I dispositivi collegati a internet vengono chiamati host o sistemi periferici. Questi sono connessi mediante una rete di collegamenti, collegamenti che possono essere di diverso tipo: cavo coassiale, fibra ottica, onde elettromagnetiche, ecc.
In base al tipo di collegamento i dati possono essere trasmessi a velocità differente.
La velocità (velocità di trasmissione) viene misurata in bps (bit per secondo).
Quando un sistema periferico vuole inviare dati ad un altro, suddivide i dati in pacchetti.
I pacchetti, giunti al destinatario vengono ri-assemblati per comporre il messaggio originario.
Commutatori di pacchetto usati oggi sono i router e i commutatori a livello di collegamento.
La sequenza di collegamenti che attraversa un pacchetto prima di giungere a destinazione è detto cammino o percorso (route o path).
I sistemi periferici accedono a internet tramite gli internet service provider (ISP) suddivisi in:
- ISP residenziali (compagnie telefoniche)
- ISP aziendali
- ISP universitari
- ISP che forniscono accesso Wi-Fi in aeroporti, hotel, bar e altri luoghi pubblici
- ISP che forniscono accesso in mobilità
Un provider è un insieme di commutatori di pacchetto e di collegamenti.
Il controllo di invio/ricezione di informazioni all'interno della rete è regolato da protocolli. I due principali sono: transmission control protocol (TCP) e internet protocol (IP).
Interfacce socket...
Internet fornisce diverse applicazioni e servizi. L'aspetto rilevante è che tali applicazioni vengono eseguite sui sistemi periferici e non sui commutatori di pacchetto del nucleo della rete. Una volta che un programma è in esecuzione su un sistema periferico per istruire internet affinché recapiti dati ad un'altra parte di software in esecuzione su un altro sistema periferico viene utilizzata un'interfaccia socket che specifica come un programma possa chiedere a Internet di recapitare dati di un programma (in esecuzione su un certo sistema) ad un altro programma (in esecuzione su un altro sistema). Le interfacce socket saranno descritte più avanti.
Supponiamo che Alice debba inviare una lettera a Bob. Alice scriverà i dati sulla lettera, ma non si può limitare a lanciarla fuori dalla finestra. Occorre che Alice esegua alcune operazioni per far si che la letta si recapitata a Bob. Dovrà indicare i dati del destinatario: il suo nome e cognome, il suo indirizzo, dovrà compare un francobollo, dopo di che il sistema postale si occuperà di recapitare la lettera a Bob per conto di Alice. L'insieme di regole che Alice esegue rappresentano un'analogia con la nostra interfaccia socket, Alice e Bob sono le applicazioni su due sistemi periferici diversi che vogliono comunicare.
Protocolli di rete...
Facciamo un'altra analogia.
Supponiamo che un uomo voglia chiedere l'ora ad un'altra persona. Prima di chiedere l'ora, la persona A saluterà, dopo aver ricevuto il saluto di ritorno chiederà l'ora. Le regole tra gli esseri umani definiscono un comportamento di questo tipo. Queste regole formano un protocollo. Se la persona B risponde con un saluto allora la persona A chiederà l'ora, in caso di una risposta negativa ("Non mi scocciare", "Non parlo italiano", …) la persona A dovrà abbandonare la comunicazione e chiedere l'ora ad un'altra persona. Il protocollo di rete funziona allo stesso modo. Per esempio quando vogliamo scaricare una certa pagina web, il nostro sistema periferico effettua prima una richiesta al web server, una volta ricevuta una risposta, effettuare la richiesta per un certo sito web.
I sistemi periferici possono anche essere chiamati end system.
I sistemi periferici sono anche chiamati host poiché ospitano ed eseguono programmi applicativi. Tra gli host viene fatta un ulteriore distinzione in:
- client: host che richiedono servizi (computer, smartphone, …);
- server: sono host che forniscono servizi (macchine più potenti).
Reti di accesso...
Gli end system (sistemi periferici) accedono ad internet attraverso delle reti di accesso, ovvero delle reti che connettono l'end system ad internet, attraverso un router di bordo (edge router). L'edge router è il primo router sul percorso dal sistema di origine a qualsiasi altro sistema destinatario.
Accesso residenziale...
Gli accessi residenziali a banda larga più diffusi sono: DSL (digital subscriber line) e quello via cavo.
In genere l'accesso residenziale DSL viene fornito dalla compagnia telefonica che fornisce il servizio di linea fissa. In questo contesto la compagnia telefonica diventa anche un ISP.
Come si vede nella figura sopra il modem DSL dell'utente usa la linea fissa esistente (doppino telefonico intrecciato in rame) per scambiare dati con un digital subscriber line access multiplex (DSLAM) che si trova nella centrale locale della compagnia. Il modem converte i dati digitali in toni ad alta frequenza per poterli trasmettere alla centrale locale sul cavo telefonico; tutti i segnali analogici in arrivo dalle abitazioni vengono riconvertiti in formato digitale nel DSLAM.
Le linee telefoniche residenziali trasportano contemporaneamente dati e segnali telefonici tradizionali codificandoli in tre bande di frequenza non sovrapposte:
- un canale di downstream (verso l'abitazione) ad alta velocità, nella banda 50kHz e 1MHz
- un canale di upstream (verso il DSLAM) a velocità media, nella banda tra 4 e 50kHz
- un canale telefoni ordinario a due viene, nella banda tra 0 e 4 kHz.
In tal modo, lo scambio di dati con la rete internet e una telefonata sulla linea fissa possono verificarsi contemporaneamente senza interferenze condividendo lo stesso collegamento.
Il DSLAM nella centrale locale, separa i segnali dei dati da quelli della telefonia e invia i dati su internet.
Accesso via cavo...
Mentre DSL si appoggia alle infrastrutture già in funzione per la linea fissa, l'accesso ad internet via cavo utilizza infrastrutture esistenti della televisione via cavo. In questo caso la compagnia che fornisce l'accesso alla TV via cavo diventa anche provider.
Come si vede in figura, le fibre ottiche connettono la terminazione del cavo a giunzioni a livello di quartire, dalle quali viene usato il tradizionale cavo coassiale per la distribuzione televisiva nelle singole case. Questo sistema viene detto HFC (hybrid fiber coax).
L'accesso ad internet via cavo richiede modem speciali, chiamati cable modem.
Sono molto simili ai modem delle reti di accesso DSL.
Alla stazione di testa (vedi figura) il sistema di terminazione dei cable modem (CMTS, cable modem termination system) svolge una funzione simile al DSLAM nelle reti ad accesso DSL.
I cable modem inviano alla stazione di testa (cable head end) i segnali analogici che vengono tradotti in segnali digitali dal CMTS.
I cable modem dividono la rete HFC in due canali: downstream e upstream, come per DSL, l'accesso è asimmetrico. Una caratteristica di HFC è che il mezzo di trasmissione dei pacchetti è condiviso, infatti se giunge un pacchetto alla stazione di testa da recapitare ad una certa abitazione viaggia sul canale di downstream in tutti i collegamenti e verso ogni abitazione; ciascun pacchetto inviato da un'abitazione viaggia sul canale di upstream verso la stazione di testa. Per questo motivo se diversi utenti stanno contemporaneamente scaricando un file video sul canale di downstream, l'effettiva velocità alla quale ciascun utente lo riceve sarà inferiore rispetto a quella totale del canale di downstream, d'altra parte se pochi utenti stanno navigando, potranno ricevere i file richiesti alla velocità massima.
Accesso via FTTH (fiber to the home)...
L'idea è fornire la fibra ottica, dalla centrale, direttamente nelle abitazioni degli utenti.
Ci sono diverse tecnologie per rendere possibile quest'idea.
La più semplice è chiamata fibra diretta, in cui ogni singola fibra viene collegata ad una singola abitazione. Di solito però la fibra uscente dalla centrale locale è in effetti condivisa da molte abitazioni e solo quando arriva relativamente vicina alle abitazioni viene suddivisa in più fibre, ognuna dedicata ad un utente.
Mezzi trasmissivi...
I bit vengono trasmessi attraverso dei mezzi fisici. La prima volta che un bit viene immesso nella rete, parte da un router e attraversa una serie di router. Quindi viene ritrasmesso più volte in diverse coppie di trasmettitori-ricevitori propagandosi sotto forma di impulso ottico (cavi, fibra ottica, cavo coassiale, …) o onde elettromagnetiche (wi-fi). Il mezzo fisico può essere diverso tra le varie coppie che il bit incontra per strada.
Distinguiamo tra questi:
- mezzi vincolati: ne sono un esempio le onde elettromagnetiche, che si propagano nell'atmosfera;
- mezzi non vincolati: sono i mezzi fisici (fibra ottica, cavo intrecciato in rame, …).
Nel prossimo argomento vediamo com'è fatto il nucleo della rete.