LE RETI

Reti di comunicazione
e trasmissione dei dati

La telecomunicazione

Reti di comunicazione e trasmissione dei dati

La comunicazione a distanza (tele) tra due o più persone per
mezzo di dispositivi e/o infrastrutture che utilizzano
particolari tecniche per il trasferimento dell’informazione
prende il nome di telecomunicazione.

La telematica si occupa della trasmissione a distanza di
informazioni (dati, testi, suoni, immagini) attraverso l’uso
delle tecnologie informatiche nell’ambito delle
telecomunicazioni.

Gli elementi della comunicazione

Reti di comunicazione e trasmissione dei dati

• I soggetti interessati alla comunicazione. Le persone che
colloquiano hanno i ruoli di mittente o trasmittente (colui
che trasmette l’informazione) e ricevente o destinatario
(colui che riceve l’informazione).
• Il messaggio: l’informazione che si vuole trasmettere.
• Il mezzo trasmissivo utilizzato per la comunicazione: può
essere ad esempio l’aria, se il colloquio avviene verbalmente
con mittente e ricevente posti vicini tra di loro.

Gli elementi della comunicazione

Reti di comunicazione e trasmissione dei dati

• Il linguaggio utilizzato per comunicare: entrambi gli
interlocutori devono parlare la stessa lingua.
• Le regole da seguire per poter comunicare: due persone
devono parlare a turno senza sovrapporsi, possono usare
cenni di assenso con il capo per far capire
all’interlocutore che quanto comunicato risulta chiaro, ecc.
• Individuare e correggere eventuali errori durante la
comunicazione: ad esempio, può essere necessario ripetere
il messaggio.

Le reti di computer

Reti di comunicazione e trasmissione dei dati

Una rete di computer (computer network) è costituita da un
insieme di computer, o più in generale di unità di
elaborazione autonome, connesse mediante un sistema di
comunicazione e in grado di scambiarsi messaggi o
condividere risorse utilizzando regole note come protocolli
di comunicazione.
Le unità di elaborazione (ad esempio computer, ma anche
stampanti o modem)connesse alla rete vengono chiamate
nodi o host.

​Protocolli di comunicazione
Sono un insieme ben definito di regole che permette
lo scambio di informazioni tra sistemi informatici
diversi: la loro condivisione consente ai dispositivi
connessi di interagire tra di loro.

Le reti di computer

Reti di comunicazione e trasmissione dei dati

I nodi sono collegati fisicamente tra loro attraverso
attrezzature passive (cavi elettrici, fibre ottiche, connettori e
così via) e attrezzature o dispositivi attivi (modem, router,
schede di rete e così via).
I nodi sono collegati logicamente tra loro attraverso
programmi e software che, per dialogare correttamente,
utilizzano un insieme di regole detto protocollo informatico
di comunicazione.

Le reti di computer

GAN (Global Area Network): collegano computer collocati in
vari continenti attraverso cavi satelliti. La rete INTERNET e’ un
classico esempio.

Reti di comunicazione e trasmissione dei dati

I segnali analogici e digitali

Reti di comunicazione e trasmissione dei dati

Un segnale analogico è un segnale il cui valore varia nel
tempo in un intervallo continuo. Ovvero, se il segnale è
compreso tra [min, max], esso assumerà tutti i valori reali
compresi tra il valore min e il valore max.

I segnali analogici e digitali

Reti di comunicazione e trasmissione dei dati

Un segnale digitale è un segnale discreto, ovvero un
segnale che può assumere solo una successione di valori.
Un segnale binario è un caso particolare di segnale digitale
che può assumere solo due valori: (0 e 1).

I mezzi trasmissivi

Reti di comunicazione e trasmissione dei dati

Quando si mettono in collegamento due
interlocutori si dice che fra questi si stabilisce
un canale di comunicazione.

Un mezzo trasmissivo è il supporto fisico tramite il quale un
segnale si propaga da un punto a un altro della rete.
Ad esempio:
• Cavi di rete: coppie di cavi di rame (UTP, STP, FTP);
• Cavi di rame di ultima generazione raggiungono velocità
fino a 1 Gbps (“ultimo miglio”);
• A fibra ottica: enorme velocità (nell’ordine dei Gbps);
• Wireless: usano segnali radio ad alta frequenza o raggi di
luce a infrarossi. Hanno velocità più bassa ma sono ideali in
edifici storici o spazi aperti.

Cavi di rete

I mezzi trasmissivi

Reti di comunicazione e trasmissione dei dati

Reti analogiche e reti digitali

Reti di comunicazione e trasmissione dei dati

Poiché le reti richiedevano collegamenti a grandi distanze,
inizialmente si decise di utilizzare come sottorete di
comunicazione una rete già esistente: quella telefonica che
usava segnali analogici. La rete telefonica analogica viene
indicata con le sigle: RTG (Rete Telefonica Generale), in
inglese PSTN (Public Switched Telephone Network), o
POTS (Plain Old Telephone Service).

Oggi la maggior parte delle reti è di tipo digitale: le
informazioni da trasmettere vengono digitalizzate, cioè
trasformate in formato digitale (sequenza di bit), trasmesse e
poi riconvertite in analogico alla ricezione. Il MODEM
(MOdulatore/DEModulatore) è il più famoso dispositivo che
effettua una conversione analogico-digitale.

La banda larga

Reti di comunicazione e trasmissione dei dati

Negli ultimi anni la rete digitale per eccellenza è quella
basata su tecnologia ADSL (Asymmetric Digital Subscriber
Line). Tale tecnologia permette di velocizzare la trasmissione
dei messaggi in rete utilizzando la normale rete telefonica
(RTG), sfruttandone fino al limite le caratteristiche di banda;
si parla di banda larga o broadband.

Le velocità di invio dati (upstream) e di ricezione
(downstream) sono differenti, da qui la caratteristica di
asimmetria di questa tecnologia.

La banda larga

Reti di comunicazione e trasmissione dei dati

Per la banda larga è di notevole importanza la distanza fra
l’utente e il cabinet (la centralina di prossimità), che ha una
notevole incidenza per la tecnologia ADSL (che si degrada
con la distanza) e bassa per la fibra ottica.

Le soluzioni di connettività più veloci
Per la fibra ottica sono:
• FTTS – Fiber to the Street: la fibra
ottica parte dalla centrale e arriva fino
al cabinet, lasciando al cavo in rame
la copertura dell’ultimo tratto (di solito
inferiore ai 250 metri);
• FTTH – Fiber to the Home: la fibra ottica copre entrambe le
Tratte, e arriva fino all’interno della casa dell’utente.

Le topologie di rete

Reti di comunicazione e trasmissione dei dati

La topologia di una rete definisce il modo in cui sono
collegati i nodi della sottorete di comunicazione. Ogni
topologia possiede caratteristiche che influenzano il costo e
il throughput, cioè la quantità di informazione scambiata
nell’unità di tempo.

• Topologia a bus: tutti i nodi sono connessi
a un unico mezzo fisico comune (il bus) che
viene condiviso. Vanno adottate tecniche
per evitare sovrapposizioni.
• Topologia a stella: tutti i nodi hanno un
collegamento con un nodo centrale detto centro
stella che può essere un ripetitore di segnale (hub)
o un dispositivo intelligente (switch o router).

Le topologie di rete

Reti di comunicazione e trasmissione dei dati

• Topologia ad anello: ogni nodo è connesso al
successivo con un collegamento di tipo punto a
punto. Ogni messaggio da trasferire deve
percorrere l’anello fino al destinatario, ogni
scambio di informazioni coinvolge tutti i nodi della rete che
devono cooperare anche se non direttamente interessati.

• Topologia a maglia completa: ogni nodo è
collegato a ognuno degli altri nodi. L’invio di un
messaggio, così, avviene in modo diretto senza
pericoli di collisioni o interferenze e senza tempi
di attesa. Gli svantaggi sono la complessità della
manutenzione e i costi di installazione e di gestione della
rete.

Creare una semplice LAN

Reti di comunicazione e trasmissione dei dati

Il primo passo per la realizzazione di una rete cablata
consiste nel decidere quale tecnologia impiegare; la più nota
e diffusa è lo standard Ethernet.

Ogni computer che occorre collegare deve essere dotato di
una scheda di rete, la quale dovrà essere riconosciuta dal
sistema operativo in uso su quel computer.
Occorre poi procurarsi un hub o uno switch.

Creare una semplice LAN

Reti di comunicazione e trasmissione dei dati

Un hub (termine inglese che significa fulcro, mozzo,
elemento centrale) è un concentratore, ovvero un
dispositivo di rete che funge da nodo di smistamento in una
rete a stella. È dotato di un numero variabile di porte alle
quali connettere i cavi di rete. Inoltra i dati in arrivo da una
qualsiasi delle sue porte su tutte le altre; per questa ragione
può essere definito anche un “ripetitore multiporta”.

Creare una semplice LAN

Reti di comunicazione e trasmissione dei dati

Uno switch (termine inglese che significa commutatore,
interruttore) è un hub intelligente: dai pacchetti che riceve
impara a riconoscere i dispositivi che sono collegati alle
proprie porte, per poi inviare i pacchetti solamente alle porte
interessate e non a tutte quante indistintamente (come fa
invece l’hub). Così facendo riduce il traffico in rete a
vantaggio delle prestazioni. Si comporta come un centralino
che smista le chiamate tra mittente e destinatario.

​Il router è un dispositivo molto più avanzato di Hub e Switch, perché può svolgere le funzioni di questo e di altri. La sua funzione principale è quella di trasmettere pacchetti di dati tra reti diverse.

Questo dispositivo utilizza almeno due reti che possono essere due LAN o WLAN; o una LAN e una rete WAN (Wide Area Network) utilizzata per la connessione ISP.

​ROUTER

​Il modello ISO-OSI

Lo standard OSI (Open System Interconnection) costituisce un modello di riferimento per lo scambio di informazioni tra due calcolatori ed è stato definito dall’ISO (International Standards Organization) con l’obiettivo di stabilire regole comuni affinché i processi applicativi, residenti su computer di case costruttrici diverse, potessero comunicare tra loro.
Lo standard OSI utilizza una struttura composta da sette livelli.

​IL’ISO è una organizzazione mondiale che si occupa di definire/organizzare gli standard tecnologici e diffonderli in modo che la comunità mondiale possa utilizzarli e condividerli.

​LIVELLO 7 – DI APPLICAZIONE- Application Layer

L’obiettivo principale di questo livello, è quello di fornire un’interfaccia di rete verso le comuni

applicazioni software. Il livello si occupa di fare in modo che due applicazioni remote possano

stabilire una comunicazione. Il protocollo più conosciuto appartenente a questo livello è

l’HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) cioè il protocollo di trasferimento di un ipertesto,

utilizzato quando navighiamo in internet tramite un browser. Questo protocollo mette infatti in

comunicazione il nostro browser Chrome o Firefox, con il Server che ospita il sito internet che

visitiamo. Un altro protocollo che interessa questo livello è l’FTP (File Transfer Protocol) che

permette di trasferire dei file tramite anche autenticazione con nome utente e password.

Anche lo scambio di email con i protocolli POP3 o SMTP interessano questo livello. E’ il livello

più alto del modello ISO-OSI e per questo non fornisce servizi ad altri livelli, ma di fatto

consente all’utente di interfacciarsi alla macchina.

​LIVELLO 6 – DI PRESENTAZIONE- Presentation Layer

Questo livello si occupa della sintassi e della semantica delle informazioni da trasferire: se due interlocutori utilizzano linguaggi diversi, è possibile che interpretino diversamente i dati sia nel tipo sia nel formato. È quindi necessario far precedere la struttura dati che deve essere consegnata da un’intestazione nella quale si indichi com’è strutturato il record, indicando la quantità, la natura e la lunghezza di ogni singolo campo che compone la struttura dati. Il presentation layer si occupa inoltre di svolgere una funzione di sicurezza, effettuando il criptaggio dei dati.
Le principali funzioni svolte dal livello di presentazione sono le seguenti:

• rappresentazione dei dati;
• compressione dei dati;
• cifratura dei dati;
• fornitura di servizi al livello superiore (livello applicativo).

​LIVELLO 6 – DI PRESENTAZIONE- Presentation Layer

In questo livello si presentano vari standard, come: 

• ASCII ed EBCDIC (per file di testo) 

• GIF (Graphic Interchange Format) 

• JPEG (Joint Photographic Experts Group) 

• TIFF (Tagged Image File Format) 

• MPEG (Motion Picture Experts Group) 

• MIDI (Musical Instrument Digital Interface) 

• QUICK TIME (per i file con video ed audio)

Per crittografia si intende la comunicazione tra due processi ed un tipo riservato.

 Le informazioni scambiate non devono essere comprensibili a chi intercettasse un messaggio lungo la linea.

​LIVELLO 5 – DI SESSIONE- Session Layer

E' il livello mediante il quale gli utenti possono stabilire dei collegamenti logici o sessioni di lavoro che consentono il corretto trasferimento di informazioni. In particolare, in questo livello vengono definite le regole per aprire e chiudere una connessione logica.

I compiti di questo livello:

Definizione della sessione : si occupa di attivare la connessione tra due stazioni, mantenerla per
tutta la durata del trasferimento dei dati e di terminarla a fine trasmissione.
L’intero processo è chiamato appunto sessione; una sessione deve essere
individuata, eventualmente interrotta e poi ripresa in base alla necessita'.

Sincronizzazione: permette ai processi coinvolti nella comunicazione di inserire dei checkpoint
(punti di sincronizzazione) in un flusso dati; cio' permette di dividere
(logicamente) il flusso in unita' piu' piccole in modo che, in caso di interruzione
della sessione, non sia necessario inviare nuovamente tutto il flusso dati ma solo dall' ultimo checkpoint in poi.

​LIVELLO 5 – DI SESSIONE- Session Layer

Avvio o apertura : si avvia uno scambio di informazioni tra l'utente che intende utilizzare un servizio e il server che possiede tale servizio.

Lavoro in sessione : Il colloquio prosegue, sempre con lo scambio delle informazioni di sessione. Le tipiche applicazioni per il web prevedono spesso che nell'arco della sessione parte di queste informazioni possano essere variate o aggiunte di nuove.

Chiusura : su richiesta dell'utente o del client, il server cancella le informazioni di sessione. In assenza di una specifica richiesta, nella gran parte delle applicazioni è prevista la chiusura, o la fine automatica della sessione, dopo un certo tempo in cui l'utente/client non invia alcun messaggio.

​LIVELLO 4 – DI TRASPORTO- Transport Layer

l livello di trasporto trasferisce i dati fra le applicazioni. Come il livello di rete controlla la trasmissione dei dati fra i computer, così il livello di trasporto controlla la trasmissione dei dati attraverso il livello di rete.

Il livello di trasporto può costruire le trasmissioni di dati in due modi: con il protocollo TCP (Transfer Control Protocol) o con il protocollo UDP (User Datagram Protocol). In breve, una trasmissione TCP è come una chiamata telefonica. Quando si esegue una chiamata, colui che risponde alla chiamata conferma la ricezione della chiamata stessa.

Al contrario, il protocollo datagram è un protocollo senza connessione e non affidabile che invia e riceve i dati utilizzando datagram. A differenza della trasmissione TCP, il computer ricevente non verifica la trasmissione UDP. In pratica la trasmissione UDP è un po' come l'invio di una lettera: si potrebbe non venire mai a sapere che la lettera è stata ricevuta.

​LIVELLO 3 – DI RETE - Network Layer

Con il livello 3 la trasmissione dati raggiunge la rete Internet e qui avviene l’indirizzamento logico dei dispositivi, a cui viene assegnato un indirizzo IP univoco. Ritornando al nostro esempio, ai dati delle e-mail viene aggiunto un network header, che comprende le informazioni sul routing e il controllo del flusso di dati.

​LIVELLO 2 – DI COLEGAMENTO - DataLink Layer

Su questo livello le funzioni di identificazione e risoluzione dell’errore e di controllo del flusso di dati servono ad evitare gli errori di trasmissione. Per fare ciò, il pacchetto comprensivo di application, presentation, session, transport e network header rientra in un frame composto da datalink header e datalink trail. Inoltre sul livello 2 avviene l’indirizzamento dell’hardware grazie all’utilizzo di indirizzi MAC. L’accesso ad un mezzo fisico viene regolato da protocolli quali Ethernet o PPP.

​LIVELLO 1 – FISICO - Physical Layer

Qui avviene la conversione dei bit in un pacchetto in un segnale fisico adatto per il mezzo di trasmissione, che è possibile trasmettere solo tramite un filo di rame, fibra ottica o per via aerea. La comunicazione con il mezzo di trasmissione viene definito tramite protocolli e norme come DSL, ISDN, Bluetooth, USB (livello fisico) o Ethernet (livello fisico).