Nozioni di base

In questa sezione tratteremo le nozioni di base per comprendere le reti informatiche. parleremo prima di un esempio semplice, due singoli PC, in modo da analizzare ciò che è sempre presente in una comunicazione di rete, poi di reti Intranet (o LAN, Local Area Network) per esporre gli apparati necessari a rendere possibile la comunicazione tra più di due computer, e per finire le principali caratteristiche della rete Internet (da non confondere con il World Wide Web che è l'insieme delle pagine dei siti).

La comunicazione tra due pc

quando due pc comunicano in rete si scambiano una serie di informazioni per uno scopo ben preciso: ad esempio potremmo considerare quando un browser su un PC chiede il contenuto di una pagina in HTML di un sito web ad un server, oppure un voip sip-phone comunica un flusso audio con il sip-server, o ancora un mediaclient riceve un flusso video da un media-server. Tutti questi esempi hanno in comune uno "schema di funzionamento" che viene comunemente chiamato pila ISO/OSI (Open System Interconnection stabilito dall'International Organization for Standardization nel 1978).

Strato di Applicazione:
Serve a interfacciare utente e macchina.
Strato di presentazione:
Seve a trasformare i dati forniti dalle applicazioni in un formato standardizzato e offrire servizi di comunicazione comuni, come la crittografia, la compressione dei dati e la riformattazione.
Strato di Sessione:
Serve a controllare la comunicazione cioè stabilire, mantenere e terminare connessioni (sessioni) tra applicazioni cooperanti.
Strato di Trasporto:
Serve a permettere un trasferimento di dati trasparente e affidabile (implementando anche un controllo degli errori e delle perdite) tra due host. A differenza dei livelli precedenti, che si occupano di connessioni tra nodi contigui di una rete, è il primo livello che si occupasolo della comunicazione tra host sorgente a destinatario.
Le informazioni vengono spezzettate in segmenti (messaggi) di una certa dimensione composti da una intestazione (header) che consente i successivo riassemblaggio delle informazioni, e una parte dell'infromazione trasmessa (tail).
Strato di Rete:
Serve a rendere i livelli superiori indipendenti dai meccanismi e dalle tecnologie di trasmissione usate per la connessione. Si occupa di stabilire, mantenere e terminare una connessione.
Le informazioni vengono spezzettate in segmenti (pacchetti) di una certa dimensione composti da una intestazione (header) che consente i successivo riassemblaggio delle informazioni, e una parte dell'infromazione trasmessa (tail).
È responsabile di:
Scelta ottimale del percorso da utilizzare (routing), gestione della congestione,indirizzamento e conversione dei dati nel passaggio fra una rete ed un'altra.
Strato Data link:
Serve a far apparire, al livello superiore, il mezzo fisico come una linea di trasmissione esente da errori di trasmissione.
Le informazioni vengono spezzettate in segmenti (frame) di una certa dimensione composti da una intestazione (header) che consente i successivo riassemblaggio delle informazioni, e una parte dell'infromazione trasmessa (tail).
Per ogni pacchetto ricevuto, il destinatario invia al mittente un pacchetto ACK (acknowledgement, conferma) contenente lo stato della trasmissione: il mittente deve ripetere l'invio dei pacchetti mal trasmessi.
Strato Fisico:
Serve a trasmettere un flusso di dati non strutturati attraverso un collegamento fisico, occupandosi della forma e del voltaggio del segnale. Ha a che fare con le procedure meccaniche e elettroniche necessarie a stabilire, mantenere e disattivare un collegamento fisico. Le informazioni sono trasmesse in codifica binaria (Bit 0/1, nel tempo bps o bit/s o b/s cioè "bits per second").

Dettagli sullo strato fisico

Collisioni
Il mezzo trasmissivo tra due dispositivi costituisce quello che viene denominato "dominio di collisione". La scelta del nome è dovuta al fatto che due segnali non possono viaggiare contemporaneamente e , quando ciò accade perchè i due dispositivi tentano di comunicare contemporanemente, avviene una "collisione" e la comunicazione viene perduta. Al fine di evitare tali collisioni gli apparati implementano l'algoritmo CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection):
1 - L'adattatore sistema il frame in un buffer;
2 - Se il canale è inattivo si procede alla trasmissione, se è occupato si attende prima di ritrasmettere;
3 - Mentre si trasmette l'adattatore monitora la rete (è questo il vero e proprio Collision Detection), se non riceve segnali da altri adattatori considera il frame spedito. Tale segnale si ricava confrontandolo con quello che trasmette: se i due differiscono è avvenuta una collisione, quindi va interrotta la trasmissione;
4 - Se l'adattatore riceve, durante una trasmissione, un segnale da un altro adattatore, arresta la trasmissione e trasmette un segnale di disturbo (jam) di 48 bit;
5 - Dopo aver abortito la trasmissione attende in maniera esponenziale (algoritmo di backoff esponenziale binario).

Indirizzi fisici
L'indirizzo MAC (Media Access Control), detto anche indirizzo fisico, indirizzo ethernet o indirizzo LAN, è un codice di 48 bit (6 byte) assegnato in modo univoco ad ogni scheda di rete prodotta al mondo, tuttavia modificabile a livello software. 

IEEE 802

Comunicazione tra più PC (LAN - Local Area Network)

Quando si mettono in comincazione più pc, apparte vecchie tecnologie che costituivano un anello (token ring), si utilizzano apparati detti "centro stella" poichè fungono schematicamente come da accentratori di tutte le comunicazioni. Al di là dello strato fisico utilizzato (wireless, fibra ottica o ethernet che sia), grosso modo, cambiano tipologia a seconda di quanti strati della pila ISO/OSI riescono a gestire.

Hub:
Sono dei ripetitori multiporta, cioè ripetono su tutte le loro porte tutti i segnali in ingresso. Sono apparati che gestiscono solo lo Strato Fisico della pila ISO/OSI. Creano un unico dominio di collisione con tutti i mezzi connessi, quindi con un elevato riscio di collisioni.
Bridge/Switch:
Ripetono i frame in ingresso solo verso la porta a cui è connesso il destinatario. Sono apparati che lavorano a livello Data Link (indirizzi MAC). Riescono a costruire delle tabelle degli indirizzi MAC, che possono poi essere aggiornate con intervento manuale o automaticamente per invecchiamento dei record. Connettendo più accentratori contemporaneamente si possono formare reti con anelli chiusi, e questo provoca la moltiplicazione accidentale di uno stesso pacchetto. Gli apparati più evoluti evitano che ciò accada utilizzando delgli algoritmi volti a generare una rete a forma di albero chiamati algoritmi di "Spanning Tree".

Lo switch gode, rispetto ad un bridge, di maggiore espandibilità in termini di numero di porte e performance migliori. Inoltre uno switch di fascia alta fornisce tipicamente le seguenti caratteristiche:
-possibilità di gestione (via telnet o interfaccia web)
-supporto di più istanze del protocollo Spanning Tree;
-supporto di LAN virtuali (VLANs) secondo lo standard 802.1Q
-mirroring delle porte (copia dei pacchetti di una porta o di una vlan su un'altra porta, generalmente utilizzato per il momitoraggio)
-supporto della QoS (Quality of Service).
Router/Gateway
Sono degli "instradatori" di pacchetti che, come gli switch, inoltrano i pacchetti sulla porta a cui è connesso il destionatario, ma lavorano a livello 3 della pila ISO/OSI (inidirizzi IP). Il router conserva in memoria una tabella di instradamento, ovvero la corrispondenza tra le sue porte e i destinatari che vi sono colegati, infatti può far corrispondere ad una porta anche una intera sottorete (subnet). Sono generalmente apparati configurabili tramite interfacce web. I router più evoluti, quando vengono utilizzati per realizzare architetture complesse di più subnet, si scambiano le informazioni di aggiornamento delle tabelle tramite dei protocolli di routing come OSPF, RIP e BGP.

Comunicazione tra PC remoti (WAN-Wide Area Network/Internet)

domini e DNS
e-mail e MS
AS

Protocolli