Il computer usato da
Tim Berners-Lee
per realizzare il primo
server web
, esposto nel
Globo della Scienza e dell'Innovazione
del
CERN
: il foglietto sul
case
reca la scritta ≪Questo PC e un server, non spegnere≫.
Una
rete di computer
o
rete informatica
e un tipo di
rete di telecomunicazioni
a
commutazione di pacchetto
caratterizzata da un insieme di dispositivi
hardware
con opportuni
software
di
commutazione
, ossia
nodi
di commutazione collegati l'uno con l'altro da appositi
canali di comunicazione
(
link
), tali da fornire un servizio di comunicazione che permette lo scambio e la condivisione di dati e la comunicazione tra piu utenti o dispositivi distribuiti o
terminali
(
host
): i dati vengono trasmessi e trasferiti sotto forma di
pacchetti dati
(PDU,
Protocol Data Unit
), composte da un
header
(che contiene i dati per il recapito del messaggio) e un
body
(che contiene il corpo del messaggio), il tutto regolato da precisi
protocolli di rete
.
Esempio di Network
La rete fornisce un servizio di trasferimento dati, attraverso comuni funzionalita di
trasmissione
e
ricezione
, ad una popolazione di utenti distribuiti su un'area piu o meno grande. Esempi di rete informatica sono le reti
LAN
,
WLAN
,
WAN
e
GAN
la cui interconnessione globale da vita alla Rete
Internet
.
Le reti di computer generano
traffico
di tipo fortemente impulsivo ovvero
pacchettizzato
e asincrono, a differenza della
rete telefonica
sincrona, e per questo hanno dato origine e usano la tecnologia della
commutazione di pacchetto
, piuttosto che la
Commutazione di circuito
come per le linee telefoniche tradizionali. Nate come reti dati private tra servizi della difesa e le universita, a partire dagli anni 2000 le reti internet si sono diffuse verso le reti integrate nei servizi di
rete telefonica
, con l'avvento dell'
ISDN
, con la tecnologia
ADSL
e attualmente tramite la
Fibra ottica
e la telefonia mobile con
4G LTE
.
Lo stesso argomento in dettaglio:
Internet
.
Arpanet
nel 1974
La costruzione delle prime reti risale al 1969 quando viene creato il primo nodo di IMP (Interface Message Processor) dell'
ARPANET
a UCLA. La tecnologia delle reti e la sua successiva diffusione in giro per il mondo ha permesso rivoluzionari sviluppi nell'organizzazione delle risorse di calcolo e nella distribuzione di dati e risorse in giro per il mondo grazie alle dorsali oceaniche in fibra ottica.
Si possono indicare almeno quattro punti di forza di una rete dati distribuita rispetto alla concentrazione di tutto su un singolo dispositivo e in un singolo luogo:
- fault tolerance
(resistenza ai guasti): grazie alla ridondanza dei dati il guasto di una macchina non blocca tutta la rete, ed e possibile sostituire il computer guasto facilmente e in lasso di tempo breve (la componentistica costa poco e un'azienda puo permettersi di tenere i pezzi di ricambio in magazzino);
- economicita
: come accennato sopra, hardware e software per computer costano meno di quelli per un singolo mainframe;
- gradualita della crescita e flessibilita (
scalabilita
)
: l'aggiunta di nuovi nodi e terminali a una rete gia esistente e la sua espansione sono semplici e poco costose;
- facilita di accesso ai dati
: ovunque ci si trovi nel mondo i dati salvati sui sistemi connessi a internet sono sempre accessibili e disponibili con tempi di attesa in media molto brevi.
Tuttavia una rete mostra alcuni punti deboli:
- scarsa sicurezza
: un malintenzionato puo avere accesso piu facilmente ad una rete di computer: quando un virus infetta un sistema della rete questo si propaga rapidamente agli altri, l'opera di individuazione e rimozione della minaccia puo risultare lunga e difficile;
- alti costi di costruzione e di manutenzione
: creare una infrastruttura di rete e molto complicato e costoso in quanto richiede molto lavoro, depositare i cavi, costruire centraline e centrali di commutazione;
- furto dei dati: se i dati non sono criptati possono essere rubati da chi li intercetta sulla connessione (sniffing);
- impersonificazione: senza fattori di autenticazione un qualsiasi utente della rete si puo spacciare per qualcun altro.
Esiste una grande varieta di tecnologie di rete e di modelli organizzativi, che possono essere classificati secondo diversi aspetti:
A seconda dell'estensione geografica, si distinguono diversi tipi di reti:
- si parla di
rete locale
o
LAN
(
Local Area Network
) se la rete si estende all'interno di un edificio o di un comprensorio, con una estensione nell'ordine del centinaio di metri
[1]
.
- si parla di
rete universitaria
o
CAN
(
Campus Area Network
), intendendo la rete interna ad un campus universitario, o comunque ad un insieme di edifici adiacenti, separati tipicamente da terreno di proprieta dello stesso ente, che possono essere collegati con cavi propri senza far ricorso ai servizi di operatori di telecomunicazioni. Tale condizione facilita la realizzazione di una rete di interconnessione ad alte prestazioni e a costi contenuti.
- si parla di
rete metropolitana
o
MAN
(
Metropolitan Area Network
) se la rete si estende all'interno di una citta.
- si parla di
rete geografica
o
WAN
(
Wide Area Network
) se la rete ricopre un'area geografica molto estesa e che intercorre nelle reti precedenti.
- si parla di
rete globale
o
GAN
(
Global Area Network
) se la rete collega calcolatori dislocati in tutto il mondo, anche via satellite.
Schema di una
LAN
Le
reti locali
(
Local Area Network
o LAN) vengono realizzate tipicamente adoperando un sistema di
cablaggio
strutturato con cavi
UTP
in categoria 5 o superiore, che servono uno o piu edifici usati da una stessa entita organizzativa, che realizza e gestisce la propria rete, eventualmente con la cooperazione di aziende specializzate. In molti casi il cablaggio e complementato o sostituito da una copertura wireless. Le LAN vengono realizzate soprattutto con la tecnologia
ethernet
che supportano velocita di 1 Gbit/s o anche 10 Gbit/s, su cavi in rame dalle caratteristiche adeguate (CAT5 o superiore), o su fibra ottica.
Modem
ADSL
Diagramma della
rete di accesso
fino alla
rete di trasporto
Le reti pubbliche sono gestite da operatori del settore e offrono servizi di telecomunicazione a privati e aziende in una logica di mercato. Per poter offrire servizi al pubblico, e necessario disporre di una infrastruttura di distribuzione che raggiunga l'intera popolazione.
Per ragioni storiche, parecchie reti pubbliche sono basate sul
doppino telefonico
(dette anche
POTS
,
Plain Old Telephone System
). Questa tecnologia era stata studiata per supportare il servizio di telefonia analogica, ma data la sua pervasivita e gli alti investimenti che servivano per sostituirla e stata adattata al trasporto di dati mediante diverse tecnologie, ad oggi e stata quasi interamente sostituita dalla fibra ottica:
- i
modem
per codificare segnali digitali sopra le comuni linee telefoniche analogiche. Il vantaggio di questa tecnologia e che non richiede modifiche alla rete distributiva esistente in quanto usa la linea telefonica gia esistente e trasmette i dati ad una frequenza superiore alla banda telefonica che arriva a 4KHz. Sono necessari due modem ai due capi di una connessione telefonica attiva per stabilire una connessione. La velocita e limitata a circa 56 Kbit/s, con l'adozione di modem client e server che supportano la versione
V92
dei protocolli di comunicazione per modem. Questo protocollo incorpora funzioni di compressione del flusso di bit trasmesso, quindi la velocita effettiva dipende dal fattore di compressione dei dati trasmessi.
- le reti
ISDN
(
Integrated Services Digital Network
) trasmettendo dati e voce su due canali telefonici in tecnologia digitale. Mediante appositi adattatori, e possibile inviare direttamente dati digitali. La tecnologia ISDN, quando e usata per la trasmissione di dati, arriva ad una velocita massima di 128 Kbit/s, senza compressione, sfruttando in pratica due connessioni dial-up in parallelo, possibili solo con determinati provider. La velocita su un singolo canale e invece limitata a 64 Kbit/s. Ci sarebbe un terzo canale usato per il segnale ma non per la comunicazione con una capacita di 16 Kbit/s (Esso non viene mai utilizzato per i dati).
Usando modem analogici o ISDN, e possibile stabilire una connessione dati diretta tra due qualsiasi utenze della rete telefonica o ISDN rispettivamente.
- la tecnologia
ADSL
(
Asymmetric Digital Subscriber Line
) usa una porzione della banda trasmissiva disponibile sul doppino telefonico dalla sede dell'utente alla centrale telefonica piu vicina per inviare dati digitali. E necessaria l'installazione di nuovi apparati di commutazione nelle centrali telefoniche, chiamati
DSLAM
, e l'uso di filtri negli impianti telefonici domestici per separare le frequenze impiegate per la trasmissione dati da quelle per la comunicazione vocale. La loro diffusione sul territorio e limitata dai costi, che la rendono conveniente solo nelle aree maggiormente sviluppate. Durante la connessione tramite ADSL e possibile continuare a usare il telefono, in quanto le frequenze della voce e dei dati non si sovrappongono. Questa tecnologia e inoltre chiamata
Asymmetric
in quanto le velocita di download e di upload non sono uguali: in Italia sono tipicamente pari a 4 Mbit/s in download e 512 Kbit/s in upload, ma per certi abbonamenti la velocita di download puo arrivare a 12 Mbit/s o anche 20 Mbit/s, usando tecnologie di punta come
ADSL2+
e reti di distribuzione in fibra ottica di ottima qualita. Il doppino di rame presenta l'inconveniente di attenuare i segnali, e non permette il funzionamento di questa tecnologia per distanze superiori ai 5 km circa. In alcuni casi e anche possibile un'ulteriore riduzione della distanza massima dovuta a interferenze esterne che aumentano la probabilita d'errore. Un'altra limitazione importante e data dall'interferenza "interna", che si verifica quando molte utenze telefoniche sullo stesso cavo di distribuzione usano il servizio ADSL. Questo fa si che non si possa attivare il servizio ADSL su piu di circa il 50% delle linee di un cavo di distribuzione.
- la fibra ottica e attualmente usata in piu varianti
FTTx
: puo arrivare fino al cabinet o anche in casa, ha velocita di trasmissione dati che arrivano fino a 1 Gbit/s per gli utenti domestici.
[2]
Capacita ancora superiori sono necessarie per trasportare il traffico aggregato tra le centrali di un operatore di telecomunicazioni attraverso quella che e comunemente chiamata
rete di trasporto
. Con tecnologie piu costose, tipicamente usate dai provider, si raggiungono velocita di 40 Gbit/s per singola fibra ottica. Su una singola fibra e poi possibile inviare molteplici segnali attraverso una tecnica di multiplazione chiamata (Dense)
Wavelength Division Multiplexing
((D) WDM), o Multiplazione di Lunghezza d'Onda, che invia segnali ottici differenti a diverse lunghezze d'onda (in gergo,
colori
). Il numero di segnali indipendenti trasportabile va dai 4 o 16 dei relativamente economici impianti (Coarse) WDM alle centinaia degli impianti DWDM piu avanzati. Negli
Stati Uniti d'America
il progetto
Internet2
, cui collaborano la
NASA
, la difesa e le universita americane, connette gia molti campus alla velocita di 2 Gigabit/s (disponibili anche per studenti), con miglioramenti di
TCP/IP
per poter sfruttare alte velocita di trasmissione.
Una rete internet e divisa e gestita da vari
ISP
(compagnie telefoniche) di vario livello in quanto tale divisione e economicamente piu vantaggiosa:
- ISP di primo livello (o globali) che controllano il nucleo della rete e sono direttamente connessi agli ISP di pari livello, a loro poi si collegano gli ISP di livello inferiore;
- ISP regionali, fanno da tramite tra gli ISP di primo livello e quelli di accesso;
- ISP di accesso (o locali), a loro si connettono tutti gli utenti minori.
Varie topologie di rete: dall'alto in basso, da sinistra a destra, ad anello, a mesh, a stella, totalmente connessa, daisy-chaining lineare, ad albero, a bus.
La
topologia di rete
e il modello geometrico (
grafo
) finalizzato a rappresentare le relazioni di
connettivita
, fisica o logica, tra gli elementi costituenti la rete stessa (detti anche
nodi
). Il concetto di topologia si applica a qualsiasi tipo di
rete di telecomunicazioni
:
telefonica
, rete di computer,
Internet
.
In ogni rete di grandi dimensioni (WAN), e individuabile una
sezione di accesso
, che da vita alla
rete di accesso
, e una
sezione di trasporto
, che da vita alla
rete di trasporto
.
La
sezione di accesso
ha lo scopo di consentire l'accesso alla rete da parte dell'utente, e quindi di solito rappresenta una sede di risorse
indivise
(Si pensi ai collegamenti ADSL commerciali: La porzione di cavo che ci collega alla centrale e un
doppino telefonico
, usato esclusivamente dall'abbonato). La sezione di accesso altresi comprende tutti quegli strumenti idonei a consentire l'accesso alla rete. Quindi possiamo distinguere vari tipi di accesso: "Residenziale" (Classica linea a 56 Kbit/s, linea ISDN/ADSL), "Business" (Rete Locale dell'azienda e Gateway o Proxy che consente l'accesso all'esterno), "Mobile" (si pensi ad esempio al GSM, che consente un accesso basato su una rete a radiofrequenza con copertura "cellulare"), o "Wireless".
La
sezione di trasporto
e quella che ha il compito di trasferire l'informazione tra vari nodi di accesso, usando se e necessario anche nodi di transito. E sede quindi di risorse
condivise
sia di
trasporto
dati sia di elaborazione. Dal punto di vista strutturale, una rete di trasporto e costruita quasi esclusivamente attraverso fibre ottiche (es.
Backbone
).
Simbolo di uno
switch
negli schemi di rete
Principali componenti
hardware
detti anche
dispositivi di rete
:
[3]
I componenti
software
di una rete sono detti
protocolli di rete
. Potete trovarne una lista
qui
.
Solitamente, nel gergo dei progettisti di rete, con la dizione
apparati di rete
s'intendono i dispositivi dell'infrastruttura a supporto di server e cablaggio, considerati essenziali. In reti che supportano
domini
complessi, la tipologia di apparati usati e ancora piu ricca e varia.
Cavi
e
connettori
Ethernet
Schema di
architettura Client-Server
Spesso le reti informatiche sono organizzate sotto un'architettura
client-server
dove il
client
istanzia una richiesta di servizio al
server
per usufruire di risorse condivise tra tutti gli utenti della rete. I client sono solo in grado di inviare richieste ai server e questi ultimi solo di comunicare tra di loro e di rispondere ai client.
[4]
Un
dominio
e una rete con architettura client-server dotata di specifiche caratteristiche logiche e strumenti.
Stack protocollare
Una rete di calcolatori e strutturata a livello logico-funzionale in una tipica
architettura di rete
cioe con uno
stack protocollare
per l'espletamento dell'insieme delle funzionalita di rete. I vari protocolli servono a gestire specifiche funzionalita della rete nei suoi vari livelli in modo che tutto funzioni correttamente. Cio serve a permettere una corretta comunicazione tra dispositivi anche molto diversi tra loro.
La rete e divisa in 5 livelli (dal piu alto al piu basso):
[5]
- livello 5:
applicativo
, i protocolli di livello applicazione sono distribuiti su piu sistemi periferici e permette alle applicazioni presenti su questi sistemi di comunicare tra loro scambiandosi messaggi;
- livello 4:
trasporto
, implementa i protocolli che si occupano del trasferimento del messaggio e della loro frammentazione in pacchetti. I principali protocolli sono il TCP e l'UDP;
- livello 3:
rete
, implementa il protocollo IP che si occupa dell'
instradamento
e dell'
inoltro
dei datagrammi (o pacchetti) da un host a un altro tramite degli appositi algoritmi di routing;
- livello 2:
linea (o collegamento)
, i servizi forniti da questo livello dipendono dallo specifico protocollo usato e dalla tecnologia trasmissiva della rete;
- livello 1:
fisico
, si occupa dell'invio e della lettura dei singoli bit delle trame.
Header TCP
Il servizio
TCP
(di livello 4, trasporto) e di tipo connection-oriented (tra mittente e destinatario viene instaurata una connessione prima di procedere alla trasmissione dei dati). Fornisce un controllo sulla congestione della rete regolando la quantita dei dati trasmessi istante per istante per impedire di sovraccaricare la rete. Con controllo di flusso il trasmettitore invia tanti dati quanti il ricevitore e in grado di ricevere. Controllo d'errore, in caso di errori o perdita dei dati questi ultimi vengono ritrasmessi.
[6]
Header UDP
Il servizio
UDP
(di livello 4, trasporto) e di tipo connectionless (invio i dati senza aver instaurato una connessione con il destinatario). Questo servizio non e affidabile in quanto non fornisce garanzie riguardo alla corretta ed effettiva consegna dei messaggi (chiamati datagram), non esegue alcun tipo di controllo di flusso e congestione.
[7]
L'IP (di livello 3, rete) si occupa della multiplazione dei pacchetti, ovvero scrittura e lettura degli indirizzi IP del mittente e del destinatario. Il suo sistema di trasmissione e best-effort, ovvero fa il possibile perche i pacchetti giungano a destinazione ma non offre alcun tipo di garanzia e controllo d'errore, controlla solo che gli indirizzi non siano danneggiati. Viene anche implementato il TTL (Time To Live) ovvero il tempo di vita del pacchetto espresso in numero massimo di router che il pacchetto puo attraversare prima di essere scartato.
[8]
Simbolo del
router
negli schemi di rete
I
router
sono apparati fondamentali della rete che permettono la connessione di piu host tra di loro e tra reti diverse. Un router possiede piu interfacce di rete, anche diverse tra loro, ed e implementato fino al livello 3 ovvero il livello di trasporto. Questo apparato di rete (o nodo) tramite il routing permette a due nodi, non collegati direttamente, di comunicare tra di loro mediante la collaborazione di altri nodi. Si avvale di una tabella di routing e relativi algoritmi per determinare il percorso ideale per l'inoltro dei pacchetti. Per eseguire l'inoltro dei pacchetti il router dispone di piu
buffer
(di ingresso e di uscita) dove vengono salvati in modo temporaneo i dati. Dalla porta in ingresso viene letta la destinazione del pacchetto, il processore del router tramite la tabella di routing decide la porta di uscita, il pacchetto viene trasferito dal buffer di ingresso a quello di uscita per essere trasmesso.
Generica rete
peer-to-peer
: notare che i client ritrasmettono i flussi di dati ad altri client comportandosi quindi da peer.
In questa architettura tutti i dispositivi connessi alla rete hanno le stesse capacita, tutti possono inviare e ricevere dati comunicando con gli altri peer. Vi e un server che tiene una lista aggiornata di tutti i computer connessi in modo tale che chi si connette e in grado di iniziare subito a comunicare con i peer adiacenti. Una particolare politica adottata da questo sistema e scaricare per primi i dati piu rari per poi procedere a scaricare i dati piu facilmente reperibili.
[9]
Per
simulatore
di rete si intende un programma che consente di definire lo schema fisico di una rete e i dispositivi che la compongono (router, host, ecc), di modificarne la
configurazione
e di eseguire dei test sul loro corretto funzionamento. Possono essere utilizzati per scopi didattici, oppure per dimostrare la fattibilita di un progetto. Alcuni di essi sono tradizionali applicazioni da installare sul proprio computer, altre sono applicazioni web, oppure
distribuzioni Linux
.
- ^
Andrew S. Tanenbaum.,
Computer Networks.
, Pearson India, 2013,
ISBN
933257622X
,
OCLC
1002631571
.
URL consultato il 10 agosto 2018
.
- ^
Kurose, James F., Capone, Antonio. e Gaito, Sabrina.,
Reti di calcolatori e internet : un approccio top-down
, 7. ed, Pearson, 2017, p. 18,
ISBN
9788891902542
,
OCLC
1020163385
.
URL consultato il 17 maggio 2019
.
- ^
Kurose, James F., Capone, Antonio. e Gaito, Sabrina.,
Reti di calcolatori e internet : un approccio top-down
, 7. ed, Pearson, 2017, p. 3,
ISBN
9788891902542
,
OCLC
1020163385
.
URL consultato il 17 maggio 2019
.
- ^
Kurose, James F., Capone, Antonio. e Gaito, Sabrina.,
Reti di calcolatori e internet : un approccio top-down
, 7. ed, Pearson, 2017, p. 84,
ISBN
9788891902542
,
OCLC
1020163385
.
URL consultato il 17 maggio 2019
.
- ^
Kurose, James F., Capone, Antonio. e Gaito, Sabrina.,
Reti di calcolatori e internet : un approccio top-down
, 7. ed, Pearson, 2017, p. 48,
ISBN
9788891902542
,
OCLC
1020163385
.
URL consultato il 17 maggio 2019
.
- ^
James F. Kurose
,
reti di calcolatori e internet
, p. 218,
ISBN
9788891902542B
.
- ^
James F. Kurose
,
reti di calcolatori e internet
, p. 187,
ISBN
9788891902542B
.
- ^
Reti di calcolatori e Internet
, p. 312,
ISBN
9788891902542 B
.
- ^
Kurose, James F., Capone, Antonio. e Gaito, Sabrina.,
Reti di calcolatori e internet : un approccio top-down
, 7. ed, Pearson, 2017, p. 85,
ISBN
9788891902542
,
OCLC
1020163385
.
URL consultato il 17 maggio 2019
.
- ^
(
EN
)
Imunes
, su
github.com
.