Reti e protocolli PDF

# Le reti e i protocolli ## COMPETENZE * Sistematizzare e approfondire le conoscenze sulle reti, acquisite negli anni precedenti * Avere una visione di insieme delle tecnologie e delle applicazioni nella trasmissione di dati sulle reti * Rilevare gli standard e i protocolli presenti nelle tecnolo...

# Le reti e i protocolli ## COMPETENZE * Sistematizzare e approfondire le conoscenze sulle reti, acquisite negli anni precedenti * Avere una visione di insieme delle tecnologie e delle applicazioni nella trasmissione di dati sulle reti * Rilevare gli standard e i protocolli presenti nelle tecnologie delle reti ## CONOSCENZE * Reti di computer * Servizi per utenti e aziende * Estensione delle reti * Commutazione * Architetture di rete * Modello ISO/OSI * Livello fisico * Reti ADSL e fibra * Tecnologia RFID * Modello TCP/IP * Rete Internet * Indirizzi Internet * Livello applicativo e server ## ABILITÀ * Controllare la configurazione di rete del computer * Individuare risorse condivise * Descrivere le caratteristiche di una rete * Individuare le unità di una rete di computer * Rappresentare con uno schema la topologia di una rete * Rappresentare i livelli in un'attività di comunicazione * Individuare gli aspetti rilevanti dei livelli OSI * Descrivere le caratteristiche dei dispositivi di rete * Individuare gli standard utilizzati nei diversi ambiti * Determinare l'indirizzo IP di un computer * Descrivere le caratteristiche delle reti pubbliche # Per iniziare ## 1 Sulla base delle conoscenze che già possiedi, collega i seguenti termini con le rispettive definizioni: | Termini | Definizioni | |---|---| | email | indirizzo Web | | Intranet | Computer che mette a disposizione risorse e servizi nella rete | | Commercio elettronico | rete interna aziendale | | URL | posta elettronica | | Server | vendita di beni e servizi in Internet | ## 2 Seleziona le righe che possono essere URL del Web o indirizzi di posta elettronica: * http:/www.abc.it * [email protected] * www.prova.it//http * [email protected] * http://www.regione.emilia-romagna.it * john.ca@furniture * http://www.miur.it * www://http.vendite.it * [email protected] # Gli aspetti evolutivi delle reti Le tecnologie moderne si basano sull'integrazione tra le telecomunicazioni (telefono, televisione e trasmissioni via satellite) e l'informatica, che ha messo a disposizione macchine dotate di una sempre maggiore capacità di calcolo. Uno smartphone è un mezzo di comunicazione dotato di fotocamera ed è in grado non solo di effettuare chiamate e inviare SMS, ma anche di memorizzare immagini, di riprodurre musica, di eseguire videogiochi o di connettersi ad Internet: quindi è un sistema che può gestire ed elaborare i dati come un vero e proprio computer. In generale per descrivere le tecnologie che, come lo smartphone, permettono sia la trasmissione che l'elaborazione di dati, si utilizza il termine **telematica**, neologismo avuto dalla fusione dei due termini telecomunicazione e informatica. All'inizio della storia dell'informatica i sistemi per l'elaborazione erano molto costosi e complessi e vi era la necessità di condividere tra più persone le poche risorse disponibili. Si affiancava al computer più potente (detto **mainframe**) una serie di semplici **terminali** in grado di connettersi al computer centrale e sfruttarne le risorse. ## Modello mainframe – terminali | Mainframe | Terminale 1 | Terminale 2 | Terminale 3 | |---|---|---|---| **È importante sottolineare che un terminale, disconnesso dal computer centrale, non era utilizzabile in quanto necessitava di risorse essenziali (per esempio il disco fisso) presenti esclusivamente sul mainframe. ** Successivamente, con la nascita e la diffusione dei personal computer, si è passati dal modello mainframe-terminali, in cui tutta la potenza di calcolo era concentrata in un unico elaboratore, alle moderne reti di computer, formate da un grande numero di elaboratori autonomi e interconnessi: * **Autonomi** significa che non devono esserci relazioni di dipendenza tra i vari sistemi: ogni computer, anche se disconnesso dalla rete, rimane funzionante. * **Interconnessi** significa che devono essere capaci di scambiare informazioni (sfruttando un opportuno mezzo fisico). Il mainframe affiancato da numerosi terminali viene quindi sostituito da un insieme di piccoli computer opportunamente interconnessi tra loro. Nascono così le reti di computer. **Una rete di computer è un insieme di due o più computer in grado di trasmettere dati tra loro.** ## Modello di sistema distribuito Si è passati quindi da sistemi di elaborazione delle informazioni aventi la caratteristica di essere concentrati, cioè strutture hardware composte da una singola CPU alla quale erano connessi più terminali, alle stazioni di lavoro connesse tra loro e dotate di capacità elaborativa propria, cioè a sistemi **distribuiti**. L'interconnessione tra sistemi presenta problematiche di vari tipi: * **elettroniche**, in quanto occorre stabilire come collegare fisicamente i diversi sistemi (connessioni 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**, in quanto è necessario disporre di un sistema operativo e di software in grado di sfruttare la struttura hardware; * **telematiche**, in quanto è necessario tener conto che alcune reti per la trasmissione di informazioni (in primo luogo la rete telefonica) sono già presenti sul territorio e possono essere sfruttate anche per la trasmissione di dati. Inoltre l'inserimento di tecnologie telematiche dovrebbe consentire la possibilità di connettere due sistemi anche a notevole distanza tra loro, cioè vale il principio per cui, nella comunicazione tra sistemi di elaborazione, la **distanza** deve diventare un elemento ininfluente. **Visitando un sito con il proprio smartphone, si effettuano connessioni a computer che possono trovarsi in luoghi geograficamente molto distanti: l'utente è inconsapevole del percorso effettivo che i dati compiono per andare dallo smartphone al computer che ospita il sito Web e viceversa.** # I servizi per gli utenti e per le aziende Il superamento del modello mainframe-terminali ha eliminato la necessità di costruire reti aventi lo scopo di condividere l'uso di un unico processore e della memoria centrale. Il compito principale delle moderne reti di computer è la condivisione di risorse. Le risorse possono essere rappresentate da apparecchiature hardware, file di dati e programmi software oppure servizi di rete e servizi Web. * **Condivisione di risorse hardware:** è possibile condividere la maggior parte dell'hardware di un computer. * **Condivisione di file:** una rete permette di leggere il contenuto di un file di un altro computer oppure di spostare un file da un computer all'altro. Inoltre, dopo aver impostato i permessi opportuni, i dati contenuti in un file possono essere letti o scritti dagli utenti di altri computer della rete: in questo modo si evitano duplicazioni e tutti possono disporre degli stessi dati aggiornati. * **Condivisione di programmi e servizi:** si può condividere l'uso di programmi e applicazioni o addirittura di un intero sistema. Questo permette, per esempio, l'utilizzo di un computer remoto, cioè che si trova fisicamente lontano, anche molte migliaia di chilometri. # Il client/server e il peer to peer In generale, quando si parla di condivisione, vi è sempre un computer che mette a disposizione una risorsa e un computer che la utilizza. In base a questa organizzazione le reti sono suddivise in due classi: * **reti client/server:** alcuni computer (chiamati **server**) mettono a disposizione risorse e offrono servizi mentre altri (detti **client** o **richiedente**) li utilizzano; * **reti peer to peer** (letteralmente, pari a pari): tutti i computer sono sullo stesso livello e condividono risorse comuni; in questo tipo di reti, quindi, tutti i computer svolgono entrambi i ruoli di client e server. ## Le reti client/server Nelle reti client/server (abbreviato con C/S) i sistemi connessi sono classificati in due categorie: * **computer server** che mettono in condivisione le risorse (per esempio dischi fissi, lettori ottici o la stampante) o offrono servizi per gli altri computer connessi alla rete (per esempio servizi Web); * **computer client**, cioè i sistemi che utilizzano i servizi e le risorse messe in condivisione dai computer server. In una rete di tipo client/server ci sono dunque i **client** che richiedono i servizi e i **server** che li offrono. In molte reti la distinzione tra client e server è netta: un client non può diventare server e un server non può essere utilizzato come client. In questo caso il server viene detto **server dedicato**. In altre reti, come nella maggioranza delle reti locali, i ruoli di server e di client non sono predefiniti, perché un computer può mettere a disposizione un archivio di dati diventando server di dati e nello stesso tempo può utilizzare la stampante di un altro computer del quale diventa client. Questo giustifica la notazione client/server (con la barra) usata per indicare questo tipo di reti, volendo evidenziare i ruoli intercambiabili di client e server. Di solito, nelle reti di grandi dimensioni, vengono utilizzati come server i computer più potenti, in quanto devono offrire numerosi servizi contemporaneamente. In questi casi si usa spesso anche il termine **host** (letteralmente ospitante) per indicare sistemi di elaborazione di grandi prestazioni, destinati ad essere centro di distribuzione di informazioni per gli utenti della rete. Tuttavia anche macchine molto obsolete possono essere utilizzate come server dedicati e svolgere compiti particolari, come condividere una stampante o archivi di piccole dimensioni. Le maggioranza delle reti di computer, comunque, si basano sul modello client/server con numerosi client per ogni server. In una rete locale, con qualche decina di computer connessi, è sufficiente la presenza di un unico server. ## Un messaggio Un **messaggio** è un insieme di caratteri e di dati che devono essere trasferiti da un sistema a un altro; è quindi un insieme di informazioni organizzate in modo da costituire un'entità completa che può essere trasmessa tra due sistemi di rete. Quando un server e un client stabiliscono una comunicazione e ha inizio l'erogazione del servizio richiesto, per esempio l'esecuzione di un programma, si hanno due possibilità. * **L'esecuzione lato client** o *in locale*: il programma viene trasmesso dal server, caricato nella memoria RAM del client ed eseguito sul client stesso; * **L'esecuzione lato server** o *in remoto*: il programma viene eseguito sul server, che trasmette i risultati al client. Un programma installato sul server e condiviso con altri computer presenta molti vantaggi: * **Un'unica installazione**: il programma viene installato solamente sul server e non è necessario che venga installato su tutte le macchine. * **Aggiornamenti e manutenzione più semplici**, in quanto devono essere eseguiti su una sola macchina: questo permette anche di avere tutti i sistemi allo stesso livello di aggiornamento. * **La diminuzione dei costi**, dovuti all'acquisto di licenze. * **La maggiore sicurezza dei dati**, in quanto è sufficiente monitorare ed eseguire il backup solamente dei dati presenti sul server. Questi vantaggi, uniti allo sviluppo di Internet, sono alla base del **cloud computing** (vedi pag. 111): l'insieme delle risorse, delle applicazioni e dei servizi disponibili nella rete, anziché sul computer locale, viene chiamato **cloud** (in italiano nuvola). # Le reti peer to peer Nelle reti peer to peer (abbreviato con P2P) non c'è una distinzione tra client e server. la rete è paritaria e tutti i computer che ne fanno parte si chiamano **nodi**. In altre parole ogni computer è sia client che server. Questa tipologia di rete è utilizzata, per esempio, nelle reti locali dove ogni computer condivide i dati. Un computer è client quando richiede i file ed è server quando li fornisce. Un altro esempio è la condivisione di file (tipicamente file musicali e file video) utilizzando Internet. Con programmi specifici (per esempio, eMule o bitTorrent) un computer si connette ad altri come client per scaricare un file; contemporaneamente si comporta come server e condivide i propri file con gli altri computer connessi in quel momento. # La classificazione delle reti per estensione Un aspetto particolarmente importante nello studio delle reti è la loro dimensione: la rete che collega solamente due computer e una stampante in un piccolo ufficio presenta problematiche relative alla configurazione, ai costi, e alla gestione completamente differenti rispetto alla rete Internet che ricopre l'intero pianeta. A seconda delle dimensioni delle reti e della dislocazione geografica dei computer connessi si utilizzano nomi differenti. ## Reti locali LAN (Local Area Network) e WLAN (Wireless Local Area Network) Sono le reti più piccole e possono coprire un'area corrispondente a dimensioni che possono variare da quelle di un ufficio a quelle di una struttura aziendale composta da più edifici. Sono utilizzate soprattutto per consentire a un gruppo di utenti di condividere i dati o i programmi software utili per un certo tipo di attività aziendale. Queste reti permettono anche di condividere dispositivi hardware, quali stampanti laser o 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 si collegano, ad alta velocità e basso tasso di errore. La sua dimensione è limitata a un ambito locale, senza attraversamento di suolo pubblico. È possibile creare una rete locale utilizzando cavi (in questo caso si parla più propriamente di LAN) oppure basandosi su collegamenti senza fili, cioè wireless (rete WLAN). L'unità di misura utilizzata per la velocità di trasmissione sulle reti è **Mbps** (Megabit per secondo). Le velocità trasmissive di una LAN sono comprese nell'intervallo 10 Mbps - 10.000 Mbps (corrispondenti a 10 Gbps, Gigabit per secondo). ## Reti geografiche WAN (Wide Area Network) Le reti WAN hanno dimensioni geograficamente estese e possono arrivare a coprire un'intera nazione. In molti casi, per realizzare questo tipo di rete senza eccessivi costi, vengono utilizzate alcune infrastrutture già esistenti, per esempio le linee telefoniche, che però, non essendo state progettate per questo scopo, non permettono la trasmissione di segnali ad alta velocità. Le reti WAN devono inoltre disporre di particolari strutture per il controllo dell'accesso alla rete stessa: si pensi a una banca che comunica con le sue filiali o con gli sportelli Bancomat. 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. Oltre ai mezzi trasmissivi posati a terra, costituiti di cavi fisici, le reti WAN possono utilizzare anche i satelliti o i ponti radio. La trasmissione è generalmente di tipo broadcast, cioè rivolta a un grande numero di utenti contemporaneamente. Nel caso dei ponti radio, ogni router sente l'output dei propri vicini, entro una distanza massima. Ovviamente nulla vieta di collegare tra loro reti di tipo diverso. I **router** sono i dispositivi che svolgono la funzione di instradatori dei segnali, trasmettendo e ricevendo con modalità diverse, a seconda delle applicazioni. # Internet È la rete delle reti che copre tutto il pianeta utilizzando infrastrutture di collegamento molto diverse: dalle dorsali transoceaniche, che permettono la trasmissione di grandi quantitativi di dati in pochissimo tempo, alle linee telefoniche classiche, dalle connessioni satellitari alle reti in fibra ottica. # Le tecniche di commutazione Il termine **commutazione** indica le operazioni con le quali il messaggio viene elaborato in modo che venga indirizzato verso il destinatario. Per mettere in comunicazione due utenti di una rete esistono due tecniche principali: * **la commutazione di circuito**, di derivazione dal sistema telefonico, che crea un reale collegamento fisico dedicato; * **la commutazione di pacchetto**, di derivazione informatica, che utilizza la tecnica dell'instradamento. ## La commutazione di circuito In passato le centrali telefoniche funzionavano manualmente. Le operatrici telefoniche erano incaricate di creare connessioni tra i vari utenti che desideravano effettuare una telefonata. Con le centrali automatiche, la stessa operazione viene svolta da dispositivi elettronici attivati automaticamente dall'apparecchio dell'utente. La commutazione di circuito crea quindi un vero collegamento fisico tra i due utenti e questo rimane stabile e riservato per tutta la durata della comunicazione. La commutazione di circuito non permette di sfruttare appieno la capacità di una linea, che resta occupata per tutta la durata della telefonata. ## L'utilizzo della commutazione di circuito prevede 3 fasi distinte. * **L'attivazione del circuito**: è la fase in cui si stabilisce la connessione fisica tra l'unità chiamante e l'unità chiamata; nel caso della comunicazione telefonica corrisponde all'attivazione del numero e all'attesa che il numero chiamato risponda. * **L'utilizzo del canale trasmissivo**: è la fase in cui i dati possono essere trasmessi senza necessità di particolari controlli; nel caso della comunicazione telefonica è la parte di comunicazione tra i due interlocutori. * **Lo svincolo**: è la fase in cui la connessione viene chiusa; nella comunicazione telefonica, corrisponde a rimettere nella sede il ricevitore del telefono con la riattivazione del servizio da parte della centrale telefonica. ## La commutazione di pacchetto L'alternativa alla commutazione di circuito, per un migliore utilizzo dei canali trasmissivi, è rappresentata dalla commutazione di pacchetto, basata su sistemi digitali sia per l'instradamento, sia per la trasmissione dei dati. In questo caso, ogni volta che si effettua una trasmissione, è necessario indicare alcuni dati aggiuntivi con cui si definisce il mittente e il destinatario, proprio come accade per le spedizioni postali. Si ha quindi un'operazione di **imbustamento** che, a partire dal messaggio originale, crea pacchetti pronti per essere inviati. Un **pacchetto** è costituito da due parti fondamentali: la parte di **intestazione** e la parte di dati vera e propria. Le modalità di imbustamento e la dimensione massima dei pacchetti dipendono dall'infrastruttura di rete. In alcuni casi, visto che i pacchetti hanno una dimensione massima predefinita, il messaggio viene spezzato in più segmenti e ricomposto durante la ricezione. Nell'intestazione è specificato, oltre l'indirizzo del mittente e l'indirizzo del destinatario, un numero progressivo attribuito al pacchetto specifico durante la scomposizione, in modo da dare la possibilità di ricomporre correttamente il messaggio originale. Questi attributi permettono al pacchetto di essere svincolato dal percorso fisico dei dati, perché, anche se i pacchetti di una stessa sequenza seguono percorsi diversi per giungere a destinazione, il destinatario ha comunque gli elementi per ricostruire la sequenza. ## I nodi intermedi In una rete geografica esistono due tipi di nodi: quelli intermedi e quelli finali. **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. Le reti, oltre ad indirizzare il singolo computer, consentono anche l'invio di un pacchetto a tutti gli altri elaboratori di una sottorete, usando un indirizzo speciale (**broadcasting**) che tutti gli elaboratori riconoscono come valido. Un'altra possibilità è inviare il pacchetto a un sottoinsieme degli elaboratori (**multicasting**). In questo caso solo gli elaboratori appartenenti a tale sottoinsieme riconoscono il pacchetto come destinato a loro mentre gli altri lo ignorano. Un bit dell'indirizzo indica che si tratta di una trasmissione in multicasting. I rimanenti n-1 bit dell'indirizzo rappresentano l'indirizzo del gruppo destinatario. Con l'utilizzo dei pacchetti si possono effettuare più connessioni lungo gli stessi canali trasmissivi, poiché pacchetti di diverse connessioni possono viaggiare contemporaneamente lungo la rete. Questo approccio presenta alcune situazioni problematiche da gestire. * **Il pacchetto può subire ritardi**: viaggiando lungo la rete non è detto che il pacchetto riesca sempre a percorrere il percorso più conveniente. Inoltre è necessario comunque leggere l'intestazione del pacchetto per instradarlo correttamente. Ovviamente si parla di ritardi dell'ordine del millisecondo, che, però, in situazioni particolari di traffico, e soprattutto se la rete è satura, può portare a ritardi significativi. * **Aumenta la possibilità di commettere errori**: un pacchetto può essere trasmesso non correttamente oppure può essere perduto. In tal caso occorre utilizzare un protocollo che verifichi la correttezza del messaggio inviato. * **Esistono problemi di sicurezza**: i pacchetti possono essere intercettati, letti o modificati mentre percorrono la rete. # Le architetture di rete Per ridurre la complessità di progetto, le reti sono organizzate in una **pila di livelli**, ciascuno dei quali fornisce al livello superiore i servizi richiesti, mascherando le modalità con le quali sono ottenuti. Un livello superiore non vede come vengono svolte le operazioni a un livello inferiore. Le regole e le convenzioni usate nel dialogo tra livelli sono indicate con il termine **protocollo**. I protocolli di comunicazione si dividono in due grandi tipologie: * **protocolli orientati alla connessione**, che prevedono un controllo sugli errori di trasmissione. * **protocolli non orientati alla connessione**, dove non si ha una conferma della corretta ricezione del messaggio. Un insieme di livelli e protocolli forma l'**architettura di rete**. ## I livelli ISO/OSI Il modello di riferimento per le architetture di rete è stato quindi definito dall'ISO (International Standard Organization, Ente internazionale degli standard). Nel 1984 è stato definito lo standard per le reti di calcolatori (ISO 7498) con la sigla **OSI** (Open System Interconnection). Il modello è denominato ISO/OSI, cioè modello ISO per l'interconnessione dei sistemi aperti. Questo modello è stato creato al fine di produrre uno standard a livello internazionale per guidare sia l'attività di progettazione delle reti di comunicazione, sia l'attività di programmazione delle applicazioni di rete. Esso, infatti, doveva servire come base comune per coordinare gli sforzi dei vari sviluppatori, standardizzando la terminologia e definendo quali sono le funzionalità di una rete. Per gestire la complessità dei problemi, OSI ha adottato una pila di livelli (layer): l'intero problema della comunicazione tra due applicazioni è stato scomposto in un insieme di sette livelli, ciascuno dei quali esegue funzioni ben specifiche. OSI ha avuto inoltre il merito di operare il coordinamento tra tutte le attività di standardizzazione, scopo che è stato senza dubbio raggiunto. Oltre a definire OSI come modello di riferimento, ISO ha standardizzato un insieme di protocolli da inserire ai vari livelli del modello, per formare una vera e propria architettura di rete. Nel processo di standardizzazione, OSI è partito dai livelli bassi, quelli più vicini all'hardware, ed è salito verso quelli alti, più vicini all'utente, ricevendo gradimento e accettazione differenti. I livelli 1 (Fisico) e 2 (Collegamento dati) di OSI sono oggi assolutamente standard e questo consente l'interoperabilità dei prodotti. Per quanto riguarda i livelli più bassi, il progetto OSI prende il nome di **Progetto IEEE 802** (la sigla IEEE sta per Institute of Electrical and Electronics Engineers, l'organizzazione professionale mondiale degli ingegneri elettrici ed elettronici con gruppi di standardizzazione sulle reti di calcolatori). Tale progetto, perfettamente inserito nel modello OSI, riguarda i livelli 1 e 2 limitatamente alle reti locali e metropolitane. Esso ha prodotto una voluminosa serie di standard noti con sigle del tipo 802.X, oggi anche approvati dall'ISO. IEEE 802 è nato per razionalizzare i numerosi sforzi presenti in quegli anni per la creazione di nuove reti locali, spesso appositamente concepite, per ragioni commerciali, in modo da essere incompatibili una con l'altra, e ha ottenuto un notevole successo. La quasi totalità delle schede di rete oggi in commercio sono compatibili con lo standard 802. I protocolli 802.X più noti sono: * 802.3 per le reti locali che usano cavi secondo lo standard **Ethernet**; * 802.11 per le reti wireless standard (Wi-Fi); * 802.15 per le reti PAN (Personal Area Network) senza fili e per connessioni **bluetooth**; * 802.16 per le reti WiMAX, reti senza fili a banda larga. In particolare l'architettura OSI è stata applicata dal progetto IEEE 802 relativamente ai due livelli più bassi concernenti le reti locali, mentre, nei livelli più alti, il mercato ha sancito il protocollo TCP/IP come standard (vedi pag. 89). ## Il modello ISO/OSI Il modello ISO/OSI è basato su sette strati (layer): ogni livello può in generale comunicare solamente con il livello inferiore e fornisce servizi solo a quello superiore. | Host A | Host B | |---|---| | 7 Applicazione | 7 Applicazione | | 6 Presentazione | 6 Presentazione | | 5 Sessione | 5 Sessione | | 4 Trasporto | 4 Trasporto | | 3 Rete | 3 Rete | | 2 Collegamento dati | 2 Collegamento dati | | 1 Fisico | 1 Fisico | ## I sette livelli del modello ISO/OSI **1. Livello di collegamento fisico** A questo livello spetta la definizione delle funzioni basilari della connessione fisica, dalla struttura elettronica che realizza il collegamento, agli aspetti tecnici delle interconnessioni. Questo è il livello che gestisce le caratteristiche hardware. **2. Livello di collegamento dati** Il livello del collegamento dati riguarda i dispositivi che gestiscono il collegamento dati da un nodo all'altro della stessa rete. Controlla la correttezza delle sequenze di bit trasmesse e ne richiede eventualmente la ritrasmissione. Provvede alla formattazione delle informazioni e alla sincronizzazione dei messaggi, nonché alla correzione e al recupero dei messaggi errati. **3. Livello di controllo della rete** Nel livello di rete i messaggi vengono suddivisi in **pacchetti** che, una volta giunti a destinazione, vengono riassemblati nella loro forma originaria. Il livello di rete si fa carico di scegliere una strada tra quelle disponibili, tramite i **router** che instradano i **pacchetti** verso il computer di destinazione. Il protocollo di rete più utilizzato nel livello 3 è il protocollo **IP**. **4. Livello del trasporto** Il livello di trasporto gestisce la trasmissione dei **pacchetti**. Ha il compito specifico di assicurare il trasferimento dei dati tra strati di sessione appartenenti a sistemi diversi, geograficamente separati, senza che sui dati vi siano errori o duplicazioni. È in grado di identificare il destinatario, aprire o chiudere una connessione con il sistema corrispondente, suddividere o riassemblare un testo, controllare e recuperare gli errori, controllare la velocità con cui fluiscono le informazioni. **5. Livello di sessione** Il livello di sessione gestisce la corretta sincronizzazione della corrispondenza dei dati che saranno poi visualizzati. Instaura una **sessione**, cioè un collegamento logico e diretto tra due interlocutori, organizzandone il dialogo. **6. Livello di presentazione** Le varie informazioni che viaggiano all'interno della rete subiscono a questo livello una particolare decodifica, che le trasforma in modo da renderle visualizzabili nei normali dispositivi di output a disposizione degli utenti, tipicamente i terminali video e le periferiche di stampa. Per la gestione dei personal computer, il problema si presenta quando due sistemi che vogliono comunicare possiedono video o tastiere diverse, e quindi non compatibili. **7. Livello di applicazione** Il livello di applicazione riguarda i cosiddetti programmi applicativi. Questo livello gestisce la visualizzazione dei dati relativa a programmi di login remoto, file transfer, posta elettronica. Anche per la pila ISO/OSI vale il principio secondo il quale la trasmissione di dati tra due host deve avvenire in modo che i dati percorrano la pila di livelli dall'alto verso il basso per il dispositivo che trasmette e, successivamente, dal basso verso l'alto per il dispositivo che riceve i dati. In questi passaggi i dati vengono modificati da ciascun livello con l'incapsulamento. I dati da trasmettere sono prodotti al livello più alto, quindi si rendono sempre necessarie delle trasformazioni del messaggio per consentire la trasmissione e altre trasformazioni che permettano, sul computer ricevente, di riportare il messaggio al livello originale. L'operazione che permette il passaggio di un pacchetto di livello n a un livello n-1, che spesso consiste nell'aggiungere al pacchetto qualche informazione, viene detta **imbustamento**, mentre l'operazione inversa viene detta **estrazione**. In generale con il passaggio a livello inferiore vi è un aumento delle dimensioni del pacchetto dovuto all'aggiunta di informazioni per cui, in alcuni livelli, viene introdotta l'operazione di **frammentazione** dei pacchetti stessi. # I mezzi trasmissivi e i dispositivi di rete Nelle reti l'unità di misura della velocità di trasmissione è il **bit per secondo** (indicato con bps o con bit/s) e i suoi multipli (Kbps per migliaia, Mbps per milioni, Gbps per miliardi di bit per secondo). Un mezzo trasmissivo è caratterizzato da un parametro in grado di misurarne le caratteristiche: il **throughput**, cioè la quantità di informazioni elaborata e trasmessa nell'unità di tempo. La caratteristica più importante di un segnale è la **frequenza** che si misura in **Hertz** (Hz), con i suoi multipli (MHz e GHz). Un insieme finito di frequenze adiacenti è denominato **banda**. L'intervallo di valori tra i quali varia la frequenza di un segnale si chiama **larghezza di banda**. ## I principali mezzi trasmissivi * **Doppino telefonico:** Questo canale fisico, detto cavo UTP (Unshielded Twisted Pair, coppia intrecciata non schermata), è stato impiegato in modo esteso dalle compagnie fornitrici del servizio telefonico: tale mezzo consiste in un doppio filo di rame (da cui appunto deriva il nome) intrecciato per ridurre l'interferenza con i campi elettromagnetici generati da altre coppie di cavi poste nelle vicinanze. I cavi utilizzati nelle reti locali sono formati da quattro coppie di fili di rame uniti in un connettore di tipo RJ45 e si chiamano comunemente cavi **Ethernet**, con riferimento agli standard definiti in IEEE 802.3. * **Fibra ottica:** Una fibra ottica si presenta come un sottile filo di vetro: i segnali elettrici vengono convertiti in impulsi luminosi con un modulatore e, instradati nella fibra ottica, vengono trasmessi alla velocità della luce all'altro capo della fibra, dove si ottiene la riconversione in segnali elettrici, consentendo di raggiungere alte velocità, dell'ordine dei Gbps. La fibra ottica è soprattutto adottata per la realizzazione di dorsali, cioè interconnessioni di reti, e come linea di trasmissione dati nelle principali città. Le fibre ottiche stanno sostituendo i doppini nelle reti telefoniche pubbliche, ma anche nelle reti LAN, offrendo maggiore efficienza e velocità, oltre alla potenzialità della banda larga. * **Wireless:** Negli anni recenti si sono diffuse, specialmente nell'ambito delle reti locali, le trasmissioni wireless, senza fili, anche se vi sono ancora alcuni problemi riguardanti il raggio di azione di questi segnali (qualche centinaio di metri). Esse usano l'etere come mezzo trasmissivo e consentono di creare facilmente reti senza installare alcun tipo di cablaggio, operazione in molti casi costosa. Nel 1990 fu introdotto lo standard IEEE 802.11 che definiva, a livello fisico e di data link, le specifiche per l'implementazione di una rete wireless. Queste tecnologie non ebbero grande diffusione perché, utilizzando raggi infrarossi oppure onde radio, non consentivano alte velocità, non riuscendo a superare i 2 Mbit/s. Alla fine degli anni Novanta fu introdotto lo standard 802.11b (chiamato Wi-Fi) che, restando compatibile con lo standard precedente, permetteva velocità limite di 11 Mbit/s. Dal 2003, con l'introduzione dello standard 802.11g, si possono avere velocità di trasmissione teoriche di 54 Mbit/s, comparabili alla velocità delle normali reti cablate. Questi nuovi standard prevedono una trasmissione dati a una frequenza di 2,4 GHz. Nel 2009 è stato reso definitivo lo standard 802.11n che, utilizzando anche la frequenza di 5,4 Ghz, permette una velocità teorica fino a 300 Mbit/s. Lo standard 802.11ac, approvato nel 2014, prevede la frequenza di 5,4 GHz e velocità di 1300 Mbit/s (= 1,3 Gbit/s, Gigabit al secondo). Nelle reti wireless si utilizza un apparecchio, detto **access point**, collegato fisicamente alla rete, che comunica con gli utenti attraverso segnali radio. I computer degli utenti devono essere dotati di una scheda per il collegamento wireless. ## I principali dispositivi di rete Di seguito sono illustrati i principali dispositivi hardware necessari per il cablaggio delle reti. * **Scheda di rete** o **NIC** (Network Interface Card) viene installata nell'alloggiamento della scheda madre del computer. Le schede di rete più comuni sono dette schede 10/100/1000, in quanto possono trasmettere dati alla velocità di 10 Mbps (per le reti meno recenti) fino a 100 Mbps oppure 1 Gbps. Ulteriori evoluzioni delle schede di rete rendono disponibili velocità di 10 Gbps. * **Switch:** Lo switch è un dispositivo dotato di prese (porte) nelle quali sono inseriti i cavi provenienti dai computer della rete. Uno switch invia i pacchetti di dati alle porte specifiche dei destinatari, sulla base delle informazioni contenute nell'intestazione di ogni pacchetto. Di fatto rappresenta il centro di collegamento dei computer della rete e di smistamento dei messaggi. * **Router:** Il router è l'apparecchiatura che determina il nodo intermedio successivo nella rete che deve ricevere il pacchetto. Basandosi su una tabella di routing, consente ai pacchetti di raggiungere le loro destinazioni attraverso i percorsi più idonei. Poiché i router sono in grado di definire anche i collegamenti tra reti diverse, essi vengono tipicamente utilizzati per mettere in collegamento una rete locale con la rete Internet. Spesso, poi, i router sono dotati di porte che consentono di svolgere anche le funzionalità di switch (switch-router). # Le reti pubbliche per la connessione a Internet Nella configurazione più semplice, ormai non più usata, l'utente di un personal computer poteva connettersi alla rete Internet attraverso un **modem** che è collegato da una parte a una porta del PC e dall'altra alla linea telefonica di casa. Questo tipo di collegamento presentava però velocità di trasmissione molto basse: la velocità tipica dei modem è di 56 K (Kbps). Il modem si chiama così perché è un Modulatore/Demodulatore, cioè il modem del computer di partenza trasforma i segnali digitali del computer in segnali analogici che possono viaggiare sulla linea telefonica (modulazione), mentre il modem collegato al computer di destinazione ritrasforma i segnali analogici in digitali (demodulazione). Per la connessione a Internet occorre un abbonamento con un Provider dei servizi Internet # Internet