I. La Rete - Origini ed usi

1) Introduzione

Definizione:
Una rete di elaboratori (computer network) è un grande numero di elaboratori autonomi, interconnessi fra loro:

autonomi: significa che non deve esserci fra loro una relazione tipo master/slave (ad es., l'uno non può forzare lo spegnimento dell'altro);
interconnessi: significa che devono essere capaci di scambiare informazioni (sfruttando un opportuno mezzo fisico).

Origini:

1876	Alexander Bell a Thomas Watson iniziano i loro esperimenti per la trasmissione del suono all'interno di cavi elettrici.
1964	L'istituto RAND effettuta ricerche top secret per mettere gli Stati Uniti in condizione di affrontare una guerra termonucleare. Un problema cruciale è quello di disporre di una rete di comunicazione in grado di sopravvivere ad un eventuale bombardamento. La proposta presentata dalla RAND è quella di utilizzare una rete decentralizzata, fata di nodi tutti uguali tra loro e in cui i messaggi viaggiano spezzettati in tanti "pacchetti", che possono percorrere strade diverse ed essere ricomposti una volta giunti a destinazione. Questa tecnica innovativa di inoltro dei messaggi prende il nome di *packet switching*.
1969	In USA il pentagono affida all'ARPA (Advanced Research Project Agency) il compito di installare il primo nodo di una rete militare basata sul packet switching. Questa rete prenderà il nome di Arpanet e sarà l'embrione della futura Internet.
1973	Nasce in Francia il primo personal computer, chiamato Micral, ad opera di Truong Tromng Hi, un francese di origini vietnamite che lavora per la Realisations Etudes Electroniques S. A.
1977	Su Arpanet viene adottato il protocollo TCP/IP, un sistema di collegamento che dà la possibilità ad Arpanet di scambiare informazioni con altre reti locali diverse tra loro.
1981	Compare sul mercato il primo personal computer IBM.
1983	In USA da un insieme variegato di reti locali nasce Internet.
1984	Il personal computer Apple Macintosh è il primo a fare uso di "finestre","cartelle" e "icone" per rappresentare graficamente in maniera intuitiva le informazioni contenute all'interno del calcolatore. Nasce a Baltimora FidoNet la prima rete di BBS (Bulletin Board System).
1990	Nasce al CERN di Ginevra il World Wide Web per consentire una agevole cooperazione fra i gruppi di ricerca di fisica sparsi nel mondo. E' un'architettura software volta a fornire l'accesso e la navigazione a un enorme insieme di documenti collegati fra loro e sparsi su milioni di elaboratori.
1996	Negli USA Clinton approva il Telecomunications Reform Bill, una legge che deregolamenta il settore delle comunicazioni per permetere lo sviluppo delle "autostrade informatiche". Cadono le barriere imposte dall'antitrust e nascono nuove alleanze tra giganti dell'informatica, della tv via cavo e dell'intrattenimento televisivo e cinematografico.
2000	Dimensioni (stimate) della rete all'inizio del 2000: 800 milioni di documenti disponibili (raddoppiano ogni 18 mesi) 5 milioni di siti web, 200 milioni di utenti.

1.1) Usi delle reti di elaboratori

Moltissimi sono gli usi delle reti di elaboratori, sia per le organizzazioni che per i singoli individui.

Per le organizzazioni:
- condivisione risorse: si possono rendere disponibili a chiunque programmi e informazioni anche distanti migliaia di km;
- affidabilità: si ottiene mettendo in rete sorgenti alternative delle risorse (ad es. duplicando le applicazioni e i dati su più computer). E' importante in sistemi che devono funzionare a tutti i costi (traffico aereo, centrali nucleari, sistemi militari, ecc.);
- comunicazione fra persone: è possibile inviarsi messaggi, scambiarsi file, ecc.

Per i singoli individui: (di solito da casa propria tramite "fornitori di accesso" o provider):
- accesso ad informazioni remote, ad es.:
  - accesso a servizi bancari;
  - acquisti da casa;
  - navigazione sul World Wide Web;
- comunicazioni fra persone:
  - posta elettronica;
  - videoconferenza;
  - gruppi di discussione;
- divertimento:
  - video on demand (selezione e ricezione via rete di un qualunque spettacolo tratto da un catalogo);
  - giochi interattivi (contro macchine o avversari umani).

1.2) Aspetti hardware delle reti

Due parametri sono utili per definire le caratteristiche di una rete, anche se non esiste una tassonomia universalmente accettata:

tecnologia trasmissiva;
scala dimensionale.

1.2.1) Tecnologia trasmissiva

Ci sono due tipologie per quanto riguarda la tecnologia trasmissiva:

reti broadcast;
reti punto a punto.

Le reti broadcastsono dotate di un unico "canale" di comunicazione che è condiviso da tutti gli elaboratori.
Brevi messaggi (spesso chiamati pacchetti) inviati da un elaboratore sono ricevuti da tutti gli altri elaboratori.
Un indirizzo all'interno del pacchetto specifica il destinatario.

Quando un elaboratore riceve un pacchetto, esamina l'indirizzo di destinazione; se questo coincide col proprio indirizzo il pacchetto viene elaborato, altrimenti viene ignorato.
Le reti broadcast, in genere, consentono anche di inviare un pacchetto a tutti gli altri elaboratori, usando un opportuno indirizzo (broadcasting). In tal caso tutti prendono in considerazione il pacchetto.

Le reti punto a punto consistono invece di un insieme di connessioni fra coppie di elaboratori.

Point-to-Point

Figura 1: una rete punto a punto

Per arrivare dalla sorgente alla destinazione, un pacchetto può dover attraversare uno o più elaboratori intermedi. Spesso esistono più cammini alternativi, per cui gli algoritmi di instradamento (routing) hanno un ruolo molto importante.

In generale (ma con molte eccezioni):

le reti geograficamente localizzate tendono ad essere broadcast;
le reti geograficamente molto estese tendono ad essere punto a punto.

Alcune eccezioni:

rete geografica realizzata via satellite (e quindi broadcast);
rete locale basata su ATM: Asynchronous Transfer Mode (Modalità di Trasmissione Asincrona) è un metodo per trasmettere dati, video e suono su reti locali (LAN) ad alta velocità. I dati vengono trasmessi utilizzando raffiche continue di celle (pacchetti di lunghezza fissa). (Questa modalità è punto a punto).

1.2.2) Scala dimensionale

Un criterio alternativo di classificazione è la scala dimensionale delle reti. In questo contesto si distingue fra reti locali, reti metropolitane e reti geografiche.

Distanza fra processori	Ambito	Tipo di rete
10 m.	Stanza	Rete locale
100 m.	Edificio	Rete locale
1 km.	Campus	Rete locale
10 km.	Città	Rete metropolitana
100 km.	Nazione	Rete geografica
1000 km.	Continente	Rete geografica
10.000 km.	Pianeta	Internet (Rete geografica)

La distanza è un fattore molto importante, poiché a differenti scale dimensionali si usano differenti tecniche.

1.2.3) Reti locali

Le reti locali (Local Area Network, LAN), in genere:

sono possedute da una organizzazione (reti private);
hanno un'estensione che arriva fino a qualche km;
si distendono nell'ambito di un singolo edificio o campus;
sono usatissime per connettere PC o workstation.

Esse si distinguono dagli altri tipi di rete per tre caratteristiche:

dimensione: la dimensione non può andare oltre un certo limite, per cui è noto a priori il tempo di trasmissione nel caso peggiore. Questa conoscenza permette di utilizzare delle tecniche particolari per la gestione del canale di comunicazione;
tecnologia trasmissiva: come già accennato, le LAN sono in generale reti broadcast. Velocità di trasmissione tipiche sono da 10 a 100 Mbps (megabit al secondo, cioé milioni di bit al secondo), con basso ritardo di propagazione del segnale da un capo all'altro del canale (qualche decina di microsecondi) e basso tasso di errore.

1.2.4) Reti metropolitane

Le reti metropolitane (Metropolitan Area Network, MAN)hanno un'estensione tipicamente urbana (quindi anche molto superiore a quella di una LAN) e sono generalmente pubbliche (cioé un'azienda, ad es. Telecom Italia, mette la rete a disposizione di chiunque desideri, previo pagamento di una opportuna tariffa).

1.2.5) Reti geografiche

Le reti geografiche (Wide Area Network, WAN) si estendono a livello di una nazione, di un continente o dell'intero pianeta. Una WAN è tipicamente costituita da due componenti distinte:

un insieme di elaboratori (host oppure end system) sui quali girano i programmi usati dagli utenti;
una comunication subnet (o subnet), che connette gli end system fra loro. Il suo compito è trasportare messaggi da un end system all'altro, così come il sistema telefonico trasporta parole da chi parla a chi ascolta.

Di norma la subnet consiste, a sua volta, di due componenti:

linee di trasmissione (dette anche circuiti, canali, trunk):
elementi di commutazione (switching element): gli elementi di commutazione sono elaboratori specializzati utilizzati per connettere fra loro due o più linee di trasmissione. Quando arrivano dati su una linea, l'elemento di commutazione deve scegliere una linea in uscita sul quale instradarli. Non esiste una terminologia standard per identificare gli elementi di commutazione. Termini usati sono:
- sistemi intermedi;
- nodi di commutazione pacchetti;
- router (quello che utilizzeremo noi).

Una tipica WAN è utilizzata per connettere più LAN fra loro:

WAN

Figura 2: struttura tipica di una WAN

In generale una WAN contiene numerose linee (spesso telefoniche) che congiungono coppie di router. Ogni router, in generale, deve:

ricevere un pacchetto da una linea in ingresso;
memorizzarlo per intero in un buffer interno;
appena la necessaria linea in uscita è libera, instradare il pacchetto su essa.

Una subnet basata su questo principio si chiama:

punto a punto;
store and forward;
a commutazione di pacchetto (packet switched).

Una WAN può essere anche realizzata in maniera mista: in parte cablata, in parte basata su radio o satellite.

1.2.6) Interconnessione di reti (Internetwork)

Una internetwork è formata quando reti diverse (sia LAN che MAN o WAN) sono collegate fra loro.
A prima vista, almeno in alcuni casi, la cosa è apparentemente uguale alla definizione di WAN vista precedentemente (se al posto di subnet si scrive WAN, abbiamo una internetwork costituita da una WAN e quattro LAN).
Alcuni problemi però sorgono quando si vogliono connettere fra di loro reti progettualmente diverse (spesso incompatibili fra loro). In questo caso si deve ricorrere a speciali attrezzature, dette gateway (o router multiprotocollo), che oltre ad instradare i pacchetti da una rete all'altra, effettuano le operazioni necessarie per rendere possibili tali trasferimenti.

internet

Figura 3: interconnessione di reti

Solitamente si usano i termini:

internet come sinonimo di internetwork, cioé la interconnessione di più reti generiche;
Internet (con la I maiuscola) per riferirci alla specifica internetwork, basata su TCP/IP, che ormai tutti conoscono.

Internetwork

Figura 4: relazioni fra subnet, network e internetwork

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Per informazioni apweb@inwind.it - Ultima modifica 10-Apr-2002

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