Introduzione alle reti 1 - I fondamenti

Obiettivo di questo articolo è quello di fornire gli strumenti di base per comprendere la struttura ed il funzionamento di una rete. 

Ci si rivolge in particolare a coloro che, avendo già una minima familiarità con l'Information Technology, intendano avvicinarsi allo studio delle reti. 

L'approccio, si ispira al learning by doing e l'invito è quello di sperimentare da subito i concetti qui espressi. Per ogni argomento vengono difatti forniti i relativi comandi. Dal momento che si fa riferimento alla strumentazione Cisco, è possibile, anzi consigliabile - utilizzare l'ambiente di simulazione Cisco Packet Tracer. Gli argomenti trattati sono comunque di carattere del tutto generale e facilmente trasportabili anche ad altri ambienti di rete. 



Definizione e classificazione delle reti

In informatica e telecomunicazioni per rete si intende un sistema che consente la condivisione di dati informativi e di risorse (hardware e software) tra differenti calcolatori.

La classificazione tradizionale divide le reti in base alla loro estensione. Si parla, in particolare, di:

• LAN (Local Area Network): caratterizzate dall'avere un'estensione non superiore a qualche km. L'implementazione classica di una LAN è quella che serve un'abitazione o un'azienda all'interno di un edificio, o al massimo più edifici adiacenti fra loro. L'estensione territoriale limitata di una LAN favorisce la velocità di trasmissione, inizialmente compresa tra i 10 ed i 100 Mbps (Mega bit per secondo), e che ora può raggiungere i 10 Gbps (Giga bit per secondo). Le LAN, proprio in conseguenza dell'estensione territoriale limitata, presentano bassi ritardi e pochissimi errori.

• MAN (Metropolitan Area Network): coprono estensioni cittadine. Si tratta di reti di trasporto storicamente nate per fornire servizi tv via cavo a città prive di un'adeguata ricezione terrestre. La loro struttura era spesso elementare: un'antenna posta in posizione favorevole distribuiva il segnale alle singole abitazioni via cavo. Il fenomeno si è sviluppato inizialmente a livello locale, soprattutto negli USA; solo successivamente grandi imprese hanno consentito di cablare intere città. Quando, infine, il fenomeno Internet è esploso, queste stesse imprese hanno ritenuto utile diffondere la comunicazione web attraverso gli stessi cavi TV preesistenti. Attualmente, strutture di questo tipo utilizzano la fibra ottica come mezzo trasmissivo. L'interconessione di più MAN dà vita a reti WAN.  

• WAN (Wide Area Network): le reti geografiche si caratterizzano per avere l'estensione territoriale di una o più regioni. Si tratta di reti di trasporto che possono connettere fra loro più reti locali e/o metropolitane. Alcune WAN sono private e concepite per l'uso esclusivo da parte di una particolare organizzazione (come ad esempio la rete GARR). La più grande WAN mai realizzata, Internet, che copre l'intero pianeta, è invece ad accesso pubblico. Conseguenza delle WAN sono i Branch Office, anche noti come Data Center, ovvero l'accorpamento di dati e servizi di un'impresa, raggiungibili geograficamente via rete e i Web Services, ovvero servizi erogati via web, quindi slegati dalla specifica tecnologia di fruizione del servizio e dalla posizione geografica del fruitore.   

Oltre alle precedenti, sono ancora da ricordare le reti:

• WLAN (Wireless Local Area Network): basate, in tutto o solo in parte, su tecnologia in radio frequenza che permette la mobilità all'interno dell'area di copertura, solitamente intorno al centinaio di metri all'aperto

• CAN (Campus Area Network): reti universitarie, ovvero interne ad un campus universitario, o comunque ad un insieme di edifici adiacenti, all'interno 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.

• PAN (Personal Area Network): semplici reti che si estendono attorno all'utilizzatore, per un'estensione di solo pochi metri (es. bluetooth, AP, etc.).

Il modello gerarchico di rete

É molto frequente incontrare reti di medie e grandi dimensioni concepite secondo un modello detto gerarchico. Per rete gerarchica si intende, più precisamente, una rete all'interno della quale, almeno a livello logico, sia possibile distinguere tre livelli:

• Access: è lo strato più esterno della rete: quello composto dai terminal device (pc, stampanti, IP-phone, smartphone, etc.). Il nome stesso suggerisce la possibilità per l'utente di interagire con la rete a questo livello. 

• Distribution: compito di questo livello è quello di aggregare i dati del livello Access prima di affidarli al livello Core per il loro viaggio verso la destinazione finale; o, viceversa, consegnare allo strato Access i dati qui pervenuti da altre reti. Elementi tipici di questo strato sono gli switch.  

• Core: è lo strato gerarchicamente più importante, ed è quello che si occupa del trasporto dei dati fra reti differenti. A livello Core si posizionano i router.

In concreto, come mostrato in figura, una rete locale normalmente origina da una delle porte Ethernet di un router che, a sua volta, può essere connesso ad altri router (di conseguenza ad altre LAN) attraverso le sue interfacce seriali. All'interno della rete locale, la trasmissione dei dati è per lo più affidata agli switch, ed i fruitori di dati sono i terminali.

É immediato il parallelo con la struttura di una rete stradale: a livello Core possono pensarsi le autostrade col compito di mettere in comunicazioni più aree urbane (le LAN); lo strato Distribution può immaginarsi rappresentato delle strade provinciali / urbane che si innestano sulle autostrade; il livello Access potrebbe essere composto dai singoli indirizzi civici. 

Ed, esattamente come avviene in una rete stradale, i percorsi presentano caratteristiche differenti a seconda del livello in cui si trovano. Così, a livello Core è frequente trovare elevata velocità di trasmissione e ampia banda (implementate, ad esempio, tramite fibra ottica) oltre a ridondanza (al fine di consentire l'affidabilità e il bilanciamento del trasporto); collegamenti un po' meno prestanti, ma ugualmente affidabili, sono tipici del livello di distribuzione; collegamenti capillari sono al livello di accesso alla rete. 

I benefici derivanti dall'adozione di un simile modello sono evidenti:

• Scalabilità: le reti gerarchiche possono espandersi facilmente
• Affidabilità: garantita da una giusta ridondanza di collegamenti a livello Core e Distribution
• Performance: tenendo separati i livelli di trasporto sarà più agevole progettare reti ben dimensionate per il traffico che dovranno supportare
• Sicurezza: le politiche per la sicurezza potranno essere differenziate a seconda del livello a cui si dovranno riferire
• Facile Gestione: derivante dall'avere ambienti di lavoro separati 
• Manutenibilità: come conseguenza dei punti precedenti

La trasmissione dati in una rete

Come già implicitamente introdotto, switch, router e mezzo trasmissivo sono gli attori principali di una rete. Attraverso di loro, difatti, i terminali (pc, stampanti, smartphone, etc.), eventualmente di reti differenti, sono in grado di scambiare informazioni. 

É peraltro noto che la trasmissione all'interno di una rete avviene in forma di pacchetti. In altri termini, l'informazione che nasce su un terminale viene parcellizzata in pacchetti, affidata alla rete per il trasporto (eventualmente ogni pacchetto può seguire una strada diversa), ricostruita a destinazione. 

Semplificando, si può pensare Il pacchetto come una stringa di bit che racchiude al proprio interno diverse informazioni: il dato informativo utile, l'indirizzo di origine, l'indirizzo di destinazione ed una serie di informazioni di controllo funzionali al corretto trasporto del pacchetto stesso. 

In realtà, parlando di trasmissione dati, è più corretto distinguere fra pacchetti e frame. La differenza fra i due risiede nell'informazione a corredo del dato informativo. Senza scendere per il momento nel dettaglio, si tenga presente che si parla di "pacchetti" a livello 3 della pila OSI, di "frame" al livello 2. Di conseguenza, mentre i router instradano pacchetti gli switch scambiano frame.

Cisco IOS

Quelli presenti a bordo degli apparati Cisco differiscono leggermente, nell'approccio, dai più moderni sistemi operativi per pc o server. In particolare IOS (Internetwork Operating System), concepisce l'operatività ed i permessi legati alle differenti modalità d'uso nelle quali l'utente può venirsi a trovarsi, piuttosto che a particolari gerarchie di utenze. Nel dettaglio,

• User EXEC: è la modalità alla quale l'utente ha immediatamente accesso (eventualmente previa autenticazione) e che gli consente solo un limitato numero di operazioni esclusivamente in lettura. All'interno della CLI (Command Line Interface), la modalità User EXEC è contraddistinta dal prompt dei comandi ">";

• Privileged EXEC: è invece la modalità di amministrazione del dispositivo. Tale modalità è contraddistinta dal prompt dei comandi "#". L'accesso alla modalità Privileged EXEC può avvenire solo da User EXEC, eventualmente, anche in questo caso, dopo una verifica di password. 

• Dalla Privileged EXEC è quindi possibile accedere alle modalità Global Configuration che dà accesso ai comandi di configurazione generale del dispositivo. Il prompt caratteristico della modalità Global Configuration è "(config)#"

• Dalla modalità Global Configuration è infine possibile passare alla specifiche modalità di configurazione. Per fare un esempio, la modalità Interface Configuration consente di accedere ai comandi per la configurazione delle porte (l'utente sarà qui dotato di prompt dei comandi "(config-if)#"); la modalità VLAN Configuration è relativa alla configurazione delle Virtual LAN degli switch; etc. 

Di seguito i comandi fondamentali per spostarsi fra le differenti modalità operative (le istruzioni per accedere alla configurazione delle singole componenti degli apparati verranno introdotte di volta in volta).

>enable	dalla modalità User EXEC, dà accesso alla modalità Privileged EXEC
#configure terminal	dalla modalità Privileged EXEC, dà accesso alla modalità Global Configuration
#exit	da qualunque modalità, consente di tornare alla modalità precedente
#end	da qualunque modalità, consente di tornare alla modalità Privileged Exec

All'interno di ogni modalità è, comunque, consentito:

• utilizzare l'help in linea (carattere “?”) per visualizzare l'elenco dei comandi disponibili nella modalità corrente con relativa spiegazione, o per ottenere la lista dei possibili comandi / parametri che completano l'istruzione corrente,

• digitare solo le prime lettere dell'istruzione (in numero sufficiente affinché la stessa non possa essere confusa con altre) o usare il tasto TAB per completare l'istruzione stessa,

• richiamare con i tasti FRECCIA SU e FRECCIA GIU le istruzioni già digitate nella stessa modalità. Le istruzioni digitate sono difatti memorizzate all'interno di un buffer di memoria,

• visualizzare il contenuto del buffer dei comandi di cui al punto precedente tramite il comando "show history".