di reti mondiali (massimo teorico 16384) che possono avere, per ognuna di loro, fino a computer online. La rete è una rete in classe A, l'indirizzo IP non può essere assegnato ad un PC perchè individua la rete nel suo complesso, l'indirizzo IP individua una configurazione che trasmette informazioni a tutti i computer della rete. La maschera di sottorete (vedi più avanti) vale Si tratta di un medio numero reti di media potenza, poichè ad una di esse possono corrispondere svariate migliaia di computer. la classe C sarà costituita da un grande numero di reti mondiali (massimo teorico ) che possono avere, per ognuna di loro, fino a 254 computer online. La rete è una rete in classe A, l'indirizzo IP non può essere assegnato ad un PC perchè individua la rete nel suo complesso, l'indirizzo IP individua una configurazione che trasmette informazioni a tutti i computer della rete. La maschera di sottorete (vedi più avanti) vale Si tratta di un alto numero reti di piccola potenza ognuna, poichè ad una di esse possono corrispondere al massimo poche centinaia di computer.

19 SOTTORETI DI IP Le sottoreti (o subnet) IP creano un vasto numero di piccoli gruppi di indirizzi IP. Quando configuriamo una sottorete, l'indirizzo IP si suddivide in un'ulteriore parte che si inserisce tra l'identificatore di rete e quello dell'host. Questa terza parte identifica la sottorete, tramite il servizio di un gateway. Lo scopo principale del gateway è quello di veicolare i pacchetti di rete all'esterno della rete locale (subnet). Da notare che gateway è un termine generico che indica il servizio di inoltro dei pacchetti verso l'esterno; il dispositivo hardware che porterà a termine questo compito è tipicamente un router. L'indirizzamento IP con le sottoreti utilizza una tecnica chiamata chiamata maschera di sottorete (subnet mask) che è necessaria al computer (con il suo indirizzo IP) che deve comunicare con un altro (con il proprio indirizzo IP) per sapere se deve instradare i pacchetti verso il gateway della sua rete locale oppure usare l'indirizzo di rete locale del destinatario (ethernet, token-ring od altro). A questo punto il router invece di basarsi solo sul numero di rete, per l'instradamento prenderà in considerazione anche il numero della sottorete. Esempio: un computer connesso in una rete in classe B con il numero ha una subnet mask di Il gateway di questa rete che si connette su internet ricava come indirizzo di rete l' AND bit a bit tra l'indirizzo IP e la subnet mask nel modo seguente: per cui l'indirizzo che viaggia materialmente su Internet è , che è effettivamente l'indirizzo di una rete in classe B.

20 8.1.5 Schema di principio di una rete locale connessa con rete remota Internet Come connettere tutti i dispositivi illustrati, per realizzare una rete locale dove un certo numero di utenti condivide risorse comuni (programmi, stampante di rete, ecc.) ed ha singolarmente l accesso ad Internet? Uno schema base è visibile in fig La rete è composta da quattro terminali (computer) ed una stampante laser di tipo normale, da condividere tra tutti e quattro i nodi della rete. La topologia scelta è quella a bus, preferibile quando non ci sono problemi specifici. Si inizia a tracciare l impianto dalla presa Telecom mediante la quale ci connetteremo all esterno (ad esempio, ad Internet). Si può trattare della normale presa telefonica, con cui useremo un normale modem esterno convenzionale, ad esempio del tipo V.90 a 56.6 Kbps, oppure della borchia ADSL a cui andrà collegato un modem-router ADSL dotato di ingresso adatto RJ-11. L uscita del modem si collega ad un router (alla porta modem di quest'ultimo). Si collega quindi una uscita Ethernet del router allo switch che gestirà la nostra rete di quattro computer. Se il router dispone di una seconda porta Ethernet, si potrà usare questa seconda porta potenzialmente per il collegamento con un altro switch, con cui gestire una seconda rete di computer (ad esempio, due aule diverse di una scuola che deve avere due reti distinte in due laboratori diversi). Il router dispone inoltre di una porta addizionale, detta porta di console, a cui si può collegare quando serve un qualsiasi computer dotato di software di emulazione terminale (è sufficiente HyperTerminal di Windows, od altro programma equivalente) per la programmazione dello stesso, che va fatta alla installazione e quando intervengono modifiche sostanziali della rete stessa. Lo switch riceve in ingresso il collegamento dal router: sulle sue uscite RJ45 si collega l HUB che ha la funzione di collegare fisicamente i quattro computer in rete tra di loro. E' possibile trovare un unico dispositivo MODEM -ROUTER che contiene in un unico sistema di piccole dimensioni sia il modem che il router: in questo modo è possibile risparmiare spazio, ad esempio, nel caso di un ufficio o di una piccola azienda. La gestione della rete locale viene fatta dallo switch e dall hub: quando ci sono necessità di comunicazione in rete remota, ad esempio Internet, attraverso lo switch la richiesta viene inoltrata al router che la instrada verso l esterno. Perciò, nel nostro caso, il router entra in funzione solamente quando c è un accesso ad una rete remota. Uno switch ha normalmente un numero di porte pari a 6, 12 o 24: perciò può essere collegato, potenzialmente, anche ad altri hub che connettono altri PC in rete. Mentre l uso di più hub permette solo l espansione fisica di una rete, l uso di più switch consente la riduzione del dominio di collisione dei bit che transitano in linea, migliorando le prestazioni della rete soprattutto nei casi in cui il transito è continuo, ed i messaggi da scambiare sono molto grandi. In pratica, questo avviene quando si hanno frequenti trasmissioni contemporanee di immagini e suoni lungo la rete stessa. Al nostro hub si collegano tutti e quattro i PC della rete. Le schede di rete vengono rilevate in genere all accensione dei PC e viene installato il software di configurazione delle stesse. Su uno di essi si collega la stampante, avendo cura di attivare sulla condivisione di rete del computer in oggetto la selezione di condivisione file e stampanti. Durante l installazione del driver della stampante, all inizio si dovrà dichiarare che la stampante sarà usata in rete e procedere di conseguenza, come indicato di solito sul manuale d uso. Sugli altri computer sarà necessario installare come nuova stampante una stampante di rete e selezionare il percorso di rete verso il computer cui è collegata la stampante stessa. Con questa soluzione, semplice ed economica, è necessario che il computer a cui sia collegata la stampante sia sempre acceso e connesso in rete ogni volta che qualsiasi altro computer deve fare uso della stampante.

21 In reti professionali, dove l uso della stampante può rilevarsi determinante, è possibile installare stampanti di rete, che sono dotate di scheda addizionale con gli elementi visti in fig , e sono a tutti gli effetti delle stampanti con un piccolo computer interno, che svolge le funzioni di comunicazione con la rete. La stampante diventa un nodo vero e proprio della rete. In questo caso è necessario che sia accesa ovviamente la sola stampante. A questo punto, se tutto è andato a buon fine, è possibile iniziare a lavorare con la rete sia a livello locale che remoto. Fig Ad illustrazione di montaggio di rete locale connessa con un punto di accesso ad Inernet

22 Reti wireless Le reti locali Wireless ( senza cavo ) sono reti che possono utilizzare come mezzo trasmissivo le onde radio, la luce infrarossa o sistemi laser, facendo a meno di cavi elettrici, e sono dette WLAN. Le onde radio vengono utilizzate dalle reti tipo Wi-Fi, cioè reti che devono coprire ambienti dove le diverse postazioni da collegare non sono necessariamente visibili: possono essere separate da muri o altro. La sigla Wi-Fi è abbreviazione di Wireless Fidelity, e racchiude tutte le tecnologie delle reti senza fili: Wi-Fi = { tecnologie senza cavi } Il dispositivo necessario per mettere in comunicazione computer fissi e portatili wireless è il cosiddetto access-point, che è in pratica un router/switch con un certo numero di porte RJ-45 cui vanno connessi i computer fissi con normali cavi di rete, con in più una o due antenne emettitrici di segnale, che viene captato dai computer portatili. Le antenne possono essere solitamente 1,2 o 3: tante più sono le antenne, maggiore è la garanzia di copertura del segnale a distanza. In questo modo è possibile la comunicazione in rete tra computer fissi e portatili. L' access point trasmette ai computer in onde radio il segnale proveniente da Internet o da altri computer. Esistono vari livelli di tecnologia di router access-point: il più diffuso attualmente segue come protocollo di gestione dei segnali la raccomandazione IEEE B, descritta nel modello OSI. Più veloci ed aggiornati sono i dispositivi che seguono la raccomandazione IEEE G. Le reti basate su infrarossi vengono utilizzate per collegare dispositivi visibili direttamente. Di fatto può risultare svantaggioso poiché sono reti di piccole dimensioni (alcuni metri) e lente. Le reti basate su laser vengono utilizzate normalmente per collegare sottoreti costruite utilizzando altre tecnologie. Il laser talvolta è soggetto a interferenze esterne e mal si presta su percorsi con angoli retti in mezzo. I dispositivi wireless richiedono che ogni computer della rete locale allacciato ad essi abbia una scheda di rete wireless al suo interno. Praticamente tutti i portatili hanno questa scheda di serie. Una valutazione comparativa delle velocità di funzionamento ottenibili con i vari protocolli fornisce: Protocollo Tipo di utilizzo Frequenza trasmiss. radio Velocità di lavoro IEEE A WLAN 5 GHz 54 Mb/s (max. 108) IEEE B Wi-Fi 2,4 GHz 2 / 4 Mb/s (max. 11) IEEE G OFDM 2,4 GHz 54 Mb/s IEEE N OFDM, MAN 2,4 / 5 GHz 300 Mb/s IEEE Wimax 2 / 11 GHz 70 Mb/s Un dispositivo Wireless può comunicare solitamente con circa 30 host situati in un raggio tipico di 100 m. Tuttavia questa caratteristica varia a seconda di diversi fattori quali il posizionamento, la presenza di ostacoli, l'interferenza con altri campi elettromagnetici e la potenza dei dispositivi. Per aumentare la distanza di trasmissione, esistono dei ripetitori che amplificano i segnali radio (repeater). Attualmente le reti wireless possono raggiungere diversi Km di distanza.