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Reti di calcolatori – Ing. Daniele Corti

RETI DI

CALCOLATORI

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v.1.91 – 05/02/2016

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PREREQUISITI

Identificare le caratteristiche hardware e software di un sistema di elaborazione.

Riconoscere la logica binaria utilizzata dal calcolatore.

OBIETTIVI

Analizzare la tipologia e topologia di rete da impiegare in un determinato contesto.

Riconoscere i differenti tipi di mezzi di trasmissione.

Riconoscere i differenti tipi di dispositivi di rete.

ARGOMENTI TRATTATI

Introduzione

La comunicazione

Le telecomunicazioni

La telematica

L’era delle reti di calcolatori

Definizione di rete

Definizione di rete di calcolatori

Servizi offerti da una rete di calcolatori

Breve storia delle reti di calcolatori

o Computer isolati

o Reti centralizzate: mainframe-terminali stupidi (Anni 60)

o Reti distribuite (le vere e proprie reti di calcolatori a partire dagli anni 70)

Tipologie di architetture distribuite

o Client-server

o Peer-to-peer (paritetiche o a gruppi di lavoro)

o Ibride

Classificazione delle reti in base alle dimensioni geografiche

o PAN

o LAN – WLAN – SAN – CAN

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o MAN

o WAN

o GAN

Classificazione delle reti in base all’accesso

o Intranet

o Extranet

Reti Locali Virtuali – VPN

Reti Private e Pubbliche

Internet

internet – internetwork – interconnessione di reti

Classificazione delle reti in base alla velocità di trasmissione dei dati

Classificazione delle reti in base all’architettura

o Master-slave

o Peer-to-peer

o Client-server

Classificazione delle reti in base alla modalità di diffusione dei dati

o Reti multipunto a diffusione globale

Reti broadcast

Reti multicast

o Reti punto a punto

Reti unicasting

Reti anycasting

o Regole per la trasmissione dei dati

Linea simplex

Liea half-duplex

Linea full-duplex

o Modi di trasmissione dei dati

Trasmissione seriale

Trasmissione parallela

o Classificazione delle reti per tecnica di commutazione

Commutazione di circuito

Commutazione di pacchetto

o Classificazione delle reti locali in base alla topologia

Reti a bus, o lineare

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Reti a stella e a stella estesa

Reti ad a nello e a doppio anello

Reti ad albero

Reti a maglia

Reti ibride

Elementi di connessione

o Passivi

Mezzi di trasmissione

Capacità del mezzo fisico

Attenuazione del segnale

Interferenze tra segnali

Numero di ricevitori

Velocità di trasmissione dati

Segnale elettromagnetico

Classificazione per distanza, affidabilità e velocità

Classificazione in base al segnale utilizzato per trasportare

l’informazione: mezzi elettrici (doppini telefonici vs cavi ethernet,

cavi coassiali), mezzi ottici (fibre ottiche), mezzi wireless (ponti

radio, satellite, raggi infrarosso).

Connettori

Altri.

o Attivi (dispositivi hardware di rete)

Scheda di rete

Modem

Ripetitori e amplificatori di segnale

HUB

Bridge

Switch

Router

Access Point

Gateway

Firewall

o Collisioni e domini di collisione

o Domini di broadcast

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Rete di telecomunicazione

o Rete di accesso (local loop)

o Rete di dorsale (backbone)

Tecnologie di trasmissione

o Analogiche

o Digitali

Reti commutate

o PSTN

o ISDN

o DSL

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INTRODUZIONE

Le reti di calcolatori sono entrati a far parte del nostro” modo di operare”, infatti, vengono utilizzate,

nelle aziende, negli enti pubblici, nelle scuole, nelle case da utenti privati. Le reti di calcolatori

permettono lo scambio dati, la condivisione delle informazioni, l’accesso a determinate risorse, e la

fruizione di servizi necessari per svolgere determinati compiti. Le reti, spesso, sono connesse ad altre

reti attraverso la rete delle reti: Internet. Le reti, sebbene, possono essere costituite anche da soli due

calcolatori, connessi fra loro direttamente attraverso un cavo o via radio, comprendono normalmente

decine, centinaia, migliaia di computer client e server, dispositivi di varia natura: scanner, hard disk,

stampanti, fotocopiatrici, dispositivi portabili (smartphone, tablet, phablet, portatili, etc.), televisori,

console di gioco e, dispositivi del campo della domotica (videocamere di sicurezza, elettrodomestici,

etc.).

Il progetto e la realizzazione di un moderno sistema di elaborazione sono strettamente legati al

concetto di rete. Il concetto di rete è ampiamente utilizzato nella realtà che ci circonda. Nei diversi

settori si possono individuare i servizi e le organizzazioni che si basano sull’esistenza di una rete:

- Nel settore delle comunicazioni: TV/radio, servizio postale, telefono, Internet.

- Nel settore dei trasporti: sistema autostradale, sistema di traffico aereo.

- Nel settore dei servizi: trasporto dell’acqua o del gas.

- Nel settore sociale: città, famiglie, amici, associazioni.

- Nel settore biologico: eco sistemi, sistemi neurologici.

Ad esempio:

- Nella rete di un acquedotto fluisce acqua, all’interno di appositi condotti, e presente in forme

differenti (potabile, industriale, per l’irrigazione), con regole di accesso e un controllo

sull’inquinamento.

- Nella rete autostradale fluiscono veicoli, sulle autostrade e sui raccordi, in forme differenti

autoveicoli, autocarri, pullman, motocicli) seguendo le regole del codice stradale.

Ognuna di queste reti serve per il trasporto di entità diverse, che possono avere molteplici forme,

soggette a regole di comportamento simili e che, per raggiungere lo scopo, utilizzano canali diversi

in cui passano gli oggetti da trasportare.

Lo studio delle reti di calcolatori riguarda i seguenti aspetti:

L’hardware delle reti di calcolatori. In questa fase si studia l’architettura hardware,

affrontano tutti gli aspetti tecnici e realizzativi delle reti di calcolatori, le sue componenti e le

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interconnessioni fisiche, classificandole in differenti categorie e studiandone le caratteristiche

implementative, le topologie e le tipologie.

Il software delle reti di calcolatori. In questa fase si studia l’architettura software, il

complesso delle funzionalità logiche delle reti, cioè come sono strutturate e interconnesse tra

loro secondo un’organizzazione a strati (livelli) software.

LA COMUNICAZIONE

Da sempre l’uomo ha avuto la necessità di comunicare con gli altri al fine di relazionarsi. Negli ultimi

anni, grazie alle nuove tecnologie, le comunicazioni avvengono molto più velocemente, rendendo più

efficiente il sistema stesso di comunicazione.

Analizziamo sinteticamente quali sono gli elementi coinvolti nella comunicazione:

Messaggio: insieme di formazioni che si vogliono trasmettere.

Emittente: uomo o macchina che trasmette un messaggio.

o Sorgente: che produce il messaggio.

o Trasmettitore: che trasforma il messaggio in un segnale: codifica).

Ricevente: uomo o macchina che riceve il messaggio (decodificato, interpretato e compreso).

o Ricevitore: che trasforma (decodifica) il segnale in un messaggio.

o Destinatario: che utilizza il messaggio decodificato ricevuto.

Codice: messaggio codificato al fine di renderlo compatibile con il mezzo di trasmissione.

Canale: mezzo di trasmissione (cavo, onde radio, etc.), veicolo fisico sul quale si propaga il

messaggio codificato.

Contesto: ambiente in cui tale messaggio assume valore.

Referente: oggetto della comunicazione, a cui si riferisce il messaggio.

I problemi da affrontare nella comunicazione sono:

Individuazione dei mezzi e dei modi di trasmissione.

Qualità della trasmissione: analisi delle tecniche per rendere più affidabile ed efficiente la

trasmissione stessa.

Velocità del processo di scambio: sempre legata alla qualità della trasmissione.

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LE TELECOMUNICAZIONI

Nelle comunicazioni a distanza il trasferimento di informazioni attraverso un mezzo di

comunicazione (etere o cavo) avviene mediante il trasporto di energia e non di materia.

A partire dagli anni ‘70 si sono sviluppate diverse tecnologie che vanno dal telegrafo e, passando per

il telefono, giungono fino alle comunicazioni satellitari.

Il trasporto di flussi di energia come la corrente elettrica o le radiazioni elettromagnetiche di varia

frequenza, avvengono attraverso un mezzo che può essere fisico (un cavo) o immateriale (lo spazio

in cui si propagano le onde radio).

I sistemi di telecomunicazione presentano molti vantaggi rispetto alle altre tecnologie delle

informazioni.

Sono molto veloci: l’energia viaggi molto più rapidamente della materia.

L’energia è in grado di superare molti ostacoli.

LA TELEMATICA

Le tecnologie moderne si basano sull’integrazione tra le telecomunicazioni e l’informatica. Si parla

infatti di telematica quella disciplina scientifica e tecnologica che sfrutta le tecnologie informatiche

nell’ambito delle telecomunicazioni per realizzare il trasferimento a distanza delle informazioni e

delle elaborazioni.

L’ERA DELLE RETI DI CALCOLATORI

Gli ultimi tre secoli sono stati caratterizzati ciascuno da una differente tecnologia che ha avuto

profonde influenze sulla vita dell’uomo:

18° secolo: sistemi meccanici (rivoluzione industriale).

19° secolo: macchine a vapore.

20° secolo: tecnologie dell’informazione. Raccolta e memorizzazione, elaborazione e

distribuzione.

Nel 20° secolo si sono via via diffusi:

Sistemi telefonici.

Radio e televisione.

Calcolatori.

Satelliti per le telecomunicazioni.

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Possiamo affermare che l’uomo ha vissuto quattro distinte ere evolutive che lo hanno portato da un

ambito puramente legato ad oggetti fisici (rete da caccia e da pesca) ad uno figurato, quello che

conosciamo oggi (rete di calcolatori, rete di trasporti, etc.):

L’era naturalistica e libera: l’era in cui i popoli erano nomadi, cacciatori e raccoglitori.

L’era dell’agricoltura: iniziata in Mesopotamia 13.500 anni prima di Cristo, è l’era in cui i

popoli hanno iniziato a creare comunità fisse, prima stanziali, poi villaggi e infine città. Lo

sviluppo agricolo stimolò lo scambio e il commercio e fece nascere nuove idee attraverso lo

sviluppo della cultura, delle arti e delle scienze.

L’era industriale: iniziata alla fine del 1700 grazie all’invenzione della macchina a vapore,

che portò all’espansione nel settore industriale e nei trasporti. L’era industriale è

caratterizzata dall’utilizzo generalizzato di macchine azionate ad energia meccanica

meccaniche e dall’introduzione di nuove fonti energetiche inanimate (per esempio i

combustibili fossili). Quest’era portò alla formazione di sistemi economici di tipo

capitalistico.

L’era delle tecnologie dell’informazione e delle conoscenze: iniziata alla fine del XX secolo

e attualmente in continua espansione. Rispetto all’era precedente la risorsa produttiva

fondamentale non è più la materia prima, bensì l’informazione. Grazie al trattamento delle

informazioni, l’uomo trasformarla in beni immateriali come il software tramite le reti di

comunicazioni.

DEFINIZIONE DI RETE

Una definizione moderna di rete è la seguente:

“Una rete (network) è un insieme di nodi interconnessi tra loro mediante un sistema di

comunicazione, in modo da potersi scambiare informazioni, oggetti o esseri viventi. I nodi cooperano

fra loro al fine di ottenere fini comuni o risultati condivisi”.

I nodi sono unità semplici che cooperano tra di loro. Per esempio, un alveare è una rete di api che

collaborano fra loro al fine di realizzare un sistema complesso.

Spesso si sente parlare di rete stradale, rete ferroviaria, rete dei trasporti pubblici, rete telefonica, rete

neurale, rete terroristica, rete televisiva, social network, etc.

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Il termine rete deriva dal latino rete, retis – che rimanda alle reti da caccia e da pesca. Nel rinascimento

si usavano i reticoli per il disegno e nel campo sportivo assume il sinonimo di goal!

Nelle tecnologie, il concetto di rete è parte integrante delle comunicazioni e dello scambio di

informazioni. Possiamo identificare le reti telefoniche, le reti locali, le reti geografiche e la rete

Internet (la rete delle reti o semplicemente la Rete, o la Grande rete).

La rete, quindi, è una caratteristiche basilare di tutti i contesti nei quali si rileva una qualche forma di

organizzazione: da quelli microscopici (atomi e cellule) a quelli macroscopici (le popolazioni, gli

ecosistemi, il sistema planetario).

Le reti possono diventare intelligenti, nel senso, che si possono aggiornare, mantenere e correggere

eventuali errori o malfunzionamenti, in modo autonomo.

DEFINIZIONE DI RETE DI CALCOLATORI

Una rete informatica, o rete di calcolatori (computer network) è un insieme di nodi di elaborazione

autonomi, interconnessi tra loro mediante un sistema di comunicazione, in modo da potersi

scambiare informazioni e condividere le risorse comuni.

Nodo (host): generico terminale (sistema di elaborazione) dotato di indirizzo IP collegato a

una rete.

Autonomo: fra i nodi non deve esistere una relazione di tipo master/slave (es: l’uno non può

forzare l’altro); ogni nodo se disconnesso dalla rete, rimane funzionante.

Interconnessi: i nodi devono essere capaci di scambiarsi informazioni (sfruttando un

opportuno mezzo fisico).

Sistema di comunicazione: infrastruttura o architettura.

Informazioni: messaggi/dati in forma di pacchetti trasmessi e ricevuti da un host all’altro.

Pacchetto di dati: quantità di dati di dimensione conosciuta che può variare a seconda del

protocollo utilizzato. Ogni dato che si vuole trasmettere viene spezzettato in tanti pacchetti

di dimensione fissa che viaggeranno nella rete secondo percorsi diversi, e a destinazione

verranno riassemblate in ordine corretto.

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Sorgente: è il PC dove hanno origine o dove si trovano i dati che devono essere trasmessi

(source host).

Destinazione: è il PC dove s’intendono inviare i dati.

Supporto fisico per il trasporto dei dati:

Sono le parti che collegano fisicamente sorgente e destinazione, quindi consentono il

passaggio dei pacchetti.

Cavi telefonici (telephone wires): STP o UTP (shielded/unshielded twisted pair =

doppino telefonico schermato o non schermato).

Coassiale (coaxial).

Cavo a fibre ottiche (optical fiber).

Wireless: comunicazioni senza filo (es: infrarossi o radio).

Satellitare

Protocolli: insiemi di regole che stabiliscono le modalità di comunicazione tra due soggetti o

nodi. È importante, ai fini di una buona comunicazione, che entrambe le parti utilizzino lo

stesso protocollo o gruppi di protocolli. I protocolli di comunicazione definiscono le

metodologie di generazione, trasmissione e ricezione dei dati.

Infrastruttura di una rete: è costituita da

Componenti hardware (almeno due computer, schede di rete, cablaggi, ripetitori, hub,

switch, router, etc).

Componenti software (sistemi operativi di rete).

SERVIZI OFFERTI DA UNA RETE DI CALCOLATORI

Il compito principale delle moderne reti di calcolatori è la condivisione delle risorse. Le risorse

possono essere hardware (stampanti, hard disk, etc.) e software (dati, programmi, servizi di rete –

web service).

Una rete di calcolatori fornisce i seguenti principali servizi:

1. La comunicazione tra agli utenti: era impensabile prima dell’avvento delle reti una

comunicazione veloce ed efficiente come quella fornita dalle reti.

2. La condivisione di risorse, sia software (dati, programmi) che hardware (potenza di

elaborazione, memoria, unità di memorizzazione e periferiche). In questo modo è possibile lo

scambio di informazioni tra i calcolatori in modo rapido ed efficace: email, documenti, etc.

3. L’utilizzo di servizi di vario tipo come consultazione di informazioni, commercio elettronico,

applicazioni di tele-medicina e così via; i servizi a cui si può accedere in rete vengono detti

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servizi telematici (Word Wide Web, Posta Elettronica, Trasferimento file FTP, Voce Over IP,

Instant Messaging, etc). In questo modo è possibile usufruire di servizi offerti da un calcolatore

remoto.

4. Gestione centralizzata delle risorse, basata sull’architettura CLIENT-SERVER.

Più utenti possono accedere, anche nello stesso istante, a diverse risorse concentrate su un

solo server.

Una rete di calcolatori garantisce:

1. Un maggiore sicurezza del sistema.

2. Una maggiore affidabilità.

3. Un abbassamento dei costi (una stampante condivisa costa meno di tante stampanti dedicate

per ogni utente): questo implica un migliore rapporto costi/prestazioni.

4. Una migliore scalabilità. La rete può essere ampliata a seconda delle esigenze senza dover

ristrutturare da zero la rete stessa con l’indiscutibile vantaggio di contenere i costi.

Le reti di calcolatori sono sistemi più affidabili di un singolo calcolatore, per l’esistenza di risorse

alternative, sostituibili l’una con l’altra (se si guasta una stampante se ne usa un’altra).

Esistono vari tipi di rete: dalle più piccole, che possono essere composte anche da due soli computer,

a quelle enormi, costituite da migliaia di elaboratori, distribuiti su vaste aree geografiche. Le reti

tendono sempre di più a connettersi l’una con l’altra, abbracciando tutto il mondo fra le loro "maglie".

Le reti nazionali diventano parte delle reti continentali e queste ultime parte delle reti mondiali. E’

sufficiente un anello di congiunzione... e i dati possono viaggiare da una rete all’altra... La rete più

grande è Internet - o più semplicemente “the Net” - è una sorta di enorme rete costituita da molte reti

telematiche connesse tra loro, a prescindere dalla tecnologia che le unisce (cavi, fibre ottiche, ponti

radio, satelliti o altro) e dal tipo di computer in esse presenti (dal piccolo computer al grosso

elaboratore).

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BREVE STORIA DELLE RETI DI CALCOLATORI

Nel corso degli anni le architetture di rete si sono evolute progressivamente grazie alle innovazioni

tecnologiche. La storia delle reti informatiche può essere quindi suddivisa in queste tre fasi:

Computer isolati.

Reti centralizzate (architettura gerarchica) in cui la potenza di elaborazione è fornita da un

unico elaboratore.

Sistemi distribuiti in cui la potenza di elaborazione è data da più computer collegati tra loro.

Dalle reti centralizzate degli anni ‘60, che utilizzano tipicamente hardware dedicato e piuttosto

costoso e non molto flessibili e scalabili, si è passati alle attuali reti distribuite Client/Server in cui

più computer, i client, sono connessi in reti tipicamente aventi topologia a stella estesa e che si

scambiano o condividono dati fra loro e accedono a servizi e risorse offerte da uno o più computer

detti Server.

COMPUTER ISOLATI (ANNI 40/50)

Nella prima fase, collocabile negli anni ‘50, i computer erano esclusivamente di tipo stand alone,

ovvero isolati. Ogni calcolatore era capace di funzionare in maniera indipendente dagli altri ma

disponevano di limitate capacità di calcolo. I primi sistemi non avevano sistema operativo, invece, i

programmi utente interagivano direttamente con le risorse hardware.

RETI CENTRALIZZATE: MAINFRAME – TERMINALI STUPIDI (ANNI 60)

Negli anni ‘60 era nata l’esigenza di condividere le risorse di calcolatori potenti e molto costosi, i

mainframe, in grado di supportare l’utilizzo di una sua risorsa da parte di centinaia o addirittura miglia

di utenti.

È grazie all’evoluzione tecnologica che furono introdotti i primi mainframe (computer con una

elevata capacità di calcolo) e, negli anni ‘60 iniziarono a svilupparsi le prime reti di calcolatori.

Al sistema centrale, il mainframe appunto, si collegavano direttamente dei terminali detti “terminali

stupidi” in quanto non erano in grado di svolgere calcoli in modo autonomo (come un moderno

computer) ed erano costituiti semplicemente da tastiere e monitor.

Con il termine mainframe ci si riferiva originariamente ai grandi armadi (chiamati infatti main frames,

ovvero “struttura principale”) degli anni ’60.

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Ogni terminale era sostanzialmente una semplice unità di input/output composta da un monitor

(schermo / video) e da una tastiera, per consentire all’utente finale di inviare al mainframe delle

richieste di elaborazione e di attendere a video i risultati in output. I terminali erano collegati al

computer principale, in genere un elaboratore di grandi dimensioni (mainframe) o di medie

dimensioni (minicomputer) tramite un collegamento diretto via cavo coassiale o un collegamento

remoto via modem.

Questa tipologia di connessione consentiva l’utilizzo contemporaneo del mainframe da parte di più

utenti operanti sulle postazioni stupide, che non essendo in grado di essere autonomi, utilizzavano le

risorse offerte dal mainframe per operare (architettura gerarchica / centralizzata). I terminali erano

connessi al mainframe attraverso normali linee telefoniche, e per poter richiedere dei servizi

dovevano connettersi al mainframe. Questa connessione era necessaria anche per richiedere dei

servizi molto semplici come quello di far apparire sullo schermo del terminale il carattere digitato da

tastiera dall’utente.

Questo, quindi, fu il primo modello di rete vera e propria, in cui la potenza di elaborazione era fornita

da un unico elaboratore; la prima versione di tecnologia di interconnessione e comunicazione fra un

calcolatore e una persona.

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Questa rete, utilizzata da università ed enti di ricerca, sebbene sia cresciuta in termini di capacità

elaborative (i mainframe sono diventati sempre più potenti) interfacciandosi anche con la rete

Internet, rimase sempre una rete limitata per i seguenti motivi:

Linee di comunicazione a bassa velocità.

Scarsa affidabilità: dato che tutta la potenza è concentrata in un unico calcolatore, un guasto di

questa macchina ha gravi ripercussioni su tutta la rete.

Hardware dedicato piuttosto costoso.

Il processore del mainframe svolge compiti anche banali che potrebbe certamente svolgere un

terminale se fosse stato un poco più intelligente.

Non molto flessibile.

Poco scalabile (far crescere nel tempo le dimensioni della rete).

CED (Centro Elaborazione Dati)

I sistemi centralizzati basati su mainframe-terminale stupidi sono ancora largamente utilizzati in

alcuni ambiti aziendali.

I mainframe sono ancora utilizzati in alcuni contesti aziendali in cui è richiesto la gestione di

enormi quantità di dati. Quando si parla di mainframe ci si riferisce a un computer utilizzato

principalmente da grandi aziende e organizzazioni governative per operazioni critiche e analisi di

grandi quantità di dati. Questa tipologia di macchine è infatti utilizzata nell'analisi dei dati

demografici dei censimenti, delle transazioni finanziarie, nei sistemi di stampa delle banconote e

molto altro ancora.

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Si parla di Data Center (CED), quelle infrastrutture hardware/software costituite da apparecchiature

in grado di fornire servizi di gestione dei dati a una o più aziende.

I CED, che hanno sostituito i Centri Meccanografici di una volta, sono presenti all’interno di aziende

multinazionali, della Pubblica Amministrazione e in essi possono essere presenti vere e proprie

Server Farm (o Webfarm), come quello del centro CERN di Ginevra. Una Webfarm è un insieme

di server collocati nello stesso ambiente in modo da centralizzare la gestione, la manutenzione e la

sicurezza.

Spesso all’interno delle server farm vengono costituiti dei sistemi cluster per gestire in maniera

migliore, attraverso una tipica architettura distribuita, carichi di lavoro pesanti o critici (server email,

web, database, rendering, GRID, etc.) garantendo al contempo affidabilità e tolleranza ai guasti

tramite ridondanza fisica degli apparati. Un computer cluster, o più semplicemente un cluster

(dall’inglese grappolo), è un insieme di computer connessi tra loro tramite una rete telematica. Lo

scopo di un cluster è quello di distribuire una elaborazione molto complessa tra i vari computer

componenti il cluster. In sostanza, un problema che richiede molte elaborazioni per essere risolto

viene scomposto in sottoproblemi separati i quali vengono risolti in parallelo. Questo ovviamente

aumenta la potenza di calcolo del sistema e/o garantendo alta disponibilità di servizio a prezzo di un

maggior costo e complessità di gestione dell’infrastruttura.

Uno dei più grandi Data Center in Italia è Aruba.

Grazie a questa architettura centralizzata, l’utilizzatore poteva utilizzare un’applicazione del

mainframe richiedendola da un terminale, privo di capacità di calcolo ma in grado di inviare

informazioni al computer centrale e di visualizzare i risultati ricevuti.

L’applicazione sul mainframe è responsabile sia dell’interazione con l’utente che della gestione dei

dati in ambiente multi-utente.

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Un esempio di rete centralizzata a cluster di server è la famosa Napster (la rete per lo

scambio di musica gratuita in Internet degli anni ‘90, sospesa nel luglio 2001 su ingiunzione

della corte d’appello del nono circuito statunitense): la rete adottava un cluster di server connessi tra

di loro (non necessariamente risiedevano vicini fisicamente). Ogni client poteva connettersi,

conoscendo l’indirizzo IP, ad uno o a più server del cluster.

Il sistema era efficiente, in quanto i server si preoccupano dell’integrità delle connessioni e

mantenevano un indice delle risorse condivise dai client. Nonostante ciò, questa topologia, essendo

centralizzata, presentava il problema del singolo punto di fallimento. La caduta del cluster di server

rappresenta la caduta della rete.

La strategia di sviluppo di un’applicazione mainframe-terminale stupido ben presto divenne

inefficiente, in quanto per ogni applicazione occorreva reinventare la stessa componente di gestione

dei dati. Ci fu quindi un’evoluzione che portò a dividere l’applicazione in due parti: un front-end,

responsabile dell’interazione con l’utente, e un back-end, responsabile della gestione dei dati. Il

back-end è un DBMS che può essere usato con ogni nuovo front-end, con una crescita della flessibilità

del sistema, in quanto più front-end diversi possono accedere allo stesso DBMS (DataBase

Management System – Sistema di Gestione di Database - software di gestione e organizzazione di un

database).

Quindi, si è passati da: Terminale stupito a Host Computer.

Storia dei mainframe

Il termine mainframe si riferisce a quella particolare tipologia di computer (detti colloquialmente

anche “big iron”) utilizzati fin dalla loro prima comparsa, intorno agli anni ‘60, principalmente per

organizzare e processare enormi quantità di dati. Si tratta, in particolare, di veri e propri data center

dalle prestazioni di alto livello la cui storia consente di ripercorrere l’affascinante corso evolutivo

delle tecnologie informatiche.

Dagli anni 60 agli anni 80: i decenni d’oro del mainframe

Gli esordi del mainframe coincidono con la presentazione da parte di IBM nel 1964 del System/360,

sistema di cinque potenti computer utilizzato per l’elaborazione di processi contabili, di fatturazione

e inventario. Allora, forse, nessuno avrebbe potuto immaginare la fortuna successiva di queste

macchine. E, tuttavia, già nel decennio successivo il mainframe andava trasformandosi in uno

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strumento centrale per il sistema economico, nelle mani di programmatori sempre più esperti e

specializzati. Finanza, trasporti, assicurazioni: nessun settore avrebbe potuto più farne a meno.

Un’altra pietra miliare nella storia del mainframe è rappresentata proprio dal 1973, anno di nascita di

Compuware che nel 1977 lanciò il primo software per individuare e correggere eventuali bug del

sistema.

Anche gli anni ‘80 sono stati un periodo fortunato per il mainframe: lo sviluppo di nuovi linguaggi

di programmazione e di nuove figure professionali sempre più competenti e specializzate nel settore

non poteva che farne una realtà strutturale e consolidata, con ulteriori ampi margini di espansione.

Dagli anni 90 al 2000: declino e ripresa

Sono proprio gli anni ‘90 a mettere a segno una prima battuta d’arresto per il mainframe con la nascita

e lo sviluppo massiccio di server a basso costo (in particolare Intel e UNIX). E, tuttavia, come spesso

accade, lo sviluppo tecnologico in quegli anni – con l’accesso sempre più diffuso al Web – ebbe

risvolti del tutto inaspettati. Non solo, infatti, la nascita di colossi dell’e-commerce come Amazon

ebbe un enorme impatto sullo sviluppo di nuove tecnologie mainframe, ma l’utilità del big iron

nell’affrontare le ultime sfide poste dalla digital economy crebbe a dismisura, aumentandone

l’affidabilità.

Negli anni 2000, con l’affermazione del linguaggio Java e l’enorme mole di dati provenienti dalle

transazioni sul Web, il ruolo del mainframe iniziò a diventare strategico.

Una sfida che continua nel futuro

Quella del mainframe è una partita ancora aperta, che negli ultimi anni si è trovata a fronteggiare

anche la diffusione capillare di dispositivi cellulari che oggi rappresentano uno degli strumenti

privilegiati per l’accesso a Internet. E il mondo dell’economia digitale non accenna certo a fermarsi,

ma, anzi, sembra diventare ogni giorno più complesso e raffinato.

Nel 2015 l’ultimo mainframe z13 di IBM è stato pensato per gestire 2,5 miliardi di transazioni al

giorno. Un bel salto dalle schede perforate e dalla gestione delle fatturazioni del 1964. Tuttavia, c’è

un fattore da non sottovalutare proprio in un settore dove il focus dell’attenzione sembra tutto puntato

sulle prestazioni delle macchine mainframe: si tratta del fattore umano che riguarda gli sviluppatori

e i responsabili IT “cresciuti” con il big iron. Il turnover, nei prossimi anni, sfiorerà il 70%. E, tra le

nuove sfide del mainframe, ci sarà sicuramente anche quella di rendere i nuovi sviluppatori più

competenti, produttivi ed efficienti.

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Le workstation e la differenza fra supercomputer e mainframe.

La differenza tra "supercomputer" e "mainframe" è sottile ma importante.

I mainframe vengono utilizzati da grandi aziende e istituzioni per la gestione di applicazioni

critiche e di grandi quantità di dati in ambito commerciale. Devono garantire alta affidabilità e

sicurezza. Vengono infatti utilizzati per la gestione delle transazioni finanziarie, nei censimenti, nelle

statistiche di industrie e clienti, nelle applicazioni ERP e simili. L’utilizzo di un mainframe viene

spesso condiviso da interi gruppi di persone che vi accedono attraverso "terminali remoti", ovvero

computer di prestazioni inferiori. Nella storia dei mainframe un ruolo importante lo ha avuto e

continua ad averlo l'I.B.M. (International Business Machines) con il modello System Z9 ed i suoi

discendenti.

I supercomputer sono concepiti per ottimizzare la velocità di calcolo, essendo spesso

progettati "ad hoc" per elaborazioni in ambito scientifico. I supercomputer sono sistemi di

elaborazione necessari per eseguire calcoli particolarmente onerosi e pertanto progettati per ottenere

potenze di calcolo estremamente elevate. I supercomputer sono strumenti poco diffusi e molto costosi,

solitamente prodotti in pezzi unici, o in pochissimi esemplari, di proprietà di società, università o enti

di ricerca che condividono il loro utilizzo tra molti dipendenti/ricercatori.

Le workstation sono una classe di prodotti che derivano storicamente dalla categoria dei

minicomputer, elaboratori in voga negli anni ‘80 e ‘90 i cui costi e prestazioni stavano ad un livello

intermedio tra i mainframe ed i Personal Computer. Oggi giorno le workstation sono "personal

computer" di fascia alta, tipicamente usate da professionisti per il lavoro su disegno tecnico (CAD),

computer grafica, desktop publishing, in laboratori per la ricerca scientifica, o per produzioni

audio/video.

RETI DISTRIBUITE (LE VERE E PROPRIE RETI DI CALCOLATORI A PARTIRE

DAGLI ANNI 70)

Le reti centralizzate mainframe-terminale stupido, pur essendo classificata tra le reti dei computer,

non può essere definita come una vera e propria rete di computer, in quanto i terminali non sono dei

computer. A differenza dei Personal Computer, i terminali sono privi di un’autonoma capacità di

elaborazione dati.

È solo con la comparsa dell’informatica, quindi, che le reti sono diventate veramente importanti per

la comunicazione. Grazie all’avvento del Personal Computer (PC) le reti hanno assunto un ruolo

insostituibile.

20


Negli anni ‘70 nacque il minicomputer, decisamente più economico del mainframe, ma comunque

con notevoli capacità di calcolo. Questo cambiò notevolmente il modo di concepire le reti e il loro

utilizzo, si passò da un sistema caratterizzato da un mainframe (l’unico utilizzabile ai tempi dato che

la tecnologia consentiva l’utilizzo solo di quelle strutture) con capacità di calcolo e da terminali

stupidi incapaci di elaborare dati a un sistema in cui tutti i terminali avevano capacità di calcolo

(informatica distributiva).

Un insieme di PC, infatti, anche se potenti, non può da solo rimpiazzare un mainframe, in quanto

questo è anche il sistema del quale gli utenti condividono le informazioni e le risorse hardware e

software.

Si consideri, per esempio, il sistema di prenotazioni aeree: le informazioni sui voli e sui posti prenotati

sono condivise da tutti gli utenti del sistema tramite la base di dati presente sul mainframe stesso. Un

insieme di piccole basi di dati, localizzate su singoli personal computer, non produrrebbe lo stesso

risultato.

L’informatica personale, con potenza di calcolo distribuita nei singoli posti di lavoro, diventa

competitiva, rispetto a quella centralizzata basata su un mainframe, soltanto se i PC sono

interconnessi con una rete. È la rete di calcolatori che diventa il veicolo di condivisione

dell’informazione e permette quindi di sostituire al mainframe e ai suoi terminali "stupidi" (cioè privi

di capacità elaborativa propria) una moltitudine di piccoli elaboratori "intelligenti", opportunamente

interconnessi tra loro.

Si è quindi passati nel tempo dal modello mainframe-terminali stupidi, in cui la potenza di calcolo è

concentrata in un unico grande elaboratore, a cui si accede per mezzo di un certo numero di terminali,

a quello attuale, in cui vi è un grande numero di elaboratori autonomi e interconnessi:

- Autonomi significa che non deve esserci fra essi una relazione tipo master/slave (per esempio,

l’uno non può forzare lo spegnimento dell’altro);

- Interconnessi significa che devono essere capaci di scambiare informazioni (sfruttando un

opportuno mezzo fisico).

21


Una rete distribuita è un insieme di entità indipendenti e interconnessi tra loro che cooperano

per raggiungere un fine comune e tale cooperazione si effettua attraverso lo scambio di

messaggi.

Un’entità può essere una CPU o un oggetto. Tipicamente un’entità è un unità di

elaborazione/calcolatore (host) che a seconda del contesto prende il nome di macchina, terminale,

nodo, sito, etc.

In un’architettura distribuita:

Le informazioni e le elaborazioni sono distribuite su più calcolatori.

L’accesso alla rete avviene attraverso terminali intelligenti e autonomi, fissi e mobili.

Gli host comunicano tra loro tramite linee di comunicazione ad alta velocità costituite da tre possibili

tipi di portanti:

Rame.

Fibra ottica.

Onde radio.

Reti distribuite

Le reti distribuite si basano sui seguenti concetti fondamentali:

La dematerializzazione, cioè la digitalizzazione, delle informazioni.

La riduzione delle dimensione dei dati digitali (compressione dati) in modo da rendere più

elevata la velocità di trasmissione a parità di larghezza di banda disponibile riducendo la

quantità di memoria necessaria.

La trasmissione dei dati digitali in “pacchetti” al fine di ottimizzare il traffico dati tra i nodi

della rete.

Protocolli TCP/IP, per regolare il traffico dati.

22


La vera svolta epocale si ebbe tra gli anni ‘80 e ‘90 con l’avvento del personal computer che, grazie

a costi limitati ed elevate capacità di calcolo, si diffuse rapidamente non solo a livello aziendale, ma

anche tra i privati. Per i primi personal computer non si poteva certo parlare di costi popolari, ma

comunque accessibili.

In questi anni si affermò l’architettura client-server caratterizzata da un computer centrale (server) a

cui accedevano altri computer (client). In questa nuova architettura, diversamente da quella

gerarchica, tutti i componenti (server e client) avevano capacità di calcolo.

Rete logica client-server

L’architettura client-server è alla base di Internet. Navigando su Internet, il nostro computer (client)

chiede ad un server remoto di elaborare o visualizzare dati (pagine web).

Rete Centralizzata Rete Distribuita

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Ogni postazione di lavoro della rete può elaborare dati (client), e si possono anche avere dei

dispositivi condivisi (esempio stampante di rete), ed è presente uno o più calcolatori (server) che

forniscono servizi.

Le reti di computer quindi si basano sul modello client/server. In questo modello la comunicazione

generalmente ha la forma di un messaggio a un servente da parte di un cliente, che chiede di eseguire

un certo lavoro. Il servente esegue il lavoro e restituisce la risposta.

Un messaggio è un insieme di caratteri e di dati che devono essere trasferiti da un sistema ad

un altro; un messaggio è quindi un insieme di informazioni organizzate in modo da costituire

un’entità completa che può essere trasmessa fra due sistemi di rete.

I vantaggi nell’utilizzare sistemi distribuiti possono essere sintetizzati nei seguenti punti:

Condivisione delle risorse: la rete permette a utenti di usufruire di risorse hardware (periferiche

come stampanti, hard disk, etc, o memorie) e software (applicazioni e dati) in remoto, come se

fossero collocati localmente. Il computer locale può sfruttare le capacità elaborative di un

calcolatore remoto.

Comunicazioni: le reti hanno enormi potenzialità come strumenti di comunicazione. Gli utenti

possono scambiarsi informazioni e comunicare tramite sistemi sincroni o asincroni o attraverso

sistemi sociali (i Social Network, per esempio FaceBook); possono accedere a servizi remoti

come quelli bancari, acquisti on line, videoconferenze, gruppi di discussione, video on demond,

giochi on line, etc.

Elevata affidabilità: alta capacità di sopravvivere a un guasto di un’entità grazie alla sua

ridondanza intrinseca. Le risorse software (dati e programmi) presenti in un calcolatore possono

essere duplicati (backup) su più computer per salvaguardarle l’integrità in caso di

malfunzionamento del calcolatore stesso. Nella rete esistono più percorsi alternati per arrivare a

destinazione; in questo modo in caso di malfunzionamento di un nodo, la destinazione è sempre

raggiungibile.

Integrazione: interoperabilità di entità anche se realizzate con differenti tecnologie.

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Rapporto prezzo/prestazioni: un insieme di PC connessi in una rete LAN ha un prezzo

considerevolmente più basso di quello di un mainframe e una capacità elaborativa almeno

paragonabile.

Scalabilità: alla rete possono essere aggiunti altri nodi con una certa semplicità; aumentando il

numero di elaboratori connessi nella rete si aumentano le prestazioni della rete stessa.

Ripartizione dei lavori su più nodi: ripartendo i compiti su più macchine (caratteristica legata

alla scalabilità) si aumentano le prestazioni della rete.

A fronte dei vantaggi sopraesposti esistono degli svantaggi che con l’avvento delle nuove tecnologie

stanno andando via a via scomparendo:

Produzione di software: fino al 1995 uno dei problemi più insormontabili da risolvere era la

mancanza di strumenti software utili a rendere le reti facilmente fruibili dagli utenti integrando

servizi utili per l’accesso ai dati in remoto. I passaggi cruciali di questo cambiamento si possono

riassumere nei seguenti tre step:

o Introduzione dello standard de facto TCP/IP come famiglia di protocolli di base su cui

poter sviluppare applicazioni indipendentemente dalla tecnologia implementativa

utilizzata.

o La nascita dell’architettura WEB e di tutte le tecnologie correlate, lato server, come

HTML, CGI, Serverlet, PHP, HTTPS, etc, ha permesso un salto di qualità nella

produzione del software.

o L’introduzione del linguaggio di programmazione Java che permette la portabilità delle

applicazioni su differenti macchine hardware. L’esecuzione di applicazioni Java avviene

all’interno dell’elaboratore logicamente al di sopra di un ambiente “protetto” chiamato

“macchina virtuale”.

Sicurezza: la decentralizzazione delle informazioni rende il sistema, dal punto di vista della

sicurezza, più vulnerabile. Nei sistemi centralizzati, il problema era solo quello di garantire

l’accesso autorizzato all’ambiente fisico in cui era installato il mainframe contenente dati da

proteggere. Ora il problema nasce dal fatto che le informazioni transitando lungo la rete stessa

sono più accessibili ad attacchi informatici.

Comunicazione: il costante aumento di utenti connessi alla rete, rende necessario l’ampliamento

delle bande di trasmissione. Questo fattore si scontra con la qualità dei servizi offerti e il costo di

utilizzo dei servizi stessi. Grazie alla tecnologia ATM il problema della banda è stato in parte

risolto, gli altri due problemi, qualità e costi sono ancora in fase di discussione.

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Nell’interconnessione di sistemi tra loro occorre risolvere le seguenti tipologie di problema:

Elettroniche: occorre stabilire come collegare fisicamente i diversi sistemi (connessi con o

senza fili, utilizzando fibre ottiche, oppure onde radio). La soluzione dipende da vari fattori,

per esempio il numero di sistemi da connettere e la loro distanza.

Informatiche: è necessario disporre di un sistema operativo e di software in grado di sfruttare

la struttura hardware.

Telematiche: occorre tener conto che alcune reti per la trasmissione delle informazioni (in

primo luogo la rete telefonica) sono già esistenti sul territorio e possono essere sfruttate anche

per la trasmissione dati.

TIPOLOGIE DI ARCHITETTURE DISTRIBUITE

In una rete di calcolatori troviamo principalmente:

- Sistemi per l’elaborazione di dati autonomi aventi potenza differente.

- Una rete di comunicazione.

- Dispositivi di interconnessione.

In una rete di dimensioni limitate (per esempio una rete locale LAN) ci sono tre ruoli che un computer

può assumere:

- Client che usano ma non forniscono risorse di rete.

- Entità paritetiche (come nelle reti peer to peer) che usano e forniscono risorse di rete.

- Server che forniscono risorse di rete.

Il tipo di sistema operativo di rete utilizzato determina quale di questi ruoli viene svolto da ogni

computer appartenente alla rete. Il server di rete è sede del sistema operativo di rete come Windows

Server, Linux. Sul client è installato il sistema operativo nella versione client, come Windows 7, 8 o

10. Le entità paritetiche sono sede di sistemi operativi di rete peer to peer come Windows o

Macintosh. Ognuno di questi sistemi operativi è ottimizzato per fornire il servizio specifico. Spesso

il ruolo del computer viene determinato dall’uso. Per esempio, un computer con Windows non svolge

la funzione di peer to peer, se non sta condividendo una risorsa. Questo significa che potrebbe essere

in uso come client, oppure addirittura potrebbe non essere connesso alla rete.

Ci potrebbe essere anche il caso di un computer con Windows Server che svolge una funzione di

semplice client, sebbene questo ruolo abbia poco significato, perché non consente di sfruttare le

potenzialità del sistema operativo di rete.

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Vediamo le varie tipologie di architetture distribuite che si sono sviluppate nel tempo classificate in

base al tipo di sistema operativo utilizzato:

- Client/server, in cui alcuni computer funzionano da client e altri (uno o più) da server.

- Peer-to-peer: non hanno server e usano la rete per condividere le risorse.

- Ibride: sono reti client/server ma possono condividere risorse come le reti peer to peer.

CLIENT – SERVER (RETI A DOMINIO) (CLIENT: TERMINALI INTELLIGENTI)

Le reti client-server, o a server dedicato, sono reti caratterizzate dalla presenza di un calcolatore

chiamato server avente differenti compiti, tra i quali i più importanti sono: fornire risorse software,

permettere la condivisione di dispositivi e garantire la sicurezza nell’accesso alla rete. Sono le reti

più utilizzate a livello aziendale e scolastico. In queste reti i client, terminali intelligenti, sono grado

di elaborare le informazioni, e oltre a richiedere servizi al server possono condividere le risorse che

la rete mette a disposizione, lasciando che sia il server a gestire gli accessi alle risorse per evitare

conflitti tipici dei primi sistemi informatici. Il client, se autorizzato, chiede un servizio al server, e il

server risponde fornendogli il servizio richiesto. Questo può avvenire, anche, nello stesso tempo da

parte di più client. Da notare che i client possono cooperare fra loro attraverso uno o più server che

permettono la coordinazione e la condivisione dei dati. Osserviamo, inoltre, che più server possono

fornire lo stesso servizio, che un servizio può essere implementato attraverso la cooperazione di più

server e che un server può anche comportarsi come un client usufruendo di servizi di altri server.

Le reti a server dedicato hanno accessi riservati, quindi è necessario possedere i permessi necessari

per avere accesso al sistema. Quando l’utente fornisce la propria login e la propria password viene

accettato dal sistema, ma il permesso vale per l’uso delle sole directory stabilite dal server all’atto

della creazione del profilo dell’utente. Solo l’amministratore della rete possiede i permessi di accesso

a tutte le directory di sistema per la gestione dell’intera rete. Consentendo una gestione centralizzata

delle risorse, le reti client-server presentano i seguenti vantaggi:

- Forte sicurezza centralizzata (risorse centralizzate).

- Memorizzazione degli archivi a livello centrale, che permette a tutti gli utenti di lavorare sugli

stessi dati.

- Condivisione di risorse costose, come memorie di massa o stampanti laser, in tempi più brevi

rispetto alle reti peer to peer, solo da parte di utenti autorizzati.

- Maggiore sicurezza (dei dati) rispetto alle intrusioni, perché ciascun utente ha aree personalizzate

di azione, chiamate domini di directory, con un metodo di autenticazione centralizzato.

- Facilità di gestione di un grande numero di utenti.

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A fronte dei vantaggi elencati, gli svantaggi sono legati:

- Al costo elevato dell’hardware e del software di rete.

- Alla necessità di una figura di amministratore della rete.

RETI PEER TO PEER (PARITETICHE O A GRUPPI DI LAVORO)

Le reti peer to peer non posseggono client e server, ma un numero di nodi equivalenti (peer) che

fungono sia da client che da server verso altri nodi della rete.

Data dall’assenza di un controllo centrale, ogni utente può condividere semplicemente le risorse di

rete e lo spazio su disco.

L’esempio classico di p2p è la rete per la condivisione di file (file sharing).

Le reti peer to peer sono organizzate in gruppi di lavoro (workgroup) che hanno un livello di

sicurezza minimo. Generalmente l’accesso alla rete mediante login e password permette all’utente di

utilizzare indiscriminatamente dispositivi e directory.

Le reti peer to peer non sono ottimizzate per la condivisione delle risorse, per cui spesso si può a vere

un degrado nelle prestazioni.

I vantaggi sono relativi al risparmio, sia in termini di costi specifici, sia di risorse umane, perché non

è richiesto l’amministratore di rete.

Gli svantaggi sono relativi alla dimensione della rete che, per funzionare in modo efficiente, deve

avere meno di dieci utenti. Occorre anche tenere conto del basso livello di sicurezza.

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RETI IBRIDE

Sono reti costituite da alcune sotto reti del tipo client-server e da altre del tipo p2p. in queste reti ci

sono computer che svolgono tutti e tre i ruoli client, server e peer. Sono reti costituite sia da domini

di directory, controllati centralmente (architettura client/server), sia gruppi di lavoro (tecnologia delle

reti peer-to-peer). Questo significa che mentre la maggior parte delle risorse è gestita dai server, gli

utenti della rete hanno accesso ad alcune risorse condivise nel gruppo di lavoro in modo paritetico

(peer).

Il vantaggio di questo tipo di rete sono quelli delle reti a server dedicato e buona parte di quelle delle

reti paritetiche. Il livello di controllo è proporzionale all’importanza della risorsa, per cui l’archivio

importante è conservato con un elevato grado di sicurezza mentre la condivisione di un dispositivo,

a livello di gruppo, viene attuato senza alcuna richiesta di permessi. Le reti ibride possiedono anche

gli svantaggi delle reti viste in precedenza.

Sistema distribuito VS sistema stradale

Un sistema distribuito può essere paragonato per similitudine al sistema stradale. Nel sistema

distribuito vengono trasmesse informazioni, sotto forma di pacchetti, che percorrendo differenti

tragitti arrivano a destinazione; nel sistema stradale, scorrono invece oggetti e/o esseri viventi,

trasportati attraverso veicoli (auto, moto, bici, camion, etc), e anche questi giungono a destinazione

secondo differenti percorsi stradali. Entrambi i sistemi sono soggetti a delle regole necessarie per il

trasporto efficiente; nel sistema stradale sono: semafori, stop, precedenze, limiti di velocità, tutti

quegli accorgimenti necessari a controllare il flusso (traffico) di veicoli.

Le reti di calcolatori sono costituiti da terminali (host) e da dispositivi di rete (hub, switch, router,

access point, firewall, etc.) collegati tra loro da cablaggi realizzati in rame, fibra ottica o onde radio.

Gli host nella rete sono individuati da un indirizzo univoco (l’indirizzo IP). Un host può essere un

qualsiasi dispositivo dotato di unità di elaborazione: smartphone, tablet, console per giochi, netbook,

notebook, fisso).

Possiamo, quindi, dedurre le seguenti caratteristiche comuni ai due sistemi: (NON TERMINATO)

La larghezza di banda è come il numero di corsie.

I dispositivi di rete sono come le corsie d’accesso, i segnali di traffico, i segnai stradali e le mappe.

I dati che transitano secondo pacchetti sono come i veicoli che trasportano oggetti o esseri viventi.

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Struttura di una rete di calcolatori

La struttura di una rete di calcolatori è rappresentabile attraverso un modello costituito da tre livelli

di astrazione:

Livello Rete calcolatori Rete stradale

3 Utente Utente

2 Software di rete Codice stradale

1 Infrastruttura fisica Strade

Nel livello più basso troviamo i nodi della rete, i calcolatori fra loro interconnessi per la

comunicazione e lo scambio dati.

Il livello intermedio è il software di rete che permette lo scambio dati attraverso un’astrazione dalla

struttura hardware delle macchine.

A livello più alto troviamo l’utente che può interagire con gli altri per comunicare e scambiare dati

indipendentemente dalla implementazione dei livelli sottostanti.

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CLASSIFICAZIONE DELLE RETI

Le reti di calcolatori possono essere classificati in differenti modi, per esempio in base all’estensione

geografica su cui operano, in base alle prestazioni, in base alla loro architettura, in base alla loro

topologia (configurazione hardware), e in base al tipo di connessione adottato.

CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLE DIMENSIONI GEOGRAFICHE

Le reti, in base allo spazio occupato, si suddividono in:

Distanza fra processori Ambito Tipo di rete

0-5 m Postazione PAN PERSONALI

10 m Stanza

LAN LOCALI 100 m Edificio

1 Km Campus

10 Km Città MAN METROPOLITANE

100 Km Nazione WAN

1.000 Km Continente GEOGRAFICHE

10.000 Km Pianeta GAN-Internet

Area coperta Distanza Tipo di

rete Supporto

Postazione PC 0-5 metri PAN o

WPAN

Rame (UTP, Firewire, USB), Radio (Bluetooth),

Infrarossi (IRDA)

Stanza 10 metri LAN o

WLAN Rame (UTP), Radio (Wifi)

Edificio 100 metri LAN o

WLAN Rame (UTP), Radio (Wifi)

Scuola 1 chilometro LAN Rame (UTP), Fibra

Città 10 chilometri MAN Rame (Doppino telefonico), Radio (Wifi, Hiperlan,

Wimax, UMTS, HSDPA), Fibra

Area

metropolitana 100 chilometri MAN Radio (Ponti radio terrestri), Fibra

Stato o Nazione 1.000

chilometri WAN Radio (Ponti radio via satellite), Fibra

Continente 5.000


Pianeta 10.000


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Reti Personali (PAN).

Reti Locali (LAN, SAN, WLAN, CAN). Interconnessione di reti su una infrastruttura privata:

alte velocità, costi bassi anche perché le distanze sono piccole.

Reti metropolitane: MAN.

Reti geografiche: WAN. Costose (posa dei cavi) da parte dei privati e quindi ci si basa sui

fornitori di servizi (Network provider).

Reti globali: GAN. Un esempio di GAN è la rete Internet.

La definizione di rete locale LAN è relativa alla connessione di computer che fanno parte dello stesso

comprensorio costituito da più edifici, perché non ci sia attraversamento di suolo pubblico.

Quando le distanze sono superiori al comprensorio o c’è attraversamento di suolo pubblico, si parla

di reti metropolitane (MAN) o di reti geograficamente estese (WAN).

Figura 1 - Gerarchia reti


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RETI INTERNE – non le tratteremo

Sono reti che consentono l’interconnessione di più unità all’interno di un unico calcolatore. Sono

basate su topologie a BUS e trasmissioni dati in parallelo.

PAN - (PERSONAL AREA NETWORK)

Le PAN sono reti che si estendono intorno all’utilizzatore, con una estensione di alcuni metri. Una

PAN è tipicamente utilizzata per collegare dispositivi personali quali smartphone, PDA (Personal

Digital Assistant), cuffie, etc., tra di loro o ad altri dispositivi standalone, utilizzando la tecnologia

senza fili Bluetooth.

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RETI LOCALI LAN - (LOCAL AREA NETWORK)

Le Reti locali LAN coprono un’area corrispondente a dimensioni varianti tra quelle di un ufficio e

quelle di una struttura aziendale composta da più edifici (comprensorio o CAMPUS), con una

estensione entro alcuni chilometri.

Generalmente si identificano, rispetto alle reti geografiche, per un non attraversamento del suolo

pubblico.

Una rete locale LAN è un sistema che consente l’interazione e lo scambio di dati tra risorse di calcolo

eterogenee, in un ambito geografico limitato, mediante un supporto trasmissivo comune ad alta

velocità e a basso tasso di errore.

Funzionalità

Condivisione e distribuzione ad alta velocità delle risorse (pregiate) HW e SW.

Ottimizzazione della distribuzione delle utenze, semplificando il cablaggio.

Possibilità di comunicazione tra utilizzatori tramite l’implementazione di meccanismi di

messaggistica.

Controllo e gestione centralizzata delle risorse di calcolo ed in generale di tutti i dispositivi ad

esse connesse.

Elementi caratterizzanti

Tipologia delle risorse connesse.

o MainFrame: sistema proprietario.

o Workstation: sistemi Unix.

o Home Computer: PC, MAC.

Standard:

o Reti aperte: sono basate su modalità standardizzate, accessibili a tutti i costruttori di

calcolatori e di apparati di rete, che consentono l’interconnessione di risorse diverse

tra loro.

o Reti chiuse: sono basate su modalità proprietarie realizzate da specifiche case

costruttrici, per interconnettere le proprie machine con protocolli “ad hoc”. Esempio:

Apple Talk, DECnet, WANGnet.

Omogeneità delle risorse.

Criteri di accesso al mezzo trasmissivo.

Topologia della rete.

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Supporti fisici trasmissivi: cavo coassiale, doppino non schermato (UTP), doppino schermato

(STP), fibra ottica.

Apparati di rete.

Tipo di segnale utilizzato.

Velocità di trasmissione: milioni di bit trasmessi nell’unità di tempo; non si riferisce al solo

messaggio da trasmettere ma alle parti funzionali in cui il messaggio viene frammentato (fram,

pacchetti, etc.).

Costo.

Sono utilizzate soprattutto per consentire ad un gruppo di utenti di condividere i dati o i programmi

software utili ad un certo tipo di attività aziendale e strutture scolastiche. La LAN permette anche di

condividere dispositivi hardware, quali stampanti laser, modem e scanner. Le ridotte dimensioni

consentono una notevole velocità nella trasmissione e ricezione dei dati, nonché una semplificazione

delle procedure, per garantire i necessari livelli di sicurezza nella gestione dei dati. Una rete locale è

un mezzo di trasporto equamente condiviso tra tutte le stazioni che vi si collegano, ad alta velocità e

basso tasso di errore.

Generalmente le LAN hanno un alto grado di affidabilità. Non richiedono perciò sofisticati sistemi

diagnostici purché il cablaggio sia fatto correttamente. Il trasferimento dei dati in un’area ristretta ha

un tasso di errore intrinsecamente basso. La tolleranza ai guasti (fault tollerance) in una rete può

essere realizzata con la ridondanza, cioè in pratica nel disporre di alcune porte libere su hub o switch

o nel posare un numero di cavi o fibre ottiche superiore alle necessità.

In realtà, poiché le possibilità di guasti in una LAN sono molto bassi, la ridondanza in una LAN può

esistere per poter aumentare il numero di unità connesse nel caso di espansione della rete. Dato che

l’estensione è limitata a comprensori privati, le LAN non necessitano di essere conformi agli standard

fissati dagli enti internazionali (CCITT).

Le velocità trasmissive sono comprese nell’intervallo 10 Mbps - 1 Gbps.

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SAN - (SYSTEM AREA NETWORK)

Reti di sistema, che solitamente sono confinate all’interno di un’unica stanza e collegano i vari

componenti di un grande sistema di calcolo. Hanno prestazioni più spinte rispetto alle LAN. Queste

reti sono utilizzate nei centri di ricerca.

WLAN - (WIRELESS LOCAL AREA NETWORK)

Reti locali senza fili, basate sulla tecnologia RF (Radio Frequenza), che permettono la mobilità

all’interno dell’area di copertura, solitamente intorno al centinaio di metri all’aperto; WIFI =

WIRELESS FIDELITY

Vantaggi

Mobilità

Svantaggi

Bassa velocità

Protezione bassa

CAN - (CAMPUS AREA NETWORK)

Rete interna ad un campus (comprensorio privato) universitario, o comunque ad un insieme di edifici

adiacenti, separati tipicamente da terreno di proprietà dello stesso ente, che possono essere collegati

con cavi propri senza far ricorso ai servizi di operatori di TLC. Tale condizione facilita la

realizzazione di una rete di interconnessione ad alte prestazioni ed a costi contenuti.

MAN - (METROPOLITAN AREA NETWORK)

Nate dallo sforzo di standardizzazione congiunto tra gli enti internazionali ISO e CCITT, le MAN

sono estensioni delle reti locali in ambito urbano. All’interno di una città, infatti, i servizi PTT

dispongono spesso di dorsali in fibra ottica, veloci ed affidabili. Le prestazioni classiche raggiunte

sono comprese tra i 2 Mbps e i 140 Mbps.

Sono quindi reti in genere pubbliche; per esempio Telecom Italia mette la rete a disposizione di

chiunque desideri, previo pagamento di un’opportuna tariffa.

Queste reti, che si estendono all’interno di una città, si ha attraversamento di suolo pubblico.

La tecnologia attuale spinge verso lo sviluppo delle reti WAN, di conseguenza le reti metropolitane

vengono spesso classificate tra queste ultime.

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WAN - (WIDE AREA NETWORK)

Le reti WAN hanno dimensioni geograficamente estese, da una città all’intero pianeta.

Dato che le reti WAN si estendono oltre i limiti indicati precedentemente sono in genere costituite da

insiemi di reti LAN tra loro connesse attraverso dispositivi di instradamento.

Come nelle MAN si ha attraversamento di suolo pubblico e vengono utilizzate da aziende di grandi

dimensioni aventi più filiali.

Una rete con tali estensioni presenta ovviamente un limite fisico alla velocità di funzionamento,

soprattutto perché si utilizza prevalentemente l’infrastruttura esistente, cioè quella realizzata per

fornire il servizio telefonico. Le reti WAN hanno inoltre la necessità di realizzare particolari strutture

per il controllo verso l’accesso non autorizzato a specifici dati: si pensi a una banca che comunica

con le sue filiali o con gli sportelli Bancomat, che non desidera ovviamente consentire accessi esterni

agli stessi. Per semplificare questi sistemi di protezione, si usa spesso una rete dedicata alla banca,

anche con canali telefonici e LAN locali connesse alla WAN, non raggiungibili dall’esterno.

GAN - (GLOBAL AREA NETWORK)

Le reti globali GAN si estendono su tutto il globo terrestre e utilizzano i satelliti per collegare i

computer dei diversi Stati. Sono diffuse su tutto il pianeta; servono per esempio per farci arrivare le

notizie al telegiornale.

Un esempio di rete GAN è Internet, la rete delle reti.

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TIPI DI RETI IN BASE ALL’ACCESSO

Le reti locali LAN o raggruppamenti di reti locali WAN, utilizzati all’interno di organizzazioni

(aziende o gruppi di aziende), basate su protocolli TCP/IP (quindi basate sulla stessa tecnologia di

Internet), si possono classificare anche il base al luogo attraverso cui è possibile accedere alla rete.

Intranet.

Extranet.

INTRANET

Una Intranet è una rete locale, basata sui protocolli TCP/IP, che mette a disposizione i propri servizi

e le proprie risorse solo ai propri dipendenti cioè solo agli utenti autorizzati. Gli stessi risultano essere

invisibili (inaccessibili) da parte di utenti esterni non autorizzati.

In questo modo si realizza una rete adeguatamente protetta e quindi sicura.

Esisteranno dei criteri stabiliti dall’azienda per attribuire livelli differenti di autorizzazione

all’accesso a determinati servizi e risorse (autenticazioni) da parte dei dipendenti. Per esempio, in

una scuola agli utenti esterni non autorizzati non viene data la possibilità di iscriversi ai corsi di

recupero o di consultare i voti, agli studenti verrà data la possibilità di accedere solo all’area materiali

del server ad essi dedicata, mentre al dirigente verrà dato accesso a tutte le aree materiali del server,

mentre ancora l’amministratore di rete avrà accesso a tutte le aree per la gestione della rete stessa.

L’accesso a Internet avviene tramite appositi computer, i firewall, che controllano i messaggi in

entrata e in uscita alla rete Internet per garantire la sicurezza dell’azienda.

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La rete Intranet consente altresì ai propri dipendenti di accedere ai servizi e alle risorse anche

dall’esterno della rete stessa. Questo è un aspetto rilevante in quanto dà la possibilità agli stessi di

operare anche fuori sede. Per esempio un’azienda potrebbe avere differenti sedi distaccate, e grazie

al tunneling creato dalla VPN, si può realizzare uno scambio dati sicuro e protetto.

La differenza fra Internet e Intranet è che Internet è una rete ad accesso pubblico, la Intranet

è una rete ad accesso privato.

Un’intranet aziendale permette facilmente di mettere a disposizione dei dipendenti dei documenti vari

e diversi; questo permette di avere un accesso centralizzato e coerente all’archivio aziendale, e si

parla quindi di capitalizzazione delle conoscenze. In questo modo, è generalmente necessario definire

dei diritti d’accesso per gli utenti dell’intranet ai documenti presenti sulla stessa, e di conseguenza,

un’autenticazione per permettere loro un accesso personalizzato ad certi documenti.

EXTRANET

Quando una parte della Intranet è accessibile a operatori esterni (clienti, fornitori, etc.) all’azienda, si

costituisce una rete Extranet. Al fine di fornire sicurezza e protezione ai dati, dato che l’accesso alla

rete può avvenire anche dall’esterno da parte di utenti non autorizzati, occorre autenticare l’utente

(possibilmente attraverso l’utilizzo del protocollo HTTPS per quelle pagine da rendere sicure)

impiegando altresì tecnologie adattate come per esempio VPN, Web Access e linee dedicate.

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VPN - RETI PRIVATE LOCALI VIRTUALI

Le VPN (Virtual Private Network) sono sottoreti locali distanti geograficamente che si

interconnettono tra loro attraverso la rete Internet (infrastruttura pubblica e condivisa) basandosi sui

protocolli TCP/IP opportunamente modificati (protocolli di TUNNELING). Le reti appaiono così

come se fossero interconnesse fisicamente (fisicamente situate nella stessa zona) consentendo elevate

velocità di trasmissione. L’accesso a una tale rete è consentita solo da parte di utenti autorizzati.

Sono reti utilizzate da aziende che hanno filiali operanti a livello mondiale con la necessità di operare

in remoto.

Attraverso software dedicato (per esempio TeamViewer) è infatti possibile accedere in remoto ad

un terminale di una filiale per poterlo controllare.

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Lo scopo delle VPN e offrire alle aziende, a un costo inferiore, le stesse possibilità delle linee private

dedicate in affitto sfruttando reti condivise pubbliche.

In una VPN le informazioni passano attraverso un tunnel protetto che scherma le connessioni (i dati

vengono criptati).

Esistono soluzioni gratuite o a pagamento: i servizi offerti in genere si basano su programmi da

installare per gestire la connessione VPN.

FIREWALL E DMZ

Il FIREWALL (dall’inglese muro tagliafuoco) è un sistema (hardware/software) perimetrale di una

rete informatica che garantisce la protezione in termini di sicurezza informatica della rete stessa

connessa a Internet evitando gli accessi non autorizzati alle macchine locali.

Il firewall in sostanza svolge due funzioni principali:

Protegge la rete LAN da eventuali tentativi di intrusione dall'esterno (filtro in ingresso);

Regola l'accesso dalla LAN verso la rete esterna (filtro in uscita).

Per quanto riguarda il primo punto (filtro in ingresso), una macchina locale che accede ad Internet

diventa, a tutti gli effetti e per tutta la durata del collegamento, un nodo (host) della rete. Un host,

connesso alla rete, può avere in esecuzione dei servizi di rete, cioè delle applicazioni che hanno delle

funzionalità specifiche e che rimangono in ascolto su una determinata porta (per esempio un Server

FTP o Telnet od anche il classico servizio di condivisione dei file e delle stampanti di Windows). In

alcuni casi può capitare che questi servizi nascondano al loro interno delle vulnerabilità o, comunque,

abbiano dei bug di programmazione tali da poter essere sfruttati dall'esterno per accedere a una

macchina senza essere autorizzati.

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Per quanto riguarda il filtro in uscita, il firewall potrebbe essere configurato in modo da impedire

l'accesso a eventuali siti dannosi o impedire l'uso di determinati protocolli di rete o ancora restringere

i tipi di siti che possono essere visitati all'interno di una rete privata (per esempio il filtro su Facebook

in una rete aziendale o Game Online in una scuola).

Un firewall può essere fisicamente realizzato in differenti modi:

Per mezzo di un computer dedicato con due schede di rete (una collegata con la rete interna e

un'altra con quella esterna).

Integrandolo in un router (o modem-router) opportunamente programmato per filtrare le

comunicazioni indesiderate.

Via software installando un’applicazione, che rimane sempre in esecuzione, sulla singola

macchina collegata alla rete (firewall personale).

All’interno di una rete locale può esistere anche un segmento isolato di LAN (una sottorete)

denominata DMZ (DeMilitarized Zone - zona demilitarizzata) dedicata a contenere quei sistemi che

devono essere isolati dalla rete interna e che al contempo devono essere protetti dal firewall ed essere

raggiungibili dall’esterno (server pubblici). La DMZ è quindi raggiungibile sia da reti interne sia

esterne. Si tratta, in poche parole, di un’area pubblica protetta, dove il traffico è strettamente regolato

da entrambi i lati (cioè sia dal lato LAN che da quello della rete esterna).

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Nella DMZ sono comunemente installati Server di rete (per esempio, un'azienda che possieda un

server di posta elettronica utilizzabile anche dall'esterno e un Web Server per far accedere dall’esterno

al sito dell’azienda). Dato che sono contenuti nella DMZ, questi server possono 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 da Internet - come, ad esempio, Server Mail, Web Server e Server DNS)

che rimangono in tal modo separati dalla LAN interna, evitando di comprometterne l'integrità.

In pratica, la DMZ è una zona “cuscinetto” tra interno ed esterno, e viene realizzato usando una

interfaccia di rete dedicata del firewall (vedi figura qui sopra), oppure viene creata aggiungendo un

firewall, come nello schema qui sotto:

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Generalmente si installano nella DMZ i server detti front-end, a cui corrispondono i relativi back-end

in LAN. Un esempio tipico è il servizio di posta elettronica: in DMZ si trova il server che pubblica il

servizio SMTP ed eventualmente la webmail, l’antispam e l’antivirus; nella LAN interna rimane il

server che ospita il database delle caselle e gli altri servizi.

Nel malaugurato caso in cui un servizio in LAN fosse compromesso in seguito ad una vulnerabilità,

l’aggressore potrebbe raggiungere anche gli altri host della rete, dato che in LAN non esiste

isolamento tra un server interno e gli altri nodi. Se lo stesso problema si verificasse in DMZ,

l’attaccante avrebbe grosse difficoltà a raggiungere la LAN, poiché il traffico tra i server front-end

(nella DMZ) e back-end (nella LAN) è fortemente limitato dal firewall. In genere un server di front-

end comunica solo con il suo back-end, e solo con le porte strettamente necessarie.

RETI PRIVATE E PUBBLICHE

Le reti private sono di proprietà di enti o aziende private, tipicamente LAN basate su sistemi di

cablaggio strutturato con cavi UTP in CAT5 o superiore (raramente con cavi a fibra ottica) e/o WiFi.

La rete può essere strutturata in sottoreti suddivise in diversi locali o edifici, ma pur sempre senza

attraversare suolo pubblico.

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Le reti pubbliche sono gestite da operatori del settore e, offrono servizi di telecomunicazione a

privati ed aziende. Sono basate su sistemi di cablaggio strutturato con doppini telefonici (POTS, Plain

Old Telephone System) nata per servizi di telefonia analogica e adattata anche ad altre tecnologie

(servizi di connettività a Internet mediante modem, e trasmissione dati e voce in digitale mediante

ISDN).

INTERNET

È la rete delle reti. È una rete di computer mondiale ad accesso pubblico. Ne parleremo più avanti nel

relativo modulo.

Internet non è internet. Internet è la rete globale che tutti noi conosciamo ad accesso pubblico,

intranet è l’abbreviazione di internetwork una rete geografica privata che può avere estensioni globali

(utilizzata dalle aziende per interconnettere le loro filiali a livello di nazionale, continente o

mondiale).

INTERNETWORK – INTERCONNESSIONE DI RETI

Le internetwork sono insiemi di reti (reti di reti – internet con la i minuscola) interconnesse tramite

instradatori (routers), aventi caratteristiche HW/SW diverse (es LAN con MAN o WAN). Possono

avere estensione planetaria come la rete Internet. La tecnologia che risolve il problema di

interconnettere reti eterogenee utilizzanti tecnologie diverse si chiama internetworking.

http://it.wikipedia.org/wiki/Rete_di_computer

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Solitamente si usano i termini:

internet come sinonimo di internetwork, cioè la interconnessione di più reti generiche;

Internet (con la I maiuscola) per riferirci alla specifica internetwork, basata su TCP/IP, che

ormai tutti conoscono.

Una LAN non può crescere oltre una certa misura, se non al prezzo di un rilevante decadimento delle

prestazioni. La soluzione è connettere più LAN insieme (LAN estesa), realizzando delle internetwork,

mediante dei dispositivi di interconnessione, quali per esempio:

Repeater (se le LAN sono identiche).

Hub (NON SI USA PIU’)

Switch (permette un maggior numero di trasmissioni in contemporanea).

Bridge (per filtrare i pacchetti e in caso di reti distinte ma con stesso schema di

indirizzamento).

Router (per reti con schemi di indirizzamento distinti, ma stesso protocollo di rete).

Gateway (per reti completamente incompatibili).

I gateway sono particolari router d’interconnessione sono multiprotocollo e sono detti GATEWAY.

Il loro compito non è solo di instradare il traffico in transito ma anche di adattarlo ai diversi protocolli

impiegati nelle differenti reti interconnesse.

STRUTTURA RETE GEOGRAFICA

Una rete geografica è strutturata in:

una rete di trasmissione, che trasferisce i dati da un nodo all’altro, composta dai canali di

trasmissione e dai sistemi (una volta detti IMP, Interface Message Processor, ora detti router

o gateway) che instradano e verificano la correttezza dei messaggi,

un insieme di calcolatori (host) collegati agli IMP che eseguono le applicazioni.

Una rete così organizzata è detta commutata e i trasferimenti di dati avvengono lungo un percorso

che collega due host e attraversa un certo numero di IMP.

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NB Il percorso in grassetto indica un possibile percorso dei dati dall’host A all’host C.

Instradamento (routing) dei dati

La rete non è completamente connessa, cioè non esiste una connessione diretta tra ogni coppia di

host, esistono però cammini alternativi per ogni coppia di host per avere un’alta tolleranza ai guasti.

Le reti geografiche si caratterizzano in base alla strategia usata per instradare i dati:

Commutazione di circuito (connection oriented): usata anche per le comunicazioni

telefoniche, consiste nel creare tra sorgente e destinatario del trasferimento dati un canale di

trasmissione dedicato temporaneo. La comunicazione avviene in tre fasi: creazione del

cammino da sorgente a destinazione, trasferimento dei dati, chiusura della comunicazione.

Modello: sistema telefonico.

Commutazione di pacchetto (connectionless): i dati sono divisi in pacchetti (~ 1KB),

contenenti ciascuno il destinatario del pacchetto e il numero indicante la posizione del

pacchetto all’interno del messaggio. I pacchetti sono inviati separatamente e instradati dagli

IMP che li trattano come messaggi separati. Il destinatario ricompone i dati in base ai numeri

d’ordine dei pacchetti. Più efficiente della commutazione di circuito. Modello: sistema

postale.

Per approfondire questo argomento si veda il capitolo “Classificazione delle reti per tecnica

di commutazione”.

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CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLA VELOCITÀ DI TRASMISSIONE DATI

La velocità di trasmissione dati, espressa in bps (bit per secondo), indica la quantità di informazione

che viene trasmessa nell’unità di tempo. Tale velocità è strettamente legata alla frequenza del segnale

trasmesso: se un bit viene trasmesso in un nano secondo, significa che il segnale trasmesso ha una

frequenza di 1 GHz. È quindi utile conoscere lo spettro di frequenza dei segnali trasmittenti,

sottoforma di onde elettromagnetiche:

LAN

La velocità di trasmissione dati nelle LAN coinvolgono l’intero sistema di trasmissione, dalla scheda

di rete, ai protocolli, ai mezzi trasmessivi: sono proprio questi ultimi che pongono le restrizioni

maggiori, soprattutto per quanto riguarda la velocità di trasmissione in funzione della lunghezza della

tratta percorribile dal segnale senza necessità di essere rigenerato.

Indichiamo con Larghezza di Banda del canale trasmissivo la velocità di trasmissione del segnale

relativamente al mezzo trasmissivo utilizzato, misurata in bit al secondo (bps); nella seguente tabella

viene riportata anche la massima distanza tra host senza necessità di dover rigenerare il segnale.

Mezzi trasmissivi Larghezza

Banda (bps)

Max

distanza (m)

Cavo coassiale 10-100 Mbps 185 m

UTP Cat.5 10-100 Mbps 100 m

Fibra Ottica Multimodale 100 Mbps 2000 m

Fibra Ottica Monomodale 1000 Mbps 3000 m

Wireless 11 Mbps 100-500 m

WAN

Nelle reti WAN le velocità di trasmissione sono relative alle infrastrutture esistenti costituite dalle

reti telefoniche. Le velocità sono pertanto molto più basse di quelle delle LAN (di due o tre ordini di

grandezza).

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Tipo servizio WAN Utenza Larghezza Banda

(bps)

Modem Analogico Individuale 56 Kbps

ISDN Individuale 128 Kbps

ADSL LAN con accesso alla WAN di tipo condiviso 640 Kbps – 4.8 Mbps

T1 Grandi aziende 1.544 Mbps

STS48 Compagnie telefoniche 2.48 Gbps

CLASSIFICAZIONE IN BASE ALL’ARCHITETTURA

Master-slave: un dispositivo (master) svolge la funzione di controllo degli altri dispositivi

connessi in rete (slave). Il master interroga o invia comandi ai vari slave regolando il traffico

dati. Questo modello ha avuto successo in passato e attualmente è usato ancora per la gestione

dei dischi di un calcolatore o nelle tecnologie USB o Bluetooh.

Peer-to-peer.

Client-server.

CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLE

MODALITA’ DI DIFFUSIONE DEI DATI

Le reti possono essere classificate in base alle tecnologie di trasmissione impiegate:

Reti multipunto / multipoint a diffusione globale

In queste reti la comunicazione avviene tra due o più nodi e quindi la trasmissione delle

informazioni avviene da un sistema trasmittente ad un insieme di sistemi riceventi. Il

vantaggio di questa rete è che lo stesso collegamento può essere sfruttato per più

comunicazioni tra nodi differenti, diminuendo i costi di realizzazione della rete, ma creando

problemi dovuti alla presenza contemporanea di segnali che possono collidere fra loro

generando errori di ricezione.

Le reti multipunto sono dotate di un unico “canale” di comunicazione condiviso da tutti

i nodi.

Le reti multipunto si classificano in:

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Reti Broadcast (da uno a tutti): non definito a priori. Es: radiodiffusione e trasmissione

analogica televisiva. Informatica: un calcolatore invia i pacchetti a tutti i calcolatori di una

rete.

Reti Multicast (da uno a molti): non definito a priori. Es: invio di una mail ad un gruppo

di utenti.

I brevi messaggi (pacchetti) inviati da un nodo sono ricevuti da tutti o da alcuni altri nodi. Un

indirizzo all’interno dell’intestazione del pacchetto, specifica a chi è destinato (indirizzo di

destinazione); se questo coincide col proprio indirizzo il pacchetto viene elaborato, altrimenti

viene ignorato.

Il problema fondamentale che nasce nell’utilizzo di un unico canale di comunicazione è

l’allocazione dello stesso, ovvero la politica di gestione da adottare per concedere il canale ad

uno o ad un altro nodo.

Reti Punto a Punto / point to point (da uno a uno)

In queste reti la comunicazione avviene tra un solo nodo trasmittente ad un solo nodo

ricevente. Sono reti molto semplici, in quanto non occorre suddividere il messaggio da inviare

in pacchetti (che percorrono tragitti diversi), perché ogni messaggio uscente da un nodo può

essere diretto solamente all’altro nodo. Inoltre non ci sono tempi di attesa, in quanto quando

un nodo non comunica, la rete rimane libera.

Per arrivare dalla sorgente alla destinazione, un messaggio può dover attraversare uno o più

nodi intermedi. Spesso esistono, più cammini alternativi, per cui gli algoritmi di

instradamento (routing) hanno un ruolo molto importante. In questi casi di attraversamento

di nodi intermedi conviene scomporre il messaggio in pacchetti.

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Queste reti a loro volta si possono classificare in:

Reti Unicasting: il sistema ricevente è noto a priori. Es: invio di una mail ad un solo

utente.

Reti Anycasting: il sistema ricevente non è noto a priori ma può essere uno qualsiasi.

Per comprendere meglio la differenza di queste tecnologie trasmissive si può fare un paragone al

sistema stradale. Una rete point to point è una strada privata che collega solo due utenti e quindi non

possono avvenire incidenti ma ha lo svantaggio che il numero di strade è direttamente proporzionale

al numero di utenti da collegare. Una rete multipoint è invece un’unica strada che collega due o più

utenti: da un punto possono partire più strade percorribili da più veicoli aumentando ovviamente i

rischi d’incidente.

Le reti multipunto sono le reti di calcolatori più utilizzati, sebbene hanno alcuni svantaggi (incidenti,

congestione della rete) che possono essere comunque gestiti e minimizzati con delle buone regole di

trasmissione, hanno d’altro canto degli indiscutibili vantaggi in termini di ottimizzazione delle risorse

e dei costi, più percorsi alternativi percorribili dai pacchetti (le regole di inoltro dei messaggi

stabiliranno di volta in volta quale sarà il percorso più idoneo da percorrere secondo determinate

metriche basate sulla distanza, traffico, etc.).

TRASMISSIONE DATI TRA DUE TERMINALI

In una trasmissione di dati su un canale di comunicazione, la comunicazione può avvenire in modi

differenti in dipendenza dei seguenti fattori:

Regole per la trasmissione dei dati: senso degli scambi.

Modalità di trasmissione dati: numero di bit inviati simultaneamente).

Sincronizzazione (tra emittente e ricevente).

REGOLE PER LA TRASMISSIONE DEI DATI

Per trasferire i dati esistono tre tipologie di regole che danno origine a linee (canali) diverse o ad usi

diversi della liea stessa:

Linea simplex. In questa linea la comunicazione è monodirezionale (per fare un paragone

con il sistema stradale è una strada a senso unico) cioè il sistema che riceve la comunicazione

non è in grado di rispondere: l’invio delle informazioni attraverso un canale può avvenire in

una sola direzione. Quando due entità sono collegate, l’una ha sempre il ruolo di trasmittente,

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l’altra sempre il ruolo di ricevente, senza mai alternarsi. È il caso della trasmissione

radiotelevisiva, del televideo oppure della centralina che rileva i dati sull’inquinamento

atmosferico e li trasmette a un centro di raccolta dati regionale. Nel campo informatico sono

tecniche di trasmissione dati superate (da quelle full-duplex con tecnologie come ADLS, fibra,

etc.).

Linea half-duplex. In questa linea (doppio senso alternato) la comunicazione è possibile in

entrambe le direzioni, ma uno solo per volta dei due elementi posti in comunicazione può

trasmettere: trasmissione bidirezionale alternata. È il caso dei sistemi ricetrasmittenti come

quello dei “walkie talkie” radio in cui gli interlocutori parlano a turno (utilizzando la stessa

frequenza): una persona deve utilizzare una parola (per esempio “Passo”) per segnalare

all’altra persona la fine della trasmissione. Per fare un paragone si può pensare a una strada a

senso unico alternato controllata da semafori su ogni lato. Il traffico può scorrere in entrambi

i versi, ma soltanto in un verso alla volta in base ai semafori di controllo. Per questo vi è una

contesa per il suo utilizzo; è quindi necessario utilizzare un metodo che permetta la risoluzione

della contesa e la riduzione degli errori, cioè un protocollo di arbitrazione per gestire il

traffico. Nelle reti Ethernet (IEEE 802.3), per la gestione del traffico si utilizza l’algoritmo

CSMA/CD.

Linea full-duplex. In questa linea (doppio senso) la comunicazione è possibile in entrambe

le direzioni e gli elementi interconnessi possono fruire del canale di comunicazione e in

contemporanea: trasmissione bidirezionale simultanea. È il caso tipico della comunicazione

telefonica. In questi sistemi gli elementi trasmettono su una frequenza e ricevono su un’altra.

Questa tipologia di comunicazione è attualmente la più diffusa. Le connessioni Ethernet

full-duplex (per esempio 100BASE-TX) possono coprire distanze elevate grazie all’utilizzo

di due coppie di cavo Ethernet incrociato, dove una coppia viene utilizzata per inviare e l’altra

per ricevere i dati. Questo rende il sistema esente da collisioni permettendo velocità di

trasmissione più elevate (non dovendo ritrasmettere il segnale in caso di collisione).

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MODALITA’ DI TRASMISSIONE DATI

Considerando le informazioni dei messaggi digitali codificati costituiti da una sequenza di bit, sulla

linea di trasmissione le informazioni possono essere trasmessi secondo le seguenti due modalità:

Trasmissione seriale: i bit che costituiscono l’informazione vengono inviati e ricevuti su di

un’unica linea (canale di comunicazione) uno dopo l’altro (sequenze temporali). Questa è la

modalità più semplice dal punto di vista del mezzo trasmissivo e, trova applicazione comune

nella trasmissione dei dati a distanza.

Trasmissione parallela: i bit che costituiscono l’informazione vengono inviati e ricevuti

contemporaneamente secondo differenti linee. Questa è la modalità più semplice e veloce dal

punto di vista architetturale, ma la più dispendiosa dal punto di vista del mezzo trasmissivo.

Trova uso comune nella interconnessione delle singole unità che costituiscono un calcolatore,

o nelle connettività di particolari periferiche (stampanti, per esempio).

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Il collegamento seriale è il più diffuso, soprattutto considerando i problemi posti dal

collegamento di tipo parallelo.

L’architettura seriale presenta questi vantaggi rispetto alla soluzione in parallelo:

L’architettura seriale permette di utilizzare una cadenza di orologio (clock) molto più elevata

rispetto ad un’interfaccia parallela, dato che questa non supporta delle frequenze troppo

elevate (in un’architettura ad alte capacità di banda, i bit circolanti su ogni filo arrivano con

dei ritardi, provocando degli errori – problema della sincronizzazione).

I cavi seriali costano molto meno che i cavi paralleli.

I cavi seriali sono meno ingombranti di quelli paralleli e quindi sono ottimali per collegare

periferiche esterne.

SINCRONIZZAZIONE TRA MITTENTE E DESTINATARIO

Trasmissione sincrona e asincrona

Il collegamento seriale è il più diffuso, soprattutto considerando i problemi posti dal collegamento di

tipo parallelo. Tuttavia, dato che l'informazione è trasportata da un solo filo, esistono dei problemi di

sincronizzazione tra l'emittente e il ricevente, cioè il ricevente non può distinguere a priori i caratteri

(o più in generale le sequenze di bit) dato che i bit sono inviati successivamente. Esistono quindi due

tipi di trasmissione che permettono di rimediare a questo problema:

Il collegamento asincrono, nel quale ogni carattere è emesso in modo irregolare nel tempo (ad

esempio un utente che invia in tempo reale dei caratteri digitati alla tastiera). Quindi, immaginiamo

che un solo bit sia trasmesso durante un lungo periodo di silenzio. Il ricevente non potrà sapere se si

tratta di 00010000 o 10000000 o ancora 00000100. Per rimediare a questo problema, ogni carattere

è preceduto da un'informazione che indica l'inizio della trasmissione del carattere (l'informazione

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iniziale dell'emissione è detta bit START) e finisce con l'invio di un'informazione di fine trasmissione

(detta bit STOP, possono eventualmente esserci più bit STOP).

Il collegamento sincrono, nel quale emittente e ricevente sono cadenzati dallo stesso clock. Il

ricevente riceve in modo continuo (anche quando nessun bit è trasmesso) le informazioni al ritmo a

cui l'emittente invia. Ragione per cui è necessario che emittente e ricevente siano cadenzati alla stessa

velocità. Inoltre, vengono inserite delle informazioni supplementari per garantire l'assenza di errori

durante la trasmissione.

Durata una trasmissione asincrona, i bit sono inviati in modo successivo senza separazione tra ogni

carattere, è quindi necessario inserire degli elementi di sincronizzazione, e si parla allora di

sincronizzazione a livello di carattere.

Il principale inconveniente della trasmissione sincrona è il riconoscimento delle informazioni a livello

del ricevente, dato che possono esservi delle differenze tra il clock dell'emittente e del ricevente. Ecco

perché ogni invio di dati deve farsi su un periodo abbastanza lungo affinché il ricevente li distingua.

Così, la velocità di trasmissione non può essere elevata in un collegamento sincrono.

CLASSIFICAZIONE DELLE RETI PER TECNICA DI COMMUTAZIONE

Parliamo delle tecniche utilizzate per mettere in comunicazione più utenti fra di loro. La

commutazione è un termine utilizzato per indicare le operazioni che si devono compiere per elaborare

il messaggio al fine di indirizzarlo al destinatario.

Per mettere in comunicazione due utenti di una rete esistono due tecniche principali:

COMMUTAZIONE DI CIRCUITO

La commutazione di circuito (circuit switching) deriva dal sistema telefonico; questa commutazione

crea un vero collegamento fisico tra due utenti, che resta stabile e riservato a loro per tutta la durata

della comunicazione. Si ha una multiplazione di circuito quando una frazione fissa della capacità

trasmissiva è stabilmente allocata a ciascun canale. Ciascun utilizzatore ha a disposizione un canale

trasmissivo dedicato, con la garanzia di poter utilizzare tutta la sua capacità. Ogni comunicazione di

circuito avviene in tre fasi:

Apertura della connessione;

Trasferimento dei dati;

Chiusura della connessione.

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Come esempio si può considerare una conversazione telefonica che utilizza un circuito su una

giunzione tra centrali: un utente compone un numero, e la rete telefonica lo elabora allocando una

serie di circuiti fino al destinatario della chiamata (creazione della connessione); se il destinatario

risponde, i due possono parlare utilizzando il canale; quando uno dei due abbassa il ricevitore, la rete

libera le risorse impegnate (abbattimento della connessione).

COMMUTAZIONE DI PACCHETTO

La commutazione a pacchetto (packet switching) è di derivazione informatica e utilizza la tecnica

dell’instradamento. L’utilizzo tipico è nelle reti IP o Ethernet.

Il messaggio viene segmentato (suddiviso) in pacchetti (datagrams) di lunghezza limitata, che

vengono trasmessi indipendentemente. In una rete complessa, è possibile che i pacchetti seguano

percorsi differenti, vengano persi o consegnati fuori ordine alla destinazione. Il pacchetto è costituito

da due parti: la parte dati (data) e la parte intestazione (head). Nell’intestazione sono specificati

l’indirizzo del mittente e del destinatario, oltre a un numero progressivo attribuito al pacchetto

specifico nella sequenza dei pacchetti che costituiscono il messaggio da trasmettere.

Questi attributi permettono al pacchetto di essere svincolato dal percorso fisico dei dati, perché, se

anche i pacchetti di una stessa sequenza facessero percorsi diversi per giungere a destinazione, il

destinatario avrebbe comunque gli elementi per ricostruire la sequenza.

Infatti, ogni pacchetto è etichettato in modo da contenere gli indirizzi di origine e di destinazione del

pacchetto. In caso di indisponibilità di una connessione iniziale i pacchetti devono essere in grado di

trovare una strada alternativa per giungere a destinazione. Il ricevente nel caso di mancata ricezione

di un pacchetto può richiedere al mittente la rispedizione del pacchetto andato perduto.

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I pacchetti vengono instradati (routing) dai nodi intermedi su percorsi differenti. I nodi intermedi

svolgono la funzione di instradamento, cioè in base all’indirizzo di destinazione del pacchetto

decidono su quale canale deve essere instradato per farlo giungere a destinazione nel tempo più breve

possibile. I nodi finali sono gli elaboratori connessi alla rete. Quando un elaboratore riceve un

pacchetto, esamina l’indirizzo di destinazione; se questo coincide con il proprio indirizzo, il pacchetto

viene copiato sul computer locale, altrimenti viene ignorato.

CLASSIFICAZIONE DELLE RETI LOCALI IN BASE ALLA TOPOLOGIA

Con il termine di topologia (struttura) si intende la modalità con la quale i calcolatori sono collegati

fra di loro ovvero la disposizione degli oggetti fisici nello spazio, o in altri termini la forma del canale

di comunicazione.

Le topologie possono essere viste dal punto di vista fisico o logico: la topologia di una rete descrive

la disposizione geometrica dei suoi componenti, riguarda la forma e la struttura della LAN.

Si indica con il termine grafo una rappresentazione grafica di una rete costituita da:

Nodi: gli host;

Archi: che collegano i nodi.

Una rete risulta ben definita quando si conosce con precisione la configurazione e l’ubicazione dei

componenti della rete stessa (posizione dei nodi e dei collegamenti fisici che connettono i nodi stessi).

Connessione fisica e logica

Due nodi della rete possono essere messi in comunicazione in due modi differenti:

Con una connessione fisica quando tra i due nodi è presente un canale fisico che li collega in

modo diretto come per esempio i nodi A e B indicati nella precedente figura.

A

B

C

D E

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Con una connessione logica, che sfrutta più di una connessione fisica, come nel caso dei nodi

A e C. questo tipo di connessione si rende necessario quando la rete assume dimensioni per

cui è impossibile pensare a un collegamento fisico per ogni coppia di nodi.

Caratteristiche di una rete dal punto di vista topologico

Numero di nodi;

Numero di Canali Trasmissivi;

Ridondanza, ovvero la possibilità di scegliere tra più strade alternative per raggiungere la

destinazione. La ridondanza è strettamente legata alla tolleranza ai guasti (Fault Tolerance),

che è tanto maggiore quanti più canali disponibili ci sono.

Una rete locale può essere immaginata come una sorta di estensione del bus interno di ogni singola

stazione, che si estende attraverso tutte le altre stazioni della rete.

Il problema principale che ogni protocollo LAN deve risolvere, indipendentemente dalla tecnologia

e dalla topologia, è di definire una politica di accesso e controllo a quella che è la risorsa primaria

condivisa da tutte le stazioni della rete, ovvero il canale di comunicazione o bus.

Dalla topologia di rete dipendono oltre che la politica di gestione dell’accesso al canale condiviso, la

performance, la capacità di tolleranza ai guasti, il tipo di apparati e le interfacce di rete (NIC) da

utilizzare in ciascuna stazione.

TOPOLOGIE FISICHE DELLE RETI LAN

La topologia fisica delle reti indica la forma di cablaggio, ovvero la disposizione dei cavi sul territorio

e attuale possiamo individuare tre differenti topologie fisiche di rete locali LAN:

reti a bus, o lineare

reti a stella, e a stella estesa

reti ad anello, e a doppio anello

reti ad albero

reti a maglia

reti ibride

RETI A BUS – LINEARE – DORSALE

Le reti lineari o a BUS dal punto di vista logico sono reti di tipo broadcast, in quanto il messaggio

trasmesso da un nodo viene ricevuto da tutti gli atri nodi. In caso di guasto occorre individuare il

tratto del cablaggio che ha causato il malfunzionamento.

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Caratteristiche

La rete a bus è costituita da un unico canale trasmissivo che permette la connessione di tutti i

PC.

Ogni host è collegato in modo lineare attraverso un cavo (linea, dorsale o segmento).

Supporta un numero limitato di host.

La lunghezza del cavo non può superare qualche centinaio di metri.

Un solo PC alla volta può trasmettere, e tutti gli altri restano in ascolto.

I dati inviati da un nodo vengono ricevuti da tutti gli altri nodi.

In una rete di questo tipo i dati viaggiano sul bus in entrambe le direzioni fino a raggiungere

l’estremità del cavo dove vengono posizionati degli oggetti chiamati terminatori.

I terminatori (tappi) hanno il compito di impedire la riflessione dei segnali.

I PC sono collegati al cavo principale attraverso un connettore a “T” e non possono trasmettere

simultaneamente sulla rete poiché causerebbero una collisione dei dati. Di conseguenza, ogni

computer dovrà necessariamente attendere che la rete sia libera ed inviare poi le informazioni

a tutti i PC della rete.

Se più host, avvertendo il canale libero, iniziano l’invio contemporaneamente avviene una

collisione e gli host lo possono scoprire.

Topologia LAN utilizzata negli anni 70/80.

Vantaggi

Reti semplici da realizzare e poco costose.

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Svantaggi

Se il cavo si danneggia in un punto qualsiasi la rete viene messa fuori uso.

Ogni computer può intercettare le comunicazioni altrui. I dati verranno accettati solo dalla

macchina alla quale sono realmente destinati.

Elevato traffico in tutta la rete.

Sensibile ai guasti (fault tollerance).

Difficile trovare il guasto.

Velocità di trasmissione bassa (10Mbps nello standard Ethernet)

La disconnessione di un computer dalla rete può portare al blocco dell’intera rete.

RETI A STELLA (STAR)

Caratteristiche

Tipologia di LAN centralizzata in cui i nodi, costituiti da stazioni (workstation) di lavoro,

sono collegati a un computer centrale chiamato centratore (Hub, Switch, o Router). Anche

il centro della stella può essere considerato un nodo della rete, pertanto nella rete a stella il

numero dei canali è uguale al numero di nodi meno 1 (c=n-1).

I costi di collegamento sono più elevati rispetto ad altre topologie di rete.

Quando un calcolatore deve inviare un messaggio sulla rete, il messaggio deve passare

attraverso il componente centrale.

Vantaggi

Se si interrompe il collegamento tra un PC e il centratore, solo il PC in questione non riesce

più a inviare e ricevere dati, tutti gli altri continuano a lavorare senza problemi.

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Alte prestazioni: essendo i collegamenti di tipo punto-a-punto, non c’è mai contesa sul mezzo

trasmissivo, il quale quindi, a differenza di altre soluzioni, è praticamente sempre disponibile

per una stazione che voglia trasmettere.

Rispetto alla rete a bus ha però il vantaggio che la disconnessione di un singolo computer non

comporta alcun impatto sul buon funzionamento della rete.

La topologia a stella è la più utilizzata, poiché consente la scalabilità: in altre parole, è

facilmente espandibile collegando un altro concentratore a quello iniziale.

Svantaggi

In caso di intenso traffico, il nodo centrale può risultare sovraccaricato di lavoro e questo

potrebbe portare al blocco delle richieste di connessione.

Se il centratore non funziona correttamente tutta la rete risulta non funzionante. Ma è un caso

molto raro.

RETI A STELLA ESTESA

È la topologia più usata per le reti LAN di dimensioni medie e grandi; è una topologia ad albero in

cui le foglie sono costituite da stelle. Consente di estendere le dimensioni di una rete a stella,

conservandone il collegamento con altre reti a stella, sempre attraverso l’uso di hub o switch.

RETI AD ANELLO (TOKEN RING)

Caratteristiche

I computer sono collegati da un cavo chiuso ad anello.

Il numero dei canali è uguale al numero dei nodi (c=n).

Il cavo che collega i PC dell’anello non è continuo, ma è costituito da brevi segmenti che

vanno da un PC all’altro. Naturalmente l’ultimo PC è collegato al primo per chiudere l’anello.

La trasmissione avviene in un unico senso.

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Tutte le stazioni prendono parte alla trasmissione: quando una stazione invia sulla linea il

proprio pacchetto, questo percorre l’intero anello, in quanto ciascuna stazione riceve il

pacchetto, lo memorizza, lo rigenera e lo ritrasmette sulla linea successiva. Tale operazione

si ripete fino a quando i dati non raggiungono il destinatario.

Ciò permette una maggiore velocità di trasferimento dati (data transfer rate) rispetto a una rete

a bus, che raggiunge 16 Mbps (contro i 10 dello standard Ethernet).

I dati viaggiano sulla rete con un metodo chiamato a passaggio di testimone o di gettone

(token-ring).

Vantaggi

Può coprire distanze maggiori di quelle consentite da altre reti senza l’aggiunta di

amplificatori di segnale.

Svantaggi

Esiste il rischio che gli host possano intercettare comunicazioni altrui.

Elevato traffico in tutta la rete.

La lunghezza del cavo non è minimizzata.

L’affidabilità: il guasto di un host o di un canale compromette la trasmissione di dati (a meno

di non adottare particolari soluzioni) e la rete non funzionerà più.

L’inserimento di una eventuale nuova stazione rende necessario interrompere il

funzionamento dell’intera rete.

I problemi principali sono proprio gli ultimi due, ossia l’affidabilità e l’inserimento di nuove

postazioni. Per eliminare entrambi questi problemi, si può adottare il seguente accorgimento: si

inserisce, nell’anello, un centro di commutazione (relay), al quale si connettono tutte le stazioni:

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In questo modo la configurazione che si ottiene è ad anello solo a livello logico, ma invece è a stella

a livello fisico.

Questa tecnica consente di risolvere il problema dell’affidabilità: il relay ha la capacità di isolare la

stazione guasta o spenta.

I relay possono essere attivati o disattivati dalle stazioni stesse; in questi casi la stazione che desidera

attivarsi/disattivarsi mandare un segnale relay contenente la relativa richiesta.

Un’alternativa a questa soluzione p descritta nella prossima tipologia di rete, la rete a oppio anello.

RETI A DOPPIO ANELLO

Le reti a doppio anello sono simili a quelle ad anello, avendo la sostanziale differenza di utilizzare

due anelli anziché uno:

un anello primario;

e un anello secondario.

I due cavi sono entrambi monodirezionali ed uno solo di essi viene normalmente usato per la

trasmissione. L’altro, di riserva, permette la comunicazione in verso opposto. Nelle normali

condizioni i dati fluiscono solo sull’anello primario, utilizzando il secondario solo in caso di guasto

del primario. Ogni computer deve ovviamente essere connesso ad entrambi gli anelli, per poter

commutare dal primario al secondario in caso di guasto. Generalmente in questo tipo di rete non tutti

i computer sono collegati ad entrambi gli anelli.

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Rispetto alla rete a singolo anello, questa rete ha un’ulteriore differenza: i cavi utilizzati sono

normalmente le fibre ottiche (reti FDDI – Fiber Distributed Data Interface).

Lo svantaggio della rete a doppio anello non è solamente la lunghezza raddoppiata dei cavi rispetto

alla semplice topologia ad anello, ma è anche la formazione di anelli parziali fra loro non connessi

nel caso di malfunzionamento di due o più stazioni. Per ovviare a questo problemi la rete adotta

entrambi gli accorgimenti: doppio anello e centro stella realy.

RETI A MAGLIA

Le reti a maglia si suddividono in:

Reti a maglia completamente connesse: ogni nodo è connesso a tutti gli altri nodi presenti

nella rete tramite tanti canali quanti sono i nodi a cui è connesso.

Reti a magli non completamente connesse: non sono presenti tutti i rami teoricamente

possibili.

Questo tipo di rete richiede costi elevati ma presenta un’alta affidabilità dato che, a fronte del guasto

di uno o più nodi o rami, risulta garantita la connessione grazie a percorsi alternati.

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Nell’ambito delle reti telefoniche, la topologia a maglia viene usata tipicamente per le dorsali di

traffico, per consentire la connettività completa tra tutte le sottoreti regionali e metropolitane. Anche

la rete Internet si appoggia a una struttura magliata, di tipo non completamente connesso.

RETI AD ALBERO (TREE)

La rete ad albero è una variante della rete a maglia non completamente connessa, che si può

modellizzare come un insieme di reti a stella interconnesse tra loro in modo gerarchico. Nodi e canali

sono disposti in modo ramificato. Questa tipologia è quella più utilizzata nelle reti WAN perché

comporta costi minori. Il problema di questa rete è che se si guasta un canale viene compromessa la

funzionalità di parte della rete o dell’intera rete (se si è guastato il nodo o il canale d’origine).

In presenza di un guasto su un nodo, sono interrotte tutte le comunicazioni che passano per esso, si

produce un frazionamento della rete in più sottoreti (partizioni) non più collegate tra loro. Una

struttura di questo tipo è indicata quando l’accesso alle singole risorse è gestito tramite canoni di

abbonamento e quindi il loro utilizzo richiede l’autorizzazione da parte di un livello superiore.

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Questa rete permette la connessione tra loro, attraverso una dorsale, di varie sottoreti a stella.

RETI IBRIDE

Le reti ibride sono combinazioni di due o più differenti reti dal punto di vista topologico. Nelle

seguenti figure sono riportati degli esempi:

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RETI IBRIDE AD ANELLO/STELLA

E’ una combinazione della rete a Stella ed ad Anello. Anche detta ad Anello con cablaggio a Stella,

è simile alla tipologia a bus a stella, ma in questo caso gli hub non sono collegati fra loro tramite cavi

bus lineari ma attraverso un hub principale secondo un modello a stella.

RETI IBRIDE A BUS/STELLA

E’ una combinazione della tipologia a Bus e a Stella. Più reti a stella sono collegate tramite cavi a bus

lineari. Il malfunzionamento di un computer non influenza il resto della rete.

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In caso di mancato funzionamento di un hub, tutti i computer connessi a quell’HUB saranno esclusi

dalla rete. Se l’HUB a sua volta è collegato ad altri HUB, anche queste connessioni saranno interrotte.

ELEMENTI DI CONNESSIONE

Una rete di calcolatori è costituita da un insieme di calcolatori tra loro connessi direttamente mediante

mezzi passivi o indirettamente attraverso dei dispositivi attivi di gestione, interconnessione e

instradamento dei dati. I mezzi attivi consentono l’aumento delle dimensioni della rete e del numero

di computer connessi.

PASSIVI: mezzi trasmissivi, connettori, etc.

ATTIVI: ripetitori, hub, bridge, switch, router, gateway, firewall, etc.

MEZZI FISICI DI TRASMISSIONE

Caratteristiche dei canali di trasmissione

La comunicazione tra due dispositivi avviene tramite un mezzo fisico che realizza il canale di

comunicazione.

Lungo il canale di comunicazione l’informazione viene trasportata attraverso un segnale (la cui

tipologia, elettrico o elettromagnetico oppure ottico, dipende dal tipo di mezzo fisico utilizzato).

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La qualità della trasmissione dipende sia dalle caratteristiche del mezzo di trasmissione che da quelle

del segnale:

Impedenza della linea: costituita da Resistenza, Capacità e Induttanza.

Capacità del mezzo fisico (canale di comunicazione): misura della velocità di trasmissione

lungo un canale di comunicazione, misurata in multipli di bit al secondo. Essa è direttamente

proporzionale alla larghezza di banda (bandwidth) e molti confondono o identificano le due

nozioni, usando il termine "bandwidth" per riferirsi alla capacità, mentre la larghezza di banda

indica l’intervallo delle frequenze dei segnali che un canale di trasmissione è in grado di

inviare senza attenuazioni. Si misura in bps = bit/sec (MHz).

Attenuazione del segnale: espressa in dB, e cresce linearmente con la lunghezza del cavo. È

legata a fenomeni fisici che riducono l’intensità del segnale e ne limitano la distanza

percorribile. Si aggiungono dei ripetitori lungo il mezzo per amplificare e ritrasmettere il

segnale.

Velocità di propagazione: percentuale della velocità della luce nel vuoto.

Interferenze tra segnali: creano distorsioni che possono alterare significativamente i segnali

trasmessi; si parla di diafonia o cross-talk quando un cavo disturba quello vicino. È espressa

in dB. E. g. cavi adiacenti, interferenze radio, etc.

Numero dei ricevitori: più ricevitori collegati a un unico cavo possono attenuare o distorcere

il segnale.

VELOCITA’ DI TRASMISSIONE DATI

In informatica e nelle telecomunicazioni, la grandezza fisica utilizzata per determinare il numero di

bit (la quantità di dati digitali) che un host è in grado di trasmettere in un secondo su un canale

di comunicazione è chiamata velocità di trasmissione dati (bit-rate):

velT = quantità delle informazioni / tempo di trasferimento [bit/sec = bps]

In telecomunicazione la velocità massima di trasmissione è detta LARGHEZZA DI BANDA del

canale trasmissivo.

La larghezza di canale dipende dal tipo di canale (rame, fibra ottica, etere), dal numero di utenti che

trasmettono sullo stesso canale, da eventuali interferenze elettromagnetiche sulla linea e dalla

tecnologia dei dispositivi di trasmissione e ricezione.

In realtà non è proprio corretto dire che la velocità di trasmissione coincide con la banda (larghezza

di banda). Quest’ultima, infatti, indica l’intervallo di frequenze in cui il canale trasmette le

informazioni. La banda B si misura in Hz, mentre la velocità di trasmissione in bps. La velocità di

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trasmissione è proporzionale alla banda B secondo il fattore di moltiplicazione K chiamato efficienza

spettrale:

velT = K * B

L’efficienza di banda K è un parametro prestazionale o di qualità che indica la bontà del sistema

trasmittente/ricevente nello sfruttare più o meno efficientemente la banda disponibile o assegnata al

canale di comunicazione.

Mentre la banda o capacità di canale rappresenta la velocità massima di trasmissione, la portata del

canale (throughput) indica la quantità di informazione trasportata in un certo momento su un canale.

La portata di canale quindi è minore o uguale alla capacità e dipende esclusivamente da quanta

informazione è immessa sul canale: il throughput è deciso dal mittente, la velocità massima del canale

è un parametro costante e caratteristico di quelle linea.

TIPOLOGIA DI MEZZI DI TRASMISSIONE

I mezzi utilizzati per collegare fisicamente le apparecchiature di rete (nodi intermedi e nodi

terminali/host) sono di diverso tipo a seconda dei seguenti parametri:

Distanza.

Affidabilità.

Velocità (bps o bound).

I mezzi trasmissivi si possono classificare in tre tipologie a seconda del segnale utilizzato per

trasportare l’informazione:

Mezzi elettrici (doppini telefonici, cavi coassiali): sfruttano le proprietà dei metalli di

condurre l’energia. Il segnale trasmesso è elettrico.

Mezzi wireless (ponti radio, satelliti, raggi infrarosso): il segnale trasmesso è elettro-

magnetico; esso si propaga nello spazio e in ricezione induce una corrente elettrica nel

dispositivo ricevente.

Mezzi ottici (fibre ottiche): il segnale trasmesso è ottico (onda elettro-magnetica).

In ogni caso il fenomeno fisico utilizzato è l’onda elettromagnetica. Tale onda si propaga da

sorgente a destinazione in modi diversi a seconda del mezzo utilizzato. Nel caso dei mezzi wireless,

le onde radio si propagano liberamente nell’etere, mentre nei mezzi elettrici, come in quelli ottici, la

propagazione del segnale è guidata. Tutti questi mezzi introducono alterazioni del segnale

(attenuazione, distorsione, rumore), dovute alle proprietà fisiche dei materiali.

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MODULAZIONE

La modulazione è una tecnica di trasmissione che consente il trasporto dell’informazione lungo un

mezzo fisico (cavo, wireless, ottico): il segnale da trasmettere viene adattato al mezzo di trasmissione.

L’onda del segnale da trasmettere, la modulante (contenente l’informazione da trasmettere), viene

associata a un’onda portante che ha le caratteristiche più idonee al tipo di mezzo utilizzato.

Viceversa la demodulazione consiste nel riconvertire i segnali modulati nella loro forma originale

MEZZI DI TRASMISSIONE GUIDATI – I CAVI

I cavi costituiscono il mezzo attraverso il quale avviene il trasferimento dei dati. Tutti i tipi di cavo

devono soddisfare determinati requisiti standard, in modo che il segnale introdotto dall’apparecchio

trasmettitore giunga al dispositivo ricevitore senza subire attenuazioni e distorsioni.

I cavi di rete possono trasmettono segnali ottici od elettrici. Si possono così classificare:

locali (a bus): interni a un calcolatore,

Doppini di rame (cavo telefonico): è formato da 4 coppie di fili di rame isolati (cavi dritti o

anche detti piatti, e cavi incrociati) spessi circa 1mm ed avvolti a spirale per ridurre le

interferenze elettromagnetiche. Sono usati nella telefonia e nei collegamenti dei nodi di una

rete locale. I doppini sono anche detti doppini ritorti (twisted pair). Da questi derivano i

cavi Ethernet la cui categoria più utilizzata attualmente è la UTP cat.5.

Sono cavi half-duplex, utilizzati con la tecnologia punto a punto.

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Cavo coassiale (cavo TV): filo conduttore centrale circondato da una rete di sottili fili di rame

(calza) che funge da schermo protettivo contro le interferenze esterne. Ha una velocità di

trasmissione maggiore di quella del doppino (10 Mbps per cavi da 3 mm di diametro, fino a

200 Mbps per cavi da 15 mm di diametro); non vengono più utilizzati.

Sono cavi full-duplex, utilizzati con tecnologia broadcast.

Fibra ottica: costituita da fili di materiale vetroso (silice) trasparente alla luce, che

trasmettono a lunga distanza; hanno una larghezza di banda elevata, ridotta attenuazione di

segnale e sono immuni da interferenze elettromagnetiche. Sono impiegate nelle

telecomunicazioni a lunga distanza e anche nelle WAN e LAN.

Rappresentano la soluzione migliore in quanto:

Sottili, leggeri e poco ingombranti.

Non soggetti ad interferenze elettromagnetiche.

Grandissima larghezza di banda.

Sono adatte a collegamenti punto-punto, sono monodirezionali, per cui per trasmissioni

bidirezionali è necessario utilizzarle a coppie.

Esistono due tipi di fibre ottiche:

Multimodali: raggi diversi si rifrangono con angoli di incidenza differenti.

Monomodali: sono più costose, e utilizzano una sorgente laser che emette un fascio

luminoso che si propaga in linea retta.

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Altri: coppie simmetriche, cavi marini.

Nelle reti locali i cavi più utilizzati sono i cavi Ethernet per tratte brevi e, i cavi a fibra ottica distanze

maggiori; i cavi coassiali non vengono più utilizzati nel campo informatico ma si possono trovare

ancora negli impianti di ricezione via antenna del segnale radiotelevisivo terrestre. I doppini di rame

sono utilizzati per connettere il router/modem alla rete telefonica pubblica su cui si basa la rete

Internet.

CAVO COASSIALE

I cavi coassiali sono usati per la trasmissione in alta frequenza ed i campi di applicazione sono tra i

più svariati: dal settore militare a quello medico e delle comunicazioni - ovviamente anche per la

trasmissione video delle telecamere di sorveglianza. Il cavo coassiale è una linea di trasmissione che

permette la propagazione di un segnale elettrico. Essendo, però un elemento passivo, provoca

un’attenuazione del segnale che lo attraversa proporzionale sia alla lunghezza del cavo sia alla

frequenza d’esercizio.

Alcune caratteristiche fondamentali della linea di trasmissione sono:

Attenuazione contenuta

Buona resistenza ad eventuali sollecitazioni meccaniche

Buona protezione del segnale trasmesso da interferenze esterne

Ottima resistenza agli agenti atmosferici.

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Il cavo coassiale è costituito da un conduttore di rame centrale di spessore rilevante avvolto da un

isolante in PVC o teflon che separa il filo di rame da una gabbia metallica che realizza con buona

approssimazione una gabbia di Faraday, ovvero una schermatura verso disturbi di natura

elettromagnetica provenienti dall’esterno. Per questo motivo il cavo coassiale è largamente utilizzato

nelle comunicazioni radio-televisive, mentre nel campo delle reti di calcolatori sono ormai andate in

disuso a favore dei cavi Ethernet per brevi distanze e dalla fibra ottica su lunghe distanze.

Per molto tempo il cavo coassiale è stata la sola scelta economica da usare nella cablatura di reti locali

ad alta velocità perché rispetto al doppino garantisce una capacità di banda superiore. Gli svantaggi

di installare e mantenere un sistema in cavo coassiale includono il fatto che il cavo è complesso e

costoso da fabbricare, è difficile da utilizzare in spazi piccoli, in quanto non può essere piegato troppo

intorno ad angoli stretti, ed è soggetto a frequenti rotture meccaniche ai connettori. Va però segnalato

che è altamente resistente all’interferenza del segnale.

I cavi coassiali vengono prodotti in diverse tipologie, in funzione della frequenza e della potenza del

segnale trasportato; i valori di impedenza sono due: 50 Ohm, utilizzato per le trasmissioni digitali,

come ad esempio le prime versioni di Ethernet, e 75 Ohm, utilizzato per le trasmissioni analogiche

per la televisione e le connessioni Internet via cavo.

Il connettore utilizzato si chiama BNC.

Possiamo classificare i cavi coassiali in due tipologie sostanzialmente:

RG58, o Thin Ethernet, usati nelle LAN Ethernet in 10Base2, aventi impedenza di 50 ohm.

RG213, o Thick Ethernet, usati nelle LAN Ethernet in 10Base5, aventi anch’essi impedenza

di 50 ohm.

DOPPINO TELEFONICO

Il doppino telefonico è un mezzo di trasmissione composto da una coppia di fili di rame (coppia

bifilare) utilizzato inizialmente solo per le trasmissioni di segnali vocali (comunicazioni telefoniche)

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che ha una banda di frequenza molto ridotta, compresa tra i 300 e i 3300 Hz. Attualmente viene

impiegato anche per le trasmissioni dati da parte delle compagnie telefoniche o dei fornitori di servizi

Internet. Con la diffusione delle reti di computer, il requisito principale richiesto al mezzo trasmissivo

è stato quello di una banda passante sempre maggiore, per permettere il passaggio di segnali di

frequenza più elevata. Per questo motivo, tramite gli studi e le modifiche apportate, oggi il doppino

è in grado di supportare frequenze molto elevate, tali da permettere velocità trasmissive superiori a

100 Mbps.

I doppini hanno impedenza tipica di 100 ohm e si dividono in due tipi:

UTP.

STP.

Il doppino, anche detto UTP (Unshielded Twisted Pair, coppia ritorta non schermata), è costituito da

una coppia di conduttori di rami intrecciati (ritorti) fra loro (da cui il nome di twisted pair) per

eliminare i disturbi dovuti a campi elettromagnetici esterni.

Le caratteristiche strutturali del doppino sono andate migliorando nel tempo alzando enormemente il

throughput e andando via via a sostituire il cavo coassiale come mezzo di trasmissione nelle reti di

calcolatori.

Le due principali categorie di doppino telefonico sono: la prima, “UTP” (Unshielded Twisted Pair),

ovvero il doppino ritorto non schermato, più flessibile e resistente ed usato maggiormente nelle reti

ethernet; la seconda, “STP” (Shielded Twisted Pair), cioè il doppino ritorto schermato, che include

una schermatura metallica per ogni coppia di cavi. I parametri elettrici di qualsiasi cavo variano con

la frequenza; proprio per questo, i cavi sono classificati in varie categorie, che vanno da quelli adatti

solo alla telefonia analogica, a quelli per alte frequenze.

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Il connettore utilizzato si chiama RJ11:

CAVO ETHERNET

Il cavo Ethernet, il cosiddetto “cavo di rete o cavo LAN” deriva dal doppino telefonico ed è il mezzo

di trasmissione più utilizzato nelle reti locali per collegare i computer tra di loro o a dispositivi quali

router e modem.

È costituito da 4 coppi UTP di fili di rame di cui solo 2 realmente impiegate.

Esistono due tipologie di cavi di rete: quelli diritti che permettono di collegare il PC ai dispositivi di

rete e quelli incrociati (crossover) per collegare direttamente due PC fra loro senza passare per

dispositivi di rete intermedi.

Permettono di coprire distanze dell’ordine di 100m e velocità di 10/100 Mbps in full duplex con

protocollo Ethernet. Per raggiungere distanze superiori occorre dotarsi di ripetitori ovvero dispositivi

in grado di rigenerare il segnale al fine di estenderne la lunghezza di trasmissione.

Di recente nelle LAN si è arrivati alla velocità di 1Gbps per distanze analoghe usando cavi UTP e

cambiando l’algoritmo di trasmissione (a livello 1 della pila ISO/OSI) e utilizzando tutte e 4 le coppie

del cavo.

I connettori si chiamano RJ45:

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Ecco un possibile utilizzo del cavo telefonico e del cavo di rete per la connessione di uno o più

computer alla rete Internet tramite tecnologia ADSL:

CAVI A FIBRA OTTICA

Le fibre ottiche sono sottilissimi fili di vetro, o di plastica, ma comunque molto trasparenti alla luce,

a sezione cilindrica e flessibili, che trovano un grande impiego per la creazione di dorsali nelle

telecomunicazioni dove sono richieste alte velocità di trasmissione (nell’ordine del Gbps) molto

maggiori delle velocità dei cavi coassiali. Altre caratteristiche che fanno della fibra il miglio mezzo

di trasmissione sono legate alla insensibilità alle interferenze ed alla diafonia, ad un volume

ridottissimo e a una bassa attenuazione, per cui il segnale può viaggiare per più di 100 Km senza la

necessità di essere amplificato.

Il segnale trasmesso come detto è un segnale ottico, costituito da impulsi luminosi nel campo di

frequenza simile a quello degli infrarossi, e quindi invisibile all’occhio umano. Sono ottimi canali di

comunicazione, infatti, basta pensare che in una sola fibra ottica possono viaggiare

contemporaneamente 12000 telefonate.

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Ogni singola fibra ottica è composta da due strati di materiale trasparente concentrici di materiale

estremamente puro:

Un nucleo (core) cilindrico centrale realizzato in silice o in polimeri plastici, che trasporta i

dati sotto forma di segnale ottico da una sorgente al dispositivo di destinazione.

Il mantello (cladding) che circonda il nucleo di materiale vetroso avente indice di rifrazione

di poco inferiore a quello del nucleo. I raggi immessi nel nucleo vengono completamente

riflessi dal mantello, propagandosi nella fibra.

L’unità di misura di questi due rivestimenti è dell’ordine dei micron (un milionesimo di metro); ad

esempio se si considera una fibra ottica con due numeri, per esempio 50/125, significa che i diametri

del core e quello del cladding misurano rispettivamente 50 e 125 micron.

Possono esistere due tipologie di cavi a fibra ottica, a seconda della lunghezza del collegamento:

Fibre Multimodale. Fibra che trasporta più segnali luminosi nello stesso core. Utilizzate per

collegamenti brevi fino a 2Km. Il nucleo ha un diametro più largo di quella monomodale e

questo semplifica i collegamenti riducendo i costi avendo un’elettronica più semplice.

Fibre Monomodale. Fibra che trasporta un solo segnale ottico. Utilizzate per collegamenti

medio-lunghi (0,5-40 Km).

NB I modi identificano i possibili percorsi che un’onda ottica può percorrere attraverso lo spazio.

(vetro)

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Figura 4 - Propagazione della luce nella fibra monomodale e multimodale

All’esterno vi sono poi ulteriori guaine protettive di rivestimento e protezione, quella più esterna e

più robusta è detta jacket e serve a dare resistenza agli stress fisici e alla corrosione ed evitare il

contatto fra la fibra e l’ambiente esterno (evitando quindi le interferenze elettromagnetiche esterne).

In una canalina possono essere presenti più cavi a fibra ottica al fine di trasportare più segnali ottici:

Vantaggi nell’utilizzo della fibra ottica:

Totale immunità da disturbi elettromagnetici esterni, dato che non si impiegano materiali

conduttori e si trasportano particelle (fotoni) elettricamente neutri.

Alta capacità trasmissiva: sono operative fibre ottiche a 2 Gb/s.

Bassa attenuazione: alcuni decimi di dB / Km.

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Dimensioni ridottissime e costi contenuti.

Nella seguente figura è riportato lo schema a blocchi semplificato di un sistema di telecomunicazioni

a fibre ottiche:

Lo scopo di questo sistema è di trasmettere un messaggio e quindi sorgente e destinatario sono tra

loro collegati logicalmente. Per ottenere questo risultato si deve attuare la seguente procedura:

1. Il messaggio di natura qualsiasi viene trasformato in segnale elettrico dal trasduttore di

trasmissione.

2. Il segnale elettrico viene trasformato in segnale ottico dall’apparato di manipolazione di

trasmissione che è sostanzialmente una sorgente optoelettronica. Tipicamente si utilizzano i

diodi LED (Light Emittor Diode), dispositivi con costo ridotto, ma con basse prestazioni o

diodi LASER, sorgenti per reti con prestazioni medio-alte.

3. Il segnale ottico viene trasmesso lungo la fibra ottica che costituisce il mezzo di

comunicazione fra sorgente e destinazione.

4. Il segnale ottico viene trasformato in segnale elettrico dall’apparato di manipolazione di

ricezione che è sostanzialmente un rivelatore optoelettronico, ad esempio il diodo PIN

(Positive-Intrinsic-Negative) o il diodo APD (Avalanche PhotoDiode) detto fotodiodo

comunemente.

5. Il segnale elettrico viene trasformato nel messaggio di partenza dal trasduttore di ricezione.

6. Il messaggio di partenza è ricevuto dal destinatario.

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Confronto fra rame e fibra ottica – dati del 2010

Il rame costa 10 euro nella tratta minima di vendita e 0,60 per la posa di un metro, è un mezzo

attraverso il quale può tranquillamente passare un segnale a banda larga. È soggetto a rapida usura e

richiede costi di manutenzione della rete.

La fibra ottica costa 7 euro al metro, ma ha un costo maggiore la posa, circa 3 per la posa di un metro

di fibra.

Inoltre, nella fibra ottica, occorre considerare anche il costo per i dispositivi che consentono di

trasformare un segnale da ottico a elettrico e viceversa.

Le prestazioni della fibra ottica in termini di banda, in ogni caso, sono migliori rispetto a quelle del

doppino in rame.

Approfondimento - Legge di Snell

Il comportamento della luce all’interno di una fibra ottica può essere spiegato attraverso la “legge di

Snell”; un raggio luminoso che si propaga in un mezzo trasparente, come ad esempio il vetro, con un

indice di rifrazione (cioè il rapporto tra la velocità della luce nel vuoto e la velocità della luce nel

mezzo considerato) n1, quando incontra un altro mezzo sempre trasparente, con indice di rifrazione

n2 diverso, per esempio minore come quello dell’acqua, viene in parte riflesso e in parte rifratto. La

prima legge di Snell afferma che l’angolo incidente è uguale all’angolo riflesso, cioè il raggio

luminoso riflesso ha un angolo uguale a quello del raggio luminoso incidente. La seconda legge di

Snell, invece, afferma che il rapporto tra i seni degli angoli è inversamente proporzionale agli indici

di rifrazione dei due mezzi, ovvero [ sin(a1) / sin(a2) ] = [ n2 / n1 ]. Si deduce, di conseguenza, che

al crescere dell’angolo di incidenza, anche l’angolo di rifrazione cresce, ma più velocemente, fino a

che, quando il primo raggiunge il valore detto “angolo limite”, il secondo raggiunge il valore 90°,

eliminando così la rifrazione.

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La conseguenza della legge di Snell nelle fibre ottiche è l’esistenza di un angolo, detto “cono di

accettazione”, ovvero l’angolo massimo entro cui deve essere immesso il raggio ottico all’interno

della fibra in modo che sia garantita la propagazione per riflessioni interne senza rifrazione esterna

verso il cladding.

Vi sono poi due fenomeni di dispersione che limitano la banda passante delle fibre ottiche: la

“dispersione modale” e la “dispersione cromatica”. La dispersione modale è il fenomeno per cui

impulsi luminosi differenti, con diverso angolo incidente, seguono percorsi di lunghezza differente e

quindi anche partendo contemporaneamente arrivano all’altra estremità della fibra ottica in istanti

differenti: il segnale in uscita non riproduce, quindi, quello di ingresso in modo fedele. La dispersione

cromatica, invece, venne studiato da Newton mediante il prisma; il prisma, raggiunto da un raggio di

luce bianca, rifrange le componenti cromatiche con angoli crescenti con la lunghezza d’onda; questo

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fenomeno, per le fibre ottiche, indica cammini di differente lunghezza per raggi luminosi di frequenze

differenti.

Alla dispersione cromatica è stato posto rimedio utilizzando una sorgente di luce proveniente da un

laser, che ha uno spettro di frequenze molto piccolo: le fibre che utilizzano questa sorgente luminosa

sono dette “monomodali”, che hanno la particolarità di avere il diametro del core fortemente ridotto

per consentire la propagazione dei raggi in un solo modo. Le fibre “multimodali”, invece, trasportano

i raggi luminosi di un LED, aventi uno spettro di frequenza allargato e quindi soggette al fenomeno

della dispersione cromatica.

MEZZI DI TRASMISSIONE NON GUIDATI

Il mezzo non guidato per eccellenza è lo spazio (etere), che permette la trasmissione di segnali

elettromagnetici.

Tipologia di onde elettromagnetiche:

Onde radio (radioonde): 30 MHz - 1 GHz per le trasmissioni non direzionali, come le

trasmissioni radio o dei telefoni cellulari; 2 GHz - 40 GHz per le trasmissioni direzionali

(punto a punto) per le comunicazioni via satellite; da 300 GHz a 200 THz (infrarossi)

utilizzabile in applicazioni locali in aree limitate (perché trasmettitore e ricevitore devono

essere visibili l’uno all’altro), per esempio per connettere un telefono cellulare dotato di

modem a un computer portatile e consentire così la connessione alla rete Internet in assenza

di una tradizionale linea telefonica.

Sono utilizzate per le trasmissioni a distanza, poiché le onde radio si propagano nell’aria senza

essere assorbite, sono relativamente semplici da generare e sono sufficientemente lunghe

(λ=c/f) da propagarsi anche oltre la curvatura terrestre. Sono prevalentemente usate per le

trasmissioni radiofoniche e televisive. Per la loro grande lunghezza d'onda, le onde radio non

vengono fermate nel loro cammino da ostacoli di medie dimensioni, come le case o gli alberi

(vengono bloccate però dalle montagne, che costituiscono delle zone d'ombra), e possono

essere trasmesse a distanza perché vengono riflesse dagli strati ionizzati dell'atmosfera. I

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ripetitori intercettano le onde e le reirradiano dopo averle nuovamente amplificate, allo scopo

di far arrivare il segnale con una potenza efficace a grandi distanze. Il notevole aumento del

traffico radio ha portato all'adozione di ripetitori, posizionati su satelliti geostazionari, che

ruotano nello spazio con la stessa velocità della Terra e di conseguenza "vedono" sempre la

stessa area geografica.

Le frequenze utilizzate per le radiocomunicazioni sono comprese tra 3 kHz e 300 GHz e

all'interno di questo spettro sono ulteriormente divise in bande: le onde a bassa frequenza

(Low Frequency, LF), vanno da 30 a 300 kHz e sono usate principalmente per applicazioni

quali la navigazione aerea o navale; le onde medie (Medium Frequency, MF), da 300 kHz a

3 MHz sono usate per la radiodiffusione a modulazione di ampiezza; le onde corte (High

Frequency, HF) da 3 MHz a 30 MHz, sono utilizzate per le telecomunicazioni satellitari; le

onde ultracorte (Very High Frequency, VHF), di frequenze comprese tra 30 MHz e 300 MHz,

e le microonde (Ultra High Frequency, UHF) sono usate per la trasmissione radiofonica,

televisiva, per le trasmissioni da mezzi mobili e per i radar.

Raggi infrarossi/laser: per le trasmissioni punto a punto in aree limitate. Ricevitore e

trasmettitore devono vedersi.

Spettro delle radiofrequenze più utilizzate

Spettro delle radiofrequenze più utilizzate

DENOMINAZIONE DELLA BANDA

GAMMA DI FREQUENZE

GAMMA DI LUNGHEZZE D'ONDA

IMPIEGHI

bassa frequenza o Low Frequency (LF):

onde lunghe o chilometriche

da 30 a 300 kHz

da 10 km a 1 km

applicazioni speciali

media frequenza o Medium Frequency (MF): onde medie o ettometriche

da 300 kHz a 3 MHz

da 1 km a 100 m

radiodiffusione a modulazione

di ampiezza e radiofari

alta frequenza o High Frequency (HF):

onde corte o decametriche

da 3 MHz a 30 MHz

da 100 m a 10 m

comunicazioni a grandi e grandissime distanze

altissima frequenza o Very High Frequency

(VHF): onde ultracorte o metriche

da 30 MHz a 300 MHz

da 10 m a 1 m

televisione, radiodiffusione a modulazione di frequenza, ponti radio, radar

frequenza ultra alta o Ultra High Frequency

(UHF): microonde o onde

decimetriche

da 300 MHz a 3 GHz

da 1 m a 10 cm

Nel campo delle comunicazioni dati, ogni computer della rete deve avere un’antenna per

inviare/ricevere dati. Per grandi distanze si usa la tecnologia dei cellulari (4G, 5G), o dei satelliti.

I mezzi di trasmissione, quindi, si possono così classificare:

Terrestri (antenne e ponti radio).

84


Spaziali (wireless, satelliti).

Vantaggi:

L’assenza di cavi consente il facile trasporto dei calcolatori senza perdere la connessione.

Svantaggi:

A causa delle interferenze nell’etere, i segnali possono subire distorsioni; questo produce un

abbassamento della velocità di trasmissione, che risulta più lenta di quella con cavo (anche se

con le nuove tecnologie in divario si è ormai colmato).

Problemi di protezione: occorre rendere sicura la rete mediante chiavi di protezione.

Elementi chiave

Tasso di trasmissione

Distanza da coprire

Rete satellitare

La rete satellitare è una rete di telecomunicazione a radiofrequenza per la comunicazione a distanza

di informazione attraverso collegamenti radio satellitari tra stazioni ricetrasmittenti a terra e satelliti

artificiali in orbita sotto forma di ponti radio satellitari, radiodiffusioni, telediffusioni e sistemi di

radiolocalizzazione e navigazione. Esse trovano oggi ampia applicazione nel campo delle

telecomunicazioni (telefonia, televisione e telematica), nella navigazione marittima e nel campo

militare.

DISPOSTIVI HW DI UNA RETE

I dispositivi di rete sono nodi che nelle reti informatiche hanno funzionalità esclusivamente orientate

a garantire il funzionamento, l’efficienza, l’affidabilità e la scalabilità della rete stessa. Non sono di

norma dei calcolatori, anche se un calcolatore può fornire alcune di queste funzionalità, soprattutto ai

livelli superiori del modello ISO/OSI.

Essendo apparati attivi, il loro funzionamento dipende da una fonte di energia, che normalmente è

l’energia elettrica. Elenchiamo gli apparati di rete conosciuti e analizziamo in dettaglio le loro

caratteristiche anche in riferimento al livello della pila ISO/OSI in cui lavorano e descrivendo in

particolare per alcuni di essi e sono in grado di delimitare i domini di collisione e i domini di

broadcast:

Scheda di rete

Modem

Ripetitore

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Hub

Bridge

Switch

Router

Access Point

Gateway

Firewall

Hub, Bridge, Router, Gateway

Esistono molti dispositivi hardware che servono per costruire le reti, ma quelli di maggiore interesse

sono l’hub, il bridge, il router e il gateway.

Questi sono dispositivi che consentono di interconnettere tra loro due o più reti, permettendo:

L’estensione della lunghezza della rete LAN.

Il passaggio dalla topologia fisica a BUS a quella a stella.

La connessione e la comunicazione tra host non connessi direttamente tra loro.

Nella seguente figura è illustrato il posizionamento dei dispositivi e degli elementi principali nella

pila ISO/OSI.

Scheda di rete o modem

Se si vogliono inviare dati digitali da un PC ad un altro PC:

Della stessa rete: dobbiamo utilizzare una scheda di rete che adatta i dati al mezzo di

trasmissione (cavo di rete).

Di un’altra rete raggiungibile attraverso Internet: dobbiamo utilizzare il modem che adatta i

dati al mezzo di trasmissione (cavo telefonico).

Router

Gateway

Gateway

Gateway

Gateway

Bridge

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LA SCHEDA DI RETE

La scheda di rete (detta Network Interface Card in inglese e siglata NIC) costituisce l’interfaccia tra

il computer e il cavo di rete. Consente l’adattamento dei dati, da inviare lungo la rete di calcolatori,

al mezzo fisico di trasmissione. La scheda di rete ha un numero che lo identifica in modo univoco

all’interno della rete: indirizzo fisico, o MAC address.

IL MODEM

I modem (MOdulatore DEModulatore) consentono di trasformare il segnale digitale proveniente da

un’interfaccia seriale in un segnale analogico che venga trasmesso su canale limitato in banda sia

inferiormente che superiormente. Il modem, quindi, consente di trasformare il segnale digitale

generato dal computer in un segnale analogico compatibile con la linea telefonica.

Normalmente viene utilizzato il canale telefonico.

Dispositivo attraverso il quale due PC possono dialogare a distanza attraverso una normale linea

telefonica. Opera la conversione di segnali digitali (caratteristici dei PC) in analogici (caratteristici

delle linee telefoniche) e viceversa, affinché siano trasportabili da una linea analogica pensata per la

trasmissione della voce (PSTN).

Dispositivo che collega il computer a una linea telefonica, in modo da consentire di mettersi in

collegamento, tramite la linea telefonica, con altri modem collegati a macchine remote.

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IL RIPETITORE E L’AMPLIFICATORE DI SEGNALE

Ricordiamo che un messaggio, in una rete di calcolatori, viene trasmesso sotto forma di segnale

elettrico. Per evitare problemi di attenuazione, sfasamento, e distorsione del segnale, si collegano

diversi segmenti tramite questi ripetitori (repeater) che consentono di rigenerare il segnale elettrico,

amplificandolo in modo da percorre tratte più lunghe senza che si degradi. Genericamente permettono

di raddoppiare la tratta (da 500 m a 1000 m), ma la limitazione è che non se ne possono mettere più

di 4 in cascata.

Lavorano al livello 1 - Fisico della pila ISO/OSI, ma non prevedono alcun meccanismo di gestione

dei dati, pertanto non delimitano né i domini di collisione né quelli di broadcast.

L’HUB

L’HUB (concentratore o ripetitore multiporta) è un nodo smistatore di segnali elettrici caratterizzato

da un certo numero di porte; ad ogni porta si può connettere un host; permettono quindi

l’interconnessione di più nodi fra di loro, formando una rete a stella (il cui centro stella è proprio

l’hub). Esso si limita a inviare i messaggi (segnali), ricevuti da uno dei PC collegati a tutti gli atri PC

connessi allo stesso hub.

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I dati in arrivo da un host vengono inoltrati (ritrasmessi) a tutti gli altri host connessi al hub

stesso.

L’informazione, può essere quindi letta anche dagli host non destinatari, causando un grave problema

di protezione e un alto traffico di informazioni (e con elevata probabilità di collisioni dei dati).

L’HUB funziona da concentratore di host in un singolo nodo (rete a stella). Nell’hub i dati entrano in

una “porta”, vengono replicati ed instradati verso tutte le altre porte (tranne quella di provenienza).

Viene usato come centro-stella e consente di connettere le periferiche e di estendere le connessioni di

rete. Concentra i collegamenti in un singolo nodo (centro-stella). È utilizzato nelle Reti Ethernet 10

Base-T e 100 Base-T. Nessun meccanismo decisionale sui dati infatti, i dispositivi connessi all’hub

ricevono tutto il traffico che vi viaggia attraverso senza implementare alcuna logica intelligente.

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In riferimento al modello ISO/OSI, di cui parleremo più avanti, si dice che questo dispositivo opera

a livello 1 (Fisico). In pratica l’HUB si limita a considerare il traffico di rete come una sequenza di

valori binari 0 e 1 (bit), senza attribuire ad essi nessun significato e senza effettuare nessuna

elaborazione (non riconosce gli indirizzi di rete necessari ad identificare un nodo della rete). L’HUB

può funzionare in due modi:

1. Passivo. Nella versione più economica, hub passivo, esso svolge solo funzioni di

concentratore di connessione fisiche (è costituito solo da collegamenti elettrici); non rigenera

il segnale e non necessita di alimentazione.

2. Attivo. Un hub attivo svolge anche funzioni da repeater (rigenera il segnale) e necessita di

alimentazione. Esistono anche i cosiddetti smart hub cioè un hub attivo dotato di

microprocessore e capacità diagnostiche.

LO SWITCH

Lo switch (bridge multiporta) svolge la stessa funzione del HUB, ma è più sofisticato e intelligente:

hub intelligente. Questo fatto permette allo switch di incrementare le performance della rete (velocità

e bandwidth o ampiezza di banda). Anche lo switch è costituito da un certo numero di porte ma è

migliore del HUB, in quanto invia i dati solo alla porta specifica del destinatario, sulla base delle

informazioni contenute nell’header (intestazione); cioè leggendo nell’intestazione l’indirizzo della

scheda di rete (MAC Address) del destinatario è in grado di spedire i dati solo ad esso. Rimanendo,

però, sempre nell’ambito locale (rete locale LAN).

Lo switch opera a livello 2 (Collegamento Dati – Data Link) della pila ISO/OSI ed è in grado di

"imparare" gli indirizzi MAC dei computer ad esso collegati sulle varie porte, aggiornando via via

una propria tabella interna (detta MAC table o Switch Lookup Table) salvata su una memoria RAM

interna. Ciò gli consente, a differenza dell'hub, di evitare di inviare i messaggi a tutti i destinatari, con

un notevole miglioramento dell'efficienza della rete.

In questo modo stabilisce una connessione temporanea tra sorgente e destinazione, chiudendola al

termine del collegamento. Due nodi possono quindi comunicare attraverso lo switch come se questo

non ci fosse. In questo modo più frame possono attraversare contemporaneamente lo switch, senza

avere una riduzione della banda totale disponibile.

Quindi, offrono una larghezza di banda maggiore ai nodi, perché la banda non è condivisa, ma

dedicata: se si tratta di 10 Mbps, ogni nodo ha i propri 10 Mbps, da non dividere con nessun altro

nodo. Esempio: lo switch è come un centralino telefonico intelligente e multilinea, dove è possibile

90


chiamare solo la persona desiderata (senza far squillare tutti gli altri telefoni) e dove non si verificano

ingorghi” in caso di eccessivo traffico: la linea è sempre libera.

Quando il PC A invia un messaggio (Ethernet frame), lo switch memorizza nella sua tabella interna

il MAC address e la porta su cui è collegato il PC A. Allo stesso modo, quando giunge una risposta

da un altro PC di rete, lo switch memorizzerà anche il suo MAC address nella propria tabella. Dopo

un breve periodo di apprendimento dunque lo switch arriva a conoscere la struttura della rete di cui è

il centro. Si noti che durante il periodo di apprendimento, lo switch si comporta a tutti gli effetti come

un hub (cioè non conoscendo gli indirizzi dei computer ad esso collegati, invia i messaggi ricevuti in

broadcast a tutti).

Lo switch può migliorare di molto le performance di una rete, riducendo il numero di collisioni e

rendendo più estendibile geograficamente la LAN stessa.

Un caso particolare di switch è il bridge: il bridge è uno switch a due porte, utilizzato per connettere

due sottoreti.

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IL BRIDGE

È uno switch dotato di due sole porte. I bridge generalmente servono per connettere fra loro due LAN

(o due segmenti di una LAN) e per questo motivo è detto bridge (ponte) in quanto fa da ponte fra

una rete ed un’altra, con tecnologie differenti (per esempio Ethernet-Anello) mantenendo separati

i domini di collisione, e ottimizzando il traffico fra le due reti. Il bridge ha il compito di mantenere il

traffico confinato nelle due reti locali tranne che per quei pacchetti che spediti da un nodo di una rete

sono destinati ad un nodo dell’altra.

Il throughput attraverso il bridge è maggiore della più veloce tra le due reti locali ad esso connesse.

Fisicamente un bridge può essere costituito da un PC con due schede di rete e corredato da un software

dedicato.

Il bridge, come lo switch, opera a livello 2 (data link) della pila ISO/OSI.

IL ROUTER

92


Abbiamo visto come hub e switch consentano di realizzare reti locali, connettendo insieme più host

in una LAN. In particolare l'hub è un semplice ripetitore di segnali, mentre lo switch è in grado di

riconoscere il MAC address dei computer ad esso collegati.

Nessuno dei due dispositivi tuttavia riconosce gli indirizzi IP. Questo limita l'uso di hub e di switch

all'interno di LAN, dove tutti gli host appartengono alla stessa rete. Quando si vogliono connettere

fra loro reti diverse occorre usare dispositivi più complessi, detti router (letteralmente instradatori).

Il router lavora al livello 3 (Livello di rete) del modello ISO/OSI ed è in grado di modificare i pacchetti

scambiati. Esso pertanto svolge vere funzioni di elaborazione.

La tabella seguente fornisce un rapido riassunto delle funzioni dei tre dispositivi citati:

Dispositivo Descrizione e funzioni Indirizzi

usati

Hub Lavora a livello fisico, nessun software -

Switch E' in grado di riconoscere gli indirizzi MAC degli

host collegati MAC

Router

E' un vero e proprio dispositivo programmabile, cioè

un computer dotato di sistema operativo e relativi

comandi, con memoria interna RAM

IP

I router, più sofisticati ma più lenti dei bridge e degli switch, sono degli instradatori di dati che

utilizzano un indirizzo di pacchetto più completo per determinare il nodo intermedio successivo che

deve ricevere il pacchetto: l’indirizzo IP: si occupano di instradare i messaggi da una sottorete a

un’altra sottorete. Esso costituisce un componente essenziale per mettere in comunicazione due reti

diverse. I nodi di smistamento della rete Internet sono realizzati mediante router.

Prendono decisioni più critiche su come instradare i pacchetti ricevuti verso altre reti, in base a tabelle

di instradamento. Questa tabella consente ai router di conoscere quali sono le tratte ad esso connesse

e di stabilire quale sia la via migliore per far giungere a destinazione il pacchetto.

Il router, quindi, è un dispositivo in grado di reinstradare un pacchetto in una rete di tipo geografico

e, è dotato di una potenza di calcolo superiore ai bridge, perché deve elaborare algoritmi di routing

per reti che vanno dalla decina di nodi alle migliaia.

Si osservi come esempio la figura seguente:

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I dispositivi A e B possono essere, a seconda dei casi, hub oppure switch. Invece il dispositivo C deve

necessariamente essere un router, in quanto connette fra di loro le due reti locali A e B (e, come indica

la freccia uscente verso il basso, potrebbe ancora essere connesso a un'altra rete, magari alla rete

Internet).

Dal punto di vista fisico i router non sono altro che sistemi di elaborazione dedicati ad un solo scopo

cioè indirizzamento/instradamento di pacchetti e quindi possono essere normali computer che fanno

girare un software apposito o dispositivi (hardware e software) specializzati a questo solo scopo.

Racchiudono un po’ tutte le funzionalità degli altri apparati di rete esistenti come concentratori,

ripetitori, convertitori di dati, gestori di traffico. Inoltre estendono segmenti di reti locali su aree più

estese (WAN). Un router dispone di interfacce sia di tipo LAN

che WAN e può così estendere segmenti di reti locali su aree più estese (WAN). Viene utilizzato

all’interno di una LAN per scopi di segmentazione ed in un contesto WAN come dispositivo di

interconnessione e interfacciamento su tecnologie diverse. Svolge le due funzioni fondamentali:

1. Best path determination e

2. Switching dei frames sull’interfaccia opportuna.

I routers svolgono le informazioni sopra indicate mediante opportune tabelle di routing costruite

staticamente (ad esempio amministratore di rete) oppure dinamicamente (routing protocols).

All’interno delle LAN, i router consentono di contenere i domini broadcast, forniscono servizi di

risoluzione degli indirizzi locali (tramite ARP) e possono segmentare la rete utilizzando il subnetting

(sotto rete). Il router è il primo apparato di rete che lavora a livello 3 (Rete) della pila ISO/OSI perché

è quello che effettua il routing cioè analizza i pacchetti cioè di indirizzi IP. L’operazione di routing,

a differenza dell’operazione di switching, decide in base alle informazioni di livello 3 (rete) e cioè di

indirizzi IP, nello specifico gli arrivano sull’interfaccia dei bit, il livello 1 diventa livello 2, il livello

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2 vede il frame ethernet e arriva sull’interfaccia ethernet, tira fuori il pacchetto IP, il livello 3 legge il

campo destinazione e deve inviarlo ad un’altra interfaccia. Questa operazione si chiama routing

perché la decisione su quale interfaccia di uscita inviare un pacchetto in funzione dell’IP di

destinazione viene fatta su in informazione di livello 3 (rete). Routing significa decidere quale strada

fare prendere ad un pacchetto in base alle informazioni di livello 3 (rete). Ovviamente il router oltre

a fare routing fa anche swtiching cioè generare un frame e di mandarlo da una porta all’altra. Esistono

anche le cosiddette tabelle di routine nelle quali l’indirizzo IP identifica numericamente un post, il

router deve essere quindi capace in funzione dell’indirizzo ip di destinazione di sapere a capire dove

sta la rete e mandare il pacchetto. Quindi il processo di routing significa decidere di essere in grado

di guardare nella tabella di routing e prendere una decisione. Il processo di routing è quella capacità

del router di prendere un pacchetto, spacchettarlo, decidere ed inviarlo. Se si vuole aggiungere

sicurezza si possono inserire dei filtri, non fare andare determinate sorgenti verso determinate

destinazioni, non fare tornare un certo tipo di traffico (ad es. abolire le operazioni di telnet, etc).

NB Gli algoritmi di routing tipo distance vector e link state pack tendono a fornire al router delle

informazioni riguardanti i nodi adiacenti al router in oggetto e a far sì che, nel caso di modificazioni

della rete dovute el malfunzionamento di una parte di essa, il router possa ricalcolare le tabelle di

instradamento per trovare strade alternative a quelle usate in precedenza.

Nelle reti il router si occupa solitamente del traffico verso l’esterno della rete locale, ad esempio per

un collegamento a Internet.

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ACCESS POINT

L’Access Point (AP) è un apparecchio elettronico che si collega alla rete cablata attraverso il router

per permettere l’estensione della rete a dispositivi Wireless.

L’Access Point è un ricetrasmettitore che usa onde radio per connettere reti cablate con dispositivi

wireless o reti esclusivamente wireless. Nel primo caso viene collegato fisicamente alla rete su una

porta del router, del bridge o dello switch mentre nel secondo caso svolge funzioni analoghe a uno

dei dispositivi citati.

È anche possibile collegare tra di loro più Access Point per poter estendere la comunicazione

mediante il roaming o consentire la realizzazione di reti di grandi dimensioni.

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Un’altra caratteristica dell’Access Point è quella di utilizzare più frequenze per comunicare con i

client onde evitare interferenze dato il numero limitato di frequenze disponibili.

MODEM ROUTER

Il tipo più semplice di router è il cosiddetto modem-router utilizzato nelle reti domestiche.

Questi router incorporano spesso funzionalità di Access Point per le reti WiFi e di modem per la

connessione a Internet.

Come abbiamo già visto, in realtà questo dispositivo comprende al suo interno anche uno switch (per

la connessione in rete locale di più computer), un WAP (Wireless Access Point) per l'accesso alla rete

WIFI e un modem per il trasferimento fisico dei dati sulla linea ADSL:

In questo tipo di dispositivi il router si occupa di collegare la rete LAN domestica con la rete Internet,

permettendo agli indirizzi IP privati di trasformarsi in IP pubblici. Inoltre, come mostra la figura qui

sopra, spesso questi dispositivi implementano anche un server DHCP.

GATEWAY

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Se si vogliono connettere fra di loro reti progettualmente diverse (con protocolli diversi) il router non

è in grado di instradare i pacchetti. In questo caso si deve ricorrere a speciali dispositivi, detti

gateway, che oltre ad instradare i pacchetti da una rete all’altra, effettuano le operazioni necessarie

per rendere possibili tali trasferimenti (traduzione dei protocolli).

Come già detto, il gateway opera a livello di rete o superiori della pila ISO/OSI e il suo scopo

principale è quello di veicolare i pacchetti di rete all’esterno della rete locale (LAN), o più in generale

verso altre sottoreti, realizzando la separazione dei domini di broadcast.

Nelle reti più semplici è presente un solo gateway in grado di inoltrare il traffico diretto all’esterno

verso la rete Internet. In reti più complesse in cui sono presenti parecchie sottoreti (subnet), ognuna

di queste fa riferimento ad un gateway che si occuperà di instradare il traffico dati verso le altre

sottoreti o a rimbalzo ad altri gateway.

Il gateway ha le seguenti caratteristiche:

Opera a livello 3 (rete) o superiore della pila ISO/OSI.

Veicola i pacchetti all’esterno della rete LAN.

Mentre il router instrada il gateway si preoccupa di tradurre i protocolli tra due reti diverse

(es rete locale e rete Internet).

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Per esempio con il comando IPCONFIG/ALL dal prompt dei comandi (CMD) possiamo visualizzare

la schermata indicante alcune caratteristiche della rete, come per esempio l’indirizzo IP del Gateway,

del DHCP, etc:

Nel seguente esempio possiamo osservare l’utilità del Gateway di permettere l’instradamento dei dati

da una rete locale LAN alla rete Internet.

ANALISI DELLE DIFFERENZE FRA HUB, SWITCH, ROUTER E GATEWAY

Concludiamo riassumendo in questa tabella le differenze fra i principali dispositivi di

interconnessione in riferimento ai livelli dell’architettura ISO/OSI:

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Dispositivo Instradatore di pacchetti

Gateway Verso reti eterogenee di livello 3

Router Verso reti eterogenee di livello 2 (es: X.25, Frame Relay o ATM)

Switch Verso reti eterogenee di livello 1 (es: Ethernet, Token Ring, Bus)

Hub Verso tutti gli host connessi alla stessa rete

Uno switch è un apparato di livello due (della pila ISO/OSI) che permette di fare commutazione dei

frame, ossia di inviarli con consegna diretta verso le destinazioni collegate direttamente ad una

sottorete fisica di cui lui stesso fa parte usando l'indirizzo MAC. Esso può servire quindi per estendere

una certa LAN interconnettendo sue spezzoni di rete che hanno lo stesso indirizzo di rete.

Inoltre, a differenza di un Hub che è un apparato di primo livello (fisico), uno switch permette di

separare i flussi di informazioni evitando le collisioni dei pacchetti. L’hub trasmette o ripete tutte le

informazioni che riceve, a tutte le porte, generando traffico di rete superfluo e collisioni. Gli hub

possono essere impiegati in piccole aziende con pochi computer, altrimenti occorre necessariamente

utilizzare gli switch al fine di ridurre il traffico migliorando le prestazioni della rete. Quando più

utenti cercano di trasmettere informazioni contemporaneamente, in un HUB si generano le cosiddette

"collisioni" (con conseguente ritrasmissione dei dati e quindi utilizzo inutile di banda) mentre in uno

switch le collisioni sono molto più limitate. Con uno switch possono essere create Virtual LAN

(VLAN) utili per suddividere la rete in tante parti e per limitare il traffico di broadcast mentre negli

HUB non è possibile farlo. Negli Switch si possono definire politiche di sicurezza e monitoraggio

sulle singole porte, mentre negli Hub no.

Un router è invece un apparato di livello 3 che permette principalmente di fare instradamento dei

pacchetti, ossia di decidere da quale porta far uscire un pacchetto che gli è arrivato se vuole farlo

arrivare a destinazione in base all'indirizzo IP di destinazione. Per conoscere le destinazioni e decidere

i percorsi utilizza degli appostiti protocolli di routing oppure usa impostazioni manuali.

Collisioni

Una collisione su una risorsa avviene quando due o più host accedono al mezzo nello stesso istante

di tempo per cui i dati vengono persi. Le collisioni causano inefficienza della rete, interruzione delle

trasmissioni per un certo periodo di tempo (variabile secondo l’algoritmo di Backoff del particolare

dispositivo di rete).

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La collisione è la sovrapposizione di due o più segnali che produce come effetto un segnale

distorto in ricezione, costringendo il sorgente a ritrasmettere il messaggio (dopo un tempo

casuale).

Domini di collisione

Il dominio di collisione è una porzione di rete, costituita da un insieme di host (nodi) che possono

competere fra loro per accedere allo stesso mezzo di comunicazione. Se due nodi trasmettono

contemporaneamente si verifica una collisione.

Un nodo, quindi, se trasmette mentre il canale risulta giù occupato da un’altra trasmissione in corso,

si ha una collisione.

Quanto più è ampio un dominio di collisione, cioè maggiore è il numero di computer in competizione

per l’accesso allo stesso mezzo, tanto più probabili sono le collisioni e, quindi anche il decadimento

della velocità di trasmissione all’interno del dominio.

NB Come abbiamo visto, poiché dispositivi come repeater e hub si limitano a inoltrare ogni

trasmissione ricevuta a tutti i nodi cui sono collegati, espandere una rete tramite simili dispositivi può

portare a creare domini di collisione sempre più ampi e quindi meno efficienti.

Dispositivi come switch e bridge, invece, possono essere usati per suddividere un dominio di

collisione in parti più piccole, riducendo le collisioni possibili e quindi aumentando l’efficienza di

utilizzazione del mezzo trasmissivo condiviso. Infatti, quando due nodi comunicano attraverso uno

switch, questo crea una sorta di mezzo trasmissivo dedicato fra i due nodi, su cui essi possono

trasmettere senza disturbare le trasmissioni fra gli altri nodi, né esserne disturbati. Si avranno

collisioni solo nel caso in cui, mentre lo switch mette in comunicazione due nodi, altri nodi vogliano

comunicare proprio con questi.

Domini di broadcast

Il dominio di broadcast è un insieme di host (nodi) di una rete in cui se un nodo trasmette una trama

(frame) all’indirizzo MAC di broadcast tutti gli altri nodi ricevono la trama.

I gateway (dall’inglese, portone, passaggio), particolari router della rete (che lavorano al livello 3 –

rete – e superiori del modello ISO/OSI), sono in grado di spezzare i domini di broadcast, ovvero non

fanno passare i pacchetti broadcast.

L’utilizzo dei gateway quindi risulta importante da parte degli amministratori nel caso in cui la rete è

di grandi dimensioni. La rete viene suddivisa in sottoreti interconnesse attraverso dal gateway. Questa

101


strategia ha come effetto non trascurabile di ridurre il traffico di rete facilitandone la gestione e

l’amministrazione.

Domini di collisione VS domini di broadcast

In generale il concetto di dominio di collisione è in qualche modo legato a quello di dominio di

broadcast: un dominio di collisione è anche un dominio di broadcast, ma non vale il viceversa ovvero

un dominio di broadcast non è detto che sia anche un dominio di collisione dipendendo strettamente

dalla topologia fisica della rete. In una topologia a bus condiviso i due domini coincidono sempre, in

una topologia a stella con switch è presente un solo dominio di broadcast e nessun dominio di

collisione, essendo assente qualsiasi tipo di collisione.

I dispositivi, quindi, in grado di separare i domini di collisioni sono tutti quelli che lavorano dal livello

2 in su del modello ISO/OSI, cioè il bridge, lo switch, il router e il gateway. Gli hub invece non

riescono a separarli e causano traffico.

I dispositivi, invece, in grado di separare i domini di broadcast sono tutti quelli che operano dal livello

3 in su cioè il router e il gateway. Gli hub, i bridge e gli switch non sono in grado di fare tale

separazione.

Un dominio broadcast è un insieme di domini di collisione connessi tra loro con periferiche di livello

2 e delimitato da dispositivi di livello 3 (un pacchetto, per essere forwardato, deve avere un indirizzo

IP al di fuori della LAN ed il router deve conoscere la strada per la destinazione remota). Quando un

nodo ha bisogno di comunicare con tutti gli host della rete manda un frame broadcast, ovvero con

MAC Address di destinazione 0xFFFFFFFFFFFF; ogni NIC riceve il frame e risponde al traffico

broadcast. I dispositivi di livello 2 devono propagare (flood cioè inondare) tutto il traffico broadcast

e multicast. Le periferiche di livello 3 (Router) non propagano le collisioni (not-forwarding) spezzano

domini di collisioni in domini più piccoli differentemente dai dispositivi di livello 2, e controllano

anche i domini di broadcast (broadcast domain).

PARAGONE – I SASSI NELLO STAGNO

Facciamo un paragone per meglio comprendere il significato di dominio di collisione.

Si immagini il pacchetto spedito come le onde generate quando si lancia un sasso nello stagno. Fin

dove arriva lo stagno queste onde si propagano e quindi lo stagno è il dominio di collisione. Se quindi,

più persone lanciano sassi nello stagno le onde prodotte si intersecano e si generano distorsioni

102


d’onda. Occorre evitare che i lanci vengano fatti nello stesso istante. Più persone ci sono che vogliono

lanciare sassi e più tempo occorre aspettare perché arrivi il proprio turno di lancio del sasso.

Separando lo stagno in due zone a scompartimento stagno, equivalente a mettere bridge che fa da

ponte fra due reti creando la separazione dei domini di collisione, i sassi lanciati in una zona

genereranno onde che non andranno ad influenzare quelle generate dai sassi lanciati nell’altra zona.

In questo modo si possono lanciare più sassi contemporaneamente senza avere distorsioni.

NB Lo switch estremizza la funzione del bridge, ovvero crea tanti domini di collisione quante sono

le sue porte.

ESEMPIO

Data la seguente rete a stella estesa in cui ogni sottorete è interconnessa mediante HUB, individuare

il numero di domini di collisione.

L’HUB non essendo in grado di separare i domini di collisione, quando gli arriva un pacchetto (che

interpreta come una sequenza di bit) lo inoltra su tutte le sue porte (compresa quella a cui è connessa

la tratta da cui è arrivato il pacchetto).

La rete dell’esempio è quindi un unico dominio di collisione.

Cosa succede se l’host A manda un messaggio a B e poi a D?

C

103


Cosa succede se contemporaneamente A e B inviano dati a C?

Sostituiamo ora l’HUB nel nodo radice con uno switch:

Si creano tre domini di collisione tanti quante porte ha lo switch.

ESERCIZIO

Individuare i domini di collisione nella seguente rete:

C

104


ESERCIZIO

Individuare i domini di collisione nella seguente rete:

RIASSUNTO SULL’UTILIZZO DEI DISPOSITIVI DI RETE

Per creare una LAN (rete locale), collegando PC, stampanti e altri componenti di Rete che si trovino

in una stanza o in stanze vicine, si utilizzano

Hub

- Livello 1

- Accentra il segnale

- Soluzione a basso costo e basse prestazioni

Switch

- Livello 2

- Commuta il segnale in maniera mirata verso punti giusti, riconoscendo gli indirizzi

MAC delle schede di rete contenuti nelle trame

- Soluzione a costo maggiore e migliori prestazioni

Per collegare tra loro più reti LAN dello stesso tipo (reti Ethernet, reti Token Ring…) e formarne una

più grande, si utilizzano

Bridge

- Livello 2

- Commuta il segnale e smista il traffico tra le reti, riconoscendo gli indirizzi MAC delle

schede di rete contenuti nelle trame

- Soluzione a basso costo e basse prestazioni

Router

- Livello 3

105


- Commuta il segnale e smista il traffico tra le reti, riconoscendo gli indirizzi IP

all’interno dei pacchetti

- Può collegare tipi di rete differenti


Per collegare tra loro più reti LAN di tipo differente (Ethernet, Token Ring, ATM, Internet, etc.) si

utilizza

Router

- Livello 3

- Commuta il segnale e smista il traffico tra le reti, riconoscendo gli indirizzi IP

all’interno dei pacchetti

- Può collegare tipi di rete differenti


Il nodo che collega una rete LAN e l’esterno (ad esempio Internet) è genericamente detto

Gateway

- Livello 7

- Si appoggia alle funzioni del router per smistare il traffico

- Se incorpora funzioni di protezione sul contenuto dei pacchetti potenzialmente

dannosi (virus, hackers…) è detto Firewall

- Se incorpora funzioni di filtraggio sul contenuto dei pacchetti in base al servizio

richiesto (accesso ai siti, messaggistica istantanea, file sharing…) è detto Proxy

- Solitamente le funzioni di Router, Firewall e Proxy coesistono nello stesso dispositivo

Gateway

106


RETE DI TELECOMUNICAZIONI

Negli ultimi anni si è assistito ad una convergenza tecnologica tra le reti di calcolatori (soprattutto le

reti MAN e WAN) e le reti di telecomunicazione (quelle utilizzate per la telefonia).

Una rete di comunicazione è l’insieme delle apparecchiature hardware che consentono la connessione

tra loro di due o più host (calcolatori, smartphone, tablet, etc.) attraverso differenti tecnologie al fine

di poter usufruire di servizi e risorse che la rete stessa mette a disposizione. Il classico esempio di rete

di comunicazione è la rete che connettere il nostro computer di casa alla rete Internet attraverso un

modem router ADSL.

In una rete di comunicazione possiamo distinguere le seguenti due parti:

Rete di dorsale (backbone).

Rete di accesso (local loop).

RETE DI DORSALE – BACKBONE

È la parte centrale della rete di telecomunicazioni destinata alla interconnessione delle sedi (PoP,

Point of Presence) di un fornitore di servizi di telecomunicazione (per esempio Telecom Italia).

Esempi di reti di dorsale sono le reti metropolitane e geografiche dei diversi ISP (Internet Service

Provider).

Con il termine Dorsale Internet (Internet Backbone) si intende descrivere tutte quelle vie di

comunicazione che connettono tra di loro grandi segmenti strategici della Rete attraverso i Core

Router. Questi sono Router di grandi dimensioni e capacità, in grado di mettere in contatto tra loro le

diverse tratte della Rete di telecomunicazione globale che utilizzano differenti protocolli di

comunicazione.

107


Queste autostrade della Rete sono gestite, a seconda dei casi, da enti governativi, accademici o

commerciali e permettono, per mezzo dei cosiddetti Internet Exchange Point (traducibile con “punti

di interscambio” in italiano), che il traffico di dati di Rete fluisca liberamente tra nazione e nazione,

tra continente e continente. Questo sistema può essere equiparato a quello della spina dorsale negli

esseri umani, che trasmette e riceve informazioni neurali a e da molte altre parti del corpo in maniera

efficiente e organizzata.

L’infrastruttura della dorsale

L’architettura dominante e consolidata è basata sulla fibra ottica.

La “struttura portante” di ogni dorsale è costituita da una serie di cavi in fibra ottica intrecciati tra

loro per aumentarne capacità e portata. In gergo tecnico queste vengono chiamate linee principali e

se ne possono contare diverse decine per ogni portante.

La scelta della fibra ottica è facilmente spiegabile. A differenza di altri mezzi di trasmissione utilizzati

in ambito web, la fibra garantisce alte velocità di trasmissione legate ad una banda di trasporto dati

sufficientemente ampia per i compiti richiesti; il segnale ottico che viaggia attraverso i cavi vetrosi

subisce una bassa attenuazione e non ha bisogno di moltissimi ripetitori di segnale per coprire lunghe

distanze; sono totalmente immuni al fenomeno dell’intonazione o rumore e ad altre forme di

interferenza elettromagnetica, che invece affliggono i mezzi di trasmissione elettrici (come il doppino

di rame).

Le maggiori dorsali mondiali si trovano sott’acqua. Più precisamente sul fondale dell’Oceano

Atlantico, a connettere il continente Nordamericano con l’Europa. Anche altre parti del mondo, però,

stanno conoscendo un notevole sviluppo (sia nella capacità di trasmissione dei dati sia nell’estensione

e nella copertura del territorio) delle dorsali. L’Onu, per mezzo dell’Escap (Economic and Social

Commission for Asia and the Pacific, Commissione economica e sociale per l’Asia e il Pacifico), ha

pubblicato una mappa interattiva della macroregione Asia-Pacifico per svelare i percorsi e i transiti

di queste autostrade dell’informazione:

http://www.itu.int/itu-d/tnd-map-public/

L’obiettivo è ottimizzare e favorire gli investimenti per lo sviluppo in quelle aree non coperte dalle

dorsali digitali e, per questo, tagliate fuori dalla comunicazione telematica con il resto del mondo.

Per combattere il digital divide e portare Internet in zone inaccessibili, recentemente sono state

realizzate nuove tecnologie che consentono di navigare in Rete sfruttando la connettività senza fili

supportata da un’infrastruttura di satelliti orbitanti intorno alla Terra. Si parla di Internet Satellitare.

http://www.itu.int/itu-d/tnd-map-public/

108


I moderni sistemi satellitari sono basati su costellazioni geostazionarie (orbitanti a circa 36.000 Km

dalla superficie terrestre), capaci di offrire un’ottima copertura della superficie terrestre e velocità

Internet superiori alla media: sfruttando la banda Ka (in inglese K-above band, banda K superiore),

infatti, l’Internet satellitare può raggiungere una velocità teorica di 50 Mbps (contro i circa 20 Mbps

della classica ADSL, ad esempio).

L’intera infrastruttura che garantisce la connettività a Internet via satellite si basa su tre elementi:

Il satellite.

Le stazioni terrestri chiamate NOC (Network Operations Center), grossi router aventi il

compito di collegare l’infrastruttura spaziale a Internet.

La parabola e un modem ad essa collegato, necessari per catturare le onde inviate dal satellite

e tramutarle in informazioni digitali.

RETE DI ACCESSO

La rete di accesso è utilizzata dagli utenti per accedere alla dorsale. È la parte della rete di

telecomunicazioni destinata al collegamento fra la sede dei singoli utenti finali, fruitori della rete,

fino alla prima centrale di commutazione (ultimo miglio) e più in generale al collegamento fra

utente e il suo provider (ISP).

Esempi di reti di accesso sono le linee telefoniche, le linee ADSL, il GPRS e l’UMTS.

Nella seguente figura si può notare come la rete di dorsale (core network) sia connessa alle reti di

accesso (access network) attraverso i PoP (punti di contatto).

109


Confrontiamo la rete di accesso con la rete di dorsale:

Rete di accesso Ree di dorsale

Molti collegamenti (anche milioni). Pochi collegamenti.

Bassa velocità (nell’ordine delle centinaia di

Mbps).

Alta velocità (nell’ordine dei Gbps).

Brevi distanze (inferiori a 50 Km). Lunghe distanze (maggiore di 100 Km).

Frequenti riconfigurazioni. Limitate riconfigurazioni.

110


Tecnologie di trasmissione

Le tecnologie impiegate per la trasmissione di dati si possono così classificare:

Trasmissioni analogiche e digitali

o Analogica: i segnali sono trasmessi sotto forma d’onda (sistema continuo).

o Digitale: i segnali sono trasmessi in un linguaggio con due soli simboli (sisema

discreto).

Trasmissioni su linee dedicate o commutate

o Linea Commutata: collegamento tra due nodi temporaneo.

o Linea Dedicata: linea sempre disponibile tra due nodi.

Trasmissione seriale e parallela

o Parallela: trasmissione simultanea di più bit (non utilizzata su lunghe distanze).

o Seriale: trasmissione sequenziale di bit.

Le reti telefoniche utilizzate dai sistemi di trasmissione dati, come accennato sopra, possono essere

di due tipi:

Reti commutate (RC).

Connessioni via doppino telefonico alla rete PSTN.

Connessioni via Fibra ottica: per l’accesso ai servizi a banda larga o larghissima (NGN

su FTTx).

Connessioni via radio: utilizzato nelle aree a bassissima densità di popolazione o nelle

zone dove è difficoltosa la connessione cablata.

Reti dedicate (RD).

111


RETI COMMUTATE (RC)

Una linea commutata è un collegamento telefonico temporaneo utilizzato per il trasferimento di

informazioni tra due terminali dati; impiegano pertanto il doppino telefonico come canale di

comunicazione e il modem come dispositivo per la trasmissione e la ricezione dei dati.

In una linea commutata esiste un insieme di circuiti di commutazione e il collegamento tra i due

nodi viene creato solo quando serve (come succede per il traffico telefonico).

Le linee commutate, che abbiamo già analizzato, si suddividono in:

Commutazione a circuito.

Commutazione di pacchetto.

In entrambe le linee esistono un insieme di circuiti di comunicazione e il collegamento tra due nodi

viene creato solo quando serve, come succede per il traffico telefonico.

COMMUTAZIONE DI CIRCUITO

Esempio

Per stabilire il collegamento, uno dei due utenti deve comporre il numero di telefono dell’altro utente.

Al termine della comunicazione, l’utente chiamante deve rilasciare il collegamento per permettere

all’altro utente di ricevere o effettuare nuove chiamate. Il costo di una comunicazione su linea

commutata dipende, normalmente, dalla sua durata e dalla distanza tra i due terminali.

112


COMMUTAZIONE DI PACCHETTO

Il funzionamento è analogo a quello del sistema merci ferroviario o del sistema postale. I treni in

partenza da una stazione vengono spediti alla stazione di smistamento più vicina da dove alcuni treni

vengono diretti a stazioni locali, altri ad ulteriori stazioni di smistamento.

Le reti commutate si dividono in tre categorie:

Reti PSTN (Public Switched Telephone Network) telefonia analogica POTS (Plain Old

Telephone Service).

Reti ISDN (Integrated Services Digital Network).

Reti DSL (Digital Subscriber Line) a banda larga.

Una linea PSTN è un collegamento temporaneo tra due utenti della rete telefonica generale

che richiede l’uso di modem analogici con una velocità di trasmissione non superiore a 56

Kbps in downstream e 48 Kbps in upstream.

Una linea ISDN è un collegamento temporaneo tra due utenti della rete ISDN che richiede

l’uso di apposite interfacce di comunicazione digitali con una velocità di trasmissione fino a

128 Kbps sia in downstream che in upstream.

Infine, una linea DSL è un collegamento temporaneo che utilizza la linea telefonica dell’utente

per mezzo di un particolare modem DSL in grado di fornire una velocità di trasmissione fino

a 20 Mbps in downstream e 2 Mbps in upstream (secondo gli standard in Italia del 2014).

Contemporaneamente, la linea rimane libera per effettuare o ricevere le normali chiamate

telefoniche.

113


NB xDSL è una famiglia di tecnologia che fornisce un servizio dati ad alta velocità sulla rete di

accesso. La più diffusa è l’ADSL (Asymmetric DSL).

Nella rete Reti Commutate il modem si collega alla normale presa telefonica e la trasmissione avviene

dopo aver selezionato via software il numero di telefono del destinatario; il modem di quest’ultimo

si pone in risposta automatica e riceve le informazioni provenienti dalla linea.

I vantaggi della RC consistono nel basso costo d’esercizio e nella grande flessibilità in quanto è

possibile collegarsi con chiunque possegga un modem. Uno svantaggio è la relativa lentezza di

funzionamento per la modesta qualità della linea telefonica commutata. In questi ultimi anni la rete

telefonica commutata si è trasformata quasi del tutto da analogica in numerica e il canale di

trasmissione, che collega le attuali centrali, è in fibra ottica. Questo ha comportato un notevole

miglioramento della qualità della trasmissione che ha incoraggiato molti utenti, soprattutto privati,

all’uso di modem in RC ad elevata velocità (dai 14000bps nel 1995 ai 56000bps nel 2000) con basso

tasso d’errore. E’, inoltre, in fase di realizzazione il collegamento in fibra ottica tra centrali telefoniche

e gli armadi di distribuzione sui quali si collegano i cavi coassiali di ogni utente.

RETI COMMUTATE - LINEE ANALOGICHE SU RETE PSTN

La soluzione più diffusa per la trasmissione dei dati è rappresentata dalla rete telefonica commutata

che trasmette informazioni in forma analogica. Per trasformare quindi il segnale digitale prodotto dal

computer in un segnale analogico occorre un modulatore, e per riconvertire il segnale analogico in

digitale occorre un demodulatore. Modulatore e demodulatore sono integrati nel modem.

Il collegamento più diffuso a Internet, infatti, utilizza il modem su linea telefonica tradizionale

analogica (PSDN, Public Switched Telephone Network).

114


Il modem è un dispositivo che spesso si trova già integrato all’interno del computer e serve per

adattare il segnale in uscita dal computer con la linea telefonica.

La modulazione consiste nella trasformazione del segnale da digitale in analogico in modo che abbia

uno spettro limitato in frequenza e quindi adatto ad essere trasportato sul doppino telefonico, che è

un mezzo trasmissivo con caratteristiche di banda assai limitate. Quando il segnale giunge a

destinazione deve essere ricevuto da un altro modem che compie la funzione opposta trasformandolo

in forma digitale.

Attualmente la velocità di trasmissione ottenuta con i modem è di 56 Kbps. Questa velocità è di tre

ordini di grandezza inferiore a quella di una LAN, ma è comunque di gran lunga maggiore della

velocità dei primi modem che non superava i 2 Kbps.

Lo standard attuale dei modem è denominato V92 e presenta due interessanti novità rispetto agli

standard precedenti. La prima novità è che il tempo di dial-up, cioè il tempo per stabilire la

connessione, è ridotto rispetto agli standard precedenti e quindi la connessione con il provider

avvenne velocemente. La seconda è che, mentre la linea telefonica è utilizzata per il collegamento a

Internet, si può ricevere l’avviso di una telefonata in arrivo, senza perdere il collegamento.

I modem rappresentano una soluzione semplice per le connessioni dial-up ad altre LAN e a Internet,

ma non sono in grado di supportare una rete in continua espansione. Ogni modem può infatti gestire

solo una conversazione remota per volta e ogni apparecchiatura che vuole collegarsi con l’esterno

deve disporre di un proprio moderno PC

Un generico sistema di ricetrasmissione dati mediante rete PSTN è strutturata nel seguente modo:

La trasmissione dati, l’insieme delle tecniche hardware e software atte alla propagazione a distanza

d’informazioni tra due o più sistemi d’elaborazione DTE (Data Terminal Equipement), utilizza

un’opportuna rete di comunicazione – la rete telefonica pubblica PSTN - su cui far viaggiare i dati.

La trasmissione deve essere di tipo seriale, in altre parole i bit che compongono i Byte da trasmettere

sono inviati sequenzialmente, uno per volta e non tutti e otto contemporaneamente. La trasmissione

parallela è possibile, com’è noto, tra elementi vicini di uno stesso sistema (microprocessore-memoria

115


centrale) o tra apparecchiature distanti tra loro fino a qualche metro (computer-stampante, ad

esempio).

Per questi motivi nelle comunicazioni a grandi distanze si utilizza la rete telefonica pubblica PSTN

(Public Switched Telephone Network, il corrispondente termine inglese di "rete telefonica generale")

che consente, inoltre, il collegamento ad un qualsiasi altro punto nel mondo.

La rete telefonica pubblica, per sua natura, è analogica, basata sui cavi detti doppini telefonici. Il

problema da risolvere, quindi, è di riuscire ad adattare il segnale digitale prodotto dal computer al

mezzo fisico di trasmissione analogico. Nella seguente figura, infatti, è rappresentato lo schema a

blocchi semplificato di un sistema di comunicazione basato su un canale analogico.

Grazie quindi al MODEM che svolge la funzione di DCE (Data Communication Equipement) ovvero

di adattatore del segnale digitale al mezzo fisico effettuando dalla parte del trasmettitore l’operazione

di modulazione che consente di tradurre il segnale digitale in segnale analogico fonico e, dalla parte

del ricevitore l’operazione duale detta demodulazione per convertire il segnale fonico ricevuto in

sequenza binaria. Oltre all’operazione di modulazione e demodulazione il modem svolge anche

funzioni di controllo, codifica e compressione dati.

Durante la trasmissione, il segnale subisce distorsioni da parte del trasmettitore, del canale di

trasmissione e del ricevitore oltre al rumore recepito dal canale di trasmissione.

La distorsione consiste nell’alterazione non voluta del segnale. Il rumore è un disturbo costituito da

elementi casuali ed elementi prevedibili come le diafonie e le intermodulazioni, il rumore termico, i

disturbi atmosferici, alterazione delle caratteristiche dei componenti per invecchiamento e

riscaldamento. Per questi motivi conviene introdurre ridondanza nel segnale, attraverso dei codici di

controllo e di autocorrezione, in modo di assicurarsi, entro certi limiti, della correttezza della

trasmissione.

NB L’ultima versione di modem (standard V.92) raggiungeva i 56 Kbps (teorici) in ricezione e 33.6

Kbps in trasmissione.

Svantaggi dell’uso della linea telefonica per trasmissioni dati:

116


Informazione trasmessa in forma analogica.

Limitata velocità di trasmissione: circa 33 Kbps.

Lunghi tempi di connessione (set-up): circa 10 sec.

Presenza di rumore: il rumore costringe a ritrasmettere.

Vantaggi:

La rete telefonica è diffusa su tutta la Terra.

NB negli ultimi anni si sono sviluppate tecnologie per sfruttare le linee telefoniche per il trasporto di

dati digitali (ISDN) e linee ad alta velocità con costi contenuti (xDSL), che fanno uso di modem

particolari.

Vediamole nel dettaglio.

RETI COMMUTATE - ACCESSO DIGITALE ALLA RETE TELEFONICA – LA

TECNOLOGIA ISDN

Se si vuole collegare una LAN a Internet, la soluzione precedentemente descritta non è la più

conveniente. È necessario utilizzare linee e apparati con caratteristiche più adatte e più prestanti.

Mentre con la precedente soluzione di trasmissione, che sfrutta la rete telefonica pubblica analogica,

per trasmettere non solo voce ma anche dati occorre modulare e demodulare il segnale al fine di

poterlo trasmettere in banda base a frequenze superiori a quelle vocali comprese tra 300Hz e 3400Hz,

con le linee ISDN (Integrated Service Digital Network) siamo in grado di trasmettere segnali numerici

(ovvero digitali).

ISDN (Integrated Service Digital Network) è uno standard internazionale predisposto dalle società

concessionarie del servizio telefonico per un sistema di tipo digitale, che consente di integrare la

trasmissione di messaggi vocali con quella di dati e immagini.

Lo scopo dichiarato della rete ISDN è proprio quello di garantire l’integrazione dei servizi per mettere

a disposizione degli utenti un unico mezzo, in grado di supportare la comunicazione parallela su vari

canali, con tempi di risposta accettabili.

La linea telefonica ISDN sopporta la velocità massima di 128 Kbps e viene fornita dalle compagnie

telefoniche pubbliche.

117


L’ISDN comprende due canali da 64 Kbps che operano separatamente, più un canale di servizio a 16

Kbps (chiamato D-Channel), per i segnali di controllo. Nella maggior parte dei casi il dispositivo

digitale, corrispondente al modem, che si usa per adattare il segnale sulle linee ISDN di chiama

Adattatore Terminale (TA, Terminal Adapter) e consente di utilizzare un canale alla velocità di 64

Kbps o entrambi i canali alla velocità di 128 Kbps. Il TA ha una funzione simile a quella del modem,

ma non trasforma il segnale in analogico, ne fa solo un adattamento per comprimere lo spettro di

frequenza.

Gli apparati utilizzabili con le linee ISDN sono solo apparati digitali quindi solo telefoni e fax digitali.

Per riutilizzare i telefoni analogici occorre usare gli ingressi analogici presenti sulla borchia ISDN.

Nella configurazione più semplice, destinata all’uso privato, ISDN prevede l’installazione presso

l’utente di un dispositivo di interfacciamento alla rete pubblica, denominato NT1.

Esso contiene tutti i circuiti necessari per il test dell’ambiente locale, per l’indirizzamento dei

dispositivi collegati e per la risoluzione delle contese sul bus locale, al quale possono essere allacciati

fino a otto dispositivi.

Nella configurazione più completa, prevista per utenze aziendali, tra l’interfaccia NT1 e

l’apparecchiatura dell’utente viene interposto un dispositivo NT2 che, operando come una centrale di

commutazione locale, ha il compito di smistare il traffico lungo la linea.

La configurazione per utenze aziendali, più complesse, prevede l’uso di 30 linee a 64 Kbps per la

comunicazione vocale o la trasmissione dati, con la caratteristica che le linee possono essere

affiancare, in parallelo, per raggiungere velocità maggiori.

Per esempio, se fosse necessaria una banda di 512 Kbps per una videoconferenza in alta definizione,

come quelle necessarie per tele consulti durante le operazioni chirurgiche, sarebbe sufficiente

utilizzare 8 canali corrispondenti a 4 linee ISDN.

RETI COMMUTATE - LINEE DEDICATE DSL

DSL (Digital Subscriber Line) è una modalità di accesso alla rete Internet ad alta velocità con cui è

possibile utilizzare i servizi detti "a larga banda" come la videoconferenza. DSL presenta notevoli

vantaggi rispetto a ISDN perché utilizza la linea telefonica senza necessità di modifiche e offre una

velocità di connessione superiore di un ordine di grandezza rispetto alle linee tradizionali.

118


Tecnologia ADSL

ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line) è una tecnologia di modulazione che permette la

trasmissione di informazioni multimediali ad alta velocità sulle linee telefoniche esistenti su normale

cavo telefonico (doppino telefonico). Appartiene alla famiglia xDSL ed è utilizzata per l’accesso

digitale a Internet ad alta velocità di trasmissione su doppino telefonico (ultimo miglio della rete

telefonica/rete di accesso). È utilizzata nel mercato residenziale e nelle piccole-medie aziende previa

la stipulazione di un contratto di fornitura con un Provider di Servizi (ISP).

La caratteristica di questa tecnologia è la asimmetria della larghezza di banda (la velocità in

download maggiore della velocità in upload).

Figura 5 - Topologia di una rete di telecomunicazioni ADSL

Standard ADSL

Standard Nome comune Velocità massima

in downstream

Velocità massima

in upstream

ANSI T1.413-1998 Issue 2 ADSL 8 Mbit/s 1 Mbit/s

ITU G.992.1 ADSL (G.dmt) 8 Mbit/s 1 Mbit/s

ITU G.992.1 Annex A ADSL over POTS 10 Mbit/s 1 Mbit/s

ITU G.992.1 Annex B ADSL over ISDN 10 Mbit/s 1 Mbit/s

https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=ANSI_T1.413_Issue_2&action=edit&redlink=1

https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=ITU_G.992.1&action=edit&redlink=1

https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=ITU_G.992.1_Annex_A&action=edit&redlink=1

https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=ITU_G.992.1_Annex_B&action=edit&redlink=1

119


ITU G.992.1 Annex C

ITU G.992.2 ADSL Lite (G.lite) 1.5 Mbit/s 0,5 Mbit/s

ITU G.992.3 ADSL2 (G.bis) 12 Mbit/s 1 Mbit/s

ITU G.992.3 Annex J ADSL2 12 Mbit/s 3,5 Mbit/s

ITU G.992.3 Annex L RE-ADSL2 6 Mbit/s 1,2 Mbit/s

ITU G.992.3 Annex M

ITU G.992.4 ADSL2 (G.bis.lite) 12 Mbit/s 1 Mbit/s

ITU G.992.4 Annex J ADSL2 12 Mbit/s 3,5 Mbit/s

ITU G.992.4 Annex L RE-ADSL2 6 Mbit/s 1,2 Mbit/s

ITU G.992.5 ADSL2+ 24 Mbit/s 1 Mbit/s

ITU G.992.5 Annex L RE-ADSL2+ 24 Mbit/s 1 Mbit/s

ITU G.992.5 Annex M ADSL2+M 24 Mbit/s 3,5 Mbit/s

Le linee telefoniche convenzionali hanno dei filtri per eliminare i disturbi apprezzabili della voce.

Rimuovendo questo filtraggio, che con le moderne centrali telefoniche non è più necessario, la banda

a disposizione aumenta considerevolmente.

Anche ISDN, prima di ADSL, è stato concepito per funzionare sfruttando l’intera banda del doppino.

Una volta rimosso il filtraggio, l’ADSL comprime il segnale digitale, frazionandolo in tante frequenze

indipendenti dal tradizionale segnale telefonico vocale a bassa frequenza.

Le velocità massime teoriche sono però raggiungibili attraverso l’uso di una particolare borchia sulla

presa telefonica e su un doppino di rame nuovo. La necessità di rendere da subito utilizzabili tutte le

prese attualmente presenti nelle abitazioni e negli uffici, oltre al cattivo stato delle vecchie linee

telefoniche in rame (fenomeni di corrosione, giunzioni vecchie e di bassa qualità) e alla pesante

attenuazione che subiscono le alte frequenze sul doppino, rendono i risultati realmente ottenibili

inferiori a quelli teorici, ma pur sempre dell’ordine dei 640 Kbps in download e 16-256 Kbps in

upload, ossia velocità nettamente superiori ai 128 Kbps delle linee digitali ISDN.

RETI DEDICATE (RD)

Una linea dedicata è un collegamento telefonico permanente utilizzato per il trasferimento di

informazioni tra due o più terminali dati. Essendo di tipo permanente, non richiede alcuna sequenza

di chiamata o di rilascio della linea. Per contro, può essere usata solo dai terminali a cui è collegata.

https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=ITU_G.992.1_Annex_C&action=edit&redlink=1

https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=ITU_G.992.2&action=edit&redlink=1

https://it.wikipedia.org/wiki/ITU_G.992.3

https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=ITU_G.992.3_Annex_J&action=edit&redlink=1

https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=ITU_G.992.3_Annex_L&action=edit&redlink=1

https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=ITU_G.992.3_Annex_M&action=edit&redlink=1


https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=ITU_G.992.4_Annex_J&action=edit&redlink=1




https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=ITU_G.992.5_Annex_M&action=edit&redlink=1

120


Se la linea possiede solo due terminali viene detta punto a punto, se ne possiede più di due viene detta

multi-punto.

Le linee dedicate possono essere:

Pubbliche. Gestite dalle compagnie telefoniche.

Private. Di proprietà di grandi aziende.

NB Pubblica non significa che la connessione è permessa all’utente in modalità gratuita.

Le linee dedicate sono linee punto a punto che collegano due utenti finali in modo permanente. Le

linee dedicate vengono offerte in affitto dalle compagnie telefoniche e i canoni variano in funzione

della banda offerta: da 56 Kbps a 45 Mbps e oltre. Le aziende decidono quale tipo di linea affittare in

funzione del numero di utenti, dal volume di traffico della rete e dalla larghezza di banda disponibile.

Le aziende con un uso intensivo della WAN, generalmente, scelgono una linea con larghezza di banda

di 1,5 Mbps (servizio E1).

La linea dedicata utilizza una connessione fisica diretta tra l’azienda o la filiale e la centrale di

commutazione della compagnia telefonica e gli altri uffici dell’azienda.

Le linee dedicate vengono affittate dalle società di telecomunicazione con un canone che dipende

dalla loro lunghezza e dalla loro velocità di trasmissione dei dati.

Le linee dedicate si dividono in due categorie fondamentali:

Collegamenti diretti analogici.

Collegamenti diretti numerici.

I collegamenti diretti analogici sono collegamenti permanenti tra due o più utenti della rete telefonica

generale che richiedono l’uso di modem analogici con caratteristiche simili a quelli delle linee ISDN.

I collegamenti diretti numerici sono collegamenti permanenti di tipo digitale che richiedono l’uso di

apposite interfacce di comunicazione con una velocità di trasmissione multipla di 64 Kbps, che può

arrivare fino a 2 Mbps o anche oltre (34 Mbps, 155 Mbps, 622 Mbps e 2,5 Gbps). Per le loro

particolari caratteristiche di velocità ed affidabilità vengono perciò usati come linee

d’interconnessione tra i nodi di commutazione delle reti geografiche a commutazione di pacchetto.

Le reti telefoniche dedicate, in base alla molteplicità dei collegamenti, si suddividono in:

Collegamenti punto-punto.

121


Collegamenti multipunto.

RETI DEDICATE - COLLEGAMENTI PUNTO-PUNTO

L’utente che esegue il collegamento sulla rete telefonica dedicata RD, realizza il collegamento punto-

punto ed è connesso ad un solo utente. Il contratto che si stipula con TELECOM prevede solo una

spesa fissa annuale che non dipende dalla durata della comunicazione. Per brevi distanze, ad esempio

all’interno di un edificio, si può realizzare una RD privata gestita dall’utente stesso. Su questo

principio si basano le reti locali LAN.

I vantaggi della RD consistono nello scarso disturbo che consente un’elevata velocità di

funzionamento. Uno svantaggio è il costo piuttosto elevato.

L’utente che deve effettuare le trasmissioni verso una sola destinazione per un numero d’ore

giornaliere piuttosto elevato, può trovare conveniente, anche sotto il profilo della spesa, l’utilizzo

della RD. Le reti dedicate sono utilizzate da utenti che sviluppano un grande traffico telefonico come

banche, industrie, etc.

RETI DEDICATE - COLLEGAMENTI MULTIPUNTO

In questo caso una sola linea collega tra loro più dispositivi. E’ una struttura basata su un elaboratore

centrale dotato di un proprio modem collegato ad una linea alla quale sono connessi, tramite modem,

vari DTE remoti. La linea, ovviamente, può essere utilizzata da una sola coppia d’apparecchiature

per cui si rende necessario un protocollo che stabilisca l’accesso alla linea da parte dei vari DTE.

Solitamente il compito è attribuito all’elaboratore centrale che esegue il polling delle varie

periferiche.

Nella seguente figura si mostra lo schema di principio del collegamento multipunto tra un elaboratore

centrale e più dispositivi periferici, tramite l’utilizzo di modem.

Figura 6 - Collegamento multipunto tra un elaboratore centrale e più DTE

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