Prerequisiti: Definizione di rete Una rete è un insieme di nodi collegati tra loro attraverso un mezzo trasmissivo Definizione di nodo Un nodo è un computer: client o server o un apparato di rete: hub, repeater, switch, router, access point, ecc Definizione di mezzo trasmissivo Un mezzo trasmissivo o cavo o collegamento fisico o canale di comunicazione è lo strumento usato per trasmettere dati e segnali tra i diversi nodi della rete. Definizione di computer client? E un computer che chiede un servizio al computer server Definizione di computer server? E un computer che offre uno o più servizi contemporaneamente anche a più computer client. Essi hanno processori potenti e grande quantità di memoria RAM. Sono particolarmente utilizzati in multiutenza, ossia da centinaia di persone contemporaneamente. Lo scopo di una rete Lo scopo di una rete è quello di mettere in condivisione le risorse hardware (es. stampante) e software (giochi, programmi applicativi, archivi comuni, ecc) tra tutti gli utenti collegati in rete. Classificazione delle reti: 1) In base al ruolo dei client e dei server (reti di tipo client/server; reti di tipo Peer to peer) 2) in base alla distanza che separa i computer in rete (detta estensione) in LAN, MAN, WAN e WLAN 3) in base alla posizione occupata dai computer in rete (detta topologia) in: a bus, ad anello, a stella. 4) in base alla tipologia di trasmissione: punto-punto e multi-punto (o broadcast) Paragrafo 1 Classificazione delle reti in base al ruolo 1.a) Reti Client / Server Alla fine degli anni 70 il vecchio modello o architettura mainframe terminali, lascia il posto al nuovo modello di configurazione dei computer, denominato modello o architettura client / server. Il funzionamento di queste architetture è costituito di due principi fondamentali: - le risorse sono distribuite e condivise da più utenti attraverso diverse stazioni di lavoro. 1
- ciascun utente può mettere a disposizione le sue risorse, svolgendo le funzioni di server (servente), oppure può utilizzare le risorse messe a disposizione dagli altri, diventando client (cliente o richiedente). In questa architettura è molto importante il fatto che i ruoli di server e client non sono predefiniti: un utente può mettere a disposizione ad esempio una stampante laser per gli altri utenti della rete diventando in tal caso server per la stampante e nello stesso tempo può utilizzare i dati di un archivio messo in condivisione in rete che si trova sull'hard disk del computer di un altro utente, diventando client per l archivio. Tipi di server di rete A seconda dei servizi offerti, i server possono essere classificati in: file server (viene considerato come il gestore di una libreria di documenti, che viene messa a disposizione dai client), print server (si incarica di gestire i servizi e le code di stampa di una o più stampanti connesse in rete), application server (esegue determinate operazioni, principalmente su database e rende dei risultati ai client), mail/fax server (gestisce la corrispondenza in entrata/uscita, smistandola verso i client della rete), communication server (gestisce il traffico di informazioni circolante nella rete/verso altre reti), backup server (esegue backup per archiviare e proteggere i dati della rete), web server (gestisce uno o più domini internet, FTP, news, servizi web). 1.b) Reti Peer to Peer Con il termine peer-to-peer (o P2P), cioè rete paritaria, si intende una rete di computer o qualsiasi rete informatica che non possiede nodi gerarchizzati sotto forma di client o server fissi (clienti e serventi), ma un numero di nodi equivalenti (in inglese peer) che possono fungere sia da cliente che da servente verso gli altri nodi della rete. Paragrafo 2 Classificazione delle reti in base all estensione 2.a) LAN o reti locali Le reti LAN (Local Area Network) coprono un area corrispondente a quella di un ufficio sino a quella di una struttura aziendale o scolastica composta da più edifici. Nelle LAN i computer in rete possono trovarsi ad una distanza sino al massimo di 1km 2.b) MAN o reti metropolitane Le reti MAN (Metropolitan Area Network) non sono altro che estensioni delle reti locali LAN in ambito cittadino. Nelle MAN i computer in rete possono trovarsi ad una distanza sino al massimo di 10km. 2.c) WAN o reti geografiche Le reti WAN (Wide Area Network) hanno dimensioni geograficamente estese da nazione all intero pianeta. Nelle WAN i computer in rete possono trovarsi ad una distanza che va dai 100km ai 10.000km. 2
2.d) WLAN o LAN senza fili Una rete WLAN è una rete locale senza fili. I computer in rete per poter comunicare tra loro usano segnali radio ad alta frequenza dell ordine dei 2.4 GHz. Per collegare in rete wireless un computer occorre: una scheda di rete wireless (una sorta di antennina ) da inserire nel computer e un access point o extender (AP) (una sorta di ripetitore ) che è un dispositivo che funge da ponte tra i computer mobili che tramite onde radio si connettono ad esso. 1 In generale, i fornitori di access point e di extender garantiscono un raggio di azione massimo di 50 metri all interno di un edificio chiuso e 100-150 metri all aperto. Paragrafo 3 Classificazione delle reti in base alla topologia 3.a) Definizione di topologia a bus Essa è una topologia di rete costituita da un unico mezzo trasmissivo bidirezionale, detto appunto bus, a cui sono collegati computer. Alle estremità del cavo sono posti particolari tappi detti terminatori. Da sinistra a destra la fig. mostra un connettore BNC a T usato da ciascun terminale per connettersi al bus coassiale e un terminatore o tappo. Come avviene la trasmissione? La trasmissione è di tipo broadcast, il che significa che qualsiasi stazione, senza chiedere alcun permesso, può inviare un messaggio che sarà ricevuto da tutte le stazioni, ma solo una lo elabora, mentre le altre lo ignorano (vedi fig. sotto). Poiché ciascuna stazione può inviare un messaggio senza richiedere alcun permesso è ovvio che si possono generare conflitti detti collisioni, cioè messaggi che si sovrappongono poiché inviati contemporaneamente da due o più stazioni. Per ovviare a ciò, in una rete a topologia a bus è utilizzata la tecnica CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision and Detection), cioè accesso multiplo con rilevamento di portante e con rilevazione della collisione. 1 Per far capire come avviene la comunicazione tra un computer in rete wlan e un access point associarla a quella che avviene tra un televisore collegato ad una antenna e il ripetitore di segnale tv posto su una montagna. In entrambi i casi non viene usato un cavo fisico per collegare i due componenti ma l etere. 3
La tecnica di accesso al mezzo usata: CSMA / CD Essa prevede che una stazione che deve trasmettere un messaggio, prima di inviarlo si accerti che sul mezzo di trasmissione non ne stia viaggiando già un altro, quindi il messaggio è inviato solo se il mezzo trasmissivo è libero. Può, tuttavia, accadere che due stazioni inviino contemporaneamente lo stesso il proprio messaggio, generando ugualmente una collisione. In tal caso, le altre stazioni ignorano i messaggi sovrapposti, mentre le stazioni che hanno generato la collisione restano in attesa di trasmettere per un periodo di tempo determinato da un numero casuale. I vantaggi della topologia a bus: - basso costo di realizzazione - la rottura di un nodo non implica la caduta della rete - facilmente espandibile (facile aggiungere altri nodi) Gli svantaggi della topologia a bus: - un interruzione del cavo determina il blocco (il collasso) dell intera rete (quindi fault tolerance, tolleranza ai guasti, nulla) - i nodi da aggiungere non possono superare un certo limite, poiché la velocità diminuisce drasticamente 3.b) Definizione di topologia ad anello Essa è una topologia di rete in cui ogni computer è collegato con il computer più vicino sino a formare un anello unidirezionale (perché i dati trasmessi scorrono solo in un solo senso), ottenuto unendo tra loro la prima e l ultima stazione. Come avviene la trasmissione? Quando ad es. la stazione mittente A trasmette informazioni, queste arrivano alla stazione successiva, che le trattiene se sono indirizzate ad essa, oppure le trasmette alla stazione successiva 2 se il messaggio contiene un indirizzo diverso dal proprio sino a che il messaggio non arriva alla stazione destinataria ad es. B. La trasmissione s intende terminata quando le informazioni, dopo un intero ciclo, ritornano alla stazione mittente A. Poiché anche in questa topologia può tuttavia, accadere che due stazioni inviino contemporaneamente lo stesso il proprio messaggio, generando ugualmente una collisione, in tale topologia si usa la tecnica detta Token Ring La tecnica di accesso al mezzo utilizzata: Token Ring Il token è un messaggio di controllo (o testimone - gettone) costituito da un numero finito di bit che circola continuamente sull anello. Il token può assumere lo stato libero oppure occupato 22 Ogni nodo della rete agisce da ripetitore di segnale che viene amplificato di passaggio in passaggio 4
rispettivamente quando il mezzo trasmissivo è libero da trasmissioni in corso, oppure è occupato. Esso, quindi, abilita una stazione alla trasmissione o meno del messaggio. Quando il token passa davanti a una stazione che deve trasmettere e il suo stato è libero (ad es. la stazione A di fig.), la stazione lo preleva, lo contrassegna come occupato, vi aggiunge il messaggio da trasmettere e lo fa circolare nuovamente sull anello. Le stazioni interessate prelevano il messaggio e il token, aggiungendo al token dei bit di controllo che specificano se il messaggio trasmesso è stato ricevuto correttamente o meno e poi rimettono in circolo il toke in rete. Quando il token, dopo un ciclo completo, riarriva alla stazione trasmittente (la stazione A di fig.) (in tal momento la trasmissione s intende terminata, perché il messaggio da trasmettere dalla stazione di partenza dopo un intero ciclo è ritornato al mittente), questa preleva il token, lo pone nello stato di libero e lo invia nuovamente sull anello. I vantaggi sono: - le prestazioni della rete non decadono se aumentano i nodi - la rete è facilmente espandibile (scalabilità) - il tempo di attesa che una stazione mittente deve aspettare per iniziare la trasmissione è facile da calcolare poiché il token è assegnato a ciascuna stazione per un tempo massimo, terminato il quale il token deve essere liberato Gli svantaggi sono: - la rottura di un nodo determina il collasso (guasto) dell intera rete (quindi fault tolerance, tolleranza ai guasti, nulla) - è molto costosa realizzarla 3.c) Definizione di topologia a stella retro di un hub Essa è una topologia di rete in cui ogni nodo è collegato con un proprio cavo dedicato ad un apparato centrale chiamato Hub, cioè un nodo di smistamento dei dati. Come avviene la trasmissione? Le richieste di comunicazione di una stazione mittente con un altra passano sempre attraverso l hub centrale, che li replica a tutti i nodi collegati, stabilendo un circuito, cioè una connessione dedicata tra i due dispositivi. È facile monitorare il funzionamento della rete, grazie alle spie luminose presenti sull Hub. I dati inviati da una stazione mittente, malgrado siano ricevuti da tutte le altre stazioni, sono 5
intercettabili solo dalla stazione destinataria, poiché i dati inviati contengono al loro interno oltre ai dati anche l indirizzo della stazione destinataria. Poiché anche in questa topologia può tuttavia, accadere che due stazioni inviino contemporaneamente lo stesso il proprio messaggio, generando ugualmente una collisione, in tale topologia si usa la tecnica di accesso CSMA/CD. I vantaggi sono: - molto diffusa perciò è economica realizzarla, - nessuna interruzione in caso di guasto al cavo di un nodo, - per ogni nodi esistono gli stessi tempi di trasferimento, poiché vi è solo l hub interposto tra due nodi. - la rete è facilmente espandibile. Quando i nodi aumentano e un Hub non è più sufficiente, è possibile aggiungere altri Hub in cascata. Gli svantaggi sono: - un interruzione dell Hub determina il blocco dell intera rete - consistente uso di cavi, poichè occorre un cavo per ogni nodo - se il traffico dati è elevato, si può creare il cosiddetto problema collo di bottiglia 3 rallentando la velocità. 3.d) Topologia mista Essa è la topologia di rete ottenuta unendo tra loro due o più delle topologie studiate come ad es: più topologie a stella con una topologia a bus (vedi fig.), più topologie a stella con una topologia ad anello, (vedi fig.), ecc. Questo permette di avere i vantaggi delle singole topologie.... In una rete a stella mista, assume fondamentale importanza la qualità dei cavi che collegano tra di loro i vari Hub (detti dorsali o backbone). Tali cavi possono essere dei cavi UTP cat. 5 o di tipo fibra ottica. In una rete di grandi dimensioni, l utilizzo di switch al posto degli hub è da preferire (quale sede della stella), poiché consente di razionalizzare la circolazione delle informazioni, a fronte di un aumento del costo del dispositivo. 3 Esso in genere si crea utilizzando la rete paritetica di emule. 6
Paragrafo 4 Classificazione delle reti in base alla tipologia di connessione 4.a) Definizione di rete multi-punto Una rete è multi-punto quando la trasmissione del messaggio, che una stazione mittente deve spedire a una stazione destinataria, è ricevuto subito da tutte le stazioni, ma solo una accetterà il messaggio. Noi data la definizione delle reti multi-punto, passeremo alla descrizione della classificazione delle reti punto-punto poiché quelle multi-punto (a bus, ad anello, a stella e mista) sono state già descritte ampiamente in precedenza. 4.b) Definizione di rete punto-punto Una rete è punto-punto quando la trasmissione del messaggio, che una stazione mittente deve spedire a una stazione destinataria, deve attraversare diverse stazioni intermedie prima di arrivare a destinazione. A tal fine si usano dei protocolli di routing. Il routing è l'insieme delle problematiche e tecniche riguardanti il corretto ed efficace instradamento dei dati sulla rete. Classificazione delle reti punto-punto In una rete punto-punto il collegamento delle varie stazioni può avvenire in due modi: 1) con linea dedicata (o diretta) 2) con linea commutata (indiretta). 4.b.1) Definizione di rete punto-punto con linea dedicata Una rete punto-punto è con linea dedicata, quando le stazioni (mittente e ricevente) sono collegate tra loro tramite un cavo fisico dedicato. Esempio Un esempio di questo tipo è il collegamento dedicato di un server a una rete locale (stazioni intermedie) a sua volta collegata con la rete Internet, poiché il server deve essere acceso e connesso alla rete internet 24 ore su 24. Vantaggi - La connessione è permanente. - La linea dedicata consente alla stazione mittente di comunicare con la stazione destinataria, senza tempi di attesa Svantaggi - Occorrono tante linee quante sono le stazioni, quindi la rete diventa molto complessa nel caso si vogliano collegare più stazioni. - E alto il costo per realizzarle. 4.b.2) Definizione di rete punto-punto con linea commutata Una rete punto-punto è con linea commutata, quando le stazioni (mittente e ricevente) non sono collegate con un cavo dedicato, ma la strada da seguire per la trasmissione del messaggio è creata al momento. 7
Esempio Un esempio di questo tipo di rete è il collegamento via modem del nostro computer alla rete internet 4, poiché il nostro computer non è sempre collegato a Internet, ma lo è solo nel momento in cui noi stabiliamo il collegamento telefonico. Vantaggi - Non occorrono tante linee quante sono le stazioni - E basso il costo per realizzarle Svantaggi - La connessione è condivisa - Ci possono essere ritardi nella trasmissione del messaggio Le reti punto-punto, con linea commutata, si possono classificare ulteriormente in: x) a commutazione di circuito y) a commutazione di pacchetto. 4.b.2.x) Definizione di rete punto-punto con linea a commutazione di circuito Una rete punto-punto è con linea a commutazione di circuito, quando le stazioni (mittente e ricevente) utilizzano una centrale di commutazione che connette le due stazioni, solo per il tempo necessario allo scambio del messaggio (fig. a) (fig. a) Rete punto-punto con linea a commutazione di circuito (fig. b) Rete punto-punto con linea a commutazione di pacchetto Su linea commutata, il collegamento tra le stazioni non è più dedicato, poiché viene a mancare la corrispondenza diretta tra le varie stazioni. Inoltre durante il tempo di trasmissione, ad es. della stazione 1 con la stazione 2, nessun altra stazione può utilizzare tale centrale di commutazione, fino a che non termina la trasmissione in corso. Esempio Un esempio di rete punto-punto con linea a commutazione di circuito è la rete telefonica PSTN (Public Switched Telephon Network) ed un esempio di messaggio scambiato tra le stazioni (mittente e destinataria) è la classica telefonata vocale. Come avviene la trasmissione di un messaggio? La trasmissione di un messaggio, in questo tipo di rete, avviene seguendo tre fasi distinte: 1) fase di attivazione del circuito o connessione fisica tra la stazione mittente e la stazione destinataria (vedi fig.). Ad esempio nel caso della rete telefonica, ciò corrisponde alla fase in cui il chiamante digita sul proprio telefono, il numero del chiamato e aspetta che il chiamato risponda. 4 Questo accade per gli utenti che si collegano ad internet tramite modem ADSL e non tramite router WiFi. 8
2) fase di utilizzo del canale trasmissivo. Ad esempio nel caso della rete telefonica, ciò corrisponde alla fase in cui il chiamante ed il chiamato utilizzano il doppino telefonico durante la loro comunicazione bidirezionale. 3) fase di svincolo o disattivazione del circuito o del collegamento fisico tra le due stazioni. Ad esempio nel caso della rete telefonica, ciò corrisponde alla fase in cui il chiamante o il chiamato chiude la conversazione. Vantaggi: - Durante la comunicazione si stabilisce un circuito dedicato tra le 2 stazioni - Essa garantisce una buona qualità del servizio di trasmissione dati. 5 Svantaggi: - Essa in media utilizza poco il canale di trasmissione, risultando inoccupato negli instanti in cui le due stazioni non trasmettono dati. - il canale di trasmissione è totalmente impegnato per l'intera durata della trasmissione. Per un migliore utilizzo del canale trasmissivo, l alternativa alla commutazione di circuito è rappresentata dalla commutazione di pacchetto. 4.b.2.y) Definizione di rete punto-punto con linea a commutazione di pacchetto Una rete punto-punto è con linea a commutazione di pacchetto, quando il messaggio da trasmettere tra le stazioni (trasmittente e ricevente) è suddiviso in pacchetti (o trame) indipendenti, di poche centinaia di byte, ciascuno costituito da tre parti: - una parte detta intestazione (o header) suddivisa in: id mittente, id. destinatario e n.ro progressivo - una parte dedicata al controllo degli errori di trasmissione - una parte dati vera e propria dove: - id mittente è l indirizzo della stazione trasmittente - id destinatario è l indirizzo della stazione destinataria che guiderà il pacchetto per tutto il tragitto, facendogli preferire le tratte migliori per giungere alla stazione destinataria. - il numero progressivo è un numero che indica la posizione che il pacchetto occupa nel messaggio trasmesso e che serve alla stazione destinataria per ricomporre il messaggio trasmesso. Esempio Un esempio di rete punto-punto con linea a commutazione di pacchetto è la rete internet usata per la telefonata VOIP (Voice Internet Protocol). Nella telefonata VOIP non è presente un collegamento fisico dedicato tra le 2 stazioni, ma la voce, che parte dalla stazione mittente, è codificata in digitale, divisa in pacchetti di dati e inviata in rete. Una volta giunti alla stazione destinazione questi pacchetti sono ricomposti per ricreare la situazione originale ed essere fruibili dalla stazione ricevente che dovrà utilizzare un dispositivo specifico, come un computer oppure un telefono VoIP. 5 Si pensi ad es. alla qualità di una telefonata senza interferenze o rumori o rimbombi di sottofondo. 9
Vantaggi: - La suddivisione del messaggio da trasmettere in pacchetti, permette al messaggio di essere svincolato dal percorso da seguire - la stazione destinataria ha sempre le informazioni necessarie per ricomporre i singoli pacchetti nel messaggio originario. Svantaggi: - Esse non dedicando un circuito alle stazioni, non possono garantire la qualità del servizio - per evitare l'effetto ritardo nella ricezione del messaggio é indispensabile che i pacchetti dati viaggino ad una velocità molto elevata. Per questo motivo é necessario avere una connessione Internet a banda larga come ad esempio la ADSL. Conclusioni La quasi totalità delle reti dati oggi esistenti si basa sulla commutazione di pacchetto. In questa rete le stazioni intermedie non creano un circuito dedicato tra le parti, ma instradano il pacchetto nella giusta direzione in base all informazione contenuta nell intestazione dello stesso. Paragrafo 5 - Trasmissione dei dati tra due stazioni (mittente e ricevente) in un canale trasmissivo In un canale trasmissivo, la trasmissione dei dati tra due stazioni A e B può essere: - simplex, quando la stazione mittente e la stazione destinataria sono collegati con una sola linea di trasmissione, dove la stazione A può solo trasmettere e la stazione B può solo ricevere o viceversa, pertanto la comunicazione avviene sempre in un solo verso (monodirezionale). Esempio: E il caso, ad esempio, della trasmissione dei dati radio o televisiva. - half-duplex, quando la stazione mittente e la stazione destinataria sono collegate sempre con una sola linea di trasmissione, ma essa è bidirezionale, cioè le informazioni possono viaggiare in entrambi i sensi, ma nello stesso istante è abilitata la trasmissione solo in un solo senso, perché la linea è unica. Esempio: E il caso ad esempio, della trasmissione tra due ricetrasmittenti dove gli interlocutori parlano a turno. - full-duplex: quando la stazione mittente e la stazione destinataria sono collegati con una doppia linea che consente ad entrambe le stazioni di essere contemporaneamente mittente e destinataria. Ne consegue che le due stazioni A e B possono inviare contemporaneamente messaggi. Esempio: E il caso ad esempio della comunicazione telefonica, dove i due interlocutori possono anche parlare contemporaneamente oltre che a turno. 10