I sistemi di rete sono diventati una parte integrale della vita di tutti i giorni. Servizi come la posta elettronica ed il Web sono essenziali per lo svolgimento efficiente del lavoro e, se ci pensiamo bene, senza di essi molte cose non sarebbero piu’ accettabili.
I sistemi di rete sono sempre piu’ pervasivi poiche’ sono veloci, efficienti e sempre piu’ sicuri. Ma come funzionano? La stragrande maggioranza delle persone ignora i dettagli tecnici e, semplicemente, utilizza queste tecnologie.
Con questo piccolo tutorial vogliamo fare un po’ di luce sulle principali nozioni che sono alla base di questa rivoluzione digitale.
Categorie di rete
Per estensione e complessita’, possiamo definire le reti in sottocategorie. Ad essi viene convenzionalmente associato uno specifico nome.
Local Area Networks (LANs)
Un network locale e’ un insieme di computer indipendenti che si scambiano informazioni gli uni con gli altri attraverso un mezzo “condiviso”. Un network locale e’ normalmente confinato all’interno di un’area geografica limitata come, ad esempio, un ufficio, uno stabile o, eventualmente, una fabbrica. Il network locale puo’ essere formato da un minimo di 2 computer, fino ad arrivare a contenere centinaia di computer.
Wide Area Networks (WANs)
Piu’ network locali, geograficamente separate tra loro, possono venire accomunati in cio’ che viene detta una Wide area network. Questo puo’ avvenire attraverso linee dedicate o di tipo dial-up (tecnologia molto utilizzata al tempo dei modem telefonici), oppure attraverso connessioni satellitari. Gli elementi che fanno parte di una Wide area network possono essere formati da semplici utenti che accedono ad un server da remoto attraverso un modem, piuttosto che da complessi network locali formati da centinaia di computer e switch. Tipicamente gli accessi alle WAN avvengono attraverso protocolli di routing con filtri appositi per limitare il costo del trasferimento di dati su ampia scala.
Wireless Local Area Networks (WLANs)
Quando il mezzo di comunicazione, invece del cavo o della fibra, viene sostituito dalle onde radio, siamo in presenza di reti wireless. Lo sviluppo delle reti wireless e’ stato a dir poco esplosivo, in parte poiche’ permettono di accedere ai dati della rete in piena mobilita’, in parte grazie all’abbassamento dei costi delle apparecchiature coinvolte.
Le reti wireless, tipicamente, sono costituite da due tipi di apparecchi: gli access point ed i client. In generale gli access point forniscono accesso ai vari client. Tipicamente gli access point, inoltre, sono in grado di interfacciarsi con la rete privata cablata o, tramite modem, direttamente agli operatori di telecomunicazione attraverso fibra o ADSL.
I principali svantaggi associati a questa tecnologia sono dovuti alle caratteristiche del mezzo trasmissivo stesso che, se da una parte permette la piena mobilita’ degli utilizzatori, esso pone una serie di problematiche che si cerca di limitare con tecniche complesse. Stiamo parlando, per esempio, della crittografia che (cerca) di limitare la fruizione dei dati a chi non e’ autorizzato. Ad essa aggiungiamo le problematiche relative alla spesso scarsa copertura associata agli access point che, in genere, non permettono di superare il centinaio di metri in assenza di ostacoli. Tuttavia, grazie ad antenne direzionali aggiuntive, la copertura dell’access point puo’ aumentare e raggiungere il chilometro. Inoltre, come nel caso del powerline, essendo il mezzo di trasmissione condiviso, le prestazioni della rete degradano proporzionalmente con l’aumentare del numero di utenti (riferendosi ad un unico canale radio. Cio’ puo’ essere limitato utilizzando piu’ access point operanti su canali radio differenti).
Attualmente gli standard piu’ diffusi in Europa sono l’802.11 (10MBps teorici), l’802.11g (54Mbps teorici) e l’802.11n (300Mbps teorici).
Tecnologie di rete
I dati che i vari utenti si scambiano sulla rete vengono veicolati attraverso differenti tecnologie. Il tempo ha fatto si che alcuni standard diventassero piu’ importanti e piu’ utilizzati di altri. Attualmente le tecnologie di rete piu’ frequenti sono:
Ethernet
Il sistema Ethernet e’ il sistema di trasmissione di rete attualmente piu’ utilizzato nelle reti locali. Il protocollo Ethernet definisce la parte “fisica” del sistema di trasmissione, ossia, come i sistemi che ne fanno uso devono “elettricamente” essere. Esso, infatti, definisce il numero ed il tipo di conduttori necessari per una connessione, le tipologie di segnali che in esso devono scorrere definendo, in pratica, un framework per la trasmissione dei dati. Un cavo standard Ethernet puo’ trasmettere dati ad una velocita’ massima di 10 milioni di bit in ogni secondo (10Mbps = 10 Megabits per second).
Ethernet e’ diventato popolare poiche’ e’ un buon compromesso tra la velocita’ di trasferimento ottenuto e la semplicita’ dell’installazione (e di conseguenza dei bassi costi ad esso associati). Ad esso si puo’ associare il fatto che, all’interno della trama dati definita dal protocollo, si possono veicolare un numero infinito di protocolli.
Lo standard Ethernet e’ stato riconosciuto dall’Institute for Electrical and Electronic Engineers con la sigla IEE 802.3. In esso viene definito, oltre allo strato “fisico” anche come i vari elementi che compongono la rete debbano interagire tra di loro.
Fast Ethernet
Lo standard Fast Ethernet, riconosciuto dall’Institute for Electrical and Electronic Engineers con la sigla IEE 802.3u, s’ un ampliamento del precedente. Esso incrementa la velocita’ di trasmissione da 10Mbps a 100Mbps e richiede una modifica minima alla struttura di rete esistente. La maggiore velocita’ di trasferimento che caratterizza il Fast Ethernet permette di condividere in rete contenuti multimediali.
Ci sono tre tipi di Fast Ethernet che si differenziano, principalmente, sul tipo di connessione. 100BASE-TX prevede l’utilizzo di cavi UTP di livello 5; 100BASE-FX prevede l’utilizzo di cavi a fibra ottica ed, invine, 100BASE-T4 che utilizza una coppia di cavi in piu’ in modo da essere “retrocompatibile” con cavi UTP di livello 3. Di questi tre tipologie, la piu’ diffusa e’ la 100BASE-TX poiche’ e’ pienamente compatibile con quanto descritto nel protocollo Ethernet a 10Mbit.
Gigabit Ethernet
Lo standard Gigabit Ethernet incrementa ulteriormente la velocita’ di trasferimento ed introduce ulteriori novita’ essenzialmente per permettere un trasferimento efficiente di dati associati ad applicazioni di tipo multimediale e Voce su IP (VoIP). Essa e’ anche conosciuta come “gigabit-ethernet” o 1000Bast-T e garantisce trasferimenti 10 volte piu’ veloci di quelli possibili con la Fast Ethernet.
Inizialmente utilizzata solo nei costosi backbone aziendali (ossia i collegamenti su cui convergono i vari tronconi di sottoreti attraverso gli switch), la rapida discesa dei costi delle interfacce la sta rendendo lo standard de facto anche nei collegamenti punto-punto anche grazie alla sua piena retrocompatibilita’ con gli standard Ethernet e Fast Ethernet.
La maggiore differenza rispetto al protocollo Fast Ethernet risiede nel fatto che il protocollo Gigabit Ethernet fa uso dell’intero set dei doppini presenti nei cavi di categoria 5 e 6 implementando, di fatto, un completo supporto full-duplex.
Reti Powerline
La tecnologia powerline da l’opportunita’ di utilizzare i cavi dell’impianto elettrico per trasferire, oltre che tensione a 230Volt, dati di rete. Esistono in commercio adattatori che, collegati ad una spina della corrente dell’impianto domestico o dell’ufficio, offrono una o piu’ porte ethernet.
Gli standard presenti nel mercato per la tecnologia Powerline sono: HomePlug 1.0 (alle velocità di 15 o 85 megabit/secondo), gli HomePlug AV a 200 Mbit/secondo, e i prodotti UPA (“Universal Powerline Association”) anch’essi a 200 Mbit/secondo.
Lo IEEE nell’ottobre 2008 ha definito che lo standard HomePlug sarà sostituito da una nuova versione a 200 megabit.
Questa tecnologia puo’ essere efficaciemente utilizzata nel caso in cui il costo associato ad un cablaggio ethernet sia molto elevato (per esempio in ristrutturazioni o, semplicemente, perche’ considerato antiestetico) e sia necessaria una buona garanzia di affidabilita’ e di protezione dei dati che, probabilmente, i sistemi wireless non sarebbero in grado di fornire.
Le specifiche HomePlug AV garantiscono il trasferimento di dati audio/video senza degrado di prestazioni e sono un’ottima scelta nel caso in cui si voglia collegare un player multimediale in salotto, ove non sia disponibile una presa di rete standard. La presenza del “contatore di corrente”, inoltre, fornisce una naturale protezione dei dati attenuando notevolmente il segnale powerline al di fuori dell’abitazione.
I principali svantaggi di questa soluzione sono associati a possibili interferenze presenti sulla linea elettrica, specialmente in ambiti industriali, che tendono a degradare la qualita’ del segnale modulato dall’informazione associata ai dati di rete e la conseguente velocita’ di trasmissione. Inoltre, data la particolarita’ del mezzo di trasmissione, esso viene condiviso equamente tra tutti i nodi appartenenti alla rete e, di conseguenza, le prestazioni tendono a diminuire all’aumentare del numero degli apparecchi Powerline collegati. Quest’ultima ipotesi e’ raramente verificata nel caso di installazioni domestiche.
10 Gigabit Ethernet
10 Gigabit Ethernet e’ il protocollo attualmente piu’ veloce all’interno degli standard di rete. Esso viene identificato con la sigla IEEE 802.3ae ed e’ in grado di trasferire 10.000 Mega bit al secondo (10Gbps = 10 Giga bit pour second).
Purtroppo tutta questa velocita’ viene ottenuta a scapito della compatibilita’ con i precedenti standard basati sul rame. Il supporto di trasmissione del 10 Gigabit Ethernet e’, infatti, ad esclusivo appannaggio delle connessioni a fibra ottica.
Asynchronous Transfer Mode (ATM)
Lo standard ATM e’ un sistema di comunicazi0ne che si discosta dai precedenti. Esso e’ in grado di trasferire dati attraverso una serie di piccoli pacchetti di dimensioni fisse. Il vantaggio ottenuto da questo sistema e’ che all’interno del pacchetto sono previsti sistemi di correzione di errore che garantiscono l’integrita’ dei dati trasferiti. Per questo motivo viene utilizzato tipicamente su grosse aree geografiche.
Mentre negli standard ethernet viene definito lo strato “fisico” sul quale i dati devono venire veicolati, il protocollo ATM puo’ essere integrato in un qualsiasi sistema di rete senza necessita’ di aggiornare l’intera infrastruttura. La dimensione fissa dei pacchetti e’ considerata da molti la metodologia di trasporto del futuro poiche’ offre prestazioni piu’ deterministiche rispetto agli altri standard basati su pacchetti di dimensione variabile.
