Informatica - le reti e Internet

Le reti e Internet

L'integrazione tra l'informatica e le telecomunicazioni (la telematica) ha avuto un impatto notevole sull'organizzazione dei sistemi informatici. Si è passati così dal concetto di un solo computer che gestisce tutte le richieste di calcolo di un'organizzazione, al concetto di più computer distinti, ma collegati tra loro, che utilizzano risorse in condivisione. Questi sistemi sono definiti come reti di computer.

Definizioni e introduzione

Una rete di computer è l'insieme di due o più computer autonomi, collegati tra loro attraverso un canale di trasmissione. Con il termine autonomo si intendono quei sistemi che non si trovano in un rapporto di dipendenza l'uno dall'altro. I vantaggi (soprattutto economici) della connettività sono molteplici e sono dovuti alla possibilità di condividere le risorse hw/sw dei sistemi che, come spesso accade, sono normalmente utilizzate per brevi periodi. Si possono così condividere dischi, stampanti, programmi o addirittura l'intero sistema di elaborazione (come accade nei sistemi cosiddetti ridondanti nei quali l'applicazione necessita di un servizio 24H/24).

Ai fini della comprensione delle problematiche delle reti, può essere di aiuto analizzare un generico sistema di trasmissione. Questo si compone di una sorgente, un destinatario e di un canale. Sorgente e destinatario si interfacciano al canale attraverso un trasmettitore ed un ricevitore. Dal generale al particolare: se il signor A deve trasmettere qualcosa al signor B, si utilizzeranno opportune interfacce (rispettivamente gli apparati vocale e uditivo) in grado rispettivamente di propagare e di ricevere un messaggio attraverso un mezzo o canale trasmissivo (l'aria in questo caso).

È banale comprendere che tutto questo non è di per sé condizione sufficiente all'instaurazione di una comunicazione. Infatti, in aggiunta al linguaggio comune (la lingua) è necessaria la condivisione di contenuti specifici.

Strutturazione a livelli di un sistema di comunicazione

L'esempio appena descritto, che si riferiva agli elementi necessari alla comunicazione tra gli individui, ci porta facilmente a comprendere gli elementi caratterizzanti che sono alla base del funzionamento delle reti: la strutturazione a livelli e l'uso dei protocolli. In una rete di calcolatori possiamo distinguere tre livelli (questo numero varia in relazione al modello di riferimento):

• Livello fisico relativo al canale di trasmissione;
• Livello del trasporto (assimilabile alla lingua utilizzata);
• Livello applicativo (assimilabile al contesto; comporta la specificazione di regole estremamente dettagliate).

Classificazione delle reti

Le reti possono classificarsi secondo vari criteri. Quelli più comuni sono: l'architettura di connessione e l'estensione (geografica). Per quanto riguarda la prima categoria, distinguiamo le reti in:

• Reti a banda larga o broadcast;
• Reti punto a punto.

Le reti broadcast si caratterizzano per avere un singolo canale di comunicazione condiviso da tutte le macchine della rete. Il computer mittente invia i dati specificando il nome del destinatario. Tutti i computer non interessati lo ignorano mentre quello cui è destinato il messaggio lo riceve. Questa topologia di rete è caratteristica delle reti locali (vedi dopo).

Nelle reti punto a punto i componenti della rete sono collegati a coppie tra loro. Se si devono trasmettere dati tra due macchine non adiacenti, si sfruttano le connessioni esistenti tra le altre macchine fino ad ottenere la connessione desiderata. Questa topologia di rete è caratteristica delle reti geografiche (vedi dopo).

Una seconda classificazione attiene all'estensione della rete. A questo scopo consideriamo la seguente tabella in cui la suddivisione si basa sulla distanza tra i processori.

LAN (Local Area Network o reti locali) sono reti private, estese nell'ambito massimo di un edificio o di un piccolo comprensorio. Hanno come scopo la condivisione di risorse quali stampanti, dischi magnetici e quant'altro. Sono oramai quasi completamente realizzate secondo lo standard Ethernet.

MAN (Metropolitan Area Network o reti metropolitane) sono una versione più estesa di una LAN ed utilizzano una tecnologia simile. Possono essere pubbliche o private e possono estendersi fino ad un ambito metropolitano.

WAN (Wide Area Network o reti geografiche) reti estese in un ambito territoriale molto vasto (nazione o continente). Un insieme di reti connesse tra loro è chiamata internetwork o più succintamente internet (da non confondersi con Internet – con la I maiuscola - che è il nome proprio di una internet estesa a livello mondiale).

Il livello fisico

Il mezzo fisico più utilizzato nelle reti di computer è costituito dal filo di rame del telefono (doppino telefonico). Su questo canale, che nella versione più semplice, si compone di una coppia di cavi senza schermatura, possono essere trasmessi segnali analogici (quelli della normale linea telefonica) o digitali (linea ADSL). Le velocità trasmissive del doppino in modalità analogica sono circa di 50 kbps (kilobit per secondo) mentre quelle ADSL sono di circa 640 kbps (dalla rete all'utente) e 128 (viceversa). In altre versioni abbiano più coppie ed una schermatura. In questo caso, le velocità possono arrivare fino al Gbps. Queste versioni del doppino sono impiegate nelle reti LAN.

Un altro mezzo di trasmissione è il cavo coassiale utilizzato anche per l'antenna Tv. Abbiamo poi la fibra ottica che, a differenza dei mezzi precedenti, trasmette un segnale luminoso. Si caratterizza per la velocità elevata (fino a 10Gbps) e l'assenza di disturbi. L'ultimo mezzo di cui dobbiamo parlare è lo spazio. Viene utilizzato nelle trasmissioni radio, satellitari o a infrarossi (che differiscono tra loro per la frequenza del segnale e per la sua direzionalità).

In questo livello sono inclusi anche i dispositivi di connessione al canale. La scheda di rete è l'equivalente dell'apparato vocale/uditivo nel caso dell'essere umano: la sua funzione è quella di interfaccia con il mezzo di trasmissione. Il modem (modulatore/demodulatore) è un apparecchio che serve a tradurre il segnale analogico in segnale digitale e viceversa. È necessario per la connessione alla linea telefonica. Se invece dobbiamo connettere tra loro più computer in una LAN si ricorre ad altri dispositivi. Il più semplice di questi è l'hub utilizzato per collegare poche macchine tra loro. Quando invece si devono connettere tra loro un numero maggiore di macchine, si utilizzano gli switch.

Le connessioni di computer con le apparecchiature viste finora hanno delle limitazioni in termini di distanze massime e di numero di sistemi collegabili. Qualora si raggiunga uno dei precedenti limiti si parla di rete locale estesa i cui segmenti, che rispettano i limiti imposti, saranno interconnessi attraverso un bridge. Qualora si debbano collegare reti eterogenee si ricorre al router. Questo apparecchio infatti è capace di collegare reti con protocolli di comunicazione diversi come nel caso di collegamenti di reti locali (che sono reti broadcast) a reti geografiche (reti punto a punto).

La storia di Internet

Agli inizi degli anni ’70, il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti aveva realizzato una rete capace di funzionare in caso di attacco nucleare chiamata ARPANET. La diffusione delle reti ad onde radio e satellitari, impose l'ampliamento del protocollo alla cui realizzazione parteciparono diverse università che per questo finirono con l'utilizzare ARPANET. Nacque così il protocollo TCP/IP espressamente progettato per gestire la comunicazione internetwork. Nel volgere di pochi anni, anche a seguito del numero sempre maggiore di reti che confluivano in ARPANET, TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), divenne il protocollo ufficiale per la connessione a questa rete (1983). L'adesione di altre importanti reti (EARN una rete accademica europea, BITNET una rete di mainframe IBM, ed altre) ha portato ARPANET a diventare la rete attualmente conosciuta con il nome di Internet.

Fino ai primi anni ’90, Internet era largamente impiegata solo da organismi universitari o governativi e da ricercatori dell'industria. Una nuova applicazione, il WWW (World Wide Web), modificò questo stato di cose e portò numerosi utenti, non appartenenti alle categorie anzidette, ad utilizzare la rete. Questa applicazione, nata da un'idea di alcuni fisici del CERN (Consiglio Europeo per l'energia Nucleare), portò, in un momento successivo (1993) alla realizzazione di Mosaic il primo dei programmi di navigazione (progenitore di Netscape e di Explorer). Tale realizzazione si deve al NCSA, un ente pubblico statunitense per le applicazioni di supercalcolo.